Comparación experimental del desempeño de procesos de secado de biomasa lignocelulósica

Abstract

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 [°𝐶] y 90 [°𝐶]), tamaño de partícula (0,22−0,48 [𝑐𝑚2] y 0,8− 1,3 [𝑐𝑚2]), carga por bandeja (10 [𝑔] y 20 [𝑔]) 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 [ 𝑊ℎ 𝑔𝐻₂𝑂 partícula grande, 20 [g]). • Tasa de evaporación máxima de 66,5 [𝑔𝐻2𝑂 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 [𝑘𝐽 𝑔 ] (gas natural a 90 [°C], 10 [g], partícula pequeña). • Valorización energética máxima con una relación de 5 [𝑘𝐽𝑜𝑢𝑡 𝑘𝐽𝑖𝑛 [°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 [𝑔𝐶𝑂2 𝑔𝐻₂𝑂 grande). ] (resistencia eléctrica a 70 [°C], 20 [g], partícula 7 • Costo mínimo operacional de 2,92 [ 𝐶𝑂𝑃 𝑔𝐻₂𝑂 ] (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).