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ISSN: 2789-4282
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Artículo Original
Volumen 4, Número 2, mayo - agosto 2024
Poder calorífico de la especie Pinus radiata D. Don para mejora de la
fabricación de pellets en el Distrito de Acraquia – Tayacaja-
Huancavelica
Calorific value of Pinus radiata D. Don species to improve pellet production in the District of
Acraquia - Tayacaja - Huancavelica
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
Wilson Carlos Pariona Gonzales
Universidad Nacional Autónoma de Tayacaja Daniel Hernández Morillo, Perú
Efraín Méndez Felix
Universidad Nacional Autónoma de Tayacaja Daniel Hernández Morillo, Perú
Juan Luis Paitan Crispín
Universidad Nacional Autónoma de Tayacaja Daniel Hernández Morillo, Perú
Marco Antonio Ortiz Cuicapuza
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.v4i2.78
Fecha de aceptación: 28/08/2024
Fecha de envío: 24/06/2024
RESUMEN
Este estudio se centró en determinar el poder calorífico de la madera de Pinus radiata D. Don, una especie
forestal con potencial como biomasa energética que puede emplearse en la producción de pellets. La
investigación se realizó en el laboratorio de química de la carrera de Ingeniería Forestal y Ambiental, siguiendo
la metodología de la norma ASTM-D-2015-66, 1972 para determinar el valor de poder califico experimental,
donde se obtuvieron resultados principales como son el: contenido de humedad: 15.38%,Poder calorífico
superior experimental (muestra P-01: 4227.4 Kcal/kg y Muestra P-02: 4321.3 Kcal/kg) y el poder calorífico
inferior (muestra P-01: 3688.4 Kcal/kg y muestra P-02: 3782.4 Kcal/kg) en base a ello se llegó a la conclusión
de que la muestra la muestra P-02 mostró el mayor poder calorífico, ya que el contenido de humedad influye
en la eficiencia energética del material, estos indica que el Pinus radiata D. Don tiene un potencial significativo
como fuente de biomasa energética.
Palabras clave: Poder calorífico, Pinus radiata D. Don, Biomasa.
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ABSTRACT
This study focused on determining the calorific value of Pinus radiata D. Don wood, a forest species with
potential as energy biomass that can be used in the production of pellets. The research was carried out in the
chemistry laboratory of the Forestry and Environmental Engineering career, following the methodology of the
ASTM-D-2015-66, 1972 standard to determine the experimental calorific value, where the main results were
obtained such as: moisture content: 15.38%, Experimental higher calorific value (sample P-01: 4227.4 Kcal/kg
and Sample P-02: 4321. 3 Kcal/kg) and the lower calorific value (sample P-01: 3688.4 Kcal/kg and sample P-
02: 3782.4 Kcal/kg) based on this it was concluded that the sample P-02 showed the highest calorific value,
since the moisture content influences the energy efficiency of the material, these indicates that Pinus radiata
D. Don has a significant potential as a source of energy biomass.
Keywords: Calorific power, Pinus radiata D. Don, Biomass.
INTRODUCCIÓN
El interés por utilizar biomasa vegetal con fines
energéticos esté en constante crecimiento, a lo que
contribuye el hecho de que es una de las soluciones
clave propuestas por la Comisión Europea para
reducir la dependencia de los combustibles fósiles
importados y mejorar así la seguridad del suministro
energético en el largo plazo. El interés por la biomasa
y los biocombustibles producidos a partir de ella
también se debe a la promoción más amplia de las
fuentes de energía renovables, que va asociada a la
modernización de los edificios para mejorar su
eficiencia energética, que se basa en la optimización
de las fuentes de calor utilizadas en los mismos.
Durante este trabajo se están popularizando las
instalaciones híbridas que utilizan diversas fuentes de
energía renovables. Estos trabajos también pretenden
contribuir a reducir la intensidad de las emisiones de
los edificios (Dula et al., 2024) (p. 2)
Los biocombustibles sólidos, especialmente los de
origen maderero, frente a los combustibles fósiles,
además de bloquear el aumento de las emisiones de
gases de efecto invernadero, también ayudan a
reducir las emisiones de óxidos de azufre y nitrógeno.
Sin embargo, este aspecto depende en gran medida de
las condiciones de combustión, la regulación activa
del proceso de combustión, el sistema de combustión
y el tipo de combustible (composición química) y su
forma, lo cual está ampliamente reportado en la
literatura sobre el tema. Sin embargo, estos trabajos
de investigación señalaron en gran medida las
ventajas de las propiedades de los biocombustibles
leñosos y su impacto en el proceso de combustión,
depreciando en cierta medida la biomasa herbácea
(Dula et al., 2024) (p.10-33)
Los pellets se producen principalmente a partir del
aserrín de coníferas o de árboles de hoja caduca a
partir de tallos descortezados. Esta materia prima
proporciona la mejor calidad posible dado su alto
contenido en lignina, que tiene una fuerte unión y un
alto poder calorífico Los pellets elaborados a partir de
biomasa herbácea deberían permitir alcanzar los
mismos estándares de calidad en términos de
características físicas y, si es posible, químicas, que
los pellets elaborados a partir de serrín de madera.
Las preocupaciones más comunes a la hora de
producir pellets a partir de materias primas
alternativas son la baja densidad aparente y la
resistencia mecánica, pero también el contenido de
cenizas y, en algunos casos, la presencia de nitrógeno,
azufre y cloro. En comparación con la biomasa no
densificada, los pellets se caracterizan por una menor
humedad, un mayor poder calorífico, una forma
uniforme, una combustión clara y una reducción de
las cenizas (Dula et al., 2024) (p.4)
Por esta razón, el objetivo es dar a conocer los
poderes caloríficos de la especie forestal pino
originaria de la localidad de Ahuaycha, así como
ofrecer métodos estandarizados que brinden datos
precisos y confiables para evaluar su potencial como
biomasa energética.
MATERIALES Y MÉTODOS
La presente investigación se realizó en el laboratorio
de química de la carrera de Ingeniería Forestal y
Ambiental.
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Figura 1
Ubicación del área de estudio
El poder calorífico de la madera de Pinus radiata D.
Don se determina utilizando un calorímetro de
bomba, lo que permite realizar observaciones directas
y mediciones cuantitativas, así como controlar
variables para obtener resultados reproducibles. Este
método calcula tanto el Poder Calorífico Superior
(PCS), que incluye el calor latente del vapor, como el
Poder Calorífico Inferior (PCI), que no lo considera.
El Pinus radiata D. Don tiene una densidad
energética considerable que lo hace útil como fuente
de biomasa, siendo eficiente para la producción de
calor y energía. Aunque su densidad energética es
menor que la de maderas más densas como el roble o
el haya, sigue siendo una opción viable en
aplicaciones de biomasa. Por esta razón, se
obtuvieron muestras de árboles maduros,
enfocándose principalmente en una sección de los
troncos
Técnicas e instrumentos de obtención de datos
a. Procedimientos de recolección de datos
Se utilizó la normativa ASTM D3173 para
determinar el porcentaje de humedad en material
sólido de pino, asegurando un secado adecuado y
el pesaje de los residuos. Para obtener resultados
consistentes, se repitió el proceso durante una
semana, excluyendo sábados y domingos. Los
procedimientos incluyeron: pesaje del crisol, que
fue de 41.42 g, y luego se taró y se añadió el peso
del crisol con la muestra, que totalizó 55 g. y su
respectiva codificación. Se continuó con estos
pasos hasta lograr una muestra constante (Fig. 2).
Figura 2
Pesaje de las muestra y crisol
Nota: Pesaje de la muestra pino (a) y pesaje de crisol (b)
1. Determinación del poder calorífico superior
experimental
- Se llevó a cabo un experimento en una bomba
calorimétrica, registrando los valores en
kcal/kg. Se pesó aproximadamente 0.2 g de
muestra en una bolsa de plástico, anotando
previamente la tara de la bolsa para
determinar el contenido calorífico (e3) según
una relación cal/peso establecido.
- La bolsa con la muestra se dobló en forma de
paquete y se ató con alambre de combustión,
dejando los extremos libres. Las cápsulas se
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colocaron en el soporte de cada electrodo de
la bomba, que luego se cerró junto con la
válvula en la parte superior. Se llenó la bomba
con oxígeno a una presión de 30 atmósferas,
mientras que un balde con 2000 ml de agua
destilada se preparaba a aproximadamente 25
°C. El balde con el agua se sumergió en el
calorímetro, junto con la bomba cargada de
oxígeno y la muestra. Se conectaron los dos
enchufes de ignición en la cabeza de la
bomba, evitando salpicaduras de agua.
- Luego, se cerró la cubierta del calorímetro y
se bajó el termómetro para medir la
temperatura del balde. Se ajustó el control de
temperatura de la chaqueta en posición RUN
y se esperó de 4 a 5 minutos para equilibrar las
temperaturas, anotando la temperatura inicial
del balde. Después, se presionó el botón de
ignición durante 5 segundos, lo que provocó
un aumento en la temperatura del balde. Se
inició un conteo de 10 minutos y, al final de
este tiempo, se registró la temperatura final.
Se retiraron los enchufes de ignición, se
cambió el control de la chaqueta a posición
PURGE y se sacó la bomba del balde. Se abrió
la válvula de la bomba para liberar
gradualmente el oxígeno residual y se lavó
cuidadosamente el interior de la bomba con
agua destilada, recolectando el lavado en un
beaker hasta completar 200 ml. Se añadieron
6 gotas de rojo de metilo al 0.2% y se tituló
con una solución de carbonato de sodio
(Na2CO3) 0.0725 N. Se restó el consumo de
Na2CO3 y el valor correspondiente al blanco
(agua destilada), registrando el resultado
como e1 (1 ml de solución = 1 cal).
- Se retiraron los restos de alambre de
combustión no quemados y se midió su
longitud total con una regla especial de 33
unidades.
- Por diferencia, se determinó la longitud del
alambre quemado, anotándose como e2 (cada
unidad corresponde a 1 cal), conforme a la
norma ASTM-D-2015-66, 1972.
Los resultados se expresaron utilizando la
fórmula correspondiente.
𝐾𝑐𝑎𝑙 = (𝐴𝑇° ∗ ST)− (𝑒1 + 𝑒2 + 𝑒3)
𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎 (𝑆𝑇)
Donde
AT°: Temperatura final – temperatura inicial
e1: Calorías pos titulación
e2: Calorías liberadas del alambre
e3: Calorías de la bolsita de plástico
ST: Es el promedio de varios Standard de ácido
benzoico 2483 Cal/°C.
2. Determinación del poder calorífico inferior
Se determinará a partir del poder calorífico
superior.
Los resultados se expresan en la siguiente
fórmula:
𝐏𝐂𝐈 = PSC − CV
Donde
PCI: Poder calorífico inferior (kcal/Kg)
PCS: Poder calorífico superior (kcal/Kg)
CV: Calor de vaporización (539 kcal/Kg
constante)
Tabla 1
Propiedades físicas de Pinus radiata D. Don
PROPIEDAD FÍSICA
RESULTADO
Densidad en Seco
0.48 gr/cm3
Contracción tangencial
5.2%
Contracción radial
3.0%
Contracción volumétrica
1.73%
Nota: En la tabla se muestra la propiedad física expresada en porcentajes a nivel de contracción.
Fuente: (Cóndor & Pardo, 2021)
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Tabla 2
Propiedades organolépticas del Pinus radiata
PROPIEDAD ORGANOLÉPTICO
Color
Veteado
Grano
Textura
Olor
Fuente: (Cóndor & Pardo, 2021)
Descripción macroscópica
Duramen de color pardo amarillento y para la albura
blanco amarillento, brillo mediano, textura media,
veteado, arcos superpuestos, grano recto, sabor no
distintivo. Canales resiníferos visibles a primera
vista, radios finos visibles con lupa de 10X (Cóndor
& Pardo, 2021) (p.120)
Descripción microscópica
Transición de madera temprana a madera tardía
gradual, alineamiento de las punteaduras uniseriadas,
extraíbles orgánicos presentes (resina), espesor de
pared de traqueidas del leño tardío finas, contorno de
traqueidas hexagonales y heptagonales e
internamente entre circular y ovalado, radios
mayormente uniseriados y ocasionalmente
biseriados, altura de células promedio 13 considerada
como medianos, número de radios promedio 5 por ml,
de 1-2/cdc punteaduras por campo de cruzamiento de
tipo pinoide, presencia de canales resiníferos (pocos)
(Cóndor & Pardo, 2021) (p.122)
Figura Nº 3
Sección transversal de Pinus radiata
Nota: Se muestra imágenes microscópicas del Pinus radiata D. Don, donde la sección A Y B son los anillos
de crecimiento, en la C se encuentra la madera temprana, D y E son leños tardíos que tienen contornos de
traqueidas hexagonales y heptagonales.
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Tabla 4
Composición química de P. radiata D. Don
Componentes
Químicos
CH
Ext.
Agua
Fría
Ext.
Agua
Fría
Ext.
Alcohol
Benceno
Celulosa
Lignina
Porcentaje (%)
9.29
2.95
2.28
2.86
40.50
23.33
Nota: CH= Contenido de humedad, Ext= Extractivos.
Fuente: (Cóndor & Pardo, 2021)
RESULTADOS
Tabla 4
Resultado de secado de aserrín del Pinus radiata D. Don.
Código de muestra por día
Resultado (gramos)
PM-01
6.00 g
PM-02
5.41 g
PM-03
5.40 g
PM-04
5.30 g
PM-05
5.32 g
PM-06
5.31 g
PM-07
5.20 g
Nota: PM-01(Peso de muestra día 1), PM-02(Peso de muestra día 2), PM-03(Peso de muestra día 3), PM-
01(Peso de muestra día 4), PM-01(Peso de muestra día 5), PM-01(Peso de muestra día 6) y PM-07(Peso de
muestra día 7).
En la tabla 4 se muestra el resultado de secado de
aserrín de Pinus radiata D. Don en la estufa a 105 °C
que permite obtener el peso libre de agua, para
determinar los pesos se procedió secado de las
muestras en crisol este proceso se repite durante 7
dias, teniendo el peso mínimo del secado que es 5.20
g de los 6.00 g. Finalmente, se procedió hallar el
contenido de humedad CH= 15.38% durante el
sacado de aserrín Pinus radiata D. Don.
Tabla 5
Resultado del poder calorífico experimental
Muestra
Valor calorífico (Kcal/100g)
Valor calorífico
(Kcal/kg)
P-01
422.74
4227.4
P-02
432.13
4321.3
Nota: Kcal/100g: Kilocalorías sobre 100 gramos y Kcal/kg: Kilocalorías sobre kilos.
Los resultados muestran el poder calorífico
experimental las dos muestras Pinus radiata D. Don
donde la primera muestra tiene valor calórico de
4227.4 Kcal/kg y la segunda muestra tiene 4321.3
Kcal/kg, sin embargo, el valor de las unidades en
Kcal/100g se convierten en Kcal/kg para poder hallar
el calor inferior. Finalmente, podemos observar que
la muestra P-02 tiene mayor capacidad de valor
calorífico proveniente del aserrín de Pinus radiata D.
Don.
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Tabla 6
Resultado del poder calorífico inferior
Muestra
Poder calorífico inferior (Kcal/kg)
P-01
3688.4
P-02
3782.4
Nota: P-01: Prueba 01 y P-02: Prueba 02
En la tabla 6 se muestra los resultados del poder calorífico inferior del Pinus radiata D. Don teniendo en cuenta
que la P-02 es 3782.4 Kcal/kg tiene mayor poder calorífico con relación a P-01 que resulta 3688.4 Kcal/kg.
Figura 4
Variación de poder calorífico inferior entre las dos muestras
Nota: El grafico representa la variación de las muestras experimentales de poder calorífico tiendo diferencia
entre 94 Kcal/kg de la especie Pinus radiata D. Don
En la figura 4 se muestra la variación entre las dos
muestras del poder calorífico del residuo de madera
de Pinus radiata D. Don teniendo 94 Kcal/kg
diferencia entre las dos muestras halladas de manera
experimental, para luego ser procesado de manera
teórico.
DISCUSIÓN
Considerando que la materia prima de este producto
logrado tiene un contenido de humedad entre 8 a 12
%, obteniendo una eficiencia energética de 4672,45
Kcal/kg como poder calorífico superior, en
consecuencia, la combustión de briquetas contribuye
a disminuir las concentraciones de CO2, SOx y NOx
causantes del efecto invernadero y el cambio
climático (Gallipoliti etal., 2022). (p.22) Por otro
lado, en nuestro resultado el 15.38% de contenido de
humedad y la eficiencia energética es de 3782.4
Kcal/kg del poder calorífico inferior, pero los
resultado experimentales muestran que 4321.3
Kcal/kg de poder calorífico es decir que existe una
diferencia de 351.15 Kcal/kg esto se debe al nivel de
contenido de humedad que es 15.38%, puesto que la
investigación que tiene mejor eficiencia es que se
realizó con otro tipo de método y son ensayos
implementados en briquetas y son se aplicamos
directamente al factor de cambio climático.
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CONCLUSIONES
El poder calorífico de la madera de Pinus radiata D.
Don ha revelado su considerable potencial como
fuente de biomasa energética, destacando su
viabilidad en la producción de energía renovable. Los
resultados obtenidos, que indican un contenido de
humedad del 15.38% y valores de poder calorífico
superior que oscilan entre 4227.4 Kcal/kg y 4321.3
Kcal/kg, demuestran que esta especie puede ser una
opción efectiva para contribuir a la transición hacia
fuentes de energía más limpias y sostenibles.
Además, la aplicación de metodologías
estandarizadas, como la norma ASTM D-2015-66,
garantiza la fiabilidad de los datos obtenidos. Este
trabajo no solo proporciona información valiosa para
la gestión sostenible de los recursos forestales, sino
que también abre la puerta a futuras investigaciones
sobre el uso de Pinus radiata en sistemas energéticos,
promoviendo así un enfoque más ecológico en la
producción de energía.
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