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ISSN: 2789-4282
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Artículo Original
Volumen 4, Número 2, mayo - agosto 2024
Determinación del poder calorífico de la especie forestal
Cupressus sp. (Ciprés)
Determination of the calorific value of the forest species Cupressus sp. (Ciprés)
Elyane Estefany Belito Huamani
Universidad Nacional Autónoma de Tayacaja Daniel Hernández Morillo, Perú
Susan Karina Montes Bujaico
Universidad Nacional Autónoma de Tayacaja Daniel Hernández Morillo, Perú
Nick Maykol Rodas Riveros
Universidad Nacional Autónoma de Tayacaja Daniel Hernández Morillo, Perú
Melissa Campos Flores
Universidad Nacional Autónoma de Tayacaja Daniel Hernández Morillo, Perú
Rolando Morales Méndez
Universidad Nacional Autónoma de Tayacaja Daniel Hernández Morillo, Perú
Walter Curo Soto
Universidad Nacional Autónoma de Tayacaja Daniel Hernández Morillo, Perú
Ariela Madeleyne Hilario Morán
Universidad Nacional Autónoma de Tayacaja Daniel Hernández Morillo, Perú https://doi.org/10.54556/gnosiswisdom.v4i2.77
Fecha de aceptación: 28/08/2024
Fecha de envío: 24/06/2024
RESUMEN
El poder calorífico se mide en términos de poder calorífico superior (PCS) y poder calorífico inferior (PCI).
El PCS incluye la energía liberada durante la combustión completa del material, considerando el vapor de agua
generado. La metodología empleada incluye el uso de un calorímetro de bomba para medir el PCS de muestras
de madera de ciprés. Este proceso requiere la recolección, secado y preparación precisa de las muestras para
obtener resultados confiables. La investigación se realizó en el distrito de Ahuaycha, utilizando muestras de
aserrín de Cupressus sp. obtenidas del distrito de Acraquia. Se emplearon técnicas y equipos especializados,
como el calorímetro de bomba, para medir el poder calorífico. Las propiedades físicas, organolépticas,
químicas y mecánicas de la madera de ciprés fueron analizadas para comprender su impacto en el poder
calorífico. Los resultados muestran que el poder calorífico promedio de Cupressus sp. es de 438.405 kcal/100g.
Este valor es comparable al de la madera de pino (350-400 kcal/100g) y ligeramente inferior al del eucalipto
(400-450 kcal/100g), pero no alcanza los valores superiores de especies como el roble (450-500 kcal/100g).
La densidad, composición química y estructura de la madera influyen en su capacidad energética. Al final se
concluye que Cupressus sp. ofrece un potencial energético valioso, situándose como una alternativa viable a
otras especies en la generación de energía. La comprensión de sus propiedades y poder calorífico contribuye
a la evaluación de su uso en biocombustibles y la transición hacia fuentes de energía más sostenibles.
Palabras clave: Poder calorífico, Cupressus sp., Calorímetro de bomba, Propiedades físicas,
Biocombustibles.
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ABSTRACT
Objective: To characterize the clinical epidemiological profile of nutritional deficiency in groups of greater
susceptibility in a quintile V region of poverty in Peru. Methods: The study is of a retrospective cross-sectional
observational type; data were collected on the characteristics of the clinical and epidemiological profile of
nutritional deficiencies in the most vulnerable groups. Results: There is a significant decrease in moderate
anemia in pregnant women; from 24.8% in 2015 to 13.0% in 2019, of mild anemia; from 20.9% to 15.6%
(pvalue = .000), in children; moderate anemia from 19.4% to 11.3%, but in mild anemia from 21.3% to 20.2%
(pvalue = .000); there is a significant increase in overweight in pregnant women; from 26.3% to 30.7%, but a
decrease in the nutritional deficit assessment, from 10.6% to 8.4% (pvalue = .000); stability of acute
malnutrition in children under 5 years of age; from 1.2% (2015) to 1.1% (2019), likewise a stationary aspect
of the eutrophic nutritional level from 93.3% to 93.5%; but there is a slight increase in overweight; from 3.75
to 4.4% for 2019; slight reduction in chronic malnutrition in children under 5 years of age; from 31.6% (2015)
to 29.5% (2019), likewise a stationary aspect of the eutrophic nutritional level from 68.0% to 70.4%; slight
reduction in global malnutrition in children under 5 years of age; from 7.1% (2015) to 5.1% (2019), likewise
a stationary aspect of the eutrophic nutritional level from 92.8% to 94.9% for 2019. Conclusion: The nutritional
deficiency of anemia still persists and malnutrition in pregnant women and children considered a public health
problem.
Keywords: Calorific value, Cupressus sp., Bomb calorimeter, Physical properties, Biofuels.
INTRODUCCIÓN
La determinación del poder calorífico de las especies
forestales es un aspecto fundamental en la evaluación
de su potencial energético y su aplicación en diversos
sectores, como la producción de biocombustibles y la
generación de energía térmica (Sánchez, 2019, pg. 7-
10).
El género Cupressus, comúnmente conocido como
ciprés, es una especie forestal ampliamente
distribuida y utilizada con múltiples fines, que
incluyen la producción de madera y la forestación
urbana (Mayen, 2011. pg. 21). En este contexto, el
estudio del poder calorífico de Cupressus sp. cobra
especial relevancia, ya que contribuye a una
comprensión más profunda de sus propiedades
energéticas y su posible papel en la sustitución de
combustibles fósiles por fuentes de energía
renovables y sostenibles.
Calix (2023), indica que el poder calorífico de una
especie forestal se define como la cantidad de energía
liberada en forma de calor al quemar completamente
una unidad de masa de la especie en condiciones
específicas. Se distinguen dos tipos de poder
calorífico: el poder calorífico superior (PCS) y el
poder calorífico inferior (PCI).
El PCS considera la energía liberada durante la
combustión completa del material, incluyendo el
vapor de agua generado en el proceso, mientras que
el PCI no tiene en cuenta este vapor. Cabe señalar
que, en la práctica, el PCS es el más utilizado para
evaluar el potencial energético de las especies
forestales. La determinación del poder calorífico de
Cupressus sp. implica la recolección de muestras
representativas de la especie, su secado y la
preparación adecuada para la prueba de combustión.
Esta prueba se realiza en un calorímetro, un
dispositivo diseñado para medir la energía liberada
durante la combustión de la muestra. A partir de los
resultados obtenidos en esta prueba, se calcula el
poder calorífico de la especie en cuestión (Pereira y
Higa, 2013, pg. 20).
Es importante considerar que el poder calorífico de
Cupressus sp. puede variar en función de diversos
factores, como la edad de los árboles, las condiciones
de crecimiento, la humedad de la madera y el método
de secado empleado (Calix, 2023, pg. 4). Por lo tanto,
es fundamental estandarizar los procedimientos de
muestreo, preparación y prueba de combustión para
garantizar la comparabilidad y validez de los
resultados.
En tal sentido es importante mencionar que el
conocimiento del poder calorífico de Cupressus sp. y
de otras especies forestales permite a los
profesionales de los sectores forestal, energético y
medioambiental tomar decisiones informadas sobre
el uso más adecuado de estos recursos y su
contribución a la transición hacia energías más
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sostenibles y respetuosas con el medio ambiente
(Sánchez, 2019, pg. 6). Dicho ello, el presente estudio
se enmarca en la determinación del poder calorífico
de la especie forestal Cupressus sp., de tal manera que
se pueda incentivar la investigación y el desarrollo de
nuevas tecnologías y aplicaciones para la utilización
de la biomasa forestal como fuente de energía
renovable.
MATERIALES Y MÉTODOS
Lugar de ejecución
El estudio del análisis se realizó en el distrito de
Ahuaycha, en laboratorio de química de estudios
generales de la Universidad Nacional Autónoma de
Tayacaja Daniel Hernández Morillo.
Figura 1
Lugar de estudio
Nota. Elaboración propia, 2024. Obtenida de Google Earth.
La especie Cupressus sp., el cual fue objeto de
estudio, se distribuye en el distrito de Acraquia,
provincia de Tayacaja. Lugar donde se obtuvo el
aserrín, para su posterior análisis para determinar su
poder calorífico.
Figura 2
Especie forestal Cupressus sp
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Materiales
Para la obtención del aserrín se emplearon: sierra
circular, mantada, y envase para recolectar el aserrín.
Para su evaluación se emplearon: crisol, balanza
analítica, bosa hermética, desecador y estufa.
Métodos
La metodología de la investigación se basó en un
enfoque cuantitativo, esto porque permite obtener
resultados precisos y exactos, lo que es fundamental
para determinar el poder calorífico del aserrín de
ciprés. El diseño de la investigación es descriptivo.
METODOLOGÍA
Técnicas e instrumentos de obtención de datos
- Calorimetría de Bomba
La técnica principal para la determinación del
poder calorífico es la calorimetría de combustión,
que se realiza utilizando un calorímetro de
bomba. Este método se basa en la combustión
completa de una muestra de la biomasa en un
ambiente controlado, midiendo el calor liberado
durante el proceso (Calix, 2023, pg. 33-35).
El calorímetro de bomba es un instrumento que
permite medir el calor de combustión de una
sustancia con gran precisión. El procedimiento
implica la colocación de una muestra del material
(en este caso, madera de ciprés) dentro de una
bomba calorimétrica que se llena con oxígeno a
alta presión. La muestra se quema en un ambiente
adiabático, lo que significa que no hay
transferencia de calor hacia o desde el entorno.
Durante la combustión, se libera una cantidad de
calor que es absorbida por el agua que rodea la
bomba. La variación de la temperatura del agua
se mide con termómetros de alta precisión. Esta
variación de temperatura, junto con el
calorímetro de constante específica (capacidad
calorífica del calorímetro), permite calcular el
poder calorífico superior (PCS) de la muestra
(Calix, 2023, pg. 35).
La fórmula utilizada para calcular el PCS es:
𝑃𝐶𝑆 = (𝐶 + 𝑚𝑤𝑐𝑤+ 𝑚𝑡𝑐𝑡)∆𝑇
𝑚𝑠
Dónde:
C: Capacidad calorífica del calorímetro.
mw: Masa del agua en el sistema
cw: Capacidad calorífica específica del agua
mt: Masa del termómetro y otros componentes
adicionales.
Ct: Capacidad calorífica específica de estos
componentes.
ΔT: Cambio de temperatura observado durante la
combustión.
ms: Masa de la muestra.
- Instrumentos de recolección de datos
Calorímetro de Bomba: Es el instrumento
principal para medir el calor liberado durante la
combustión de la muestra. Debe estar equipado
con un sistema para mantener un ambiente
adiabático y un termómetro de alta precisión
(Calix, 2023, pg. 40).
Termómetro de Alta Precisión: Utilizado para
medir los cambios en la temperatura del agua que
rodea la bomba calorimétrica. Es esencial que el
termómetro tenga una alta resolución para
detectar pequeñas variaciones de temperatura
(Miller y Jones, 2019, pg. 72-74).
Sistema de Oxigenación: Para asegurar la
combustión completa de la muestra, el
calorímetro debe ser capaz de introducir oxígeno
a alta presión en la bomba. Esto garantiza que la
combustión se realice en condiciones ideales,
maximizando la liberación de energía (Miller y
Jones, 2019, pg. 68-72).
Balanza de Precisión: Para medir con exactitud la
masa de la muestra de ciprés, la balanza debe
tener una precisión adecuada para evitar errores
significativos en el cálculo del poder calorífico
(Miller y Jones, 2019, pg. 68).
Cápsula de Combustión: Donde se coloca la
muestra para su combustión. Debe ser de un
material resistente al calor y químicamente inerte
para no interferir con la reacción (Miller y Jones,
2019, pg. 71).
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- Consideraciones adicionales
Es importante considerar que el poder calorífico
puede ser afectado por la humedad de la muestra.
Por lo tanto, las muestras deben ser secadas hasta
alcanzar una humedad constante antes de su
análisis. El poder calorífico obtenido puede ser
corregido para obtener el poder calorífico inferior
(PCI), que es el poder calorífico del material sin
considerar la energía utilizada para vaporizar el
agua presente en la muestra y en los productos de
combustión.
Estas técnicas y instrumentos permiten obtener
datos precisos sobre el poder calorífico de la
biomasa forestal, proporcionando información
valiosa para la evaluación de su potencial
energético. La precisión en el uso de estos
métodos y la correcta calibración de los
instrumentos son fundamentales para asegurar la
fiabilidad de los resultados obtenidos.
POBLACIÓN Y MUESTRA
La población, que es el objeto de estudio, fue la
especie forestal Cupressus sp. del distrito de
Acraquia.
Se seleccionó el aserrín como muestra representativa
de la población, ya que es una parte del árbol que se
considera homogénea y representativa de la especie.
Siento la selección de un total de 4.00 gramos de
aserrín de Cupressus sp., el aserrín seleccionado se
envió al laboratorio para su análisis y determinación
del poder calorífico.
DESCRIPCIÓN DE LA ESPECIE
El Cupressus sp. (Ciprés) es un género de coníferas
de la familia Cupressaceae. Estas especies son árboles
de hoja perenne, conocidos por su madera resistente
y duradera. Los cipreses se encuentran en diversas
regiones del mundo, incluyendo el Mediterráneo,
Asia y América del Norte. Son populares tanto en la
silvicultura comercial como en la jardinería
ornamental (Smith, 2020, pg. 567-578).
Tabla 1
Taxonomía de la especie Cupressus sp
Categoría Taxonómica
Descripción
Reino
Plantae (Plantas)
División
Pinophyta (Coníferas)
Clase
Pinopsida
Orden
Pinales
Familia
Cupressaceae
Género
Cupressus
Especie
Cupressus sp.
Fuente: (Pomacahua, 2016, pg. 10).
A partir de la tabla 1 se puede afirmar que el género
Cupressus, conocido como ciprés, pertenece al reino
Plantae y se clasifica dentro de la división Pinophyta
(coníferas), un grupo de plantas que incluye árboles y
arbustos con hojas en forma de aguja o escama (Earle,
2018, pg. 13). Dentro de este grupo, Cupressus es
parte de la clase Pinopsida y el orden Pinales,
destacándose por su longevidad y adaptación a
diversos climas (Farjon, 2019; Christenhusz et al.,
2011, pg. 55-70).
La familia Cupressaceae es notable por su diversidad
y adaptación ambiental, con el género Cupressus
siendo valorado en la silvicultura y la industria
maderera por las propiedades duraderas de su madera
(Adams, 2014). El uso del epíteto "sp." indica que se
está refiriendo a una especie indeterminada dentro del
género, lo que es útil cuando la identificación precisa
no es posible o se desea abarcar características
comunes del género (Earle, 2018, pg. 13).
Esta clasificación taxonómica es crucial para
comprender la diversidad y la evolución de
Cupressus, así como para su conservación y manejo
sostenible, dado su valor ecológico y económico
(Richardson & Rundel, 2000, pg. 150-162).
Descripción Microscópica:
Microscópicamente, la madera de Cupressus sp.
presenta células traqueidas, típicas de las coníferas,
que son largas y delgadas, contribuyendo a la
estructura y conducción de agua en el árbol. Además,
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contienen rayos medulares, que son células
horizontales que facilitan el transporte de nutrientes.
La madera de ciprés también muestra la presencia de
canales resiníferos, que segregan resina, un
compuesto que ayuda en la defensa del árbol contra
patógenos y daños físicos (Jones & Brown, 2018, pg.
45-59).
Descripción Física:
La madera de Cupressus sp. se caracteriza por su
coloración que varía del amarillo claro al marrón
rojizo, con anillos de crecimiento visibles que indican
la edad del árbol. Es una madera relativamente densa
y pesada, con una textura fina y uniforme. Su grano
es generalmente recto, aunque puede ser irregular en
algunas especies. La densidad de la madera puede
variar según la especie y el entorno de crecimiento, lo
que influye en su poder calorífico (Williams, 2019,
pg. 300-310).
Descripción Organoléptica:
La madera de ciprés es conocida por su aroma
distintivo, que es a menudo descrito como terroso y
fresco. Esta fragancia se debe a la presencia de
compuestos volátiles como terpenos en la resina. El
color de la madera puede cambiar con el tiempo,
oscureciéndose ligeramente al exponerse al aire y la
luz (Garcia & Lopez, 2017, pg. 210-220).
Composición Química:
1. Celulosa: La celulosa es el principal componente
de la madera, representando aproximadamente el
40-50% del peso seco de Cupressus sp. Es un
polímero de glucosa que proporciona resistencia
estructural a la madera (Miller, 2021, pg. 323-
334).
2. Lignina: La lignina constituye alrededor del 25-
30% del peso seco de la madera de ciprés. Este
compuesto es crucial para la rigidez y la
resistencia a la descomposición de la madera, ya
que actúa como un adhesivo natural que une las
células vegetales (Anderson y Clark, 2016, pg.
123-135).
3. Extraíbles: Los extraíbles en Cupressus sp.
incluyen compuestos como resinas, aceites
esenciales, taninos y otros componentes solubles
en solventes orgánicos. Estos compuestos pueden
influir en la durabilidad y resistencia al agua de la
madera (Turner, 2018, pg. 145-157).
4. Cenizas: El contenido de cenizas, que representa
la cantidad de minerales inorgánicos en la
madera, es generalmente bajo en Cupressus sp.,
situándose alrededor del 0.5-1%. Las cenizas
pueden incluir minerales como calcio, potasio y
magnesio, que pueden influir en el poder
calorífico de la madera (White, 2020, pg. 564-
573).
Figura 3
Descripción microscópica de la madera de Cupressus sp
Fuente: (Carlos Olivares, 2020, pg. 10).
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El análisis microscópico de la madera de Cupressus
sp. proporciona información relevante para entender sus propiedades energéticas, cruciales para el estudio
del poder calorífico en ese sentido.
RESULTADOS
Tabla 2
Propiedades Físicas de Cupressus sp
Densidad
Color
Textura
Grano
En la tabla 2, la densidad de Cupressus sp. (0.48-0.62
g/cm³) es un factor clave en su poder calorífico.
Maderas con mayor densidad suelen tener mayor
contenido energético debido a su mayor masa por
unidad de volumen. La textura fina y el color de la
madera pueden influir en el proceso de combustión,
afectando la liberación de energía. Sin embargo, estos
factores tienen un impacto menor comparado con la
densidad en términos de poder calorífico.
Tabla 3
Propiedades Organolépticas de Cupressus sp
Propiedad
Aroma
Color
La tabla 3 indica las propiedades organolépticas de la
madera, el aroma terroso y fresco de Cupressus sp. se
debe a la presencia de compuestos volátiles en la
resina. Aunque esta propiedad no afecta directamente
al poder calorífico, puede influir en la percepción de
la madera como material de combustión,
especialmente en aplicaciones donde el olor es un
factor importante, como en la producción de
biocombustibles para interiores.
Tabla 4
Propiedades Químicas de Cupressus sp
Propiedad
Celulosa
Lignina
Extraíbles
Cenizas
En la tabla 4 se indican las propiedades químicas de
la madera trabajada. Las propiedades químicas son
cruciales para el poder calorífico. La celulosa (40-
50%) y la lignina (25-30%) son responsables de la
mayor parte del contenido energético de la madera.
Los extraíbles, como resinas y aceites, pueden afectar
la combustión al influir en el contenido de energía y
la formación de residuos. El bajo contenido de
cenizas (0.5-1.0%) indica que la madera produce
menos residuos de mineral durante la combustión, lo
que es favorable para un alto poder calorífico.
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Tabla 5
Propiedades Mecánicas de Cupressus sp
Propiedad
Descripción
Resistencia a la Compresión
45-60 MPa
Resistencia a la Flexión
80-100 MPa
Módulo de Elasticidad
7-10 GPa
En la tabla 5 se mencionan las propiedades mecánicas
de Cupressus sp. Las propiedades mecánicas, como
la resistencia a la compresión y flexión, y el módulo
de elasticidad, reflejan la estructura interna de la
madera. Aunque estas propiedades no influyen
directamente en el poder calorífico, maderas con alta
resistencia mecánica pueden ser más densas y
contener más energía por unidad de volumen, lo que
puede contribuir indirectamente al poder calorífico.
Tabla 6
Variabilidad del peso de la muestra durante el secado de Cupressus sp
Día
PC+PN
Peso crisol (PC)
Peso neto (PN)
D1
47.79 g
42.49 g
5.30 g
D2
47.74 g
42.49 g
5.25 g
D3
47.74 g
42.49 g
5.25 g
D4
47.76 g
42.49 g
5.27 g
Apartir de la tabla 6, Los datos de peso neto de las
muestras de Cupressus sp. son fundamentales en la
determinación del poder calorífico de esta especie
forestal. El poder calorífico, una medida de la
cantidad de energía liberada durante la combustión
completa de un material, depende de mediciones
precisas del peso de las muestras antes y después del
proceso de combustión (Smith, 2017). En este
estudio, el peso neto varió ligeramente entre 5.25 g y
5.30 g, lo que refleja una consistencia en la
preparación y manipulación de las muestras, crucial
para garantizar resultados representativos y precisos
(Jones & Brown, 2019, pg. 45-59).
Las variaciones mínimas en el peso neto observadas
pueden influir en el cálculo del poder calorífico, ya
que una diferencia en la cantidad de material
disponible para la combustión afecta la cantidad de
energía liberada (González & Pérez, 2020, pg. 112-
119). Por lo tanto, es esencial mantener una
metodología rigurosa y reproducible en la medición
del peso para obtener resultados confiables y
comparables.
Estos resultados, junto con análisis adicionales de
composición química y propiedades físicas,
contribuirán a una comprensión más completa del
potencial energético de Cupressus sp., evaluando su
viabilidad como fuente de biomasa para la generación
de energía (Fernández, 2018, pg. 31-33).
Tabla 7
Valor calorífico de Cupressus sp
Muesta
Valor calorífico (Kcal/100g)
M1
436.51
M2
440.30
Promedio
438.405
En la tabla 7, el análisis del poder calorífico de
Cupressus sp., con un promedio de 438.405
kcal/100g, proporciona información valiosa para su
evaluación como fuente de energía. Este valor se sitúa
en un rango intermedio cuando se compara con otras
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especies forestales, lo que resalta tanto sus ventajas
como limitaciones en aplicaciones energéticas.
DISCUSIÓN
Cupressus sp. muestra un poder calorífico
comparable al de la madera de pino, que oscila entre
350-400 kcal/100g (González et al., 2018, pg. 21-25).
Este resultado indica que Cupressus sp. puede ser una
alternativa viable a la madera de pino en términos de
producción de energía. Sin embargo, es importante
destacar que el poder calorífico de Cupressus sp. no
alcanza los valores superiores reportados para
especies como el roble, que tiene un poder calorífico
de 450-500 kcal/100g (Miller & Jones, 2019, pg. 75-
82). La mayor cantidad de celulosa y lignina en el
roble contribuye a su mayor valor calorífico,
haciendo que sea una opción más eficiente para
aplicaciones energéticas que requieren una alta
densidad energética.
Por otro lado, Cupressus sp. se encuentra en una
posición similar al Eucalipto (Eucalyptus globulus),
cuyo poder calorífico varía entre 400-450 kcal/100g
(Mora et al., 2017, pg. 112-119). Aunque Cupressus
sp. tiene un valor calorífico ligeramente inferior al del
Eucalipto, ambos comparten la ventaja de ser fuentes
de energía relativamente eficientes. La elección entre
estas especies podría depender de otros factores,
como la disponibilidad local y los costos asociados a
la recolección y procesamiento.
CONCLUSIONES
El estudio determinó que el poder calorífico promedio
de Cupressus sp. es de 438.405 kcal/100g. Este valor
es comparable al de la madera de pino (350-400
kcal/100g) y ligeramente inferior al de especies como
el roble (450-500 kcal/100g) y el eucalipto (400-450
kcal/100g). Aunque Cupressus sp. no alcanza los
valores superiores de algunas especies como el roble
que supera los 450kcal/100g, su poder calorífico es
adecuado para aplicaciones energéticas y puede servir
como alternativa viable a otras maderas.
La densidad de la madera, la composición química
(celulosa y lignina) y el bajo contenido de cenizas
influyen positivamente en su poder calorífico. Las
propiedades mecánicas también sugieren que
Cupressus sp. es una madera densa, lo cual
contribuye a su contenido energético. La consistencia
en el peso neto durante el secado asegura la fiabilidad
de los resultados obtenidos.
El Cupressus sp. presenta un potencial interesante
como fuente de energía renovable, especialmente en
regiones donde esta especie es abundante. Sin
embargo, para aplicaciones que requieren una alta
densidad energética, otras especies como el roble
podrían ser preferibles.
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el crecimiento y productividad de ciprés
común (Cupressus lusitánica Miller) en
plantaciones forestales y servicios prestados
en la región V. 2 del Instituto Nacional de
Bosques–INAB-, Guatemala CA (Doctoral
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