31.05.2023 by Dr. Carolin Fischer
¡Es tiempo de barbacoa! ¡Elija el mejor carbón!
El verano es tiempo de barbacoas. Pero, ¿se ha preguntado alguna vez cuál es el mejor carbón vegetal? La calidad del carbón vegetal puede caracterizarse por la cantidad que contiene de compuestos orgánicos, el contenido de cenizas y la energía liberada durante la combustión. Todas estas propiedades pueden determinarse con el analizador térmico simultáneo NETZSCH STA. Con la ayuda de una medición TGA-DSC, es fácil comprobar si la diferencia de precio entre los productos está justificada por la calidad.
Para realizar una comparación, se seleccionaron tres tipos diferentes de carbón vegetal comercial: carbón vegetal de madera de haya, carbón vegetal de marca y un carbón vegetal barato de una tienda de descuento.
Las mediciones TG-DSC se realizaron con el analizador térmico simultáneo NETZSCH STA equipado con un portamuestras TG-DSC tipo S. Las diferentes muestras de carbón vegetal se calentaron como muestras a granel a 550 °C en atmósfera inerte y de 550 °C a 950 °C en atmósfera oxidante. En la tabla 1 se detallan las condiciones de medición.
En la figura 1 se representan los resultados de la muestra de carbón de madera de haya. Los tres pasos de pérdida de masa iban acompañados de efectos energéticos. El primer paso de pérdida de masa, a 81°C, fue causado probablemente por la liberación de agua, mientras que la segunda pérdida de masa, a 411°C, es una indicación de la PirólisisLa pirólisis es la descomposición térmica de compuestos orgánicos en una atmósfera inerte.pirólisis de compuestos orgánicos residuales. Estos acontecimientos provocaron dos efectos endotérmicos con temperaturas máximas de 67°C y 394°C y entalpías de 30 J/g y 5 J/g. La combustión del carbono restante bajo una atmósfera de aire sintético provocó una pérdida de masa del 92% y un efecto ExotérmicoA sample transition or a reaction is exothermic if heat is generated.exotérmico con una entalpía de -23.315 J/g. No se trata de la entalpía de combustión completa, ya que un STA es un sistema abierto que emite parte de la energía generada con los gases de purga y los gases liberados. Este valor sólo puede utilizarse para una comparación relativa. La masa residual relacionada con el contenido de cenizas ascendió al 3%.
La figura 2 muestra la comparación de los resultados de la TGA para las distintas muestras de carbón. El programa de temperatura dado dio lugar a dos etapas de pérdida de masa para cada muestra en atmósfera inerte. En cuanto al contenido de agua, el carbón de marca mostró el valor más alto, seguido del carbón de descuento y del carbón de madera de haya. Es muy probable que las diferencias en el contenido de agua se deban a las distintas condiciones de almacenamiento, pero también pueden deberse a diferencias en las propiedades de las superficies que permiten la absorción de agua.
En cambio, la proporción de compuestos orgánicos aporta información sobre el nivel de finalización del proceso de producción del carbón vegetal y las briquetas: Cuanto menor sea el contenido orgánico, mejor será la PirólisisLa pirólisis es la descomposición térmica de compuestos orgánicos en una atmósfera inerte.pirólisis de la madera inicial a carbón vegetal durante el proceso de producción, dando lugar a un carbón vegetal de mayor calidad. Comparando las tres muestras, de nuevo el carbón de madera de haya presentó el valor más bajo, seguido del carbón de marca y del carbón de descuento. En el caso del carbón de descuento, el proceso aún no había finalizado a 550°C, lo que significa que la muestra aún contiene compuestos orgánicos a esta temperatura.
Tras pasar a una atmósfera oxidante, el carbono residual se quemó con oxígeno y liberó dióxido de carbono y monóxido de carbono. También aquí se observaron diferencias entre las tres muestras. Se determinó un contenido de carbono superior al 90% para el carbón de madera de haya, mientras que tanto el carbón de marca como el de descuento mostraron valores en torno al 75% de carbono. Un alto contenido de carbono indica una gran pureza del carbón vegetal.
Por consiguiente, las tres muestras también difieren en cuanto a su masa residual, que caracteriza el Contenido en cenizasThe ash is a measure of the mineral oxide content on a weight basis. Thermogravimetric analysis (TGA) in an oxidative atmosphere is a well-proven method to determine the inorganic residue, commonly referred to ash, in organic materials such as polymers, rubbers, etc. Therefore, the TGA measurement will identify if a material is filled and calculates the total filler content.contenido en cenizas del carbón vegetal. Sorprendentemente, el carbón vegetal de marca presentaba más del 10% de cenizas, mientras que los otros dos mostraban valores entre el 3% y el 5%. El contenido de cenizas también puede considerarse un criterio de calidad. Cuanto menor es el contenido en cenizas, menor es la proporción inicial de productos secundarios no reactivos, como cargas o minerales.
La comparación de las señales DSC , representada en la figura 3, mostró que el carbón de madera de haya liberaba la mayor cantidad de calor durante la combustión oxidativa. Como las muestras se midieron en un sistema abierto no AdiabáticoAdiabatic describes a system or measurement mode without any heat exchange with the surroundings. This mode can be realized using a calorimeter device according to the method of accelerating rate calorimetry (ARC). The main purpose of such a device is to study scenarios
and thermal runaway reactions. A short description of the adiabatic mode is “no heat in – no heat out”.adiabático, estos valores no pueden considerarse como el calor de combustión. La entalpía medida es significativamente inferior al calor de combustión, ya que los gases calientes de reacción abandonan la muestra y se llevan consigo el calor liberado. Sin embargo, el calor liberado puede utilizarse como una buena comparación relativa entre las tres muestras.
Se realizó otra medición con una muestra de madera de haya (véase la figura 4). Como era de esperar, la cantidad de agua y el contenido orgánico fueron mucho mayores. El primer paso de la pérdida de masa, que se refiere al agua, dio como resultado un 5,13%. El aumento de la temperatura condujo a una descomposición en dos etapas del contenido orgánico que ascendió al 68,35% en total. La comparación con el carbón vegetal de madera de haya mostró que el proceso de producción de carbón vegetal pirolizando la madera era casi completo. El contenido orgánico se redujo de alrededor del 78% a menos del 3%. El menor contenido de carbono de la madera también se refleja en la entalpía exotérmica detectada durante la combustión oxidativa.
Resumen
Las características de calidad del carbón vegetal, como la humedad, el contenido de cenizas y el calor liberado, pueden detectarse con ayuda del analizador térmico simultáneo STA de NETZSCH Analyzing & Testing. Fue posible demostrar la alta calidad del carbón de madera de haya en lo que respecta a estas propiedades, mientras que el carbón de marca no mostró valores significativamente mejores que una muestra de carbón de descuento en este caso concreto. Además, el método TG-DSC es adecuado para controlar la finalización del proceso de producción del carbón vegetal en lo que respecta a la PirólisisLa pirólisis es la descomposición térmica de compuestos orgánicos en una atmósfera inerte.pirólisis de la materia orgánica.
Esperamos que disfrute de su barbacoa
