transformacion quimica de la madera unsaac
- 1. Carbonización de la madera
- 2. Definición del Carbón Vegetal y Carbonización El carbón vegetal es el residuo sólido que queda luego de someter la madera a la acción del calor, en ausencia de oxígeno, bajo condiciones controladas de tiempo y temperatura. El proceso de producción de carbón se denomina carbonización. Las condiciones controladas de la carbonización implica un control de las entradas de aire en la zona de descomposición térmica. Este control depende del método de carbonización empleado y/o forma de calentamiento aplicada. Los rendimientos de carbonización son variables: en retortas de laboratorio se obtienen valores de 25 a 30%; en métodos de carbonización comercial con hornos, de 20 a 25% y en métodos artesanales de 10 a 20%. Los productos de carbonización están comprendidos por 3 partes: productos de la fase sólida : comercialmente el más importante es el carbón vegetal. Sin embargo, también se considera en esta fase a la carbonilla o cisco que es el carbón menudo (tamaño menor a 1 cm) y la brea solidificada ( tar ); productos de fase gaseosa : durante la carbonización se forman gases producto de las reacciones pirolíticas en la madera. En un método comercial de carbonización estos gases se liberan al exterior. En esta fase se encuentran dos fracciones: fracción de gases no condensables, a las condiciones ambientales del entorno de la carbonización, conformada por gases no combustibles (CO2) y combustibles(CO, CH4, C2H6). fracción de gases condensables,a las condiciones ambientales
- 3. productos de fase líquida : la recuperación de la fracción de gases condensables da lugar a la obtención del licor piroleñoso también denominado ácido piroleñoso por el pH bajo de esta fracción. Estos productos se obtienen cuando se incorpora un sistema de condensación de los gases que salen de la carbonización. El proceso de carbonización que incluye además un sistema de recuperación de los gases condensables se denomina destilación seca de la madera. Destilación Seca Según Panshing (1959) la diferencia entre carbonización y destilación seca o d.destructiva esta en que esta última implica además de la producción del carbón la recuperación de los destilados (licor piroleñoso). Las etapas de la destilación seca son las mismas de la carbonización. Los destilados se forman a partir de los 100°C (agua y volátiles de bajo punto de ebullición). Los otros destilados provienen principalmente a partir de las hemicelulosas (a partir de 200°C), de la lignina (entre 250 a 425°C) y de la celulosa (entre 290 a 340°C); Wenzl, 1970.
- 4. El primer paso, en la carbonización en el horno, es secar la madera a 100° C, o menos, hasta un contenido cero de humedad se aumenta luego la temperatura de la madera secada al horno a alrededor de 280°C. La energía para estas etapas viene de la combustión parcial de parte de la madera cargada en el horno o en la fosa, y es una reacción que absorbe energía o endotérmica.
- 5. Cuando la madera está seca y calentada a alrededor de 280°C, comienza espontáneamente a fraccionarse, produciendo carbón más vapor de agua, mañanas, ácido acético y compuestos químicos más complejos, fundamentalmente en la forma de alquitranes y gases no condensables, que consisten principalmente en hidrógeno, monóxido y bióxido de carbono. Se deja entrar aire en el horno o fosa de carbonización para que parte de la madera se queme, y el nitrógeno de este aire estará también presente en el gas. El oxígeno del aire será gastado en la quema de parte de la madera, arriba de la temperatura de 280°C. libera energía, por lo que se dice que esta reacción es exotérmica.
- 6. Este proceso de fraccionamiento espontáneo o carbonización, continúa hasta que queda sólo el residuo carbonizado llamado carbón vegetal. A menos que se proporcione más calor externo, el proceso se detiene y la temperatura alcanza un máximo de aproximadamente 400°C. Sin embargo, este carbón contiene todavía apreciables cantidades de residuos alquitranes, junto con las cenizas de la madera original. El contenido de cenizas en el carbón es de alrededor del 30% en peso, y el balance es carbono fijo, alrededor del 67-70%. Un ulterior calentamiento aumenta el contenido de carbono fijo, eliminando y descomponiendo aún más los alquitranes
- 7. Una temperatura de 500°C da un contenido típico de carbono fijo de alrededor del 85% y un contenido de materia volátil de cerca del 10%. A esta temperatura, el rendimiento del carbón es de aproximadamente el 33% del peso de la madera secada al horno carbonizada, sin contar la madera que ha sido quemada para carbonizar la remanente. Por lo tanto, el rendimiento teórico del carbón vegetal varía con la temperatura de carbonización, debido al cambio de contenido de material volátil alquitranado (24, 26, 31).
- 8. Efecto de la temperatura de carbonizaci6n sobre rendimientos y composición del carbón vegetal Temperatura de carbonización °C Análisis químico del carbón Rendimiento de carbon sobre masa seca al horno ( 0% de humedad )% carbono fijo % material volátil 300 68 31 42 500 86 13 33 700 92 7 30
- 9. Bajas temperaturas de carbonizaci6n dan un mayor rendimiento en carbón vegetal, pero que es de baja calidad, que es corrosivo, por contener alquitranes ácidos, y que no quema con una llama limpia sin humo. Un buen carbón vegetal comercial debería contener carbono fijo en alrededor del 75% para lo cual se requiere una temperatura final de carbonizaci6n de alrededor de 500°C.
- 10. El rendimiento del carbón muestra también cierta variación con respecto al tipo de madera. Hay cierta evidencia de que el contenido de lignina en la madera tiene un efecto positivo sobre el rendimiento del carbón; un alto contenido de lignina da un elevado rendimiento de carbón vegetal. Una madera densa tiende también a dar un carbón denso y fuerte, la que es también deseable. Sin embargo, madera muy densa produce a veces carbón friable puesto que la madera tiende a desmenuzarse durante la carbonización.
- 11. La friabilidad del carbón aumenta con el aumento de la temperatura de carbonizaci6n y el contenido de carbono fijo aumenta mientras que el contenido de substancias volátiles decrece. Una temperatura de 450 - 500°C ofrece un equilibrio óptimo entre friabilidad y el deseo de un elevado contenido de carbono fijo.
- 12. Las numerosas variables posibles en la carbonizaci6n rinden difícil especificar un procedimiento óptimo generalmente pueden obtenerse los mejores resultados usando latifolia das sanas, de densidad media a elevada. La madera deberá ser lo más seca posible y por lo general bien hendida, para eliminar piezas mayores de 20 cm de grueso. La leña que debe ser quemada en los hornos o fosas, para secar e iniciar la carbonizaci6n de la remanente, puede ser de inferior calidad y de sección menor.
- 13. Las numerosas variables posibles en la carbonizaci6n rinden difícil especificar un procedimiento óptimo generalmente pueden obtenerse los mejores resultados usando latifolia das sanas, de densidad media a elevada. La madera deberá ser lo más seca posible y por lo general bien hendida, para eliminar piezas mayores de 20 cm de grueso. La leña que debe ser quemada en los hornos o fosas, para secar e iniciar la carbonizaci6n de la remanente, puede ser de inferior calidad y de sección menor.
- 14. Conclusiones El proceso de deforestación - desertización puede frenarse, incluso invertirse, manteniendo e incluso desarrollando el consumo de combustible forestal: madera y carbón vegetal. Esto requiere esfuerzos considerables a varios niveles: gestión y explotación forestal, voluntad política, producción industrial, ergo controlable, de carbón vegetal, educación de los usuarios. Los beneficios son evidentes: protección del patrimonio forestal, control de la desertización, ventajas macroeconómicas.