Métodos de prueba estándar ASTM D7348 para pérdida por ignición (LOI) de residuos de combustión sólida

La norma ASTM D7348, Métodos de prueba estándar para la pérdida por ignición (LOI) de residuos sólidos de combustión, publicada por la Sociedad Americana de Pruebas y Materiales (ASTM), describe métodos de prueba para determinar la pérdida de masa de residuos sólidos de combustión al calentarse a una temperatura específica en una atmósfera de aire u oxígeno. La pérdida de masa puede deberse a la humedad, el carbono, el azufre y otras pérdidas similares derivadas de la descomposición o combustión de los residuos.

La pérdida por ignición (LOI) se refiere a la pérdida de masa que se produce cuando un residuo de combustión se calienta a altas temperaturas en una atmósfera de aire u oxígeno. En la industria del cemento, el término LOI suele referirse a la pérdida de masa en una muestra calentada a 950 °C. Para los ingenieros de combustión, el término LOI suele referirse a la pérdida de masa en muestras calentadas a temperaturas inferiores a 950 °C.

Estos métodos de prueba establecen un procedimiento para determinar los valores de LOI de los residuos de combustión calentados a 750 o 950 grados Celsius. Los valores de LOI obtenidos mediante estos métodos pueden ser utilizados por industrias que utilizan residuos de combustión en diversos procesos y productos. Si se calientan residuos de combustión sólidos para estimar la cantidad de carbono combustible o no quemado en la muestra, se ha demostrado que el LOI y la estimación del carbono no quemado no coinciden completamente, por lo que el LOI no debe utilizarse como estimación del carbono no quemado en todos los residuos de combustión. La determinación directa del carbono no quemado (combustible) puede realizarse mediante la norma ASTM D6316.

Si se calientan residuos sólidos de combustión para preparar cenizas y determinar las fracciones másicas de elementos mayoritarios y minoritarios, se utiliza el procedimiento de calentamiento descrito en las normas ASTM D3682, ASTM D4326 y ASTM D6349 o los procedimientos para determinar la LOI a 750 grados (Método A) descritos en este documento. Si se calientan residuos sólidos de combustión para preparar cenizas y determinar las fracciones másicas de elementos traza, se utiliza el procedimiento de calentamiento descrito en las normas ASTM D3683 y ASTM D6357.

En industrias donde los procesos de combustión son fundamentales, como la producción de cemento, la generación de energía a partir de carbón y la incineración de residuos, comprender la composición de los materiales residuales es crucial para la eficiencia, el control de emisiones y el cumplimiento normativo. Los residuos sólidos de combustión, como las cenizas volantes, las cenizas de fondo o el clínker, suelen contener componentes volátiles que afectan las propiedades de los materiales y el impacto ambiental. La norma ASTM D7348 está diseñada para cuantificar estos componentes. Esta norma proporciona protocolos precisos para determinar la pérdida de masa de estos residuos al calentarse en condiciones controladas, proporcionando información sobre la humedad, el carbono, el azufre y otras sustancias volátiles.

La norma ASTM D7348 describe dos procedimientos básicos que ofrecen flexibilidad según el tipo de muestra y la resolución requerida. Ambos implican pesaje de precisión, calentamiento en horno de mufla y medición de masa posterior a la ignición, pero las condiciones de ignición varían para adaptarse a las distintas volatilidades residuales:

• Procedimiento A: LOI estándar a 950 grados
  • Preparación: se colocan entre 1 y 5 g de muestra de residuo molido (pasado a través de un tamiz n.° 50) en un crisol de platino o cerámica precalentado.
  • Protocolo de calentamiento: elevar la temperatura a 950 grados en el aire a una velocidad de 20 grados/min, mantener durante 20-60 minutos hasta alcanzar una masa constante, luego enfriar en un desecador.
  • Cálculo: LOI (porcentaje) = ((Inicial kmasa - Masa final) / Masa inicial kmasa) x 100.
  • Características: Ideal para residuos de hornos de cemento o cenizas volantes, donde 950 °C simulan las temperaturas de formación del clínker y determinan la cantidad de carbono orgánico o sulfato. Es el método más común conforme a las normas de la industria cementera.
• Procedimiento B: LOI de alta temperatura en oxígeno
  • Configuración: preparación de muestra similar, pero utilizando una atmósfera enriquecida con oxígeno (por ejemplo, 100 por ciento de O a 50 ml/min)₂ fluir).
  • Protocolo de calentamiento: Encender a 750-1000 grados durante 30 minutos, buscando la oxidación completa de los carbones resistentes.
  • Cálculo: Igual que el procedimiento A, excepto por las correcciones opcionales para la fusión de cenizas.
  • Características: Adecuado para residuos con alto contenido de carbono, como cenizas de calderas, y acelera la oxidación para obtener resultados más rápidos. Útil cuando la ignición por aire provocaría una combustión incompleta.

En la producción de cemento, un bajo nivel de impacto ambiental (LOI) garantiza un clínker de alta calidad con mínima cal libre, lo que reduce los costos energéticos hasta en un 5 %. En las centrales eléctricas, monitoriza el contenido de carbono de las cenizas volantes, lo que influye en su reutilización en el hormigón y en el cumplimiento de los límites de emisiones de carbono.

• Industrias del cemento y la cal: Mide la segregación de carbonatos. Un LOI superior al 3 % puede indicar sobrecombustión o una mezcla cruda inadecuada.
• Combustión de carbón y biomasa: Evalúa la eficiencia de combustión. Un índice de inflamabilidad (LOI) alto (superior al 10 %) fomenta el ajuste del quemador para reducir el consumo de combustible.
• Plantas de conversión de residuos en energía: ayuden a alcanzar los objetivos de la economía circular mediante el seguimiento de residuos orgánicos para la eliminación de cenizas o la recuperación de metales.
• I+D: Apoya estudios sobre combustibles alternativos donde el LOI está relacionado con el valor calorífico y el comportamiento de fusión de cenizas.

Al minimizar el carbono no quemado, las instalaciones pueden reducir las emisiones anuales de dióxido de carbono equivalentes a miles de toneladas.

Como resultado, la norma ASTM D7348 descubre variaciones ocultas en los residuos de combustión, transformando los datos brutos en información práctica para operaciones más ecológicas y eficientes. A medida que se intensifica la demanda mundial de energía sostenible, esta norma sigue siendo indispensable, permitiendo a las industrias progresar sin pérdidas excesivas.

Nuestra organización, con una larga trayectoria operativa y un meticuloso seguimiento de los avances científicos y tecnológicos globales, realiza pruebas, mediciones y análisis en una amplia gama de áreas para empresas de todos los sectores, con un equipo cualificado y una amplia infraestructura. En este contexto, también ofrecemos servicios de prueba de acuerdo con la norma ASTM D7348, Métodos de prueba para la pérdida por ignición (LOI) de residuos sólidos de combustión.