estado del arte del arte desarrollo de integraciÓn tecnolÓgica de recursos energÉticos renovables...

Formulación proyecto SGR para la Ciencia y la tecnología del departamento de Córdoba: Energías renovables integradas al motor productivo del departamento de Córdoba

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ESTADO DEL ARTE

DESARROLLO DE INTEGRACIÓN TECNOLÓGICA DE RECURSOS

ENERGÉTICOS RENOVABLES EN SISTEMAS PRODUCTIVOS AGRÍCOLAS

Y AGROINDUSTRIALES DEL DEPARTAMENTO DE CÓRDOBA

Proyecto presentado al sistema general de regalías al fondo de ciencia y

tecnología para el departamento de Córdoba:

Grupos de investigación:

OPUREB (Optimización de procesos y uso racional de la energía y biomasa)

DANM (Desarrollo y Aplicaciones de Nuevos Materiales)

Alianzas y participaciones SENA Montería

Corpoica

Gobernación de Córdoba

Universidad del Norte

Empresas productivas del departamento

UNIVERSIDAD PONTIFICIA BOLIVARIANA.

Montería - Córdoba

2012


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Estado del arte

CONTENIDO

1. RECURSOS ENERGÉTICOS RENOVABLES ............................................................................................................. 3

1.1 BIOMASA,.................................................................................................................................................................. 3

1.1.1 Cultivos Energéticos. ................................................................................................................................................... 3

1.1.2 Biomasa de Residuos Forestales .................................................................................................................................. 4

1.1.3 Biomasa a partir de residuos agrícolas ........................................................................................................................ 4

1.1.4 Desechos industriales .................................................................................................................................................. 5

1.1.5 Desechos urbanos ........................................................................................................................................................ 5

1.2 APLICACIONES ENERGÉTICAS DE LA BIOMASA. ........................................................................................... 5

1.2.2 Sector Industrial .......................................................................................................................................................... 6

1.3 CONTEXTO ENERGÉTICO MUNDIAL Y REGIONAL. ........................................................................................ 9

1.4 BIOCOMBUSTIBLES SÓLIDOS ............................................................................................................................ 12

1.5 PROCESOS TERMOQUÍMICOS DE TRANSFORMACIÓN DE BIOMASA ....................................................... 15

1.5.1 PROCESO DE GASIFICACIÓN. ............................................................................................................................. 17

1.5.2 TIPOS DE GASIFICADORES. ................................................................................................................................ 20

A. Lecho arrastrado ............................................................................................................................................................ 21

B. De lecho fluidizado ........................................................................................................................................................ 21

C. De cama de vertedera ..................................................................................................................................................... 22

D. De lecho fijo o móvil ..................................................................................................................................................... 23

1.5.3 Secado de partículas sólidas. ..................................................................................................................................... 23

1.5.4 Reducción de tamaño de sólidos. .............................................................................................................................. 24

1.5.5 Densificación de biomasa. ......................................................................................................................................... 25

1.8. SISTEMAS ENERGÉTICOS SOSTENIBLES PARA LA AGROINDUSTRIA DE ALIMENTOS ................. 27

1.9. BIOCOMBUSTIBLES SÓLIDOS DENSIFICADOS ........................................................................................... 29

1.10. ALMACENAMIENTO DE ENERGIA MEDIANTE BIOPILAS ........................................................................... 32

REFERENCIAS ........................................................................................................................................................................ 34


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1. RECURSOS ENERGÉTICOS RENOVABLES

1.1 BIOMASA,

El termino biomasa se refiere a toda la materia orgánica proveniente de plantas, arboles,

desechos de animales, desechos de agricultura (residuos de caña de azúcar, arroz, maíz, etc.)

desechos del proceso de aserrío (aserrín, cortezas, ramas etc.) y residuos urbanos (basura

orgánica, aguas negras, entre otros). Es la fuente de energía renovable más antigua conocida

por el ser humano, usada por siglos como materia prima para combustión directa; supliendo

las necesidades térmicas de confort, cocción de alimentos, generación de electricidad y

producción de vapor.

Se considera que la biomasa es una fuente renovable de energía porque proviene del Sol. A

través del proceso de fotosíntesis, la clorofila de las plantas captura su energía y convierte el

dióxido de carbono (CO2) del aire y el agua del suelo en carbohidratos, para formar la materia

orgánica. Cuando estos carbohidratos se queman, regresan a su forma de dióxido de carbono

y agua liberando la energía que contienen; de esta forma la biomasa funciona a especie de

batería que almacena la energía solar.

La biomasa se puede obtener de muchas formas, desde cultivos dedicados específicamente a

la producción de la misma hasta residuos de actividades industriales, urbanas y agrícolas. De

acuerdo al tipo que se emplee dependerá en gran medida su transporte y tratamiento a fin de

utilizarla como fuente alterna de energía. De manera general se puede encontrar en las

siguientes formas:

1.1.1 Cultivos Energéticos.

Son todas aquellas plantaciones (árboles y plantas) que se cultivan con la finalidad específica

de producción de energía. Por lo general se emplean cultivos de poco mantenimiento y de

rápido crecimiento y que se cultivan en terrenos de poco valor productivo. Dentro de los

cultivos agrícolas que se emplean actualmente se encuentra el maíz, la caña de azúcar, sorgo,

trigo, palma de aceite, girasol y soya. También son útiles para evitar la degradación del suelo,

la erosión y generan otra fuente de ingreso para los cultivadores, los cuales no dependen

netamente de los productos típicos a los cuales se dedica principalmente la tierra. Presentan

como inconveniente que requieren grandes extensiones de tierra para obtener una producción

energética rentable, lo cual los hace competir por espacio con los cultivos dedicados al

consumo humano y animal; debido a esto se emplean como una cosecha paralela a los

cultivos principales (p.e. maíz, café, arroz, caña de azúcar).


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1.1.2 Biomasa de Residuos Forestales

Son una fuente de biomasa muy importante y que aún no se explota potencialmente dado que

en campo se presenta continuamente dificultad para la recolección del residuo y dificultad de

su transporte. De cada árbol que se destina a la industria maderera sólo se comercializa un

porcentaje aproximado del 20%, un 40% se estima que se deja en el campo (raíces, ramas

etc.) y el 40% restante es lo que corresponde a la astilla, corteza y aserrín generado durante el

proceso de aserrío. Los residuos se utilizan por lo general para generar calor mediante

combustión directa por algunas industrias.

1.1.3 Biomasa a partir de residuos agrícolas

La agricultura genera cantidades considerables de residuos (rastrojos); se estima en cuanto a

éstos que en el campo queda en el proceso de cosecha un porcentaje de más del 60% de la

biomasa total que desarrolla el cultivo, aprovechándose solo un 40% que representa el

producto. En los procesos poscosecha, de ese 40% aprovechable entre 20% y 40% termina

también convirtiéndose en material residual. Ejemplos comunes de este tipo de residuos son

los generados a partir de los cultivos de arroz y maíz, en los cuales la planta se deja en el área

de siembra y se destina el grano hacia las empresas, donde luego de los procesos

desarrollados queda finalmente un subproducto (p.e. cascarilla de arroz, harina de salvado).

Al igual que en la industria forestal, muchos residuos de la agroindustria son dejados en el

campo y aunque es necesario reciclar un porcentaje de la biomasa para proteger el suelo de la

erosión y mantener el nivel de nutrientes orgánicos, una cantidad importante puede ser

recolectada con fines como la producción de energía, combustibles y otros. De acuerdo a la

información consultada dicha cantidad debe ser aproximadamente 50% precisamente para la

conservación de la fertilidad del suelo a través de la descomposición natural de la biomasa

(Graham, Nelson, Shehan, Perlack, & Wright, 2007);

Sin embargo, la recolección de esta materia representa uno de los principales inconvenientes

al utilizar este material residual, ya que las actividades tradicionales lo dejan todo distribuido en

el campo a lo largo de la superficie de cosecha, lo cual implica reunir el material disperso en

grandes áreas. Adicionalmente el posterior transporte del recurso (generalmente húmedo) que

puede ser desde zonas de difícil acceso incrementa el costo de utilizar estos residuos.

Para aprovechar los residuos agrícolas en especial las pajas como materia prima para la

producción de combustible se debe tener en cuenta que el aprovechamiento de este tipo de

biomasa depende en gran medida de su disponibilidad, que debe estar entre el 20% y 30% ,es

decir, se debe dejar la capa superior del suelo al menos cubierta un 70%.(Wilhelm, Johnson,

Hatfield, Voorhees, & Linden, 2004). El aumento de las actividades agrícolas de no-labranza


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(p.e. cultivos forestales) tiene una impacto sustancial sobre la cantidad de residuo colectable,

pero como ya se ha dicho solo una parte de la cantidad total de residuo se debe destinar para

aprovechamiento energético (Graham, Nelson, Shehan, Perlack, & Wright, 2007) para

mantener la protección del suelo frente a la erosión eólica (MWPS., 2000) , fenómeno por el

cual el viento arrastra partículas minerales con facilidad debido a la ausencia de una capa

vegetal que lo impida, disminuyendo la fertilidad del suelo y su posterior aprovechamiento en

cualquier actividad agrícola. (Jones, Griggs, Williams, & Srinivasan).

1.1.4 Desechos industriales

Éstos son derivados principalmente de la industria alimenticia, la cual genera subproductos y

residuos, que pueden ser usados como fuente de energía. Los desechos que se generan en la

industria cárnica (avícola, vacuna, porcina) y vegetal (pulpa, cáscaras) son desechos cuyo

tratamiento para la empresa significa altos costos; sin embargo pueden convertirse en materia

prima para la producción de combustibles gaseosos a través de la aplicación de procesos que

le den una disposición final diferente a la de los rellenos sanitarios.

1.1.5 Desechos urbanos

Los centros urbanos generan gran cantidad de biomasa residual en muchas formas, por

ejemplo: residuos alimenticios, papel, cartón, madera y aguas negras. Los países en vía de

desarrollo por lo general carecen de adecuados sistemas para su procesamiento entre otros

aspectos por la falta de medios de recolección y tecnologías para reciclar o disponer de ella, lo

cual repercute en problemas de contaminación de suelos y cuencas. En países con alta

densidad de población se presenta mayor producción de biomasa desde las fuentes urbanas;

Estados Unidos, Australia y Dinamarca son los países donde mayor producción de residuos

sólidos urbanos se encuentra con una producción de 760, 690 y 660 kilogramos de residuo por

persona anualmente respectivamente. (www.nationmaster.com, 2009).

Toda esta materia orgánica en descomposición produce compuestos volátiles (metano, dióxido

de carbono, entre otros) que contribuyen a aumentar el efecto invernadero pero tienen un

considerable valor energético que puede ser utilizado para la generación de energía ―limpia‖.

En el corto y mediano plazo, la planificación urbana deberá incluir sistemas de tratamiento de

desechos que disminuyan eficazmente las emanaciones nocivas al ambiente, dándoles valor

por medio del aprovechamiento de su contenido energético, pues aproximadamente el 80% de

todos los residuos orgánicos urbanos pueden ser convertidos en energía. (BUN-CA, 2002)

1.2 APLICACIONES ENERGÉTICAS DE LA BIOMASA.

En las últimas décadas la biomasa ha cobrado gran importancia por dos aspectos fundamentales, el

primero tiene que ver con los recursos fósiles especialmente el petróleo, la preocupación por la

fluctuación en su precio así como la disminución de las reservas probadas a nivel mundial y su


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distribución focalizada en determinados países. Por el otro lado se encuentra la problemática de

contaminación medioambiental causada en gran medida por la utilización desmedida de los mismos

combustibles fósiles, que agregan al entorno gases contaminantes y que contribuyen al efecto

invernadero, destrucción de la capa de ozono y cuyo efecto hace cada vez más evidenciable la

situación del cambio climático (Secretaría de agricultura, ganadería, pesca y alimentación, 2001). Estos

aspectos han impulsado en gran medida el desarrollo de tecnologías e innovación de procesos que

empleen el recurso biomasa como fuente primaria de energía en distintos sectores de la sociedad

como los descritos a continuación:

1.2.1 Sector doméstico

Principalmente se destaca la utilización de biomasa para la cocción de los alimentos;

específicamente en las zonas rurales se emplea la madera seca comúnmente denominada

leña utilizándola mediante combustión directa para la generación del calor. Por otro lado suele

emplearse los residuos de animales como el estiércol de cerdos y reses para la generación de

gas metano que posteriormente es quemado en con el mismo fin de la madera. Esta aplicación

ha sido la mayor actividad que se ha hecho con la biomasa desde los inicios del hombre,

utilizándola como un combustible para satisfacer algunas de sus necesidades energéticas

(BUN-CA, 2002).

1.2.2 Sector Industrial

En él la biomasa tiene menor uso que en el sector doméstico y su implementación aún es muy

reducida a gran escala. Sin embargo se encuentra mayor difundida que el resto de sectores,

dentro de las principales actividades industriales se encuentran:

a) Generación de calor

Particularmente en zonas rurales las industrias utilizan fuentes de biomasa para generar el

calor requerido para procesos como el secado de productos agrícolas (p.e. café, maíz, arroz,

sorgo), la producción de cal y ladrillos. En las pequeñas industrias los procesos energéticos

muchas veces son ineficientes debido a la baja calidad de los equipos y a procedimientos

inadecuados de operación y mantenimiento, lo cual evita sacar buen provecho energético de la

biomasa con métodos como la combustión directa.

b) Co-generación

Esta aplicación se refiere a la generación simultánea de calor y electricidad aprovechando

altas temperaturas expedidas de procesos industriales para la producción de vapor y posterior


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energía eléctrica, lo cual resulta considerablemente más eficiente. Se utiliza con frecuencia en

empresas que requieren de las dos (p.e. procesadoras de café y azúcar, secadoras de

granos). Su configuración depende de cuál es la forma de energía más importante. En

ocasiones se obtiene suficiente cantidad que se utiliza el calor y la electricidad en el proceso

de la planta y se vende el excedente a otros usuarios o a la red eléctrica (BUN-CA, 2002).

c) Generación eléctrica

En varios países industrializados y con amplia producción agrícola como por ejemplo China

con el alta generación de cascarilla de arroz mediante la cosecha y procesamiento del grano,

se utiliza la biomasa a gran escala para la generación de energía hacia la red eléctrica

interconectada. Anualmente se genera 137GWh en la planta de energía biomasica Shandong

Shanxian desarrollada por National Bio Energy Co. mediante la transformación de 160.000 a

200.000 toneladas de biomasa agrícola. (National Bio Energy CO, 2006). También se utiliza

con el mismo fin en combinación con otras fuentes convencionales como el carbón mineral en

las termoeléctricas.

d) Hornos industriales

Los hornos de combustión directa están ampliamente difundidos en todas las operaciones

agroindustriales de América Central. Básicamente consisten en una cámara de combustión en

la que se quema la biomasa (leña, cascarilla de arroz, bagazo vegetal, cáscara de coco, etc.),

para luego usar el calor liberado en forma directa o indirecta (intercambiador de calor) en el

secado de madera, granos u otros productos.

e) Calderas

Las calderas que operan con base en la combustión de biomasa (leña, aserrín, cascarilla

arroz, etc.), al igual que los hornos suelen utilizarse en el secado de granos, madera y otros.

Estos equipos están dotados de una cámara de combustión en su parte inferior en la que se

quema el combustible y los gases de la combustión pasan a través del intercambiador de

calor, transfiriéndolo al agua. En algunas calderas se usan inyectores especiales para

alimentar biomasa en forma de polvo (aserrín, cáscara de grano, etc.) (BUN-CA, 2002)

f) Sector de Transporte

Quizás este es el campo donde más dependencia hay a la utilización de los derivados del

petróleo, por lo cual los biocombustibles de origen vegetal tienen un interés especial ante la

fluctuación constante de los precios del petróleo (Sánchez Céspedes, Ibarra Valdeperas,


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Vargas Guillén, & Yong Martínez, 2005) por motivos de baja o alta producción, conflictos

bélicos, políticos, decisiones de la Organización de Países Exportadores de Petróleo (OPEP) u

otros que afectan directamente la oferta de los combustibles fósiles y hacen notable la

variación en momentos determinados (Figura 1)

Figura 1: Precios del Petróleo desde el final de la II Guerra Mundial Fuente: (Sánchez

Céspedes, Ibarra Valdeperas, Vargas Guillén, & Yong Martínez, 2005)

Existen comercialmente dos tipos de combustible desarrollados a partir de la biomasa para

aplicaciones en la industria, el bioetanol, usado en motores de gasolina y el biodiesel, usado en

motores diesel. Éstos se pueden emplear en determinadas proporciones con el respectivo combustible

fósil o sustituyéndolo completamente. El primero de ellos se obtiene a partir de la fermentación de

azucares mientras que el biodiesel a través de la transesterificación de aceites; sin embargo puede

lograrse la obtención de combustibles a partir de otros procesos alternativos como la gasificación y la

pirolisis usando igualmente la biomasa.

Debe entenderse que un biocombustible es una sustancia de carácter comburente y que pueda

utilizarse en motores desempeñando la misma función del combustible tradicional. No obstante para

algunas de estas sustancias cuyo uso se ha generalizado y son distribuidos comercialmente existen

especificaciones claras de las características físicas y químicas que presentan, tal es el caso del

biodiesel que se encuentra normalizado por la American Standard Test Methods (ASTM D975) y está

definido para su concentración pura 100% (ASTM D6751-03) como los esteres metílicos con cadena

larga de ácido graso provenientes de las grasas vegetales o animales y que contienen solamente una

molécula del alcohol en un acoplamiento del éster (U.S. Department of Energy, 2006).

El West Texas Intermediate (WTI) es el precio en dólares por barril de petróleo utilizado en la bolsa de

Estados Unidos y sirve de referencia para Colombia. Su variación en los últimos cinco años (Figura 2)

ha influido en el precio de los combustibles líquidos para este mismo período, pero ello no determina

necesariamente una variación en los costos para el consumidor final de los derivados del crudo ya que


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éstos son controlados por políticas estatales que determinan el congelamiento o no de los precios en

los cuales además del valor de producción están incluidos impuestos legales. Un ejemplo de este tipo

de decisiones gubernamentales se presentó recientemente entre los meses de julio y agosto de 2009,

donde se mantuvo relativamente igual el costo de la gasolina, diesel y gas natural vehicular GNV

(Ministerio de Minas y Energía, 2009) a pesar del incremento del barril de crudo a nivel internacional.

Figura 2: Comportamiento de Precios del Petróleo en Colombia 2004 - Julio de 2009.

Fuente: (Ministerio de Minas y Energía, 2009)

Además de la fluctuación en los precios de los combustibles fósiles, se presenta una preocupante

tendencia al alza en los precios dada la disposición a la decadencia del crudo y la limitación a pocos

países que van presentando las reservas mundiales (Sánchez Céspedes, Ibarra Valdeperas, Vargas

Guillén, & Yong Martínez, 2005). Se estima que al actual ritmo de consumo del petróleo (76 millones de

barriles diarios), las reservas probadas tendrían un horizonte de aprovechamiento para los próximos 80

años (Secretaría de agricultura, ganadería, pesca y alimentación, 2001) lo cual brinda una idea de la

necesidad de la obtención de carburantes líquidos para aplicaciones como la industria automotriz a

través de fuentes alternas de energía como la biomasa.

1.3 CONTEXTO ENERGÉTICO MUNDIAL Y REGIONAL.

En la actualidad uno de los temas de mayor preocupación a futuro es la disponibilidad de los

recursos naturales no renovables utilizados por el hombre en su vida cotidiana para mantener

distintas sociedades y estilos de vida. Diversos analistas, investigadores y científicos a nivel

mundial estudian la factibilidad de las energías renovables (Tau Len, Keat Teong, Abdul

Rahman, & Subhash, 2007) para abastecer las necesidades energéticas y a la vez lograr un

consumo más racional de los recursos no renovables como los combustibles fósiles y sus


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derivados, a los cuáles el hombre se había hecho dependiente por su menor costo

(Secretaría de agricultura, ganadería, pesca y alimentación, 2001).

Según el informe 2009 de la multinacional Beyond Petroleum (BP), empresa inglesa dedicada

a explorar, producir y mercadear la energía principalmente proveniente del petróleo y el gas,

los países de centro y sur América ocupan en conjunto el cuarto puesto en reservas probadas

de petróleo en el contexto mundial para el segundo semestre del 2008, según la subdivisión

presentada en el mismo (

Tabla 1). Regionalmente dentro de esta clasificación, Colombia ocupa el quinto puesto (Tabla

2) en cuanto a disponibilidad de reservas probadas de petróleo, con las cuales cuenta para su

abastecimiento interno (Beyond Petroleum, 2009)

Tabla 1: Porcentaje de Reservas probadas de Petróleo en 2008 por regiones según

informe de la multinacional BP.

Región del mundo Cantidad Total (Miles de

Millones de barriles).

Porcentaje de reservas

probadas en 2008, escenario

mundial

Oriente Medio 754.1 59.9%

Europa y Eurasia 142.2 11.3%

África 125.6 10%

Sur y Centro América 132.2 9.8%

Norte América y México 70.9 5.6%

Asia Pacífica 42 3.3%

Fuente: BP International, 2009.

Tabla 2: Reservas probadas de Petróleo en 2008 para la región de Centro y Sur América.

País

Reserva Probada en 2008

(Miles de Millones de

Barriles)

Porcentaje a nivel

mundial

Argentina 2,6 0,2%

Brasil 12,6 1,0%

Colombia 1,4 0,1%

Ecuador 3,8 0,3%

Perú 1,1 0,1%

Trinidad & Tobago 0,8 0,1%

Venezuela 99,4 7,9%

Otros de S. y Cent.

América 1,4 0,1%

Total S. y Cent. 123,2 9,8%


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América

Fuente: BP International, 2009.

Como se puede observar Colombia cuenta con reservas de petróleo (1.4 miles de millones de

barriles en 2008) significativas con relación a algunos países de la región (Figura 3), lo cual al

actual ritmo de producción de 539.000 barriles/día de los cuales exporta 289.700 (CIA World

Factbook, Index Mundi, 2008), alcanzaría para satisfacer la demanda productiva a lo largo de

un período aproximado algo mayor a los siete años. Sin embargo la disponibilidad de ese

recurso por el momento no es consuelo para el gobierno que debe enfrentar las necesidades

energéticas de un país en vía de desarrollo y los nuevos retos ambientales de producción de

electricidad de forma sostenible con el medio ambiente y por lo tanto busca el desarrollo de

fuentes alternas de energía a través de procesos menos contaminantes.

Figura 3: Distribución de las Reservas probadas de Petróleo en 2008 para Centro y Sur

América. Fuente: BP International, 2009.

Por otro lado, para el hallazgo y explotación de nuevos pozos petroleros el país requiere de

gran inversión en exploración incluso a mar abierto (―off shore‖ o fuera de la costa), lo que

eleva los costos del recurso y hace competente el desarrollo de las nuevas alternativas de

producción energética a partir fuentes renovables como la solar, eólica o a base de materias

como la biomasa, mediante el montaje de plantas de procesamiento que acopien los residuos

de zonas agrícolas, industriales y domésticas.

La fuente más adecuada para suplir necesidades energéticas en el futuro después del carbón

y el petróleo es la biomasa. (Werther, Saenger, Hartage, Ogada, & Siagi, 2000)

Este recurso gracias a ser renovable se convierte en una de las principales fuentes para los

países del mundo en vista de las limitantes de los combustibles fósiles y se ha empleado para

la producción de energía en naciones que basan su economía en la agricultura y explotación

forestal (Grassi, Gosse, & Dos-Santos, 1990). Dicha biomasa se puede aprovechar mediante

diferentes procesos termoquímicos para lograr convertirla en energía y otros productos

aprovechables para el hombre, mediante gasificación, pirolisis y combustión (Zabaniotou,


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Skoulou, Koufodimos, & Samaras, 2007). Para transformar de manera eficiente la biomasa a

energía se emplean técnicas bioquímicas y termoquímicas; las bioquímicas involucran

biometanización de la biomasa, mientras que las termoquímicas abarcan dos procesos

principalmente, la pirolisis y la gasificación.

1.4 BIOCOMBUSTIBLES SÓLIDOS

Entre las fuentes alternativas de energía, la biomasa se convierte en un importante recurso de

energía renovable ya que tiene propiedades atractivas, tales como bajo costo de producción,

plantea una recirculación ecológica de los gases de efecto invernadero y emisiones

controlables de materiales pesados. Por lo que la investigación de energías a partir de la

biomasa ha atraído un considerable interés.

Recientemente, se han llevado a cabo varias investigaciones para preparar briquetas

combustible a partir de biomasa, como alternativa ante la utilización de leña, carbón mineral o

con el fin de mezclar biomasa con éste. Autores como, Wamukonya y Jenkins investigaron la

posibilidad de producir briquetas con adhesivos sintéticos durables usando como materia

prima paja de trigo y aserrín (L. Wamukonya, 1995). Yaman et al. Produjo briquetas

combustible a partir de los desechos de una fábrica de papel y residuos de oliva (S. Yaman,

2000). Li y Liu emplearon el proceso de pistón-molde para producir un densificado de residuos

de madera (Y. Li, 2000). Chin y Siddiqui también utilizan el proceso para densificar aserrín,

cascarilla de arroz, cáscara de maní, fibras de coco, residuos de fibra de palma y fruta en

briquetas de biomasa, respectivamente (O. C. Chin, 2000)]. Li estudió la compactación a alta

presión de los residuos sólidos urbanos para formar densificados en briquetas combustible (Y.

Li H. L., 2001). Granada Diseñó y preparó briquetas combustibles lignocelulósicas mezclando

Mongo y Roble Africanos y Canadienses (E. Granada, 2002). Rhen investigó los efectos de la

humedad en el material, la presión de densificación y la temperatura sobre algunas

propiedades de los pellets a base de Abeto rojo (C. Rhén, 2005). Mani analizó los efectos de la

fuerza de compresión, tamaño de partícula y contenido de humedad sobre las propiedades

mecánicas de los pellets de biomasa a base de pasto (como la paja del trigo, paja de cebada,

etc) (S. Mani, 2006). Marsh investigó las propiedades físicas y térmicas de extrusión para

briquetas combustible derivadas de residuos (R. Marsh, 2007). Kaliyan y Morey discuten los

factores que afectan la fuerza y la durabilidad de los productos de la biomasa densificada (N.

Kaliyan, 2009). Chou escribió sobre la factibilidad de elaborar las briquetas de biomasa de los

residuos sólidos, tales como paja de arroz y salvado de arroz (C. S. Chou, 2009).Chou C. en

su artículo demuestra la viabilidad de la preparación de combustibles sólidos de biomasa a

base de paja de arroz y bio-residuos, tales como el salvado de arroz, residuos de soja y

aserrín como aglutinantes, lo que representa una alternativa para cambiar los residuos

correspondientes al procesado de arroz para convertirlos en combustible de biomasa

renovable (C. S. Chou S. H., 2009).Por último en Tailandia se realizo un estudio que evaluó la

cantidad de energía potencial de la tuza de maíz con el fin de conocer las propiedades de esta

materia prima, bajo la implementación de varias pruebas de análisis final (prueba termo-


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gravimétrica) se investigó la tasa de pérdida de masa de la materia prima a medida que se

calienta a velocidad uniforme, por otra parte, también se estudió el poder calorífico del

material. En cuanto a la densidad de las briquetas con relación al efecto de la presión y la

relación de aglutinante utilizado, además, bajo el método de regresión se estableció una

relación entre la densidad de briquetas, la presión aplicada y la relación de aglutinante. (P.

Wilaipon, 2007).También es aconsejable añadir el polvo de carbón es una pequeña cantidad

en la biomasa debido a una mejor cohesión y por lo tanto mejores propiedades mecánicas (D.

Plistil, 2004).

Lo anterior muestra que las briquetas combustible como una fuente de energía renovable

cumple con requisitos como la sostenibilidad, bajo costo de producción y fácil acceso a sus

consumidores, representando una clara alternativa para complemento de combustibles como

la leña y el carbón vegetal para la cocina doméstica u operaciones de agro-industrial,

reduciendo así la demanda de combustibles que directa o indirectamente generan daños

severos al medio ambiente. Además tienen ventajas sobre la leña en términos de mayor

intensidad de calor, limpieza, comodidad en el uso y menor espacio de almacenamiento.

Una de las fuentes de energía más importantes para la humanidad es la biomasa que hace

referencia a todos los materiales orgánicos, en particular la madera y residuos agrícolas que

representan aproximadamente el 14% del consumo total de energía en el mundo. De acuerdo

con la temática energética mundial, es ampliamente aceptado que la escasez de combustibles

fósiles, el aumento del precio de los combustibles, el calentamiento global y otros problemas

ambientales críticos, por lo que la energía a partir de la utilización de biomasa ha estado

atrayendo la atención como fuente de energía, basados en promover un ciclo de cero

acumulación de dióxido de carbono en la atmósfera, es decir el dióxido de carbono liberado

durante el proceso de combustión se compensa con el consumo de dióxido de carbono

sintetizado en la foto síntesis. Entre los varios tipos de biomasa, los residuos agrícolas se han

convertido en una de las más prometedoras opciones (P. Wilaipon, 2007).

La fabricación de briquetas se puede hacer con o sin un aglutinante, prescindir de estos es

más conveniente, pero requiere de equipos que generan aumento de costos y procesos más

complejos para su preparación, por lo que en la industria de fabricación de briquetas el éxito

reside en diseñar equipos simples con uso práctico y de bajo costo. Varios países en

desarrollo tienen problemáticas ambientales por los residuos de procesos agroindustriales,

ejemplo de esto está nuestro país con cultivos como el arroz, la palma de aceite, el maíz,

algodón, entre otros, que al igual que en países como Nigeria, Tailandia, Indonesia, Malasia y

otros, producen una gran cantidad de residuos agrícolas y forestales anualmente que son

desperdiciados, donde la práctica más común es la quema de estos o dejar que se

descompongan cerca de las zonas de procesamiento que los generan. Sin embargo, estudios

previos han demostrado que estos residuos pueden ser transformados en productos

combustibles.


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Diversos estudios proponen utilizar un número de estos materiales localmente disponibles para

la producción de briquetas combustible que utilicen aserrín, mazorcas vacías de maíz, paja y

cascarilla de arroz, entre otras biomasas vegetales. El inconveniente principal según algunos

de estos estudios es la consideración de utilizar aglutinantes, porque la quema de las briquetas

de ciertas biomasas al mezclarse con el aglutinante tienden a producir de mucho humo

(Olorunnisola, 2007). Además, el rendimiento se encuentra fuertemente afectado por las

propiedades de la materia prima, así también la densidad de la briqueta es una de las

propiedades más importantes que influyen en las características de combustión y el

comportamiento de encendido, esta propiedad depende de varios factores, por lo tanto, es

crucial comprender los efectos que afectan la densidad de la briqueta tales como la presión

ejercida en la densificación. Las correlaciones de densidad de la briqueta en función de la

presión, al producir con varios tipos de residuos agrícolas fueron estudiados por Chin y

Siddiqui (O. C. Chin K. M., 2000). Otra relación entre la presión y la densidad fue propuesto

para el caso de la fibra de palma por Husain y Zainac (Z. Husain, 2002).

La tecnología de procesamiento para la fabricación de briquetas puede definirse como un

proceso de densificación para mejorar las características de manejo de esta materia prima y

mejorar valor calorífico de la biomasa previamente tratada. Ya que la mayoría no es apta para

ser utilizada como combustible, sin un proceso adecuado, algunas por ser voluminosas,

heterogéneas y de baja densidad energética, características que hacen de este tipo de

residuos difíciles de manejar, almacenar, transportar y utilizar (P. Wilaipon, 2007).A través de

la fabricación de briquetas se logra producir de forma estándar un combustible para su

utilización en un dispositivo de combustión, artesanal o industrial.

El proceso de compactación permite alcanzar una contracción importante del volumen y por

tanto también un aumento en la densidad y el valor energético de la materia prima, las

propiedades mecánicas de los combustibles estandarizados en forma de briqueta hacen

referencia a la relación peso/volumen y resistencia mecánica, estos parámetros dependen del

material utilizado, su estructura, contenido de agua y presión de compactación. Las normas

básicas de este proceso se constatan en la norma austriaca ÖNORM M 7135 y la alemana

DIN 51731. Estos documentos son válidos para la madera y corteza.

Si las briquetas son del tipo de sección circular, su diámetro es de 20 a 120 mm y longitud de

hasta 400 mm. La briqueta de sección circular se expone a presiones relativamente más

uniforme que las de sección rectangular, esto se debe a su simetría y distribución del material

que recibe la fuerza de compactación en dirección perpendicular a su eje central y la no

existencia de zonas difíciles como esquinas o puntas. Lo que contribuye a una mejor

homogeneidad de compactación y una mayor reducción del volumen del material transformado

en briquetas (D. Plítil, 2005).


15

1.5 PROCESOS TERMOQUÍMICOS DE TRANSFORMACIÓN DE BIOMASA

Dada la importancia planteada para la biomasa al emplearla como fuente alterna de energía,

los procesos termoquímicos de gasificación y pirolisis cobran interés a fin de obtener productos

como los combustibles líquidos y otros compuestos derivados de los mismos al aplicar

procesos posteriores.(

Figura 4) Éstos son de particular interés en la industria ya que resultan de aprovechar recursos

residuales para aprovechar su poder energético.

Figura 4: Productos obtenidos a partir de los procesos de conversión termoquímica.

La biomasa está compuesta principalmente por celulosa, hemicelulosa y lignina. La celulosa es un polímero de gran masa molecular, superando los 100.000 gr/mol, está conformada por unidades de D-Glucosa C6H10O5 (

Figura 5), las cuales se encuentran unidas entre sí por enlaces fuertes (glicosídicos). Su

estructura es igual para todos los vegetales, lo único que varía entre cada uno es el grado de

polimerización. Las cadenas en línea de celulosa conforman haces fibrosos que unidos entre


16

sí dan lugar a una estructura cristalina altamente inerte y muy difícil de atacar por agentes

químicos. (Arauzo, Bilbao, & Salvador, 1995)

Figura 5: Estructura química de la D-glucosa

Fuente: (Ruíz, 2003)

Por otra parte la hemicelulosa es un polímero ramificado de masa inferior a 30.000 gr/mol que

contiene en promedio entre 50 y 200 unidades de D-Xilosa (C5H10O5) o de D-manosa

(C6H12O6), siendo la D-xilosa (Figuras 6a) la más abundante. La Lignina es el agente de unión

de las fibras de celulosa y es un polimero tridimensional de unidades fenilpropano con gran

número de ciclos aromáticos, su estructura (Figuras 6b) depende del tipo de vegetal. Los

porcentajes en cada uno de estos componentes en la biomasa depende de la naturaleza de la

especie vegetal, además de estos compuestos también se encuentran otros componentes,

tales como la ceniza, las cuales se encuentran en proporciones muy pequeñas y se componen

principalmente de óxidos de calcio, óxidos de magnesio, de sodio, silicio, hierro y fosforo.

a: Estructura Química de la D-Xilosa

b: Estructura de la lignina para el caso de vegetales como maderas blandas (lignina y

guayaquílica)


17

Figuras 6: Estructuras Químicas de Componentes de la Biomasa.

Fuente: (Ruíz, 2003)

1.5.1 PROCESO DE GASIFICACIÓN.

Las biomasas residuales generadas en el procesamiento del arroz, del maíz y madera, está

constituida por materia orgánica que tuvo origen inmediato en un proceso biológico por vía

fotosintética. Estos residuos agrícolas pueden emplearse como combustible debido a la

presencia de moléculas celulósicas que contienen energía en sus enlaces y que se libera bajo

condiciones de oxidación total o parcial. Estos residuos agrícolas presentan grandes

posibilidades para ser aprovechados energéticamente, hecho que se corrobora con la

existencia de diversos equipos térmicos industriales operando en países de América, Europa y

Asia (especialmente China), donde la energía contenida del residuo se transfiere de manera

controlada a otros procesos, específicamente, a aquellos que involucran el secado de

materiales, la generación de electricidad y la producción de gas combustible. En aplicaciones

de secado, Silva y Happ (1997) describen un horno simple desarrollado por el International

Rice Institute, constituido por dos tanques de 55 galones conectados por un ducto pequeño.

En el primer tanque se localiza la parrilla inclinada y el silo de alimentación de la cascarilla de

arroz; el segundo tanque actúa como filtro de cenizas con ayuda de dos deflectores. La

potencia del horno es de 21 kW, con un consumo de cascarilla de 6 kg/h, lo que permite

calentar 1,13 m3/s de aire hasta 44°C. Los resultados de la evaluación de este horno con

tiro inducido y 45 grados de inclinación, presentados por Duque y Blum (1990), indicaron una

eficiencia de 78% para la combustión y 39% para el sistema completo. La potencia térmica

volumétrica del horno fue de 313,9 kW/m3, la potencia nominal de 33,8 kW, mientras que el

exceso de aire estuvo en el rango de 270 a 450%. De acuerdo con Robinson et al. (1993), el

National Resources Institute (NRI) desarrolló un quemador de cascarilla de arroz que puede

ser acoplado a una caldera, a un sistema de agua caliente o a un calentador de aire para

secado. Dentro de las condiciones operacionales de este equipo están: capacidad térmica,

250 kW; flujo másico de productos de combustión, 500 kg/h; eficiencia de combustión, 95%;

consumo de cascarilla de arroz, 60 kg/h y exceso de aire, 80%.

En Colombia, las investigaciones en hornos y quemadores de biomasas residuales del

procesamiento de arroz y otros residuos agroindustriales se remontan a finales de los años

setenta, lográndose avances significativos en la Universidad de Los Andes (Fernández, 1979;

Ochoa, 1981; Roncancio, 1983; Beltrán, 1986). Posteriormente, en la Universidad Pontificia

Bolivariana se diseñó y construyó un quemador de cascarilla de arroz en lecho fluidizado

(Ramírez y Restrepo, 1994); en esa oportunidad, el equipo fue operado sin el aprovechamiento

de la energía calórica contenida en los gases de combustión.

Teniendo en cuenta que la combustión de biomasas residuales representa grandes beneficios

en el secado de materiales y en la generación de vapor, en los últimos años la gasificación de


18

biomasa vegetal se ha venido convirtiendo en una importante alternativa para países del tercer

mundo que dependen de combustibles fósiles como el carbón y el petróleo. Definida como la

conversión de un combustible sólido a gas energético (CO, H2 y CH4) mediante la oxidación

parcial a elevadas temperaturas, la gasificación representa una de las tecnologías más

prometedoras a futuro; de acuerdo con Sánchez (1997), el gas energético se produce de

manera controlada en un reactor donde el combustible sólido sufre transformaciones físicas y

químicas que involucran etapas como el secado, la volatilización, la combustión y la

gasificación propiamente dicha.

El gas energético producido en la gasificación a partir de biomasa vegetal puede utilizarse en

diversos fines, entre ellos, para alimentar motores de combustión interna o turbinas a gas

cuando se requiere la generación de potencia mecánica o energía eléctrica; para la generación

directa de calor, o en otro caso, como materia prima en la síntesis química de amoníaco y

metano. La gasificación utilizando aire como agente oxidante, produce un gas energético de

bajo poder calorífico suficiente para accionar un motor de combustión interna. Si en ese

proceso se adiciona vapor de agua, es posible aumentar aún más el poder calorífico del gas

producido y diversificar su utilización hacia otros procesos.

Mahin (1990) describe uno de los primeros gasificadores comerciales para cascarilla de arroz

con base en la tecnología de lecho fijo. Este equipo posee una parrilla rotativa para la

evacuación de cenizas, sello de agua en el fondo y una camisa de agua para el control de la

temperatura en la zona de reacción, con el fin de evitar la sinterización de las cenizas. El

equipo fue fabricado en China e instalado en un molino de arroz en Malí a comienzos de los

años ochenta, requiriendo un consumo específico de combustible entre 3,75 y 4,0 kg/kWh. En

la literatura técnica china se informa de mejores rendimientos, normalmente en el rango de 2,0

a 2,5 kg/kWh, en instalaciones semejantes localizadas en ese país.

Actualmente, la empresa BG Technologies (2002) fabrica pequeños gasificadores para

biomasa vegetal en los Estados Unidos, comercializando estos equipos para el beneficio de

una gran variedad de residuos agrícolas, incluida la cascarilla de arroz. Los gases energéticos

de los gasificadores en operación se utilizan para alimentar hornos o calderas, o en otros

casos, para mover motores de combustión interna en la generación de energía eléctrica.

En Colombia, el estudio y desarrollo de los sistemas de la gasificación se ha limitado al

montaje a escala piloto aun sabiendo que en otros países la aplicación de esta tecnología

presta excelentes resultados con respecto la implementación tecnológica y utilidades en la

industria.

La gasificación es un proceso termoquímico en el que un material carbonoso (residuo

orgánico, carbón o biomasa) es transformado en un gas combustible de bajo poder calorífico,

mediante una serie de reacciones que ocurren a una temperatura determinada en presencia

de un agente gasificante que puede ser aire, oxígeno, aire enriquecido con oxígeno o vapor de

agua, de modo que se obtienen diferentes mezclas de gases (CO2, CO, CH4, H2) que a su vez


19

pueden tener diferentes utilidades (Figura 7), (Universidad de Zaragoza, 2006), adicionalmente

se generan vapores o líquidos, entre los se encuentran hidrocarburos poliaromáticos y un

residuo viscoso y corrosivo compuesto por moléculas orgánicas e inorgánicas llamado tar

(Basu, 2006). De forma general la reacción del proceso de gasificación es:

( )

La gasificación de carbón fue una de las técnicas de inicio del proceso, inventada en 1792 y

fue ampliamente utilizada para producir gas para múltiples aplicaciones en las ciudades (p.e.

generación de calor, iluminación) en el siglo IXX, pero su obtención resultaba cuantiosa lo que

la hacía poco rentable comercialmente (Basu, 2006). En 1846 el Dr. Abraham Gesner oriundo

de Nueva Escocia (Canadá), inventó un proceso de extracción de un combustible líquido para

iluminación a partir de combustibles sólidos mediante pirolisis, lo cual daría otro paso hacia el

desarrollo de la gasificación; llamó a este oil kerosene (de la palabra griega para la cera y

aceite). Posteriormente las necesidades energéticas para suplir la demanda de la industria

militar contribuyeron significativamente al desarrollo de los procesos termoquímicos hacia la

generación de energía a partir de biomasa utilizando materias combustibles como la madera

además del convencional carbón; pero con el fin de la II guerra mundial y la baja en los precios

del petróleo, éstos procesos volvieron a ser relegados y sus desarrollos tecnológicos se

estancaron (B. Reed & Das, 1988).

Finalmente, en las últimas décadas la preocupación por el cambio climático ha reimpulsado

éstos procesos encaminándolos a utilizar materia combustible renovable y menos

contaminante, caso específico de la biomasa, así como su uso en la eliminación de los

residuos sólidos urbanos RSU (Basu, 2006).

Figura 7: Proceso general de gasificación de Biomasa

Fuente: (Universidad de Zaragoza, 2006)

Mediante la gasificación se obtiene como producto un gas de síntesis SYNGAS, que

posteriormente puede ser sintetizado a productos específicos (Figura 8) como los combustibles

líquidos, para lo cual se emplean diferentes tipos de equipos o reactores gasificadores y su


20

elección depende de varios factores como pueden ser la granulometría del residuo, la

humedad de este, la limpieza del gas requerida, el aprovechamiento que vaya a hacerse de la

energía del gas producido u otros criterios de diseño. El gas adquirido puede ser quemado

inmediatamente en una turbina de gas o un motor de combustión interna. A continuación se

ilustran estas aplicaciones:

Figura 8: Aplicaciones generales del gas de síntesis para la producción de potencia.

Fuente: (Universidad de Zaragoza, 2006)

Algunas de las ventajas del proceso de gasificación son (Universidad de Zaragoza, 2006):

Versatilidad en la valorización del residuo, 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, carburantes líquidos.

No se agrega al ambiente gases contamiantes al emplear biomasa sino que se

retornan, a diferencia de los combustibles fósiles.

1.5.2 TIPOS DE GASIFICADORES.

Existe una clasificación principal para los gasificadores, dependiendo del medio de la

gasificación. De ésta manera se clasifican en tres grupos: de aire soplado, donde el aire es el

medio de la gasificación, de soplado de oxígeno donde el oxígeno puro es el medio gasificante

y de inyección de vapor. En el primer caso el producto es un gas de bajo poder calorífico (5000

a 6000 kJ / kg) con presencia de nitrógeno, mientras que en el segundo se genera gas con

mayores valores caloríficos (alrededor de 15.000 kJ / kg o 10 a 12 MJ/m3) y sin presencia de


21

nitrógeno (Basu, 2006), en el tercer caso los rendimientos varían de acuerdo al contenido de

oxígeno presente en el vapor.

Los gasificadores pueden subdividirse a su vez en los siguientes cuatro tipos, dependiendo de

la forma en la que se presenta el contacto entre el material combustible a gasificar y el medio

de gasificación:

A. Lecho arrastrado: en el cual las partículas del sólido combustible son suspendidas por la

corriente de oxígeno o aire y vapor. En éste tipo de gasificadores la ceniza es retirada por la parte

inferior del equipo en forma de escoria líquida ya que se funde debido a la alta temperatura de trabajo.

Los equipos comerciales, fabricados por compañías como Texaco y Shell, generalmente trabajan con

soplado de oxígeno y trabajan a presiones por encima de 3.5 MPa (Basu, 2006). Los gasificadores de

lecho arrastrado son poco empleados para la gasificación de biomasa dado que requieren tamaños de

partícula muy finas (80-100 μm), por lo cual se utilizan generalmente para la gasificación de

combustibles fósiles.

Figura 9: Reactor de Lecho Arrastrado

Fuente: (Basu, 2006).

B. De lecho fluidizado: en este tipo de reactores el material combustible es gasificado en una

cama que permite la suspensión de las partículas debido al flujo del elemento gasificante (aire,


22

oxígeno); estos equipos se clasifican a su vez en dos tipos que comprenden lecho burbujeante o

circulante. El primer reactor de lecho fluidizado fue fabricado en 1921 por el alemán Fritz Winkler y el

gas producido fue empleado en motores a gas.

a) b)

Figura 10: a) Reactor de Lecho Fluidizado Burbujeante. b) Reactor de Lecho Fluidizado

Circulante.


C. De cama de vertedera: en este tipo de reactores el medio de gasificación (aire, oxígeno o

vapor en algunos casos) atraviesa a alta velocidad el material a gasificar que se encuentra dispuesto

en capas y lo lleva hasta la superficie del lecho donde vuelve a caer para ser nuevamente arrastrados

por el flujo, realizándose en ciclos continuos. En el proceso el gas producido sale expulsado por la

parte superior, mientras que la alimentación del elemento gasificante y el retiro de la escoria generada

suele realizarse por la parte inferior.


23

Figura 11: Reactor de Cama Vertedera


D. De lecho fijo o móvil: en este tipo de reactores el elemento gasificante fluye y entra en

contacto con el material combustible a gasificar en un lecho de partículas sólidas. Dependiendo de la

dirección del flujo través del lecho, estos reactores se pueden clasificar en:

Updraft, donde el medio fluye hacia arriba.

Downdraft, donde el medio gasificante fluye hacia abajo.

Sidedraft, donde el material combustible es alimentado por una tolva desde la parte superior

y el medio gasificante fluye a través de él desde los lados.

Figura 12: Reactor Gasificador de Lecho Fijo

Fuente: (Basu, 2006).OPERACIONES UNITARIAS (MCcabe, Smith, & Harriot, 1991)

Frecuentemente a los materiales que intervienen en un proceso se les debe aplicar

procedimientos anteriores que los lleven a condiciones adecuadas para el inicio del proceso

principal. A algunos de estos procedimientos se les denomina como operaciones unitarias, y

entre ellos es conveniente estudiar los siguientes:

1.5.3 Secado de partículas sólidas.

El secado de sólidos consiste en la separación de pequeñas cantidades de agua u otro líquido

de un material sólido con la finalidad de disminuir el contenido de líquido residual hasta un

valor aceptablemente bajo. Por lo general el proceso es la etapa final de una serie de

operaciones y con frecuencia el producto que se extrae de un secador pasa a un proceso de

empaque.

El agua, así como otros líquidos se pueden separar de sólidos mecánicamente mediante

prensas o centrífugas, o térmicamente mediante evaporación. Por lo general la eliminación de


24

líquidos mediante métodos mecánicos resulta más económica que mediante métodos

térmicos, por lo cual es recomendable reducir el contenido de líquido lo máximo posible antes

de realizar la operación de secado térmico.

El contenido de líquido de una sustancia seca varía dependiendo el tipo de materia o producto.

Frecuentemente se dice que un producto está totalmente seco cuando no contiene líquido,

pero por lo general siempre hay contenido de líquido en pequeñas proporciones. Ejemplo de

esto es la sal de mesa que contiene alrededor de 0,5% de agua y el carbón seco que contiene

4%; debido a esto el secado es un término relativo y tan sólo quiere decir que hay una

reducción del contenido de líquido.

La forma de los sólidos que se secan puede ser muy diversa tal como escamas, gránulos,

cristales, polvo, tablas o láminas continuas y poseer propiedades muy diferentes. El líquido

que ha de vaporizarse puede aumentar sobre la superficie del sólido, tal y como ocurre en el

secado de cristales salinos, en el interior del sólido, como en el caso de eliminación de

disolvente de una lámina de un polímero, o parte en el exterior y parte en el interior. La

alimentación de algunos secadores es un líquido en el que está suspendido el sólido en forma

de partículas o en disolución. El producto que se seca puede soportar temperaturas elevadas o

bien requiere un tratamiento suave a temperaturas moderadas. Esto da pie para que

actualmente en la industria existan gran variedad de secadores comerciales, cuyas principales

diferencias radican en la forma como se mueven los sólidos a través de la zona de secado y

en la forma en la que se transmite el calor.

1.5.4 Reducción de tamaño de sólidos.

La reducción de tamaño se refiere a todas las formas en las que las partículas de sólidos se

pueden cortar o romper en piezas más pequeñas. En los procesos industriales la reducción de

tamaño de sólidos se lleva a cabo mediante diferentes métodos y con fines distintos. Las

grandes piedras de un mineral Crudo se desintegran hasta un tamaño manejable, los

productos químicos sintéticos se muelen hasta polvo y las láminas de plástico se cortan en

cubos o rombos. Los productos comerciales por lo general están sujetos al cumplimiento de

rigurosas especificaciones con respecto al tamaño, y en algunos casos con la forma de las

partículas. La disminución del tamaño aumenta la reactividad de los sólidos y permite la

separación por métodos mecánicos de ingredientes no deseados.

Existen diversas maneras de romper sólidos, pero para la reducción de tamaño en general se

destacan solamente cuatro de ellas y son: Compresión, Impacto, Frotación o Rozamiento y

Corte. Un cascanueces, un martillo, una lima y unas tijeras constituyen ejemplos de los cuatro

tipos de acción. De una manera general, la compresión se utiliza para la reducción gruesa de

sólidos duros, dando lugar a relativamente pocos finos, el impacto genera productos gruesos,

medios o finos, la frotación conduce a productos muy finos a partir de materiales blandos no

abrasivos y por último el corte da lugar a un tamaño definido de partícula, y a veces también

de forma, con muy pocos o nada de finos.


25

1.5.5 Densificación de biomasa.

La pelletización es el proceso mediante el cual se comprime la biomasa en volúmenes

definidos y con medidas estandarizadas, de este modo se consigue una densificación

adecuada de la biomasa. Para este proceso se realiza una extrusión de la biomasa a alta

presión, logrando obtener cilindros de tamaño normalizado y con alta compactación, lo cual

facilita su transporte y almacenamiento (L.Polagye, 2005). Este procedimiento brinda

uniformidad al material a fin de utilizarlo en una tarea posterior, de tal manera que su forma,

consistencia y tamaño sea muy similar en el mayor número de muestras peletizadas. Se suele

emplear máquinas de trabajo continuo y que a menudo abordan el producto luego de un

proceso de reducción de tamaño.

1.6 APROVECHAMIENTO DE BIOMASA RESIDUAL COMO SISTEMA DE ALMACENAMIENTO DE

ENERGIA MEDIANTE BIOPILAS

Los avances en tecnología de pantalla, baterías y dispositivos electrocrómicos han estimulado

el estudio de electrolitos de polímero sólidos. Estos materiales poliméricos representan una

alternativa prometedora para la sustitución de líquidos y electrolitos cristales inorgánicos

utilizados en las baterías, sensores y dispositivos electrocrómicos.

Una pila es un dispositivo que convierte energía química en energía eléctrica por un proceso

químico transitorio, tras lo cual cesa su actividad y han de renovarse sus elementos

constituyentes, puesto que sus características resultan alteradas durante el mismo. Se trata de

un generador primario. Esta energía resulta accesible mediante dos terminales que tiene la

pila, llamados polos, electrodos o bornes. Uno de ellos es el polo positivo o cátodo y el otro es

el polo negativo o ánodo. La estructura fundamental de una pila consiste en dos electrodos,

metálicos en muchos casos, introducidos en una disolución conductora de la electricidad o

electrolito.

Los metales y productos químicos que constituyen las pilas pueden resultar perjudiciales para

el medio ambiente, produciendo contaminación química. La idea es minimizar este tipo de

impacto, que en gran medida ayudaría a la conservación del mismo, puesto que la pila al estar

hecha de un biopolímero a base de almidón de yuca, tiende a bíodegradarse, siendo esta una

de sus características más importante.

desde hace unos años se ha logrado sintetizar polímeros que son buenos conductores de la

electricidad, tan buenos que se han denominado metales sintéticos, reuniendo de esta forma

las propiedades eléctricas de los metales y las ventajas de los plásticos. La aplicación más


26

conocidas para estos materiales son las baterías recargables, ya que estas son de menor peso

que las convencionales que contenían plomo y ácido sulfúrico; además de no contener

sustancias tóxicas, ni contaminantes y evitar el desgaste mecánico asociado a la

disolución/deposición del electrodo que ocurre durante el proceso de carga y descarga.

En particular, algunos estudios realizados en biomedicina han permitido desarrollar una bío-

batería que se compone de una estructura ultra delgada monolítica de una membrana de

acetato de celulosa sobre el cual se deposita una película metálica fina como electrodos por

evaporación térmica en ambas superficies. Por lo general este tipo de pilas se emplean en

dispositivos portátiles, tales como marcapasos, que requieren baterías de baja potencia (en el

rango de microamperios).

Para desarrollar una batería es necesaria la selección del cátodo y ánodo, hay que tener en

cuenta algunos criterios importantes, que permitan determinar cuál es el que ofrece mejores

resultados. Algunos de estos criterios para seleccionar el cátodo son: que exista una

compatibilidad electroquímica con la solución de electrolitos para la carga requerida, además

de un fácil movimiento de los electrodos en un alto grado de reversibilidad. Por otro lado, las

consideraciones para la selección del ánodo son: que posea una alta capacidad reversible de

descarga, una superficie pequeña para mejorar la seguridad, una alta densidad para que sea

compatible con soluciones de electrolitos y aglutinantes, además que sea mecánicamente

estable (dimensionalmente), y que estén disponibles en el mercado a un precio razonable. En

cuanto a la selección del electrolito también hay que seguir unos criterios, los cuales son, que

tengan una buena conductividad en un amplio rango de temperatura, la estabilidad térmica de

hasta menos de 85°C; la compatibilidad con los demás componentes, y la disponibilidad a bajo

costo.

En este mismo orden de ideas, es importante decir que la yuca es una fuente agrícola

abundante y barata de almidón. Colombia es el tercer productor de yuca más grande en

Latinoamérica, después de Brasil y Paraguay y su producción es básicamente destinada para

el consumo local. La yuca en Colombia, y en general en América Latina y el Caribe, posee

grandes ventajas que pueden ser utilizadas en beneficio de todos los integrantes de la cadena

agroalimentaria.

Sin duda alguna, una de las utilizaciones de yuca más usual es la producción de almidón.

Existen numerosas fuentes de almidón que satisfacen las crecientes demandas, cuya

extracción se puede realizar en plantas artesanales con capacidad de unas pocas toneladas y

en enormes plantas con capacidad hasta de 400 000 toneladas en el año. El almidón de yuca

tiene propiedades particulares que lo hacen especialmente apto para ciertos procesos

industriales. Entre las propiedades que definen las características de un almidón, se puede

mencionar la proporción de amilosa y amilopectina, y el tamaño del granulo.


27

Al utilizar el almidón de yuca, y al ser este una materia prima barata y biodegradable, en gran

medida disponible y obtenida de fuentes renovables, se puede emplear como medio

electrolítico ya que tiene una gran capacidad de formar películas con buenas propiedades

mecánicas. Esto se debe por que se compone de una mezcla de polisacáridos lineales y

ramificados (amilosa y amilopectina), y que poseen una alta estabilidad de recristalización en

la fase amorfa. Por lo cual se espera que este nuevo desarrollo genere un impacto socio-

económico importante en la región.

.

1.8. SISTEMAS ENERGÉTICOS SOSTENIBLES PARA LA AGROINDUSTRIA DE ALIMENTOS

Un porcentaje alto de los productos perecederos que llega a las plazas de mercado, tiendas,

supermercados, etc. se pierden por no contar con las condiciones adecuadas de manejo

poscosecha. Esto aumenta el costo para el consumidor final, puesto que el

productor/comerciante tiene que aumentar el precio del producto para mantener la utilidad que

se pierde con el producto deteriorado.

Estas grandes pérdidas solamente se aprecian en el volumen de desecho que se produce, y

su disposición constituye en muchos casos el problema principal de las comercializadoras de

vegetales; pero rara vez se tiene en cuenta todo el proceso de producción, cosecha y

comercialización que generó este producto antes de ir a la basura. Si se relacionaran estos

costos con lo que significa implementar y mantener técnicas adecuadas que disminuyan estas

pérdidas, seguramente se encontrarían suficientes razones para incorporar estas técnicas

dentro del proceso tradicional de comercialización de perecederos.

Para muchos de los productos que llegan a estos sitios se podría aumentar su vida útil si se

contara con una infraestructura acorde con las necesidades:

• Por ejemplo, un cuarto frío localizado en una vereda permitiría que los agricultores

almacenaran sus productos perecederos mientras recogen un volumen importante que

justifique su mercado.

• Un supermercado puede comprar volúmenes grandes de veredas, que almacenará en

condiciones adecuadas, para ir surtiendo los estantes de acuerdo con el nivel de ventas, de

tal forma que garantice al comprador productos de óptima calidad.

• Un mayorista que comercializa productos muy perecederos requiere conservar su calidad

mientras los entrega a sus clientes, y un cuarto frío le puede proporcionar las condiciones

ambientales adecuadas para ello.

Los proyectos de refrigeración convencionales, usados generalmente en la construcción de

cuartos fríos, implican tecnologías con elevados costos de operación y altos impactos

negativos en el medio ambiente, por el uso de refrigerantes que atentan contra la capa de

ozono o contribuyen al calentamiento global. Adicionalmente, muchas regiones habitadas, pero


28

alejadas de los grandes centros urbanos, no cuentan con un adecuado suministro de energía

eléctrica o en el peor de los casos, carecen de este. Esto hace que un proyecto de

refrigeración convencional, se haga inviable ya que estos sistemas requieren una fuente de

energía eléctrica constante para su adecuado funcionamiento.

Como solución a la problemática planteada, se propone el uso de una tecnología limpia

basada en el aprovechamiento de recursos energéticos no convencionales, tales como la

combustión de biomasa, combustión de biogás o energía solar. Considerando además, el uso

de sustancias de trabajo que no generan impacto ambiental. Se trata de la refrigeración por

adsorción de agua en zeolita.

Esta propuesta nace gracias a la relación Industria-Universidad, con la empresa ES Energía

Solar, donde se plantea la inquietud de trabajar conjuntamente en el desarrollo de un prototipo

de refrigeración por adsorción usando el par zeolita-agua, para lo cual se esta formulando un

proyecto de mayor alcance con recursos de Colciencias. A su vez, la empresa ES Energía

Solar, toma esta iniciativa por el contacto estrecho con la empresa francesa ADEV, que a

través de su propietario Gérad Paeye, el cual ha ofrecido un asesoramiento científico en el

desarrollo del prototipo. Para este proyecto el Dr. Paeye trabajar como asesor Ad Honorem, ya

que este proyecto es un estudio básico del fenómeno de adsorción zeolita-agua. Sin embargo,

para un proyecto posterior, donde se contemple la fabricación de un prototipo, se evaluará la

particpación de cada uno de los integrantes, Dr. Paeye, ES Energía Solar y la UPB, con

respecto a los derechos sobre los resultados y las patentes que se puedan generar devido a

estos resultados.

Dentro de los planes para llevar a cabo el proyecto, se contemplan algunas actividades previas

que garanticen una experiencia tecnológica y por ende una mayor probabilidad de que la

propuesta sea aprobada por Colciencias. Entre estas actividades se encuentra un proyecto

interno ya en ejecución, denominado ―Desarrollo de un equipo experimental para evaluación

de ciclos de refrigeración por absorción y adsorción‖ y este proyecto que es complementario y

busca fortalecer este campo de estudio.

Las zeolitas son una familia de minerales aluminosilicatos hidratados altamente cristalinos, que

al deshidratarse desarrollan, en el cristal ideal, una estructura porosa con diámetros de poro

mínimos de 3 a 10 angstroms. La estructura de la zeolita forma cavidades ocupadas por iones

grandes y moléculas de agua con gran libertad de movimiento que permiten el cambio iónico y

la deshidratación reversible.

Las propiedades de la zeolita como adsorbente, adicional a su bajo costo y alta disponibilidad,

hacen de este un material atractivo para ser usado en sistemas de refrigeración por adsorción,

tecnología que ha estado relegada por la refrigeración convencional de compresión de vapor.

El par absorbente-refrigerante, zeolita-agua, cumple con las condiciones adecuadas de


29

temperatura de enfriamiento requerida en cuartos fríos para conservación de frutas y

hortalizas.

En vista de lo anterior, este proyecto tiene por objetivo general, evaluar las características

físicas y termodinámicas de la zeolita como adsorbente del vapor de agua, el cual actuaría

como refrigerante en los ciclos de refrigeración por adsorción, para su uso en un cuarto frío

para la conservación de frutas y hortalizas.

Para lograr el objetivo general planteado, se pretende construir un dispositivo experimental que

permita la medición de curvas de adsorción para diferentes condiciones de operación, analizar

la estructura física de la zeolita, desarrollar un modelo matemático que permita analizar el

comportamiento de la adsorción en la zeolita y diseñar un cuarto frío para la conservación de

frutas y hortalizas.

Como resultados del proyecto se pueden destacar un equipo y una metodología para la

caracterización de la zeolita adecuada para trabajar en sistemas de refrigeración por

adsorción, un modelo matemático, y finalmente se contará con toda la información detallada,

de diseño, configuración, e implementación en sistemas productivos para conservación de

frutas y hortalizas.

1.9. BIOCOMBUSTIBLES SÓLIDOS DENSIFICADOS

Entre las fuentes alternativas de energía, la biomasa se convierte en un importante recurso de

energía renovable ya que tiene propiedades atractivas, tales como bajo costo de producción,

plantea una recirculación ecológica de los gases de efecto invernadero y emisiones

controlables de materiales pesados. Por lo que la investigación de energías a partir de la

biomasa ha atraído un considerable interés.

Recientemente, se han llevado a cabo varias investigaciones para preparar briquetas

combustible a partir de biomasa, como alternativa ante la utilización de leña, carbón mineral o

con el fin de mezclar biomasa con éste. Autores como, Wamukonya y Jenkins investigaron la

posibilidad de producir briquetas con adhesivos sintéticos durables usando como materia

prima paja de trigo y aserrín (L. Wamukonya, 1995). Yaman et al. Produjo briquetas

combustible a partir de los desechos de una fábrica de papel y residuos de oliva (S. Yaman,

2000). Li y Liu emplearon el proceso de pistón-molde para producir un densificado de residuos

de madera (Y. Li, 2000). Chin y Siddiqui también utilizan el proceso para densificar aserrín,

cascarilla de arroz, cáscara de maní, fibras de coco, residuos de fibra de palma y fruta en

briquetas de biomasa, respectivamente (O. C. Chin, 2000)]. Li estudió la compactación a alta

presión de los residuos sólidos urbanos para formar densificados en briquetas combustible (Y.

Li H. L., 2001). Granada Diseñó y preparó briquetas combustibles lignocelulósicas mezclando

Mongo y Roble Africanos y Canadienses (E. Granada, 2002). Rhen investigó los efectos de la

humedad en el material, la presión de densificación y la temperatura sobre algunas


30

propiedades de los pellets a base de Abeto rojo (C. Rhén, 2005). Mani analizó los efectos de la

fuerza de compresión, tamaño de partícula y contenido de humedad sobre las propiedades

mecánicas de los pellets de biomasa a base de pasto (como la paja del trigo, paja de cebada,

etc) (S. Mani, 2006). Marsh investigó las propiedades físicas y térmicas de extrusión para

briquetas combustible derivadas de residuos (R. Marsh, 2007). Kaliyan y Morey discuten los

factores que afectan la fuerza y la durabilidad de los productos de la biomasa densificada (N.

Kaliyan, 2009). Chou escribió sobre la factibilidad de elaborar las briquetas de biomasa de los

residuos sólidos, tales como paja de arroz y salvado de arroz (C. S. Chou, 2009).Chou C. en

su artículo demuestra la viabilidad de la preparación de combustibles sólidos de biomasa a

base de paja de arroz y bio-residuos, tales como el salvado de arroz, residuos de soja y

aserrín como aglutinantes, lo que representa una alternativa para cambiar los residuos

correspondientes al procesado de arroz para convertirlos en combustible de biomasa

renovable (C. S. Chou S. H., 2009).Por último en Tailandia se realizo un estudio que evaluó la

cantidad de energía potencial de la tuza de maíz con el fin de conocer las propiedades de esta

materia prima, bajo la implementación de varias pruebas de análisis final (prueba termo-

gravimétrica) se investigó la tasa de pérdida de masa de la materia prima a medida que se

calienta a velocidad uniforme, por otra parte, también se estudió el poder calorífico del

material. En cuanto a la densidad de las briquetas con relación al efecto de la presión y la

relación de aglutinante utilizado, además, bajo el método de regresión se estableció una

relación entre la densidad de briquetas, la presión aplicada y la relación de aglutinante. (P.

Wilaipon, 2007).También es aconsejable añadir el polvo de carbón es una pequeña cantidad

en la biomasa debido a una mejor cohesión y por lo tanto mejores propiedades mecánicas (D.

Plistil, 2004).

Lo anterior muestra que las briquetas combustible como una fuente de energía renovable

cumple con requisitos como la sostenibilidad, bajo costo de producción y fácil acceso a sus

consumidores, representando una clara alternativa para complemento de combustibles como

la leña y el carbón vegetal para la cocina doméstica u operaciones de agro-industrial,

reduciendo así la demanda de combustibles que directa o indirectamente generan daños

severos al medio ambiente. Además tienen ventajas sobre la leña en términos de mayor

intensidad de calor, limpieza, comodidad en el uso y menor espacio de almacenamiento.

Una de las fuentes de energía más importantes para la humanidad es la biomasa que hace

referencia a todos los materiales orgánicos, en particular la madera y residuos agrícolas que

representan aproximadamente el 14% del consumo total de energía en el mundo. De acuerdo

con la temática energética mundial, es ampliamente aceptado que la escasez de combustibles

fósiles, el aumento del precio de los combustibles, el calentamiento global y otros problemas

ambientales críticos, por lo que la energía a partir de la utilización de biomasa ha estado

atrayendo la atención como fuente de energía, basados en promover un ciclo de cero

acumulación de dióxido de carbono en la atmósfera, es decir el dióxido de carbono liberado

durante el proceso de combustión se compensa con el consumo de dióxido de carbono


31

sintetizado en la foto síntesis. Entre los varios tipos de biomasa, los residuos agrícolas se han

convertido en una de las más prometedoras opciones (P. Wilaipon, 2007).

La fabricación de briquetas se puede hacer con o sin un aglutinante, prescindir de estos es

más conveniente, pero requiere de equipos que generan aumento de costos y procesos más

complejos para su preparación, por lo que en la industria de fabricación de briquetas el éxito

reside en diseñar equipos simples con uso práctico y de bajo costo. Varios países en

desarrollo tienen problemáticas ambientales por los residuos de procesos agroindustriales,

ejemplo de esto está nuestro país con cultivos como el arroz, la palma de aceite, el maíz,

algodón, entre otros, que al igual que en países como Nigeria, Tailandia, Indonesia, Malasia y

otros, producen una gran cantidad de residuos agrícolas y forestales anualmente que son

desperdiciados, donde la práctica más común es la quema de estos o dejar que se

descompongan cerca de las zonas de procesamiento que los generan. Sin embargo, estudios

previos han demostrado que estos residuos pueden ser transformados en productos

combustibles.

Diversos estudios proponen utilizar un número de estos materiales localmente disponibles para

la producción de briquetas combustible que utilicen aserrín, mazorcas vacías de maíz, paja y

cascarilla de arroz, entre otras biomasas vegetales. El inconveniente principal según algunos

de estos estudios es la consideración de utilizar aglutinantes, porque la quema de las briquetas

de ciertas biomasas al mezclarse con el aglutinante tienden a producir de mucho humo

(Olorunnisola, 2007). Además, el rendimiento se encuentra fuertemente afectado por las

propiedades de la materia prima, así también la densidad de la briqueta es una de las

propiedades más importantes que influyen en las características de combustión y el

comportamiento de encendido, esta propiedad depende de varios factores, por lo tanto, es

crucial comprender los efectos que afectan la densidad de la briqueta tales como la presión

ejercida en la densificación. Las correlaciones de densidad de la briqueta en función de la

presión, al producir con varios tipos de residuos agrícolas fueron estudiados por Chin y

Siddiqui (O. C. Chin K. M., 2000). Otra relación entre la presión y la densidad fue propuesto

para el caso de la fibra de palma por Husain y Zainac (Z. Husain, 2002).

La tecnología de procesamiento para la fabricación de briquetas puede definirse como un

proceso de densificación para mejorar las características de manejo de esta materia prima y

mejorar valor calorífico de la biomasa previamente tratada. Ya que la mayoría no es apta para

ser utilizada como combustible, sin un proceso adecuado, algunas por ser voluminosas,

heterogéneas y de baja densidad energética, características que hacen de este tipo de

residuos difíciles de manejar, almacenar, transportar y utilizar (P. Wilaipon, 2007).A través de

la fabricación de briquetas se logra producir de forma estándar un combustible para su

utilización en un dispositivo de combustión, artesanal o industrial.

El proceso de compactación permite alcanzar una contracción importante del volumen y por

tanto también un aumento en la densidad y el valor energético de la materia prima, las


32

propiedades mecánicas de los combustibles estandarizados en forma de briqueta hacen

referencia a la relación peso/volumen y resistencia mecánica, estos parámetros dependen del

material utilizado, su estructura, contenido de agua y presión de compactación. Las normas

básicas de este proceso se constatan en la norma austriaca ÖNORM M 7135 y la alemana

DIN 51731. Estos documentos son válidos para la madera y corteza.

Si las briquetas son del tipo de sección circular, su diámetro es de 20 a 120 mm y longitud de

hasta 400 mm. La briqueta de sección circular se expone a presiones relativamente más

uniforme que las de sección rectangular, esto se debe a su simetría y distribución del material

que recibe la fuerza de compactación en dirección perpendicular a su eje central y la no

existencia de zonas difíciles como esquinas o puntas. Lo que contribuye a una mejor

homogeneidad de compactación y una mayor reducción del volumen del material transformado

en briquetas (D. Plítil, 2005).

1.10. ALMACENAMIENTO DE ENERGIA MEDIANTE BIOPILAS

Los avances en tecnología de pantalla, baterías y dispositivos electrocrómicos han estimulado

el estudio de electrolitos de polímero sólidos. Estos materiales poliméricos representan una

alternativa prometedora para la sustitución de líquidos y electrolitos cristales inorgánicos

utilizados en las baterías, sensores y dispositivos electrocrómicos.

Una pila es un dispositivo que convierte energía química en energía eléctrica por un proceso

químico transitorio, tras lo cual cesa su actividad y han de renovarse sus elementos

constituyentes, puesto que sus características resultan alteradas durante el mismo. Se trata de

un generador primario. Esta energía resulta accesible mediante dos terminales que tiene la

pila, llamados polos, electrodos o bornes. Uno de ellos es el polo positivo o cátodo y el otro es

el polo negativo o ánodo. La estructura fundamental de una pila consiste en dos electrodos,

metálicos en muchos casos, introducidos en una disolución conductora de la electricidad o

electrolito.

Los metales y productos químicos que constituyen las pilas pueden resultar perjudiciales para

el medio ambiente, produciendo contaminación química. La idea es minimizar este tipo de

impacto, que en gran medida ayudaría a la conservación del mismo, puesto que la pila al estar

hecha de un biopolímero a base de almidón de yuca, tiende a bíodegradarse, siendo esta una

de sus características más importante.

desde hace unos años se ha logrado sintetizar polímeros que son buenos conductores de la

electricidad, tan buenos que se han denominado metales sintéticos, reuniendo de esta forma

las propiedades eléctricas de los metales y las ventajas de los plásticos. La aplicación más

conocidas para estos materiales son las baterías recargables, ya que estas son de menor peso

que las convencionales que contenían plomo y ácido sulfúrico; además de no contener

sustancias tóxicas, ni contaminantes y evitar el desgaste mecánico asociado a la

disolución/deposición del electrodo que ocurre durante el proceso de carga y descarga.


33

En particular, algunos estudios realizados en biomedicina han permitido desarrollar una bío-

batería que se compone de una estructura ultra delgada monolítica de una membrana de

acetato de celulosa sobre el cual se deposita una película metálica fina como electrodos por

evaporación térmica en ambas superficies. Por lo general este tipo de pilas se emplean en

dispositivos portátiles, tales como marcapasos, que requieren baterías de baja potencia (en el

rango de microamperios).

Para desarrollar una batería es necesaria la selección del cátodo y ánodo, hay que tener en

cuenta algunos criterios importantes, que permitan determinar cuál es el que ofrece mejores

resultados. Algunos de estos criterios para seleccionar el cátodo son: que exista una

compatibilidad electroquímica con la solución de electrolitos para la carga requerida, además

de un fácil movimiento de los electrodos en un alto grado de reversibilidad. Por otro lado, las

consideraciones para la selección del ánodo son: que posea una alta capacidad reversible de

descarga, una superficie pequeña para mejorar la seguridad, una alta densidad para que sea

compatible con soluciones de electrolitos y aglutinantes, además que sea mecánicamente

estable (dimensionalmente), y que estén disponibles en el mercado a un precio razonable. En

cuanto a la selección del electrolito también hay que seguir unos criterios, los cuales son, que

tengan una buena conductividad en un amplio rango de temperatura, la estabilidad térmica de

hasta menos de 85°C; la compatibilidad con los demás componentes, y la disponibilidad a bajo

costo.

En este mismo orden de ideas, es importante decir que la yuca es una fuente agrícola abundante y

barata de almidón. Colombia es el tercer productor de yuca más grande en Latinoamérica, después de

Brasil y Paraguay y su producción es básicamente destinada para el consumo local. La yuca en

Colombia, y en general en América Latina y el Caribe, posee grandes ventajas que pueden ser

utilizadas en beneficio de todos los integrantes de la cadena agroalimentaria.

Sin duda alguna, una de las utilizaciones de yuca más usual es la producción de almidón. Existen

numerosas fuentes de almidón que satisfacen las crecientes demandas, cuya extracción se puede

realizar en plantas artesanales con capacidad de unas pocas toneladas y en enormes plantas con

capacidad hasta de 400 000 toneladas en el año. El almidón de yuca tiene propiedades particulares

que lo hacen especialmente apto para ciertos procesos industriales. Entre las propiedades que definen

las características de un almidón, se puede mencionar la proporción de amilosa y amilopectina, y el

tamaño del granulo.

Al utilizar el almidón de yuca, y al ser este una materia prima barata y biodegradable, en gran medida

disponible y obtenida de fuentes renovables, se puede emplear como medio electrolítico ya que tiene

una gran capacidad de formar películas con buenas propiedades mecánicas. Esto se debe por que se

compone de una mezcla de polisacáridos lineales y ramificados (amilosa y amilopectina), y que poseen

una alta estabilidad de recristalización en la fase amorfa. Por lo cual se espera que este nuevo

desarrollo genere un impacto socio-económico importante en la región.


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