TEST DE FUNCIONAMIENTO DE PALM KERNEL SHELL (PKS) EN UN QUEMADOR NATURAL FIRE

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1 TEST DE FUNCIONAMIENTO DE PALM KERNEL SHELL (PKS) EN UN QUEMADOR NATURAL FIRE NATURAL FIRE S.L. Avd. de la Paz Yecla (Murcia) Tlf España a /

2 ÍNDICE 1. INTRODUCCIÓN 3 2. MONTAJE Y PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL TRATAMIENTO Y ANÁLISIS DE DATOS GRANULOMETRÍA EXPERIMENTO 1 (PKS TRITURADO) 4 ENSAYO A ENSAYO B 4. RESULTADOS Y CONCLUSIONES 9 2

3 1. INTRODUCCIÓN El presente informe pretende llevar a cabo la viabilidad del uso del Palm Kernel Shell (PKS) en los quemadores de la gama Natural Fire. QUÉ ES EL PKS? El PKS es la cáscara de un fruto poco común en Europa, pero abundante en Suramérica. Se trata de un biocombustible similar a la cáscara de almendra, aunque este presenta un poder calorífico superior al de este último. Resulta bastante interesante su uso como fuente energética ya que se trata de un biocombustible económico y ecológico. Su poder calorífico inferior (PCI) es de unos MJ/kg, lo cual lo hace un biocombustible muy apto para su uso. Además puede descomponer completamente entre 400 y 500 C. Su composición química se basa fundamentalmente en lignina (50%), celulosa (7%) y hemicelulosa (26%). Además contiene micro poros que liberan sustancias volátiles necesarias para la producción de bioenergía. Durante el presente informe se va a detallar la metodología llevada a cabo para el análisis del biocombustible en un quemador de la gama Natural Fire, así como el análisis de los datos obtenidos y sus conclusiones. Para ello se empleará dos muestras diferentes de PKS con diferente granulometría, ya que una muestra está sin triturar y la otra triturada. 2. MONTAJE Y PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL Para la realización de los experimentos se utiliza un quemador de la marca Natural Fire, modelo Y-70r, con sistema de extracción de cenizas de forma manual tal y como se muestra en la siguiente figura. Figura 1. Quemador Y-70r 3

4 Se utiliza un sinfín de alimentación de 2 metros de longitud con Motor SPG de 25 W y Reductora SPG con relación de reducción R1:50. Se utiliza controlador Unitronics (versión del software 7.5.2) y tolva de 250 L. Se disponen de dos muestras de PKS de unos 25 kg cada una de ellas. Una de ellas triturada y la otra sin triturar. Los ensayos comprenderán la viabilidad o no del uso de este tipo de biocombustible en la gama de quemadores Natural Fire. Para ello se realizan varios ensayos durante un periodo aproximado de entre 40 y 50 minutos cada uno de ellos en los que se obligará al quemador a pasar por los estados de ignición, estabilización, ciclos de arranque progresivo, ciclo de limpieza, potencia máxima y apagando quemador. 3. TRATAMIENTO Y ANÁLISIS DE DATOS 3.1 GRANULOMETRÍA Se ha tomado diversas muestras del grano a emplear durante los ensayos obteniendo los siguientes datos: PKS triturado: Se mide un grano bastante homogéneo con tamaño máximo de grano de 6 mm, llegando incluso a obtener granos de menos de 1 mm de tamaño medio. El tamaño medio del grano triturado es de 3 mm. 3.2 EXPERIMENTO 1 (PKS TRITURADO) Para el primer experimento se utiliza PKS triturado. En la siguiente figura se muestra el material depositado en la tolva de almacenaje. Figura 2. PKS triturado Se pesa una muestra de 86 gramos en un recipiente con forma de prisma rectangular con medidas 45x42x72 mm, lo cual equivale a un volumen de m 3, obteniendo una densidad aparente del material de kg/m 3. El experimento 1 consta de dos ensayos, a y b. El objetivo del ensayo inicial será buscar las condiciones óptimas para el funcionamiento en régimen estacionario del quemador Y-70r de la 4

5 marca Natural Fire utilizando PKS como biocombustible, mientras que en el segundo de ellos se llevará a cabo de forma continuada con los valores modificados del primero de ellos. ENSAYO A: El ensayo a se realiza bajo las siguientes condiciones iniciales: Carga en 30 segundos = 350 g. Carga inicial = 180 g. T on = 1 T off = 15 Ventilación = 60 % Fotocélula = 50% Pot. Encendido = 210 s T on = 1 T off = 10 Ventilación = 60 % Pot. Máxima = 70 kw Ventilación = 55 % Se utilizan 3 ciclos para el arranque progresivo durante 120 segundos, por tanto, 40 segundos para cada uno de los ciclos. PCI utilizado es de 5 kw/kg. (s) (min) Estado Descripción 0 0 Ciclo limpieza Configuración inicial. Comienza el ensayo 140 2:20 Ignición Se observa como la carga inicial resulta pobre 280 4:40 Estabilización El quemador entra en estabilización. El ciclo es demasiado agresivo. Cambio a T off = 15 en estabilización 400 6:40 Estabilización Potencia de encendido o estabilización :00 Ciclos El quemador entra con los ciclos de arranque progresivo :20 P. Máxima Quemador trabajando en potencia máxima. La ventilación es pobre para quemar el material :40 P. Máxima El quemador entra en potencia máxima :00 P. Máxima Cañón muy lleno. Cambio de ventilación al 70% :20 P. Máxima El material llega al extremo de la parrilla :00 P. Máxima Ventilación subida al 75% :30 P. Máxima Cañón prácticamente lleno :00 Paro quemador Ventilación al 60% :54 Quemador apagado El quemador se apaga completamente Una vez finalizado el ensayo se comprueba la cantidad de material quemado en el controlador y se pesa la cantidad de ceniza generada durante todo el experimento. Cantidad total de material quemado: M total = 7.2 kg Cantidad de cenizas recogidas: m cenizas =222 g Suponiendo un 5 % en pérdidas de cenizas sobre el total recogido se obtiene el porcentaje de cenizas a partir de la siguiente expresión: % Cenizas= m +m 0.05 M 100=3.24 % Observaciones: 5

6 Durante el arranque del quemador se observa que la cantidad de material inicial para la ignición resulta algo pobre. Durante estabilización se observa que el ciclo de adición de material es demasiado agresivo y ahoga el material. La fase de estabilización lleva más tiempo del previsto debido a que el nivel de luz es demasiado elevado. Hay que tener en cuenta que el ensayo se lleva a cabo en vacío, y que el nivel de fotocélula deberá ser por tanto más elevado de lo normal. Se forma una costra blanda en la parrilla al retirar toda la ceniza del interior del cañón del quemador. Figura 3. Costra formada. En el cañón y extraída de la parrilla ENSAYO B: El ensayo a se realiza bajo las siguientes condiciones iniciales: Carga en 30 segundos = 350 g. Carga inicial = 210 g. T on = 1 T off = 15 Ventilación = 60 % Fotocélula = 30% Pot. Encendido = 210 s T on = 1 T off = 15 Ventilación = 60 % Pot. Máxima = 70 kw Ventilación = 75 % Se utilizan 3 ciclos para el arranque progresivo durante 120 segundos, por tanto, 40 segundos para cada uno de los ciclos. El ciclo de limpieza se configura para que se lleve a cabo cada 20 minutos al 100% durante 60 segundos. El principal cambio respecto al ensayo anterior reside en el ajuste de la ventilación que se lleva a cabo desde el principio al 75% de ventilación. (s) (min) Estado Descripción 0 0:00 Ciclo limpieza Parrilla completamente limpia 6

7 (s) (min) Estado Descripción 120 2:00 Ignición La carga inicial cubre la resistencia. Aporte correcto de material en carga inicial 240 4:00 Estabilización Aparece llama y presenta buena consistencia 360 6:00 Estabilización La llama presenta mayor consistencia 480 8:00 Estabilización En 8:45 pasa a ciclos de arranque progresivo :00 Ciclo 3 Alcanza la potencia máxima en 10: :00 Pot. Máxima Llama muy buena, el cañón apenas acumula material :00 " Llama consistente. Empieza a acumularse PKS en la parrilla :00 " Parrilla medio llena de material :00 " Parrilla medio llena de material :00 " La parrilla se va llenando poco a poco. Se producen proyecciones por la parte delantera del cañón :00 " Mucho material acumulado en la parrilla. Aún no llega al extremo de la parrilla :00 " El material llega al extremo de la parrilla :00 " Comienza a acumularse el material en el cañón :00 Ciclo de limp. Ciclo de limpieza a 28:20. Ha avivado la llama un poco pero apenas ha hecho efecto alguno :00 Pot. Máxima Se va formando un enorme braserío en el interior del cañón :00 " El material no llega a rebosar por la parte delantera :00 Ciclo de limp. Simulación de ciclo de limpieza durante 60 segundos al 100% de ventilación :00 Pot. Máxima Cañón muy cargado de material. Proyecciones normales :00 " Braserío completo en la parrilla :00 Apagando Comienza el apagado quemador :00 Ciclo limpieza Comienza a alternar entre ciclo de limpieza y apagando quemador :00 Apagando quemador Continúa el apagado del quemador. El braserío es pequeño :00 Quemador apagado La parrilla presenta buen estado para volver a empezar otro ciclo de encendido Una vez finalizado el ensayo se comprueba la cantidad de material quemado en el controlador y se pesa la cantidad de ceniza generada durante todo el experimento. Cantidad total de material quemado: M total = 7.57 kg Cantidad de cenizas recogidas: m cenizas = 212 g Suponiendo un 5 % en pérdidas de cenizas sobre el total recogido se obtiene el porcentaje de cenizas a partir de la siguiente expresión: % Cenizas= m +m 0.05 M 100=2.94 % 7

8 Observaciones: La carga inicial resulta adecuada para el arranque del quemador, así como los parámetros de la fase de estabilización. Se forma una costra blanda detectada al finalizar el ensayo. Al extraer la parrilla a la finalización del ensayo, parte de la costra queda en el interior del cañón y hay que retirarla manualmente. Figura 4. Y-70r quemando PKS triturado trabajando a potencia máxima (ensayo B) Figura 5. Proyecciones emitidas durante el funcionamiento del ensayo B. La costra formada es blanda, por lo que no presenta problemas para el rearme, sin embargo resultaría recomendable emplear un quemador de parrilla móvil para un óptimo funcionamiento del equipo que requiera unos tiempos de mantenimiento menores. 8

9 4. RESULTADOS Y CONCLUSIONES En la siguiente tabla se muestra un resumen de los datos obtenidos en los ensayos realizados comparado con un Pellet DIN PLUS: PKS triturado Pellet DIN PLUS Densidad (kg/m3) % Cenizas PCI (KJ/kg) El material triturado presenta una mayor densidad, con lo que se aprovecha mejor la capacidad de generar potencia del quemador, además presenta un porcentaje de cenizas o impurezas menor que el que no está triturado. Esto se traduce en un mejor funcionamiento del equipo y menos mantenimiento durante su uso. En cuanto a la viabilidad del uso del PKS en un quemador como el utilizado en los ensayos se llegan a las siguientes conclusiones: El PKS triturado puede ser utilizado en un quemador de la gama Natural Fire. Se recomienda su uso en quemadores de parrilla móvil, aunque también será posible utilizarlo en quemadores estándar con extracción de parrilla manual. Si se eligiera esta última opción hay que tener en cuenta que se trata de un material que genera un residuo elevado y el mantenimiento de la parrilla se debería hacer por lo menos una vez al día, siendo lo recomendable dos veces por día. Resumiendo, en cualquiera de los casos se recomienda el uso de quemadores de parrilla móvil, donde el material se puede usar sin ningún tipo de problema, pudiendo emplearse el PKS triturado en quemadores de parrilla con sistema de extracción manual, aunque se advierte que el mantenimiento será elevado. 9