Capítulo extraído de la ‘Guía de la maquinaria para el aprovechamiento y elaboración de biomasa forestal’, editada por Cesefor (Junta de Castilla y León)

Maquinaria para la reducción del tamaño de la biomasa

Redacción Interempresas12/03/2010
Uno de los procedimientos fundamentales tras la recolección de los restos de poda es reducir el tamaño de troncos y ramas. La biomasa forestal es uno de los elementos más preciados dentro del abanico de las energías renovables y a mediados de 2009 se inauguró en Guadalajara la primera central en España que emplea únicamente residuos forestales para generar energía eléctrica. Este artículo, que complementa al que publicamos en el mes de diciembre, trata específicamente las máquinas para los procesos de pretrituración, trituración y astillado,y ha sido extraído de la ‘Guía de la maquinaria para el aprovechamiento y elaboración de biomasa forestal’, editada por la Fundación Centro de Servicios y Promoción Forestal y de su Industria de Castilla y León (Cesefor), un centro que durante los años 2006 a 2008, ha promovido el aprovechamiento de biomasa forestal. Entre otras actividades, ha coordinado la realización de una serie de experiencias de seguimiento de aprovechamientos reales de biomasa, llevados a cabo en su gran mayoría por empresas castellano-leonesas.

Pretrituradoras

Se trata de máquinas cuyo mecanismo es robusto y resistente y no actúa por corte, sino por rotura por presión con superficie roma. Se utilizan para triturar, hasta tamaños no muy finos, materiales duros o que puedan tener clavos y otros metales, piedras, etc. Inicialmente, fueron diseñadas para el tratamiento de áridos y de residuos sólidos urbanos, aunque se emplean también para residuos de madera usada (palés, envases, etc.) y, en el terreno forestal, para el tratamiento de materiales con muchas impurezas, como los tocones.

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Pretrituradora semimóvil.

Lo mas común es que estas máquinas tengan alimentación superior directa sobre el órgano de trabajo, que está constituido por uno o dos tornillos lentos muy robustos, dispuestos horizontalmente, de forma generalmente paralela al eje longitudinal de la máquina y con longitudes que frecuentemente superan los 3 metros, equipados con dientes fijos que rompen el material en fragmentos grandes (fig.1).

Frecuentemente, estos equipos cuentan con una cinta transportadora-elevadora, destinada a depositar el material pretriturado en la tolva de otra máquina (o en un montón). A veces, en el transporte del material hasta su salida, se interpone una criba para rechazar los materiales más gruesos, que serán reintroducidos en la máquina.

Cuando el material resultante se destina a combustión, estas máquinas están concebidas para su empleo en serie con otras, como cribas o separadores (trómeles, sopladoras, electroimanes…), y de trituradores que producen un material más fino apto para su consumo, una vez separadas las impurezas. Los equipos más comunes están concebidos para trabajar en cargadero o parque de fábrica, aunque pueden realizar desplazamientos cortos y lentos.

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Figura 1: Alimentación superior y cinta de evacuación del material pretriturado. Fuente: Doppstadt.

Existen diversos tipos de pretrituradotas:

- Por su útil de pretriturado:

• Equipos de un solo tornillo: los dientes actúan contra unas contracuchillas que están constituidas por piezas dentadas o en forma de peine del propio bastidor de la tolva, por cuyos huecos entran los dientes del tornillo giratorio.

• Equipos de doble tornillo: los dos tornillos giran en sentido contrario, enfrentando los dientes de cada rodillo, que penetran en los huecos entre los dientes complementarios del otro y actúan así como martillo y contracuchilla simultáneamente, además de triturar contra las piezas fijas de ambos laterales del bastidor.

- Por su movilidad:

• Equipos móviles: Montados sobre tractores forestales y que se pueden desplazar dentro de los montes. Aunque existen equipos que no están diseñados para el aprovechamiento de biomasa, sino para esparcirla después de pretriturarla, de modo que se facilite su incorporación al suelo forestal.

• Equipos semifijos: Acoplables a camión, que requieren de la presencia de la cabeza tractora para el movimiento. Con mecanismos que permiten cierta movilidad, tipo oruga o rodillo. Este tipo de máquinas se conocen como semimóviles.

Trituradoras

Se trata de máquinas diseñadas para reducir el tamaño de materiales no muy duros, a los que atacan por impacto de piezas metálicas, a menudo móviles (martillos o dientes articulados o no), montadas en la periferia de un cilindro giratorio que funciona a gran velocidad (no como los rodillos lentos de las pretrituradoras) con el fin de aprovechar la fuerza centrífuga para dar más efectividad al impacto del martillo o diente sobre el material a triturar.

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Trituradora semimóvil.

Lo más común es que estas máquinas tengan los martillos o dientes montados sobre un rodillo metálico que gira alrededor de un eje horizontal que se dispone normalmente de forma perpendicular al eje longitudinal de la máquina, por lo que la longitud del rodillo triturador no suele superar los 2 ó 2,5 metros. Es un órgano análogo al que montan las desbrozadoras de martillos de eje horizontal.

Es común que el sistema de alimentación sea mixto, compuesto por una cinta transportadora horizontal, que se desplaza en el sentido del eje longitudinal de la máquina, en dirección al rodillo de alimentación que completa esta labor. Normalmente, la cinta se encuentra como base de buena parte del remolque, en el caso frecuente de ser la trituradora remolcada por un camión, mientras que el rodillo de alimentación, giratorio y dentado, se encuentra en la parte delantera o trasera del remolque y es accionado por uno o dos cilindros hidráulicos para presionar y arrastrar los materiales empujados por la cinta contra el órgano triturador, que está cubierto para evitar las proyecciones, como se aprecia en el esquema de la figura 2.

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Figura 2: Carga superior y cinta de alimentación del material a triturar. Fuente: Doppstadt.

En el caso más frecuente, la alimentación también es superior y/o trasera: o bien se depositan los materiales a triturar sobre la cinta o, preferentemente en el caso de materiales forestales largos, como árboles completos o copas, se empujan con la grúa en dirección al cilindro de alimentación.

Por tanto, es normal que, al menos para usos forestales, se alimente con una grúa, que puede estar integrada en el conjunto o pertenecer a un vehículo auxiliar. Muchas trituradoras presentan también, como las pretrituradoras, una cinta transportadora-elevadora para la evacuación del material triturado, así como cribas para rechazar materiales demasiado gruesos.

Existen diversos tipos de trituradoras:

- Por su útil de triturado:

  • Equipos de martillos o dientes articulados.
  • Equipos de martillos o dientes fijos: Este equipo es más resistente y requiere menos mantenimiento, pero produce un triturado de peor calidad y requiere más potencia que los articulados o aquellos con útiles más afilados. Hay máquinas de este tipo que producen un triturado de mayor calidad, en las que los dientes o martillos presentan refuerzos de materiales más duros y/o cierto filo o dentición en sus bordes de ataque en que los dientes tampoco son articulados.

- Por su movilidad:

  • Equipos semifijos: acoplables a camión, que requieren de la presencia de la cabeza tractora para el movimiento.
  • Equipos semimóviles: con mecanismos que permiten cierta movilidad, tipo oruga o rodillo.

Trituradoras: ventajas, inconvenientes y uso

Ventajas

  • Pueden ser también objeto de un uso mixto, polivalente, aunque también tienen peor tolerancia a grandes rocas o piezas de metal que las pretrituradoras. Han sido también empleadas por la industria del tablero aglomerado.
  • Tienen mayor tolerancia que las astilladoras a materiales “sucios”, con arena o pequeñas piedras.
  • Frente a las pretrituradoras, tienen menor consumo y requerimiento de potencia.
  • También frente a las pretrituradoras, el material resultante es más homogéneo, e incluso se puede usar para combustión directa en ciertas aplicaciones. No obstante, los clientes más pequeños, especialmente para aplicaciones térmicas, requieren un postratamiento.
  • Tienen menor frecuencia de mantenimiento que las astilladoras.

Inconvenientes

  • El material producido no es apto para su consumo directo en determinadas calderas de combustión, por lo que, en estos casos, su coste aumenta.
  • Siguen siendo de mayor potencia que las astilladoras, por lo que los consumos y los costes son mayores.
  • Generalmente estos equipos no disponen de grúa, por lo que han de complementarse con palas cargadoras de alto volteo o grúas tipo pulpo.
  • El desgaste y cambio de martillos o dientes es costoso.

Uso

El uso forestal de estos equipos suele ser un uso mixto con el industrial, especialmente útil si los materiales son duros, tienen cortezas de difícil astillado, presentan arena, u otras impurezas frecuentes, si bien se debe evitar su utilización para materiales muy sucios, como los tocones.

Astilladoras

Son máquinas que están diseñadas para el ataque a materiales blandos, generalmente árboles, madera o productos de madera sin contener elementos duros, que reducen la madera sólida a partículas mediante un mecanismo de corte con cuchillas (en un número pequeño de casos, mediante tornillos con aletas de bordes afilados). Las cuchillas se montan sobre un elemento rotatorio con alta velocidad de giro.

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Útil de una astilladora de tambor.

Las astilladoras que tienen aplicaciones forestales no industriales pueden ser de disco o de tambor. Las astilladoras de disco tienen las cuchillas montadas radialmente en un disco giratorio, sobresaliendo ligeramente con un cierto ángulo sobre la superficie del disco, que normalmente actúa también, por medio de unas aletas dispuestas en su cara opuesta, como ventilador o ciclón, para enviar las astillas proyectadas a través del tubo de la cañonera (figura 3).

En estas máquinas, las cuchillas atacan tangencialmente a los troncos, con lo que las astillas son de peor calidad y mayor relación longitud-grosor. Las astilladoras de disco son las más habitualmente empleadas para la eliminación de residuos, dado que la calidad de la astilla tiene menor importancia y que sus requerimientos de potencia, especialmente para materiales como ramas o copas que no son muy grandes, no son tan altos como para su empleo industrial. Además, a igualdad de potencia y velocidad, sus rendimientos en materia astillada son mayores. Para este uso, son normales los equipos móviles, acoplables a toma de fuerza de tractor agrícola de entre 70 y poco más de 100 CV. La alimentación es con frecuencia manual o mecanizada mediante grúas hidráulicas ligeras, en cuyo caso el tractor tiene algo más de requerimiento de potencia

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Figura 3: Detalles del disco, cuchillas y palas del ciclón ventilador.

Las astilladoras de tambor son las más empleadas para la elaboración de biomasa de origen forestal, y su órgano de corte es un cilindro rotatorio o rotor con una longitud entre 900 mm y algo menos de 2 metros, con dos a cuatro cuchillas de disposición tangencial, que actúan contra una contracuchilla de presión (figura 4), y frecuentemente sobre el material que es empujado por un rodillo de alimentación dentado. El diámetro del rotor limita el diámetro del material a astillar, que está comprendido entre 1/3 y 2/5 de aquel. Aunque su velocidad es similar a la del disco de las astilladoras de disco, sus requerimientos de potencia son bastante mayores, por lo que su rendimiento es menor, si bien la calidad de la astilla, al ser el corte perpendicular al eje de las fibras, es mayor, y la astilla producida es más homogénea y tiene una relación longitud-anchura menor. A diferencia de las astilladoras de disco, el ciclón para impulsar las astillas por la cañonera es independiente del rotor.

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Figura 4: Esquema de funcionamiento de una astilladora de tambor.

Existen diversos tipos de astilladoras de tambor según su movilidad:

•Astilladoras semifijas: son remolcadas por un camión, con características de movilidad similares a las trituradoras o pretritruradoras estudiadas (aunque suelen trabajar en presencia de la cabeza tractora, abundando menos las máquinas semimóviles). Siempre llevan un motor propio y, aunque por su mecanismo de actuación requieren menos potencia y consumo que las trituradoras o pretrituradoras, suelen tener potencias superiores a los 300 CV.

• Astilladoras móviles, pueden ser acoplables a un tractor agrícola de cierta potencia (normalmente, más de 100 CV y con frecuencia más de 150) o bien pueden ser acoplables o estar integrados en el chasis de un autocargador, caso en al que suelen contar con un potente motor propio. En este último caso, la alimentación siempre es mecanizada, con una grúa hidráulica, y la tolva omesa de alimentación puede ser lateral o frontal, lo que tiene importantes consecuencias en la organización del trabajo, en monte y especialmente en cargadero.

Astilladoras: ventajas, inconvenientes y uso

Ventajas

  • Proporcionan la máxima calidad de astilla, que en la mayoría de las ocasiones no requiere un postproceso previo a la combustión. Es decir, es la máquina de tratamiento de biomasa que aporta un mayor valor añadido.
  • Frente a las pretrituradoras y trituradoras, tienen menor consumo y requerimiento de potencia, aunque su rendimiento está estrictamente ligado a esta última (es decir, a mayor potencia, mayor rendimiento).
  • Es frecuente que estos equipos cuenten con una grúa propia, lo que facilita su alimentación.

Inconvenientes

  • El coste y la calidad de astillado con astilladoras semifijas y móviles son desfavorables frente a los equipos fijos. El astillado en monte o cargadero debe por eso compararse con el transporte de biomasa bruta y su astillado en terminal, siempre que las distancias de transporte sean reducidas.
  • Las astilladoras tienen poca tolerancia a la presencia de piedras u objetos metálicos en la biomasa tratada. Las averías pueden ser muy graves.
  • El coste y el tiempo de mantenimiento de las cuchillas es elevado, en comparación con las trituradoras y pretrituradoras.
  • Las astillas, debido a su menor tamaño y por tanto escasa ventilación, plantean problemas de almacenamiento mayores que otros materiales (mayor riesgo de pérdidas por fermentación, de autocombustión, etc.).

Uso

La tendencia a emplear estos equipos preferentemente en cargadero es creciente, con la excepción de los montes con fisiografía más favorable y donde los residuos están más concentrados, como en el caso de las choperas, en las que es normal que las máquinas entren en el monte. En los países nórdicos, el uso de astilladoras móviles se está convirtiendo en algo marginal frente a las alternativas de astillado semifijo (predominante) o transporte de biomasa bruta y astillado fijo, en terminal. A efectos de su uso forestal, las dimensiones amplias de la mesa alimentadora tienen mucha trascendencia, dado que debe recibir materiales largos y anchos e incorporarlos eficazmente, reduciendo rechazos y operaciones reiterativas de alimentación que suponen muchos tiempos muertos si la mesa de alimentación no es adecuada. También es importante que el rodillo de alimentación sea reversible automáticamente, permitiendo expulsar el material en caso de atasco. En el caso de las astilladoras móviles, la grúa hidráulica debe estar integrada en el mismo vehículo que porta la astilladora y el contenedor de astillas. En las astilladoras fijas, esto no siempre es así, aunque sea también conveniente. Aquí tiene mucha importancia el tipo de grúa, debiendo ser de tipo pulpo o, al menos, sin los travesaños longitudinales propios de las grúas de carga de madera, si se van a cargar ramas o material sin una dimensión predominante. Las grúas de madera pueden servir para árboles completos o copas de cierta longitud, si bien siempre suele interesar que tengan una mayor apertura máxima.

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