La alta demanda de energía, y en especial de energías renovables, lleva a las industrias a buscar fuentes que hasta hace poco no se consideraban viables. Este escenario está impulsado por las preocupaciones ambientales, la necesidad de diversificar las matrices energéticas y la búsqueda de sostenibilidad.
En este contexto, el uso de biomasa con fines energéticos se destaca y crece año tras año. Ese aumento trae la necesidad de evaluar el potencial energético de los distintos tipos de biomasa para optimizar su uso y su eficiencia.
Potencial energético de la biomasa
El potencial energético de la biomasa depende de varios factores, y los dos principales son el tipo de biomasa y su contenido de humedad. La biomasa puede clasificarse de varias formas, como residuos agrícolas, forestales, industriales e incluso urbanos. Cada tipo tiene características propias que influyen directamente en su capacidad de generar energía.
La humedad es crucial porque el agua presente en la biomasa absorbe parte de la energía durante la combustión y reduce el rendimiento energético. Por eso se prefiere la biomasa con menor contenido de humedad.
Además de estos dos factores, otros aspectos influyen en el potencial energético, como el contenido de cenizas y la granulometría del material. El contenido de cenizas es la cantidad de residuos sólidos no combustibles que quedan después de la combustión, y puede afectar la eficiencia energética y el manejo de los residuos.
La granulometría, es decir, el tamaño de las partículas, influye en la eficiencia de la combustión y en el diseño de los sistemas de quema de las calderas, por ejemplo.
Cómo calcular el poder calorífico del material
La capacidad de generar energía de una biomasa suele cuantificarse con su PCS (poder calorífico superior). El PCS representa la energía que puede entregar el material completamente seco, es decir, con 0 % de humedad. Este valor es clave para comparar y seleccionar distintos tipos de biomasa. Estos son ejemplos de PCS de materiales comunes en el mercado brasileño:
- Eucalipto sp.: 4.525 kcal/kg
- Pino sp.: 4.790 kcal/kg
- Bagazo de caña: 3.700 kcal/kg
- Cascarilla de arroz: 3.786 kcal/kg
- Cáscara de coco: 4.000 kcal/kg
Estos valores muestran la variabilidad del potencial energético entre los distintos tipos de biomasa y la importancia de elegir el material adecuado según las necesidades de cada planta.
El eucalipto, por ejemplo, se usa mucho por su alto PCS, mientras que el bagazo de caña es una opción valiosa en el sector azucarero y del etanol, porque aprovecha los residuos del propio proceso. Analizar estos valores en detalle es esencial para optimizar el uso de la biomasa como fuente de energía renovable.
El gráfico muestra el comportamiento del poder calorífico según el contenido de humedad del material:
Veamos el impacto de la humedad en el poder calorífico. Consideremos la lista anterior, ahora ajustada a un contenido de humedad del 40 % (valores aproximados):
- Eucalipto sp.: 2.287 kcal/kg
- Pino sp.: 2.442 kcal/kg
- Bagazo de caña: 1.808 kcal/kg
- Cascarilla de arroz: 1.859 kcal/kg
Para que la biomasa se queme, el agua que contiene debe evaporarse antes de que el material pueda arder por completo. Así, parte de la energía generada al inicio de la combustión se consume en secar el resto de la biomasa. Por eso un contenido de humedad alto reduce de forma significativa el rendimiento energético.
Además del agua presente al inicio, durante la combustión se forma agua a partir del hidrógeno del combustible. En general, la biomasa contiene alrededor de un 6 % de hidrógeno, lo que influye en la cantidad de agua adicional que se forma en la quema.
Métodos para calcular el poder calorífico útil de la biomasa
Con estas consideraciones podemos calcular el PCU (poder calorífico útil), que depende del contenido de humedad y del contenido de hidrógeno de la biomasa. Para determinar la humedad y, a partir de ella, el PCU de un material, hay dos enfoques principales:
Método 1: secado de una muestra hasta peso constante
- Toma de muestra: retire una muestra representativa del material.
- Pesaje inicial: pese la muestra antes de secarla.
- Secado: seque la muestra hasta peso constante (en estufa a 105 °C, según la norma ISO 18134, sin superar esa temperatura para no descomponer la biomasa).
- Cálculo de la humedad: use la ecuación Hbh = ((Ph − Ps) / Ph) × 100, donde Ph es el peso húmedo y Ps el peso seco de la muestra.
- Cálculo del PCI: aplique la ecuación correspondiente para obtener el poder calorífico inferior.
- Cálculo del PCU: a partir del PCI, y considerando la humedad y el hidrógeno, aplique la ecuación para obtener el poder calorífico útil.
Método 2: uso de un medidor de humedad para biomasa
- Carga de la muestra: coloque la muestra en el recipiente del medidor de humedad (preferiblemente uno con buen muestreo, como el M75).
- Lectura: el medidor muestra al instante el contenido de humedad y el PCU.
El secado hasta peso constante es más laborioso y lento, pero da resultados precisos. El medidor de humedad es rápido y práctico, ideal para mediciones frecuentes y en campo. La elección depende de la precisión y la rapidez que necesite cada caso.
Cada método tiene ventajas y desventajas. La tabla resume algunos aspectos:
| Peso seco | Medidor electrónico | |
| Tiempo hasta el resultado | Horas (6 a 12 h) | Instantáneo |
| Tamaño de la muestra | Pequeño (0,2 a 0,5 kg) | Grande (8 a 10 kg) |
| Cálculos | 3 ecuaciones | – |
| Equipos auxiliares | Balanza + estufa | – |
| Portabilidad | No | Sí |
| Registro de datos | No | Sí, automático |
| Informes y gráficos | No | Sí |
| Datos disponibles en la web | No | Sí |
| Costo de los equipos | Medio | Medio |
| Costo de operación | Elevado | Bajo |
| Método primario | Sí | No |
Vea cómo medir con un medidor de humedad (video en portugués):
Conclusiones
Las ventajas de usar un medidor de humedad para analizar biocombustibles son claras frente al método tradicional de secado hasta peso seco. Los medidores son rápidos y entregan al instante la humedad y el poder calorífico útil (PCU), algo muy útil cuando se necesita agilidad, como en la evaluación de biomasa en campo o en procesos industriales continuos.
Además, los medidores son prácticos y fáciles de usar. No requieren una preparación extensa de las muestras ni la larga espera del secado hasta peso constante, lo que permite analizar más muestras en menos tiempo y mejorar el control de calidad y la gestión de los biocombustibles.
Por otro lado, el secado hasta peso seco sigue siendo indispensable. Como método primario, es fundamental para garantizar la precisión y la confiabilidad de las mediciones, porque permite calibrar los medidores de humedad para cualquier tipo de biomasa.
La calibración es esencial porque cada tipo de biomasa tiene composición y propiedades físicas distintas que afectan la medición electrónica. La densidad, la porosidad y la composición química varían, por ejemplo, entre la madera de eucalipto, el bagazo de caña y la cascarilla de arroz. El secado hasta peso seco aporta un valor de referencia muy preciso para ajustar los medidores a esas variaciones.
Por lo tanto, combinar ambos métodos, el medidor de humedad para análisis rápidos y el secado hasta peso seco para la calibración, es un enfoque completo y eficaz para evaluar la humedad y el poder calorífico de la biomasa, con eficiencia operativa y sin perder precisión.
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