Revista UIS Ingenierías

Vol. 22 Núm. 1 (2023): Revista UIS Ingenierías
Artículos

Flujo de calor y capacidades calorífica específica en la etapa de deshidratación de la pirólisis de biomasas por análisis térmicos

PDF (English)
  • Fernanda Rezende-Lopes,
  • Katia Tannous,
  • Thiago Rezende-Lopes
Fernanda Rezende-Lopes
Universidade Estadual de Campinas
Katia Tannous
Universidade Estadual de Campinas
Thiago Rezende-Lopes
Universidade Estadual de Campinas
DOI: https://doi.org/10.18273/revuin.v22n1-2023006

Publicado 2023-01-10

Palabras clave

  • biomasa,
  • calorimetría,
  • evaporación,
  • calefacción,
  • termogravimetría

Cómo citar

Rezende-Lopes, F. ., Tannous, K., & Rezende-Lopes, T. (2023). Flujo de calor y capacidades calorífica específica en la etapa de deshidratación de la pirólisis de biomasas por análisis térmicos. Revista UIS Ingenierías, 22(1), 57–68. https://doi.org/10.18273/revuin.v22n1-2023006

Derechos de autor 2023 Revista UIS Ingenierías

Creative Commons License

Esta obra está bajo una licencia internacional Creative Commons Atribución-SinDerivadas 4.0.

Resumen

Este estudio tiene como objetivo investigar la influencia de la humedad de la caña energética y la fibra de coco sobre el flujo de calor y la capacidad calorífica específica en la etapa de deshidratación del proceso de pirólisis. Los experimentos se llevaron a cabo en un analizador simultáneo de termogravimetría y calorimetría diferencial de barrido utilizando una velocidad de calentamiento de 20 K/min en atmósfera inerte. Se identificaron tres etapas de descomposición: deshidratación (marcada por un pico endotérmico expresivo), pirólisis y carbonización. De los análisis de los aportes de agua se observó que el flujo de calor proveniente de la capacidad calorífica del agua remanente (Qwc) es despreciable en comparación con el flujo de calor proveniente de la evaporación del agua (Qwe), para ambas biomasas. Además, calculamos el flujo de calor a partir de la capacidad calorífica (Qb) y la capacidad calorífica específica experimental (cp,b) de las biomasas de 686-2371 J/kg K y 1076-2113 J/kg K, respectivamente. Así, para la etapa de deshidratación, se han propuesto ecuaciones polinómicas teóricas de tercer y cuarto orden para predecir el calor requerido para el calentamiento de las biomasas.

PDF (English)

Descargas

Los datos de descargas todavía no están disponibles.

Referencias

  1. D.I. Aslan, B. Özoğul, S. Ceylan, F. Geyikçi, “Thermokinetic analysis and product characterization of Medium Density Fiberboard pyrolysis”, Bioresour. Technol., vol. 258, pp. 105-110, 2019, doi: https://doi.org/10.1016/j.biortech.2018.02.126
  2. C. Dupont, R. Chiriac, G. Gauthier, F. Toche, “Heat capacity measurements of various biomass types and pyrolysis residues”, Fuel, vol. 115, pp. 644-651, 2014, doi: http://dx.doi.org/10.1016/j.fuel.2013.07.086
  3. Y.J. Rueda-Ordóñez, C.J. Arias-Hernández, J.F. Manrique-Pinto, P. Gauthier-Maradei, W.B. Bizzo, “Assessment of the thermal decomposition kinetics of empty fruit bunch, kernel shell and their blend”, Bioresour. Technol., vol. 292, pp. 121923, 2019, doi: https://doi.org/10.1016/j.biortech.2019.121923
  4. F.X. Collard, J. Blin, “A review on pyrolysis of biomass constituents: Mechanisms and composition of the products obtained from the conversion of cellulose, hemicelluloses, and lignin”, Renew. Sustain. Energy Rev., vol. 38, pp. 594-608, 2014, doi: https://doi.org/10.1016/j.rser.2014.06.013
  5. Y.J. Rueda-Ordóñez, K. Tannous, E. Olivares-Gómez, “An empirical model to obtain the kinetic parameters of lignocellulosic biomass pyrolysis in an independent parallel reactions scheme”, Fuel Process. Technol., vol. 140, pp. 222-230, 2015, doi: http://dx.doi.org/10.1016/j.fuproc.2015.09.001
  6. Empresa de Pesquisa Energética- EPE. “Relatório Síntese -Ano base 2020”, 2021. [Online]. Available at: https://www.epe.gov.br/sites-pt/publicacoes-dados-abertos/publicacoes/PublicacoesArquivos/publicacao-601/topico-588/BEN_S%C3%ADntese_2021_PT.pdf.
  7. O.V. Carvalho-Netto, J.A. Bressiani, H.L. Soriano, C.S. Fiori, J.M. Santos, G.V.S. Barbosa, M.A. Xavier, M.G.A. Landell, G.A.G. Pereira, “The potential of the energy cane as the main biomass crop for the cellulosic industry”, Chem. Biol. Technol. Agric., vol. 1, pp. 1-8, 2014, doi: http://dx.doi.org/10.1186/s40538-014-0020-2
  8. V.S. Carvalho, K. Tannous, “Thermal decomposition kinetics modeling of energy cane Saccharum robustum”, Thermochim. Acta, vol. 657, pp. 56-65, 2017, doi: http://dx.doi.org/10.1016/j.tca.2017.09.016
  9. H.R. Guimarães, K. Tannous, “Influence of torrefaction on the pyrolysis of energy cane: a study on thermal properties and decomposition kinetics”, J. Therm. Anal. Calorim., vol.139, pp. 2221-2233, 2019, doi: https://doi.org/10.1007/s10973-019-08584-z
  10. Food and Agriculture Organization of the United Nation, FAOSTAT, 2021. [Online]. Available at: http://www.fao.org/faostat/en/#data/QC
  11. A.S. Moura, R. Demori, R.M. Leão, C.L.C. Frankenberg, R.M.C. Santana, “The influence of the coconut fiber treated as reinforcement in PHB (polyhydroxybutyrate) composites”, Mater. Today Communi., vol. 18, pp. 191-198, 2019, doi: https://doi.org/10.1016/j.mtcomm.2018.12.006
  12. J. Cai, S. Chen, “Determination of drying kinetics for biomass by thermogravimetric analysis under nonisothermal condition”, Dry. Technol., vol. 26, pp. 1464-1468, 2008, doi: https://doi.org/10.1080/0737390802412116
  13. D. Chen, D. Zhang, X. Zhu, “Heat/mass transfer characteristics and nonisothermal drying kinetics at the first stage of biomass pyrolysis”, J. Therm. Anal. Calorim., vol. 109, pp. 847-854, 2012, doi: https://doi.org/10.1007/s10973-011-1790-4
  14. R.B. Tabakaev, A.V.Astafev, Y.V. Dubinin, N.A. Yazykov, A.S. Zavorin, V.A. Yakovlev, “Autothermal pyrolysis of biomass due to intrinsic thermal decomposition effects”, J. Therm. Anal. Calorim., vol. 134, pp. 1045-1057, 2018, doi: https://doi.org/10.1007/s10973-018-7562-7
  15. A. Vega-Gálvez, M. Miranda, L.P. Díaz, L. López, K. Rodriguez, K. Di Scala, “Effective moisture diffusivity determination and mathematical modeling of the drying curves of the olive-waste cake”, Bioresour. Technol., vol. 101, pp. 7265-7270, 2010, doi: https://doi.org/10.1016/j.biortech.2010.04.040
  16. D. Chen, Y. Zheng, X. Zhu, “In-depth investigation on the pyrolysis kinetics of raw biomass. Part I: Kinetic analysis for the drying and devolatilization stages”, Bioresour. Technol., vol. 131, pp. 40-46, 2013, doi: https://doi.org/10.1016/j.biortech.2012.12.136
  17. Y.J. Rueda-Ordóñez, K. Tannous, “Drying and thermal decomposition kinetics of sugarcane straw by nonisothermal thermogravimetric análisis”, Bioresour. Technol., vol. 264, pp. 131-139, 2018, doi: https://doi.org/10.1016/j.biortech.2018.04.064
  18. X. Li, C. Yin, “A drying model for thermally large biomass particle pyrolysis”, Energy Procedia, vol. 158 pp. 1294-1302, 2019, doi: https://doi.org/10.1016/j.egypro.2019.01.322
  19. R. Artiaga, S. Naya, A. García, F. Barbadillo, L. García, “Subtracting the water effect from DSC curves by using simultaneous TGA data”, Thermochim. Acta, vol. 428, pp. 137-139, 2005, doi: https://doi.org/10.1016/j.tca.2004.11.016
  20. J. Cai, R. Liu, “Research on Water Evaporation in the Process of Biomass Pyrolysis”, Energy & Fuels, vol. 21, pp.3695-3697, 2007, doi: https://doi.org/10.1021/ef700442n
  21. J.A. Comesaña, M. Nieströj, E. Granada, A. Szlek, “TG-DSC analysis of biomass heat capacity during pyrolysis process”, J. Energy Inst., vol. 86, pp. 153-159, 2013, doi: https://doi.org/10.1179/1743967112Z.00000000055
  22. F.C.R. Lopes, K. Tannous, “Coconut fiber pyrolysis decomposition kinetics applying single- and multi-step reaction models”, Thermochim. Acta, vol. 691, pp. 178714, 2020, doi: https://doi.org/10.1016/j.tca.2020.178714
  23. F.C.R. Lopes, K. Tannous, “Coconut fiber pyrolysis: specific heat capacity and enthalpy of reaction through thermogravimetry and differential scanning calorimetry”, Thermochim. Acta, vol. 707, pp. 179087, 2022, doi: https://doi.org/10.1016/j.tca.2021.179087
  24. S. Vyazovkin, A.K. Burnhamb, J.M. Criado, L.A. Pérez-Maqueda, C. Popescu, N. Sbirrazzuoli, “ICTAC Kinetics Committee recommendations for performing kinetic computations on thermal analysis data”, Thermochim. Acta, vol. 520, pp. 1-19, 2011, doi: https://doi.org/10.1016/j.tca.2011.03.034
  25. K. Jayaraman, M.V. Kok, I. Gokalp. “Combustion properties and kinetics of different biomass samples using TG-MS technique”, J. Therm. Anal. Calorim., vol 127, pp. 1361-1370, 2017, doi: https://10.1007/s10973-016-6042-1
  26. F. He, W. Yi, X. Bai, “Investigation on caloric requirement of biomass pyrolysis using TG–DSC analyzer”, Energy Convers. Manage., vol. 47, pp. 2461-2469, 2006, doi: https://doi.org/10.1016/j.enconman.2005.11.011
  27. D. Chen, M. Li, X. Zhu, “TG-DSC method applied to drying characteristics and heat requirement of cotton stalk during drying”, Heat Mass Transfer., vol. 48, pp. 2087-2094, 2012, doi: https://doi.org/10.1007/s00231-012-1050-6
  28. S. Wang, X.M. Jiang, Q. Wang, H.S. Ji, L.F. Wu, J.F. Wang, S.N. Xu, “Research of specific heat capacities of three large seaweed biomass”, J. Therm. Anal. Calorim., vol. 115, pp. 2071-2077, 2014, doi: https://doi.org/10.1007/s10973-013-3141-0