medellín - colombia san buenaventura sede
TRANSCRIPT
Otras alternativas para la combustión, Pellets de Biomasa. Página 1
Vélez Barrientos, Tomas Cipriano.
Universidad San buenaventura
Trabajo de grado
Diseño industrial
[email protected] – 3127755763
Medellín - Colombia
OTRAS ALTERNATIVAS PARA LA
COMBUSTIÓN, PELLETS DE
BIOMASA.
Tema.
La existencia y el uso de los PELLETS
DE BIOMASA.
Palabras clave.
Otras alternativas, combustión, pellets,
biomasa, sensibilización, medio ambiente.
Resumen.
Este artículo pretende demostrar que existe
hoy día un diferente combustible ecológico
para afrontar la necesidad energética,
además de informar que gran cantidad del
daño que sufre hoy por hoy el medio
ambiente se debe a actividades tan
elementales como cocinar nuestros alimentos
diarios ya que gran porcentaje de la sociedad
un 90% aproximadamente aún utilizan la
madera como combustible. Se trata de
sensibilizar e informar lo que acontece más
allá de las facilidades económicas que van
en decrecimiento de los recursos naturales
por el bien de las necesidades del ser
humano. Se pretende demostrar que nuevas
formas de combustión como los Pellets de
biomasa pueden ser un gran sustituto para la
madera (leña) y un gran respiro para el
medio ambiente, explicando de manera
simple de donde proviene y como es su
modo de empleo.
Introducción.
El articulo OTRAS ALTERNATIVAS PARA
LA COMBUSTIÓN como trabajo de grado se
formuló y realizó durante el año 2012 dentro
del ejercicio académico del pregrado
DISEÑO INDUSTRIAL, de la universidad
SAN BUENAVENTURA sede Medellín.
En el mismo, se enmarcó el uso de los
PELLETS DE BIOMASA, como combustible,
en las actividades domésticas en las
poblaciones de bajos recursos que aún
utilizan la leña como medio energético por
cuestiones de índole económico y a la falta
de acceso a otras fuentes de energía,
convirtiéndola en la fuente energética más
accesible pero generando implicaciones de
tipo ambiental que es necesario estudiar.
Metodología.
La metodología utilizada fue la investigación
teórica y abarcó la revisión de fuentes de
información primaria y secundaria.
Desarrollo.
Año tras año la sensibilización por el medio
ambiente y la demanda de un mayor uso de
las energías renovables crece en nuestra
sociedad por lo que la intención de
incursionar en nuevos y más eficientes
combustibles es ahora la gran obsesión del
hombre, o por lo menos así debería serlo.
Los combustibles proporcionan bienestar,
pero también es cierto que algunos de ellos
contribuyen en gran cantidad a la
contaminación de la atmosfera terrestre, esta
capa invisible que protege al hombre y todo
lo que lo rodea dentro de nuestro planeta.
Esta capa de aire puede ser contaminada por
los incendios, por el humo de las industrias,
por la emisión de gases por la combustión de
combustibles derivados del petróleo, entre
Otras alternativas para la combustión, Pellets de Biomasa. Página 2
otras con el fin de saciar la sed de energía
del ser humano.
La contaminación que produce el hombre se
produce con la combustión de combustibles
como el petróleo y sus derivados, el carbón,
la leña y el gas natural. En la combustión de
éstos se emiten gases contaminantes como
el monóxido de carbono, el benzopireno, el
óxido de nitrógeno y el óxido de azufre, por
ende , los vehículos, las motocicletas, hornos
y fogones, los generadores eléctricos, que
usan este tipo de combustibles, son los
principales generadores de contaminantes
para el aire. Todo esto generando nuevas
enfermedades para el planeta, como el
calentamiento global y el efecto invernadero,
frases que por desgracia para mucho son
solo palabras de moda de la prensa mundial
y los ambientalistas, pero para alegría de los
sucesores de este planeta son más las
personas que apuestan por un modelo
energético diferente, basado en energía
limpia y amigable con el medio ambiente,
apostándole a un consumo sostenible.
Pero que es un consumo sostenible, es aquel
que satisface nuestras necesidades
presentes sin comprometer nuestro futuro.
porque si bien es cierto que nuestro modo de
vida actual afecta el futuro de manera
ambiental y de recursos, es un medio de vida
que puede ser bastante difícil de cambiar por
las facilidades y atractivos que genera por
ejemplo los combustibles fósiles. Por eso la
idea no es cambiar nuestra forma de vida
sino empezar a explotar las nombradas
energías renovables.
Ser usuario de este tipo de energías no solo
significa ahorrar en la factura del gas,
electricidad, incluso la de gasolina sino que
supone un beneficio tanto para la sociedad,
para el medio ambiente y para las futuras
generaciones.
Desgraciadamente, el modelo energético
establecido actualmente no es un modelo
justo ni sostenible. Los recursos energéticos
se destinan a una minoría de la población
mundial, además, la reserva de combustibles
fósiles se agota día a día, por no hablar de
los numerosos problemas ambientales que
produce su utilización.
Es necesario avanzar hacia un modelo más
equitativo y sostenible. Se trata de mejorar
nuestro presente para preservar nuestro
futuro. Pero hay que ser realistas, cambiar un
modelo que ha estado presente por tantos
años y que conlleva unas inmensas sumas
de dinero para grandes empresas y
monopolios es muy complicado, pero si bien
es cierto que hay que hacerlo y que como
alguien diría alguna vez “por algo se
empieza”.
Lo más difícil para que se dé un cambio es
que las personas siguen teniendo
necesidades energéticas pese a lo que ello
conlleve para el medio ambiente, una de las
principales necesidades del ser humano es
alimentarse, por lo que a lo largo de la
historia se han producido y vendido
cantidades de soluciones para cocinar los
alimentos, tal es el caso de la parrilla que
funciona con una resistencia que se calienta
al encontrarse con energía eléctrica, otro
ejemplo es el fogón de gas natural y de gas
propano, más clásico aún es el tradicional
fogón de leña que es bastante económico y
hoy sigue siendo utilizado por personas de
bajos recursos. por desgracia no todos
pueden beneficiarse de medios eficientes
para la cocción por la desigualdad económica
en la sociedad, por lo que este último
ejemplo de fogón sigue siendo el elegido por
un alto porcentaje de la sociedad mundial sin
embargo es bastante contaminante y muy
poco eficiente ya que se pierde bastante
energía calórica por su diseño lo que
conlleva a un mayor uso de combustible en
este caso leña, que se considera una fuente
de energía primaria, lo que significa que se
obtiene directamente de la naturaleza,
específicamente de los recursos forestales
como troncos y ramas de los árboles, por lo
que este medio de combustión que
Otras alternativas para la combustión, Pellets de Biomasa. Página 3
actualmente es muy frecuentado no es el
más razonable para el medio ambiente.
De acuerdo con la Food and Agricultural
Organization (FAO 2008):
…”La producción total de madera en 2000
alcanzó aproximadamente 3900 millones de
metros cúbicos, de los cuales 2300 millones
se utilizaron como combustible. Esto significa
que alrededor del 60 por ciento de las
extracciones mundiales totales de madera de
los bosques y de los árboles fuera del
bosque se utilizan con fines energéticos.
Dicho de otra manera, la energía es la
principal aplicación de la biomasa forestal
obtenida de los bosques y de los árboles
fuera del bosque”…
Aunque la desigualdad económica es un
tema más difícil de corregir que la de los
recursos energéticos, son dos temas que se
pueden tratar de manera conjunta
desarrollando un nuevo medio energético
económico, eficiente y amigable con el medio
ambiente ya que el desenfrenado uso de la
madera que es el combustible más
económico y antiguo para solventar las
necesidades del hombre está afectando cada
día mas nuestro planeta.
Malyshev (2009) en su artículo ―Looking
ahead: energy, climate change and pro-poor
responses‖, dice que, cómo en la actualidad
hay aproximadamente 2600 millones de
personas que usan leña, carbón o residuos
agrícolas, para suplir sus necesidades
energéticas para cocción y para calefacción,
y se espera, según las proyecciones, que
para 2030 la cifra suba a 2700 millones de
habitantes. Además, informa que hay más de
1600 millones de personas sin acceso a la
energía eléctrica, lo que corresponde a un
cuarto de la población mundial. (Malyshev
2009) El estudio realizado por Adjasi y
Chambers (2007) en Ghana sobre los
estándares de vida de las viviendas, reveló
que la mayoría de las viviendas,
aproximadamente el 90%, utilizan aún la
leña como combustible para cocinar, sobre
todo en áreas rurales donde la inequidad en
los ingresos es mayor, por lo que el
desarrollo e implementación de una nueva
fuente de energía es inminente. Pero no todo
es bruma y el panorama no es del todo
borroso ya que varias empresas, grupos y
personas desarrollaron un nuevo concepto
de combustible para empezar solucionar los
problemas de las necesidades energéticas
por lo menos en este gran porcentaje de
población que hoy día ven en la leña su
principal fuente de energía.
Se trata de los Pellets de biomasa que son
residuos procedentes de limpiezas forestales
aprovechando la biomasa forestal y de las
industrias madereras como aserrín, virutas,
ramas que son trituradas y convertidas a
virutas. Una vez secados estos elementos
para disminuir el nivel de humedad y las
posibles resinas, son prensados en forma de
pequeños cilindros. Los pellets son una
aplicación evolucionada de la biomasa, son
limpios, de fácil manejo, ocupan poco
espacio y permiten la capacidad de
autoalimentarse a las estufas que los utilizan,
funcionando así de forma autónoma durante
horas. Además son muy ecológicos, ya que
dan utilidad a residuos y evitan la tala de
árboles.
El pellet es un tipo de combustible granulado.
Se fabrican mediante prensado, la propia
lignina de la madera actúa como
aglomerante. Es una manera eficiente de
aprovechar la energía de la biomasa ya que
es mucho más denso que la madera común.
Una característica importante de las estufas
de pellets es que se pueden dosificar,
mientras que en una estufa de leña normal
solo se puede apagar el fuego ahogándolo, lo
que disminuye considerablemente el
rendimiento.
El proceso básico de producción de pellets
comprende las siguientes etapas:
-Secado de la materia prima;
Otras alternativas para la combustión, Pellets de Biomasa. Página 4
-Martillado o granulado de la materia prima
-Pelletizado
-Enfriado y separación de partículas finas
-Embalaje y almacenado.
Ilustración 1 tomada de: http://quenergia.com/energias-renovables/localizador-de-fabricante-de-pellets-mas-proximo/
¿Pero que es el concepto de
biomasa?
Según SOLICLIMA empresa que incursiono
en el tema, biomasa comprende todo tipo de
materia orgánica, tanto de origen vegetal
como animal, y está formada gracias a la
fotosíntesis directamente (como los
vegetales) o indirectamente (por la digestión
de los vegetales). La biomasa está formada
por leña, arbustos, residuos forestales, restos
de poda, residuos agrícolas como la paja,
residuos de industrias madereras, papeleras
y agroalimentarias, estiércol, residuos de
explotaciones agro ganaderas, residuos
sólidos urbanos y aguas residuales urbanas
entre otros. La mayor parte de estos
componentes, por no decir la totalidad, puede
utilizarse como combustible, ya sea de forma
directa (quemándolos) o transformándolos a
otras formas de combustible como biogás o
biocombustibles.
Utilizar la biomasa como combustible es un
recurso renovable ya que se produce a la
misma velocidad que se consume, siempre y
cuando el consumo sea controlado y se evite
la sobreexplotación de los recursos
naturales.
A diferencia de los combustibles fósiles, la
biomasa es amigable con el medioambiente,
ya que no emite gases de efecto invernadero
de manera abrupta. Cuando se combustiona,
la biomasa libera CO2 a la atmósfera, el
mismo CO2 que absorbió de ella durante su
crecimiento, si se trata de materia orgánica
vegetal, o que absorbieron las plantas que
ingirió, si se trata de materia orgánica animal.
Si se consume de manera sostenible, el ciclo
se cierra y el nivel de CO2 a la atmósfera se
mantiene constante, de forma que su
utilización no contribuye a generar el cambio
climático. Y no sólo eso, sino que con su
consumo se sustituye el consumo de
combustibles fósiles, evitando así generar
emisiones que no formaban parte de la
atmósfera anteriormente y que son
causantes del cambio climático. Además,
SOLICLIMA afirma que emplear biomasa
como combustible es beneficioso para el
entorno: elimina residuos ayudando a
disminuir el riesgo de incendios y la
acumulación de desechos, y trata aguas
residuales que son fuente de contaminación
del subsuelo y de aguas subterráneas.
Otras alternativas para la combustión, Pellets de Biomasa. Página 5
Imagen de biomasa.
Ilustración tomada de: http://www.chil.org/natura/news/2011/11/27/produccion-de-energia-a-partir-de-biomasa-uno-de-los-nichos-de-empleo-rural-con-futuro
¿Cómo funciona la combustión
con estos PELLETS?
Los PELLETS se utilizan básicamente a
nivel doméstico en elementos de calefacción
como estufas, calderas y chimeneas, también
existen cocinas y hornos domésticos pero
todos estos productos son comercializados
en Europa principalmente en España.
Actualmente la tecnología de las estufas y
calderas automáticas de pellets ha alcanzado
el mismo nivel de automatización y eficiencia
que las calderas de gas, incluso las
eléctricas, alcanzando niveles de rendimiento
y disminución de emisiones de manera
excepcional. Existe una amplia gama de
modelos de estufas de pellets en el mercado
europeo, los rangos van desde 9 a 12 kW de
potencia, que permiten calentar espacios de
hasta 300 mts 2, en cuanto a los
calentadores la gama de potencias y
modelos es también amplia y las potencias
van de 25 hasta 500 kW.
La empresa TOTSOLAR –TERMOSUN
ubicada en Valencia – España diseñadora y
fabricante de estos productos nos explica el
funcionamiento. Las estufas de pellets
extraen el combustible de la tolva o de un silo
de almacenamiento de los PELLETS,
mediante sistemas automatizados mediante
un tornillo sin fin que adecua la velocidad a la
necesidad de la caldera similar a un extrusor.
También incorporan sistemas de encendido
automático mediante una resistencia eléctrica
y sistemas automáticos de limpieza de
intercambiadores. Al igual que para uso
doméstico la biomasa y los pellets se utilizan
en instalaciones de calefacción colectivas
para hospitales, escuelas, piscinas y también
para industrias que requieran calor, tanto en
forma de agua caliente como vapor, con
análogas ventajas económicas respecto a la
utilización de combustibles fósiles por lo que
hoy la biomasa es la mejor alternativa a los
combustibles convencionales para
calefacción. Ecológico, respetuoso con el
medio ambiente técnicamente muy
desarrollado, de fácil instalación y
funcionamiento.
Otras alternativas para la combustión, Pellets de Biomasa. Página 6
Ilustraciones tomadas de TOTSOLAR -TERMOSUN c/ Valencia 15
Actualmente por desgracia en nuestro país poco o nada se utilizan estas interesantes alternativas al gas, leña o electricidad en especial en remplazo de la leña que es a lo que va enfocado este artículo, puesto que estas son máquinas que son costosas por su alto grado de complejidad. Aunque estos productos alimentados con PELLETS DE BIOMASA son muy interesantes poseen pros y contras de ciertas calderas o estufas. A continuación se exhibe una tabla comparativa elaborada por el ingeniero
español Alberto Jiménez Revolware consultor civil especializado en el tema.
Otras alternativas para la combustión, Pellets de Biomasa. Página 7
Pros Contras
Es una tecnología que permite reutilizar residuos
leñosos no gravando así al medio ambiente.
La calidad de las pellets puede variar mucho
dependiendo de la madera base de la que se
fabriquen, su humedad, su contenido en resina...
lo que hace que -en muchos casos-, no se
contemplen en garantía averías que se hayan
producido utilizando pellets no "homologadas"
por el fabricante.
Dado que se fabrican a partir de residuos
leñosos, es una energía barata en origen
Aunque debido a lo restringido de su uso, el
precio final puede ser hasta más de 5 veces el
precio de fábrica (de 0,15 euros/kg a 0,7 euros
kg) dependiendo de los distribuidores de nuestra
zona. (Para hacer cálculos hay que tener en
cuenta que el consumo típico para un chalet un
día nublado de invierno es de unos 20 kg/día).
La combustión de las pellets es bonita y puede
constituir un elemento estético y acogedor en el
local que se instalen.
Cada tres horas habrá que limpiar los cristales
de la estufa de hollín
La integración de sistemas electrónicos
(temporizadores y termostatos) y electro-
mecánicos (resistencias, ventiladores, tolvas..)
consiguen que estas estufas controlen el fuego:
su encendido automático y su caudal
Dada la variabilidad de la calidad de las pellets
expuesta en el primer punto de esta columna, los
sistemas de retroalimentación y encendido
automático fallan con bastante facilidad,
especialmente si se trata de ciertos modelos
plagiados por algunas empresas españolas.
La complejidad y novedad de estos sistemas dificultan encontrar una oferta competitiva de servicios de asistencia técnica para dichas calderas.
Las emisiones por combustión son mínimas
dado los sistemas de recirculación de aire que
implementan estas calderas
Nuestra experiencia es que pese a haber
sobredimensionado el diámetro de tiro respecto
a las recomendaciones del fabricante hemos
tenido muchos problemas con atascos por hollín,
es importante que el tubo de la chimenea sea
aislado
Al hacer uso de una fuente de energía renovable
puede ser susceptible de la subvenciones al
respecto que tienen las administraciones.
Varios modelos del mercado no están
homologados por industria lo que es
fundamental.
Otras alternativas para la combustión, Pellets de Biomasa. Página 8
Con la tabla anterior el ingeniero Alberto Jiménez (Revolware) concluye que: …”El sistema de pellets complementa un sistema de calefacción por suelo radiante que se alimenta de 68m2 de paneles foto térmicos (para casi 400m2 habitables). Sin duda la elección de suelo radiante como forma de distribución de calefacción para una edificación de obra nueva es la opción adecuada y si además, la principal fuente para calentar el fluido de este sistema es el sol será ecológicamente perfecta. Por tanto consideramos muy importante que tanto la legislación al respecto como las ayudas para energías renovables contemplen como parte de los sistemas de energía solar la distribución de calefacción mediante suelo radiante”…
Formatos
Por desgracia en nuestro país conseguir PELLETS DE BIOMASA de manera industrial como la gasolina o el gas es muy complicado porque solo hasta ahora se incursiona en el tema por lo que las presentaciones a nivel nacional son bastante rusticas y rudimentarias casi a nivel artesanal. Sin embargo en Europa el mercado de pellets es cada vez más grande y empresas como ECOWARM ubicada en España han industrializado de gran forma la producción y posterior venta de este combustible. Estas son algunas de sus presentaciones:
Para grandes cantidades y uso industrial: A granel. Ideal para grandes silos. Aplicaciones térmicas industriales, calefacción industrial, panaderías, granjas, invernaderos,...
Para silos de calderas: Big Bags: ideal para concentrar cargas en grandes silos o incluso usarlo directamente como tal. El envase utilizado cuenta con descarga a través de válvula inferior y tapa superior en camisa. Adecuado para silos medios, pequeños hornos, panaderías, comunidades de vecinos,...
Para las estufas y pequeñas calderas: Ensacado en cómodos envases de 15 kg, conformados en un mosaico de paletización que permite la doble altura de almacenamiento sin dañar el producto. Para zonas de difícil acceso, zonas húmedas, pequeños consumos,..
Ilustración tomada de http://www.ecowarm.es/pellet.html
Otras alternativas para la combustión, Pellets de Biomasa. Página 9
Fabricación de Pellets
El proceso de elaboración de este biocombustible es relativamente sencillo puesto que no se necesitan de grandes formulas químicas o procesos elaborados para transformar la Biomasa en Pellets. A nivel industrial estos se producen con grandes maquinas extrusoras que son alimentadas mediante tolvas y vapor de agua como medio aglutinante, estas a su vez llevan la biomasa que previamente paso por un proceso de molienda a un tornillo sin fin o tornillo de Arquímedes que homogeniza la mezcla y la lleva a un dado que es el que produce la forma cilíndrica, una vez los pellets salen del extrusor son pasados por una fase de secado mediante bandas a través de hornos que son los que dan la textura final al material granulado. El proceso varía según el productor y es muy similar al proceso de elaboración de Polímeros.
Actualmente es posible elaborar pellets de forma casera mediante prensas manuales o hidráulicas, como el ejemplo que se muestra a continuación que produce pellets un poco más grandes aglomerados con agua.
Ilustración imagen tomada de http://home.fuse.net/engineering/biomass/Micro_Compound_Lever_Biomass_Briquette_Press.pdf
Otra manera de producir Pellets es reproduciendo de manera sencilla un extrusor, el siguiente es un diseño propio que en teoría podría llegar a funcionar si el medio aglutinante es el adecuado y si la relación de la velocidad del tornillo sin fin y la salida o dado tienen el tamaño adecuado como para que salgan pellets de manera constante similar a una máquina de moler pero con una presión de salida mucho más alta para que el material producido sea mucho más compacto y denso para que sea más eficiente a la hora de la combustión. Este mecanismo esta diseñado para funcionar con elementos de fabricacion de relativo bajo costo versus su capacidad de produccion. El dispositivo cuenta con un motor electrico de ¼ de caballo de 110 voltios, una polea o cadena para transferir la potencia, un tornillo sin fin y tuberia de acero de entre 2 y 3 pulgadas de diametro.
Otras alternativas para la combustión, Pellets de Biomasa. Página 10
Ilustración propiedad de Tomás Cipriano Vélez.
Otras alternativas para la combustión, Pellets de Biomasa. Página 11
Conclusiones
La leña continúa siendo de uso tradicional
por los campesinos, no solo por condiciones
económicas, sino por condiciones culturales,
pero el uso de este combustible afecta no
solo el medio ambiente sino también las
condiciones de salubridad en lo que hace
referencia a afecciones pulmonares por
cocción con leña ya que en algunos hogares
de bajos recursos donde se utiliza este
método las madres utilizan el calor generado
por los fogones para brindarles calor a sus
hijos exponiéndolos al humo que produce
este tipo de combustión. Esto demostraría
que aún no se tiene una conciencia exacta
de las repercusiones que el humo tiene sobre
los seres humanos que lo aspiran. Además la
eficiencia de los procesos de cocción con
leña demostró que esta es muy baja, entre el
1% y el 2,3%, entre otras causas por la forma
en que están construidas las cocinas y por el
tamaño de los hogares. Este hecho hace que
se desperdicien las buenas propiedades de
la leña y aumenta el consumo. De acuerdo
con la bibliografía consultada y el trabajo
realizado, se observa la necesidad de
profundizar en temas como son la eficiencia
de los diferentes tipos de cocinas y fogones,
con el objetivo de buscar una mejora
tecnológica, se recomienda desarrollar
estudios que incluyan análisis de los gases
de combustión de algunos materiales, para
determinar el grado de afectación en la salud
en las personas que los usan. Es necesario
adelantar investigaciones que permitan el
diseño, construcción y puesta en
funcionamiento de cocinas que aprovechen
la energía proveniente de los gases de
escape para calefacción al interior de los
hogares o del agua de consumo. Además la
idea es explorar el uso de los PELLETS DE
BIOMASA como nuevo medio combustible
en estos fogones para disminuir, incluso
finiquitar el consumo de leña y los efectos
ambientales generados por material
particulado.
Otras alternativas para la combustión, Pellets de Biomasa. Página 12
Bibliografía
SOLICLIMA energia solar. (15 de marzo de 2010). Recuperado el 12 de abril de 2012, de
http://www.soliclima.com/biomasa.html
BARRAGÁN, F. M. (2011). IMPLICACIONES AMBIENTALES DEL USO DE LEÑA COMO
COMBUSTIBLE DOMÉSTICO EN LA ZONA RURAL DE USME. BOGOTA,DC.
ECOWARM. (s.f.). Recuperado el 2 de junio de 2012, de http://www.ecowarm.es/
PELLETS BIOMASA. (s.f.). Recuperado el 23 de ABRIL de 2012, de
http://www.pelletsbiomasa.com/
Revolware, A. J. (s.f.). Recuperado el 23 de ABRIL de 2012, de
http://www.gredos.org/solartec/pellets.htm
TOTSOLAR. (s.f.). Recuperado el 8 de MAYO de 2012, de http://www.totsolar.com/