Rocket stove biomass charcoal/es

Datos del proyecto

Tipo	Estufa cohete
Autores	Hoon Peerless Mitch Girard
Ubicación	Arcata , California, Haití
Estado	Prototipado
Hecho	Sí
Costo	150 dólares estadounidenses
Usos	producción de carbón
Manifiesto del OKH	Descargar

Mitch Girard y Hoon Peerless trabajarán en conjunto para investigar, diseñar, probar e informar sobre el uso de briquetas de carbón de desechos de biomasa para estufas cohete en ENGR305 en Cal Poly Humboldt , durante el semestre de primavera de 2010. Buscaremos conocimientos sobre el tipo de material de biomasa, agentes aglutinantes y mecanismos de prensado de carbón.

Es probable que los recursos externos incluyan a los profesores de la HSU, a los ingenieros recién graduados de la HSU, al Centro de Investigación Aprovecho y a las filiales que se encuentran actualmente en Haití trabajando en tecnologías apropiadas para las poblaciones locales. El objetivo del proyecto es producir briquetas de carbón de biomasa y una prensa, y probar las briquetas utilizando la estufa cohete Stovetec.

Planteamiento del problema

Alrededor de 2.400 millones de personas en todo el mundo utilizan madera, carbón vegetal, carbón vegetal y otras biomasas como combustible principal para cocinar. ^{[ 1 ]} En los países "en desarrollo", estos combustibles se queman a menudo en hogueras abiertas o en estufas que no funcionan bien. ^{[ 2 ]} Se ha demostrado que varios factores de estos procesos de cocción son perjudiciales para la salud humana, especialmente en relación con enfermedades respiratorias. El humo que emiten estos combustibles en interiores contiene componentes como pequeñas partículas de hollín o polvo que pueden penetrar profundamente en los pulmones. Cada año, la contaminación del aire en interiores es responsable de la muerte de 1,6 millones de personas, es decir, una muerte cada 20 segundos. ^{[ 3 ]} Las mujeres y los niños, que son los más involucrados o expuestos a este entorno, son los más afectados. ^{[ 1 ]}

La producción de carbón vegetal se ha asociado con problemas ambientales como la deforestación , que aumenta aún más otras vulnerabilidades ambientales y sociales. Los árboles que crecen más lentamente, los árboles de madera dura, producen el carbón vegetal de mayor calidad, lo que aumenta el impacto. ^{[ 1 ]} La madera o el carbón vegetal es el principal combustible para cocinar en Haití, y esta dependencia ha contribuido a que solo quede el 2% de los bosques del país. ^{[ 4 ]} En lugares como Haití , la disponibilidad limitada de madera significa que encontrar combustible para recolectar consume tiempo y energía, causa condiciones climáticas más severas, aumenta la vulnerabilidad, reduce la capacidad, cuesta dinero y estresa aún más un recurso ya agotado. En algunos lugares como en Malí, debido a los cambios en los sectores energético y económico, se está produciendo un cambio pronunciado de la leña al carbón vegetal, lo que genera preocupación por los recursos locales ^{[ 5 ]}

Existen alternativas para producir carbón vegetal a partir de madera; se puede producir a partir de cualquier residuo agrícola apropiado. Se pueden utilizar varios cultivos diferentes, según la disponibilidad local. En Haití se utiliza caña de azúcar seca o bagazo, ya que es un subproducto de la producción de azúcar que se consigue fácilmente. Las briquetas de carbón vegetal se producen combinando la biomasa carbonizada con un aglutinante también apropiado para la zona; en Haití se utiliza harina de mandioca. Luego, la mezcla se convierte en briquetas utilizando algún tipo de prensa y se deja secar.

Las estufas cohete StoveTec diseñadas en el Centro de Investigación de Aprovecho están optimizadas para ofrecer soluciones de bajo costo, bajas emisiones y eficiencia de combustible. Aumentan la transferencia de calor y la eficiencia de la combustión para una cocción más limpia y eficiente. ^{[ 6 ]} La estufa puede quemar madera, carbón u otra biomasa. Las estufas cohete que se utilizan actualmente en Haití están reduciendo la cantidad de carbón necesario para cocinar hasta en un 70%. ^{[ 7 ]}

Nuestros objetivos son desarrollar una briquetadora eficiente y de producción hecha con materiales disponibles localmente; probar diferentes materiales de desechos agrícolas; probar el rendimiento de la máquina en términos de relación de compactación, evaluar la firmeza de las briquetas y calcular su valor calorífico. ^{[ 8 ]}

Criterios

Los criterios nos ayudarán a juzgar mejor los resultados de nuestro proyecto y las prioridades del mismo.

Revisión de literatura

Esta es una revisión de la literatura disponible pertinente al proyecto de carbón de biomasa para estufas Rocket.

Teoría del diseño de estufas

Los principales objetivos técnicos del diseño de estufas son: 

1. Maximizar la eficiencia del proceso de combustión del combustible.
2. Transfiera el calor de la fuente al alimento a la velocidad requerida y de la manera más eficiente posible. ^{[ 9 ]} 

Introducción a las estufas de carbón

• Aunque las estufas tradicionales de carbón suelen ser más eficientes que las estufas tradicionales de leña, entre el 60% y el 80% de la energía se pierde en el proceso de conversión de la madera en carbón. Debido a los menores costos de transporte, manipulación y almacenamiento por unidad de energía, el carbón tiene muchas ventajas económicas sobre la madera. Se quema de forma más limpia, produce menos humo y requiere menos energía para mantener una producción de calor constante. ^{[ 9 ]}
• Las pautas de diseño para estufas de carbón difieren de las de las estufas de leña debido a:
  • El combustible contiene más energía por unidad de volumen y se puede compactar.
  • La mayor parte de la transferencia de calor proviene del lecho de carbón y no de llamas en movimiento.
  • El combustible solo necesita ser revisado cada media hora o más, en lugar de cada 3 a 10 minutos con estufas de leña.
  • Normalmente no hay humo o hay poco humo en el fuego de carbón, por lo que no son necesarias chimeneas ^{[ 9 ]}
• Las estufas de carbón son livianas, portátiles, tienen un fuego por olla y no tienen chimenea. Las mejoras de diseño para aumentar el rendimiento de cocción se centran en cambios en el cuerpo de la estufa que rodea la caja de fuego. ^{[ 9 ]}

Componentes básicos de diseño ^{[ 9 ]}

• Entrada de aire primario
• Rallar
• Cámara de combustión
• Asiento de olla
• Escudos de olla
• Cuerpo de la estufa 

Prueba de estufas ^{[ 9 ]}

• Las pruebas para revelar información cuantitativa y cualitativa sobre el rendimiento de la estufa y/o el combustible comprenderán lo siguiente:
  • La cantidad de combustible necesaria para cocinar una determinada cantidad de alimentos.
  • La eficiencia térmica (o porcentaje de calor utilizado -PHU) para diferentes velocidades de ebullición del agua.
  • El rango de potencia de salida (también expresado como "relación de reducción")
  • La facilidad de operación
  • Nivel de contaminación
  • Requisitos de mantenimiento
  • Estas características se comprobarán mediante varias pruebas de ebullición y cocción del agua.

Residuos agrícolas

Los desechos/residuos agrícolas, medidos en términos de peso, contenido energético o valor nutritivo, son un componente vital del sistema agrícola rural. Son un recurso importante, aunque los patrones de producción y uso difieren ampliamente entre los distintos países y sistemas agrícolas. ^{[ 10 ]} Posibles materiales de desecho agrícola para fabricar carbón vegetal:

• Bagazo de caña de azúcar
• Elote
• Serrín
• Cáscara de café
• Cáscara de coco
• Bambú
• Cáscara de maní
• Cáscara de arroz

Acceso y disponibilidad

• La disponibilidad de desechos agrícolas depende de la producción, así como de factores sociales y económicos.
• El acceso está influenciado por la propiedad y el estatus de la tierra
• La estacionalidad del suministro es un factor importante ^{[ 11 ]}
• Se debe considerar la posibilidad de contar con algunas instalaciones de almacenamiento para permitir el funcionamiento y el suministro durante todo el año ^{[ 10 ]}

Preocupaciones ambientales

• Las dos principales preocupaciones con la producción de carbón son la deforestación y el cultivo intensivo de monocultivos y los problemas ambientales relacionados con la carbonización (es decir, el humo, el calor y los subproductos) ^{[ 8 ]}

Briquetas de carbón

Cuatro pasos principales: ^{[ 11 ]}

1. Preparación de finos de carbón
2. Mezcla de las partículas finas de carbón con un aglutinante
3. Briquetado de la mezcla
4. Secado de las briquetas

Aglutinantes

• Los aglutinantes son necesarios cuando la presión producida por el equipo de compactación es demasiado baja para la "autoaglutinación" o cuando se compactan materiales que no se autoaglutinan, como la paja, el arroz, la cascarilla y el carbón. Los aglutinantes que se utilizan habitualmente incluyen almidones de maíz, trigo, mandioca, melaza de caña de azúcar, alquitranes, brea, resinas, pegamentos, fibra, desechos de pescado y ciertas plantas como las algas ^{[ 11 ]}
• El efecto de añadir un agente aglutinante es mejorar la cohesión y reducir los requisitos de presión. Los aglutinantes unen los componentes mediante adhesión mecánica y química, y se produce cuando las moléculas del aglutinante se adhieren a puntos específicos en la estructura molecular del adherente ^{[ 8 ]}
• La yuca, un cultivo de raíz tropical que se utiliza a menudo como aglutinante, es bastante resistente y puede cultivarse en suelos infértiles. También tiene propiedades únicas, como su alta viscosidad y resistencia a la congelación ^{[ 8 ]}

Datos

Datos útiles para recopilar

• Relación de compactación
• Firmeza de las briquetas
• Calor utilizado ^{[ 8 ]}
• Tiempo de combustión

Línea de tiempo

Durante el semestre de primavera de 2010, los miembros del grupo investigaron, diseñaron, probaron e informaron sobre este proyecto. A continuación se muestran las tareas completadas con las fechas representativas en que se completaron. Las condiciones climáticas resultaron difíciles en algunas ocasiones, lo que explica la densidad de trabajo en determinadas fechas.

• Semana del 7 de marzo: Recibir pedido de biorresiduos de caña de azúcar, comprar aglutinante, construir cámara de quema a partir de tambor de 55 galones.
• Semana del 7 de marzo: Cosecha de pasto de la pampa, una planta invasora local de la comunidad.
• Fin de semana del 13 de marzo. Primeras tiradas de fabricación de carbón.
• 25 de marzo- Diseño y fabricación de prensa de carbón con chatarra y algo de soldadura.
• 15 al 31 de marzo- Más tiradas de producción de carbón con diversos materiales, aglutinantes y técnicas de prensado.
• Principios de abril: Análisis comparativo de datos de producciones anteriores de carbón para determinar la mejor técnica y los mejores materiales.
• Finales de abril: Se discuten los resultados del proyecto y se proporciona información a través de appropedia.

Presupuesto

Diseño de prensa de briquetas

El proceso

Preparación (varía)

Pasos

1

Haga agujeros en la parte inferior del tambor para que circule el aire durante la combustión.

2

Rellene los agujeros con biomasa.

3

Con el tambor en posición vertical, llénelo con aproximadamente un 75% de biomasa.

4

Si utiliza diferentes cultivos o partes de cultivos, colóquelos en capas. Coloque un palo grande en el medio para facilitar el flujo de aire.

5

Coloque el tambor sobre 3 rocas de manera que el aire fluya por la parte inferior y la luz desde la parte inferior.

6

Deje arder durante 5 a 10 minutos hasta que el humo desaparezca o cambie de color.

7

Humo todavía opaco...

8

Volviéndose claro...

9

Tapar con la tapa y retirar las piedras del fondo mientras se sostiene el tambor con el palo grande. Sellar el fondo con arena o tierra.

10

Espere al menos dos horas.

11

Triturar el carbón. Hay muchas formas de hacerlo, lo metemos en una bolsa de plástico y lo pisamos.

12

Espere al menos dos horas.

Fabricación de briquetas

1

Tamizar el carbón triturado para separar los trozos más grandes y/o no carbonizados.

2

Mezclar el aglutinante. Usamos harina de trigo mezclada con agua. El aglutinante debe tener una consistencia espesa y pegajosa, similar a la de las gachas.

3

Combine el aglutinante y el carbón. Cuanto menos aglutinante se necesite, mejor. Una proporción del 10 % al 90 % sería ideal y una proporción del 50 % al 50 % sería demasiado.

4

Hacer briquetas utilizando la prensa.

Resultados

Proceso de briquetas

Pruebas de estufas

Prueba

Uso previsto

Este proceso y prensa está pensado para pequeñas familias y/o comunidades. Hay prensas y molinos que se han fabricado para mayores tasas de producción y usos industriales. Para un mejor mantenimiento de la prensa, lo ideal es limpiarla al finalizar cada sesión. Puede haber una entidad principal que produzca el carbón y otra que también produzca briquetas. Las briquetas pueden ser para uso personal o para su venta. Debido a que los conocimientos y procesos locales de producción del carbón y la apariencia (menos la forma) se alteran poco, las briquetas tienen más posibilidades de ser adoptadas en lugar del carbón de madera común.

Conclusión

Nuestras pruebas produjeron alrededor de 12 briquetas por barril de biomasa.

Se necesitan aproximadamente 3 horas para fabricar el carbón y aproximadamente 1 hora para fabricar las 12 briquetas, incluida la preparación y el tamizado. El proceso completo dura aproximadamente 5 o 6 horas, incluida la preparación y la limpieza.

El número de briquetas que se pueden fabricar en un día con un barril es de aproximadamente 24 a 30.

Nuestras pruebas dieron como resultado un promedio de 6 briquetas por comida. Con 3 comidas al día, eso significa aproximadamente 18 briquetas por el uso de combustible de un día.

Estos resultados variarán según la biomasa utilizada y la eficiencia del proceso de carbonización.

A lo largo del proyecto nos topamos con muchas limitaciones, entre ellas el tiempo, la cultura local y, sobre todo, el clima. La recolección de biomasa para quemar fue bastante sencilla, pero el proceso de secado se hizo significativamente más difícil por la constante ocurrencia de lluvias y la fuerte humedad local. La lluvia no sólo dificultó el secado, sino también la combustión y el secado de las briquetas. Los resultados de nuestra producción de carbón en la mayoría de nuestros ensayos fueron ineficientes o no tuvieron éxito debido a la biomasa húmeda. La cultura local del condado de Humboldt está comprometida con el pensamiento ambientalmente racional, pero la falta de conocimiento y el uso irregular del carbón hicieron que la recopilación de información fuera mucho más difícil. Sin recursos locales, nos vimos obligados a depender de la información relativa a los enfoques de fabricación de carbón de diferentes culturas, y no de la nuestra. Como no existe una demanda local para este proyecto, el uso de materiales y métodos locales ahora se puede utilizar como modelo para culturas con limitaciones similares para ampliar la esfera de conocimiento en torno al proceso. Nuestro análisis de los datos recopilados nos lleva a creer que la producción unifamiliar de briquetas para uso personal probablemente no sería eficiente, debido a la cantidad de materiales necesarios y la mano de obra requerida para la producción. Se necesitarían aproximadamente diez bidones de petróleo de 55 galones de biomasa sin quemar para producir briquetas para que una familia pequeña cocine durante una semana (ver los cálculos anteriores). Si, en cambio, el trabajo lo realizara un grupo de trabajadores con acceso a numerosos bidones de petróleo y grandes cantidades de biomasa, el tiempo dedicado a la producción podría ser mucho más eficiente. Los trabajadores podrían entonces centrarse únicamente en la tarea, y la distribución dentro de la comunidad podría centrarse para hacer que todo el proceso sea lo más eficiente posible tanto social como económicamente. Todo el proceso fue muy informativo y divertido, con aspectos desafiantes que debían superarse o solucionarse. El diseño y la construcción de la prensa de carbón fue un aspecto particularmente divertido, así como la quema del producto que pasamos tanto tiempo creando. Este fue un gran proyecto que analiza un tema de gran importancia en todo el mundo, con muchas áreas que podrían verse afectadas en el futuro cercano.

Referencias

Libros

• Barnard, Geoffrey y Lars Kristoferson. Residuos agrícolas como combustible en el Tercer Mundo. Informe técnico n.º 4. Londres: IIED, 1985.
• Barnes, Douglas F. 1994. ¿Qué hace que la gente cocine con estufas de biomasa mejoradas?

Una revisión comparativa internacional de los programas de estufas. Washington DC: Banco Mundial.

• Foley, Gerald. 1986 Fabricación de carbón en países en desarrollo.

Londres: Earthscan, Instituto Internacional para el Medio Ambiente y el Desarrollo.

• Kristoferson, LA y V. Bokalders. Tecnologías de energía renovable. Oxford: Pergamon, 1986.
• Stewart, Bill. Estufas mejoradas que queman leña, desechos y carbón. Londres: IT Publications, 1987.

Londres: Publicaciones de tecnología intermedia.

Revistas

• Antal, Michael J., Eric Croiset, Xiangfeng Dai. Carbón vegetal de alto rendimiento.

Combustibles Energéticos 10(3). 652-658 Avances en el aspecto de producción de carbón de biomasa de alta eficiencia, incluyendo disminuciones en los tiempos de reacción y una producción más rápida.

• Bhattacharya, SC, DO Albina, Aung Myint Khaing.
• Efectos de parámetros seleccionados en el rendimiento y las emisiones de las cocinas alimentadas con biomasa. Biomass and Bioenergy 23(5). 387-395 Se comparan el contenido de humedad, el tamaño del combustible, el tamaño del recipiente y el método de encendido con el uso de tres tipos diferentes de cocinas para determinar la eficiencia.
• Martin, Jorelyn, Razel Mae Pineda, Johnyver Manaay, Sugar Ray Handa y Arnulfo Ocreto. "Diseño y desarrollo de una briquetadora de carbón vegetal". USM R&D 16 no. 2 (2008): 85-90.

Fuentes web

• http://www.bioenergylists.org/
• Estufa cohete CCAT
• http://www.biomasscenter.org/

Datos de la página

Parte de	Engr305 Tecnología apropiada
Palabras clave	estufa cohete , biomasa , carbón , cocinas , biocombustible
ODS	ODS07 Energía asequible y no contaminante
Autores	Hoon Peerless , Mitch Girard y Lonny Grafman
Licencia	Licencia CC BY-SA 3.0
Organizaciones	Universidad Politécnica Humboldt de California
Idioma	Inglés (es)
Traducciones	Polaco , holandés , turco , tailandés , alemán , indonesio
Relacionado	6 subpáginas , 17 páginas enlazadas aquí
Impacto	2.980 páginas vistas ( más )
Creado	8 de febrero de 2010 por Mitch Girard
Última modificación	18 de junio de 2024 por Felipe Schenone
Citar como	Hoon Peerless , Mitch Girard y Lonny Grafman (2010–2024). «Carbón de biomasa para estufas cohete» . Appropedia . Consultado el 16 de enero de 2025 .
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