transformacion quimica de la madera unsaac

1. Carbonización de la madera

2. Definición del Carbón Vegetal y Carbonización
El carbón vegetal es el residuo sólido que queda luego de someter la madera a la acción del calor, en
ausencia de oxígeno, bajo condiciones controladas de tiempo y temperatura. El proceso de producción de
carbón se denomina carbonización. Las condiciones controladas de la carbonización implica un control de
las entradas de aire en la zona de descomposición térmica. Este control depende del método de
carbonización empleado y/o forma de calentamiento aplicada. Los rendimientos de carbonización son
variables: en retortas de laboratorio se obtienen valores de 25 a 30%; en métodos de carbonización
comercial con hornos, de 20 a 25% y en métodos artesanales de 10 a 20%.
Los productos de carbonización están comprendidos por 3 partes:
productos de la fase sólida
: comercialmente el más importante es el carbón vegetal. Sin embargo, también se considera en esta fase
a la carbonilla o cisco que es el carbón menudo (tamaño menor a 1 cm) y la brea solidificada ( tar );
productos de fase gaseosa
: durante la carbonización se forman gases producto de las reacciones pirolíticas en la madera. En un
método comercial de carbonización estos gases se liberan al exterior. En esta fase se encuentran dos
fracciones:
fracción de gases no condensables,
a las condiciones ambientales del entorno de la carbonización, conformada por gases no combustibles
(CO2) y combustibles(CO, CH4, C2H6).
fracción de gases condensables,a las condiciones ambientales

3. productos de fase líquida
: la recuperación de la fracción de gases condensables da lugar a la obtención del licor piroleñoso también
denominado ácido piroleñoso por el pH bajo de esta fracción. Estos productos se obtienen cuando se
incorpora un sistema de condensación de los gases que salen de la carbonización. El proceso de
carbonización que incluye además un sistema de recuperación de los gases condensables se denomina
destilación seca de la madera.
Destilación Seca
Según Panshing (1959) la diferencia entre carbonización y destilación seca o d.destructiva esta en que esta
última implica además de la producción del carbón la recuperación de los destilados (licor piroleñoso). Las
etapas de la destilación seca son las mismas de la carbonización. Los destilados se forman a partir de los
100°C (agua y volátiles de bajo punto de ebullición). Los otros destilados provienen principalmente a partir de
las hemicelulosas (a partir de 200°C), de la lignina (entre 250 a 425°C) y de la celulosa (entre 290 a 340°C);
Wenzl, 1970.

4. El primer paso, en la carbonización en el
horno, es secar la madera a 100° C, o
menos, hasta un contenido cero de
humedad se aumenta luego la
temperatura de la madera secada al
horno a alrededor de 280°C. La energía
para estas etapas viene de la combustión
parcial de parte de la madera cargada en
el horno o en la fosa, y es una reacción
que absorbe energía o endotérmica.

5. Cuando la madera está seca y calentada a alrededor de
280°C, comienza espontáneamente a fraccionarse,
produciendo carbón más vapor de agua, mañanas, ácido
acético y compuestos químicos más complejos,
fundamentalmente en la forma de alquitranes y gases no
condensables, que consisten principalmente en hidrógeno,
monóxido y bióxido de carbono. Se deja entrar aire en el
horno o fosa de carbonización para que parte de la madera
se queme, y el nitrógeno de este aire estará también
presente en el gas. El oxígeno del aire será gastado en la
quema de parte de la madera, arriba de la temperatura de
280°C. libera energía, por lo que se dice que esta reacción
es exotérmica.

6. Este proceso de fraccionamiento espontáneo o
carbonización, continúa hasta que queda sólo el
residuo carbonizado llamado carbón vegetal. A menos
que se proporcione más calor externo, el proceso se
detiene y la temperatura alcanza un máximo de
aproximadamente 400°C. Sin embargo, este carbón
contiene todavía apreciables cantidades de residuos
alquitranes, junto con las cenizas de la madera
original. El contenido de cenizas en el carbón es de
alrededor del 30% en peso, y el balance es carbono
fijo, alrededor del 67-70%. Un ulterior calentamiento
aumenta el contenido de carbono fijo, eliminando y
descomponiendo aún más los alquitranes

7. Una temperatura de 500°C da un contenido
típico de carbono fijo de alrededor del 85% y un
contenido de materia volátil de cerca del 10%. A
esta temperatura, el rendimiento del carbón es
de aproximadamente el 33% del peso de la
madera secada al horno carbonizada, sin contar
la madera que ha sido quemada para carbonizar
la remanente. Por lo tanto, el rendimiento
teórico del carbón vegetal varía con la
temperatura de carbonización, debido al cambio
de contenido de material volátil alquitranado
(24, 26, 31).

8. Efecto de la temperatura de carbonizaci6n sobre rendimientos y
composición del carbón vegetal
Temperatura de
carbonización
°C
Análisis químico del
carbón
Rendimiento de carbon
sobre masa seca al
horno
( 0% de humedad )%
carbono
fijo
% material
volátil
300 68 31 42
500 86 13 33
700 92 7 30

9. Bajas temperaturas de carbonizaci6n dan un
mayor rendimiento en carbón vegetal, pero
que es de baja calidad, que es corrosivo, por
contener alquitranes ácidos, y que no quema
con una llama limpia sin humo. Un buen
carbón vegetal comercial debería contener
carbono fijo en alrededor del 75% para lo
cual se requiere una temperatura final de
carbonizaci6n de alrededor de 500°C.

10. El rendimiento del carbón muestra también cierta
variación con respecto al tipo de madera. Hay cierta
evidencia de que el contenido de lignina en la madera
tiene un efecto positivo sobre el rendimiento del
carbón; un alto contenido de lignina da un elevado
rendimiento de carbón vegetal. Una madera densa
tiende también a dar un carbón denso y fuerte, la que
es también deseable. Sin embargo, madera muy densa
produce a veces carbón friable puesto que la madera
tiende a desmenuzarse durante la carbonización.

11. La friabilidad del carbón aumenta con el
aumento de la temperatura de
carbonizaci6n y el contenido de carbono
fijo aumenta mientras que el contenido
de substancias volátiles decrece. Una
temperatura de 450 - 500°C ofrece un
equilibrio óptimo entre friabilidad y el
deseo de un elevado contenido de
carbono fijo.

12. Las numerosas variables posibles en la carbonizaci6n
rinden difícil especificar un procedimiento óptimo
generalmente pueden obtenerse los mejores
resultados usando latifolia das sanas, de densidad
media a elevada. La madera deberá ser lo más seca
posible y por lo general bien hendida, para eliminar
piezas mayores de 20 cm de grueso. La leña que debe
ser quemada en los hornos o fosas, para secar e iniciar
la carbonizaci6n de la remanente, puede ser de
inferior calidad y de sección menor.

13. Las numerosas variables posibles en la
carbonizaci6n rinden difícil especificar un
procedimiento óptimo generalmente pueden
obtenerse los mejores resultados usando
latifolia das sanas, de densidad media a
elevada. La madera deberá ser lo más seca
posible y por lo general bien hendida, para
eliminar piezas mayores de 20 cm de grueso.
La leña que debe ser quemada en los hornos o
fosas, para secar e iniciar la carbonizaci6n de
la remanente, puede ser de inferior calidad y
de sección menor.

14. Conclusiones
El proceso de deforestación - desertización puede frenarse, incluso
invertirse,
manteniendo e incluso desarrollando el consumo de combustible
forestal:
madera y carbón vegetal.
Esto requiere esfuerzos considerables a varios niveles:
gestión y explotación forestal, voluntad política,
producción industrial, ergo controlable, de carbón vegetal,
educación de los usuarios.
Los beneficios son evidentes:
protección del patrimonio forestal,
control de la desertización,
ventajas macroeconómicas.