Comparación experimental del desempeño de procesos de secado de biomasa lignocelulósica
El presente trabajo tuvo como objetivo diseñar, construir y evaluar experimentalmente un secador piloto tipo cabina para el pretratamiento de hoja de maíz, empleando dos fuentes energéticas: resistencia eléctrica y quemador de gas natural. Se investigaron cuatro variables de proceso temperatura de e...
- Autores:
-
Jurado Jurado, David Felipe
Cárdenas Canchón, José David
- Tipo de recurso:
- Trabajo de grado de pregrado
- Fecha de publicación:
- 2025
- Institución:
- Universidad Autónoma de Bucaramanga - UNAB
- Repositorio:
- Repositorio UNAB
- Idioma:
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- OAI Identifier:
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- Acceso en línea:
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- Palabra clave:
- Biomass
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El presente trabajo tuvo como objetivo diseñar, construir y evaluar experimentalmente un secador piloto tipo cabina para el pretratamiento de hoja de maíz, empleando dos fuentes energéticas: resistencia eléctrica y quemador de gas natural. Se investigaron cuatro variables de proceso temperatura de entrada (70 [°] y 90 [°]), tamaño de partícula (0,22−0,48 [2] y 0,8− 1,3 [2]), carga por bandeja (10 [] y 20 []) y fuente energética en 16 configuraciones repetidas tres veces, 48 ensayos. En cada ensayo se midió el consumo energético, tiempo de secado (fijo en 1 hora), temperaturas internas, pérdidas de masa y humedad relativa a la salida del secador. A partir de estas mediciones se calcularon indicadores clave, destacándose: • Eficiencia térmica máxima del 8 % (resistencia eléctrica a 70[°C], partícula grande, 20 [g]). • Relación de utilización de energía (EUR) máxima del 98,4 % (gas natural a 90 [°C], partícula grande, 20 [g]). • Consumo específico mínimo de energía (SEC) de 8,5 [ ℎ ₂ partícula grande, 20 [g]). • Tasa de evaporación máxima de 66,5 [2 ℎ ] (resistencia eléctrica a 70[°C],] (resistencia eléctrica a 90 [°C], partícula grande, 20 [g]). • Porcentaje mínimo de agua no retirada del 2,5 % (gas natural a 90 [°C], 10 [g], partícula pequeña). • Uniformidad del secado máxima del 98,8 % (gas natural a 90 [°C], 10 [g], partícula grande). • Incremento máximo del poder calorífico inferior de 15,3 [ ] (gas natural a 90 [°C], 10 [g], partícula pequeña). • Valorización energética máxima con una relación de 5 [ [°C], 10 [g], partícula pequeña). ] (resistencia eléctrica a 70 • Retorno energético sobre la inversión (EROI) máximo de 24,2 % (resistencia eléctrica a 70 [°C], 20 [g], partícula pequeña). • Emisiones mínimas de CO₂ de 1,5 [2 ₂ grande). ] (resistencia eléctrica a 70 [°C], 20 [g], partícula 7 • Costo mínimo operacional de 2,92 [ ₂ ] (gas natural a 90 [°C], 20 [g], partícula grande). Se concluye que la elección óptima de condiciones depende del indicador prioritario. El gas natural destaca por menores costos operacionales y alta eficiencia energética (EUR), mientras que la resistencia eléctrica muestra ventajas en estabilidad térmica, emisiones de CO₂ y retorno energético (EROI). |
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Drying process on biomass: Evaluation of the drying performance and energy analysis of different dryers. Case Studies in Thermal Engineering, 33. https://doi.org/10.1016/j.csite.2022.101953 Energy Agency, I. (2023). Net Zero Roadmap: A Global Pathway to Keep the 1.5 °C Goal in Reach - 2023 Update. www.iea.org/t&c/ Galván Araujo, S. P., & Ballesteros Hoyos, A. F. (2019a). Evaluación del efecto de la temperatura y velocidad del aire en el proceso de secado. Ismail, M. S., Yahya, M. D., Auta, M., & Obayomi, K. S. (2022). Facile preparation of amine functionalized corn husk derived activated carbon for effective removal of selected heavy metals from battery recycling wastewater. Heliyon, 8(5). https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2022.e09516 Janajreh, I., Adeyemi, I., Raza, S. S., & Ghenai, C. (2021). A review of recent developments and future prospects in gasification systems and their modeling. 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Se investigaron cuatro variables de proceso temperatura de entrada (70 [°] y 90 [°]), tamaño de partícula (0,22−0,48 [2] y 0,8− 1,3 [2]), carga por bandeja (10 [] y 20 []) y fuente energética en 16 configuraciones repetidas tres veces, 48 ensayos. En cada ensayo se midió el consumo energético, tiempo de secado (fijo en 1 hora), temperaturas internas, pérdidas de masa y humedad relativa a la salida del secador. A partir de estas mediciones se calcularon indicadores clave, destacándose: • Eficiencia térmica máxima del 8 % (resistencia eléctrica a 70[°C], partícula grande, 20 [g]). • Relación de utilización de energía (EUR) máxima del 98,4 % (gas natural a 90 [°C], partícula grande, 20 [g]). • Consumo específico mínimo de energía (SEC) de 8,5 [ ℎ ₂ partícula grande, 20 [g]). • Tasa de evaporación máxima de 66,5 [2 ℎ ] (resistencia eléctrica a 70[°C],] (resistencia eléctrica a 90 [°C], partícula grande, 20 [g]). • Porcentaje mínimo de agua no retirada del 2,5 % (gas natural a 90 [°C], 10 [g], partícula pequeña). • Uniformidad del secado máxima del 98,8 % (gas natural a 90 [°C], 10 [g], partícula grande). • Incremento máximo del poder calorífico inferior de 15,3 [ ] (gas natural a 90 [°C], 10 [g], partícula pequeña). • Valorización energética máxima con una relación de 5 [ [°C], 10 [g], partícula pequeña). ] (resistencia eléctrica a 70 • Retorno energético sobre la inversión (EROI) máximo de 24,2 % (resistencia eléctrica a 70 [°C], 20 [g], partícula pequeña). • Emisiones mínimas de CO₂ de 1,5 [2 ₂ grande). ] (resistencia eléctrica a 70 [°C], 20 [g], partícula 7 • Costo mínimo operacional de 2,92 [ ₂ ] (gas natural a 90 [°C], 20 [g], partícula grande). Se concluye que la elección óptima de condiciones depende del indicador prioritario. El gas natural destaca por menores costos operacionales y alta eficiencia energética (EUR), mientras que la resistencia eléctrica muestra ventajas en estabilidad térmica, emisiones de CO₂ y retorno energético (EROI).RESUMEN ABSTRACT INTRODUCCIÓN 1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 2. MARCO REFERENCIAL 2.1. Marco Teórico 2.2. Marco Conceptual 2.3. Marco Contextual 3. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA 4. OBJETIVOS 4.1. Objetivo General 4.2. Objetivos Específicos 5. METODOLOGÍA 5.1. Diseño de la Investigación 5.2. Población y Muestra 5.3. Técnicas e Instrumentos de Recolección de Datos 5.4. Análisis de Datos 5.5. Limitaciones del Estudio 6. DESARROLLO 6.1. Construcción del Secador 6.2. Parámetros Experimentales 6.3. Procedimiento 7. RESULTADOS Y DISCUSIÓN 7.1. Análisis de Varianza Entre Tipos Experimentos 7.2. Balance de Energía 7.3. Análisis de Indicadores entre Pruebas 7.4. Discusión de Resultados 8. CONCLUSIONES REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ANEXOSPregradoThe objective of this study was to design, build, and experimentally evaluate a pilot cabin-type dryer for the pretreatment of corn leaves, using two energy sources: electrical resistance and natural gas burner. Four process variables were investigated: inlet temperature (70 [°C] and 90 [°C]), particle size (0.22−0.48 [cm²] and 0.8− 1.3 [cm²]), tray load (10 [g] and 20 [g]), and energy source in 16 configurations repeated three times, for a total of 48 trials. In each test, energy consumption, drying time (fixed at 1 hour), internal temperatures, mass losses, and relative humidity at the dryer outlet were measured. Based on these measurements, key indicators were calculated, notably: • Maximum thermal efficiency of 8% (electrical resistance at 70[°C], large particle, 20 [g]). • Maximum energy utilization ratio (EUR) of 98.4% (natural gas at 90 [°C], large particle, 20 [g]). • Minimum specific energy consumption (SEC) of 8.5 [ ℎ ₂ large particle, 20 [g]). • Maximum evaporation rate of 66.5 [2 ℎ ] (electrical resistance at 70[°C], ] (electrical resistance at 90 [°C], large particle , 20 [g]). • Minimum percentage of water not removed of 2.5% (natural gas at 90 [°C], 10 [g], small particle). • Maximum drying uniformity of 98.8% (natural gas at 90 [°C], 10 [g], large particle). • Maximum increase in lower heating value of 15.3 [kJ ] (natural gas at 90 [°C], 10 [g], small particle). • Maximum energy recovery with a ratio of 5 [ [°C], 10 [g], small particle). ] (electrical resistance at 70 • Maximum energy return on investment (EROI) of 24.2% (electrical resistance at 70 [°C], 20 [g], small particle). • Minimum CO₂ emissions of 1.5 [2 ₂ large). ] (electrical resistance at 70 [°C], 20 [g], particle 7 • Minimum operating cost of 2.92 [ ₂ ] (natural gas at 90 [°C], 20 [g], large particle). It is concluded that the optimal choice of conditions depends on the priority indicator. Natural gas stands out for its lower operating costs and high energy efficiency (EUR), while electrical resistance shows advantages in thermal stability, CO₂ emissions, and energy return (EROI).Modalidad Presencialapplication/pdfspahttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/2.5/co/Abierto (Texto Completo)Atribución-NoComercial-SinDerivadas 2.5 Colombiahttp://purl.org/coar/access_right/c_abf2Comparación experimental del desempeño de procesos de secado de biomasa lignocelulósicaExperimental comparison of the performance of lignocellulosic biomass drying processesIngeniero en EnergíaUniversidad Autónoma de Bucaramanga UNABPregrado Ingeniería en EnergíaIES-3034info:eu-repo/semantics/bachelorThesisTrabajo de Gradohttp://purl.org/coar/resource_type/c_7a1finfo:eu-repo/semantics/acceptedVersionhttp://purl.org/redcol/resource_type/TPBiomassDryerEnergyIndicatorsEnergy resourcesEnergy engineeringEnergy consumptionNatural gasConservation of energyEnergíaRecursos energéticosIngeniería de la energíaConsumo de energíaGas naturalConservación de la energíaBiomasaSecadorIndicadoresASTM. 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