Informe Final

Informe Final

Producción De Pellets De Mezcla De Fibra Y Cuesco De Palma

Proyecto Aplicado de Ingeniería

Harol Andres Cordoba 234242

José Israel Correa 234243

Joan Sebastián Murcia 234273

Profesor: Nelson Arzola De La Peña

Universidad Nacional de Colombia

Facultad de Ingeniería

Departamento de Ingeniería Mecánica y Mecatrónica

Segundo Semestre 2012


Producción de Pellets de Mezcla de Fibra y Cuesco de Palma de Aceite - PAI

2

Resumen

Se presenta el resultado de la investigación de producción de pellets a partir de residuos de

la palma de aceite. Para ello se utilizaron diferentes composiciones de mezclas en las cuales

se variaban los valores de cuesco/fibra, humedad y cantidad de aglutinante. Para determinar

la mejor mezcla se realizó una serie de pruebas para evaluar densidad, índice de durabilidad,

presencia de grietas, aspecto, consistencia al tacto, rugosidad en la superficie etc. De los

resultados de estos ensayos se seleccionó la mezcla ideal que permite desarrollar un

producto que pueda ser comercializable y que permita solucionar el problema de desechos

presentes en la cosecha de palma de aceite africana.



3

Listado De Figuras

Figura Pag

1. Sección transversal de un fruto típico de la palma de aceite 12

2. Distribución de los desechos sólidos del fruto 14

3. Producción de Fruto de Palma de Aceite en Colombia 1992-2010 24

4. Producción de los 5 países líderes, 1992-2010 25

5. Dinámica mundial de la producción y comercialización de pellets 26

6. Solid Biofuels –Fuel specifications and classes CEN TS 1461:2005 31

7. Comercialización de biomasa superior a 900ktoneladas 35

8. Producción mundial estimada de pellets 2000-2010 31

9. Comercialización de pellets UE en Mtoneladas 37

10. Renovables Biocarzola 41

11. Empresa Amatex 42

12. Pellets Asturias 44

13. Enerpellets 45

14. BIOTERNA 46

15. ECOFOGO 47

16. Importancia de los requerimientos del cliente 52

17. Matriz de Correlación 53

18. Atributos de Diseño, Puntuación y Valores Objetivo 54

19. Benchmarks de la Competencia 55



4

20. Modelo de caja negra 59

21. Diagrama de caja gris 60

22. Diagrama funcional del proceso de generación de pellets 61

23. Diagrama funcional del producto 62

24. Matriz y rodillos de pelletizadora de matriz plana 65

25. Matriz Anular 66

26. Pelletizadora con tornillo sin fin 67

27. Peletizadora Hidráulica para Laboratorio 68

28. Pelletizadora Hidráulica de Rodillos 69

29. Tornillo de alimentación 71

30. Banda transportadora 71

31. Motor eléctrico 72

32. Pelletizadora con motor de combustión interna 73

33. Esquema para durabilidad 78

34. Árbol de conceptos del proceso de peletizado 79

35. Tabla de combinación de conceptos 1 80

36. Arbol de conceptos 2 81

37. Tabla de combinación de conceptos 2 82

38. Diseño a Nivel del sistema 88

39. Clasificación de materia prima 89

40. Molido a mano y tamizado del cuesco 90

41. Obtención del tamaño de partículas molino eléctrico de cafe 90

42. Preparación mezcla a pelletizar 91

43. Obtencion pellets 92

44. Componentes disponibles que nos generados ni acondicionados 94

45. Entrada de materia y energía 99

46. Método extracción del pellet 100

47. Diagrama funcional del producto 101

48. Interface entre funciones para la obtención de un buen poder c 102

49. Análisis de funciones para obtener alta densidad 103



5

50. Análisis de funciones para obtener buenas propiedad mecánicas 104

51. Interface entre componentes principales del pellet 104

52. Diagrama funcional del proceso de generación del pellet 105

53. Interface entre componentes para la obtención del pellet 106

54. Segunda interface entre componentes para la obtención del pellet 106

55. Interface secuencial entre componentes 107

56. Interface realimentada 108

57. Conjunto-pistón-camisa 110

58. Modelo extrusión y grafica de esfuerzos 111

59. Secciones establecidas para modelo matemático para la extrusion 112

60. Recipiente para la evaluación de durabilidad en el torno 117

61. Medición de densidad mediante picnómetro 118

62. Utilización de balanza analítica para medición de densidad 119

63. Fruto de la palma de aceite 120

64. Pellets 120

65. Diseño medio ambiente 121

66. Mezcla para hacer pellets 122

67. Diseño confiabilidad 126

68. Metodología de ensayos 129

69. Mapa geográfico de compra de materiales 135

70. Gramera 136

71. Picnómetro 137

72. Lugares de la maquina a lubricar 137

73. Grafica densidad vs humedad variable 139

74. Grafica de análisis vs densidad variable 140

75. Grafica de durabilidad-humedad variable 141

76. Densidad vs aglutinante variable 142

77. Análisis cualitativo vs aglutinante variable 143

78. Densidad-aglutinante variable 143

79. Densidad- porcentaje cuesco variable 144



6

80. Análisis cualitativo-% cuesco variable 145

81. Grafica de durabilidad – porcentaje cuesco variable 146

82. Mejores pellets, composiciones y propiedades 148

83. Peores pellets, composiciones y propiedades 149

84. Flexión de 3 puntos 100806 150

85. Flexión de 3 puntos 101206 150

86. Flexión a 3 puntos 100404 151



7

Listado De Tablas

Tabla Pag

1. Análisis elemental de residuos de palma 16

2. Análisis Proximal 17

3. Valores del poder calorífico inferior y superior de la palma de aceite 17

4. Parámetros de calidad de pellets de biomasa 28

5. Estandarización CEN y BN EN para biocombustibles sólidos 30

6. Presupuesto estimado del proyecto 39

7. Matriz Pasa No Pasa para proceso de peletizado 83

8. Matriz Pasa No Pasa para formas de medición 84

9. Evaluación de conceptos del proceso. 85

10. Evaluación de conceptos del producto. 86

11. Estadísticas de medición de componentes 123

12. Ecoindicadores de materiales 123

13. Costos de manufactura 123

14. Categoría de falla 131

15. Frecuencias de falla 132

16. Calificación según el diseño 133

17. Categoría de falla 134

18. Cálculos de NPR 134

19. Resultados calidad diferentes composiciones 147

20. Propiedades de ensayo a flexion a 3 puntos 151

21. Gastos del proyecto 152



8

Tabla De Contenido

pág.

Introducción 10

CAPITULO I 11

1. Marco teórico 11

2. Estado del arte 18

3. Definición de la necesidad 32

4. Estudio preliminar de factibilidad 34

5. Requerimiento del cliente 39

6. Estudio de la competencia 40

7. Lista de especificaciones de ingeniería 48

8. Despliegue de función de calidad 51

9. Método de resolución inventiva de problemas 56

CAPITULO II 57

10. Identificación de las funciones necesarias 58

11. Análisis funcional (modelo caja negra y gris) 59

12. Generación de conceptos y búsqueda externa 62

13. Integración conceptos parciales 78

14. Evaluación de alternativas y concepto global de 83



9

CAPITULO III 88

15. Diseño a nivel del sistema 88

16. Diseño de detalle 93

17. Generación de modelos CAD 109

18. Generación de modelos matemáticos 112

19. Evaluación del producto en cuanto a funciones y Desempeño 115 20. Diseño para el medio ambiente 119

21. Evaluación del producto (diseño por factores) 124

CAPITULO IV 135

22. Descripción de la compra de materiales 135

23. Descripción del procedimiento de obtención 138

24. Análisis de resultados 139

25. Análisis final de costos. 154

26. Conclusiones y recomendaciones 156

27. Bibliografía 159

25. anexos 161



10

Introducción

Uno de los principales problemas presentes en la producción de palma de aceite es la

generación de gran cantidad de residuos sólidos obtenidos que no pueden ser utilizados

para obtener un valor agregado. Países de Europa y Asia han utilizado técnicas de

aprovechamiento como la peletización de residuos de maderas y desechos de palma para la

generación de energía en procesos industriales y la calefacción de hogares. Pero este

negocio tiene gran potencial y podría ser una gran solución a los productores colombianos

de aceite de palma africana.

Hasta ahora se han realizado algunas investigaciones que han determinado que la

producción de pellets es viable únicamente utilizando cuesco y fibra provenientes de los

racimos de la palma, pero no se ha encontrado la mezcla adecuada y las condiciones

dimensionales de fibra y cuesco que brinden las mejores propiedades mecánicas y térmicas,

de modo que se obtenga un pellet que cumpla con los estándares internacionales y sea

comercialmente competitivo con otros productos como el carbón y los derivados del

petróleo. En el siguiente informe se busca realizar un estudio preliminar de las condiciones y

requerimientos que se necesitan suplir para solucionar este problema, y que puede tener

implicaciones económicas importantes para la agricultura y economía Colombiana



11

CAPITULO I

1. Marco teórico

Descripción De La Palma De Aceite

La palma de aceite o Elaeis guineensis Jacq es una planta tropical proveniente del golfo de

guinea africano. Esta se cultiva únicamente en alturas no mayores a los 500 m sobre el nivel

del mar, comercial o comúnmente se le denomina palma de aceite africana, Se cultiva con el

fin principal de extraer el aceite contenido en su fruto.

La palma de aceite o Elaeis guineensis es una planta de tronco solitario que crece a una

altura promedio de 15 a 30 m y con un diámetro de tallo promedio de 30 a 60 cm. En el tallo

presenta cicatrices o protuberancias secas debido a las hojas muertas durante el

crecimiento. Sus hojas son de color verde y tienen una longitud promedio de 2 m en

promedio. Posee frutos dispuestos en racimos, ovoides y rojizos de alrededor de 4 cm de

diámetro. [1]

Los componentes más importantes de la palma de aceite son:

Raíz: Gracias a que la planta es monocotiledónea existe un bulbo principal que

contiene un sistema reticular que permite la absorción de agua y nutrientes.

Tallo: El tallo denominado estípite es una estructura rígida que comunica la raíz con

las hojas. Posee dos secciones importantes la parte interior por donde circula el

xilema y el floema y la parte central donde se desarrolla el crecimiento o meristemo

epical.

Hojas: Las hojas se componen de un nervio central o raqui que sostiene en un mismo

plano de 200 a 300 pequeños foliolos por lo que le da un aspecto voluminoso y

plumoso. Cada planta en una edad adulta posee alrededor de 30 a 50 hojas

dispuestas en 8 espirales respecto a su eje vertical.



12

Fruto: Los frutos son pequeños granos ovoides de 4 cm de diámetro con color rojizo

de 8 gramos en promedio. Poseen una piel lisa y brillante en su superficie, se

encuentran unidas a la planta por medio de una espiga que se conecta al raquis, el

abultamiento de semillas forman los racimos.

Las partes más importantes del racimo son las siguientes:

Exocarpio: se le denomina por lo general piel o corteza del fruto, es de color rojizo y

textura lisa. Protege al fruto de factores ambientales o plagas.

Mesocarpio: pulpa fibrosa que contiene las células de aceite.

Endocarpio: cuerpo duro que contiene la semilla “cuesco”.

Endospermo: almendra o tejido contenido en el cuesco que contiene aceite.

Fig 1: sección transversal de un fruto típico de la palma de aceite[2]

Utilización de la palma de aceite

La utilización del aceite de palma abarca muchos sectores, a continuación abordaremos

aquellos en donde tiene una mayor influencia:



13

Sector agro industrial: El procesamiento del aceite de palma para la producción de

margarinas, aceites aditivos para la producción de alimentos es el principal uso, es

usualmente utilizado como aditivo en lubricantes y grasas en sistemas mecánicos, se

ha extendido su uso en la protección de hierro y componentes de manufactura.

Sector Energético: La principal aplicación del aceite de palma también ha ganado

terreno como combustible, gracias a la ruptura de cadenas de aceites en alcoholes,

ésteres y aceites esenciales. Con el alto costo de combustibles fósiles y la escasez de

los mismos se presentan estos componentes como alternativas más amigables con el

medio ambiente y con la ventaja de ser por ahora más económicas. El uso energético

se encuentra en aumento y la extensión de cultivos a nivel mundial de palma hace

que se necesitan procesos de mayor eficacia capaces de aprovechar todos los

residuos generados en el cultivo.

Distribución de componentes obtenidos en un racimo de

fruto fresco.

A continuación se da claridad de la distribución de un fruto fresco de la palma de aceite. El

aceite se obtiene principalmente de la pulpa y de la almendra, Lo demás se considera

residuo del proceso de cultivo, por lo tanto posee un gran porcentaje de pérdidas sobre todo

en fibras y tusas vacías, la potencialidad de estos componentes es tan grande que solo hasta

ahora se están implementando procesos de producción para la generación de alimentos de

animales de criadero y la generación de biocombustibles sólidos.



14

Fig 2: Distribución de los desechos sólidos del fruto[3]

Aplicaciones de la biomasa residual

Algunas de las aplicaciones actuales de los productos que conforman la biomasa residual del

proceso de extracción de aceite de palma son las siguientes:

La fibra se emplea en la combustión en calderas para el suministro de la energía

térmica en las plantas extractoras. Otras aplicaciones de este material se desarrollan

actualmente para la fabricación de partes para el interior de los automóviles.

Los racimos de fruta vacíos (RFV) son de forma irregular y voluminosa, lo que impide

su uso directo en los procesos de combustión. Actualmente se utilizan como material

fertilizante en las propias plantaciones de la palma de aceite y para la generación de

biogás obtenido a través de procesos de digestión. También se han iniciado trabajos

de desarrollo en Malasia para su uso en la fabricación de papel.

El endocarpio del fruto se conoce también como cascara de la almendra o cuesco de

palma. Este material constituye entre 5-7% del peso total del fruto, es de consistencia

dura y en su forma natural posee una estructura porosa. Se obtiene en forma



15

concentrada y triturada luego de la recuperación de la almendra. El cuesco de palma

se ha utilizado parcialmente en procesos de combustión en calderas, pero presenta el

inconveniente de obstruir los tubos de estas, debido al tipo de cenia que contiene.

Otro uso frecuente ha sido en el relleno de carreteras en las plantaciones. El

adecuado uso y disposición de este material presenta en la actualidad los mayores

problemas de este sector de la agroindustria en Colombia.

El cuesco se obtiene de manera concentrada, lo que constituye una ventaja respecto de

otros tipos de biomasa residual que se presentan de manera dispersa y que implican costos

elevados para su recolección y transporte hasta los sitios de procesamiento. La humedad con

que se obtiene el cuesco en las plantas extractoras de aceite de palma depende de la región

geográfica. Un promedio para el porcentaje de humedad en el cuesco se encuentra entre 5-

20% en relación a su propio peso. El cuesco es similar a las cascaras de coco en su dureza y

textura. Estas propiedades pueden hacer del cuesco un material apropiado para la

producción de carbón activado, como el que se obtiene a partir de las cascaras de coco, las

cascaras de las nueces y las pepas de algunas frutas como el durazno y las olivas. En Malasia

se ha producido carbón activado a partir del cuesco desde hace varios años, aunque a

escalas menores de producción.

Además de la producción de carbón activado, el uso del cuesco con fines energéticos puede

contribuir al mejoramiento de la eficiencia general del proceso de extracción del aceite de

palma y conlleva beneficios ambientales al disminuirse el consumo equivalente de

combustibles de origen fósil y su correspondiente emisión de dióxido de carbono.

Propiedades físicas y químicas de residuos de biomasa de

palma de aceite [19]

La fibra y el cuesco de la palma africana son materiales denominados como desechos, que

actualmente son causales de contaminación ambiental debido a la falencia de alternativas

que conlleven al aprovechamiento en procesamientos industriales. De acuerdo a los estudios

realizados con cascarilla de arroz, la fibra y el cuesco de palma han sido utilizados como



16

combustible en las calderas para aprovechar su poder calorífico en la producción de vapor de

agua [18].

Actualmente para la determinación de propiedades físicas y químicas no se cuentan con

normas o estándares que permitan caracterizar los componentes desechados en la

producción de aceite de palma. Por ello se suele aplicar normatividad utilizada en la

caracterización de combustibles fósiles, lignitos y coques, combinándolas con condensado y

gas generado. Aunque están normas son válidas internacionalmente algunos investigadores

han preferido realizar variantes experimentales y utilizar modelos matemáticos para

caracterizar los componentes de valor agregado. Por ello a continuación se describirá las

propiedades tanto fiscas y químicas encontradas en los desechos de la palma de aceite

producidas en Colombia.

Análisis Elemental

Es una técnica empleada en componentes sólidos y líquidos procesados, básicamente lo que

se hace es calentar la muestra a 1023 °C y posteriormente realizar un muestreo

cromatográfico para cuantificar porcentajes de elementos esenciales como carbono,

hidrogeno, nitrógeno y oxígeno. Los valores de análisis elemental en cada residuo de la

palma de aceite se encuentran en la siguiente tabla.

producto

%

Concentración

molar

% de

hidrogeno

(H)

% de

Nitrógeno (H)

% de

Oxigeno

(O)

desecho 52.8 5.7 <1 40.5

fibra 48.7 6.3 <1 44.4

almendra 62.5 8.8 2.1 26.6

afrecho 59.6 5.5 2.4 45.5

*porcentajes libres de agua y ceniza

Tabla 1: Análisis elemental de residuos de palma [19]



17

Análisis Proximal

Son pruebas químicas que permiten establecer valores de humedad, cenizas, humedad en el

condensado y material volátil, para realizar los ensayos se toman como referencias las

normas DIN 51717-DIN12420- DIN51719-DIN 51720. Los valores de análisis proximal a cada

componente se encuentran a continuación.

Producto % Humedad % Fracción volátil % Ceniza libre de agua

Desecho 11.2 79 1.4

Fibra 5.2 79 5.2

Almendra 6.5 93 1.7

Afrecho 10.5 81 3.5

Tabla 2: Análisis Proximal [19]

Poder Calorífico

El poder calorífico se define como la cantidad de energía que puede liberar un producto

solido o liquido por unidad de masa. Para hallar el poder calorífico tanto superior e inferior

se rige el ensayo a lo establecido en la norma DIN 51900 similar a lo realizado en productos

de coque y lignitos. Los valores de poder calorífico para la palma de aceite se enuncian en la

siguiente tabla:

Producto Poder calorífico superior MJ/Kg Poder calorífico inferior

MJ/Kg

Desecho 22.2 21.1

Fibra 18.4 17.1

Almendra 28.7 26.8

Afrecho 18.5 17.7

Tabla 3: Valores del poder calorífico inferior y superior de la palma de aceite[19]



18

El cuesco de la palma africana se ha estudiado como carbón activado donde la carbonización

se lleva a cabo a 600 ºC en atmósfera de nitrógeno durante 2,5 horas en un horno vertical

provisto de un controlador de temperatura Cole Parmer 89000-10, que permite ajustar la

velocidad de calentamiento. Las condiciones de la carbonización son las siguientes: velocidad

de calentamiento 10 °C min-1, flujo de nitrógeno 150-160 mL* min-1. Los estudios realizados

en Colombia con el objeto de emplear la ceniza del cuesco y la fibra de la palma africana son

casi nulos.

2. Estado Del Arte

Generalidades

Debido al problema energético generado por la disminución y dependencia de energías

fósiles, se hace necesario optar por otras fuentes de energía que sean renovables. En la

actualidad se buscan energías alternativas que sean más económicas y menos

contaminantes, por lo que una de las opciones más atractivas es la del uso de biomasa

residual para sustituir combustibles fósiles, ya que contribuye a la conservación del medio

ambiente, no produce emisiones contaminantes y permite la reducción de la dependencia de

energías no renovables.

A lo largo de la historia la biomasa ha sido una fuente importante de energía, pero con la

llegada de la energía fósil este recurso perdió su importancia en el mundo industrial. Las

principales aplicaciones de la energía obtenida con biomasa encontramos la generación

térmica en viviendas aisladas, edificios residenciales, entre otros, de igual forma este

recurso está abriéndose nuevamente las puertas para la generación de energía en las

industrias. Algunos residuos de las actividades agrícolas y de las industrias agroalimentarias

tienen un alto contenido energético, que los hace muy interesantes como fuente de energía,

pero presentan una baja densidad, que hace que su transporte requiera un coste elevado. Lo



19

mismo ocurre con los residuos de limpiezas forestales y de industrias de transformación de

la madera, que forman un conjunto de materiales heterogéneos entre los que se encuentran

las astillas, cortezas, serrín, recortes, cilindros, finos y otros.

La biomasa posee diferentes formas de distribución como lo son los pellets, briquetas,

astillas, etc., se podría decir que entre estas la forma más evolucionada son los Pellets, el

cual a pesar de su reciente aplicación en varios países del mundo, su uso se ha venido

expandiendo cada vez más.

El pellet de biomasa es un combustible granulado el cual se compone de material que

generalmente era desechado como lo es el serrín de madera, cascaras, viruta, residuos

forestales y agrarios, entre otros. Debido a la gran cantidad de residuos generados del

procesamiento de la biomasa, la valorización de estos permite la disminución de problemas

ambientales y el costo de gestión y tratamiento se reduce en gran manera. La fabricación de

los pellets representa una excelente alternativa energética ya que permite substituir el uso

de petróleo dado sus características y posee un rendimiento óptimo en ciertas aplicaciones

como lo es en las plantas de cogeneración de energía y plantas de generación eléctrica.

Los pellets se empezaron a desarrollar alrededor de los años setenta en los Estados Unidos

con el propósito de buscar alternativas más económicas de energía, por lo que se hicieron

famosas las estufas de pellets en las regiones más boscosas, aunque su auge se alcanzo fue

en los países Europeos. Debido a su incursión en el mercado energético, los pellets en cierta

forma fueron llamados a ser un sustituto de otro tipo de energías como lo son los derivados

del petróleo en el uso doméstico y parte del sector industrial, debido a la diferencia de

precios entre ambos tipos de energía.

No todos los pellets son iguales ya que sus características varían con los materiales de

fabricación y los porcentajes de composición. A nivel general los pellets poseen un poder

calorífico bastante elevado, el cual puede llegar hasta unas 4.300 Kcal/Kg. Para normalizar la



20

fabricación y producción de pellets se tienen que tener en cuenta ciertas características

como lo son:

Origen (tipo de biomasa utilizado).

Dimensiones (diámetro y longitud del Pellet).

Contenido de humedad (porcentaje que debe tener el pellet).

Contenido de Cenizas (porcentaje límite de cenizas).

Durabilidad (debe ser superior al 95%).

Poder Calorífico (Manejando un mínimo alrededor de 16,5 MJ/Kg).

Densidad Aparente (Mayor de 600 Kg/m³).

Contenido máximo de elementos químicos (Nitrógeno, Azufre, Cloro, etc.).

Punto de fusión de las Cenizas.

Tipo de cantidad de aditivos.

Proceso De Fabricación De Pellets

Actualmente existen algunas empresas dedicadas a la producción de Pellets en países como

Estados Unidos o España, este proceso en dichas empresas sigue por lo general una serie de

fases o etapas desde que llega la materia prima que en este caso es el residuo generado del

tratamiento de biomasa, hasta que se llega al resultado final que es el Pellet generado con

este tipo de material. A continuación se presentan las fases para la fabricación de pellets:

Recepción: Se descarga la materia prima en tolvas para el inicio del proceso. La

materia prima debe tener unas dimensiones inferiores a 100mm, si no es así se debe

realizar un proceso de picado previo.

Clasificación: Se debe tener especificado la dimensión del material deseado. Debido a

que la materia prima puede venir con material contaminante se realiza un tamizado

por medio de filtros rotativos para eliminar estos elementos extraños.



21

Secado: Un factor de suma importancia en la producción de pellets es el porcentaje

de humedad en la biomasa, por esto la fase de secado es muy importante antes de

realizar el triturado fino. Para el secado se necesita de un generador para producir el

aire caliente y utilizarlo en el proceso.

Separación: Luego de secar el producto es separado de los gases calientes

producidos en la etapa de secado por medio de aire ciclónico.

Molienda: Por medio de un molino (generalmente de martillo) se tritura la materia

prima de manera que quede homogénea (alrededor de 2mm), ya que con este

tamaño se facilita la absorción de vapor en el mezclador de cascada.

Pelatización: La peletizadora debe asegurar la productividad y calidad del pellet. El

eficiente control del proceso resulta en una gran flexibilidad y en una óptima

utilización de energía.

Enfriamiento: Debido a los procesos anteriores y la fricción generada hace que el

pellet adquiera un aumento de temperatura, por lo cual antes de ser tamizado y

almacenado se debe retirar el calor excedente de los pellets. El enfriamiento se

realiza al retirar el aire del ambiente, de manera que los pellets se mantengan a una

temperatura entre 5 y 10°C por encima de la temperatura ambiente.

Almacenaje: Luego de limpiar y enfriar los pellets, se deben almacenar en silos o

pueden ser empaquetados en sacos especiales. Este proceso de almacenaje o

empaque puede ser controlado manualmente o automáticamente.

En la actualidad se están trabajando pellets de diversos materiales, los componentes más

utilizados son el aserrín, los residuos de los aserraderos, residuos forestales y agrarios,

aunque en países europeos donde está en auge este tipo de energía como España se están

utilizando los residuos provenientes de las labores agrícolas del olivar como es la poda del

olivo, ya que todos esos restos forestales actualmente representan un problema de

eliminación, por lo que su transformación en pellets permite obtener un producto útil para

ser utilizado como combustible alternativo.



22

En Salzburgo (Austria), se han creado centrales de producción de calor para distribución en

viviendas a base de energía térmica generada por pellets llamadas “District Heating”, de

igual forma en España se encuentran varias de estas instalaciones en ciudades como Sevilla,

Cataluña, Segovia, entre otras provincias. Otro ejemplo lo podemos encontrar en una

provincia de Sevilla llamada Burguillos, se construyó una instalación de distrito que se

encarga del abastecimiento de agua caliente y fría para servicios de calefacción y

refrigeración, para una superficie aproximada de 54.000 m² con una serie de instalaciones

como lo son: un hotel escuela, colegio de Educación Infantil, pabellón polideportivo y un

centro multifuncional, y como fuente energética para la producción energética requerida en

esta instalación se usan combustibles como son pellets y briquetas de biomasa.

La utilización Pellets como fuente energía presenta una serie de ventajas respecto a la

utilización de otros combustibles, algunas de estas ventajas se presentan a continuación:

Económicas: El precio es más estable, pues no depende de cotización Internacional.

Reducción de Espacio: Al tener un tamaño reducido, la estufa o caldera también

reduce su tamaño.

Seguridad: El almacenaje no presenta riesgo de explosión, no es volátil ni provoca

olores, fugas o vertidos.

Beneficios Ambientales: En la fabricación de pellets se utilizan como materia prima

virutas de serrerías y carpinterías principalmente, este es un subproducto, un residuo

que de otra manera seria quemado o triturado para la fabricación de tableros. De

igual forma también se beneficia por la disminución de emisiones de gases CO, SO2,

NOx y otras partículas.

Facilidad de Automatización: Como el material de fabricación del pellet es

previamente triturado se comporta como un líquido, permitiendo la capacidad de

regulación automática.



23

Perspectiva del mercado nacional y global

La expansión del cultivo de esta planta oleaginosa radica en su potencial productivo de

aceite por hectárea, de 3.7 toneladas, con respecto a las tradicionales como el girasol, soya o

canola.

Malasia e indonesia son los países que encabezan la producción mundial con el 85% y el 95%

de la exportación, teniendo en cuenta además que constituye el 42.9% de la exportación

total de aceites y grasas, constituye un sector económico próspero, dado que es aceite más

comercializado en el mundo, motivo que auspicia el ascenso en su cultivo. Malasia posee el

58.4% de la exportación global, con un crecimiento para el 2004 del área cultivada de 12.6%.

Entre los países que importan grandes volúmenes del aceite se encuentran la unión europea

con un 21.6%, junto a China e India con 19 y 21.7% respectivamente.

Dado el panorama, la cantidad generada aceite es bastante grande, sin embargo su

producción involucra desechos de proceso entre estos: tusa o raquis, fibra y cuesco, según el

estudio del grupo de Diseño de productos y procesos de la Universidad de los Andes, de 10

000 kg de fruta fresca se generan 2 100 kg de aceite, 2 200 kg de tusa, 1 925 kg de fibra y 520

kg de cuesco, un gran porcentaje de la masa inicial total [12]. Uno de los productos

generados en la extracción de aceite corresponde a la torta de palmiste, resultado de la

almendra del fruto, que se destina como complemento alimenticio del ganado

principalmente, adicionalmente se ha incursionado en la comercialización de polen asociado

a la producción de racimos de calidad, Indupalma ofrece los dos productos mencionados

para Colombia.



24

Adicionalmente a los residuos se están destinando los desechos en la generación de biogás

junto con fertilizante resultado del primer proceso, Biotec es una empresa Belga que se

especializa en éste campo para la producción de energía.

En el caso Colombiano para finales de la década de los ochenta la producción de palma

rebaso el consumo local, la conformación del mercado de manera más formal surge para el

territorio con la creación de ACEPALMA S.A, entidad que unió los esfuerzos del gremio para

la comercialización.

Posteriormente se crea el FEP (Fondo de estabilización de precios para el palmiste, el aceite

de palma y sus fracciones), que es el encargado de estabilizar los ingresos de los

productores, la creación de instituciones como las anteriores llevo a Colombia en el año de

1995 a diversificar el mercado y a incrementar las exportaciones en un 900%.

A continuación se muestra la evolución en la producción del fruto de palma para el periodo

1992-2010:

Fig 3: Producción de Fruto de Palma de Aceite en Colombia 1992-2010[13]

Dentro del ámbito mundial la situación del país se presenta a continuación:



25

Fig 4: Producción de los 5 países líderes, 1992-2010 [14]

De la gráfica se puede inferir el papel que cumple el país en la perspectiva mundial y como se

mencionó en párrafos anteriores, gran parte del material procesado se desecha sin darle

utilidad alternativa en el campo energético.

El mercado de los pellets global se encuentran países como: Dinamarca, Suecia, Austria,

Alemania, como focos de su comercio. Las ventas en años recientes anualmente han tenido

incrementos de entre un 30 a 50% hecho que se relaciona con el incremento del precio del

petróleo, el incremento del valor del combustible fósil permitió en los años setenta el

surgimiento de ésta alternativa energética sin embargo la disminución del precio del

petróleo la dejó por fuera del mercado por un lapso de 20 años, en la actualidad el país

anglosajón ha reactivado y aumentado su producción por la misma razón que en los

setentas dio origen a este biocombustible.

La dinámica mundial concerniente a la comercialización de pellets se muestra en [15].



26

Fig 5: Dinámica mundial de la producción y comercialización de pellets [15]

En la actualidad Suecia se ubica como el país con mayor demanda mundial, en gran parte se

debe a su alta tasa sobre los combustibles fósiles, sin embargo el valor de los pellets

experimenta costos más altos que los tenidos en Europa central sin embargo están por

debajo del valor de los derivados del petróleo en un 50% lo que sigue resultando

relativamente económico [16].

Dado el boom que se está experimentando con los pellets se han generado calderas que se

alimentan de este biocombustible sólido, en su mayoría austriacas, su implementación está

respaldada por el estado otorgando subvenciones a las familias y empresas que las

implementen dada la problemática de las emisiones nocivas que se generan por la

implementación de los combustibles derivados del petróleo.

Colombia no aparece entre los países importadores ni exportadores de pellets, situación que

puede cambiarse con la producción combustibles sólidos a partir de la biomasa generada por

el cultivo de la palma de aceite.



27

Normatividad

Dado el incremento de manera exponencial en el consumo de pellets, se hizo necesario su

disposición de la forma más homogénea posible, el primer país en emitir una norma fue

Suecia en el año de 1994 donde se especificaban características en lo concerniente a:

Forma.

Tamaño.

Densidad.

Propiedades energéticas.

Composición química.

Pero dado que la caracterización de la biomasa se realizó con procedimientos utilizados para

el análisis de minerales como el carbón, los resultados obtenidos no tenían un respaldo

confiable.

La normalización puede variar entre las diferentes entidades normativas a continuación se

presenta en la tabla comparativa:

Propiedades Austria Suecia DIN 51731

Diámetro [mm] 4-10 <25mm 4-10

Longitud [mm] <5*D <4*D <5*D

Densidad [kg/m^3] >600 >600 1000

Humedad [% masa] <10 <10 <12%

Durabilidad 0.9 0.8 --------

Cenizas <0.5% <0.7% <1.5%

Poder calorífico >18 >16.9 17.5-19.5



28

Azufre <0.04% <0.08% <0.08

Nitrógeno <0.3% No especifica <0.3%

Cloro <0.02% <0.03% <0.03%

Aditivos <2% Indicar --------

Tabla 4: Parámetros de calidad de pellets de biomasa [20].

Posterior a la emisión de la primera norma se crea el CEN, Comité Europeo de

Estandarización, que estandariza procesos y equipos con el objetivo de determinar los

parámetros de calidad de los biocombustibles sólidos.

Norma Descripción General

BS EN 14774-

1:2009

Solid biofuels - Determination of moisture content - Oven dry method.

Total moisture: Reference method.

BS EN 14774-

2:2009


Total moisture: Simplified method.

BS EN 14774-

3:2009


Moisture in general analysis sample.

BS EN

14775:2009

Solid biofuels - Determination of ash content.

BS EN

14918:2009

Solid biofuels - Determination of calorific value.

BS EN 14961-

1:2010

Solid biofuels - Fuel specifications and classes - Part 1: General

requirements.

BS EN

15103:2009

Solid biofuels - Determination of bulk density.

BS EN

15148:2009

Solid biofuels - Determination of the content of volatile matter.

BS EN 15210- Solid biofuels - Determination of mechanical durability of pellets and



29

1:2009 briquettes. Pellets.

CEN/TS

14588:2004

Solid biofuels - Terminology, definitions and descriptions.

CEN/TS 14778-

1:2005

Solid biofuels - Sampling - Part 1: Methods for sampling.

CEN/TS 14778-

2:2005

Solid biofuels - Sampling - Part 2: Methods for sampling particulate

material transported in lorries.

CEN/TS

14779:2005

Solid biofuels - Sampling - Methods for preparing sampling plans and

sampling certificates.

CEN/TS

14780:2005

Solid biofuels - Methods for sample preparation.

CEN/TS

15104:2005

Solid biofuels - Determination of total content of carbon, hydrogen and

nitrogen - Instrumental methods.

CEN/TS

15105:2005

Solid biofuels - Methods for determination of the water soluble

content of chloride, sodium and potassium.

CEN/TS 15149-

1:2006

Solid biofuels - Methods for the determination of particle size

distribution - Part 1: Oscillating screen method using sieve apertures of

3.15 mm and above.

CEN/TS 15149-

2:2006


distribution - Part 2: Vibrating screen method using sieve apertures of

3.15 mm and below.

CEN/TS 15149-

3:2006


distribution - Part 3: Rotary screen method.

CEN/TS

15150:2005

Solid biofuels - Methods for the determination of particle density.

CEN/TS 15210-

2:2005

Solid biofuels - Determination of mechanical durability of pellets and

briquettes. Part 2: Briquettes.

CEN/TS

15234:2006

Solid biofuels - Fuel quality assurance.



30

CEN/TS

15289:2006

Solid biofuels - Determination of total content of sulphur and chlorine.

CEN/TS

15290:2006

Solid biofuels - Determination of major elements.

CEN/TS

15296:2006

Solid biofuels - Calculation of analyses to different bases.

CEN/TS

15297:2006

Solid biofuels - Determination of minor elements.

CEN/TS 15370-

1:2006

Solid biofuels - Method for the determination of ash melting behavior -

Part 1: Characteristic temperatures method.

Tabla 5: Estandarización CEN y BN EN para biocombustibles sólidos [21].

A continuación se da como ejemplo una breve descripción de algunas de las normas listadas

anteriormente:

BS EN 14774-1:2009

Esta norma describe el método para determinar la humedad presente en una muestra de

biocombustible sólido secado en un horno y debe utilizarse cuando una alta precisión en la

medición humedad es necesaria, el método que se descrito en este documento es aplicable a

todos los biocombustibles sólidos.

BS EN 14775:2009

Determina todos los métodos utilizados para medir las cenizas en los biocombustibles

sólidos, métodos de combustión y análisis gravimétrico.



31

CEN TS 1461:2005

Solid Biofuels –Fuel specifications and classes [22].

Fig 6: Solid Biofuels –Fuel specifications and classes CEN TS 1461:2005



32

3. Definición De La Necesidad

A nivel Mundial se ha visto la necesidad de optar por fuentes de energía renovables debido a

la disminución de otras energías por el consumo excesivo de hidrocarburos, por lo cual una

de las mejores opciones es la energía producida a partir de biomasa ya que contribuye con el

medio ambiente y ofrece una buena alternativa para reemplazar ciertos combustibles

derivados del petróleo.

Actualmente Colombia se proyecta como uno de los principales productores de palma a nivel

mundial, por lo que el cultivo de esta planta se ha incrementado drásticamente en algunas

regiones del país, principalmente en los llanos orientales, el Magdalena medio y la región de

Urabá. Esto ha conducido al aumento significativo de los residuos obtenidos en el proceso

de extracción del aceite (tusa, cuesco y fibra), por lo que se han presentado dificultades en el

manejo y disposición de los mismos.

Debido a esta situación se requiere dar un manejo adecuado a los residuos del

procesamiento de la Palma, por lo que se ha propuesto obtener energía térmica a partir de

éstos. Se han realizado estudios sobre la generación de pellets de biomasa a partir de

mezclas de cuesco, fibra de palma y tusa, pero se encontró que la inclusión de tusa no era

benéfica en las propiedades mecánicas del pellet.

Sin embargo se ha realizado investigaciones previas que han demostrado que inclusiones de

cuesco y fibra hacen factible la generación de pellets, por lo tanto la necesidad es hallar la

mezcla adecuada de fibra y cuesco con adición de aglomerante que permitan obtener las

mejores propiedades térmicas y mecánicas en los pellets.

Planteamiento del problema y subproblemas de diseño

Problema Principal

Producir Pellets buscando la mezcla ideal a partir de fibra y cuesco de palma, definiendo las

cantidades y proporciones de cada elemento para así lograr la mejor compactación,



33

durabilidad, propiedades mecánicas, poder calorífico en los pellets y facilidad de

combustión.

Subproblemas

A continuación se plantearán los subproblemas en forma de contradicciones de ingeniería,

resaltando las principales propiedades requeridas para el adecuado desarrollo del proyecto.

Qué proporción de aglomerante debe usarse en el momento de la fabricación de los

Pellets.

Qué porcentaje de cuesco de palma debe utilizarse en la producción de Pellets para

aumentar el poder calorífico de la mezcla, de modo que no se necesite aumentar la

cantidad de aglomerante.

Obtener una buena capacidad calorífica de modo que las proporciones de fibra y de

cuesco a utilizar no disminuyan otras propiedades como son la densidad,

compactación y durabilidad del pellet.

Cuanto debe ser el valor de comercialización de los pellets de forma que sea un

negocio rentable y competitivo en el mercado, teniendo en cuenta el precio de la

competencia, el costo de la obtención y transporte de la materia prima (fibra, cuesco

y melaza), y el proceso de producción de los pellets y su posterior comercialización.

Qué porcentaje de humedad es más favorable en la generación del pellet de modo

que no se pierdan propiedades importantes como lo son la durabilidad y la densidad.

Que tanta humedad debe tener un pellets para que conserve sus dimensiones

después del proceso de peletizado.

Determinar qué porcentaje de aglomerante nos permite obtener la mejor eficiencia

de combustión.



34

Analizar si el tamaño de grano del cuesco requerido por el cliente, influye en la

generación de grietas y poros superficiales en el pellet.

Como mantener la temperatura de precalentamiento constante de modo que no se

queme la fibra y se obtenga aglomerante natural (lignina) contenido en la materia

prima.

4. Estudio Preliminar de factibilidad y

presupuesto inicial estimado

El Mercado de los biocombustibles presenta cambios repentinos asociado a políticas y a

interrupciones del mercado, contrastando con los combustibles sólidos que no tienen un

apogeo como los primeros, sin embargo son los llamados a convertirse en un sector fuerte,

aunque en la actualidad el mercado es bastante joven y volátil influenciado principalmente

por políticas y factores externos al mercado, como los precios del petróleo.

A continuación se presenta la producción de biomasa mundial donde podemos ubicar los

residuos de la palma que en Suramérica no son aprovechados en su totalidad.



35

Fig 7. Comercialización de biomasa superior a 900ktoneladas.

Los mayores productores a nivel individual son estados unidos, Canadá, Alemania, Suecia y

Rusia. En la última década el principal importador a la unión Europea consumiendo las dos

terceras partes de la producción mundial, países como Austria implementan en

construcciones recientes asociadas a vivienda , sistemas de calefacción de pellets

considerando que de 1000 galones de combustible que se destinan a calefacción en una

temporada su precio equivale US $4.000, en tanto que la cantidad equivalente en pellets

que asciende a 8 toneladas posee un valor de US $2.000 lo que deriva en una reducción de

costos de energía a la mitad con el uso de biocombustible sólidos.

En la actualidad la producción mundial de pellets se encuentra distribuida de la manera

mostrada en la figura #.



36

Fig8: Producción mundial estimada de pellets 2000-2010 expresada en Ktoneladas.

La producción se ha incrementado 10 veces desde el año 2000 impulsado en su mayoría por

la unión europea y sus políticas energéticas, las pautas de producción y de importación se

han establecido por los mercados de consumo respectivos, la utilización de los pellets se ha

destinado principalmente a la calefacción residencial (Italia, Alemania, Austria) y en segundo

lugar se ubica la calefacción urbana (Suecia, Dinamarca)también implementándose en la

producción de energía a gran escala en países como Bélgica, Países bajos y el Reino unido.

Analizando el mercado americano tratando de identificar un cliente potencial que tenga un

mercado más establecido que los suramericanos se encuentra que Estados Unidos a pesar de

ser uno de los principales productores a nivel mundial deja un margen abierto a la

importación. Sin embargo en su gran mayoría esta brecha es suplida por la industria

canadiense que presenta los mayores volúmenes de exportación de todos los países.

El comportamiento del mercado europeo censado desde el 2000 muestra su

comportamiento hasta el 2010 y presenta las beneficiosas características que se tienen en

éste mercado, países como Suecia, Dinamarca, Alemania o Italia presentan un mercado

donde consumo es mucho mayor que su producción la inclusión de calderas alimentadas



37

por pellets por parte de Austria en Alemania y países vecinos provee garantías de una plaza

comercial estable en continua propagación.

A continuación se muestra el comportamiento del mercado europeo desde el año 2000

hasta 2010 y su tendencia a una mayor implementación de pellets en el futuro.

Fig9: Comercialización de pellets UE en Mtoneladas.

Canadá domino en la última década la exportación de pellets hacia Europa, aunque en la

actualidad las plantas en estados unidos han tomado ventaja con respecto de las primeras

dado su escala, su locación con respecto del principal mercado de exportación y a los

subsidios por hasta US $45 por tonelada de pellets producida.

Además de la UE otros nichos de comercio de éste tipo de biocombustible sólido empiezan a

establecerse y adquirir importancia tal es el caso de Japón y corea del sur que utilizan éste

tipo de combustible en aplicaciones industriales y producción de energía, se estima que su

mercado tendrá un comportamiento similar al experimentado por la unión europea, en el

2007 las importaciones ascendieron a 20Ktoneldads para el 2010 se tuvo un total de

80Ktoneladas y en periodo 2010-2011 Mitsui (Consorcio comercial japonés) importó

400ktoneladas para la venta de energía en Japón.

La producción de pellets en América del sur se limita a países como chile, Brasil y argentina

que hicieron sus inversiones basados en el incremento del precio en ésta época, sin embrago



38

los precios se estabilizaron y continuaron a la baja hecho que desemboco en un

estancamiento del sector.

En una perspectiva general américa del sur no es un proveedor de pellets a pesar de su gran

potencial técnico (materia prima).

Según datos publicados por la firma FOEX, quién publica mensualmente los índices de

precios de astilla y pellets industrial, se estima que de las 12 millones de toneladas que se

producen en la actualidad para el año 2020 se tendrá una cantidad estimada de 50 millones

producidos mayoritariamente por EEUU y países del hemisferio sur, los mercados con mayor

demanda serán EEUU, China y Japón dejando en segundo plano a los países europeos.

En el panorama actual los pellets cae en desventaja con respecto al precio del carbón en el

uso eléctrico, el precio de una tonelada de pellets asciende a 200 euros contrastando con el

carbón que tiene un valor de 71.7 euros, ámbito a mejorar en el futuro.

Finalmente se puede ver que tanto la cantidad de biomasa es un factor a favor para el país

como el mercado internacional y la tendencia de la demanda futura, la tecnificación del

proceso en el país es precaria y la implementación a escala productiva involucra un gasto

considerable en términos de tecnología, transporte y separación de componentes, éstos

aspectos pueden ser mejor detallados en un estudio más exhaustivo que queda fuera de los

alcances de éste trabajo.

Presupuesto Inicial Estimado

No Insumo Cantidad Valor [$] Total [$]

1 Cuesco 10 1000 10000

2 Fibra 15 500 7500

3 Melasa 5 530 2650

Total [$] 20150

Materias Primas

No Insumo Cantidad Valor [$] Total[$]

1 Uso peletizadora 500000 500000

2 Molino de Café 1 80000 80000

3 Tamizadora 1 5000 5000

4 Bolsas 81 500 40500

5 Frascos 81 700 56700

Total [$] 682200

Implementos



39

No Insumo Cantidad Valor[$] Total[$]

1 Determinación Humedad 1 50000 50000

2 Termogravimetría 1 80000 80000

Total [$] 130000

Pruebas de laboratorio


1 Separación fibra larga 1 10000 10000

2 Tamizado cuesco 1 15000 15000

Total [$] 25000

Preparación Material


1 Hora Ingeniero 200 20000 4000000

Total [$] 4000000

Trabajo de Ingeniería

4857350Gastos Totales [$] Tabla 6: Presupuesto estimado del proyecto

5. Requerimientos del cliente

Nuestros principales clientes son los ingenieros Nelson Arzola De La Peña y la ingeniera Sonia

Lucia Rincón Pratt pertenecientes a los grupos de investigación OPTIMUN Y BIOT de la

facultad de ingeniería de la Universidad Nacional De Colombia. En entrevista personal con el

ingeniero Arzola nos indicó los principales requisitos que se necesitan ser suplidos en la

producción de pellets, los cuales son los siguientes:

Excelente compactación para que pueda garantizarse la integridad del pellet tanto

en el embalaje, transporte y utilización del mismo.

Que las dimensiones del pellet se encuentren estandarizadas por las normas

existentes



40

Facilidad de embalaje, buscar el empaque adecuado que garantice facilidad de

manejo, almacenamiento, distribución y transporte.

Que exista alto grado de homogeneidad de la mezcla de cuesco y fibra en cada pellet.

Ausencia de grietas y poros superficiales que sean precursores de rupturas o

desmoronamiento de los componentes peletizados.

Utilización de melaza como agente aglomerante.

Buen aspecto

Facilidad de manipulación.

Alta densidad

Bajo costo

Alto poder calorífico

Facilidad de producción

Facilidad de almacenamiento

6. Estudio de la Competencia y

productos similares

Actualmente Colombia no cuenta con productores de pellets que suplan la industria

nacional ni internacional, tampoco cuenta con importaciones de este tipo de producto. Por

lo tanto es necesario realizar investigaciones de empresas internacionales que se dedican al

tema, la mayoría de ellas son empresas españolas y portuguesas; a continuación se dará una

breve descripción de cada una de ellas:



41

RENOVABLES BIOCARZOLA S.L.

Fig 10: Renovables Biocarzola [23]

Mision

El proyecto trata de valorizar un residuo proveniente de las laborales agrícolas del olivar

como es la poda del olivo. Todos estos restos forestales, suponen actualmente un problema

de eliminación, bien sea su quema indiscriminada, su picado y su reparto esparcido por el

campo agrícola o forestal. Mediante su transformación en pellets de biomasa resultará un

producto útil para ser usado como combustible alternativo a los procedentes de recursos

fósiles del petróleo o gas natural, en aplicaciones térmicas, tanto a nivel doméstico, como

industrial terciario.

Descripción del producto

Pellet de biomasa de pino procedente de los trabajos forestales de la Sierra de Cazorla,

Segura y Las Villas. 3,50 €/Saco de 15 kg.

El producto final obtenido será un pellet o gránulo de dimensión variable entre 6 y 18 mm

máximo que será manipulado y expedido a granel. Renovables Biocazorla S.L. con la

experiencia adquirida por sus promotores, ha trazado una línea estratégica a seguir para una

correcta recogida, procesado y distribución de producto resultante, obteniendo así, una

valorización energética.



42

El peso específico del pellet a granel es de aproximadamente 6-700 kg/m³, mucho más alto

que el de otros combustibles no prensados de madera (astillas). El poder calorífico alcanza

las 4.200 kcal/kg, con una densidad energética de 3000 – 3.400 KWh/m³.

AMATEX S.A.

Fig11: Empresa Amatex [24]

Cuenta en sus instalaciones de Cabrejas del Pinar (Soria) con una planta de fabricación de

pellets de 4000 m², gracias a sus tres peletizadoras obtiene una producción anual de 30000

T. AMATEX con su actividad tradicional de mecanización y cepillado de madera abastece a la

planta de peletización en más de la mitad de su producción. Este hecho junto con la cercanía

de la mayor concentración de serrerías y carpinterías de España, nos garantiza el

abastecimiento de un material de pino homogéneo, de alta calidad y con certificación de

custodia de cadena de gestión forestal sostenible PEFC. Disponemos de un Stock

permanente de 2000 T de pellet producido y 3000 T de Materia Prima.

El proceso de peletización efectúa un trabajo de compresión en el producto de forma

continua, reduciendo el volumen de la materia de 3 a 5 veces. En el proceso se comprime la

materia y se transforma en un pellet solido de 6 a 8 mm de diámetro y unos 20 mm de

longitud a una temperatura de unos 80°C.Este proceso les da una apariencia brillante como

si estuviesen barnizados.



43

Considerando una calidad de pellet media, con un poder calorífico cercano a los 4300

Kcal/Kg, puede establecerse que de 2 a 2,2 Kg de pellet equivalen energéticamente a un litro

de gasóleo y a un metro cubico de gas natural.

AMATEX S.A. como empresa que se adapta al mercado y a todo tipo de clientes, comercializa

pellet de madera en diferentes calidades y formatos:

Premium: Pellet de alta calidad y uso para estufas y calderas. Se comercializa en los

tres formatos de presentación: Sacos 15 Kg, Big Bags de 1150 Kg y Granel.

Industrial: Pellet de baja calidad y uso exclusivo para calderas industriales de

determinadas características. Se comercializa únicamente a Granel y Big bag.

Comforta: Pellet de uso exclusivo para camas de Caballos.

Los datos característicos de los pellets son los siguientes:

Humedad: 7,3 %

Durabilidad: 97,4 %

Densidad: 650 kg/m3

Cenizas: 0,7 %

Poder Calorífico: 4,71 Mcal/Kg

PRECIO

Palé de Pellets de madera Premium compuesto por 75 sacos de 15kg cada uno. En total

1125Kg=235,10 €

Big Bag de Pellets de madera Premium de 1050kg = 200,60 €.

PELLETS ASTURIAS



44

Fig 12: Pellets Asturias [25]

La materia prima es madera natural procedente de subproducto (serrines, astillas y leñas

descortezadas) de la industria de la 1ª transformación de la madera, aunque a veces se

pueden emplear directamente apeas de monte previamente descortezadas.

Luego se tritura y seca de manera forzada mediante un secado de banda a baja temperatura,

para respetar al máximo la naturaleza de la madera. Para finalizar, se prensa confiriéndoles

la forma cilíndrica característica.

Tienen un diámetro de 6 mm y un largo variable (entorno a 3 cm). Para el prensado no se

utilizan aditivos y la propia lignina de la madera hace de unión y le confiere el aspecto

brillante exterior característico. El resultado final es material muy denso y con un contenido

en humedad muy bajo.

Características

Materia prima: Madera natural 100%, procedente de cortas y subproductos de la 1ª

transformación (astillas, serrín, virutas, leñas, etc.)\

Diámetro de 6 mm

Densidad, 650-700 kg/m3

P.C.I. > 18 MJ/kg

Cenizas < 0,5%



45

Humedad < 10%

Abrasión < 2,3%

Fácil manipulación con sacos de doble asa

ENERPELLETS

Fig 13: Enerpellets [26]

Fundada en 2007 y con una capacidad de producción anual de 170,000 toneladas de pellets

de madera. 90% de nuestra producción se exporta a Benelux y Escandinavia. La mayor parte

de las exportaciones se realiza a través del puerto de Aveiro moderno situado en el Océano

Atlántico, el mayor puerto para cargas a granel en la zona central de Portugal.

ENERPELLETS produce pellets de madera de especies arbóreas locales como el pino (Pinus-

Pinaster). Son capaces de registros de proceso, virutas de madera y serrín o incluso una

combinación de estos.

ENERPELLETS se ha comprometido a producir un producto de alta calidad y ha seleccionado

cuidadosamente los equipos instalados.

Al principio, la planta producirá principalmente madera Clase gránulos 2, para su uso en

plantas de energía. Sin embargo, también producen madera pellets de Clase 1 para el uso

doméstico.



46

BIOTERNA

Fig 14: BIOTERNA[27]

Una empresa que fusiona la tecnología de última generación, la innovación y el respeto al

medio ambiente para desarrollar la implantación de un nuevo modelo energético limpio y

renovable basado en la biomasa de madera.

En la actualidad Bioterna cuenta con unas completas instalaciones de más de 4.000 m2 y con

una capacidad de producción de hasta 30.000 T anual, suficiente para abastecer a unos

10.800 hogares de agua caliente y calefacción. Unas cifras que le sitúan a la cabeza del sector

y que le están permitiendo abrir sus productos a distintos mercados europeos como Italia,

Francia, Alemania, Dinamarca o Suecia, entre otros. El uso de pellets de Bioterna, fabricados

con madera local procedente de explotaciones forestales controladas por las instituciones,

permite el desarrollo del ámbito rural y garantiza la sostenibilidad de nuestros bosques.

Además, el pellet de madera se puede emplear como combustible sustitutivo del gasóleo,

del gas propano, del gas natural, del carbón, etc, de manera que es una fuente de energía

idónea para uso doméstico (estufas y calderas)



47

Pellets Domésticos:

Fabricado con virutas y serrines de madera de haya, pino y roble.

Proviene de industria de transformación de la madera.

Es madera pura sin ningún tipo de impureza.

Formatos:

SACOS DE 15 KG (3 €): Ideal para pequeñas estufas domésticas.

BIG-BAGS: Bolsas de 600 (120 €) ó 1000 kg. (200 €)

GRANEL: Servido en nuestras instalaciones o en las instalaciones del cliente mediante

camión neumático.

Pellet Industrial:

Fabricado con madera de pino.

Proviene de una cuidadosa selección de reciclado de pellets de madera.

No contiene aglomerado, DMs, colas ni barnices.

Formatos:

GRANEL: Servido en nuestras instalaciones o en las instalaciones del cliente mediante

camión neumático.

BIG-BAGS: Bolsas de 600 (120 €) ó 1000 kg. (200 €)

ECOFOGO

Fig 15: ECOFOGO[28]



48

Los pellets de madera tienen una forma cilíndrica de 6mm de diámetro y 10 a 40 mm de

longitud. Debido a su consistencia, características y suministro a la caldera o estufa, su

combustión es más eficiente que la leña. Pueden ser utilizados en estufas, calderas,

quemadoras o cualquier otro equipo especialmente adaptado para la utilización de pellets.

Formatos de Venta:

Palet de 40 sacos (600 Kg): 157,17 €

Big bag de un metro cubico (1000 Kg): 241 €

Palet de 80 sacos (1200 Kg): 297,36 €

A granel: 212 €

7. Lista de especificaciones de

ingeniería

Según lo narrado por el cliente y aplicando el método de despliegue de función de calidad

se necesita describir las especificaciones de ingeniera.

Longitud y diámetro del pellet:

Las dimensiones de longitud y diámetro están directamente relacionadas con el agujero del

dado que está en la peletizadora y la carrera de la prensa, Debido a esto tenemos un

diámetro de pellet dado por la máquina de 6,1-6,2 mm y una longitud de 15-25 mm.

Humedad

El control de la humedad es un factor importante en la producción de pellets debido a que

está directamente relacionado con el tiempo de vida útil y el grado de compactación,



49

trabajos anteriores han demostrado que los rangos de humedad entre {12%-18%} son

apropiados para producir pellets. Para diseño experimento se decidió utilizar valores de

humedad de 12,14 y 18% respectivamente.[28]

Longitud de la fibra

Por investigaciones anteriores se ha demostrado que las longitudes largas de fibra no

favorecen la producción de pellets cuando se combina con cuesco [28]. Por lo tanto se ha

decidido utilizar valores de longitud de fibra máximo de 10mm en la producción de los

pellets.

Tamaño de grano del cuesco

Por requerimientos del cliente se necesita utilizar cuesco de 570 µm, esto se hace por

conveniencia ya que el proceso de triturado o molido necesita mucha energía y maquinaria

especial por la dureza misma del cuesco, lo cual hace más difícil y costoso la obtención de

cada pellet.

Temperatura de precalentamiento

La temperatura de precalentamiento es adecuada para activar el aglomerante natural o la

lignina, se precalienta la mezcla de 75°C de modo que no se alcance la temperatura de

ebullición del agua y se pierda la humedad contenida en la materia prima.

Temperatura de fabricación

Se lleva la camisa de la peletizadora a una temperatura 80-85°C y se controla con

termocupla. Esto es deseable ya que altas temperatura se mejora la compactación en el

proceso de peletizado.

Presión de compactación



50

Por requerimiento del cliente la mejor presión de compactación es de 100MPa. Es un factor

que se mantendrá constante en cada corrida de peletizado.

Porcentaje de aglutinante

El porcentaje de aglutinante o la melaza se mantendrá de 4 al 12% el valor ideal es objetivo

para la investigación.

Fracción másica de cuesco

Aunque los valores ideales de fracción másica de cuesco se encuentran de 50/50 Con la

fibra según trabajos anteriores [28]. El objetivo del trabajo es investigar las variaciones de

fracciones másicas de 40%,50% y 60% y el comportamiento de las propiedades en cada una

de estas condiciones.

Potencia de la peletizadora

No se tienen hasta el momento datos explícitos de la potencia de peletizado, porque eso

depende de la cantidad de materia prima, los porcentajes de aglutinante y las fracciones de

masa de cuesco y fibra, lo ideal es que este valor sea lo menor posible porque de esa

manera se reducen los costos y el consumo de energía.

Resistencia al impacto

La resistencia al impacto básicamente se mide con el índice de durabilidad, es una medida

cualitativa que indica el peso de antes y después de someter el pellet a situación de

movimiento rotacional durante determinado tiempo. Esta prueba se encuentra

estandarizada y es un objetivo del presente proyecto. Lo ideal es que el índice de

durabilidad se encuentre cercano a 1.

Poder calorífico



51

El poder calorífico es la cantidad de energía que contiene cierto elemento por unidad de

masa, en esta investigación se desea que este valor sea lo más alto posible gracias al

control de las fracciones de fibra/cuesco y el control del porcentaje de aglutinante.

Porosidad

La porosidad es la cantidad de discontinuidades que se presentan en la superficie, y el

objetivo del trabajo es determinar la influencia de las fracciones de cuesco/fibra y

porcentaje de aglutinante. El análisis de porosidad la realizaremos por inspección visual

únicamente y sería provechoso encontrar valores de porosidad cercanos a cero.

Eficiencia térmica

La eficiencia de térmica es la energía real producida por el pellet sobre la energía máxima

que puede producir el mismo, este factor se medirá mediante termogravimetria y se tendrá

en cuenta para los cálculos el calor adicionado para generar la combustión que variara

según las fracciones de cuesco/fibra y el porcentaje de aglutinante. Sería ideal encontrar

valores de eficiencia térmica cercanos a 1.

8. Despliegue de función de calidad

Teniendo en cuenta los requerimientos del cliente y la lista de especificaciones de ingeniera

se realizó el estudio de función de calidad para la producción de pellets con mezcla de fibra

de cuesco de palma, en los anexos se encuentra la hoja que contiene los resultados de

utilizar el método QFD.



52

Resultados de aplicar el método de despliegue de

función de calidad

Importancia de los requerimientos del cliente

Teniendo en cuenta lo narrado por el cliente se realizó un análisis con lluvia de ideas

donde se valoró cada requerimiento según su importancia para el desarrollo del

proyecto aplicando el método QFD, los valores obtenidos se mostraran a

continuación:

Fig 16: Importancia de los requerimientos del cliente



53

Teniendo en cuenta la gráfica anterior se puede observar que los requerimientos que poseen

mayor peso son la capacidad de compactación y la capacidad de almacenar energía

principalmente, sin embargo hay factores que pueden ser importantes como la densidad el

precio y el alto índice de durabilidad. Por lo tanto el proyecto tiene la finalidad principal de

solucionar estos problemas manejando las variables que entran a jugar en la fase

experimental dadas por el cliente.

Fig. 17: Matriz de Correlación

Como se observa en la figura anterior, se resaltan aquellos requerimientos del cliente que

tienen mayor relación o las relaciones más fuertes con las especificaciones de Ingeniería.



54

Como primer requerimiento tenemos una buena Compactación, que posee relaciones

fuertes con varias de las especificaciones de ingeniería y se puede observar en la

ponderación que es el requerimiento más importante a tener en cuenta en la fase de

generación del Pellet. De igual forma se encuentran una Buena densidad y una buena

Estabilidad Dimensional como requerimientos importantes para el desarrollo del proyecto.

Fig. 18: Atributos de Diseño, Puntuación y Valores Objetivo

Se observa que los ítems de mayor relevancia se encuentran el poder controlar la

humedad en los rangos establecidos, los valores de aglutinante y las fracciones de

cuesco dentro de la matriz de fibra. Estos parámetros son de gran importancia a la

hora de fabricar los pellets pero también sin descartar cuestiones dimensionales del

pellet la fibra y el cuesco, se pueden descartar parámetros invariantes como la

temperatura de fabricación y la eficiencia de combustión.



55

Fig19: Benchmarks de la Competencia

Como se puede observar la gráfica anterior de las empresas analizadas nuestra mayor

competencia por requerimientos es la empresa Bioterna ya que cuenta con alta calidad en la

producción de pellets. Este análisis se realizó teniendo en cuenta que todas las compañías

productoras de pellets son internacionales y no existe competencia nacional, y tampoco

ninguna de ellas produce pellets con materia prima con base a los residuos de palma de

aceite africana.



56

9. Método de resolución Inventiva de

problemas

Actualmente se tiene a disposición una maquina peletizadora que se encuentra en el laboratorio de

transferencia de calor de la Universidad Nacional De Colombia, con la cual se van a desarrollar la fase

experimental de producción de los pellets del proyecto. la maquina se va a manejar siguiendo los

siguientes parámetros.

Presión de la prensa 100Mpa.

Tamaño del grano de cuesco 570 μm

Diámetro del pellet 6.1-6.2 mm

Carrera máxima de 223 mm

Temperatura de fabricación 80-85 °C

Teniendo en cuenta estos parámetros de operación constantes podemos encontrar algunas

variables físicas que entran en conflicto, las cuales son:

Existe un problema entre la cantidad de humedad presente en el material y la

eficiencia de la combustión.

Existe un problema de compromiso entre la presión de compactación y la generación

de poros en el pellet.

Existe un problema de compromiso entre la cantidad de aglutinante utilizado y la

eficiencia de combustión.

Existe un problema de compromiso entre la masa de cuesco y la porosidad.

Existe un problema entre la fracción másica de cuesco y el poder calorífico.

Existe un problema entre el tamaño y el diámetro del pellet y la potencia de la

peletizadora.



57

Existe un problema de compromiso entre el tamaño de grano del cuesco y la

porosidad del pellet

Por lo tanto la identificación de las variables que entran en conflicto son las siguientes:

Cantidad de humedad-eficiencia de combustión

Presión-porosidad

densidad-eficiencia de combustión

Masa de aglutinante-porosidad

Masa cuesco-poder calorífico

Dimensiones-potencia

Tamaño-porosidad



58

CAPITULO II

10. Identificación de las funciones necesarias

Para identificar las funciones necesarias del proyecto es conveniente desarrollar un análisis

de los requerimientos del cliente previamente analizados en la función anterior, por lo cual

es

necesario retomar algunos de los ítems más importantes de esta sección.

Requerimientos del cliente

Excelente compactación para que pueda garantizarse la integridad del pellet tanto

en el embalaje, transporte y utilización del mismo.

Que las dimensiones del pellet se encuentren estandarizadas por las normas

existentes

Facilidad de embalaje, buscar el empaque adecuado que garantice facilidad de

manejo, almacenamiento, distribución y transporte.

Que exista alto grado de homogeneidad de la mezcla de cuesco y fibra en cada pellet.

Ausencia de grietas y poros superficiales que sean precursores de rupturas o

desmoronamiento de los componentes peletizados.

Utilización de melaza como agente aglomerante.

Buen aspecto



59

Facilidad de manipulación.

Alta densidad

Bajo costo

Alto poder calorífico

Facilidad de producción

Facilidad de almacenamiento

11. Análisis funcional (diagrama de caja gris y caja negra)

Modelo de caja negra

Para realizar un análisis funcional es necesario realizar un modelo de caja negra y modelo de

caja gris, el primero identifica las funciones que definen lo que se debe obtener y cuáles son

las entradas y salidas de dicho proceso.

Diagrama de caja negra

BIOMASA

ENERGÍA

ENERGÍA OPERARIO

RESIDUOS

PELLETS

ENERGÍA

Fig 20: Modelo de caja negra



60

Modelo de caja gris

Para el modelo de caja gris es necesario realiza un análisis subfuncional de cada una de las

acciones implicadas en el proceso de producción de pellets. Posteriormente se construye un

diagrama progresivo de dichas acciones, este diagrama tiene las mismas entradas y salidas

del diagrama de caja negra, pero internamente contiene la descripción detallada del proceso

desde la entrada hasta la salida de cada corrida.

Separación de cuesco y fibra

Procesamiento Caracterización Mezcla

Energía térmica Energía mecánica

Pruebas físicasSuministro mezcla Compactación DesmontajeExpulsión de

pelletsPruebas químicas

Limpieza

Preparación

BIOMASA

ENERGÍA

ENERGÍA OPERARIO

RESIDUOS

PELLETS

CALOR

Fig. 21: diagrama de caja gris



61

Diagrama de funciones del proceso

Para el diagrama de funciones del proceso nos fue necesario realizar dos

descomposiciones funcionales, el primer está enfocado al proceso de generación de pellets

mientras que el segundo se orienta a las propiedades que deberá tener el pellet.

Fig. 22: diagrama funcional del proceso de generación de pellets



62

A continuación se presentara el árbol de funciones del producto:

Fig. 23: diagrama funcional del producto.

12. Generación de conceptos y

búsqueda externa.

En la generación de conceptos se definen dos áreas principales de desarrollo y búsqueda

externa. En primer lugar se generan conceptos a partir de la función principal como es el

proceso de peletizado, y se realiza una segunda etapa de generación de conceptos a partir

de las variables a medir, para ello se describirán a continuación los conceptos

actualmente desarrollado en el área de peletizado y tipos de medición.



63

Conceptos para el proceso de peletizado

Las pelletizadoras son las máquinas encargadas de realizar la conformación de pellets a

partir de la materia prima previamente preparada, comercialmente se encuentran

pelletizadora con diferentes sistemas de funcionamiento. Todos estos sistemas de peletizado

se encuentran orientados a la producción de grandes volúmenes de pellets para la

comercialización.

Las soluciones de pelletizadoras existentes en el mercado se clasifican por:

Tipos de compactación

mecánica

Por rodillos de matriz plana

Matriz anular

tornillo sin fin

hidráulica

Por pistón

Por rodillos

Formas de posicionamiento de la maquina

Vertical

Horizontal

Formas de alimentación de la materia prima

Manual

Banda transportadora

Rosca de alimentación.



64

Formas de compactación

Pelletizadoras de matriz plana

Este tipo de maquina peletizadora ha sido la maquina más empleada hasta el momento

debido a sus elevados volúmenes de producción y su relativo sencillo funcionamiento. Este

sistema consta de una disposición muy similar a la del molino por rodadura, solamente que

en este caso, la presión ejercida sobre el material no se efectúa con el propósito de triturar,

sino para forzar su paso a través de cada uno de los orificios de la matriz plana. El número de

rodillos varía entre 1 a 6, dependiendo del tamaño de la máquina.

En algunos modelos el troquel rota y los rodillos se mantienen estacionarios, aunque

también existen modelos en que el troquel se mantiene estacionario y los rodillos son los

que rotan. En el troquel lizo, el material es alimentado solamente por la acción de la fuerza

de gravedad.

Ventajas

Fácil limpieza

Facilidad de intercambio de piezas.

Cambio del sentido de giro.

Mayor vida útil que otro tipo de peletizado.

Costo menor de adquisición.

Simplicidad en el manejo.



65

Fig 24: matriz y rodillos de pelletizadora de matriz plana [3]

Peletizadora de matriz anular

Este tipo de peletizadora es en la actualidad el modelo más utilizado en la producción de

pellets de biomasa debido al poco espacio que ocupa en los altos volúmenes de producción.

En este grupo la forma de la matriz es anular o en anillo. El sistema de mecanismo de

compresión lo constituye un troquel solido en cuyo margen giran de 1 a 3 rodillos de presión.

Hoy en día existen equipos en los cuales los rodillos y el troquel giran generándole las

fuerzas de fricción, las mismas que son transferidas en el proceso al material que está siendo

peletizado (por ello la necesidad del enfriamiento de los pellets). En aquellos equipos que

cuentan solo con un rodillo, el material fluye dentro del troquel solamente por acción de la

fuerza de gravedad, o es transportado por un tornillo alimentador. En un equipo de dos o

tres rodillos estacionarios el sistema de alimentación más efectivo es realizado mediante un

movimiento de tipo centrífugo, el cual dirige el material hacia los rodillos por medio del uso

de alerones ajustables. El objetivo es extender el material como una capa sobre los agujeros

del troquel y los rodillos.

Dentro de este tipo de prensa existen dos variantes, en el primero la matriz anular es fija y

los rodillos, también llamados discos, animados de un movimiento giratorio, empujan la

materia a través de las numerosas hileras; en el segundo los rodillos son fijos y es la matriz la

que gira a alta velocidad, la velocidad de rotación de la matriz anular determina la longitud



66

del pellet, recomendándose un máximo de 4 veces el diámetro. Su única desventaja es que

se ha elaborado únicamente para ciertos tipos de biomasa en específico.

Fig.25: Matriz Anular [2]

Pelletizadora por tornillo sin fin

Este sistema ya se encuentra en desuso, principalmente debido a su bajo nivel de producción

difícil mantenimiento y alto consumo energético. Dentro de sus ventajas se encontraba el

conocimiento en sistemas de extrusión de plásticos para su fabricación. Este tipo de peletizado

trabaja sobre el principio de extrusión continua, obteniendo un producto altamente

homogéneo, con alta densidad y resistencia mecánica superior a otro tipo de procesos. El calor

y la presión ejercida en la matriz permiten usar las resinas de la biomasa como aglutinante

natural, sin necesidad de uso de aglutinantes artificiales.



67

Fig.26: pelletizadora con tornillo sin fin [3]

Peletizadora hidráulica por pistón

Esta forma de producir pellets se utiliza solamente a escala de laboratorio, ya que permite

controlar muy fácilmente varios parámetros de forma independiente para propósitos de e

investigación y desarrollo. Este tipo de peletizado usa un pistón accionado hidráulicamente,

y consta de un bastidor, actuador y motor que trasmite la potencia a la bomba. Pueden

ser construidas de forma vertical o horizontal, el embolo abre o expulsa los pellets cuando

se alcanza la presión deseada. Ideal para producciones menores, aprovechamiento y

limpieza de empresas que generan cantidades menores de residuos.



68

Fig.27: Peletizadora Hidráulica para Laboratorio [5]

Prensa hidráulica por rodillos

La función del rodillo es proporcional la fuerza de comprensión necesaria entre la biomasa y

la matriz. La matriz ofrece la fuerza de resistencia que depende de su espesor (área de

trabajo efectiva), coeficiente de fricción y diámetro del orifico. La fuerza de presión aumenta

continuamente, a medida que los rodillos van llevando el producto hacia el canal de

compactación, hasta tal punto que el cilindro de material que se encuentra dentro del canal

va siendo desplazado poco a poco. Los rodillos empujan la materia prima a través de los

agujeros del troquel o matriz, la que posteriormente es cortada por navajas especiales

dando a los pellets su forma definitiva. Para una eficiencia y vida máxima de la matriz, se

recomienda como regla general, utilizar un juego de rodillos nuevos siempre que la matriz

sea nueva, pues cualquier cosa que le ocurra al rodillo, también le sucederá a la matriz por la

relación directa que existe entre estos dos. Los rodillos pueden tener muchas

configuraciones, pero siempre hay que buscar la que tenga mejor tracción. Por eso se

recomienda usar rodillos con el mayor número de corrugaciones y que estos estén cerrados.



69

Los de canales abiertos que permiten que los residuos se filtren por los lados impidiendo ser

comprimida en los agujeros de la matriz.

La distancia entre los rodillos y la matriz tienen una influencia importante de la

compactación. Por eso es deseable poder cambiar esta distancia durante la producción y

controlar el estado de funcionamiento a base de la presión del producto contra los rodillos.

Para ajustar los rodillos se suele usar un sistema hidráulico que permite regular la

separación entre la cara de la matriz y el rodillo. De esta manera se puede monitorear el

proceso y optimizarlo durante el servicio. Además, el sistema hidráulico está equipado con

una válvula reductora de presión integrada que la protege.

Fig.28: Pelletizadora Hidráulica de Rodillos

Posicionamiento de la maquina

1. Vertical

En los procesos de peletizado de alimentación vertical posee la ventaja de que en instante

de alimentación la materia prima cae por acción de la fuerza de gravedad. Este tipo de

sistema permite una alimentación uniforme en toda el área de compresión.



70

2. Horizontal

En estos procesos de peletizado horizontal la alimentación debe hacerse por medio de un

mecanismo externo que permita el transporte de la materia prima por una línea de

alimentación hasta el sistema de compresión. En estos sistemas se debe garantizar una

alimentación continua y homogénea. Los sistemas más usados para este tipo de disposición

es el tornillo sin fin ya que posee este tipo de características requeridas para el proceso.

Formas de alimentación de materia

prima

Tornillo sin fin o rosca de alimentación

El alimentador es un gusano o tornillo sinfín que vierte los residuos de la tolva al

acondicionador. El Angulo de las aspas del gusano debe estar diseñado para suministrar los

residuos de una manera continua y sin fluctuaciones u oleadas al acondicionador. Es

importante que tanto el alimentador como el acondicionador entreguen los residuos

uniformemente, de otra manera, las oleadas que se podrían generar en el acondicionador

causarían capas gruesas en la matriz provocando que los rodillos patinen y se tranque la

peletizadora.



71

Fig.29: tornillo de alimentación

Banda transportadora

La banda transportadora es un sistema mecánico de alimentación que consta de un

bastidor que soportan una serie de rodillos, los cuales transmiten el movimiento angular

proveniente de un motor eléctrico en movimiento lineal a través de una banda elástica. La

velocidad de la banda se puede controlar con un sistema de reducción por banco de

engranes o tornillo sin fin. La capacidad de la banda se calcula según el peso de material a

transportar y la frecuencia de pasada. Este tipo de sistema es útil para pelletizadoras

verticales de matriz plana.

Fig.30: banda transportadora [7]



72

Manual

Es un método artesanal que se utiliza en procesos micro industriales y de investigación. La

definición se refiere al accionamiento de mecanismos accionados manualmente, como

palancas en tolvas de almacenaje, válvulas manuales, palas o espátula entre otras. Su

aplicación depende del grado de producción y el grado de tecnificación y recursos del lugar

donde se realice el proceso.

Alimentación de energía

Eléctrica

Son del tipo más encontrado en el mercado, debido a la facilidad de encontrar energía

eléctrica monofásica y trifásica en centros industriales y agropecuarios. Su funcionamiento

se basa en la transformación de energía eléctrica en energía mecánica por medio de un

motor eléctrico.

Fig.31: Motor eléctrico [6]



73

Motor de combustión interna

Son motores de movimiento alternativo que funcionan por transformación de energía

química en energía mecánica, su funcionamiento se basa en el movimiento reciproco

ocasionado por combustiones espontáneas que generan un impulso a unos pistones

alojados a una carcasa, esto transmiten el movimiento a bielas que estas conectadas con

un cigüeñal trasmisor de energía motriz.

Fig.32: pelletizadora con motor de combustión interna [6]

Conceptos para el proceso de medición

Humedad

Como en cualquier tipo de combustible que se implementa industrialmente se hace

necesario conocer las características de los pellets tales como composición química, análisis

de cenizas, contenido de humedad y sus propiedades físicas ya que sirven como parámetros

para el diseño de los equipos industriales destinados al aprovechamiento de éste

biocombustible sólido como los procedimientos mejor encaminados para su uso.

Contenido de Humedad



74

En el análisis de la biomasa se distinguen dos tipos de humedad

Humedad intrínseca.

Humedad extrínseca.

La primera asociada a la humedad adquirida por el material sin los efectos producidos por el

clima y la segunda referida a la adquirida en el proceso de cultivo por efecto de las

condiciones climáticas.

Para el proceso de peletizado se recomienda porcentajes de humedad entre el 10 y el 15%

ya que valores mayores derivan en la segregación de agua en los pellets fabricados.

Otro aspecto de importancia que recae sobre el control de la humedad corresponde al

mejoramiento del poder calorífico ya que al suministrar cantidades excesivas de agua por

que parte de la energía generada se utilizaría en la evaporación de agua en lugar de

transmitirse al proceso.

Adicionalmente altos contenidos de humedad favorece la degradación biológica de la

biomasa anterior, durante o después del proceso en la generación.

Poder Calorífico

Se define como la cantidad de energía que se libera por un combustible cuando se quema

por completo y los productos vuelven a las condiciones termodinámicas de los reactivos

(25⁰C y 1 atm) adicionalmente se conocen dos valores de poder calorífico, ellos son:

Poder calorífico inferior.

Poder calorífico superior.

Se mide haciendo reaccionar el combustible con el comburente (aire) que ingresan a una

cámara con condiciones estándar lo suficientemente larga para extraer los productos de la

combustión a las mismas condiciones con el agua en estado gaseoso, el proceso anterior se

efectúa con la ayuda de un intercambiador de calor y mediante la aplicación de primera ley

sobre el fluido de refrigeración se obtiene el cambio de entalpía, la energía ganada se



75

expresa como función del flujo másico de combustible para obtener el poder calorífico del

mismo.

Poder calorífico superior

Se calcula midiendo el cambio de entalpía cuando el agua de los productos se obtiene en

estado líquido.

La diferencia radica en el calor asociado a la evaporación del agua presente en el material,

energía que no se transmite en el proceso de combustión.

HHV= Poder calorífico superior.

LHV= Poder calorífico inferior.

Hfg= Diferencia de entalpías de saturación.

Densidad

Hay que distinguir tres tipos de densidad

Densidad a granel.

Densidad aparente.

Densidad real.

Densidad a granel

Es la densidad de un material tal como se dispone en los centros de recolección, es de vital

importancia conocer este valor ya que está relacionado directamente con el valor de

transporte y volúmenes para su almacenamiento anterior a los procesos de

aprovechamiento.



76

Densidad aparente

Densidad de la materia prima para ser utilizada en un proceso productivo, dentro de esta

densidad se consideran los huecos entre las partículas del material procesado más no los que

se generan en el recipiente que contiene los paquetes densificados de partículas.

Tiene vital importancia ya que es la que dosifica la energía a los equipos que utilizan la

biomasa densificada, depende directamente de la humedad y de la granulometría de la

biomasa, siempre las mayores densidades ya que aunque el poder calorífico es

relativamente bueno su densidad es la que determina la eficiencia del proceso debido a que

se necesita de 2 a 3 kilogramos para suplir un litro de combustible líquido incrementándose

sustancialmente las dimensiones de las tolvas y bodegas de almacenamiento.

Adicionalmente a los aspectos anteriores el flujo de material es forzado por la gravedad,

consecuentemente la utilización de material poco denso requerirá la adición de energía para

el transporte de combustible.

Densidad real

Es la que se mide descontando los espacios vacíos existentes entre las partículas del

material, es la máxima que se puede llegar a obtener y es la máxima obtenida en el proceso

de densificación.

Friabilidad

Se define como la capacidad de un material para desmoronarse con facilidad, para la

biomasa se conocen dos clases.

Durabilidad

Friabilidad en la combustión



77

Durabilidad

Pretende determinar la capacidad de los pellets para resistir la manipulación conservando

sus propiedades y minimizando las pérdidas de masa en el proceso de transporte así como

en los mecanismos de dosificación.

o Método del golpe contra el suelo

Se basa en la rotura de los pellets por el golpeteo contra el suelo consiste en dejar caer

desde una altura de 1 metro 100 ejemplares y hacer conteo de las partes en las que se divide

cada pellet (2, 3, 4, 5) contándolos como pellets independientes para la determinación del

índice de friabilidad, éste método tiene baja confiabilidad dado las dispersiones que se

puede generar en la muestra al igual que el grado de subjetividad dado por el observador.

Método de golpeteo entre sí

Se especifica en la norma internacional CEN/TS 15210-1: 2009 “Determination of

mechanical durabilitty of pellets and briquettes. Part 1: Pellets” y CEN/TS 15210-2: 2005

“Determination of mechanical durability of pellets and briquettes. Part 2 Briquettes.

Se efectúa la colisión de los pellets entre sí y con las paredes de una cámara de rotación

definida según norma, se calcula a partir del cociente de la masa resultante al final de la

prueba, descartando las partículas erosionadas, entre la masa de prueba que corresponde a

500 gr.



78

Fig.33: Esquema para cámara de durabilidad

Friabilidad en la combustión

Hace referencia a la capacidad de la biomasa de desmoronarse cuando se encuentra en la

cámara de combustión, son deseables valores elevados con el fin de aumentar el área de

liberación energética para incrementar la velocidad del proceso de combustión, éste

incremento también se conoce como potencia energética.

13. Integración de Conceptos parciales

Luego de realizar el análisis y la clasificación de los conceptos tanto para el proceso de

peletización como para el de medición, se procede a realizar una integración de los

conceptos por medio de un árbol en donde se realiza una división de las categorías de las

posibles soluciones.



79

Fig.34:.Arbol de conceptos del proceso de peletizado

De acuerdo al árbol de conceptos se construye una tabla donde se realizan una serie de

combinaciones de conceptos, siguiendo un proceso secuencial y seleccionado las

características de la máquina de peletizado.

NO COMBINACIONES 2x5x2x3=60 combinaciones potenciales



80

Fig.35: tabla de combinación de conceptos 1

De esta tabla se seleccionaron las 5 posibles combinaciones más factibles de diseño de

peletizadoras, en donde la flecha de color rojo señala la combinación existente de nuestro

proceso.



81

Fig.36: árbol de conceptos 2

De acuerdo al árbol de conceptos se construye una tabla donde se realizan una serie de

combinaciones de conceptos, siguiendo un proceso secuencial y seleccionado las

características de las mediciones.

N# COMBINACIONES 2x2x3x2=24 combinaciones potenciales



82

Fig.37: tabla de combinaciones de conceptos 2

La tabla que se ha presentado anteriormente muestra la clasificación de los tipos de

mediciones posibles para determinar las propiedades de los pellets. La flecha roja indica la

combinación de las mediciones que se realizaran en nuestro proceso.



83

14. Evaluación de alternativas y concepto global dominante

Evaluación de alternativas

La evaluación de los conceptos previamente generados se realiza mediante la relación de los

requerimientos del cliente en una matriz pasa no pasa con los conceptos desarrollados en la

etapa anterior.

Primero se realiza una matriz teniendo en cuenta los conceptos obtenidos para el proceso de

peletizado y se relacionan con los requerimientos del cliente modificados para tal fin.

Tabla 7: Matriz Pasa No Pasa para proceso de peletizado



84

De acuerdo a la descripción detallada realizada para cada concepto se obtuvo una

ponderación cualitativa asociada al cumplimiento de los requerimientos del cliente. Esta

evaluación se enfocó en la producción de pellets a nivel investigativo en el laboratorio.

Posteriormente se realizó el mismo proceso evaluativo a las formas de medición requeridas

para determinar las propiedades intrínsecas del pellet.

tabla 8: Matriz Pasa No Pasa para formas de medición.

Concepto global dominante

Se realiza la evaluación de los conceptos obtenidos mediante la utilización de la matriz pasa

no pasa que para éste punto de desarrollo del proyecto se convierte en una herramienta

objetiva en la determinación del concepto más viable para el cumplimiento de los objetivos

propuestos.



85

Se plantearon dos matrices, la primera para determinar la máquina con mayores ventajas en

la fabricación de los pellets en el ambiente académico y regido por las condiciones que

pueden generarse en el proceso de fabricación.

Los requerimientos del cliente asociados a la máquina se establecieron según las

necesidades que dedujo el equipo de trabajo, basados en la estructura que plantea el

proyecto académico y en el requerimiento de nuestro cliente principal.

Después de efectuar la evaluación, los conceptos mejor puntuados correspondieron a

peletizadoras de matriz plana y de pistón, sin embargo la primera opción se elimina dado su

alto costo, disposición de espacio en laboratorio y volumen de producción, ya que la

disposición de material de trabajo es ciertamente limitado.

A continuación se presenta la lista de las restricciones del cliente y la estimación de la

factibilidad de las dos mejores opciones de peletizado.

Tabla 9:. Evaluación de conceptos del proceso.

Uno de los factores determinantes, se podría decir, el de mayor peso en la elección de la

máquina de pistón se asocia al factor económico ya que en las instalaciones de la universidad



86

se dispone de un equipo que cumple mayormente los requerimientos planteados,

minimizando costos de ejecución del proyecto.

En segundo lugar se tuvo en cuenta el volumen de producción de pellets, ya que el proyecto

tiene como objetivo principal determinar la mezcla de cuesco y fibra de palma de aceite que

posean las mejores propiedades físicas y químicas, dado que el alma del proyecto

corresponde a una investigación académica, la cantidad de pellets a generar no amerita la

utilización de un dispositivo que maneje grandes flujos de materia prima para producción en

masa, sumado al factor anterior debe aclararse que la disposición de materia prima en el

lugar de trabajo es limitado y cuanto mejor sea la dosificación y aprovechamiento de la

misma mayor serán los ensayos encaminados al

A lo anterior se suma la facilidad de limpieza y mantenimiento que posee la máquina

asociada a su sencillez estructural en lo concerniente a los componentes que conforman la

cámara de compactación, ya que mediante la utilización de la mezcla planteada se generan

remanentes que junto con la acción del calor producen una pasta que puede contaminar

pruebas futuras, al igual que la lubricación de las guías y pistón asociada al correcto

funcionamiento por cada corrida experimental.

En la evaluación de conceptos enfocados a las propiedades físicas y químicas del pellet los

conceptos ganadores, o más adecuados, son los mostrados en la tabla 2.

Tabla 10: Evaluación de conceptos del producto.

La humedad extrínseca genera un valor mucho más confiable teniendo en cuenta los

procesos que pueden alterar el contenido de humedad, en el intermedio entre el lugar de



87

generación de la biomasa y el centro de procesamiento. Junto con lo anterior la facilidad de

medición y la objetividad de su resultado la hacen la más apropiada.

En lo concerniente a la densidad aparente se elige por que presenta su valor de las materias

primas en el estado físico en el que van a ser utilizadas, además según la publicación del

grupo de investigación gestión energética en mecanismos de desarrollo limpio, ésta es la que

se utiliza en la dosificación de energía a equipos que trabajan con éste tipo de

biocombustibles sólidos.

Con respecto del poder calorífico se eligió la utilización del poder calorífico inferior ya que no

tiene en cuenta la energía que se utiliza en la evaporación del agua presente en el

combustible, lo anterior debido a que por lo general la biomasa presenta altos niveles de

humedad comparado con los combustibles fósiles.

El tipo de friabilidad más conveniente para el proceso de generación de pellets, corresponde

a la durabilidad que evalúa la capacidad de los pellets para resistir manipulación sin

menguar sus propiedades físicas y sin pérdidas apreciables de masa durante procesos de

transporte y embalaje, si se deseara determinar la friabilidad de la combustión se incurriría

en gastos elevados adicionales y su importancia en el proyecto no se relaciona de manera

estrecha con la secuencia de generación y transporte del pellet para la mezcla óptima.



88

CAPITULO III

15. Diseño a nivel del sistema

Sistema

En el proceso de producción de Pellets se pueden identificar una serie de funciones

secuenciales que se encuentran clasificadas en unos subsistemas. A continuación se presenta

un diagrama en donde se muestra el sistema principal y los subsistemas que conforman el

Proceso.

Fig38: Diseño a Nivel del sistema



89

Subsistema

Los principales subsistemas encontrados en el proceso de producción y

caracterización de pellets a partir de cuesco y fibra de palma son los siguientes.

clasificación de materia prima La Materia Prima proviene de los centros de procesamiento de la Palma de Aceite

Africana. Esta materia prima es considerada como producto de desecho en esa

actividad industrial. Entre los principales desperdicios encontramos la tusa, la fibra y

el cuesco. La tusa se encuentra en los racimos que albergan los frutos mientras que el

cuesco y la fibra están ubicados en la parte interna del fruto. En el proceso de

extracción del aceite se separa el cuesco y la fibra para ser desechados

posteriormente, aunque esta selección no es muy efectiva ya que en el cuesco se

encuentran adheridas pequeñas fibras, de esta manera es necesaria una clasificación

detallada de estos componentes.

Al llegar la materia prima al laboratorio se procede a hacer una separación manual de

los tres componentes residuales que son tusa, fibra y cuesco, posteriormente se

realiza una medición de humedad para evaluar la vida útil y poder establecer las

condiciones adecuadas para el procesamiento de los pellets.

Fig.39: Clasificación de materia prima



90

Después de haber separado los tres componentes, se procede a realizar una

clasificación de la fibra y el cuesco para obtener el tamaño requerido en el proceso.

Para lograr esta clasificación se hace uso de una serie de molinos (molino eléctrico y

molino manual) y tamices, que permiten llegar al tamaño deseado.

Fig.40: molido a mano y tamizado del cuesco

Fig.41: Obtencion del tamaño de particula mediante molino electrico de cafe



91

preparación y adecuación de los componentes de la mezcla

Con la materia prima previamente separada y clasificada, se procede a realizar la

preparación de la mezcla para la generación de los pellets. De acuerdo a los valores

de humedad obtenidos de la materia prima y el diseño experimental brindado por el

director de proyecto, se realizan los cálculos respectivos de las cantidades necesarias

de los componentes establecidos (cuesco, fibra, melaza y agua) para cada una de las

81 corridas.

Fig.42: Preparacion de la mezcla para pelletizar

Para realizar la mezcla de los componentes, primeramente se realiza el mezclado de

la fracción de agua y melaza en un pequeño recipiente de vidrio hasta lograr

homogeneidad entre los componentes. En un recipiente a parte se mezcla la fibra y el

cuesco con un agitador alrededor de 5 minutos hasta que la mezcla sea uniforme y

homogénea. Posteriormente se agrega la mezcla de agua y melaza al recipiente que

contiene el cuesco y la fibra, posteriormente se agita la mezcla total hasta lograr un

grado de homogeneidad. Por último se coloca la muestra por 40 segundos en el

horno microondas de modo que se alcance una temperatura en la cual la lignina

intrínseca ayuda a mejorar la compactación.



92

Generación de los pellets Antes de realiza el proceso de compactación de la mezcla se debe realizar una

preparación previa de la máquina que consiste en lubricar los componentes móviles y

calentar la cámara de compactación hasta lograr la temperatura de trabajo.

Cuando se tiene la mezcla lista y la maquina ha alcanzado la temperatura de

operación, se vierte la mezcla dentro de la camisa donde se compacta por medio de

la presión ejercida por el pistón. Al activar el circuito hidráulico el actuador comprime

la mezcla y permite el flujo másico a través del dado por el cual sale en primera

medida un material remanente a raíz de la extrusión. Luego el actuador es

nuevamente accionado en este caso en sentido contrario a la dirección de extrusión

para llevar el pistón a su posición inicial.

Fig.43: obtención de pellets

Cuando se ha comprimido la mezcla se procede a retirar la camisa y posteriormente

el dado de extrusión; se realiza una limpieza sobre los elementos y una extracción de

los pellets que se encuentran en el interior del dado.



93

Caracterización física y térmica de los pellets Después de realizar la extracción de los pellets se almacenan de acuerdo a la

composición de la mezcla para producirlos. Luego se realizan una serie de mediciones

de propiedades siguiendo un proceso previamente establecido. En cada una de

estas se busca hallar los valores de las propiedades que se desean hallar en el pellet.

La lista de propiedades y sus definiciones se encontraran en el siguiente capitulo

16. Diseño de detalle

Componentes disponibles

Dado que el proyecto involucra la generación de pellets para determinar la

composición optima que conjugue propiedades físicas y térmicas de éstos, encontrar

componentes disponibles para el procedimiento experimental es limitado

fundamentado en que las materias primas utilizadas se transportan desde el lugar de

producción hasta el laboratorio sin procesos intermedios de acondicionamiento,

éstos deben ejecutarse por el equipo de trabajo a fin de conseguir las características

físicas apropiadas para el proceso de compactación.

Con respecto de los componentes que se utilizan para la consecución del objetivo

principal y que son generados externamente al proyecto corresponden a la

peletizadora y la melaza, elementos que son de difícil generación por parte del

equipo de trabajo.

La utilización de la peletizadora se resume a la disponibilidad del equipo dentro del

laboratorio dado que la afectación en los costos es aminorada considerablemente en

lo concerniente a la melaza se adoptó debido a sus propiedades físicas resaltando su

viscosidad para el fin deseado agregando además su cómodo costo, la generación de

una sustancia con las mismas funciones dentro del proyecto habría incrementado los



94

costos así como incertidumbre sobre el comportamiento de la misma bajo

condiciones diferentes a la ambientales y sus implicaciones sobre el resultado final.

Fig.44: Componentes disponibles que no son generados ni acondicionados por el equipo de

trabajo

Identificar los componentes independientes

Para la generación de los pellets se requiere de una mezcla la cual va a ser extruida

durante el proceso. Esta mezcla la componen una serie de elementos independientes

como lo son el cuesco, la fibra y la melaza. Estos componentes interactúan de forma

que durante el proceso la mezcla obtenga las propiedades deseadas. A continuación

se describe brevemente cada componente.

Cuesco: Este material constituye entre 5-7% del peso total del fruto, es de

consistencia dura y en su forma natural posee una estructura porosa. Se obtiene en

forma concentrada y triturada luego de la recuperación de la almendra. El cuesco de

palma se ha utilizado parcialmente en procesos de combustión en calderas, pero



95

presenta el inconveniente de obstruir los tubos de estas, debido al tipo de cenia que

contiene.

Fibra: Se emplea en la combustión en calderas para el suministro de la energía

térmica en las plantas extractoras. Otras aplicaciones de este material se desarrollan

actualmente para la fabricación de partes para el interior de los automóviles.

Melaza: es un producto líquido espeso derivado de la caña de azúcar y en menor

medida de la remolacha azucarera, obtenido del residuo restante en las cubas de

extracción de los azúcares. Su aspecto es similar al de la miel aunque de color

parduzco muy oscuro, prácticamente negro.

El cuesco es un componente que se ha venido utilizando en procesos de combustión

por lo que posee propiedades deseadas para la generación de pellets. La fibra al igual

que el cuesco se ha venido utilizando en la combustión de calderas por lo que al

mezclarse con el cuesco no solo le confiere propiedades térmicas, también permite

una adhesión entre los componentes permitiendo aumentar propiedades como la

durabilidad, aumentando la compactación de la mezcla. Por último la melaza gracias

a su alta viscosidad y por ser un producto meloso permite una mayor adhesión entre

los componentes previamente mencionados, obteniendo pellets más compactos y

uniformes.

Selección de materiales y técnicas de producción a

emplear

Los componentes a emplear se encuentran de masiva y cuenta con la ventaja de que

son de fabricación nacional, estos productos se encuentran

Cuesco: Encontrado en industrias de procesamiento de palma de aceite.

Principalmente en los llanos orientales, y es considerado un producto de

desecho, no cuenta con procesos de reciclaje y aprovechamiento de sus

propiedades térmicas

http://es.wikipedia.org/wiki/Ca%C3%B1a_de_az%C3%BAcar

http://es.wikipedia.org/wiki/Remolacha

http://es.wikipedia.org/wiki/Miel



96

Fibra: Encontrado en industrias de procesamiento de palma de aceite.

Principalmente en los llanos orientales. y es considerado un producto de

desecho, no cuenta con procesos de reciclaje y aprovechamiento de sus

propiedades térmicas

Melaza (aglutinante): disponible en paquetes de 25 kg o bolsas de 2 kg.

Debido a que el proyecto está sustentado en una fase investigativa, solamente se requiere

la producción de cantidades limitadas de materia prima que sean suficientes para obtener

información apropiada que permitan caracterizar la producción de pellets con cuesco y fibra

de palma. Por ello es necesario utilizar un equipo de peletización de fácil manejo, que

cuente con niveles bajos de producción (escala de laboratorio), bajo consumo de energía y

bajo costo de adquisición y mantenimiento.

Las técnicas y equipos a utilizar son los siguientes:

Equipo de peletizado: la maquina a utilizar es la pelletizadora por pistón, ya que

cuenta con todas la bondades para trabajar a escala de laboratorio. Esta cuenta con

un sistema hidráulico que permite el movimiento relativo de un pistón dentro de una

camisa, dentro de esta última existe un dado con agujeros cilíndricos donde se

conforman los pellets. La sumatoria de materia prima a pelletizar es

aproximadamente 7 kg.

Alimentación del equipo: Como los niveles de producción son lo bastante bajos no

vale la pena la implementación de un sistema de alimentación robusto, por lo tanto

con una alimentación manual se alcanza el óptimo funcionamiento del equipo

Medición de peso: Cada corrida tiene un peso de 80g con los cuales se obtienen 14

pellets de 4 mm de diámetro y 2 cm de longitud aproximadamente. Por lo tanto se

necesita una balanza digital o análoga con precisión mínima de ±0.1 gr en el

experimento.



97

Medición de temperatura: Las mediciones de temperatura que deben efectuarse

tanto al pistón como a la camisa. Esta temperatura debe estar en un intervalo

centrado en 80°C. La temperatura no debe ser muy baja para limitar la activación

de la lignina o aglomerante intrínseco en la materia prima, ni tampoco muy alta que

pueda causar pérdidas de humedad o quemaduras indeseables en la fibra.

Para solucionar este problema se opta por utilizar un medidor de temperatura digital con

termocupla.

Humedad: La obtención de la humedad de cada uno de los componentes se realiza

por diferencias de densidades. Es el método más sencillo y económico para hacerlo.

La temperatura adecuada para la determinación de humedad utilizando diferencias de

densidades en el proceso es 106 °c.

Tamaño de grano: El tamaño de grano se clasificara mediante tamizado. Es un

método efectivo y económico para separar mezclas o elementos de diferentes

tamaños. Se cuenta con disposición para tamizar en la universidad y solo se requiere

la mano de obra para hacerlo. El tamaño de grano requerido por el cliente es máximo

600μm.

Densidad: la obtención de la densidad en los pellets se realizara mediante el método

indirecto de inmersión en agua. Es una técnica muy efectiva y económica que

permite hallar instantáneamente este parámetro. La única desventaja es que no se

puede reutilizar el pellet para otras pruebas ya que su estructura es afectada por el

agua.

Restricciones Espaciales

En términos de ubicación espacial de la máquina que se utilizara para la realización

de los ensayos se puede apreciar según la figura 1 que su altura no se ve

interrumpida por ningún elemento vecino, sin embargo el área que se destina para la

base y la caja de control corresponde para éste caso particular el parámetro

dominante en su ubicación dentro del laboratorio ya que hay gran cantidad de

equipos de laboratorio que dada su estructura ocupan espacios considerables.



98

Otro aspecto de importancia que delimita la ubicación de la máquina dada su

naturaleza trifásica es la cercanía a un toma de ésta índole debido a que la longitud

del cable que posee el enchufe no posee una gran longitud que permita el

posicionamiento de la máquina en un lugar alterno.

En lo concerniente a las condiciones climáticas establecidas en el recinto donde se

efectuaran las pruebas se puede decir que se encuentran en un rango adecuado, la

humedad relativa no es tan incisiva sobre los materiales orgánicos a utilizar (W=60-

80%) debido a que la infiltración de aire tiende a ser baja.

Modo de entrada del producto

La entrada de las materias primas en la máquina que efectúa la compactación no

tiene un sistema de alimentación complejo, se hace de forma manual mediante el

uso de una cuchara previamente lavada y totalmente seca con la que se transfiere el

material a la cámara de compactación, dado que la manipulación de la mezcla

mediante la secuencia descrita deja remanentes en los accesorios utilizados, la masa

total de la mezcla se excede en un valor considerable asociado a las perdidas

presentadas.

El procedimiento anterior se efectúa dado que el espacio entre el acceso a la cámara

de compresión y la base inferior del pistón con la que se imprime la presión, es

bastante restringido y la utilización de otros elementos para su alimentación

involucraría una mayor pérdida de material e incertidumbre sobre las condiciones

resultantes de la mezcla después de efectuar el trayecto desde el recipiente de

mezclado a la abertura de la cámara.



99

Fig.45: Entrada de material y energía.

Modo de salida del producto

Presenta una mejora en la versatilidad con respecto en la extracción de los pellets

asociado a la complejidad que pueden presentar máquinas alternas en éste proceso

ya que los pellets generados en la parte inicial de la corrida poseen deficiencias

estructurales notables y aquellos utilizados para evaluación corresponden a los que

permanecen dentro del dado pues presentan una integridad estructural más elevada.

Aunque la razón anterior explica la relativa versatilidad en la facilidad en el proceso

de extracción acarrea consigo una falencia correspondiente al tiempo en el

desmontaje de todo el equipamiento de alimentación y compactación, además de

que los elementos se encuentran a una temperatura considerable que dificulta el

desmontaje de las piezas de forma rápida y segura. Es preciso dejar en claro que los

pellets generados para evaluación no corresponden a los que pasan el dado

completamente por el contrario aquellos que quedan dentro del molde y que son

retirados mediante el extractor debido a que por lo general son los que presentan

mejores propiedades estructurales.



100

Fig.46: Método de extracción del pellet

Identificación de interfaces de las funciones

Ya que el proyecto en desarrollo no es una máquina sino que corresponde a un

proceso experimental, la estructura de ésta sección se enfocará en aspectos que el

grupo de trabajo considera que encajan en los lineamientos dados así como los

presentes en el producto generado.

Se iniciará con el producto y posteriormente con el proceso ya que el resultado

principal de la investigación corresponde mayormente al primero, para lo que se trae

nuevamente del informe número dos el digrama funcional de pellets y posterior el

del proceso.



101

Fig47: Diagrama funcional del producto.

Alto poder calorifico

Aunque los residuos que se tienen el material de trabajo tratan en su mayoría de

eliminarse hay pequeños remanentes que dado su tamaño son dispendiosos de

eliminar agregando que su separación genera gastos adicionales y demora en la

ejecución de una sección del proceso global.



102

MINIMA CANTIDAD DE

CENIZAS

BAJO PORCENTAJE DE HUMEDAD

EXTRACCIÓN DE LA MEZCLA DE COMPONENTES EXTERNOS

(FRACMENTOS DE HOJAS DEL RACIMO)

ALTO PODER CALORÍFICO

Fig.48: Interface entre funciones para obtención de buen poder calorífico.

Alta densidad

Para lograr una buena densidad en el producto se tomó como factor principal el

tamaño de los componentes de la mezcla, debido a que un tamaño regular de los

granos de cuesco permite un ajuste adecuado entre partículas disminuyendo a sí

la probabilidad en la generación de poros, el porcentaje de humedad como se

explicó en el párrafo anterior queda mayormente limitado por el desecho de

componentes ajenos a la mezcla.

En lo referente a la fibra de estudios anteriores se sabe que la utilización de un

tamaño reducido limita la compactación de los materiales, fundamentados en

éste hecho se establece un largo entre 10-15mm para incrementar las

posibilidades en la obtención de resultados exitosos.



103

BUENA COMPACTACIÓN

BAJO PORCENTAJE DE HUMEDAD

TAMAÑO ADECUADO DE LOS MATERIALES DE LA MEZCLA

BUENA DENSIDADHOMOGENEIDAD

EN LA MEZCLA

Fig.49: Análisis de funciones para obtener alta densidad

Buenas propiedades mecánicas

Este último diagrama muestra de forma general la intención del proyecto en

general y básicamente la interfaz corresponde a los parámetros de investigación

óptimos que se desean hallar, ésta interfaz es sin duda la más importante entre

las mencionadas anteriormente ya que implícitamente conjuga todos los

procedimientos requeridos para el buen término del estudio.



104

ALTA RESISTENCIA AL IMPACTO

BAJA POROSIDAD

TAMAÑO ADECUADO DE LOS COMPONENTES DE LA MEZCLA +% HUMEDAD ADICIONADO+%

EN PESO DE LOS COMPONENTES

BUENAS PROPIEDAES MECÁNICAS

INDICE DE DURABILIDAD

Fig.50: Análisis de funciones para obtener buenas propiedades mecánicas

Finalmente la interfaz que se aproxima de forma más objetiva a una tangible

dentro de la estructura del pellet corresponde a la que desarrolla la melaza

dentro de la integridad estructural del mismo, ya que ésta sustancia respalda la

acción de la lignina en lo concerniente a la unión de los componentes

predominantes de la mezcla.

FIBRA

CUESCO

MELAZA PELLET

Fig.51: Interface entre los componentes principales del pellet.



105

Identificación de interfaces de las funciones del proceso

Fig.52: Diagrama funcional del proceso de generación de pellets

Clasificación de la materia prima

En el proceso de clasificicación de materias primas se establecieron subprocesos

que hacen las veces de interfaz entre los componentes que conformarán la

mezcla constitutiva del pellet.

El tamizado corresponde a una de las etapas iniciales en la linea secuencial de

acondicionamiento de los componentes fundamentales pellet, ya que permite la



106

separación de la fibra como del cuesco junto con algunos agenetes externos

como residuos de hojas y elementos agregados en el proceso de transporte.

MATERIALES PARA

REALIZACIÓN MEZCLA

MATERIA PRIMA

FIBRA

CUESCO

TAMIZADO

MOLIENDA Y TAMIZADO

TAMIZADO

Fig53. Interface entre componentes para obtención de pellets.

Se realiza un segundo tamizado a la fibra con el objetivo de obtener una longitud de

ésta según los parámetros establecidos en el experimento.

La molienda y el tamizado dado que el tamaño requerido para la realización de las

pruebas es de 0.57mm y dado el tamaño de llegada del cuesco se hace necesario

implementar una cadena de realimentación en el proceso de molienda del cuesco para

la obtención adecuada del tamaño del grano.

CUESCO (TAMAÑO

PROCESO DE EXTRACCIÓN

ACEITE)

MOLIENDA CON MOLINO DE MANO

MOLIENDA CON MOLINO ELÉCTRICO

TAMIZADOCUESCO0.57mm

Fig54. Segunda Interface entre componentes para obtención de pellets.



107

Preparación de la mezcla

MEZCLA PARA COMPACTAR

MATERIA PRIMA

FIBRA

CUESCO

MEZCLADO

CÁLCULO DE CANTIDADES DE

COMPONENTES DE LA MEZCLA

MEZCLADO+

CALENTAMIENTO

AGLUTINANTE+

AGUA

Fig55. Interface secuencial entre componentes para obtención de pellets.

Una vez preparados los componentes debidamente se procede a la determinación de las

masas de cada uno para las 27 combinaciones obtenidas según el porcentaje de cuesco,

aglutinante y humedad. Una vez establecidas las cantidades se mezcla inicialmente la

fibra y el cuesco seguidamente ingresa a la mezcla la solución de agua y melaza

nuevamente se procede a la homogenización de los componentes con el fin de no tener

focos concentradores de la solución del aglutinante que generen resultados erróneos.

Finalmente se procede al calentamiento de la mezcla en un horno microondas para

evitar el choque térmico brusco entre la temperatura de la cámara de compactación y el

material a compactar.



108

Pelletizar

MEZCLA COMPACTACIÓN

EXTRACCIÓN DADO Y PELLETS DEL MISMO

LUBRICACIÓN MÁQUINA

DESMONTAJE DE CÁMARA DE

COMPRESIÓN

PELLETS LIMPIEZA

Fig56. Interface realimentada entre componentes para obtención de pellets.

El diagrama anterior reúne las funciones de preparar la máquina y pelletizar dado que la

primera antecede y finaliza ésta secuencia de procesos.

Para la secuencia de procesos finales las interfaces para la culminación exitosa corresponden

a la lubricación adecuada de la máquina, en sus columnas y pistón. Después de haber

compactado el material prosigue el desmontaje de la cámara de compresión para poder

extraer el dado donde se encuentran los pellets aptos para evaluación.

Una vez extraído el dado con una barra de acero de diámetro levemente menor que el de los

agujeros del dado. Se sacan cada uno de los pellets con leves golpes sobre la barra que se

apuntala sobre la cara “superior” del pellet.

Una vez extraídos los elementos (pellets) se procede a efectuar la limpieza de la camisa, el

dado, placa soporte del dado, para realizar una nueva corrida, cada secuencia de generación

se termina con la eliminación de residuos sobre los elementos citados anteriormente.



109

17. Generación de modelos CAD

Se realiza una modelación utilizando la herramienta de modelamiento de sólidos “solid work

“con aplicación para simulación, en la generación de modelos se pretende realizar una

aproximación a el proceso de compactación y extrusión dentro de la pelletizadora. Para ello

fue necesario realizar un modelado de las partes que están en funcionamiento. Dichas partes

fueron aproximaciones a las partes reales encontradas en la maquina pelletizadora del

laboratorio.

Las partes que se modelaron fueron las siguientes:

pistón de 1 mm. El material de diseño es acero AISI 1045.

Pistón: tiene la longitud necesaria para evitar choques con la camisa y el dado,

tiene un juego con la camisa de 1 mm. El material de diseño es acero AISI 1045

Dado: soporta la camisa y permite el paso del material a través de agujeros

pasantes que permiten formar el pellet. El material de diseño es acero AISI 1045

Material: el material de aplicación es el suficiente para llenar la camisa. Se

modela teniendo en cuenta propiedades similares a la de la madera.



110

Fig57. Conjunto pistón-camisa dado

Para realizar el modelo se tuvieron las siguientes hipótesis

El dado y la camisa se modelan como vigas empotradas, no existe movimiento

relativo entre ellas y no existe deformación entre las mismas.

La temperatura del material es de 80°C

Al pistón se le aplica en su parte superior una presión de 100Mpa.

Hay movimiento relativo entre el pistón y los componentes fijos, el pistón también se

modela como una viga empotrada

Existe perfecta alineación entre el pistón y la camisa.



111

Fig.58 : modelo de extrusión y grafica de esfuerzos

Se puede observar que el nivel de esfuerzos cuando se aplica presión al material es mayor en

el área de contacto con la camisa. Esto se debe tener en cuenta ya que podría ser un factor

crítico de falla debido al desgaste abrasivo generado en la camisa



112

18. Generación de modelos

matemáticos y numéricos

Para la realización del modelo matemático se tuvieron en cuenta algunas simplificaciones

con el fin de menguar la complejidad hasta la cual puede llegar.

Como se muestra a continuación se modelo el proceso de extrusión se modeló como si el

material se encontrase inicialmente dentro de un una pieza de mayor diámetro y tras el

efecto de la fuerza aplicada pasa a un segundo conducto con diámetro menor, caso que es

similar para los conductos del dado de la peletizadora.

Con respecto de la mezcla dado las propiedades que presenta se utilizó en su generación un

modelo visco elástico con el fin de tener una descripción mucho más aproximada a la

sustancia real.

Fig59.Secciónes establecidas para modelo matemático de extrusión.

.

.



113

.

.

Si se asume que la velocidad en las regiones próximas a x=0 y x=L donde las suposiciones de

que vx=vx(y) , vy=0 son claramente incorrectas.

Mientras el gradiente de presión es constante se puede reemplazar

Tomando la ecuación que determina la tasa de flujo

.

Utilizando la ecuación anterior tenemos que:

O expresada en términos de V como:

Sustituyendo la ecuación anterior se tiene que:



114

Donde

La forma general para la descripción de un flujo visco elástico se da por:

Donde corresponde a la primera derivada de del tensor de esfuerzos y representa la

tasa de cambio con respecto a un sistema coordenado de convección que se mueve y

deforma con el fluido, la derivada convectiva de la desviación del tensor de esfuerzos está

definido como:

Existen varios tipos de modelos visco elásticos que varían según la definición de las constantes

Tabla#. Valores para las constantes según el tipo de modelo visco elástico

Constitutive model Y

Generalized Newtonian 1 0 0 0 0

Upper convected Maxwell 1 0 0 0

Convected Jeffreys 1 0 0

White-Metzner 1 0 0 0

Phan-Thien Tanner-1

0 0

Phan-Thien Tanner-2 1-

0 0

Giesekus 1 0

0

Utilizando el modelo de Convected Jeffreys



115

Entonces la ecuación queda dada por [#]:

Expandiendo la expresión anterior se tiene que:

19. Evaluación del producto en cuanto

a funciones y desempeño

Para evaluar el producto se cuenta con una serie de pruebas físicas y químicas que

brindan información cuantitativa del desempeño del mismo. Se realizaran cuatro pruebas

globales que se encuentran descritas a continuación.

Análisis cualitativo

Es una evaluación subjetiva del producto a través de una identificación de

características que involucran la visión y el tacto. Se realiza una asignación numérica a

dichas características lo cual lleva la evaluación subjetiva a una evaluación objetiva del

producto.

Las características que se evaluaran mediante este método son las siguientes:



116

Apariencia general

Ausencia de grietas

Superficie grasosa

Rugosidad de la superficie

Consistencia al tacto

Desprendimiento aparente de finos

Brillo

Uniformidad

La evaluación numérica se realiza en una escala de 1 a 10, siendo 1 la puntuación más

baja y 10 la puntuación más alta. Finalmente se da el resultado de la sumatoria de

todas las propiedades evaluadas para seleccionar el tipo de pellets más apropiado.

Índice de durabilidad

Es una prueba que permite determinar la pérdida de masa del pellet en condiciones

de movimiento. El ensayo consiste en colocar los pellets en un cilindro metálico que

posee en su interior una aleta o bafle. El cilindro se acopla a un torno que gira a 45

RPM durante 10 minutos. Posteriormente se pesa los pellets para determinar el

porcentaje de masa desprendida en la prueba.



117

Fig60. Recipiente para evaluación de durabilidad en el torno

Densidad

Para determinación de densidad se realizó inicialmente una evaluación utilizando el

método indirecto por desplazamiento volumétrico. Se utilizó una probeta de 10 ml

donde se calculaba el volumen del agua desplazada por el pellet ya pesado, de esta

forma por fracción masa volumen se podía medir la densidad real. Pero este método

fue no factible e impreciso porque a la hora de medir el volumen desplazado no se

encontraba muchas variaciones debido a que las menores probetas que existen en el

mercado son de 10 ml con una presión de 1 ml y los volúmenes desplazados

encontrados eran imperceptibles cuando se veía la línea de aforo. También existía el

problema que al sumergir el pellet se percibían burbujas automáticas que no

permitían una lectura adecuada.

Para solucionar estos problemas se decidió utilizar el método del picnómetro. Este

método consiste en utilizar un balón con un volumen definido de 25 ml que se

obtiene por la pérdida de agua remanente cuando se introduce la tapa aforada con

un capilar su interior. El procedimiento se basa en medir el peso del volumen de

agua desplazado por el pellet, esto se halla midiendo el peso del picnómetro vacío, el



118

picnómetro lleno de agua y el picnómetro con el pellet en su interior y llenado con

agua.

Para garantizar los resultados se debe secar el picnómetro muy bien, y determinar el

peso mediante una balanza analítica mínimo de 4 cifras decimales. Se debe tapar el

picnómetro automáticamente cuando se introduce el pellet y se llena con agua,

porque las burbujas interiores del pellet quedan atrapadas en el picnómetro y se

puede asegurar valores verdaderos de densidad.

Otro problema encontrado es que cuando se introduce el pellet en el picnómetro y se

llena con agua este comienza a desmoronarse y precipitarse súbitamente. Se trató de

solucionar este problema sumergiendo previamente el pellet en cera de vela para

crear una película que no permitiera el ingreso de agua en su interior. Pero el

método es engorroso por el tratamiento y los resultados eran muy similares a los

arrojados cuando se hace el método tradicional. Por lo tanto se decidió seguir

utilizándolo y tomar los valores automáticamente.

Fig61. Medición de densidad mediante picnómetro.



119

Fig62: Utilización de balanza analítica para medición de densidad

20. Diseño para el medio ambiente

Propósito

El proceso de generación de pellets utiliza como materia prima materiales de desecho del

proceso de extracción del aceite de palma africana. En los cultivos de la palma de aceite

se recogen los racimos en la época de cosecha para poder extraer el aceite del fruto, en

dicho proceso existen algunos componentes propios del racimo de la palma que se

desechan porque no tienen una función definida durante este proceso como lo son la

tusa, la fibra y el cuesco.

Estos componentes que son desechados ocupan un gran volumen en el proceso

productivo, ya que en 10000 Kg de fruta que se generan se producen 4700 Kg se en

material residual, por lo que esto representa un problema ambiental ya que en estos

procesos de extracción de aceite no se tiene un plan para el manejo de los residuos.

Generalmente el material residual es incinerado después de recoger las cosechas y en

ocasiones este material es utilizado como abono para los nuevos cultivos de la palma.



120

Fig63. Fruto de la palma de acetie

Con el proyecto de generación de pellets a base de cuesco y fibra de palma se pretende

aplacar un poco el impacto ambiental que se presenta al no existir un plan de control de los

residuos, y debido a que en la actualidad está en auge el cuidado del medio ambiente, este

proyecto se perfila como una gran oportunidad de inversión para los próximos años.

Ciclo de Vida

El ciclo de vida propuesto para los pellets, teniendo en cuenta el post proceso, es decir, el

almacenamiento, embalaje y transporte de los mismos, se proyecta alrededor de 2 meses

debido a que los principales países consumidores de este producto se encuentran ubicados

en latitudes altas o bajas, como lo son los países Europeos, Estados Unidos, Canadá y países

de América del sur y la adquisición de los pellets se incrementa en las épocas de invierno y

otoño.

Fig64. Pellets



121

Debido a esta situación los pellets deben tener la capacidad de mantener sus propiedades

durante un periodo de tiempo desde que se generan los pellets hasta que el usuario final

accede a este. De igual forma los pellets deben poseer un alto índice de durabilidad para

mantenerse mientras se realizan los procesos de embalaje y transporte.

Fig 65. diseño para el medio ambiente

Cuantificación

De acuerdo al proceso experimental se requiere una mezcla de alrededor de 80g compuesta

por cuesco, fibra y melaza, de la cual se obtienen 14 pellets. Para la realización del proyecto

se planteó un diseño experimental por parte del director del proyecto, en donde los

porcentajes de cuesco, fibra, melaza y humedad varían buscando la mezcla óptima para la

producción de pellets que posean las mejores propiedades.



122

Fig66. Mezcla para hacer pellets

Se pretenden realizar 81 corridas por lo que se requiere una cantidad aproximada de 3,5 Kg

tanto de cuesco como de fibra y alrededor de 600g de melaza. Estos componentes van a ser

utilizados progresivamente en el transcurso de la realización del total de las corridas, por lo

que dichos componentes deben perdurar por un periodo alrededor de 4 meses que es el

tiempo propuesto para el desarrollo del proyecto.

Impacto Ambiental

Los Eco-indicadores son números que expresan el impacto ambiental total en un proceso o

producto. Con los Eco-indicadores estándar, cualquier diseñador o gestor de productos

pueden analizar las cargas ambientales de determinados productos durante su Ciclo de Vida.

Todos los productos dañan el Medio ambiente de una forma u otra. Las materias primas

tienen que extraerse, el producto tiene que fabricarse, distribuirse, embalarse y por último,

eliminarse. Durante la utilización de los productos suele producirse también un impacto

ambiental, ya que en esta etapa del ciclo de vida se suele consumir energía o materiales.

Para analizar el impacto ambiental del producto y proceso se debe realizar una lista

con los materiales y los Eco-indicadores de acuerdo al proceso que se realiza. A

continuación se presentan algunos Eco-indicadores para el proceso.



123

Tabla 11: estadisticas de emision de componentes

Ya que no existen Eco-indicadores para pellets se busca el elemento más similar que

en este caso es la madera de combustión. De esta forma tomando estos valores y

algunos más para el proceso se llena la hoja de cálculo para los Eco-indicadores.

Tabla 12: ecoindicadores de materiales



124

Resultados

De acuerdo a la hoja de cálculos que se obtuvo para el proceso y con los Eco-indicadores

disponibles para el mismo se puede realizar un análisis en los resultados. Como se observa

en la tabla presentada el proceso con mayor impacto ambiental es el proceso de producción

ya que presenta los índices más altos, mientras que en la fase de disposición del producto

hay una compensación en el proceso de incineración del producto.

De acuerdo a esto se debe realizar una intervención sobre esta fase para disminuir los

índices, pero debido a que los resultados obtenidos para esta fase no son tan altos y no son

tan significativos, el proceso no necesita rediseño ni intervención.

21. Evaluación del producto (Diseño

por Factores)

Evaluación de costos del producto

El proceso de generación de pellets consta de una serie de subsistemas los cuales a su vez se

componen de unas determinadas funciones. Estas funciones se realizan por medio de

herramientas, que permiten la transformación dela materia prima en el producto que se

desea obtener. Durante la ejecución del proyecto aparecen una serie de costos directos,

indirectos, fijos y variables. A continuación se presenta un modelo de costos de los

elementos que influyen en este proceso.



125

Tabla 13: Costos de manufactura

Debido a que el proyecto se limita a realizar 81 corridas experimentales para la

generación de pellets de diferentes composiciones, se realizó un modelo de costos

con las condiciones previamente planteadas. De esta forma en la tabla se observa los

costos que se tienen por materia prima y los costos de la máquina, herramientas y

otros que se encuentran clasificados entre costos directos e indirectos como se

presenta a continuación.

Costos Directos: Materia Prima (Cuesco, Fibra y Melaza), Mano de Obra, Herramientas

(Maquina Pelletizadora, Molienda de Cuesco, Tamizado de Cuesco y Acondicionamiento

de Fibra)

Costos Indirectos: Servicios (Electricidad), Transporte (Flete), Bolsa Ziploc.

Al seguir el esquema presentado anteriormente y realizando una suma de los Costos

Directos e Indirectos como se muestra en la tabla nos arrojó como resultado un valor de $ 2,

591,238.13 por lo que la realización del proyecto en su fase experimental tiene un costo de

dos millones y medio aproximadamente.

Diseño para Confiabilidad

A continuación se muestran los factores principales de diseño junto con los factores externos

que pueden incidir gravemente sobre las condiciones íntegras de generación del producto en

cuestión y consecuentemente sobre los resultados de la investigación realizada.



126

CANTIDAD CUESCO

CANTIDAD FIBRA

HUMEDAD

FABRICACIÓN DE PELLETS

FACTORES EXTERNOS

PELLETS CON BUENAS

CARÁTERISTICAS FÍSICAS Y

TÉRMICAS

Humedad excesiva del ambiente. Falencias en el suministro de energía. Elementos extraños en la mezcla. Carencia de equipo para el

procesamiento, medición de los estados y materiales.

Fig67. Diseño para confiabilidad

A continuación se argumentará de forma concisa la influencia de los factores listados en la

figura anterior.

Humedad excesiva del ambiente: una humedad excesiva del ambiente puede alterar los

valores medidos en los componentes si éstos se almacenan con contacto directo al

ambiente, incrementando el valor total del agua presente en la mezcla.

Falencias en el suministro de energía: estas falencias se asocian a los circuitos y sistemas de

control que gobiernan los componentes principales de la máquina, una falla en el sistema de

calentamiento de la cámara de compresión varía las condiciones experimentales

establecidas y con ella el punto de comparación de las características evaluadas.

Elementos extraños en la mezcla: los elementos extraños pueden alterar la composición de la

mezcla como afectar la integridad de los componentes de la peletizadora, de ahí que el

cilindro guía al igual que el pistón presenten agujeros. En la medida que aumenta éste tipo

de imperfecciones el flujo de material será cada vez más dificultoso.

Carencia de equipo para el procesamiento, medición de los estados y materiales: la

limitación de equipo para el procesamiento del cuesco, quién corresponde al material con



127

mayor demanda de trabajo, puede dificultar mayormente la obtención del tamaño partícula

especificada.

En la medición de los estados se puede hacer referencia a la temperatura de calentamiento

de la cámara de compresión, ya que la temperatura censada por la máquina no corresponde

con la del interior de la cámara.

En cuanto a materiales la carencia de un dispositivo que no posea una resolución adecuada

arrojara medidas inexactas de la cantidad de los componentes que conforman el material de

trabajo para la producción de los biocombustibles sólidos en cuestión.

Valor de referencia donde la respuesta es menos sensible a las variaciones

Dado que la investigación busca determinar la influencia de las cantidades de los

componentes en las propiedades físicas como térmicas no se puede establecer una relación

de comportamiento del producto objetivo sin un fundamento experimental, el cual se

encuentra en desarrollo.

De las corridas realizadas hasta el momento solo se puede observar de los resultados

obtenidos que la integridad estructural disminuye drásticamente con el incremento de la

humedad en los materiales de la combinación.

Etapas del método de diseño confiable

0. Identificar los factores de control, factores de ruido y los parámetros de medición del

desempeño.

Factores de control

Temperatura de la cámara de compresión.

Tamaño de grano.

Tamaño de la fibra.



128

Factores de ruido

Humedad excesiva del ambiente.

Falencias en el suministro de energía.

Elementos extraños en la mezcla.

Carencia de equipo para el procesamiento, medición de los estados y materiales

Parámetros de medición de desempeño

Buen poder calorífico.

Buena densidad.

Alto índice de durabilidad.

Buena Presentación.

2. Función objetivo: obtener las mejores propiedades físicas, térmicas junto con una

densidad adecuada.

3. Desarrollo de un plan experimental: para éste caso particular el plan experimental fue

generado por el Ingeniero Nelson Arzola De La Peña, el grupo de trabajo se encarga de

efectuar los lineamientos dados para la obtención de los resultados de la investigación.

Factores experimentales

Condiciones constantes:

Longitud de la fibra: 10 mm

Tamaño cuesco: 570 μm

Temperatura prueba: 80-85 °C

Presión: 100 Mpa

Diámetro Pellet: 6.1-6.2 mm

Variables:

Variable designación valores preferibles para el ensayo

% humedad %Wt 12% 14% 18%

% Aglutinante %Ag 4% 8% 12%



129

Fracción Masa de cuesco mc 0.4 0.5 0.6

Donde mc se deduce de la siguiente relación

El número de corridas del proyecto

Metodología de los ensayos:

Preparación de fibra y cuesco

Peletizado

Ensayos

Índice de calidad Índice de durabilidad

Analisis CualitativoTGA

Combustion (opcional)

Fig68. Metodología de ensayos.

Análisis Modal de Fallas y sus Efectos

La finalidad que tienen los pellets es la de transformar energía química contenida en energía

en forma de calor. Por lo tanto se deben tratar con cierto cuidado como si fuera cualquier

otro tipo de combustible proveniente de biomasa, se aconseja seguir las siguientes

recomendaciones para evitar catástrofes que puedan dañar la integridad de personas

animales o cosas.



130

Los pellets son combustibles que se oxidan con el oxígeno presente en el aire por acción

de la temperatura. Por lo tanto se deben almacenar alejados de fuentes de calor y

manejarse a una temperatura cercana a 25° C.

Los pellets de cuesco y fibra no se encuentran aptos para el consumo animal ni humano,

su finalidad únicamente es producir energía mediante combustión.

Se deben quemar los pellets en calderas o recipientes donde se pueda asegurar que los

productos de la combustión puedan ser filtrados y manejados de forma adecuada, ya

que la inhalación o exposición a los mismos puede traer problemas respiratorios y

nerviosos al cuerpo humano

Después de la combustión de los pellets se debe tratar las cenizas y desechos con

precaución, debido a que pueden contener remanentes energéticos debido a la

combustión incompleta del proceso

Tipos de Fallas y Análisis de efectos

1. Detectar Modo de Falla

Para determinar las fallas dentro del proceso de producción de pellets, se debe

realizar un análisis sobre cada función que se realiza dentro del mismo y observar

cuales áreas son más susceptibles a presentar falla, y de acuerdo a esto tomar las

medidas correctivas necesarias. A continuación se realiza una lista de las Fallas con

mayor probabilidad de ocurrir en el proceso.

Que existan elementos extraños dentro de la materia prima que afecten el

proceso de compactación.

Daño en las piezas por mala lubricación

Daño en las piezas por mala limpieza

Avería en la cámara de compresión

Avería en el pistón de compresión



131

Falla en el dado de extrusión

2. Calificación de la Severidad

Ya que se seleccionaron las fallas que tienen más probabilidad, se procede a realizar

la calificación de acuerdo al nivel de severidad de la falla desde un nivel aceptable

hasta llegar a un nivel catastrófico. A continuación se presenta una pequeña tabla

para otorgarle el nivel de severidad a cada falla, de acuerdo a la tabla de clasificación

de las consecuencias de una falla.

Tabla 14: categorías de la falla

3. Calificación de La Frecuencia de Ocurrencia de un Falla

Luego de Determinar y Clasificar las fallas según la Severidad, necesitamos definir la

frecuencia con la que pueden presentarse las fallas. Para esto recurrimos a la tabla de



132

calificación de la frecuencia de una falla y de acuerdo al tipo de ocurrencia se califica

como se muestra en la tabla que se presenta a continuación.

Tabla15: frecuencias de fallas

4. Calificación de Facilidad de Detección de la Falla

También se debe realizar una calificación de acuerdo a la facilidad de Detección de la

Falla, para lo cual hacemos uso del método evaluativo según la tabla de calificación

de la facilidad de detección de una falla. De acuerdo a lo anterior realizamos una

tabla evaluando cada falla de acuerdo a la facilidad de detección.



133

Tabla16: calificación según el daño

5. Matriz de Evaluación de Riesgo

La matriz de evaluación de riesgo se realiza teniendo en cuenta tanto la categoría de la

falla como la frecuencia de la falla. Esta matriz de riesgo como su nombre lo indica

determina el tipo de riesgo de la falla dentro del proceso los cuales van desde un riesgo

inaceptable hasta un riesgo sin necesidad de revisión del diseño. A continuación se

presenta la Matriz obtenida para las fallas presentadas.



134

Tabla17: Categorias de falla

6. Calculo de NPR

Para realizar el cálculo NPR, tenemos que realizar una operación de acuerdo a la

calificación dada de acuerdo al tipo de consecuencia, frecuencia y facilidad de

detección de la falla, y de acuerdo a esto se realiza una calificación cualitativa de la

falla. A continuación se presenta la ecuación para determinar el NPR.

De acuerdo a lo presentado previamente, a continuación se muestra n los valores de

NPR para las fallas.

Tabla18: cálculo de NPR



135

CAPITULO IV

22. Descripción de la compra de

materiales La obtención de los materiales fundamentales para la realización de la investigación como lo

son el cuesco y la fibra se realizaron mediante un tercero, dado que los campos de cultivo se

encuentran en lugares no próximos a la capital donde se llevó a cabo el proyecto y los costos

de transporte y compra al sitio más próximo de producción rebasaban en un gran margen el

precio ofrecido por el vendedor al que se le hizo la compra.

Fig 69: Mapa geografica de la compra de materiales



136

Lo concerniente a la melaza se compró 10kg por un valor de $5.500, también se realizó la

compra de una gramera con resolución de décimas de gramo, para la dosificación de los

materiales que conforman la mezcla a densificar adicionalmente se adquirió un picnómetro

para la evaluación de las densidades de cada muestra y determinar cuál de las

combinaciones permitía adquirir mayor cantidad de material por unidad de volumen.

Adicional a lo anterior para garantizar la integridad de la máquina se adquirió lubricante en

aerosol por parte del equipo de briquetas que asumió el valor del mismo.

Los elementos mencionados corresponden a los componentes e instrumentos que el equipo

de investigación consideró como los de mayor importancia. La dificultad de obtención de

materiales es casi nula dado que la mayoría de componentes tienen un mercado establecido

en Colombia salvo los residuos de la palma de aceite que deben comprarse directamente en

la planta de procesamiento.

Artefactos comprados:

Gramera

Fig70: gramera

Con un valor de $30.000, se adquirió a través de mercado libre, la transacción se efectuó el

día 30 de agosto.



137

Picnómetro

Fig71: pignometro

Se adquirió por un valor de $15.000, la transacción se llevó a cabo el día 15 de octubre, el

proveedor del artefacto fue el señor Álvaro Jiménez.

Lubricante en aerosol

Fig72 : lugares de la maquina a lubricar

El lubricante se adquirió en un supermercado de cadena con énfasis en la línea del hogar.

Picnómetro de 25ml

Lubricant

e

Lubricant

e



138

23. Descripción de la obtención del

producto

RESULTAD

OS



139

24. Análisis de resultados

A continuación se va a realizar un análisis de los resultados obtenidos de las pruebas

aplicadas a los Pellets obtenidos (Densidad, Durabilidad y análisis Cualitativo). Se pretende

desarrollar un análisis del comportamiento de los pellets dejando constante una de las

variables de diseño mientras que las demás serán constantes.

ANALISIS: 4% Aglutinante, 50% Cuesco y Humedad Variable

Para este caso se tendrán los valores constantes tanto para el Aglutinante como para el

Porcentaje de Cuesco, mientras que se varía el Porcentaje de la Humedad de modo que se

alcance el valor más óptimo de humedad para obtener las mejores propiedades de los

Pellets.

Densidad

Fig 73: grafica de densidad vs humedad variable



140

De acuerdo a la gráfica mostrada previamente, podemos observar que el Pellet que posee la

mejor Densidad es el que posee un 10% de Humedad.

Análisis Cualitativo

Fig74: grafica de analisis cualitativo vs densidad variable

De acuerdo a la gráfica mostrada previamente, podemos observar que el Pellet que posee el

mejor valor obtenido del Análisis Cualitativo es el que posee un 10% de Humedad.



141

Índice Durabilidad

Fig75: graifica de durabilidad – humedad variable


mejor Índice de Durabilidad es el que posee un 10% de Humedad.

Al revisar los resultados de las tres pruebas y las gráficas obtenidas, encontramos que el dato

común y óptimo para alcanzar las mejores propiedades de los Pellets, es utilizando un 10%

de humedad en el momento de preparar la mezcla para la generación de los mismos. Ya que

entre más humedad tengan los pellets las propiedades se van a ver más disminuidas ya que

entre mayor humedad exista en la generación de los pellets va existir menos adherencia

entre las partículas y hace que haya mayor presencia de grietas.

ANALISIS: 10% de Humedad, 50% Cuesco y Aglutinante Variable



142

Para este caso se tendrán los valores constantes tanto para la Humedad como para el

Porcentaje de Cuesco, mientras que se varía el Porcentaje de Aglutinante de modo que se

alcance el valor más óptimo de cantidad de Melaza para obtener las mejores propiedades

de los Pellets.

Densidad

Fig76: densidad-Aglutinante variable


mejor Densidad es el que posee un 4% de Aglutinante, aunque los Pellets con un 12% de

aglutinante tienen un valor de densidad muy cercano al de 4%


Aquí podemos observar que el Pellet que posee el mejor valor obtenido del Análisis

Cualitativo es el que posee un 4% de Aglutinante, y se puede ver que para este caso los



143

Pellets con un 12% de aglutinante tiene un Índice Cualitativo muy bajo, valores muy

diferentes que en la prueba anterior.

Fig77: Analisis Cualitativo- Aglutinante variable

Índice Durabilidad

Fig78: Durabilidad-Aglutinante Variable



144


mejor Índice de Durabilidad es el que posee un 8% de Aglutinante, pero se puede ver en la

gráfica que aunque los Índices de Durabilidad para los otros 2 tipos de Pellets son menores,

los valores son buenos.

Al revisar los resultados de las tres pruebas y las gráficas obtenidas, encontramos que un

buen dato para alcanzar las mejores propiedades de los Pellets, es utilizando un 4% de

aglutinante en el momento de preparar la mezcla para la generación de los mismos.

ANALISIS: 10% de Humedad, 4% de Aglutinante y Porcentaje de Cuesco Variable

Para este caso se tendrán los valores constantes tanto para la Humedad como para el

Porcentaje de Aglutinante, mientras que se varía el Porcentaje de Aglutinante de modo que

se alcance el valor más óptimo de Porcentaje de Cuesco para obtener las mejores

propiedades de los Pellets.

Densidad

Fig79: Densidad-% de cuesco variable



145


mejor Densidad es el que posee un 450% de Cuesco.


Fig80: Analisis Cualitativo -% Cuesco variable

De acuerdo a la gráfica mostrada previamente, podemos observar que los Pellets que

poseen los mejores valores obtenidos del Análisis Cualitativo es el que posee un 50% y 60%

de cuesco.

Índice Durabilidad

De acuerdo a la gráfica mostrada, podemos observar que el Pellet que posee el mejor Índice

de Durabilidad es el que posee un 40% de Cuesco, pero se puede ver en la gráfica que

aunque los Índices de Durabilidad para los otros 2 tipos de Pellets son menores, los valores

son buenos.



146

Fig81: grafica de durabilidad-% Cuesco variable

Al revisar los resultados de las tres pruebas y las gráficas obtenidas, encontramos que el

porcentaje de Cuesco no es un factor influyente sobre las propiedades del Pellet de modo

que es indiferente que porcentaje de cuesco usar entre un 40% un 60%.

ANÁLISIS GENERAL

Al realizar una recopilación de los resultados obtenidos luego de aplicar las pruebas a los

pellets, se realiza una comparación entre los datos para observar cuales son las mejores

corridas (es decir las corridas con los mejores valores de cada prueba) y las corridas con los

datos más bajos.

Corridas Pruebas Densidad

Análisis

Cualitativo Índice Durabilidad

100405 1,229 2,921 0,911

100404 1,220 2,841 0,946

100406 1,208 2,921 0,924



147

100805 1,173 2,841 0,958

100804 1,180 2,524 0,938

100806 1,226 2,762 0,951

101205 1,223 2,571 0,931

101204 1,201 2,460 0,970

101206 1,230 2,873 0,961

140405 1,177 2,571 0,874

140404 1,193 2,667 0,877

140406 1,122 2,571 0,797

140805 1,187 2,079 0,709

140804 1,212 2,190 0,821

140806 1,218 2,349 0,778

141205 1,187 2,032 0,829

141204 1,257 2,159 0,859

141206 1,252 1,873 0,839

180405 1,219 1,540 0,680

180404 1,239 1,460 0,632

180406 1,229 1,524 0,676

180805 1,167 1,275 0,523

180804 1,198 1,540 0,525

180806 1,284 1,365 0,547

181205 1,203 1,429 0,606

181204 1,161 1,397 0,608

181206 1,242 1,333 0,571

Tabla19 : Resultados para las corridas con las diferentes composiciones

De acuerdo a la tabla presentada anteriormente se puede observar que las tres mejores

corridas son subrayadas de color verde (100404, 100806 y 101206), y como podemos

observar en su composición y los resultados del análisis realizado anteriormente obtenemos

que las mejores propiedades se tienen para un 10% de Humedad, el porcentaje tanto de

aglutinante como de cuesco son variables por lo que no son valores determinantes en las

propiedades del Pellet. De igual manera se subrayaron las tres corridas con las propiedades

más bajas, como se observa los peores datos poseen en común una humedad del 18% por lo

que se puede concluir que entre más humedad posean los Pellets las propiedades



148

disminuyen debido a la poca adherencia de las partículas y la presencia de grietas que

generan.

Pellets mejores propiedades

Fig82: Mejores pellets , composiciones y propiedades



149

Pellets con las peores propiedades

+

Fig83: Peores pellets , composiciones y propiedades



150

ANÁLISIS PRUEBA DE FLEXIÓN DE 3 PUNTOS

A las mejores 3 corridas encontradas en el experimento se les realizó la prueba de flexión de

3 puntos. Con una carga inicial de 14 N y un desplazamiento del Palpador de 1 mm por

minuto. A cada corrida se le aplicaron 3 réplicas, es decir se realizaron 9 ensayos en total .

Fig84: flexión de 3 puntos 100806

Fig85: flexión de 3 puntos de 101206



151

Fig86: flexión a 3 puntos (100404)

En las gráficas anteriores se puede observar la tendencia de los promedios de las corridas

con las mismas composiciones. Se obtuvo que a menor cantidad de melaza de 12% a 8% la

resistencia máxima a la flexión se incrementa en casi un 50% llegando a 6 N es decir casi 0.6

kg de fuerza para quebrarlo. Ahora variando la cantidad de cuesco al 40% y disminuyendo la

cantidad de melaza al 4% se observa un incremento en la resistencia a la flexión máxima de

45% por lo tanto la relación de cuesco en la mezcla no determina el comportamiento a la

flexión en los pellets manteniendo la humedad constante.

Parametro Max._Carga Max._Despl Max._Esfuerzo Max._Deformación

Unidades N mm N/mm2 %

100806 6.10313 0.16 1.21395 1.524

100806 4.38438 0.28 0.87208 2.667

100806 8.9375 0.199 1.77773 1.89548

101206 4.85781 0.215 0.922 2.08012

101206 3.66406 0.302 0.69543 2.92185

101206 4.47813 0.3755 0.83047 3.66112

100404 9.64688 0.274 2.01241 2.56875

100404 7.44844 0.1535 1.5538 1.43906

100404 11.9625 0.274 2.55633 2.5482

Tabla 19: propiedades del ensayo a flexión de 3 puntos



152

25.Costos y análisis de costos

Tabla21: tabla de gastos del proyecto

COM

PONE

NTES

UNID

ADES

PREC

IOM

ONED

ACA

NTID

AD R

EQUE

RIDA

UNID

ADES

PREC

IO [$

]

Cues

coTo

n20

0,42

0.00

$ C

OL7.

5kg

1,50

3.15

Fibr

aTo

n25

5,08

0.00

$ C

OL7.

5kg

1,91

3.10

Mel

asa

10 kg

5,50

0.00

$ C

OL1

kg55

0.00

Bolsa

zipl

oc10

0 UNI

DADE

S9,

000.

00

$ COL

1CA

JA9,

000.

00

Máq

uina

Pel

letiz

ador

a$/

h30

,000

.00

$ COL

50h

1,50

0,00

0.00

Mol

ino

eléc

trico

$59

,000

.00

$ COL

1UN

IDAD

59,0

00.0

0

Mol

iend

a cue

sco

$/kg

40,0

00.0

0

$ C

OL3.

5kg

140,

000.

00

Tam

izado

de

cues

co$/

kg5,

000.

00

$ COL

3.5

kg17

,500

.00

Acon

dicio

nam

ient

o de

fibr

a$/

h8,

000.

00

$ COL

10h

80,0

00.0

0

Man

o de

Obr

ah

35,0

00.0

0

$ C

OL20

0h

7,00

0,00

0.00

Gram

era

UNID

AD30

,000

.00

$ COL

1UN

IDAD

30,0

00.0

0

Torn

o$/

h50

,000

.00

$ COL

13.5

h67

5,00

0.00

Ensa

yo d

e fle

xión

a 3 p

unto

s$/

ensa

yo37

,000

.00

$ COL

9EN

SAYO

333,

000.

00

Ensa

yo d

ensid

ad$/

ensa

yo25

,000

.00

$ COL

81EN

SAYO

2,02

5,00

0.00

Eval

uació

n hu

med

ad$/

ensa

yo30

,000

.00

$ COL

3EN

SAYO

90,0

00.0

0

Flet

e$/

kg2,

141.

00

$ COL

15kg

32,1

15.0

0

Torn

illos

20 U

NIDA

DES

2,00

0.00

$ C

OL1

UNID

AD2,

000.

00

Lubr

icant

eUN

IDAD

12,0

00.0

0

$ C

OL1

UNiD

AD12

,000

.00

TOTA

L12

,008

,581

.25

GAST

OS



153

Del análisis de costos se observa que el mayor concentración de los gastos se encuentra en

la mano de obra que oscila en un 58% por ciento de los gastos totales, seguido luego del

ensayo de densidad que tiene un porcentaje de 16%. Este ensayo es costoso por el uso de los

equipos especializados y la mano de obra calificada y certificada que se necesita para

realizarlos. Por el ultimo influyente fue el uso de la maquina pelletizadora que oscilo en un

12 %. De esto último logramos establecer que gracias a los recursos tangibles disponibles en

la universidad se pudo ahorrar casi un 80% de los costos directos asociados al desarrollo

efectivo del proyecto.

Calculo de energías de compactación

Se realizó el cálculo de energía de compactación a las 3 mejores pruebas. Los datos se darán

a continuación:

Total [kpa*m] 794.9833284

Energía[kJ] 1.154475747



154

Total [kpa*m] 2674.33288

Energía[kJ] 3.883669428



155

Total [kpa*m] 2727.933224

Energía[kJ] 3.961507913



156

26. Conclusiones y recomendaciones

Colombia tiene gran potencial a nivel mundial en la producción de biomasa

proveniente el aprovechamiento de los residuos de la palma de aceite, aunque

todavía no se tiene un avance industrial que permita dar un valor agregado a este

gran porcentaje de desechos.

Las empresas de mayor experiencia de la producción de pellets se encuentran en

altas latitudes y trabajan con residuos del procesamiento de la madera, por lo que es

necesario tratar de alcanzar las calidades y costos que sean competitivos en el

mercado en estas zonas.

Los parámetros más relevantes para la ejecución del proyecto que permitan cumplir

con los requerimientos del cliente son la compactación y la cantidad de energía

generada por cada pellet.

Los pellets pueden ser proyectados como una fuente de energía limpia, pero

teniendo en cuenta los altos costos de manufactura del cuesco y la fibra no se espera

un auge a corto plazo, solamente hasta que se creen métodos de procesamiento más

sencillo y a bajos costos.

Las tendencias muestran que Estados Unidos y Japón tienden a tener un crecimiento

en la demanda de pellets, por lo tanto Colombia deberá instalar procesos eficientes y

económicos que sean competitivos con los grandes productores actuales.

Ya que se obtuvieron dos formas que se adaptan eficientemente a los requerimientos

del cliente en el proceso de peletizado, se tuvo en cuenta como factor principal para

la evaluación, los costos. por lo tanto para esta fase se decidió utilizar la maquina

peletizadora existente en el laboratorio.

Existen muchos métodos de peletización muy eficientes a niveles industriales como

la utilización de rodillos planos y anulares, pero para los propósitos investigativos el

proceso de peletización más sencillo es el montaje cilindro -pistón.



157

Existen varios métodos de medición de variables que brindan información físico

química de los pellets, pero para fines del proyecto se evaluá aquellas que por su

simplicidad, economía, exactitud y precisión puedan brindar información adecuada

para encontrar la mezcla adecuada de fibra y cuesco. con la cual se obtenga un

mayor valor agregado.

Aunque el enfoque del proyecto está limitado al desarrollo de un producto

investigativo, es necesario aplicar la técnica de generación de conceptos a otras áreas

de interés relacionadas con el mismo, como la fase de peletización y la medición de

variables.

Aunque en teoría se estudiaron varios conceptos relacionados para el diseño de una

maquina pelletizadora, solamente se tuvo en cuenta el mecanismo de peletizado. Sin

embargo no se descarta esta información para propósitos futuros como el diseño y

construccion de una maquina enfocada a pelletizar los residuos obtenidos en la

generación de aceite de palma.

Las principales falencias del proceso se encuentran directamente en el área de

compactación. Debido a que la raíz del problema no es la diseño del experimento

sino el desempeño de la maquina en su operación. Seria indispensable realizar a

futuro un rediseño y aplicar mejoras con componentes sencillos de operar y sistemas

de interacción más amigables.

La evaluación del producto en esta fase permite obtener información detallada que

puede ser dada al consumidor para que pueda seguir un plan de manejo que brinde

un óptimo desempeño.

Se observó que a menor cantidad de porcentaje de melaza los pellets tiene mayor

resistencia al esfuerzo a flexión.

De acuerdo al análisis realizado a los pellets generados y observando los resultados

obtenidos de las pruebas experimentales se determinó que el mejor porcentaje de

humedad óptimo para el desarrollo de los Pellets es de 10%.

De acuerdo al análisis realizado y las pruebas experimentales se llegó a la conclusión

de que el porcentaje de aglutinante (en este caso melaza) no es un parámetro que



158

influyente en la densidad e índice de durabilidad, sin embargo los datos muestran

que con un porcentaje de 4% de aglutinante se obtienen mejores resultados.

Del análisis realizado a los Pellets podemos observar que el porcentaje de cuesco

utilizado para la generación de los Pellets, no es una variable que altere los valores de

durabilidad, densidad e índice cualitativo, por lo que es indiferente el porcentaje que

se utilice en un rango del 40% al 60%.

Se observó que disminuye la energía de compactación cuando se disminuye el

porcentaje de cuesco en la mezcla.

A nivel global el mejor pellet es que tiene una composición de: 10% humedad, 4 %

aglutinante 40% de cuesco.

La máquina Peletizadora donde se generaron los Pellets posee una serie de errores

de Diseño que dificultan en gran manera el desarrollo del proyecto, en varias

ocasiones se perdía mucho tiempo buscando soluciones para el trabajo continuo en

la máquina, obstruyendo la fluidez del Proyecto.



159

27. Bibliografía:

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[2]www.sabelotodo.org/agricultura/palmas/palmaaciteafricana.html.

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partir de bagazo de palma de aceite/departamento de ingeniería/Universidad Nacional De

Colombia

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http://www.biomassenergycentre.org.uk/



161

28.Anexos:

Análisis DOE

Efectos estimados para DI (%)

Efecto Estimado Error Estd. V.I.F.

promedio 0.777901 0.0277355

A:%Wt -0.346667 0.0256781 1.0

B:%Ag -0.0159259 0.0256781 1.0

C:%S -0.0144444 0.0256781 1.0

AA -0.102963 0.0444758 1.0

AB -0.0483333 0.0314491 1.0

AC 0.00833333 0.0314491 1.0

BB 0.111481 0.0444758 1.0

BC -0.00111111 0.0314491 1.0

CC 0.0181481 0.0444758 1.0

bloque 0.0530864 0.0296505 1.33333

bloque 0.0879012 0.0296505 1.33333

Errores estándar basados en el error total con 69 g.l.

Análisis de Varianza para DI

Fuente Suma de Cuadrados

Gl Cuadrado Medio

Razón-F Valor-P

A:%Wt 1.6224 1 1.6224 182.26 0.0000

B:%Ag 0.00342407 1 0.00342407 0.38 0.5372

C:%S 0.00281667 1 0.00281667 0.32 0.5756

AA 0.0477062 1 0.0477062 5.36 0.0236

AB 0.021025 1 0.021025 2.36 0.1289

AC 0.000625 1 0.000625 0.07 0.7918

BB 0.0559265 1 0.0559265 6.28 0.0146

BC 0.0000111111 1 0.0000111111 0.00 0.9719

CC 0.0014821 1 0.0014821 0.17 0.6845

bloques 0.205351 2 0.102675 11.53 0.0000

Error total 0.614198 69 0.00890142

Total (corr.) 2.57497 80

R-cuadrada = 76.1473 porciento

R-cuadrada (ajustada por g.l.) = 73.1237 porciento Error estándar del est. = 0.0943473 Error absoluto medio = 0.0621856



162

Estadístico Durbin-Watson = 1.74727 (P=0.0480) Autocorrelación residual de Lag 1 = 0.122706

Coef. de regresión para DI

Coeficiente Estimado

constante 1.15397

A:%Wt 0.0536343

B:%Ag -0.0358912

C:%S -0.0111435

AA -0.00321759

AB -0.00151042

AC 0.000104167

BB 0.0034838

BC -0.0000138889

CC 0.0000907407

El StatAdvisor

Esta ventana despliega la ecuación de regresión que se ha ajustado a los datos. La ecuación del modelo ajustado es

DI = 1.15397 + 0.0536343*%Wt - 0.0358912*%Ag - 0.0111435*%S - 0.00321759*%Wt^2 -

0.00151042*%Wt*%Ag + 0.000104167*%Wt*%S + 0.0034838*%Ag^2 - 0.0000138889*%Ag*%S + 0.0000907407*%S^2

Optimizar Respuesta Meta: maximizar DI

Valor óptimo = 0.992716

Factor Bajo Alto Óptimo

%Wt 10.0 18.0 10.0

%Ag 4.0 12.0 12.0

%S 40.0 60.0 40.0



163

Diagrama de Pareto Estandarizada para DI

0 3 6 9 12 15

Efecto estandarizado

BC

AC

CC

C:%S

B:%Ag

AB

AA

BB

A:%Wt+

-

Gráfica de Efectos Principales para DI

0.55

0.65

0.75

0.85

0.95

DI

%Wt10 18

%Ag4 12

%S40 60

Superficie de Respuesta Estimada%S=50.0

10 12 14 16 18%Wt

46

810

12

%Ag

0.54

0.64

0.74

0.84

0.94

1.04

DI

RESULTADOS PARA ANALISIS DE DENSIDAD APARENTE PELLETS

Efectos estimados para rho_a (g cm^3)



164

Efecto Estimado Error Estd. V.I.F.

promedio 1.19352 0.0178444

A:%Wt -0.000148148

0.0165207 1.0

B:%Ag 0.0146667 0.0165207 1.0

C:%S 0.0166296 0.0165207 1.0

AA 0.0308889 0.0286147 1.0

AB -0.0151111 0.0202337 1.0

AC 0.0158333 0.0202337 1.0

BB -0.00533333 0.0286147 1.0

BC 0.0328333 0.0202337 1.0

CC 0.0261111 0.0286147 1.0

bloque 0.0682222 0.0190765 1.33333

bloque 0.0138519 0.0190765 1.33333

Errores estándar basados en el error total con 69 g.l.

Análisis de Varianza para rho_a

Fuente Suma de Cuadrados

Gl Cuadrado Medio

Razón-F Valor-P

A:%Wt 2.96296E-7 1 2.96296E-7 0.00 0.9929

B:%Ag 0.002904 1 0.002904 0.79 0.3777

C:%S 0.00373335 1 0.00373335 1.01 0.3176

AA 0.00429356 1 0.00429356 1.17 0.2841

AB 0.00205511 1 0.00205511 0.56 0.4577

AC 0.00225625 1 0.00225625 0.61 0.4366

BB 0.000128 1 0.000128 0.03 0.8527

BC 0.00970225 1 0.00970225 2.63 0.1092

CC 0.00306806 1 0.00306806 0.83 0.3647

bloques 0.0781805 2 0.0390903 10.61 0.0001

Error total 0.254238 69 0.00368461

Total (corr.) 0.36056 80

R-cuadrada = 29.4879 porciento

R-cuadrada (ajustada por g.l.) = 20.5497 porciento Error estándar del est. = 0.060701 Error absoluto medio = 0.0437005

Estadístico Durbin-Watson = 2.26117 (P=0.7160) Autocorrelación residual de Lag 1 = -0.131031

Coef. de regresión para rho_a

Coeficiente Estimado

constante 1.89227

A:%Wt -0.0331644

B:%Ag -0.00940972

C:%S -0.0182782

AA 0.000965278



165

AB -0.000472222

AC 0.000197917

BB -0.000166667

BC 0.000410417

CC 0.000130556

El StatAdvisor

Esta ventana despliega la ecuación de regresión que se ha ajustado a los datos. La ecuación del modelo ajustado es

rho_a = 1.89227 - 0.0331644*%Wt - 0.00940972*%Ag - 0.0182782*%S + 0.000965278*%Wt^2 -

0.000472222*%Wt*%Ag + 0.000197917*%Wt*%S - 0.000166667*%Ag^2 + 0.000410417*%Ag*%S + 0.000130556*%S^2

Optimizar Respuesta Meta: maximizar rho_a

Valor óptimo = 1.2517

Factor Bajo Alto Óptimo

%Wt 10.0 18.0 18.0

%Ag 4.0 12.0 12.0

%S 40.0 60.0 60.0

Diagrama de Pareto Estandarizada para rho_a

0 0.4 0.8 1.2 1.6 2

Efecto estandarizado

A:%Wt

BB

AB

AC

B:%Ag

CC

C:%S

AA

BC+

-



166

Gráfica de Efectos Principales para rho_a

1.18

1.19

1.2

1.21

1.22

rho_a

%Wt10 18

%Ag4 12

%S40 60

Superficie de Respuesta Estimada%S=50.0

10 12 14 16 18%Wt

46

810

12

%Ag

1.18

1.19

1.2

1.21

1.22

1.23

rho_a

Documents

Informe Final