ES2326166T3 - Procedimiento y aparato para la coccion y estabilizacion de materiales bioorganicos. - Google Patents
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Abstract
Un procedimiento para la estabilización de materiales bioorgánicos, tales como biomasa natural y desperdicios, tales como hierba cortada, residuos de poda, algas marinas y algas en general, desechos de matadero, mondaduras y desechos vegetales procedentes de la producción de alimentos, desechos de la industria alimentaria, desechos de la actividad agrícola y la pesca, la fracción orgánica de desechos urbanos sólidos, desechos médicos que contienen material biológico y sedimentos de depuradoras biológicas, comprendiendo este procedimiento la operación de calentar las partículas de material por medio de uno o más miembros en forma de cuña que se hacen mover a alta velocidad en proximidad de miembros opuestos fijos dentro de una carcasa cilíndrica con un eje vertical de tal manera que se provocan cambios de volumen que obligan al material a comprimirse y deformarse con la generación localizada de una cantidad significativa de calor, caracterizándose dicho procedimiento porque: - los miembros fijos y los miembros movibles tienen forma de cuña; - los miembros fijos están localizados en una corona circular en la pared interior de la carcasa y presentan una sección transversal que define un perfil de dientes de sierra; y - los miembros movibles son adecuados para comprimir el material bioorgánico hacia el perfil de dientes de sierra de manera que se provocan sucesivas y repetidas deformaciones del material bioorgánico mediante los salientes y huecos alternantes del perfil de dientes de sierra.
Description
Procedimiento y aparato para la cocción y
estabilización de materiales bioorgánicos.
La presente invención se refiere a un
procedimiento y a un aparato para una cocción especial, por medio de
calor y vapor generado localmente, de material de naturaleza
biológica, tal como biomasa, los desechos y desperdicios
procedentes de la elaboración de alimentos y, en general, materiales
que contienen o pueden contener sustancias de naturaleza biológica,
incluidos los organismos vivos, lográndose una estabilización de los
materiales en forma de un producto deshidratado que es estable
durante un periodo de tiempo prolongado.
Ejemplos no limitantes de materiales de
naturaleza orgánica que se pueden tratar con el procedimiento
descrito en la presente memoria son hierba cortada, residuos de
poda, algas marinas y algas en general, desechos de matadero,
mondaduras de vegetales y desechos de la producción de alimentos,
desperdicios de la industria alimentaria, la actividad agrícola o
la pesca, la fracción orgánica de desechos urbanos sólidos, desechos
médicos que contienen materiales biológicos y sedimentos de
depuradoras biológicas.
Es conocido que los materiales de biomasa y, en
general, los materiales que contienen sustancias de naturaleza
orgánica y biológica no son estables. Esto se debe a la presencia de
agua y de otros componentes en fase líquida que constituyen, junto
con la sustancia orgánica, un sustrato adecuado para el desarrollo
de hongos, semillas, insectos y, en general, organismos vivos que
tanto están contenidos en el material mismo como provienen del
entorno en forma de polen, esporas, microorganismos, etc. Su
almacenamiento hasta que se usen o se eliminen a menudo supone un
problema, especialmente en el caso de los materiales de bajo valor
económico.
El documento
WO-A-9503073 describe un
procedimiento para la estabilización de materiales bioorgánicos,
tales como biomasa natural y desperdicios, tales como hierba
cortada, residuos de poda, algas marinas y algas en general,
desechos de matadero, mondaduras y desechos vegetales procedentes de
la producción de alimentos, desechos de la industria alimentaria,
desechos de la actividad agrícola y la pesca, la fracción orgánica
de desechos urbanos sólidos, desechos médicos que contienen
material biológico, sedimentos de depuradoras biológicas,
comprendiendo este procedimiento la operación de calentar las
partículas de material por medio de uno o más miembros movibles que
se mueven a alta velocidad en proximidad de miembros opuestos fijos
dentro de una carcasa cilíndrica con un eje vertical, de tal manera
que se provocan cambios de volumen que obligan al material a
comprimirse y deformarse con la generación localizada de una
cantidad significativa de calor.
El procedimiento objeto de la presente invención
está destinado a la transformación de estos materiales de tal
manera que se obtenga un producto estable completamente exento de
líquidos que se pueda conservar sin problemas durante mucho tiempo
hasta su uso, por ejemplo como fertilizantes agrícolas o abonos,
alimentos para animales, o hasta que se elimine.
El procedimiento objeto de la presente invención
se caracteriza porque el material se reduce primero a partículas
pequeñas, después se somete a repetidas acciones de compresión y
deformación hasta alcanzar una temperatura elevada perdiendo toda
la humedad, después se calienta y finalmente se cuece mediante la
generación de vapor que procede del material mismo por absorción de
cantidades dosificadas de agua. Las peculiaridades del procedimiento
residen en las condiciones de funcionamiento, por medio de las
cuales, por la dosificación de una cantidad controlada de agua
sobre el material calentado a una temperatura de 130 a 180ºC,
preferentemente de aproximadamente 160ºC, ésta penetra
progresivamente en forma de líquido en el interior de los gránulos
del material y se transforma después en vapor a expensas del calor
que se genera en el material por el efecto mecánico.
Los efectos mecánicos y térmicos combinados de
la absorción de agua líquida en el material sometido al tratamiento
y la transformación siguiente del agua en vapor con un gran cambio
de volumen produce una ligera lisis de los materiales proteicos y
una acción mecánica sobre la membrana celular. Mediante el
tratamiento se obtiene un producto granular perfectamente seco y
sin vida, exento de esporas, huevos, insectos, semillas y organismos
vivos en general. La velocidad del tratamiento permite obtener una
lisis proteica sólo ligera y, por lo tanto, conservar las
propiedades organolépticas del material.
En comparación con otros tratamientos de cocción
a altas temperaturas, el procedimiento descrito en la presente
memoria presenta la ventaja de que no requiere el uso de presión.
Así, sus ventajas no sólo residen en la sencillez de la
construcción y del manejo de las instalaciones, sino también en el
consumo de energía, puesto que el aparato de presión presenta el
inconveniente de que requiere grandes masas de metal para el
calentamiento y posterior enfriamiento en cada ciclo de
tratamiento. Finalmente, los procesos conocidos de cocción a presión
proporcionan un material tratado que está impregnado de agua y no
es estable por sí mismo debido al contenido de agua. Por lo tanto,
estos tratamientos precisan de tratamientos adicionales, tales como
la adición de conservantes o el uso de radiación ionizante, envasado
al vacío, etc.
Por el contrario, el procedimiento objeto la
presente invención proporciona al final del ciclo de tratamiento un
material que, además de no contener organismos vivos, es estable
debido a su total desecación.
Las acciones de compresión que dan lugar a la
formación de calor se ejercen por medio de un miembro que se mueve
a una velocidad elevada en proximidad de miembros fijos. Un ejemplo
no limitante es el que se describe en la figura 1, en la que los
miembros fijos se representan mediante una cinta o tira en forma de
una corona circular fija provista de salientes y huecos o cavidades
alternantes con una sección transversal de dientes de sierra,
mientras que el miembro movible está formado por una pieza giratoria
que presenta una sección en forma de cuña que pasa a corta
distancia del plano dentado. En la disposición descrita, la parte
con los salientes fijos está configurada en la pared que forma el
fondo de un contenedor. De forma alternativa, los salientes fijos
pueden disponerse en una pared
lateral.
lateral.
Mediante el movimiento del miembro movible en
forma de cuña, el material es forzado a sucesivas y repetidas
deformaciones que causan un calentamiento rápido del material mismo.
Además de producir calor, el miembro movible también produce un
mezclado continuo del material.
En la figura 1, las letras (a) y (b) indican,
respectivamente, el plano fijo con sus salientes de dientes de
sierra y el miembro movible en forma de cuña. El movimiento relativo
conduce a la generación de dos fuerzas de compresión opuestas que
comprimen las partículas del material, indicado con la letra (c),
implicando las deformaciones la formación de calor dentro del
material mismo. La alta velocidad y la repetición de las acciones
de compresión y deformación conducen a la formación de una cantidad
significativa de calor, de tal manera que se calienta la masa del
material, se produce la evaporación completa de los líquidos
contenidos en él, se calienta adicionalmente el material a una
temperatura superior a 100ºC y se emite vapor mediante la absorción
de agua en el material supercalentado.
La figura 2 muestra una disposición diferente
para la obtención del efecto de compresión, en la que (a) indica
los salientes en forma de cuña fijados a la pared.
La figura 3 muestra cómo evoluciona el
procedimiento. El gráfico representa la temperatura del material en
grados centígrados en función del tiempo en minutos. A una fase de
calentamiento y supercalentamiento, indicada con la letra (d), de
aproximadamente 12 minutos de duración le sigue una fase de cocción,
indicada con (e), de aproximadamente 3 minutos de duración.
El material se calienta inicialmente de
temperatura ambiente a una temperatura de aproximadamente 1000ºC.
Seguidamente, entre 100 y 110ºC, el calor proporcionado provoca la
evaporación de toda el agua y de todos los líquidos presentes en
el material. Después, el calentamiento adicional proporcionado causa
el supercalentamiento del material.
Aunque la temperatura de supercalentamiento del
material puede aumentarse a más de 180ºC, la limitación del
supercalentamiento a 160ºC evita que las sustancias orgánicas
comiencen a degradarse térmicamente.
Puede apreciarse que las deformaciones debidas a
las compresiones generan calor en toda la masa de las partículas
individuales directamente en su interior y, por lo tanto, de una
manera completamente distinta del calentamiento típico por
conducción efectuado por el suministro de calor desde el exterior.
En este último caso, la parte de la partícula que presenta una
temperatura mayor será la parte exterior, mientras que en el
procedimiento objeto de la presente invención, por el contrario, es
la parte interior la que presenta la temperatura mayor, pues el
calor que se forma en su interior por efecto de la deformación queda
confinado en el interior debido a la naturaleza térmicamente
aislante del material hasta la intervención de la fase de cocción,
que consiste en la absorción de agua y la formación de vapor.
Una vez completada la fase de
supercalentamiento, la fase de cocción siguiente se efectúa
provocando la absorción de una cantidad controlada de agua caliente
por parte del material, el cual se sigue manteniendo en movimiento
y calentando mediante la acción mecánica del miembro movible.
El agua añadida se adsorbe en la superficie y
después penetra cada vez más en el interior de las partículas, de
las cuales se extrae calor mediante la generación de vapor. La
figura 4 muestra esquemáticamente una partícula de material
caliente al comienzo de la fase de cocción. La letra (w) indica el
agua adicional y (v) representa el vapor emitido. Progresivamente,
la capa superficial de la partícula, en la que la temperatura ha
disminuido lo suficiente para permitir la existencia de agua
líquida, se vuelve gradualmente más gruesa, de modo que penetra y
llega progresivamente por absorción al interior de la partícula,
desarrollándose vapor continuamente en el interior.
La figura 5 muestra esquemáticamente una
partícula de material al final de la fase de cocción. Esta fase se
interrumpe cuando la temperatura de supercalentamiento de la masa ha
disminuido a algo más de 100ºC, por ejemplo a 105ºC. Puesto que la
temperatura de las partículas aún es mayor que 100ºC, éstas están
perfectamente deshidratadas, secas y sueltas. Las condiciones de
funcionamiento dan lugar a una ligera lisis proteica en las
superficies de las partículas, a la rotura de las membranas
celulares por presión interna y a la coagulación del material
celular inducida por el vapor, desvitalizándose las semillas, los
huevos y los microorganismos.
Se apreciarán ventajas y características
adicionales del procedimiento y del aparato de acuerdo con la
invención en la descripción detallada siguiente con referencia a
los dibujos adjuntos, proporcionados únicamente a modo de ejemplo
no limitante y en los que se ilustran esquemáticamente el aparato y
algunos detalles para la realización del procedimiento.
La figura 6 muestra la disposición esquemática
del aparato. Un marco (1) permite el montaje de los componentes de
manera que se obtenga un aparato unitario. La parte principal de la
máquina consta de una carcasa (2) que forma una cámara cilíndrica
con un eje vertical. Esta parte, provista de un miembro giratorio
(3), constituye el sistema para la producción de calor por
compresión y deformación del material en tratamiento.
El miembro giratorio se mantiene en su posición
mediante el soporte (4) y es impulsado por el motor (5) a una
velocidad de rotación de 1.500 a 2.500 revoluciones por minuto de
tal manera que presenta una velocidad periférica del rotor entre 30
y 70 metros por segundo. La velocidad de rotación del miembro
giratorio se controla mediante un sistema que compara constante y
automáticamente la velocidad a la que el material se supercalienta
durante las diferentes fases del procedimiento con respecto a los
valores calibrados.
La parte superior de la carcasa está conectada
con el tubo de entrada de carga (6) provisto de una tapa (7)
accionada por dispositivos (8) de tipo hidrodinámico o equivalente.
El material que se ha de tratar se introduce en la célula (2)
abriendo la tapa (7) y vertiendo el contenido de un contenedor (9)
por accionamiento de dispositivos hidrodinámicos (10) o
equivalentes.
En el tubo de entrada de carga (6) está
instalado un dispositivo (11) de medición de la temperatura
infrarrojo dirigido hacia debajo, de manera que mide la temperatura
exacta del material en tiempo real. En la parte superior de la
carcasa (2) está dispuesta una tobera (12) para la dosificación del
agua de cocción. La dosificación está sujeta a un control lógico
automático que entra en funcionamiento y se detiene a las
temperaturas programadas.
El vapor que se libera de la carcasa durante el
procedimiento es transportado por un conducto a un sistema (13)
para su aspiración y extracción. Éste se compone de un condensador
que trabaja mezclando vapor con agua. El condensador está conectado
a un depósito (14) en el que se efectúa la separación de agua del
aire aspirado, expulsándose el aire después de filtrarlo en la
unidad (15) de filtración que comprende un captador de gotas, un
filtro de polvo, un filtro de carbón activo y un filtro
absoluto.
La parte inferior de la carcasa (16), que forma
el fondo, está empernada y es reemplazable dependiendo del uso. Un
panel de control eléctrico (17) completa el aparato.
Las figuras 7, 8 y 9, respectivamente, muestran
una vista en planta y dos secciones (AA y BB) del fondo (17) de la
carcasa (2). El número de referencia (18) señala los dientes del
fondo, que pueden presentar una profundidad, indicada con (19), de 5
a 20 mm.
Las figuras 10 y 11 muestran la sección y la
planta de una disposición estructural en la que el sistema de
compresión/ deformación para el material está formado por cuñas
movibles en cooperación con un fondo dentado. El miembro movible
está formado por los miembros en cuña (20) que están fijados a las
paletas (21) de un rotor (3). El rotor está provisto de dos o más
paletas.
La figura 12 muestra la sección de una
disposición estructural en la que el sistema de compresión/
deformación para el material se obtiene con cuñas (20) movibles en
cooperación con miembros opuestos (22) en cuña fijados a la pared
lateral en proximidad del fondo (16) de la carcasa (2).
Las figuras 1, 2, 3, 4 y 5 muestran el principio
del procedimiento, mientras que las figuras 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 y
12 muestran disposiciones estructurales posibles, que naturalmente
se pueden modificar respecto a las características esenciales de la
invención.
Claims (8)
1. Un procedimiento para la estabilización de
materiales bioorgánicos, tales como biomasa natural y desperdicios,
tales como hierba cortada, residuos de poda, algas marinas y algas
en general, desechos de matadero, mondaduras y desechos vegetales
procedentes de la producción de alimentos, desechos de la industria
alimentaria, desechos de la actividad agrícola y la pesca, la
fracción orgánica de desechos urbanos sólidos, desechos médicos que
contienen material biológico y sedimentos de depuradoras biológicas,
comprendiendo este procedimiento la operación de calentar las
partículas de material por medio de uno o más miembros en forma de
cuña que se hacen mover a alta velocidad en proximidad de miembros
opuestos fijos dentro de una carcasa cilíndrica con un eje vertical
de tal manera que se provocan cambios de volumen que obligan al
material a comprimirse y deformarse con la generación localizada de
una cantidad significativa de calor, caracterizándose dicho
procedimiento porque:
- -
- los miembros fijos y los miembros movibles tienen forma de cuña;
- -
- los miembros fijos están localizados en una corona circular en la pared interior de la carcasa y presentan una sección transversal que define un perfil de dientes de sierra; y
- -
- los miembros movibles son adecuados para comprimir el material bioorgánico hacia el perfil de dientes de sierra de manera que se provocan sucesivas y repetidas deformaciones del material bioorgánico mediante los salientes y huecos alternantes del perfil de dientes de sierra.
2. Un procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 1, en el que los miembros fijos están configurados en
forma de dientes radiales en el fondo de la carcasa cilíndrica.
3. Un procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 1, en el que los miembros fijos están configurados en
forma de dientes laterales en la parte inferior de la pared
cilíndrica de la carcasa.
4. Un procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 1, en el que los miembros movibles del sistema de
calentamiento son sostenidos por un rotor provisto de paletas
impulsadas para girar a alta velocidad.
5. Un procedimiento de acuerdo con cualquier
reivindicación precedente, en el que el tratamiento de
estabilización y de cocción de los materiales bioorgánicos se
efectúa en primer lugar secándolos y después supercalentando el
material a una temperatura de 130 a 180ºC y después dosificando agua
de tal manera que ésta se absorba progresivamente hacia el interior
del material deshidratado desde donde se emite en forma de vapor, lo
que conduce a las condiciones de desvitalización de las semillas,
esporas, huevos y microorganismos.
6. Un procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 5, en el que una vez alcanzada la temperatura de
cocción programada, la dosificación de agua se controla
automáticamente mediante un sistema de regulación de manera que la
temperatura del material disminuya gradualmente pero sin bajar por
debajo de límite inferior de 100ºC.
7. Aparato destinado a la cocción y
estabilización de materiales bioorgánicos, caracterizado
porque comprende:
- -
- una carcasa cilíndrica para alojar el material;
- -
- un rotor en el interior de la carcasa provisto de paletas que llevan miembros movibles que, en combinación con los miembros fijos en el fondo o en las paredes de la carcasa, son capaces de restringir el paso, provocando acciones de deformación y compresión en el material con la formación local de calor que es capaz de llevar el material rápidamente a una temperatura de hasta 180ºC;
- -
- medición de la temperatura mediante infrarrojos y medios de control situados sobre la carcasa;
- -
- medios para emitir y dosificar agua, situados en la parte superior de la carcasa y controlados por la medición de la temperatura y el sistema de control;
- -
- medios rotativos y sistemas para la regulación de la velocidad que funcionan para permitir el control de la cantidad de calor producida;
- caracterizándose dicho aparato porque:
- -
- los miembros fijos y los miembros movibles tienen forma de cuña;
- -
- los miembros fijos están localizados en una corona circular en la pared interior de la carcasa y presentan una sección transversal que define un perfil de dientes de sierra; y
- -
- los miembros movibles son adecuados para comprimir el material bioorgánico hacia el perfil de dientes de sierra de manera que se provocan sucesivas y repetidas deformaciones del material bioorgánico mediante los salientes y huecos alternantes del perfil de dientes de sierra.
8. Aparato de acuerdo con la reivindicación 7,
caracterizado porque incluye medios de carga mecanizados para
el material que se ha de tratar, medios para la condensación del
vapor formado durante la fase de deshidratación y dosificación de
agua en agua y filtros para el tratamiento de los gases y vapores
desprendidos antes de la descarga del sistema.
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