Estudio de la pirólisis rápida de cisco de café en un horno con calentamiento por inducción magnética

En el presente trabajo se implementó una tecnología para realizar la pirólisis rápida de biomasa, la cual empleó un reactor a escala laboratorio con un novedoso sistema de calentamiento por inducción magnética. Adicionalmente, se llevó a cabo una metodología experimental que permitió evaluar la piró...

Full description

Autores:
Rivera Bautista, Ana María
Tipo de recurso:
Fecha de publicación:
2019
Institución:
Universidad Nacional de Colombia
Repositorio:
Universidad Nacional de Colombia
Idioma:
spa
OAI Identifier:
oai:repositorio.unal.edu.co:unal/76580
Acceso en línea:
https://repositorio.unal.edu.co/handle/unal/76580
http://bdigital.unal.edu.co/73124/
Palabra clave:
Cisco de café
Pirólisis
Calentamiento por inducción magnética
Fluidización
Coffee hull
Pyrolysis,
Induction Heating
Fluidization
Rights
openAccess
License
Atribución-NoComercial 4.0 Internacional
id UNACIONAL2_8c9c3822721b6fca7a6bc05e598d60cf
oai_identifier_str oai:repositorio.unal.edu.co:unal/76580
network_acronym_str UNACIONAL2
network_name_str Universidad Nacional de Colombia
repository_id_str
dc.title.spa.fl_str_mv Estudio de la pirólisis rápida de cisco de café en un horno con calentamiento por inducción magnética
title Estudio de la pirólisis rápida de cisco de café en un horno con calentamiento por inducción magnética
spellingShingle Estudio de la pirólisis rápida de cisco de café en un horno con calentamiento por inducción magnética
Cisco de café
Pirólisis
Calentamiento por inducción magnética
Fluidización
Coffee hull
Pyrolysis,
Induction Heating
Fluidization
title_short Estudio de la pirólisis rápida de cisco de café en un horno con calentamiento por inducción magnética
title_full Estudio de la pirólisis rápida de cisco de café en un horno con calentamiento por inducción magnética
title_fullStr Estudio de la pirólisis rápida de cisco de café en un horno con calentamiento por inducción magnética
title_full_unstemmed Estudio de la pirólisis rápida de cisco de café en un horno con calentamiento por inducción magnética
title_sort Estudio de la pirólisis rápida de cisco de café en un horno con calentamiento por inducción magnética
dc.creator.fl_str_mv Rivera Bautista, Ana María
dc.contributor.advisor.spa.fl_str_mv Montoya Arbeláez, Jorge Iván (Thesis advisor)
dc.contributor.author.spa.fl_str_mv Rivera Bautista, Ana María
dc.contributor.spa.fl_str_mv Chejne Janna, Farid
dc.subject.proposal.spa.fl_str_mv Cisco de café
Pirólisis
Calentamiento por inducción magnética
Fluidización
Coffee hull
Pyrolysis,
Induction Heating
Fluidization
topic Cisco de café
Pirólisis
Calentamiento por inducción magnética
Fluidización
Coffee hull
Pyrolysis,
Induction Heating
Fluidization
description En el presente trabajo se implementó una tecnología para realizar la pirólisis rápida de biomasa, la cual empleó un reactor a escala laboratorio con un novedoso sistema de calentamiento por inducción magnética. Adicionalmente, se llevó a cabo una metodología experimental que permitió evaluar la pirólisis de cisco de café, el cual es un residuo abundante en plantas de beneficio y sus características fisicoquímicas indican que presenta un alto potencial de aprovechamiento en procesos termoquímicos; constituyéndose como una alternativa para futuros proyectos de biorefinería en el sector agroindustrial del café. El desarrollo experimental fue llevado a cabo en tres etapas. La primera etapa consistió en el montaje y la estandarización de un reactor en lecho fluidizado a escala laboratorio con calentamiento por inducción magnética, el cual permitió operar entre 450 y 600 ºC a una tasa de calentamiento de 900 ºC/min. En la segunda etapa, se llevó a cabo un estudio fluidodinámico de mezclas binarias de cisco de café y arena sílice para seleccionar las condiciones de operación fluidodinámicas durante la pirólisis. A partir de este estudio se seleccionaron dos tamaños de partícula de biomasa (0.45 y 1 mm), el porcentaje másico del cisco de café en la mezcla (5 % p/p), la velocidad mínima de fluidización (0.8 cm/s) y el número de fluidización (2.5). Finalmente, en la tercera etapa se desarrolló un estudio paramétrico, en este se evaluó el efecto de la temperatura y el tamaño de partícula sobre el rendimiento y la composición de los productos globales obtenidos durante la pirólisis de cisco de café. Los resultados experimentales muestran que la temperatura tuvo un efecto importante sobre el rendimiento y la composición del bioaceite, biocarbón y los gases permanentes. Mientras, que el tamaño de partícula solo afectó el rendimiento de bioaceite y gases permanentes. El máximo rendimiento de bioaceite fue obtenido cuando el reactor operó a 550 ºC con partículas de cisco de café de 1 mm, bajo estas condiciones se alcanzaron rendimientos de 51.39, 19.21 y 29.40 % p/p para bioaceite, biocarbón y gases permanentes, respectivamente. El bioaceite obtenido se caracterizó por un alto contenido de compuestos oxigenados de bajo peso molecular principalmente acetol y por un alto contenido de humedad, lo cual indicó que las reacciones de fragmentación y deshidratación fueron predominantes durante el proceso de pirólisis. Las principales especies de los gases permanentes fueron CO y CO_2, cuya composición se afectó significativamente por la temperatura; sin embargo, el efecto del tamaño de partícula no fue importante en el intervalo evaluado. Adicionalmente, se observó que la temperatura tuvo un impacto importante sobre la morfología del biocarbón.
publishDate 2019
dc.date.issued.spa.fl_str_mv 2019
dc.date.accessioned.spa.fl_str_mv 2020-03-30T06:22:39Z
dc.date.available.spa.fl_str_mv 2020-03-30T06:22:39Z
dc.type.spa.fl_str_mv Trabajo de grado - Maestría
dc.type.driver.spa.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/masterThesis
dc.type.version.spa.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/acceptedVersion
dc.type.content.spa.fl_str_mv Text
dc.type.redcol.spa.fl_str_mv http://purl.org/redcol/resource_type/TM
status_str acceptedVersion
dc.identifier.uri.none.fl_str_mv https://repositorio.unal.edu.co/handle/unal/76580
dc.identifier.eprints.spa.fl_str_mv http://bdigital.unal.edu.co/73124/
url https://repositorio.unal.edu.co/handle/unal/76580
http://bdigital.unal.edu.co/73124/
dc.language.iso.spa.fl_str_mv spa
language spa
dc.relation.ispartof.spa.fl_str_mv Universidad Nacional de Colombia Sede Medellín Facultad de Minas Escuela de Procesos y Energía
Escuela de Procesos y Energía
dc.relation.haspart.spa.fl_str_mv 66 Ingeniería química y Tecnologías relacionadas/ Chemical engineering
dc.relation.references.spa.fl_str_mv Rivera Bautista, Ana María (2019) Estudio de la pirólisis rápida de cisco de café en un horno con calentamiento por inducción magnética. Maestría thesis, Universidad Nacional de Colombia – Sede Medellín.
dc.rights.spa.fl_str_mv Derechos reservados - Universidad Nacional de Colombia
dc.rights.coar.fl_str_mv http://purl.org/coar/access_right/c_abf2
dc.rights.license.spa.fl_str_mv Atribución-NoComercial 4.0 Internacional
dc.rights.uri.spa.fl_str_mv http://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0/
dc.rights.accessrights.spa.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/openAccess
rights_invalid_str_mv Atribución-NoComercial 4.0 Internacional
Derechos reservados - Universidad Nacional de Colombia
http://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0/
http://purl.org/coar/access_right/c_abf2
eu_rights_str_mv openAccess
dc.format.mimetype.spa.fl_str_mv application/pdf
institution Universidad Nacional de Colombia
bitstream.url.fl_str_mv https://repositorio.unal.edu.co/bitstream/unal/76580/1/1151954844.2019.pdf
https://repositorio.unal.edu.co/bitstream/unal/76580/2/1151954844.2019.pdf.jpg
bitstream.checksum.fl_str_mv 4cd85e213037e5b752ef5df2a86053ee
25fc7d1fbc10779abdb6fa141d347f37
bitstream.checksumAlgorithm.fl_str_mv MD5
MD5
repository.name.fl_str_mv Repositorio Institucional Universidad Nacional de Colombia
repository.mail.fl_str_mv repositorio_nal@unal.edu.co
_version_ 1814090002691260416
spelling Atribución-NoComercial 4.0 InternacionalDerechos reservados - Universidad Nacional de Colombiahttp://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0/info:eu-repo/semantics/openAccesshttp://purl.org/coar/access_right/c_abf2Chejne Janna, FaridMontoya Arbeláez, Jorge Iván (Thesis advisor)c1bb3f63-d28e-4530-876a-3c5b7c28957a-1Rivera Bautista, Ana Maríac3ebc833-7b6f-41b6-a554-83e2951723e33002020-03-30T06:22:39Z2020-03-30T06:22:39Z2019https://repositorio.unal.edu.co/handle/unal/76580http://bdigital.unal.edu.co/73124/En el presente trabajo se implementó una tecnología para realizar la pirólisis rápida de biomasa, la cual empleó un reactor a escala laboratorio con un novedoso sistema de calentamiento por inducción magnética. Adicionalmente, se llevó a cabo una metodología experimental que permitió evaluar la pirólisis de cisco de café, el cual es un residuo abundante en plantas de beneficio y sus características fisicoquímicas indican que presenta un alto potencial de aprovechamiento en procesos termoquímicos; constituyéndose como una alternativa para futuros proyectos de biorefinería en el sector agroindustrial del café. El desarrollo experimental fue llevado a cabo en tres etapas. La primera etapa consistió en el montaje y la estandarización de un reactor en lecho fluidizado a escala laboratorio con calentamiento por inducción magnética, el cual permitió operar entre 450 y 600 ºC a una tasa de calentamiento de 900 ºC/min. En la segunda etapa, se llevó a cabo un estudio fluidodinámico de mezclas binarias de cisco de café y arena sílice para seleccionar las condiciones de operación fluidodinámicas durante la pirólisis. A partir de este estudio se seleccionaron dos tamaños de partícula de biomasa (0.45 y 1 mm), el porcentaje másico del cisco de café en la mezcla (5 % p/p), la velocidad mínima de fluidización (0.8 cm/s) y el número de fluidización (2.5). Finalmente, en la tercera etapa se desarrolló un estudio paramétrico, en este se evaluó el efecto de la temperatura y el tamaño de partícula sobre el rendimiento y la composición de los productos globales obtenidos durante la pirólisis de cisco de café. Los resultados experimentales muestran que la temperatura tuvo un efecto importante sobre el rendimiento y la composición del bioaceite, biocarbón y los gases permanentes. Mientras, que el tamaño de partícula solo afectó el rendimiento de bioaceite y gases permanentes. El máximo rendimiento de bioaceite fue obtenido cuando el reactor operó a 550 ºC con partículas de cisco de café de 1 mm, bajo estas condiciones se alcanzaron rendimientos de 51.39, 19.21 y 29.40 % p/p para bioaceite, biocarbón y gases permanentes, respectivamente. El bioaceite obtenido se caracterizó por un alto contenido de compuestos oxigenados de bajo peso molecular principalmente acetol y por un alto contenido de humedad, lo cual indicó que las reacciones de fragmentación y deshidratación fueron predominantes durante el proceso de pirólisis. Las principales especies de los gases permanentes fueron CO y CO_2, cuya composición se afectó significativamente por la temperatura; sin embargo, el efecto del tamaño de partícula no fue importante en el intervalo evaluado. Adicionalmente, se observó que la temperatura tuvo un impacto importante sobre la morfología del biocarbón.Abstract: In the present work the pyrolysis of coffee hull was studied using a furnace with an induction heating system. Coffee hull is an abundant waste in the coffee factories and its physiochemical characteristics indicate that it has a high potential for use in thermochemical processes; which constitutes as an alternative for future biorefinery projects in the coffee industry. The experimental work was carried out in three stages. In the first stage, a fluidized bed reactor with induction heating was implemented, this one allowed to operate between 450 and 600 ºC with a heating rate of 900 ºC /min. In the second stage, a fluid-dynamic study of a sand bed was done to choose the best fluid-dynamic conditions during the pyrolysis process. As a result, two sizes of particles (0.45 y 1 mm), the weight percent of coffee hulls in the mixture (5 wt. %), the minimum fluidization velocity (0.8 cm/s) and the fluidization number (2.5) were selected. Finally, in the third stage, the effects of pyrolysis temperature and biomass particle size on the yields and composition of global products were evaluated. The pyrolysis temperature had an important impact on the yield and composition of biooil, char, and permanent gases. While the particle size had an important impact on the yield of biooil and permanent gases. The maximum biooil yield was obtained at 550 ºC up to 51.39 wt.%, with the yield of char and permanent gases being 19.21 and 29.40 wt. % respectively. The biooil had a high content of light oxygenated compounds mainly acetol and a high content of water, which indicated that fragmentation and dehydration reactions were predominant during the pyrolysis process. The major components of permanent gases were CO2 and CO, which their composition was strongly affected by the temperature, however the particle size wasn’t important in the interval evaluated. Additionally, the temperature effect had an important impact on the biochar’s morphology.Maestríaapplication/pdfspaUniversidad Nacional de Colombia Sede Medellín Facultad de Minas Escuela de Procesos y EnergíaEscuela de Procesos y Energía66 Ingeniería química y Tecnologías relacionadas/ Chemical engineeringRivera Bautista, Ana María (2019) Estudio de la pirólisis rápida de cisco de café en un horno con calentamiento por inducción magnética. Maestría thesis, Universidad Nacional de Colombia – Sede Medellín.Estudio de la pirólisis rápida de cisco de café en un horno con calentamiento por inducción magnéticaTrabajo de grado - Maestríainfo:eu-repo/semantics/masterThesisinfo:eu-repo/semantics/acceptedVersionTexthttp://purl.org/redcol/resource_type/TMCisco de caféPirólisisCalentamiento por inducción magnéticaFluidizaciónCoffee hullPyrolysis,Induction HeatingFluidizationORIGINAL1151954844.2019.pdfTesis de Maestría en Ingeniería - Ingeniería Químicaapplication/pdf3294484https://repositorio.unal.edu.co/bitstream/unal/76580/1/1151954844.2019.pdf4cd85e213037e5b752ef5df2a86053eeMD51THUMBNAIL1151954844.2019.pdf.jpg1151954844.2019.pdf.jpgGenerated Thumbnailimage/jpeg4612https://repositorio.unal.edu.co/bitstream/unal/76580/2/1151954844.2019.pdf.jpg25fc7d1fbc10779abdb6fa141d347f37MD52unal/76580oai:repositorio.unal.edu.co:unal/765802024-07-14 01:01:42.06Repositorio Institucional Universidad Nacional de Colombiarepositorio_nal@unal.edu.co