ANÁLISIS DE COMPONENTES PRINCIPALES EN LA
DETERMINACIÓN DE VARIABLES DE ELEVADA
REPRESENTATIVIDAD ESTADÍSTICA PARA LA CONSTRUCCIÓN
DE MODELOS PREDICTIVOS DE LA CALIDAD DEL COQUE
A. Cadena S.1,3, Y. Agamez P.1, L. Mejía U.2, J. Díaz V.1
1Laboratorio de Investigación en Combustibles y Energía – LICE, Departamento de Química, Facultad de
Ciencias, Universidad Nacional de Colombia, Sede Bogotá
2Departamento de Geociencias, Facultad de Ciencias, Universidad Nacional de Colombia, Sede Bogotá 3Departamento de Ingeniería, Facultad de Ciencias e Ingeniería, Universidad Jorge Tadeo Lozano, Bogotá
E-mail: aocadenas@unal.edu.co, yyagamezp@unal.edu.co, ljmejiau@unal.edu.co, jddiazv@unal.edu.co
Resumen
Se estudiaron 25 carbones colombianos de los departamentos de Boyacá (4), Cundinamarca (4), La Guajira (10), Norte de Santander (3) y Santander (4) mediante su caracterización por análisis próximo, último, petrográfico, plastométrico y termogravimétrico. Los carbones se carbonizaron con una velocidad de calentamiento de 10 °C/min hasta 900 °C, temperatura a la cual permanecieron por dos (2) horas. Los carbonizados se caracterizaron por CRI y CSR (ASTM D 5341-10). Con el fin de mejorar la capacidad predictiva del modelo LauritCoal para índices de calidad del coque (CRI y CSR), se estudió por Análisis de Componentes Principales (PCA) el grupo de variables constituidas por los resultados de caracterización fisicoquímica de los carbones, encontrándose que de veintitrés (23) parámetros estudiados, sólo son necesarios seis (6) de estos para explicar el 95% de la variabilidad de los datos, constituyendo así una reducción significativa en la complejidad del modelo en cuanto a número de variables independientes a emplear. Se estableció que las variables estudiadas se pueden agrupar en 5 componentes, uno asociado principalmente con el comportamiento térmico, otro componente reológico, dos componentes petrográficos y un componente de composición elemental.
1. Introducción
El coque es un combustible sólido de gran importancia en la fabricación de acero, que cumple diferentes funciones en el alto horno (combustible, agente reductor y lecho de soporte) (León D. 2006; Berkutov, Stepanov et al. 2007; Association 2008; Association 2009; Babich, Senk et al. 2009), y que es producido por la pirólisis del carbón o mezcla de carbones al ser calentados a temperaturas entre 900 y 1100 °C (Speight 1994). La predicción de la calidad del coque producido a partir de carbones individuales y mezclas de carbones es un tema de gran importancia para la industria fabricadora de coque y para la industria siderúrgica (Chen and Ma 2002; Díez, Alvarez et al. 2002; Yamaoka and Suyama 2003; Zhang, Wu et al. 2004; Álvarez, Díez et al. 2007; Koszorek, Krzesinska et al. 2009), dadas las implicaciones del uso de coques inapropiados para la operación del alto horno en la producción de acero (Berkutov, Stepanov et al. 2007; Association 2008; Choudhury, Mohanty et al. 2008; Babich, Senk et al. 2009).
En Colombia el desarrollo de modelos predictivos de la calidad del coque es un tema poco trabajado, y por ello en este trabajo estudian diferentes carbones colombianos para establecer cuáles son las características del carbón que guardan mayor relación con los índices de calidad del coque, como estrategia de mejora del modelo LauritCoal desarrollado en el LICE para la predicción de la calidad del coque(Cadena Sánchez 2007; Cadena Sánchez, Hernández et al. 2007), como base para hallar una variable cuantificadora de la interacción entre carbones componentes de mezclas para la fabricación de coques.
2. Experimental
Se estudiaron 25 carbones bituminosos de los departamentos de Boyacá, Cundinamarca, La Guajira, Santander y Norte de Santander; los quince (15) carbones de Boyacá, Cundinamarca, Santander y Norte de Santander fueron muestreados por el método de canal (ASTM D 4596-09) y los 10 carbones de La Guajira fueron suministrados directamente por
Carbones del Cerrejón Limited. Todas las muestras fueron caracterizadas con las siguientes pruebas, siguiendo métodos estandarizados:
Análisis próximo (ASTM D 7582) Poder calorífico (ASTM D 5865)
Análisis último (ASTM D 3176, ASTM D 5016 y ASTM D 5373) Índice de hinchamiento libre (ASTM D 720)
Análisis petrográfico (método semiautomatizado por análisis de imágenes desarrollado en el LICE, basado en las normas ASTM D 2797, ASTM D 2798 y ASTM D 2799)
Análisis termogravimétrico – calorimetría diferencial de barrido (TGA/DSC) (Método desarrollado en el LICE)
Análisis reológico: Dilatometría (ASTM D 2639) y Plastometría (ASTM D 5515)
3. Resultados y Discusión
Los resultados de la caracterización fisicoquímica de los 25 carbones estudiados se presentan a continuación de la Tabla 1 a la Tabla 7, donde se aprecia la diversidad de materiales disponibles para el estudio de la relación de variables respecto a los índices de calidad del coque. Los intervalos dentro de los cuales se encuentran diferentes paramétros de caracterización son: capacidad aglomerante alta (FSI=9), media (FSI ~ 4) y nula (FSI < 1), contenidos de materia volátil alta (> 31 % bslmm), media (31% - 22% bslmm) y baja (< 22 % bslmm), contenido de carbono entre 79,8% y 93,2%, reflectancia media aleatoria de la vitrinita entre 0,47% y 1,60%, temperaturas de ablandamiento desde 369,8 °C hasta 468,1 °C, temperaturas de resolidificacón entre 431,5 y 497,1 °C, temperaturas de máxima desvolatilización entre 451,7 °C y 515,9 °C.
Tabla 1. Análisis próximo y poder calorífico de los carbones estudiados Muestra CZ (%m, bs) (%m, bs) MM (%m, bslmm) FC (%m, bslmm) MV (Btu/lb, bhlmm) PC Boyacá P-2 14,51 15,98 76,82 23,18 15810 P-5 21,62 23,67 75,49 24,51 15909 P-6 5,21 5,93 74,47 25,53 15282 P-7 6,63 7,45 75,80 24,20 15650 Cundinamarca S-5 5,26 5,99 84,78 15,22 15814 S-7 4,16 4,76 84,90 15,10 15625 S-9 5,47 6,21 83,01 16,99 15929 S-16 12,91 14,44 79,21 20,79 15833 La Guajira C-1 6,51 7,67 60,97 39,03 14049 C-2 5,70 6,54 60,50 39,50 12840 C-3 15,46 17,08 60,17 39,83 13209 C-4 2,89 3,55 60,25 39,75 13297 C-5 1,01 1,35 60,66 39,34 14334 C-6 0,98 1,42 62,45 37,55 14311 C-7 2,74 3,31 61,55 38,45 14458 C-8 3,69 4,13 60,88 39,12 13710 C-9 4,64 5,30 60,53 39,47 12836 C-10 1,28 1,65 59,84 40,16 12885 Norte de Santander CA-1 7,08 8,02 62,20 37,80 15353 CMCT-1 4,74 5,52 64,34 35,66 15447 SJ-1 7,10 8,03 63,65 36,35 15484 Santander SL-1 9,76 12,57 61,89 38,11 15137 SL-2 6,06 7,51 63,74 36,26 15054 SL-510 3,29 3,99 66,37 33,63 15532 SL-550 10,40 13,48 65,97 34,03 15989
CZ: Cenizas, MM: materia mineral, MV: materia volátil, CF: carbono fijo, PC: poder calorífico, %m: porcentaje en masa, bs: base seca, bslmm: base seca libre de materia mineral, bhlmm: base húmeda libre de materia mineral.
Tabla 2. Análisis elemental de los carbones seleccionados
Muestra Carbono
(%m, bslcz) (%m, bslcz) Hidrógeno (%m, bslcz) Nitrógeno (%m, bslcz) Azufre Oxígeno
* (%m, bslcz) Boyacá P-2 91,64 5,24 1,87 0,66 0,59 P-5 90,37 5,45 2,00 0,76 1,42 P-6 90,60 5,25 1,56 0,58 2,01 P-7 91,77 5,10 1,47 0,55 1,11 Cundinamarca S-5 93,20 4,40 1,66 0,58 0,16 S-7 87,95 4,58 2,15 0,52 4,80 S-9 90,52 4,74 1,78 0,60 2,36 S-16 90,47 4,92 1,93 1,02 1,66 La Guajira C-1 82,10 5,83 1,43 1,26 9,38 C-2 79,81 5,69 1,89 0,76 11,85 C-3 80,32 5,65 1,78 0,83 11,42 C-4 82,34 5,80 1,57 0,81 9,48 C-5 84,94 5,78 1,60 0,49 7,19 C-6 84,50 5,60 1,48 0,66 7,76 C-7 84,59 5,76 1,48 0,67 7,50 C-8 83,85 6,00 2,25 0,28 7,62 C-9 82,24 5,76 1,68 0,55 9,77 C-10 80,62 5,60 3,01 0,49 10,28 Norte de Santander CA-1 86,49 5,77 1,63 0,74 5,37 CMCT-1 87,95 5,74 1,64 0,77 3,90 SJ-1 87,89 5,80 1,57 0,70 4,04 Santander SL-1 83,92 6,02 1,81 4,09 4,16 SL-2 87,56 5,96 1,63 1,87 2,98 SL-510 89,52 5,73 1,66 0,83 2,26 SL-550 87,72 5,78 1,55 4,56 0,39 * Calculado por diferencia, bslcz: Base seca libre de cenizas.
Tabla 3. Índice de hinchamiento libre y clasificación de
los carbones seleccionados
Muestra Índice de Hinchamiento Libre (FSI) Clasificación Boyacá P-2 9 Fuertemente Aglomerante P-5 9 Fuertemente Aglomerante P-6 9 Fuertemente Aglomerante P-7 9 Fuertemente Aglomerante Cundinamarca S-5 5 Fuertemente Aglomerante S-7 5 Fuertemente Aglomerante S-9 4 ½ Fuertemente Aglomerante S-16 9 Fuertemente Aglomerante La Guajira C-1 ½ No Aglomerante C-2 ½ No Aglomerante C-3 ½ No Aglomerante C-4 ½ No Aglomerante C-5 2 ½ Medianamente Aglomerante C-6 2 ½ Medianamente Aglomerante C-7 2 ½ Medianamente Aglomerante C-8 ½ No Aglomerante C-9 1 Débilmente Aglomerante C-10 ½ No Aglomerante Norte de Santander
CA-1 5 1/2 Fuertemente Aglomerante
CMCT-1 7 1/2 Fuertemente Aglomerante SJ-1 5 1/2 Fuertemente Aglomerante Santander SL-1 7 Fuertemente Aglomerante SL-2 7 Fuertemente Aglomerante SL-510 7 ½ Fuertemente Aglomerante SL-550 7 ½ Fuertemente Aglomerante
Tabla 4. Características petrográficas de los carbones seleccionados.
Carbón R0 (%)
Conteo Maceral (%) Parámetros de reflectancia Exinita Vitrinita Inertinita FMR EPMR VPMR IPMR
Boyacá P-2 1,074 0,3 87,9 11,8 462,10 0,10 22,14 439,86 P-5 1,048 0,5 86,2 13,3 528,71 0,01 20,16 508,55 P-6 1,046 0,2 86,6 13,2 480,73 0,00 25,88 454,84 P-7 0,987 0,3 82,7 17,0 483,51 0,00 23,66 459,85 Cundinamarca S-5 1,490 0,2 88,4 11,4 468,71 0,00 40,97 427,73 S-7 1,598 0,2 90,0 9,8 493,79 0,01 43,01 450,77 S-9 1,505 0,3 90,2 9,5 496,69 0,01 26,98 469,71 S-16 1,234 0,5 89,5 10,0 456,40 0,01 26,24 430,16 La Guajira C-1 0,544 N. D. 91,4 8,6 596,42 0,00 6,34 590,08 C-2 0,475 N. D. 92,1 7,9 599,12 0,00 6,26 592,86 C-3 0,519 1,2 88,7 10,1 578,33 0,00 9,87 568,46 C-4 0,510 0,7 90,3 9,0 550,33 0,00 6,63 543,69 C-5 0,600 1,2 88,8 10,0 625,69 0,01 9,14 616,54 C-6 0,538 N. D. 87,2 12,8 566,04 0,00 8,55 557,49 C-7 0,567 1,3 90,8 7,9 520,64 0,01 6,88 513,74 C-8 0,516 1,7 87,7 10,6 520,64 0,02 9,61 511,02 C-9 0,505 1,2 85,3 13,5 556,92 0,01 9,64 547,27 C-10 0,470 0,9 91,4 7,7 592,26 0,01 7,26 584,99 Norte de Santander SJ-1 0,688 N. D. 57,3 32,7 494,01 0 8,13 485,88 CA-1 0,628 0,3 84,4 15,3 548,84 0,00 15,56 533,27 CMCT-1 0,671 N. D. 70,5 29,5 471,26 0 8,28 462,98 Santander SL-1 0,589 2,0 86,6 11,4 512,11 0,02 11,81 500,28 SL-2 0,549 2,0 83,2 14,8 510,68 0,02 13,51 497,14 SL-510 0,731 0,8 88,1 11,1 530,22 0,02 12,86 517,34 SL-550 0,642 2,2 86,7 11,1 638,18 0,00 12,72 625,45
R0: Reflectancia media aleatoria de la vitrinita, FMR: Parámetro de reflectancia total de los macerales, EPMR:
Parámetro de reflectancia parcial de la Exinita, VPMR: Parámetro de reflectancia parcial de la Vitrinita, IPMR:
Tabla 5. Características plásticas de los carbones seleccionados.
Muestra Temperatura de ablandamiento (°C) Temperatura de Fluidez máxima (°C) Fluidez máxima (ddpm) Log Fluidez máxima (log ddpm) Temperatura de resolidificación (°C) Intervalo plástico (°C) Boyacá P-2 404,8 455,2 133 2,12 483,5 78,7 P-5 388,7 451,3 695 2,84 484,7 96,0 P-6 388,9 443,3 328 2,52 473,4 84,4 P-7 404,6 456,0 63 1,80 477,9 73,3 Cundinamarca S-5 460,2 460,8 0,7 -0,15 465,9 5,7 S-7 456,8 478,4 0,7 -0,15 478,7 21,9 S-9 468,1 470,6 0,6 -0,22 475,8 7,7 S-16 433,0 474,2 32,0 1,51 497,1 64,2 La Guajira C-1 N. D. N. D. N. D. N. D. N. D. N. D. C-2 N. D. N. D. N. D. N. D. N. D. N. D. C-3 N. D. N. D. N. D. N. D. N. D. N. D. C-4 N. D. N. D. N. D. N. D. N. D. N. D. C-5 394,8 419,6 3,6 0,56 438,1 43,3 C-6 393,0 411,5 5,2 0,72 437,8 44,8 C-7 387,3 408,5 3,5 0,54 431,5 44,2 C-8 N. D. N. D. N. D. N. D. N. D. N. D. C-9 N. D. N. D. N. D. N. D. N. D. N. D. C-10 N. D. N. D. N. D. N. D. N. D. N. D. Norte de Santander SJ-1 371,4 431,3 21253 4,33 471,2 99,8 CA-1 373,6 432,1 19579 4,29 468,7 95,1 CMCT-1 369,8 435,2 15426 4,19 473,0 103,2 Santander SL-1 396 438 1492 3,17 464 68 SL-2 400 439 1576 3,20 463 63 SL-510 383 439 5931 3,77 474 91 SL-550 398 443 1223 3,09 475 77 N. D.: No detectable
Tabla 6. Parámetros termogravimétricos de los carbones seleccionados. Carbón Tmax (°C) σ (%) (%/s) Vmax σ (%) Tmáx(mg/s DDTG 2) σ (%) Tmín(mg/ s DDTG 2) σ (%) Boyacá P-2 492,80 0,11 1,24E-03 0,73 467,08 0,19 518,71 0,21 P-5 489,29 0,23 1,49E-03 11,91 467,14 0,19 514,62 0,49 P-6 487,98 0,35 1,48E-03 1,65 461,81 0,28 511,91 0,26 P-7 489,45 0,04 1,25E-03 12,53 462,28 0,27 515,37 0,55 Cundinamarca S-5 515,68 0,01 6,30E-04 14,93 493,48 0,40 538,88 0,08 S-7 515,86 0,00 4,89E-04 32,48 493,74 0,43 540,57 0,30 S-9 507,83 0,28 7,89E-04 1,91 483,14 0,26 532,79 0,14 S-16 503,07 0,09 1,03E-03 1,89 476,17 0,33 528,48 0,40 La Guajira C-1 455,81 0,04 2,19E-03 1,07 430,53 0,15 477,69 0,09 C-2 452,05 0,06 2,04E-03 1,01 425,44 0,18 475,40 0,01 C-3 454,57 0,05 1,68E-03 0,83 429,06 0,14 475,51 0,07 C-4 454,28 0,09 2,28E-03 1,18 429,10 0,09 476,05 0,07 C-5 457,97 0,13 2,82E-03 2,14 434,11 0,24 477,69 0,11 C-6 457,43 0,12 2,49E-03 2,34 433,29 0,18 479,00 0,28 C-7 457,49 0,10 2,47E-03 0,25 432,72 0,16 479,27 0,27 C-8 456,01 0,25 2,43E-03 0,50 432,09 0,06 477,42 0,16 C-9 452,60 0,08 2,28E-03 3,76 428,24 0,10 473,83 0,12 C-10 451,74 0,00 2,06E-03 0,43 425,97 0,16 476,02 0,02 Norte de Santander SJ-1 471,48 0,20 2,35E-03 11,39 449,88 0,03 493,95 0,48 CA-1 472,27 0,26 2,88E-03 0,48 452,69 0,17 493,00 0,02 CMCT-1 474,24 0,18 2,80E-03 5,09 453,32 0,74 494,10 0,25 Santander SL-1 472,53 0,01 2,78E-03 0,17 450,61 0,33 493,07 0,11 SL-2 472,66 0,05 2,96E-03 1,20 449,66 0,05 493,38 0,22 SL-510 476,46 0,25 2,62E-03 2,57 455,99 0,58 498,20 0,07 SL-550 477,91 0,15 2,25E-03 2,77 454,10 0,16 502,43 0,02
Tmáx: Temperatura de máxima velocidad de desvolatilización, Vmáx: Velocidad de máxima desvolatilización; Tmáx DDTG:
Temperatura de primer punto de inflexión calculado por máximo en la segunda derivada del termograma; Tmín DDTG:
Temperatura de segundo punto de inflexión calculado por mínimo en la segunda derivada del termograma. σ: Desviación
Tabla 7. Factor de asimetría de los termogramas de los carbones estudiados. Carbón Asimetría K Factor de σ (%) Asimetría KFactor de
C σ (%) Boyacá P-2 1,38 9,24 2,21 1,62 P-5 1,30 23,96 1,98 4,16 P-6 1,55 7,62 1,89 2,81 P-7 1,44 19,64 1,99 0,64 Cundinamarca S-5 1,44 9,48 3,23 3,75 S-7 1,34 3,71 3,22 4,55 S-9 1,36 18,63 2,88 3,03 S-16 1,54 5,26 2,08 2,24 La Guajira C-1 1,68 2,64 2,40 0,68 C-2 1,60 0,69 2,41 0,59 C-3 1,87 1,76 2,43 0,15 C-4 1,72 3,04 2,34 0,72 C-5 1,87 3,62 2,24 2,53 C-6 1,68 8,63 2,39 1,15 C-7 1,64 6,03 2,34 0,95 C-8 1,65 7,13 2,46 3,68 C-9 1,75 7,98 2,43 0,17 C-10 1,48 0,83 2,57 0,45 Norte de Santander SJ-1 1,37 3,38 1,86 5,29 CA-1 1,54 17,32 1,77 4,85 CMCT-1 1,70 11,37 1,87 1,32 Santander SL-1 1,59 7,71 1,85 0,51 SL-2 1,61 10,82 1,89 1,25 SL-510 1,41 3,55 1,92 1,34 SL-550 1,29 6,49 1,82 3,28
K: factor de asimetría de la primera derivada del termograma calculado como el cociente de áreas del pico
de primera derivada desde primer punto de inflexión hasta Tmáx y desde Tmáx segundo punto de inflexión;
KC: factor de asimetría de la primera derivada del termograma calculado como el cociente de áreas del
pico de primera derivada desde 150 °C hasta Tmáx y desde Tmáx hasta 950 °C FMR; σ: Desviación estándar
Cada una de las muestras de carbón se carbonizó a nivel de 3 kg en un horno precalentado a 900 °C, con una velocidad de calentamiento de 10 °C/min hasta alcanzar una temperatura de 900 °C a la cual la carga se mantuvo por 2 horas. Los carbonizados resultantes se caracterizaron por sus índices de reactividad con dióxido de carbono (CRI) y resistencia mecánica después de reacción con dióxido de carbono (CSR), con los resultados presentados en la Tabla 8.
Tabla 8. Índices CRI y CSR de los carbonizados. Muestra CRI (%) CSR (%) Muestra CRI (%) CSR (%)
Boyacá Norte de Santander
P-2 13 52 SJ-1 31 35 P-5 16 5 CA-1 37 9 P-6 12 70 CMCT-1 33 29 P-7 14 69 Santander Cundinamarca SL-1 33 25 S-5 12 69 SL-2 35 32 S-7 13 68 SL-510 24 54 S-9 9 77 SL-550 39 24 S-16 10 70 La Guajira C-1 66 16 C-6 41 52 C-2 86 1 C-7 41 47 C-3 80 0 C-8 50 31 C-4 73 7 C-9 85 0 C-5 43 49 C-10 94 0
Con el fin de mejorar la capacidad predictiva del modelo LauritCoal que emplea como variables de predicción únicamente variables derivadas del análisis petrográfico, se estudia cuales de las diferentes características de los carbone guardan relación con los índices de calidad CRI/CSR de los carbonizados derivados. En el estudio de esta relación, se encuentra que algunas variables guardan una buena relación con los índices CRI y CSR, pero no tienen una capacidad diferenciadora completa, como se ve por ejemplo de la Figura 1 a la Figura 4)
Figura 1. Relación Índice de reactividad del coque con CO2 Vs. Materia volátil del
carbón.
Figura 2. Relación Índice de reactividad del coque (%) Vs. Contenido de Carbono en
el carbón (%). 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 10 20 30 40 50 Índice de reactividad del coque
con CO2 (CRI,
%)
Materia Volátil de los carbones (%m, bslcz)
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 80 82 84 86 88 90 92 94 Índice de reactividad
del coque con
CO
2
(CRI, %)
Figura 3. Relación entre el Índice de reactividad coque con CO2 Vs. Reflectancia
media aleatoria de la vitrinita del carbón, R0.
Figura 4. Relación entre el Índice de resistencia mecánica del coque después de
reacción con CO2 Vs. Reflectancia media aleatoria de la vitrinita del carbón, R0.
Para establecer con certeza cuáles de las variables son las que guardan la mayor relación con los índices de calidad del coque CRI/CSR, se realiza una evaluación estadística por Análisis de Componentes Principales (), con el que se logra establecer que
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 Índice de reactividad del coque
con CO2 (CRI,
%)
Reflectancia media aleatoria de la vitrinita (R0, %)
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8 Índice de
resistencia mecánica después
de
reacción con
CO2
(CSR, %
)
Tabla 9. Varianza total en el análisis de componentes principales.
Componente
Valores propios iniciales Extracción de la suma de cuadrados Total Varianza (%) Acumulado (%) Total Varianza (%) Acumulado (%)
1 12,717 55,293 55,293 12,717 55,293 55,293 2 5,114 22,235 77,528 5,114 22,235 77,528 3 1,421 6,177 83,705 1,421 6,177 83,705 4 1,129 4,908 88,613 1,129 4,908 88,613 5 1,015 4,414 93,027 1,015 4,414 93,027 6 ,537 2,335 95,363 7 ,329 1,429 96,791 8 ,252 1,096 97,887 9 ,197 0,855 98,742 10 ,143 0,621 99,363 11 ,063 0,274 99,637 12 ,044 0,191 99,828 13 ,021 0,092 99,920 14 ,013 0,057 99,977 15 ,004 0,016 99,993 16 ,002 0,007 100,000 17 5,201E-5 0,000 100,000 18 4,409E-16 1,917E-15 100,000 19 3,884E-16 1,688E-15 100,000 20 2,266E-16 9,850E-16 100,000 21 4,909E-17 2,134E-16 100,000 22 -1,147E-16 -4,988E-16 100,000 23 -3,516E-16 -1,529E-15 100,000 Método de Extracción: Análisis de Componentes Principales.
Los resultados de la Tabla 9 muestran que la variabilidad de los datos se explica en más de un 95 % con solo cinco de las 23 características de cada carbón que se estudian en este trabajo, con lo cual es posible pensar en una simplificación bastante importante de un modelo de predicción de los índices de calidad del coque producido a partir de carbones individuales.
De acuerdo con los resultados de la matriz de componentes presentada en la Tabla 10, el componente principal se forma por los aportes de términos derivados del termograma como la temperatura de máxima desvolatilización, temperaturas de inflexión de la curva termogravimétrica y coeficientes de asimetría, aunque también aportan variables como el
contenido de materia volátil, y temperaturas de ablandamiento y resolidificación. En el segundo componente, el mayor aporte está dado por variables relacionadas con el comportamiento plástico del material como las temperaturas de ablandamiento y resolidificación derivadas del análisis reológico y el índice de hinchamiento libre. Al tercer componente las dos variables que más aportan se establecen del análisis petrográfico y son el parámetro de reflectancia total de los macerales (FMR) y el parámetro de reflectancia parcial inertinítico (IPMR). Para el cuarto componente, al igual que para el tercer componente, el aporte más importante se deriva del análisis petrográfico y corresponde con el parámetro de reflectancia parcial exinítico (EPMR), Finalmente, el quinto componente recibe su mayor aporte del contenido de azufre en el carbón, relacionándose así con la composición elemental de cada muestra.
Tabla 10. Matriz de componentes.
Variable Componente 1 2 3 4 5 Tmáx 0,987 0,075 0,030 -0,099 0,030 Vmáx -0,959 0,094 -0,050 -0,118 0,130 FMR -0,582 -0,274 0,720 0,077 0,139 MV -0,990 0,027 -0,016 -0,040 0,056 Tmáx DDTG 0,969 0,092 0,044 -0,163 0,069 Tmin DDTG 0,990 0,096 0,055 -0,055 0,012 K -0,600 -0,430 -0,436 0,025 -0,177 KC 0,672 -0,687 -0,014 -0,031 0,120 R0 0,980 -0,116 0,011 -0,029 -0,035 Kc * MV 0,889 -0,402 0,019 -0,107 0,080 Carbono 0,765 0,514 -0,014 -0,149 0,022 Azufre -0,260 0,308 -0,196 -0,257 0,803 logFluidMax -0,501 0,804 -0,012 -0,239 -0,003 T Ablandamiento 0,839 -0,435 0,071 -0,015 0,189 T Fluidez Máxima 0,844 -0,228 0,016 0,343 -0,106 T Resolidificacion 0,636 0,725 0,088 -0,066 -0,021 Intervalo Plástico -0,473 0,834 -0,021 -0,021 -0,198 EPMR 0,154 0,252 -0,296 0,745 0,401 VPMR 0,940 -0,131 0,005 -0,092 -0,012 IPMR -0,699 -0,221 0,644 0,086 0,127 Poder Calorífico 0,706 0,590 0,280 -0,114 0,056 Ceniza 0,301 0,683 0,256 0,440 -0,046 IHL 0,299 0,874 -0,063 0,086 -0,054
4. Conclusiones
El Análisis de Componentes Principales, permite establecer de un grupo importante de características del carbón, cuáles son las variables con mayor correlación con los índices de calidad del coque o carbonizado hecho a partir de cada carbón.
Los índices de calidad del coque guardan una estrecha relación con 5 componentes, asociados con las características térmicas, reológicas, petrográficas y de composición elemental de los carbones estudiados.
Con solo cinco (5) de las veintitrés (23) variables estudiadas, se puede explicar el 95 % de la variabilidad de los datos de índices de calidad del coque obtenido de los 25 carbones individuales estudiados.
Agradecimientos
Los autores agradecen a Colciencias, Carbones del Cerrejón Limited y la Universidad Nacional de Colombia- sede Bogotá, por la financiación del proyecto “Aprovechamiento de los carbones del cerrejón en la fabricación de coques siderúrgicos y/ó metalúrgicos, en mezclas con diferentes tipos de carbón”, código 1101-472-21838, Contrato RC-563 de 2008, dentro del cual se realizó este trabajo,
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