El pretratamiento de la biomasa

El pretratamiento es el proceso al que se somete un material para utilizarlo posteriormente en un proceso industrial.

En este artículo, vamos a describir el proceso y la maquinaria necesaria para preparar la madera para su utilización en un proceso de valorización energética mediante gasificación, se explicará con mayor detalle el proceso de recolección de biomasa forestal, ya que es el proceso más complejo.

Al final del tratamiento, se debe de obtener una astilla que cumpla los siguientes parámetros:

1. Una granulometria de G30

2. Humedad máxima del 20%

Dependiendo de la procedencia de la biomasa, las operaciones de recolección serán diferentes, siendo la más compleja la recolección de biomasa forestal, cuyos trabajos se describen a continuación.

Entre las operaciones de explotación forestal, se pueden diferenciar las siguientes fases de trabajo:

• Apeo: cortar un árbol por el pie de forma que caiga al suelo
• Procesamiento: desrame (quitar las ramas del tronco y despuntarlo) y aserrado (cortar el tronco a una longitud predeterminada)
• Desembosque: transportar la madera desde el lugar de apeo hasta el lugar de descarga
• Descortezado: quitar parcial o completamente la corteza de un árbol 
• Transporte: trasladar la madera por caminos forestales o vías públicas
• Transformación: reducir la madera para su uso como combustible (corte, troceado y astillado)

Hay dos sistemas de trabajo principales en la explotación forestal:

• Sistema de troncos cortos - SWS (Short Wood System): el procesado se completa en el lugar de la tala en el bosque y se transportan troncos comerciales.
• Sistema de árboles completos - FTS (Full Tree System): tras apear al árbol, este se transporta y el procesado se realiza en el camino forestal o en el lugar de la descarga.

Aunque en Italia el sistema predominante es el SWS, el sistema FTS es cada vez más habitual.

Las máquinas que intervienen en este proceso se describen a continuación:

Máquinas para la producción de troncos:

Después de cortarla con la motosierra, la madera se transporta o un lugar de trabajo donde se reduce a una forma compatible con su destino como combustible.

La materia prima pasa por tres procesos diferentes:

• Selección: la materia se divide por tipos dependiendo de su destino (chimenea u horno)
• Tronzado: la madera se divide en trozos de 25 a 100 cm, cortando los troncos perpendicularmente a las fibras
• Corte longitudinal: los troncos se rompen mediante una fuerza mecánica aplicada en paralelo a las fibras

Dependiendo de la operación, las máquinas para la producción de troncos se dividen en:

• Sierra de madera: si tienen una sierra de cinta pueden procesar diámetros superiores a los 40 cm con un baja pérdida en el corte, si tienen una sierra de discos sólo pueden procesar diámetros menores y con mayor pérdida en el corte.
• Rajadora de madera: están equipadas con una cuña o un dispositivo rompedor de cuña o tornillo. Las que tienen un dispositivo en cuña para uso doméstico costan de 2 o 4 lados, funcionan manteniendo el tronco vertical y pueden ejercer hasta 15 t de potencia de corte longitudinal, mientras que para uso industrial el tronco se mantiene horizontal y se empuja contra una cuña, o una parrilla, de hasta 16 lados con una potencia entre 40 - 60 t. Las de tornillo están equipadas con un cono roscado que penetra en la madera para romperla; son más rápidas que las anteriores pero menos precisas: por motivos de seguridad la mejor solución es instalar el dispositivo en un puntal (de un tractor por ejemplo)
• Combinado (rajadora-sierra): son modelos móviles pero la mayoría son máquinas estacionarias que combinan las dos operaciones, otorgando una gran automatización del proceso y mayor productividad, tanto en troncos como en ramas grandes. Disponen de un motor eléctrico o de explosión (hasta 55 KW), maneja troncos de hasta 6 m de largo y 60 cm de diámetro y pueden producir más de 12 t/h de material.

El procesado de madera de frondosas requiere más potencia que el de la madera de coníferas y todos los tipos de madera se cortan mejor cuando están verdes que cuando están secas.

Astilladoras

Una astilladora es una máquina construida especialmente para reducir la madera a astillas y puede ser fija o estar montada en un chasis, un trailer, un camión o en la barra de tiro de un tractor. Puede disponer de su propio motor o activarse con la toma de fuerza de un tractor. Dependiendo de la unidad de astillado se puede diferenciar entre:

• Astilladoras de cuchillas: la unidad de astillado está formada por un volante pesado en el que se montan radialmente entre dos o cuatro cuchillas. El material entra en contacto con el disco con un ángulo de 30 a 40 grados respecto al plano del disco y las cuchillas, actuando contra un yunque al final del mecanismo del avance, cortan rodajas de madera que se parten en astillas en el momento de corte. El tamaño de las astillas oscila normalmente entre 0,3 y 0,45 cm y puede modificarse con una cuchilla fija ajustable
• Astilladora de martillos: mayores y más potentes que las astilladoras de cuchillas, estas astilladoras pueden procesar troncos y residuos de la explotación forestal. La unidad de astillado consta de un cilindro de acero con hasta 12 cuchillas colocadas de forma tangencial; el tamaño de las astilla es más heterogéneo, con longitudes de hasta 6,5 cm. las cuchillas deben cambiarse cada 50 - 100 t (con madera frondosas) o 200 - 300 t (con madera de coníferas)
• Astilladoras de tornillo sin fin: el astillado se consigue mediante un gran tornillo de sección decreciente con bordes afilados que gira en un eje horizontal. Estas máquinas, que no están muy extendidas, procesan principalmente árboles o troncos enteros y producen astillas más grandes (de hasta 8 cm) en comparación con las astilladoras de cuchillas de martillo.

Según la potencia necesaria, se identifican tres categorías:

• Poca potencia: normalmente instaladas en la barra de tiro de un tractor o en tráiler, estas astilladoras se alimentan con la toma de fuerza del tractor o con un motor independiente (~50 KW). Solo pueden procesar diámetros pequeños (20 cm máx.) y no pueden producir más de 20 t/día
• Potencia media: montada en un tráiler, normalmente con un motor independiente (50 - 110 KW), puede trocear diámetros de hasta 30 cm y producir hasta 50 t/día
• Gran potencia: instaladas en tráilers o camiones, estas astilladoras a veces se activan con el motro del camión, pero normalmente disponen de un motor autónomo (>130 KW); pueden cortar grandes diámetros (>30 cm) y producir fácilmente más de 60 t/día

La criba es una herramienta importante que permite seleccionar las astillas en la fase de expulsión, refinando el material pero al mismo tiempo reduciendo la productividad.

Cuando el astillado se realiza en un lugar distinto de la planta final, las astillas se transportan en camión y tráiler, raramente en un vehículo articulado, configurado con grandes cajas de una aleación ligera; se puede instalar una pala con cargador de cuchara en el camión y el tráiler para cargar de forma autónoma las astillas.

Debido a la complejidad y las diversas formas de recolección de biomasa forestal, pueden visitar el siguiente link para obtener más información. http://www20.gencat.cat/docs/dmah/Home/Ambits%20dactuacio/Medi%20natural/Gestio%20forestal/Funcions%20dels%20boscos/Funcions%20productores%20del%20bosc/Biomassa%20forestal/Activitats%20realitzades/Curs%20sobre%20la%20produccio%20destella/01_09.pdf

Para reducir su contenido de humedad, ya que dependiendo de la especie y de la zona geográfica, se pueden obtener biomasa con humedades de hasta el 65% se utilizarán secaderos rotativos tipo "Tromel". Estos secaderos consisten básicamente en un tambor cilíndrico, horizontal y de movimiento rotativo, en el cual se introduce el material a secar y el fluido térmico de secado a una temperatura de entre 300º y 800ºC.

El tipo de secado más empleado debido a su alta eficiencia y capacidad de producción es el Secado directo, donde se utilizarán los gases calientes procedentes de cualquier foco de emisión de calor, como por ejemplo los gases de escape de los motores de cogeneración.

La recolección de biomasa de otra procedencia, como pueden ser cultivos energéticos, residuos procedentes de industrias madereras o procedentes de industrias de la alimentación (frutos secos, almazaras, ingenios azucareros,etc.)

Bibliografia: Manual de combustibles de madera, de Avebiom