ES2212866B2 - Sistema de separacion fraccionada de la biomasa integral del cardo cynara carcunculus l. - Google Patents
Sistema de separacion fraccionada de la biomasa integral del cardo cynara carcunculus l.Info
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Abstract
Sistema de separación fraccionada de la biomasa integral del cardo (Cynara cardunculus L.). La invención consiste en un sistema de separación fraccionada de la biomasa integral de un cultivo de cardo (Cynara cardunculus L.), cosechada seca de forma integral mediante empacadora. Está caracterizado por una actuación secuencial de unidades elementales que desempacan la biomasa, disgregan los componentes de los capítulos, separan las hojas de los tallos, dilaceran y desmedulan los tallos y ramas y separan en fracciones diferentes los distintos componentes. Este sistema evita las pérdidas que se producen en algunas fracciones cuando se utiliza para esta finalidad la maquinaria agrícola convencional de recolección de cereales. Las diversas fracciones se pueden utilizar para la producción de energía, producción de aceite y como materias primas para la industria de la celulosa y fibras.
Description
Sistema de separación fraccionada de la biomasa
integral del cardo Cynara cardunculus L.
Este proceso tiene aplicación en los siguientes
sectores: Bioenergía (biocombustibles sólidos, biodiesel y
bioetanol), Industrias oleaginosas, Alimentación animal, Industrias
de la celulosa y fibras.
El cardo (Cynara cardunculus L.), es una
especie perteneciente a la familia de las Compuestas que ha sido
utilizada tradicionalmente como cultivo hortícola destinado a la
producción de hojas frescas para el consumo humano. Para esta
finalidad la siembra se realiza en terreno de regadío a mediados o
finales de la primavera, el cultivo se desarrolla durante el verano
y otoño formando una roseta de hojas basales que se recolectan en
general antes del inicio del invierno, tras un proceso de blanqueo
artificial. Sin embargo, el cardo es una especie herbácea vivaz
(perenne), muy bien adaptada a las condiciones del clima
mediterráneo de veranos secos y calurosos. En condiciones naturales
tiene un ciclo anual de producción de biomasa. aérea que empieza en
otoño y finaliza en el verano siguiente con el secado natural del
tallo floral. Las yemas de la base del tallo, que permanecen vivas
durante el verano, dan origen a nuevas hojas a finales del verano o
en el otoño, repitiéndose el ciclo durante varios años
consecutivos.
Como consecuencia de diversos trabajos de
investigación realizados para buscar cultivos alternativos para las
tierras de secano del área mediterránea, se está empezando a
concebir una nueva utilización de esta especie, consistente en la
producción de biomasa para fines energéticos o para la producción de
materias primas para la industria papelera. En la actualidad
existen varios proyectos en desarrollo en los que se piensa
utilizar la biomasa del cardo como combustible en la generación de
energía eléctrica. En esta nueva utilización, el cultivo del cardo
sería un cultivo perenne con un ciclo anual de desarrollo completo,
efectuándose la cosecha al final de éste (en verano u otoño) tras un
período de más de 10 meses de crecimiento, en el que se habría
desarrollado todo el tallo floral (escapo), cosechándose toda la
parte aérea una vez seca, incluidos los frutos contenidos en las
florescencias propias de la especie (capítulos espinosos). La
biomasa completa cosechada en estas condiciones en cultivos con
buen desarrollo tendría los siguientes componentes y proporciones
medias sobre la materia seca:
Hojas basales (20%). Son los restos de las
hojas de la roseta basal desarrollada en el otoño e invierno,
utilizables para alimentación animal o combustión, con un poder
calorífico inferior (PCI) de 2450 kcal/kg.
Hojas del tallo (13%). En menor proporción
que las anteriores tienen las mismas aplicaciones que ellas con un
PCI de 3800 kcal/kg.
Tallos y ramas (34%). Tiene aplicación
como materia prima para pasta de papel, con un contenido medio en
celulosa del 45%, y un PCI de 3900. Los tallos y ramas tienen en su
interior una medula que constituye el 25% de su peso.
Capítulos (33%). Es la inflorescencia
típica de la especie que contiene los frutos secos (aquenios o
cipselas), los vilanos que sirven para la dispersión de las
semillas, los pelos que salen de la base del receptáculo y rodean
los ovarios, las brácteas involucrales que rodean todo el exterior
del capítulo provistas de grandes espinas y el receptáculo donde se
asientan las flores rodeadas de pelos. Los frutos representan el
30% del peso del capítulo y tienen un alto contenido en aceite
(25%) y proteína (20%). Los pelos y vilanos constituyen cerca del
20% del peso del capítulo, tienen un contenido en holocelulosa del
orden del 85% (70% de celulosa y 30% de hemicelulosa) y pueden ser
utilizados para pastas de papel de alta calidad. Las hebras que
forman los vilanos tiene una estructura plumosa en contraposición a
las de los pelos que son lisas. Las brácteas y el receptáculo tienen
una consistencia lignocelulósica, representan el 50% del peso de
los capítulos con un PCI medio de 3700 kcal/kg.
Por ser el cardo para producción de biomasa un
cultivo nuevo, no se han desarrollado maquinas específicas para su
recolección, utilizándose para ello, en los casos en que se ha
experimentado hasta ahora, la maquinaria tradicional que se usa
para la recolección de los cultivos tradicionales. Hasta ahora, en
los proyectos que están en desarrollo para producir energía, se ha
considerado la utilización integral de toda la biomasa cosechada.
Para esta finalidad, basta con segar la cosecha con una segadora
adecuada (preferiblemente de tambores) y proceder a su empacado
mediante empacadoras productoras de pacas prismáticas o cilíndricas
(rotoempacadoras). También se han ensayado máquinas compactas
autopropulsadas que siegan y empacan a la vez. Las pacas recogidas
en el campo, serían transportadas a la central energética y
quemadas íntegramente en una caldera adecuada. Cuando se ha
deseado recoger el grano separado del resto de la biomasa
lignocelulósica (paja) se han utilizado cosechadoras de cereales o
de girasol, las cuales, por no tener un sistema adecuado para el
desgranado de los capítulos del cardo, han producido, bajos
rendimientos en la cosecha, con abundantes pérdidas de grano. Con
este sistema se pierde también casi completamente la fracción
celulósica de muy alta calidad constituida por los "vilanos" y
pelos de los capítulos. (representa cerca de un 7% de la cosecha
total). Debido a su baja densidad, los vilanos son arrastrados por
el viento y, en ocasiones, llegan a producir trastornos en las
máquinas cosechadoras por obturar las rejillas de las tomas de aire
de los radiadores, con el consiguiente riesgo de producir averías
por sobrecalentamiento de los motores. Otro problema que se presenta
con este tipo de recolección de los frutos es el originado por la
alta inflamabilidad de los vilanos cuando están desplegados al
aire, existiendo un alto riesgo de incendio por el posible salto de
chispas al rozar las partes metálicas de la cosechadora con
piedras. La recogida del resto de la biomasa del suelo se efectúa
con empacadoras convencionales, pero por estar la biomasa trillada
por la cosechadora, siempre se producen pérdidas de las porciones de
menor tamaño (además de la mayoría de los pelos y vilanos), que no
pueden ser recogidas por la empacadora.
La invención consiste en un sistema de separación
fraccionada de la biomasa integral del cardo o de especies afines
de los géneros Cynara, Onopordum y Silybum
para la producción de energía, frutos oleaginosos y materias primas
para la industria de la celulosa y fibras, caracterizado por una
actuación secuencial de unidades elementales que desempacan la
biomasa, disgregan los componentes de los capítulos, separan las
hojas de los tallos, dilaceran y desmedulan los tallos y ramas y
separan en fracciones diferentes los distintos componentes.
El sistema propuesto pretende posibilitar la
separación de las principales fracciones de la biomasa del cardo,
recogida al final de su ciclo de desarrollo, evitando las pérdidas
que se producen en algunas fracciones cuando se utiliza para esta
finalidad la maquinaria agrícola convencional de recolección de
cereales. Por medio del sistema que se propone se separan seis
fracciones básicas con aplicaciones específicas como materias
primas que, en conjunto, aumentan considerablemente el valor de la
biomasa respecto a su utilización integral como combustible. Las
seis fracciones que se separan son las siguientes:
- 1°)
- Frutos (aquenios) con alto contenido en aceite, proteína y fibra, utilizables para la alimentación animal, para la producción de aceite o para ambas a la vez. El aceite puede tener aplicaciones en alimentación humana, cosmética, farmacia y producción de biodiesel (biocombustible líquido).
- 2°)
- Tallos y ramas desmedulados, utilizables como materia prima para la producción de pasta de celulosa o para la obtención de etanol.
- 3°)
- Pelos del receptáculo de los capítulos de elevado contenido en celulosa, utilizables para papeles de alta calidad (papel-moneda, por ejemplo) o fibras para materiales compuestos o "composites".
- 4°)
- Vilanos de elevado contenido en celulosa, utilizables para papeles de alta calidad (papel-moneda, por ejemplo). Teniendo en cuenta la estructura plumosa de sus hebras y su suavidad podrían ser utilizados como material aislante en confecciones de abrigo y como fibras para materiales compuestos.
- 5°)
- Médula, residuo del proceso de desmedulado de los tallos, compuesta por celulosa y hemicelulosas principalmente, con aplicación como materia prima en la industria celulósica como absorbente de agua o, en su defecto, para usos térmicos.
- 6°)
- Resto de biomasa lignocelulósica constituida por las hojas, restos de los capítulos (brácteas y receptáculo) y rechazos de tallos y ramas de aplicación como biocombustible sólido con un PCI medio de 3200 kcal/kg. (sobre base seca).
La biomasa seca del cardo, tras ser recogida de
forma integral en el campo, por medio de una empacadora
convencional, sería trasladada a la factoría en forma de pacas
cilíndricas (rotopacas) o prismáticas. En dicha factoría se
efectuaría el proceso de separación integral de las seis fracciones
anteriormente citadas en una cadena secuencial de operaciones
realizada por los siguientes elementos (véase la Figura 1):
1. Inicialmente se emplearía un Elemento
desencordador que corta y retira las ataduras de las pacas, que
produce su efecto por la acción combinada de una sierra con
movimiento de vaivén y de una cadena sinfín dotada de un dedo que
arrastra las cuerdas fuera del sistema. Cada paca con la biomasa
integral del cardo es introducida en un canal de transporte que
lleva en su suelo una cinta sinfín. En el caso de las rotopacas,
éstas se colocan sobre la cinta de transporte reposando sobre la
superficie cilíndrica y las prismáticas en sentido longitudinal,
reposando sobre su base. La paca llega al elemento desencordador,
situado inmediatamente antes de entrar en el elemento disgregador,
donde se detiene para que se efectúe la operación de corte y
retirada de las cuerdas. El lugar de detención del frente de la
paca debe ser variable y regulado en función del tamaño de esta al
objeto de que los elementos encargados del corte de cuerdas y
desencordado se encuentren situados frente a la mitad de la paca; en
el caso de pacas cilíndricas, la localización del sistema de corte
y desencordado estaría en el plano diametral normal al suelo y en
el caso de pacas prismáticas coincidiendo con el plano medio
transversal. En esta posición cada paca sufre el corte de las
cuerdas por medio de un elemento cortante, como puede ser una
sierra circular con movimiento de vaivén, por ejemplo (n°7 de la
Figura 1), que actúa sobre la superficie superior de las pacas en
sentido perpendicular a la dirección de atado. Inmediatamente
después, una cadena alojada en una canal transversal del suelo del
sistema de transporte (n°8 de la Figura 1) y dotada de un dedo
sobresaliente de la superficie del suelo (n°21 de la Figura 2),
recorre transversalmente la parte inferior de la paca arrastrando
las cuerdas cortadas y sacándolas a la parte exterior del canal de
transporte. En estas condiciones la paca está dispuesta para
alimentar el elemento disgregador.
2. Elemento disgregador de la biomasa de las
pacas. La cinta transportadora entrega a la paca desencordada a
otra cinta que la lleva al sistema disgregador, cuyo elemento
esencial será diferente según que se trate de una paca cilíndrica
(rotopaca) o de una paca prismática, pudiéndose intercambiar ambos
con una sencilla operación.
Para el caso de las rotopacas el elemento
disgregador de la biomasa produce su efecto por la acción combinada
de la rotación de las rotopacas y la de un cilindro peinador que
gira en sentido contrario. La cinta transportadora, ayudada por un
cilindro-director (n°9 de la Figura 1) situado en la
parte anterior del elemento somete a la rotopaca a un movimiento de
rotación en sentido contrario al de su formación en la
rotoempacadora y por medio de un cilindro peinador (n°10 de la
Figura 1) que gira en sentido contrario al de la rotopaca se van
separando capas de biomasa de las plantas de cardo, que caen sobre
la cinta transportadora que los lleva al sistema dilacerador.
Para el caso de las pacas prismáticas el elemento
disgregador de la biomasa está formado por una cadena sinfín
vertical de barras transversales con dedos peinadores que irían
disgregando de arriba hacia abajo la biomasa del frontal de la paca
(n°11 de la Figura 1) y depositándola en la cinta transportadora,
regulándose la velocidad de avance de la cinta en función de las
necesidades de alimentación de los elementos siguientes.
3. Elemento dilacerador de la biomasa
formado por dos cilindros de acero o bronce, que contienen unos
resaltes espiralados sobre su superficie, que giran muy próximos y
en sentido contrario, alrededor de ejes paralelos (n°12 de la
Figura 1 y detalles en la Figura 3), capaz de separar los distintos
elementos de los capítulos de los cardos. Las plantas de cardo, que
vienen por la cinta transportadora pasan entre ambos cilindros
sufriendo el dilacerado de su biomasa por medio de los resaltes
espiralados (n°23 de la Figura 3) de la superficie de éstos,
produciéndose además la separación de los frutos de los restantes
componentes de los capítulos y la separación de las hojas de los
tallos. Un sistema de dos engranajes permite la separación de los
cilindros en el caso de sobrecarga (n°24 de la Figura 3).
4. Elemento separador inicial de la biomasa y
alineado de los tallos y ramas. Los tallos y ramas dilacerados
continúan avanzando a través de una cadena de transporte (n°13 de
la Figura 1) que dejan caer a su través, a modo de cribas, los
elementos finos separados en la dilaceración (frutos y restos
gruesos de hojas y capítulos) mientras que los pelos y vilanos son
aspirados por una campana en depresión (n°14 de la Figura 1) y
transportados hacia dos ciclones (n°15 y 16 de la Figura 1) que los
separan para su posterior almacenamiento y empacado. En el primer
ciclón se separan los pelos y en el segundo los vilanos. En esta
cadena de transporte existen unos elementos verticales (n°17 de la
Figura 1) que alinean los tallos y ramas, haciéndoles moverse
alineados con la dirección del transporte. Los elementos finos que
atravesaron la malla de la cadena de transporte, son conducidos a un
sistema de cribas que efectúan la separación de la semilla (n°18 de
la Figura 1) del resto de los elementos que se utilizarán como
combustible sólido. Los tallos y ramas dilacerados son conducidas
por la cadena transportadora-alineadora hasta el
sistema desmedulador.
5. Elemento desmedulador consistente en
dos cilindros metálicos con acanaladuras anulares enfrentadas, que
giran muy próximos pero en sentidos opuestos, que al paso de los
tallos y ramas entre ellos embuten su biomasa en las acanaladuras y
facilita la separación de dicha biomasa en dos mitades que dejan al
descubierto la zona medular y posibilita su separación mediante
cilindros fresadores y/o cepilladores y la obtención de la corteza
desprovista de médula para ser utilizada como materia prima para la
industria papelera. Los tallos y ramas dilacerados se enfrentan a
los cilindros de acero con acanaladuras anulares de sección
rectangular, dispuestos en sentido perpendicular a la dirección de
avance de los tallos (n°19 de la Figura 1, detalle en la Figura 4).
Los tallos, a su paso entre ambos cilindros, sufren una compresión
longitudinal quedando de forma acintada incluidos en la acanaladura
de los cilindros (n°39 de la Figura 4). Inmediatamente después de la
compresión los tallos acintados se enfrentan con una cuchilla (n°31
de la Figura 4), que los divide longitudinalmente quedando cada
mitad embutida en la acanaladura del cilindro respectivo con la
parte correspondiente a la corteza en contacto con la superficie
acanalada del cilindro y mostrando la médula en la parte exterior.
Cada parte exterior de los semi-tallos de cada
cilindro se enfrenta con un cilindro fresador (n°32 de la Figura
4), seguido de otro cepillador (n°33 de la Figura 4) que eliminan
la médula de la corteza. Esta operación se. puede efectuar
opcionalmente. con un cilindro cepillador dotado de una velocidad
tangencial adecuada. Finalmente, una rasqueta metálica (n°30 de la
Figura 4) separa el resto del tallo desmedulado de la acanaladura
del cilindro, que queda libre para admitir un nuevo tallo
dilacerado. Los restos de la médula son aspirados y conducidos a un
ciclón por un transporte neumático (n°20 de la Figura 1), y las
tiras de tallos y ramas desmedulados son conducidas al lugar de
empacado para su posterior transporte a la industria papelera.
El sistema anteriormente descrito es aplicable
también para otras especies vegetales de tipo herbáceo que se
cultiven para producción de biomasa con fines análogos a los
descritos anteriormente, es decir, para producción de
biocombustibles sólidos o líquidos, para alimentación animal y/o
para celulosa y fibra. Concretamente, además de a los cultivo del
cardo (Cynara cardunculus L.), este sistema en su concepción
íntegra, o simplemente para la obtención de los frutos, podría ser
aplicado a cultivos de cualquier especie vegetal, variedad o
cultivar de los géneros Cynara, Onopordum, y
Silybum o a los híbridos interespecíficos de estos
géneros.
El elemento dilacerador se podría aplicar también
como sistema dilacerador para separar frutos secos de
inflorescencias de cardos, aplicable también para alcachofas y
especies afines, así como para otras especies herbáceas que
produzcan frutos secos de tamaño igual o menor que los del
cardo.
El elemento desmedulador se podría aplicar
también como sistema desmedulador de tallos herbáceos de especies
tales como kenaf (Hibiscus cannabinus), miscanto
(Miscanthus sinnensis), sorgo de fibra (Sorghum
bicolor) o caña de Provenza (Arundo donnax) para la
producción de fibra o pasta de papel.
La Figura 1 representa el esquema de conjunto del
sistema de separación fraccionada de la biomasa de cardo que
comprende los siguientes elementos:
1. Elemento desencordador. La alternativa
A representa el sistema concebido para pacas prismáticas y la B
para pacas cilíndricas (rotopacas). Los números indicados en la
figura representan los siguientes componentes: (7) elemento
cortante con movimiento de vaivén y (8) cadena sinfín que contiene
el dedo recogedor de cuerdas (véase el detalle en la figura 3).
2. Elemento disgregador. La alternativa A
representa el sistema concebido para pacas prismáticas y la B para
pacas cilíndricas (rotopacas). Los números indicados en la figura
representan los siguientes componentes: (9) cilindro director de la
rotación de la rotopaca, (l0) cilindro peinador de la biomasa de la
rotopaca y (11) cadena disgregadora de pacas prismáticas;
3. Elemento dilacerador de la biomasa
(común para pacas cilíndricas y prismáticas), en el que el número
12 representa los dos cilindros dilaceradores con sus
correspondientes resaltes espiralados (véase el detalle en la figura
3) y el número 13 la cadena inicial de transporte, que puede estar
constituida por una criba de avance vibratorio.
4. Elemento separador de frutos y finos,
en el que el número 14 representa una campana extractora que aspira
los pelos y vilanos, que se separan en los ciclones 15 y 16, y el
número 17 representa una cadena de transporte que deja caer a su
través, a modo de criba, los elementos finos y los frutos, a la vez
que alinea los tallos y ramas mediante unos elementos verticales y
el número 18 representa un sistema de cribas para la separación de
los frutos de los restos de hojas y capítulos.
5. Elemento desmedulador, en el que el
número 19 representa los dos cilindros desmeduladores con sus
correspondientes acanaladuras anulares enfrentadas, y la carcasa
que tapa el conjunto de los cilindros fresadores y cepilladores
(véase el detalle en la figura 4).
6. Elemento separador de los restos de
médula en donde el número 20 representa el ciclón
separador.
Figura 2. Detalle del Elemento
desencordador en el que se aprecia el detalle del dedo (21) que
arrastra las cuerdas de atado de las pacas después de cortadas y de
su cadena motriz (22).
Figura 3. Detalle del Elemento dilacerador
en vistas de Alzado y Planta. El Elemento dilacerador está
constituido por dos cilindros de acero con resaltes espiralados y
su accionamiento por engranajes con protección contra sobrecarga.
Los números indican: 23: resaltes espiralados de las superficies de
los cilindros; 24: engranajes; 25: cilindros; 26: ejes de
engranajes; 27: polea de toma de fuerza.
Figura 4. Detalle del Elemento
desmedulador en vistas de Alzado y Planta. El Elemento
Desmedulador, está constituido por dos cilindros de acero con
acanaladuras anulares de perfil rectangular y su accionamiento por
engranajes con protección contra sobrecarga. El alzado se indica la
posición de la cuchilla seccionadora de los tallos aplastados y los
cilindros fresadores y cepilladores que eliminan la médula de cada
semi-tallo seccionado. Los números indican: 28:
engranajes; 29: superficie del cilindro; 30: rasqueta separadora de
los semi-tallos desmedulados; 31: cuchilla
seccionadora de los tallos; 32: cilindros fresadores (opcional);
33: cilindros cepilladores; 34: salida de los restos de la médula;
35:salida de los semi-tallos desmedulados; 36: toma
de fuerza; 37: ejes de los engranajes; 38: resaltes de las
superficies de los cilindros; 39: acanaladura de la superficie de
los cilindros.
A modo de ejemplo se describe a continuación una
forma de realización práctica del sistema propuesto para una
velocidad de proceso de 12 toneladas de biomasa de cardo por hora,
suponiendo que la biomasa llega a la planta empacada en rotopacas
cilíndricas de 200 kg. de peso (15% de humedad) de 1,2 m de diámetro
y 1,2 m de longitud. El consumo de materia prima sería por tanto de
60 pacas a la hora. El proceso se podría realizar en una sola línea
que procesaría una rotopaca por minuto, la cual funcionaría de la
siguiente manera:
Cuando el sistema pidiera alimentación, una
rotopaca convenientemente orientada para facilitar la operación de
desembalado, se colocaría en un canal de transporte
(130-150 cm de ancho). Los laterales de la cámara
(paralelos a las caras circulares de la rotopaca) estarían cerrados
por sendos paneles (de 1 m de altura aproximadamente) que
continuarían paralelos delimitando el canal que albergaría los
elementos sucesivos del sistema. El suelo del canal estaría
recorrido por una cinta transportadora de dos tramos que conduciría
la rotopaca hasta el elemento de desencordado, donde un tope
electromecánico u óptico, detendría la paca en el lugar adecuado
(con el asiento sobre el canal de separación de los dos tramos de
cintas, donde se aloja el sistema desencordador). Allí se procede a
cortar el sistema de atadura (cuerdas o bandas de plástico que
rodean la superficie cilíndrica de la paca) por la parte superior
de la rotopaca mediante una sierra que actúa en vaivén paralelo al
eje de aquella. En la parte de asiento de la paca sobre el suelo, y
coincidiendo con el final del primer tramo de la cinta
transportadora y el comienzo del siguiente, un espacio transversal
albergaría una cadena sinfín dotada de un dedo sobresaliente de la
cadena unos 5-8 cm, que se pondría en marcha
inmediatamente después del corte de las cuerdas y las arrastraría
hacia fuera del canal, las cuales quedarían almacenadas en un
montón o se transportarían por medio de una cinta hasta su lugar de
almacenamiento.
Acto seguido, se pone en marcha la cinta
transportadora que saca la paca de la unidad de desencordado y la
entrega a la de disgregado de la biomasa, constituida por una
cámara rectangular, adecuada al tamaño de las rotopacas que se
utilicen abierta por la parte superior y cuyo suelo estaría
recorrido por otra cinta sinfín. Esta cinta, ayudada por un
cilindro motor colocado en la parte anterior de la cámara imprime a
la rotopaca un movimiento de giro en sentido contrario al de su
formación en la empacadora. El cilindro motor, además de facilitar
el giro de la paca, actúa como tope para impedir su avance hacia
delante. Inmediatamente debajo de este cilindro motor, un cilindro
peinador, con dedos de acero de unos 6 cm de longitud y
aproximadamente 1 cm de diámetro, girando en sentido contrario al
de la rotopaca, va separando una capa de biomasa de la periferia de
ésta y la deposita sobre la cinta transportadora para dirigirla
hacia la unidad de dilaceración.
La velocidad de avance de la cinta transportadora
debe regularse para que sea 3 o 4 veces inferior a la velocidad
del movimiento de la biomasa a través del sistema dilacerador, al
objeto de evitar atascos en éste. Para una velocidad tangencial de
los cilindros dilaceradores de 3,14 m/s (cilindros de 30 cm de
diámetro girando a 200 r.p.m.) la velocidad de avance de la cinta
transportadora puede establecerse en 1 m/s aproximadamente.
La cinta transportadora deposita la biomasa sobre
los dos cilindros que forman el sistema dilacerador . Estos
cilindros, de unos 30 cm de diámetro cada uno, giran muy próximos,
y en sentido contrario, a unas 200 r.p.m.. Están dispuestos
horizontalmente ocupando toda la anchura del canal de transporte de
la cinta con sus ejes de giro normales a la dirección de avance de
la cinta. La biomasa de las plantas de cardo, que viene por la
cinta transportadora pasa entre ambos cilindros sufriendo el
dilacerado de su biomasa por medio de los resaltes espiralados de
la superficie de éstos que actúan cizallando la biomasa comprimida.
El efecto combinado de la presión y la cizalladura provoca la
separación de los frutos, la disgregación de los restantes
componentes de los capítulos y de las hojas. El hueco que queda
entre las espirales aloja a las semillas y restantes elementos
separados, impidiendo su trituración.
El material dilacerado cae sobre una criba de
avance vibratorio, con un sistema convencional de alineación de
tallos y ramas (varias costillas longitudinales), que deja caer a
su través los elementos finos separados en la dilaceración (frutos
y restos gruesos de hojas y capítulos). A la salida de los cilindros
dilaceradores y por encima de la criba vibratoria se coloca una
campana de extracción para aspirar los vilanos y transportarlos
hacia un ciclón para su almacenamiento en un silo y posterior
empacado. Los tallos y ramas dilacerados continúan un movimiento
rectilíneo sobre la cadena de transporte de barras mientras los
elementos finos que atravesaron la cadena de barras, son conducidos
a un sistema de cribas que efectúan la separación de la semilla del
resto de los elementos que se utilizarán como combustible sólido
Cada uno de estos componentes se lleva al correspondiente silo, en
espera de su utilización o comercialización.
La cadena de transporte (o una criba de avance
vibratorio por ejemplo) entrega los tallos y ramas dilacerados y
alineados al sistema desmedulador formado por dos cilindros de
acero de unos 30 cm de diámetro, con acanaladuras anulares de
sección rectangular dispuestos con los ejes de giro perpendiculares
a la dirección de avance de la cinta y que giran muy próximos en
sentidos contrarios y con las acanaladuras transversales
enfrentadas. Los tallos y ramas dilaceradas, a su paso entre ambos
cilindros, sufren una compresión longitudinal quedando de forma
acintada incluidos en la acanaladura de los cilindros.
Inmediatamente después de la compresión los tallos acintados se
enfrentan con una cuchilla que los divide longitudinalmente
quedando cada mitad embutida en la acanaladura del cilindro
respectivo con la parte correspondiente a la corteza en contacto
con la superficie acanalada del cilindro y mostrando la médula en la
parte exterior. La cuchilla tiene una forma de V especial, con los
dos lados que forman el filo (de unos 10 cm de ancho) cóncavos, con
una curvatura análoga a la de la superficie de los cilindros con la
que se ajustan lo mas posible para sujetar las mitades de tallos
embutidas en las acanaladuras. Al dejar la presión de los lados
cóncavos de la cuchilla, la parte de médula que queda al exterior
de los semi-tallos se expande y acto seguido se
enfrenta con un cilindro fresador, que elimina gran parte de la
médula seguido de otro cepillador que acaba de eliminarla dejando
solamente la corteza embutida en la acanaladura. También podría
realizarse esta última operación con un solo cilindro cepillador
dotado de velocidad tangencial adecuada. Finalmente, una serie de
láminas metálicas (rasqueta) separa el resto de tallos desmedulados
de las acanaladuras del cilindro, que queda libre para admitir un
nuevo tallo dilacerado. Los restos de la médula son aspirados y
conducidos a un ciclón por un transporte neumático, y las tiras de
tallos y ramas desmedulados son conducidas al lugar de empacado
para su posterior transporte a la industria papelera.
Teniendo en cuenta la composición media de la
biomasa de cardo, a partir de 1 tonelada de materia seca se podría
obtener: 99 kg. de frutos secos (aquenios), 66 kg. de vilanos y
pelos, 85 kg. de médula, 255 kg. de tallos y ramas desmedulados y
el resto (495 kg.) como biocombustible sólido con un PCI de 3600
kcal/kg. sobre base seca, por lo que el rendimiento horario del
sistema en el supuesto considerado de 12 t/h produciría 1188 kg. de
frutos, 792 kg. de vilanos y pelos, 1020 kg. de médula, 3060 kg. de
tallos y ramas desmedulados y 5940 kg. de biocombustible
sólido.
Claims (3)
1. Sistema de separación fraccionada de la
biomasa integral del cardo (Cynara cardunculus L.), y de
especies de los géneros Cynara, Onopordum y
Silybum, caracterizado por la actuación secuencial de
unidades elementales que efectúan las siguientes operaciones a
partir de la biomasa integral empacada:
- a)
- Desencordado de las pacas por la acción combinada de una sierra con movimiento de vaivén y de una cadena sinfín dotada de un dedo que arrastra las cuerdas fuera del sistema,
- b)
- Disgregación de la biomasa empacada. En el caso de las rotopacas por la acción combinada de la rotación de éstas y la de un cilindro peinador que gira en sentido contrario y en el caso de pacas prismáticas, por medio de una cadena sinfín vertical de barras transversales con dedos peinadores que irían disgregando de arriba hacia abajo la biomasa del frontal de la paca y depositándola en la cinta transportadora.
- c)
- Dilaceración de la biomasa por medio de parejas de cilindros de acero o bronce, que giran muy próximos y en sentido contrario, alrededor de ejes paralelos, capaces de separar los frutos y restantes elementos de las inflorescencias de los cardos o especies de los géneros Cynara, Onopordum y Silybum.
- d)
- Desmedulado de los tallos por medio de dos cilindros metálicos con acanaladuras anulares enfrentadas, que giran muy próximos pero en sentidos opuestos y que al paso de los tallos y ramas entre ellos embuten su biomasa en las acanaladuras y facilita la separación de dicha biomasa en dos mitades que dejan al descubierto la zona medular y posibilita su separación mediante cilindros fresadores y/o cepilladores y la obtención de la corteza desprovista de médula para ser utilizada como materia prima celulósica.
2. Sistema de separación fraccionada de la
biomasa del cardo (Cynara cardunculus L.), y de especies de
los géneros Cynara, Onopordum y Silybum, según
reivindicación 1 caracterizado porque las operaciones de
desencordado, disgregación, dilaceración y desmedulado se pueden
efectuar de forma aislada o combinaciones de ellas, en función de
la fracción de biomasa a separar.
3. Operación de desmedulado de tallos según
reivindicación 1 y 2 caracterizada por su aplicación aislada
también en tallos herbáceos tales como los de las especies
Hibiscus cannabinus, Miscanthus sinnensis y
Sorghum bicolor.
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|---|---|---|---|
| ES200101015A ES2212866B2 (es) | 2001-05-04 | 2001-05-04 | Sistema de separacion fraccionada de la biomasa integral del cardo cynara carcunculus l. |
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|---|---|---|---|
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| ES2212866A1 ES2212866A1 (es) | 2004-08-01 |
| ES2212866B2 true ES2212866B2 (es) | 2005-07-01 |
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- 2001-05-04 ES ES200101015A patent/ES2212866B2/es not_active Expired - Fee Related
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| ES2212866A1 (es) | 2004-08-01 |
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