La mayoría de las especificaciones usadas para controlar la calidad del carbón vegetal se han originado en la industria del acero o química. Cuando el carbón se exporta, los compradores tienden a usar estas mismas especificaciones de calidad industrial aun si el principal destino del carbón vegetal importado pueda más bien ser para la cocina doméstica o asados. Debe tenerse en cuenta esta situación puesto que los requisitos industriales y domésticos no son siempre los mismos y una inteligente evaluación de los reales requisitos de calidad del mercado, pueden permitir surtir carbón vegetal más barato o en mayores cantidades, beneficiando sea al comprador como al vendedor.
La calidad del carbón vegetal se define según algunas
de sus propiedades y, si bien todas en cierto modo están interrelacionadas,
se miden y se valúan por separado; a con tinuación se analizan
estos diversos factores de calidad.
La humedad es un adulterante que baja el valor calorífico o de calefacción del carbón vegetal. cuando el carbón se vende por peso, comerciantes deshonestos mantienen a menudo un elevado contenido de humedad, mojándolo con agua. El agregado de agua no cambia el volumen ni la apariencia del carbón vegetal. Por esta razón, los que compran el carbón al granel prefieren comprar o por el volumen en bruto, p.ej. en metros cúbicos, o por peso, pero determinando su contenido de humedad por medio de ensayos de laboratorios y, ajustar en proporción el precio. En los pequeños mercados se vende a menudo por pieza.
Es virtualmente imposible evitar que el carbón vegetal se moje algo, con la lluvia, durante el transporte al mercado, pero el almacenamiento del carbón bajo techo es una buena práctica, aún si se ha adquirido por volumen, puesto que el agua contenida tiene que eva porar en la combustión y representa una pérdida directa de poder calorífico. Esto sucede porque el agua en forma de vapor pasa en el flujo y raramente se condensa liberando su calor contenido, sobre el objeto que se está calentando en el horno.
Las especificaciones de calidad limitan generalmente el contenido de humedad a alrededor del 5-15%. del peso bruto del carbón vegetal. El contenido de humedad se determina secando al horno una muestra de carbón, y se expresa en por ciento del peso inicial húmedo.
Es evidente que el carbón vegetal con un elevado contenido de
humedad (10% 0 más) tiende a desmenuzarse y produce carbonilla fina
cuando se calienta en las fundiciones, lo que no es deseable en la producción
de hierro.
Estos efectos se reflejan sobre el rendimiento en carbón vegetal obtenido a partir de un determinado peso de madera. A bajas temperaturas (300°C) es posible un rendimiento en carbón de casi el 50%, Con temperaturas de carbonizaci6n de 500-600°C los volátiles son escasos y son típicos los rendimientos del 30% en la carbonera. Con temperaturas muy altas (alrededor de 1.000°C) el contenido volátil es casi cero y el rendimiento cae a alrededor del 2%. Como se ha dicho anteriormente, el carbón vegetal puede reabsorber los alquitranes y los ácidos pirolenosos con el lavado de la lluvia en los métodos de quema en fosa o similares. Por ello, el carbón vegetal puede ser bien quemado pero, por este motivo, tener un elevado contenido de substancia volátil. Se produce así una variación adicional en el carbón quemado en fosas, en climas húmedos. Los ácidos reabsorbidos hacen que el carbón se vuelva corrosivo, provocando la podredumbre de las bolsas de yute, lo que es un problema durante el transporte; y además, no tiene una combustión limpia.
La substancia volátil en el carbón vegetal puede variar desde un tope del 40%, o más, hasta un 5%,o menos. Su medición se hace calentando una muestra, por peso de carbón seco y lejos del aire, a 900° o hasta un peso constante. La pérdida de peso es la substancia volátil, que se especifica, por lo general, como libre de contenido de humedad, o sea, substancia volátil - humedad (SV - humedad).
El carbón vegetal con mucha materia volátil se enciende
fácilmente pero al quemar produce humo. El carbón de pocos
volátiles tiene dificultades al encenderse y su combustión
es muy limpia. Un buen carbón vegetal comercial puede tener un contenido
de substancia volátil neta (libre de humedad) del 30% aproximadamente.
El carbón con mucha substancia volátil es menos quebradizo
que el carbón común de fuerte combustión con poco
volátil# por lo que produce menos carbonilla fina durante el transporte
y los manipuleos. Es también más higroscópico y tiene
por lo tanto un mayor contenido de humedad natural.
El contenido de cenizas en el carbón vegetal varía desde
alrededor del 0,5% a más del 5%, dependiendo de la especie de madera,
la cantidad de corteza incluída con la madera en el horno y la cantidad
de contaminación con tierra y arena. Típicamente, un pedazo
de buen carbón vegetal tiene un contenido de cenizas de alrededor
del 3%. La carbonilla fina puede tener un elevado contenido de cenizas,
pero si se elimina por tamizado el material menor de 4 mm, el remanente
superior a 4 mm puede tener un contenido de cenizas de alrededor del 5-10%.Los
compradores sospechan naturalmente de la carbonilla, que resulta difícil
de vender (y, desgraciadamente, de usar).
Cuadro 7. Algunos análisis típicos de carbón
vegetal
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%
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%
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volátil
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| Dakama | fosa de tierra |
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| Wallaba |
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tropicales |
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tierra |
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saligna |
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1/ = Guyana; 2/ = U.K.; 3/ = Brasil; 4/ = Fiji
Cuadro 8. Características del carbón vegetal para altos
hornos en Brasil
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| Carbono fijo |
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| Densidad aparente- como se recibe
(Kg/m3) |
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| Densidad parente-seco |
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| Tamaño medio (mm)
como se recibe |
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| Contenido carbonilla
como se recibe (-6,35mm) |
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| Contenido de humedad - como se recibe |
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Las variaciones y los promedios anuales se refieren al carbón
vegetal usado por la Belgo Míneira. Se trata de una mezcla del 40%
de carbón de eucalipto producido en los hornos que la compañía
misma maneja y 60% de carbón vegetal de madera natural heterogéneo
producido por hornos operados privadamente. El carbón "Bueno a Excelente"
se refiere al carbón producido en hornos de la empresa con madera
de eucalipto.
El carbón vegetal para el alto horno debe ser fuerte a la compresión, para resistir la fuerza de aplaste de la carga del alto horno, o "peso". Esta fuerza a la compresión, siempre inferior a la del rival del carbón vegetal, osea del coke metalúrgico hecho con carbón mineral, determina la altura práctica, y por ende la eficiencia y la producción del alto horno. La capacidad de resistir el fraccionamiento, en el manipuleo, es importante para mantener una permeabilidad constante de la carga del horno al impacto del aire, que es vital para conservar la productividad y la uniformidad de las operaciones del horno.
Se han desarrollado varios tipos de ensayos para medir la resistencia
a la fractura; es una propiedad bastante difícil de definir en términos
objetivos. Estos ensayos se basan sobre la medición de la resistencia
del carbón vegetal al fraccionamiento o rotura, haciendo que una
muestra caiga desde una cierta altura sobre un piso sólido de acero,
o haciendo que una muestra ruede dentro de un tambor, para determinar al
cabo de un cierto tiempo, el tamalo de rotura. El resultado se expresa
por los porcentajes que pasan y que quedan, a través de varios tamaños
de tamices. El carbón vegetal, con poca resistencia a la fractura,
producirá un mayor porcentaje de carbonilla fina, sometiendo la
muestra al ensayo. En el alto horno no se desea la carbonilla fina, puesto
que bloquea la corriente de impacto del aire en el horno. El carbón
vegetal frágil puede también ser aplastado por el peso de
la carga y producir bloqueos.
Tal como es producido, el normal carbón vegetal de madera no es un material muy activo para la absorción de los líquidos o de los vapores, puesto que su fina extructura está bloqueada por residuos alquitranados. Para convertir el carbón vegetal en "activado" debe abrirse esta extructura para eliminar los residuos de alquitrán. El método más ampliamente usado en la actualidad es de calentar el carbón vegetal bruto pulverizado, en un horno al calor rojo, bajo en una atmósfera de vapor sobrecalentado. El vapor, al excluir el oxígeno, evita que el carbón vegetal Be consuma por quema. Mientras tanto los alquitranes volátiles se eliminan por destilación y se van con el vapor, dejando abierta la extructura porosa. El carbón tratado pasa a envases cerrados y se deja enfriar. Los hornos de activación son generalmente continuos, o sea, el carbón pulverizado pasa en forma de cascada continua por el horno caliente en la atmósfera de vapor.
Después de la activación, se ensayan las especificaciones de calidad del carbón, para determinar su capacidad de decoloración, por la absorción, de soluciones acuosas de melaza en bruto, licor de rum, etc; aceites, tales como aceite vegetal, y la adsorción de solventes como acetato de etilo en aire. La fuerza de adsorción tiende a ser específica. Se establecen graduaciones para soluciones acuosas, otras para aceites y otras para vapores. Los ensayos miden la capacidad de adsorción. Hay pocas diferencias en el produc- terminado hecho con carbones vegetales en bruto de diferentes orígenes, pero en general todos pueden ser usados si se queman correctamente. Un buen carbón vegetal básico para fa- carbón activado puede obtenerse de la madera de Eucalyptus grandis en hornos de ladrillo.
Un carbón para la adsorción de gases y de vapores se produce
generalmente con carbón de cáscaras de coco. Este carbón
vegetal tiene gran capacidad de adsorción y resiste la pulverización
en los equipos de adsorción, lo que es un £actor muy importante.
Teóricamente, es posible aumentar la eficiencia de la transferencia
de calor, desde el carbón que arde al alimento, aumentando el costo
y las complicaciones de la cocina, pero raramente resulta práctico.
Quienes pudieran haberse permitido esta complicación no estarían
generalmente quemando carbón vegetal sino algún otro combustible
de mayor prestigio social o conveniencia. Es necesario llegar a un compromiso
para obtener la mejor eficiencia posible, en concordancia con instalaciones
de cocina sencillas y de bajo costo que puedan ser usadas por la mayor
parte de los usuarios de carbón vegetal. El carbón vegetal,
contrariamente a la leña, transfiere una buena cantidad de su calor
a las vasijas de cocina,, por radiación desde la cama combustible
ardiente. Con la leña ardiente, donde gases calientes son producidos
por altas llamas perezosas, la transferencia de una buena cantidad de calor
a las vasijas de cocina deberá ser por convección. Para la
transferencia del calor por convención, los gases calientes deben
tocar materialmente el recipiente, mientras que el calor radiante se transfiere
por radiación infrarroja, emitida directamente por la cama ardiente
y absorvida por la superficie de la vasija u otro objeto. Por lo tanto,
la vasija debe estar en condiciones de ''ver" el lecho ardiente para poder
recoger y absorber la energía calorífica radiante. La superficie
de la vasija juega un papel muy importante, y debe preferentemente ser
negra mate, y la vasija misma debe ser también una buena conductora.
El aluminio delgado ennegrecido por el fuego es probablemente ideal. Posiblemente
lo peor es la cerámica gruesa de baja densidad. Las ollas ennegrecidas
por el fuego no deberían ser limpiadas por afuera, eliminando sin
embargo las capas de hollín suelto y de alquitrán blando.
El hecho que el carbón vegetal puede quemar en una hornalla compacta y portátil, sin la necesidad de un conducto, es uno de sus atributos más importantes y explica su amplia popularidad, especialmente en las ciudades y áreas construídas. A-Cm cuando, en términos globales de energía, es más eficiente para un país tratar de usar la madera misma con eficiente combustión para cocinar, en lugar de convertirla antes en carbón vegetal, sería una política de difícil aplicación, ya que la mayoría de la gente que en la actualidad quema carbón vegetal, difícilmente lo cambiaría por madera. Un hornillo con chimenea que consume madera es caro. El horno mismo puede ser de tierra apisonada y no costar nada, pero un tubo de metal puede costar $US 10 o más . Para los que viven en viviendas urbanas congestionadas, podría ser imposible instalar chimeneas, y en estos casos se imponen las características del carbón vegetal de ser un combustible no contaminante.
Pueden resumiese a continuación los factores importantes observados
en unidades domésticas, bien proyectadas que consuman carbón
vegetal:
(ii) El cuerpo del hornillo deberá ser fabricado con material refractario, no metálico, que no sea afectado por temperaturas de alrededor de 1.000°C y que deberá ser un buen aislante térmico para no robar el calor de la cama ardiente. Buen material viene a ser una cerámica porosa fabricada con arcilla blanca horneable, para que refleje mejor el calor hacia la vasija. El cuerpo de la hornalla deberá ser reemplazable en su estructura de soporte, para reducir los costos de mantenimiento. Puede hacerse un cuerpo de hornalla más barato, y más o menos satisfactorio, amasando una mezcla húmeda, plástica compuesta con 60% de arcilla, 20% de arena y 20% de carbonilla fina aproximadamente, dentro de un molde de madera y dejándola secar. Si bien no es una cerámica quemada permanente, es barata.
(iii) El agujero cónica para el fuego en la hornalla deberá tener alrededor de cuatro conductos para el flujo de los gases en su superficie, de alrededor de 30 mm de ancho y 4 mm de profundidad para hacer que el gas caliente pase descargándose, si bien la vasija para cocinar puede ser ajustada firme en el cono.
(iv) La reja deberá ser de una lámina de acero eón perfecciones de 3 mm hechas con clavos, y espaciados alrededor de 1 por cm2.
(v) La estructura de la hornalla, que puede fabricarse con lámina reciclada de acero, debe tener patas, dejando un espacio libre de 4-5 cm entre la superficie inferior del block de arcilla del hornillo y el piso. Una bandeja de lámina de acero reciclado se coloca debajo para recoger las cenizas calientes para poder colocar el hornillo sobre cualquier superficie sin crear peligros de incendio.
El diseño que se muestra en la figura 12, es solamente uno de los muchos, pero todo buen diseño se adhiere a los principios enunciados en esta sección. Es justo hacer hincapié sobre el hecho que el objetivo es el de una máxima eficiencia con un costo mínimo, puesto que de otra manera el equipo no vendrá usado.
Fig. 12 Un buen diseño para hornillo de cocina a carbón
vegetal
