Diseño y simulación de un horno pirolítico de 200 litros para la generación de Biochar

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Title: Diseño y simulación de un horno pirolítico de 200 litros para la generación de Biochar
Authors: Sinchire Pogo, Holger Daniel
Topa Jaya, Danny Wladimir
Advisor: Calero Armas, María Cristina
Abstract: This work the main objective is the design and simulation of a 200-liter capacity pyrolytic furnace for the generation of biochar or charcoal from residual eucalyptus biomass. The biochar obtained will later be used as a fertilizer to improve the quality of nutrient-poor soils. To meet this objective, a bibliographic search was carried out on the current situation of the technologies of this type of furnaces, resulting in the design of a double cylinder metal pyrolytic furnace. On the other hand, the parameters used in the design of the furnace are shown, establishing the calculations of mass balance, thermal balance, heat losses and thermal efficiency thereof. Thermal simulations were also carried out using SolidWorks software, showing that the furnace is dependent on the ambient temperature and the amount of fuel used, which is designed for 30% litter and 70% firewood, thus complying with the temperature conditions for carry out the process of pyrolysis of eucalyptus biomass, by using it as fuel. To complete the work, a prototype of a 50-liter capacity pyrolytic furnace with a direct ratio of 1: 4 was built. The furnace prototype was tested in the city of Quito with an ambient temperature of 16 ° C, obtaining 32.18% clean, consistent and homogeneous biochar at a maximum processing temperature of 500 ℃ and at the same time establishing a practical efficiency of the 41.7% oven, thus demonstrating the validity of the design. Finally, a financial analysis was carried out determining the profitability and viability of the project, with an initial investment of USD 1,180.54 and a recovery in a period of 5 months.
Translated abstract: Este trabajo el objetivo principal es el diseño y simulación de un horno pirolítico de 200 litros de capacidad para la generación de biochar o carbón vegetal a partir de biomasa residual de eucalipto. El biochar obtenido será utilizado, posteriormente, como fertilizante para mejorar la calidad de suelos pobres en nutrientes. Para cumplir con este objetivo, se realizó una búsqueda bibliográfica sobre la situación actual de las tecnologías de este tipo de hornos, consiguiendo como resultado el diseño de un horno pirolítico metálico de doble cilindro. Por otra parte, se muestran los parámetros empleados en el diseño del horno, estableciendo los cálculos de balance de masa, balance térmico, pérdidas de calor y eficiencia térmica del mismo. También se realizó simulaciones térmicas mediante el software SolidWorks, demostrando que el horno es dependiente de la temperatura ambiente y cantidad de combustible utilizado, el cual está diseñado para un 30 % de hojarasca y 70 % de leña, cumpliendo así con las condiciones de temperatura para realizar el proceso de pirolisis de biomasa de eucalipto, mediante el uso de este como combustible. Para completar el trabajo, se construyó un prototipo de horno pirolítico de 50 litros de capacidad con una proporción directa de 1:4. El prototipo de horno fue probado en la ciudad de Quito con una temperatura ambiente de 16 °C, obteniendo un 32,18 % de biochar limpio, consistente y homogéneo a una temperatura máxima de procesamiento de 500 ℃ y a la vez estableciéndose una eficiencia práctica del horno de 41,7 %, demostrando de esta manera la validez del diseño. Finalmente se realizó un análisis financiero determinando la rentabilidad y viabilidad del proyecto, con una inversión inicial de 1180,54 USD y una recuperación en un periodo de 5 meses.
Keywords: INGENIERÍA MECÁNICA
DISEÑO EN INGENIERÍA
HORNOS - DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN
BIO-CARBÓN
Issue Date: Sep-2020
URI: https://dspace.ups.edu.ec/handle/123456789/19211
Language: spa
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