Análisis inmediato del carbón: humedad

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El agua es uno de los componentes volátiles del carbón y su presencia influye en los procesos de aprovechamiento del mismo. La determinación de su porcentaje en peso se realiza normalmente mediante un análisis inmediato, debido a su rapidez, sencillez y porque son más baratos. El rango de porcentaje de humedad es muy variado (del 2% hasta el 90%) y su presencia se debe a:

– A la materia vegetal de la que procede.
– Porque en los yacimientos suele haber presencia de agua.
– Porque se localiza en medios acuosos.
– Por inclemencias atmosféricas “almacenamiento a la intemperie”.
– Porque se lava con agua.

Las distintas formas en las que se puede encontrar el agua en el carbón son las siguientes:

  • Humedad accidental o superficial: es aquella que se desprende al dejar secar el carbón al aire.
  • Humedad hidroscópica: es aquella que para eliminarla es preciso calentar el combustible a una temperatura próxima a los 107ºC.
  • Humedad procedente de la descomposición de compuestos orgánicos: es aquella que se desprende de compuestos orgánicos a temperaturas entre 200 – 225ºC
  • Agua de hidratación de materia mineral: se precisa calentar a temperaturas próximas a los 500ºC.

Habitualmente cuando se habla de humedad se suele hacer referencia a las dos primeras: (humedad total = h. accidental + h. hidroscópica).

Métodos para determinar la humedad en el carbón

Método térmico de secado (más usada): Consiste en calentar el carbón a una temperatura ligeramente superior a la de la ebullición del agua, midiendo la pérdida de agua directa o indirectamente (105 – 110ºC). El método indirecto, el porcentaje en humedad se calcula por la diferencia de peso que sufre el carbón al ser calentado. En el método directo, la humedad desprendida será absorbida por el material hidroscópico, y la diferencia de peso inicial y posterior determinará la cantidad de agua que poseía el carbón. Ambas formas están normalizadas.

humedad1

Método con secador: consiste en poner el carbón con una sustancia desecante y determinar la pérdida que sufre el carbón. No está normalizado.

Método de la destilación: el carbón se calienta sumergido en un líquido que debe tener dos características: ser inmiscible con el agua (no se mezclan) y que su temperatura de ebullición sea superior a la del agua. Las sustancias que se usan son el tolueno y silino, y los vapores generados se condensan recogiéndose en un tubo, determinando la cantidad de agua recogida. Método directo y normalizado.

 humedad2

Método de extracción “operación básica de extracción”: ponemos el carbón con un solvente adecuado determinándose la cantidad de agua por el cambio de alguna propiedad física de ese solvente. No está normalizado.

Método químico: hacer participar el agua del carbón en una reacción química de estequiometría conocida CH3MgI (magnesiano de Grignard) “I = alógeno cualquiera”.

2CH3MgI+H2O -> 2CH4 + I2Mg + MgO

Sea cual sea las condiciones ocurre al 100%.

Evaluando la cantidad generada / reaccionada podemos calcular la cantidad de H2O. No está normalizado.

Método eléctrico: se lleva a cabo realizando medidas de la conductividad eléctrica del carbón. Hay que tener en cuenta que el agua posee una buena conductividad eléctrica, asi que cuanto más agua más conductividad. Se requiere en primer lugar determinar la humedad con algún método anterior.

humedad4

Calcular su gráfica

humedad3

Con esta gráfica podemos averiguar la conductividad en función del porcentaje de humedad, o bien con su función algebraica.

y = f(x) => %H = ∆ conduct + B

Presenta la ventaja de la rapidez y disponibilidad, pero tiene de desventaja que no es preciso.

Valores de la humedad en los carbones

Son muy variados

Las turbas > 60%

Lignitos ≈ 50%

Hullas y antracitas (2 – 3%)

Influencia de la presencia de agua en los diferentes procesos tecnológicos del carbón

Inconvenientes

  • Al transportar el carbón, la humedad es un peso muerto indeseado.
  • A la hora de manipularlo, cuando se encuentra molido, la humedad proporciona adherencia al carbón y dificulta su manipulación.
  • El precio del carbón está influido por el % de humedad.
  • El poder calorífico disminuye porque el agua coge parte del calor.
  • En los procesos de gasificación, el agua es un elemento activo y hay que tenerlo en cuenta.
  • En los procesos de coquización influye sobre la velocidad con la que ocurre el proceso, cantidad de producto obtenido y capacidad de los hornos.
  • Las propiedades físicas pueden variar con la humedad.

Ventajas

Los procesos de combustión se pueden ver favorecidos con el porcentaje de humedad. Un proceso de combustión se produce entre el carbono y el oxígeno. Si aumentamos el % humedad, aumentamos la esponjosidad y la superficie de reacción. Los mejores resultandos se obtienen entre un 15 – 20% de humedad.

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