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Capítulo 5

FOSAS DE TIERRA PARA FABRICAR CARBON VEGETAL

La utilización de la tierra como escudo contra el oxígeno y para aislar la madera que se carboniza contra una pérdida excesiva de calor, es el sistema más antiguo de carbonizar y con seguridad se remonta al amanecer de la historia. Aún en la actualidad se usa para hacer quizás más carbón vegetal que por cualquier otro método. Merece por lo tanto un estudio atento, para descubrir sus ventajas e inconvenientes. Retiene obviamente su lugar por su bajo costo. Donde sea que los árboles crecen hay tierra, y es natural que el ser humano se ha orientado a este material barato e incombustible, como material aislante para encerrar la madera mientras se carboniza.

Hay dos modos diversos de usar la barrera de tierra en la fabricación de carbón vegetal: una es la de escavar una fosa, rellenarla de madera y taparla con tierra escavada para aislar la cámara. La otra es de tapar un montículo o pila (parva) de madera sobre el suelo, con tierra (5,12, 16, 19, 20, 21, 28). La tierra viene a formar la barrera aislante impermeable a los gases necesaria, detrás de la cual puede tener lugar la carbonización sin infiltraciones de aire, que haría quemar el carbón hasta reducirlo en cenizas. Ambos métodos, cuando llevados a cabo con habilidad, pueden producir buen carbón vegetal dentro de sus limitaciones tecnológicas.
 

5.1 El método de la fosa

Para este método se necesita una capa de suelo profundo. Depósitos adecuados de suelo liviano pueden normalmente encontrarse a lo largo de los bancos de un arroyo. Pueden hacerse fosas muy grandes y un ciclo puede abarcar hasta tres meses para completarse (13, 31, 32). La inversión de capital es mínima; no se necesita nada más que una pala, un hacha y una caja de fósforos, pero es un método que desperdicia mucho los recursos. a muy difícil controlar la circulación de los gases en la fosa. Mucha madera se quema quedando en cenizas, porque le llega demasiado aire. Otra parte queda sólo parcialmente carbonizada, ya que nunca duran-be el quemado, se calienta y seca correctamente. A parte de las grandes variaciones en calidad, varían las substancias volátiles, o sea el grado de carbonización para un carbón vegetal aceptable, porque la carbonización en una fosa comienza en una extremidad y progresa hacia la otra. De allí que el carbón del comienzo de la quema, habiendo sido calentado por más tiempo, tiene mucho menos substancias volátiles que el carbón del otro extremo. Para fines domésticos, no resulta ser un problema serio, si bien reduce el rendimiento global, puesto que el carbón vegetal "duro", o sobrequemado en la punta de la ignición, con menos volátiles, elevado contenido final de carbono, implica un rendimiento bajo (teóricamente alrededor del 30%). La quema excesiva en un extremo es inevitable para poder quemar la carga completa.

Un problema adicional con las fosas es la reabsorción del ácido piroleñoso tiende a condensarse en el follaje y en la tierra usados para tapar la fosa. Cuando caen fuertes lluvias viene lavado hacia abajo y absorbido por el carbón vegetal. Son la causa de la podredumbre de las bolsas de yute y el carbón cuando viene quemado, produce humo desagradable. Sin embargo, obreros hábiles, usando fosas no muy grandes, pueden hacer carbón vegetal de excelente calidad (31). El bajo costo de capital de este método hace que sea recomendable donde abunda la madera y los jornales son bajos.

Foto 6: Carbonera en fosa de tierra durante la etapa de carga.
Observar el gran diametro de la madera en rollo usado.
Ghana. Foto Lejeune

5.1.1 Fabricación de carbón en fosas miniatura

Fosas pequeñas u hoyos de hasta un metro aproximado, son útiles para fabricar pequeñas cantidades de carbón vegetal con madera chica bastante seca. El método se usa en villas rurales, pero por lo general su productividad es muy baja para dar grandes cantidades comerciales. Para quemar el carbón vegetal en esta forma, se inicia antes un fuego en la fosa y luego se agrega el combustible pequeño y seco para iniciar un buen fuego. Se agrega más madera para llenar la fosa, mientras el fuego continua a quemar regularmente. Una capa de hojas, de alrededor de 20 cm de espesor, se coloca arriba de la madera combustible y luego una capa de alrededor de 20 cm de tierra con la pala. Se deja la fosa hasta completa carbonización y puede abrirse a los dos días, o menos. Puede ser necesaria el agua para evitar la ignición en el momento de vaciar la fosa. El carbón no es de calidad uniforme y, si se han usado madera chica y corteza, la proporción de partículas finas es excesiva. A veces las fosas se tapan con una hoja de vieja chapa ondulada de techo, cubierta con tierra, dejando algunas aperturas pequeñas para el escape del humo y la entrada de aire.
 

5.1.2 Fabricación de carbón vegetal en grandes fosas

Las fosas típicas para carbón vegetal son grandes y la quema avanza progresivamente desde una extremidad a la otra. Las fosas mayores, que producen 6 ton o más de carbón por quema, son difíciles de controlar, pero son más eficientes en el empleo de mano de obra. Las que son algo más pequeñas tienen un mejor flujo de aire y producen carbón más uniforme, pero el rendimiento es bajo y el empleo de la mano de obra es menos eficiente.

La figura 2 muestra una fosa grande de un volumen bruto de alrededor de 30 m3, con una capacidad neta de carga de alrededor de 26 m3. Se prefiere un suelo francoarenoso de adecuada profundidad. Se necesitan casi 3 jornales para escavar la fosa y uno para agregar los canales para el encendido y para la salida de humo.

La fosa se carga con trozas que miden 2,4 m, o menos, que se acomodan fácilmente y transversales en la fosa. Se cuidará, durante la carga, de rellenar la mayor cantidad posible de vacíos entre las trozas, con ramas y pequeñas maderas, para mejorar la efíciencia volumétrica. Los grandes largos de la madera, que pueden cargarse en las fosas, significa que el troceo con hacha es aún un método práctico para el pequeño operador sin capital Se usan mucho, sin embargo, las sierras mecánicas. Para asegurar que la madera se caliente correctamente para su carbonización, se permite que el gas caliente pase a lo largo del piso de la fosa, colocando la carga sobre una cama de trozas.

Foto 7: Fosa de tierra durante la quema. Obsérvense las chimeneas de acero y
la cubierta hecha con láminas, selladas con tierra. Ghana. Foto Lejeune

Primero, alrededor de 5 trozas, cortadas de acuerdo el ancho de la fosa, se disponen a distancias regulares a lo largo de su longitud; luego 4 trozas, cada una larga como la longitud de la fosa, se colocan sobre la primera capa a distancias regulares. Esta tejedura extructural sostiene la carga, y permite también que, una vez que la fosa ha sido encendida en una extremidad, los ganes calientes pasen debajo de la carga, calentándola a medida que el flujo se desplaza hacia la extremidad opuesta. Estos gases calientes, producidos por la quema parcial de la carga de madera, secan lentamente la tierra y calientan el resto de la madera al punto de carbonización, de alrededor de 280°C. La descomposición expontánea de la madera, con liberación de calor viene después, formándose el carbón vegetal. Al mismo tiempo, se producen copiosos volúmenes de vapor de agua, ácidos acéticos y otros, metanol y alquitranes, que a su vez en el recorrido de descarga, transfieren a la carga de madera que se está secando, su calor. Al final, toda la madera se ha secado, se ha calentado al punto de carbonización y se transforma en carbón vegetal. La etapa de la carbonización puede emplear 20 a 30 días para completarse, acompanada por una notable reducción del volumen de la carga de madera, hasta el 50-70% del volumen inicial. La tierra que recubre la fosa se encoge lentamente durante la carbonización, y debe taparse toda grieta u hoyo que se forma, para evitar la infiltración de aire. Existe el peligro de las quemaduras fatales para hombres o animales que caen o caminan sobre la fosa, por lo que deben tomarse cuidados para evitarlo.

Foto 8: Los respiradores de los hornos de fosa pueden  ser forrados
con maderas, cuando el suelo es suelto, evitando la necesidad del acero.
Ghana. Foto Lejeune.

Una vez que la cobertura de la fosa se ha hundido de un extremo al otro, se considera que la quema se ha completado y se sellan las aberturas dejando que la fosa se enfríe, lo que puede requerir aproximadalnente 40 días, según las condiciones del tiempo. Después del enfriamiento, se abre la fosa y se descarga el carbón vegetal, separándolo cuidadosamente de la tierra y de la arena y de la madera parcialmente carbonizada. Para esta operación son útiles las horquillas y los rastrillos.

El tipo de la carbonización de fosa hace que sea difícil obtener una carga de carbonización uniforme. El carbón en la extremidad del encendido tiene normalmente pocas materias volátiles, mientras que su presencia es elevada en el carbón que se ha formado por último, cerca de la descarga del humo, puesto que ha sido sometido a temperaturas de carbonización sólo durante un tiempo breve. Además, puesto que la corriente de aire puede no ser uniforme, la carga puede contener un considerable volumen de tizones. Si bien los tizones pueden ser recuperados y reciclados, representan una ineficiencia de producción.

Se usan fosas más chicas de la que se muestra en la figura 2. Una fosa pequeña típica puede medir 3 m de largo, por 1,2 m de ancho y 1,2 m de profundidad. El largo de la madera cargada es de alrededor de un metro, y como en los grandes hornos, los espacios entre las trozas grandes deben ser bloqueados con cuidado con pequeños pedazos de madera, para aumentar la eficiencia de la carga, y evitar encauzamientos irregulares del gas, de un extremo al otro, lo que lleva a la producción de "tizones".

Foto 9: Carbonera de acero y fosa de tierra. Observar las chimeneas para el humo
que estan enterradas en el suelo, y el tipo de leña empleado. Ghana. Foto Lejeune.

5.2 Datos técnicos y costos para producir carbón vegetal en fosas

Los siguientes datos técnicos y de costos vienen de la producción de carbón vegetal de la gran red de fosas de Guyana, donde el proceso ha funcionado a nivel comercial durante muchos anos. La producción anual ha tenido grandes variaciones las máximas han sido de alrededor de 6.000 toneladas anuales en los años 50.

De los datos recogidos en el campo y discusiones con gente que ha trabajado con este método por muchos anos, se derivan los siguientes valores por hombre o por cuadrilla de 5 hombres que trabajan en una fosa. Los valores son en jornales por fosa, o carbonera subterránea.
 

En la práctica esta carbonera subterránea la prepara una cuadrilla de 5 hombres. Esta cuadrilla puede producir 1,5 fosas por semana (7 días), trabajando con hacha y pala, que equivale a 23 jornales por fosa. A este valor se le agregan otros 8 jornales en concepto del cuidado del proceso de carbonización durante los 60 días que tiene lugar, llevando poi lo tanto el total de jornales por fosa a 31. La producción media de la fosa es de 6 ton. El volumen nominal de la carbonera es de 29 m3, con una capacidad útil del 90%, o sea con un volumen real utilizado de 26 m3. Cargando la carbonera con madera pesada, de densidad de 1.000-1.100 kg/m3, la carga total posible será de 27-28 ton. Con una relación leña/carbón de 4,5 a 1, es posible tener 6 ton por quema, con un ciclo de 82 días. Son posible tres quemas por ano, dando una producción anual de 18 toneladas, que requerirá 31 jornales por fosa x 3 = 93 jornales por año.

Si. por ejemplo, debieran producirse 10,000 ton anuales de carbón vegetal, el número de fosas a quemar por año sería de:10.000 /6 = 1.666; puesto que cada quema de fosa requiere 31 jornales, la mano de obra total casaria será de 1.666 x 31 = 51.646 jornales/año.

Costo de producir 10.000 ton por año

El costo exacto depende de la manera como la mano de obra puede ser organizada alrededor del ciclo de tiempos para una fosa, que es de 82 días. Si 5 hombres trabajan consistentemente en escavar, rellenar, encendido y descarga, entonces la cantidad de fosas que pueden hacerse y descargarse en un año es la siguiente:

Para producir aproximadamente 10.000 ton anuales se necesitarán 28 cuadrillas, compuestas cada una de: Estos cálculos presuponen una organización perfecta, sin tener en cuenta costos sociales (gastos generales) de la mano de obra ni beneficios. El costo indicado es para el carbón apilado para el transporte, al costado del horno.
 
 

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