FRED C. SIMMONS
FRED C. SIMMONS presta actualmente sus servicios en un proyecto en Chile del Fondo Especial de las Naciones Unidas.
Mejoras recientes en los medios y métodos de producción de carbón vegetal
EN 1956, la Organización de las Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentación publicó un documento de información de 116 páginas con el título mencionado más arriba, preparado por el Profesor Savard y M. Coutreau del Centro Técnico Forestal Tropical, de Nogent (Francia). Este documento trataba detalladamente de los métodos de producción de carbón de leña utilizados en aquel tiempo, particularmente en Europa y en América del Norte. También abarcaba la teoría de la carbonización de la madera y la recuperación de los subproductos, así como los rendimientos que con diferentes métodos podían lograrse de diversas especies de maderas.
Desde 1956, ha habido un cierto número de mejoramientos decisivos en los métodos y facilidades de producción de carbón de leña. Se han obtenido principalmente en América del Norte, donde ha habido un incremento espectacular en los mercados de dicho producto. En consecuencia, ha aumentado considerablemente el interés por los métodos para producir este artículo en forma más eficiente.
Entre las nuevas técnicas que describiremos figuran:
1. La creación de varios tipos de hornos, construidos de mampostería (sillares de hormigón, bloques de concreto de cenizas, y ladrillos);2. Un método simple y económico para determinar las temperaturas en varias partes de los hornos durante la carbonización con objeto de regular más eficazmente el proceso de carbonización;
3. Varios nuevos tipos sumamente eficaces de retortas verticales destinadas a obtener rendimientos máximos de carbón uniforme y de alta calidad, aprovechando en particular residuos de aserradero (costeros, recortes y desechos) con un mínimo de mano de obra;
4. Nuevos métodos de carbonización de residuos pequeños de madera (serrín y virutas) y transformación en briquetas del carbón resultante.
Casi todas estas innovaciones recientes se refieren a la producción de carbón con madera de frondosas, ya que en los mercados se ha preferido el carbón de madera densa no desmenuzable. Todas las nuevas instalaciones de los Estados Unidos y el Canadá están proyectadas para producir carbón solamente, sin pretender en modo alguno lograr subproductos tales como metanol, ácido acético o aceites de madera. Estos primeros subproductos del proceso de carbonización pueden obtenerse ahora sintéticamente a un costo muy inferior y en estado mucho más puro que el de los productos de origen natural. Sólo seis de las instalaciones de destilación de la madera en los Estados Unidos están ahora tratando de obtener subproductos, y dichas empresas tienen limitados mercados especiales tales como la producción de metanol derivado de la madera para desnaturalizar el alcohol etílico. Estos mercados especiales están actualmente saturados. Otras instalaciones de destilación de la madera, y un cierto número de tipos más nuevos de instalaciones, utilizan el alquitrán y los gases volátiles producidos en la carbonización como fuente suplementaria de combustible para la producción de carbón de leña.
Sin embargo, en muchas universidades y otros institutos de investigación se prosiguen los esfuerzos para descubrir algunos valores especiales de los subproductos de la carbonización de la madera; y métodos más eficaces para producir estos subproductos, que harán de algunos de ellos otra vez artículos de interés comercial.
Debido a las facilidades de explotación y transporte existentes en los Estados Unidos, y al alto costo de la mano de obra así como al precio más bien bajo, los hornos de mampostería tienen ahora gran éxito y se utilizan en escala muy amplia. Entre los modelos existentes en funcionamiento son interesantes los hornos de bloques de concreto de cenizas, los de ladrillo en forma de colmena, y los de hormigón.
Los hornos de mampostería más populares en los Estados Unidos, al menos por lo que a su número se refiere, son los hornos de bloques de concreto de cenizas rectangulares (Figura 1). Fueron ideados primeramente como solución de urgencia cuando escaseaba el acero durante la segunda guerra mundial, por los Sres. Hickock y Olsen en la Estación experimental agrícola de Connecticut, New Haven, Connecticut, en Estados Unidos. Los planes y especificaciones originales1 eran para hornos de tipo muy pequeño, de una a dos cuerdas de capacidad. Tuvieron tanto éxito que recientemente se ha ampliado el proyecto original, de forma que los hornos de dicho tipo construidos últimamente tienen una capacidad de 7 a 20 cuerdas2 con el correspondiente incremento de eficiencia y rendimiento.
1
Connecticut Agricultural Experiment Station Bulletin 519.
2 1 Cuerda = 3,65 metros cúbicos de leña.
Los hornos de mampostería más seguros, económicos y eficientes siguen siendo los de pared simple de 20 centímetros (8 pulgadas) de espesor construida con bloques de concreto de cenizas, curados al agua, como en el proyecto original. Los bloques se reciben con mortero de cal. No han tenido éxito los ensayos de construir hornos de este tipo autoimpermeables con paredes dobles con una capa de arena o tierra entre ellas. Ello se debe principalmente a la imposibilidad práctica de remendar las grietas cuando se producen en la pared interna, y al continuo asentamiento de la masa impermeabilizadora entre las paredes. En los hornos de pared simple dichas grietas son fáciles de localizar debido a los escapes de vapor o de gas, y de reparar con una aplicación de arcilla o de mortero.
Se han introducido varias modificaciones en el diseño de estos hornos cuando se construyen de mayores dimensiones. La boca de carga y descarga se suele ahora cerrar con una o dos chapas de acero, sujetas con fallebas o abrazaderas en C, más bien que con mampostería o con otro bloque de concreto de cenizas como en el proyecto primitivo (Figura 2). Estas bocas con puertas, en particular cuando son lo bastante anchas para permitir el paso de una carretilla montacargas, exigen un robusto dintel en la parte superior. Se dispone de bloques en forma de U para los dinteles, que pueden unirse con un relleno de hormigón y acero que refuerza el metal, pero da mayores resultados un dintel especialmente fundido, con una varilla de acero o refuerzo de cable, embutido en la mezcla de cemento y escoria.
FIGURA 2. - Horno de bloques de concreto de cenizas con puertas de chapa de acero.
También se han utilizado con éxito dinteles de vigas de acero. Las hojas de las puertas se suelen construir con chapa de acero laminado en caliente, calibre 14, suspendidas de un rail. Cuando funciona el horno, las ranuras entre los bordes de las puertas y las paredes del horno se obturan herméticamente con lana mineral y mortero de cal.
Para estos hornos mayores, se suele utilizar también una cubierta de chapas de acero ondulado (calibre 18) que descansa en un armazón de tubo de hierro (Figura 3), suspendido a su vez de vigas de acero o cabrios de madera. Las varillas de acero de esta estructura superior atraviesan unos orificios en la chapa del techado y rodean los tubos que los soportan por debajo. Los orificios de la chapa que dan paso a las varillas se obturan herméticamente con lana de vidrio, y todo el techo se cubre con una capa de arena, de 5 a 10 centímetros (2 a 4 pulgadas) de espesor para cerrarlo herméticamente. Se abren unos orificios de 20 a 25 centímetros (8 a 10 pulgadas) de diámetro en el techo inmediatamente detrás de la puerta, y dos más en la parte trasera, frente a la chimenea. Están cubiertos con chapas de acero de 5 centímetros (2 pulgadas) más de diámetro que también quedan herméticamente ajustadas con una capa de arena. Se han hecho ensayos para utilizar en estos hornos chimeneas múltiples, pero todavía no ha podido determinarse con precisión si este sistema tiene más ventajas que el corriente de una chimenea única de gran diámetro montada sobre una caja subterránea en el fondo del horno (Figura 4).
FIGURA 3. - Interior de la cubierta de chapa de acero mostrando los soportes de tubo.
Es raro el productor que no haga modificaciones tanto en el diseño como en el método de funcionamiento de estos hornos. Pero prácticamente todos, después de introducir sus propias ideas, han logrado igual éxito. La mayoría siguen muy de cerca el método original ideado por el difunto Charles Grothe, director-propietario de la Heartwood Products, Warrensburg, Nueva York. Grothe construyó sus hornos de una capacidad de 9 cuerdas como los descritos más arriba, sobre unos robustos cimientos de roca natural.
Para el funcionamiento, se llena el horno apretadamente con costeros de madera de frondosas aserrada, que se depositan sobre una rejilla, de unos 10 centímetros (4 pulgadas) de material redondo espeso, hasta una distancia de la puerta de unos 45,7 centímetros (18 pulgadas). En el espacio que queda se amontona el material que sirve para el encendido de la carga. Este consiste en leña seca, teas y tizones de cargas anteriores,3 papel y trapos empapados en petróleo. Después se cierran las puertas, y se deja una abertura debajo para el encendido, y se abren las cuatro aberturas en la cubierta. Se deja que arda el material de encendido durante unos 30 minutos; después se cubren los orificios superiores, primero los del frente, y un poco más tarde los del fondo. De esta manera el humo y el fuego tienen que buscar su salida a través de la carga, y hacia abajo en la base de la chimenea en el fondo. Todas las bocas de tiro a los lados del horno se cierran con tierra excepto las dos primeras, más cerca de la puerta. Cuando aparecen carbones rojos en estas aberturas se cierran, y se abren las siguientes situadas en el fondo del horno. La carbonización procede así en abanico desde el frente a la parte trasera del horno, abriendo y cerrando las bocas de tiro sucesivamente, hasta que por último dos, situadas en los costados del horno, hacia el fondo se ponen rojas. En este punto puede darse por terminada la carbonización y el horno se cierra por completo para que se enfríe.
3
Leña parcialmente carbonizada.
Una vez cerrados los dos últimos respiraderos se deja abierta la chimenea durante una hora aproximadamente para que escapen los gases calientes, y después se cierra también por completo. La carbonización en un horno de 9 cuerdas de capacidad dura normalmente unas 48 horas.
Existen naturalmente muchas variantes de este procedimiento fundamental que dependen, como es natural, de las características de cada horno, de la sequedad de la carga, la dirección y velocidad del viento, la temperatura y la humedad externas. En algunos casos es necesario cerrar uno de los respiraderos del lado de que sopla el viento, para evitar la combustión de la carga, o cerrarlo parcialmente con un deflector. En otros casos el tiro descendente en la chimenea causa perjuicios y es necesario colocar allí un deflector. Cuando se abre una grieta en las paredes alrededor de la cubierta del horno es necesario taparla inmediatamente para impedir que entre un exceso de aire que queme parte de la carga o que incluso cause una explosión.
Una de las ayudas más valiosas para el buen funcionamiento de un horno consiste en la simple y poco costosa instalación del pirómetro y pila termoeléctrica ideadas por Ralph Peter, de la filial que la Estación Experimental Forestal Sudoriental del Servicio Forestal de los Estados Unidos posee en Atenas, Georgia. Esta se describe en el Station Paper N° 73, de noviembre de 1956, que publica dicha institución.
El pirómetro consiste en un microamperímetro D.C. de 0 a 25, con 2.200 ohms de resistencia. Este instrumento cuesta unos 20 dólares en los Estados Unidos. Las pilas termoeléctricas consisten en alambres de constantán pareados con hierro, con un aislamiento de amianto y una cubierta trenzada de acero inoxidable. Este cable pareado de calibre 16 ó 18, cuesta en los Estados Unidos unos 28 a 30 centavos por cada 30 centímetros (1 pie), y se utiliza para las instalaciones dentro del horno, como se indica en la Figura 5. En el exterior del horno, puede utilizarse una extensión más barata de cable pareado de constantán y hierro de calibre 24, con un aislamiento de polivinilo impermeable, que cuesta aproximadamente 3 centavos el pie.
FIGURA 5. - Instalación de 5 pilas termoeléctricas para seguir la «quema» en un horno de 9 cuerdas.
El método de instalación es el siguiente: Se prepara una escala nueva, como se indica en la Figura 6, para el microamperímetro, que pueda leerse o en grados Fahrenheit o en grados centígrados. Esta va cuidadosamente cementada en el dorso de la placa de la escala, sacada del microamperímetro, que se coloca al revés. Se instala entonces el instrumento en una caja según se ve en la Figura 7. Se empalma un alambre corto de constantán al borne positivo del amperímetro, y. se conecta a un trozo de alambre de hierro que forma una unión visible de referencia (fría) según se indica. Se une al borne negativo del amperímetro un trozo más largo de alambre de constantán. Ambos cables del amperímetro se unen a los bornes con tornillo en la parte de atrás de la caja. Entonces el cable de extensión de cualquiera de las pilas termoeléctricas dentro del horno pueden unirse a estos bornes de conexión, cuidando de que cada tipo de alambre se una al propio borne. El cable de extensión lleva a la parte superior del horno, en donde cada lado está soldado al lado apropiado del alambre de la pila termoeléctrica que llega a través del techo. El extremo del alambre de la pila termoeléctrica, en el punto en que se ha de leer la temperatura, tiene su aislamiento desencapado en unos 5 centímetros (2 pulgadas) aproximadamente desde la parte de atrás del casquillo, y los dos alambres van enrollados juntos y soldados al casquillo.
FIGURA 6. - Nueva escala para la conversión de un microamperímetro en pirómetro.
FIGURA 7. - Empalme de los alambres de referencia.
Se ha observado que bastan 5 pilas termoeléctricas para la regulación de la combustión de un horno de una capacidad de 9 cuerdas. Se colocan 3 en el centro del horno, atravesadas, cerca del techo, como se indica en la Figura 5, y otras dos se colocan en el centro del horno en el sentido longitudinal, y exactamente encima de la boca de la chimenea cerca del fondo. La del centro del horno debe estar en el punto intermedio entre el techo y el piso, y la colocada encima de la chimenea debe estar a unos 60 centímetros (2 pies) del piso. Durante el período de encendido, después de la llamarada inicial, las temperaturas en la pila termoeléctrica número 1 pueden alcanzar de 650 a 750° C. (1.200 a 1.400° F.). No hay que permitir que esta temperatura tan elevada se mantenga más de 10 ó 15 minutos y, aun así, tan sólo si el techo del horno es de acero laminado. Después de cerrar los respiraderos en la parte superior y la boca de carga, se regula la temperatura ajustando y reduciendo el tiro de aire en las bocas situadas en la parte lateral del horno. Entonces, hay que procurar que baje a 500° C. (950° F.) la temperatura en la pila termoeléctrica 1.
Se obtendrá igual temperatura, en un tiempo relativamente corto, en las pilas termoeléctricas 2 y 3, y un poco más tarde, en la 4. Cuando la temperatura en la pila termoeléctrica 5 alcance unos 450° C. (850° F.) la carbonización está casi terminada. Esta temperatura deberá mantenerse durante una hora aproximadamente, y todo el horno, incluida la chimenea, deberá cerrarse herméticamente para su enfriamiento.
Algunos operadores han logrado buenos resultados empleando un intercambiador térmico (Figura 8) para acelerar el período de enfriamiento. El intercambiador de calor consiste en dos o tres bidones o tambores de acero para petróleo, de una capacidad de 208 litros (55 galones aproximadamente) soldados unos a otros. Las juntas del tubo que conectan este intercambiador de calor con la chimenea, y el tubo que los conecta con el interior del horno a través de la cubierta por delante, van también cerrados herméticamente de tal manera que no pueda haber entrada de aire en el sistema. Deberá instalarse en el tubo, y también cerrarse herméticamente, un ventilador resistente a altas temperaturas (tal y como los que se usan en los sistemas de calefacción de aire caliente). Los gases inertes que quedan en el horno al final de la combustión se hacen circular a través del intercambiador de calor durante el período de enfriamiento. Algunos operadores informan que han conseguido reducir el período de enfriamiento de un horno de 9 cuerdas de 6 a 3 días, instalando y utilizando el sistema indicado.
En los Estados Unidos estos pequeños hornos, incluso cuando se emplean en baterías múltiples de 3 a 10 unidades, no pueden competir económicamente en los mismos mercados con los hornos de mayor tamaño. Sus exigencias de mano de obra, de manutención, y otros costos son tan altos, por tonelada producida de carbón de leña, que hay que vender sus productos localmente, a menudo directamente al consumidor, a precios relativamente altos. Afortunadamente, como el carbón de leña es un producto voluminoso y difícil de manipular, los pequeños productores pueden competir en dichos mercados locales con los productores que operan a costo menor pero que lo hacen a distancias considerables del mercado.
Un cierto número de empresas comerciales, por tanto, utilizan hornos de tamaño mayor.
Muchos de los hornos grandes de ladrillo, tipo colmena, construidos originalmente para cocer ladrillos y productos de tejería se han dedicado a la fabricación de carbón de leña (Figura 9). Estos hornos suelen tener una capacidad de 30 a 90 cuerdas (63,6 a 190,8 metros cúbicos) de leña. Cuando los costeros y los recortes de aserradero proporcionan la materia prima, producen de 10 a 30 toneladas de carbón de leña por carga. Cuando se carga con madera densa en rollo de frondosas, aumentan los rendimientos en aproximadamente un 20 por ciento. El ciclo completo de producción, incluyendo la carga, carbonización, enfriamiento y descarga, dura generalmente de 20 días a un mes. Un programa típico para la explotación de hornos con una capacidad de 90 cuerdas, por ejemplo, comprendería 4 días para la carga, 7 días para la carbonización, 12 días para el enfriamiento y 6 días para la descarga (Figura 10). Un equipo de 5 hombres, incluyendo el carbonero jefe, basta para el funcionamiento de una batería de 5 de estos hornos, de acuerdo con un programa escalonado, si el producto se prepara en sacos de 9 a 15 kilogramos (de 20 a 30 libras). El carbonero que dirija la operación, naturalmente, debe ser persona experta y práctica.
FIGURA 10. - Hornos tipo colmena de 90 cuerdas de capacidad.
Algunas de las operaciones de estos hornos de colmena han sido mecanizadas para reducir las necesidades de mano de obra, mejorar la uniformidad y calidad del carbón producido, y reducir la duración del ciclo de funcionamiento.
Es posible, por ejemplo, cortar la madera en trozos cortos de 30 a 40 centímetros (de 12 a 16 pulgadas) de longitud, y apilarla tan apretadamente como podría hacerse cuidadosamente a mano con trozos de madera mayores. Se ha conseguido esto colocando un transportador mecánico de cadena inclinado desde el suelo hasta un punto situado encima de una abertura en la parte superior del horno. Se vuelcan los trozos cortos de madera en una artesa situada al pie del transportador desde un cucharón montado delante de una carretilla elevadora (Figura 11). El transportador lleva esta madera a la parte superior del horno, donde la deja caer por la boca de carga quedando allí dispuesta por su propio poso. De esta manera es posible reducir el tiempo de carga de 4 días a 1 día, y el equipo de carga de 5 hombres a 2.
FIGURA 11. - Cargando madera en un transportador con un cucharón elevador.
De la misma manera el tiempo de carbonización se reduce encendiendo la carga mediante un mechero de gas o la llama de un soplete conducida por tubería hasta el centro inferior del horno, y mediante un ventilador de escape a la base de la chimenea a lo largo del horno. Este reúne los gases desde los orificios de salida en torno a la base interna del horno. Un pirómetro conectado con las pilas termoeléctricas colocadas a su alrededor en posiciones diferentes dentro del horno, ayudan al carbonero que dirija la operación a determinar el progreso de la «combustión» y le indica cuando ha de cerrar parcial o completamente los orificios de entrada de aire en todos los costados del horno.
Por lo que se sabe, no se ha encontrado hasta ahora ningún método plenamente satisfactorio para disminuir el tiempo del período de enfriamiento a pesar de haberse intentado conseguirlo haciendo circular gases fríos inertes a través de la carga de carbón de leña caliente, o introduciendo una nebulización o pulverización de vapor de agua dentro del horno. Ambos métodos, sin embargo, son susceptibles de causar explosiones, y el último puede fácilmente provocar el anegamiento de parte del carbón producido con la consiguiente merma de calidad.
La descarga ha sido mecanizada con éxito en un cierto número de casos. Un buen método consiste en extraer el carbón de leña con el mismo cucharón montado en la parte delantera de un camión elevador como el descrito anteriormente, y que después transporta el producto a la artesa de alimentación del sistema de cribado, si se trata de una instalación productora de briquetas de molienda.
Cuando se utilizan todos estos métodos el tiempo total del ciclo correspondiente a un horno de 90 cuerdas de capacidad se reduce en cerca de un mes a 20 días, más de la mitad de los cuales se utilizan para el período de enfriamiento. Cosa más importante aún es que el equipo que se necesita para poner en funcionamiento una batería de 5 de dichos hornos se reduce de 5 obreros a 2, y los rendimientos se incrementan algo. El ventilador reduce rigurosamente la cantidad de teas o tizones parcialmente carbonizados que quedan en el fondo de la carga.) El resultado final es que estos dos hombres producen cerca de 7,5 toneladas de carbón de leña al día.
En la provincia de Quebec, Canadá, se suelen emplear hornos tipo colmena mucho más pequeños de una capacidad de 12 a 15 cuerdas (24 a 31 metros cúbicos). El ciclo de producción es generalmente de 10 a 15 días, y los rendimientos por cuerda pueden compararse favorablemente con los de los hornos de ladrillo mayores. La construcción y funcionamiento de estos hornos más pequeños del tipo colmena han sido descritos perfectamente en una serie de boletines por el Profesor Joseph Risi, de la Universidad Laval, Quebec, Canadá.
La mayoría de los modernos hornos de mampostería de gran tamaño se construyen de hormigón, sin embargo, ya que éste es un tipo de construcción general mente más económico y más rápido que el ladrillo, y se necesita menos mano de obra especializada para construirlos. Uno de los tipos de hornos de hormigón más populares y de mayor éxito es el «Missouri».4 Se trata de una estructura tipo choza (parecida a las chozas Nissen de la guerra) con fuertes puertas frontales y traseras de acero lo bastante anchas para permitir el paso de un montacargas de horquilla o carro elevador. Las dimensiones generales son 10,6 x 6,8 metros (36 pies 8 pulgadas x 22 pies 4 pulgadas), con paredes de 2,6 metros (8 pies y 6 pulgadas) de altura y una cubierta en forma de cúpula que sobresale 1,5 metros (5 pies) (Figura 12). El costo de construcción de este horno a los precios vigentes en Missouri en 1960, es de 2.000 a 4.000 dólares. (Un horno de ladrillo tipo colmena de igual capacidad costaría probablemente el doble.)
4
University of Missouri Engineering Experiment Station, Engineering Series Bulletin 48. The wood charcoal industry in the State of Missouri. Columbia, Missouri, mayo de 1960. Esta publicación contiene la descripción detallada, los planos y las especificaciones de un horno de 40 cuerdas.
El programa de carbonización en uno de estos hornos es también de aproximadamente un mes, con 2 días para la carga, 4 a 6 días para la carbonización, 10 a 14 días para el enfriamiento y algo así como 4 días para la descarga. Los rendimientos de madera en rollo de frondosas, tales como roble o nogal americano, se consideran excelentes, oscilando entre 350 y 450 kilogramos (800 y 1.000 libras por cuerda). Si se trata de madera de costeros, naturalmente, los rendimientos son algo inferiores, debido al mayor porcentaje de corteza y al menor volumen de madera que contiene una cuerda apilada.
En el nordeste de los Estados Unidos se han perfeccionado últimamente varios tipos nuevos de retortas verticales de acero inoxidable, que dan mayores rendimientos, con ciclos de funcionamiento más cortos, producen carbón más uniforme y de más alta calidad, y utilizan menos mano de obra que cualquier otro horno por tonelada de carbón producida.
Estas retortas son el resultado de un considerable período de investigación por varios especialistas y particularmente, Donald Warner, de Speculator; Alvin Keil, de Rochester; y Fenimore Thomas, de Owego, todos ellos del Estado de Nueva York.
Las retortas modernas son cilindros de acero verticales, bien aislados en la parte externa en los que tiene lugar la carbonización; cuando ésta está terminada, en una cuestión de horas más bien que de días, se deja que se enfríe el carbón hasta 200° C. (400° F.) y entonces se echa en tambores de acero vacíos de 210 litros (55 galones) cerrados herméticamente con una cubierta. Luego se deja enfriar el carbón de dos días a una semana, con la cubierta colocada, y después otros varios días sin la cubierta. Al cabo de este tiempo se vacían los tambores para emplear el carbón vegetal o para ensacarlo.
El más sencillo y económico de los actuales modelos de estas retortas es el proyectado por Fenimore Thomas (Figuras 13 y 14). Ya hay dos fabricantes que venden esta retorta. La de tamaño más pequeño y fabricada por Vega Industries de Siracusa, Nueva York, se compone de una unidad de carbonización de acero de 366 centímetros (12 pies) de alto, 122 centímetros (4 pies) de diámetro, y cuesta unos 1.000 dólares. Otra de tamaño mayor, con una cámara de acero de 456 centímetros (15 pies) de alto por 168 centímetros (5 pies y 6 pulgadas) de diámetro la vende la Charcoal Retort and Equipment Co., Spruce Pine, Carolina del Norte, por unos 2.400 dólares. Esta última retorta tiene varios aditamentos, entre ellos dos termómetros; pero prácticamente las dos retortas descritas y su funcionamiento son idénticos. El método de funcionamiento es el siguiente: Se prende el fuego en el fondo de la retorta, dejando caer leña menuda seca y papeles por la chimenea, abriendo todos los ventiladores situados cerca del fondo del cuerpo de la caldera, y encendiendo la carga a ¿revés de uno de ellos con una antorcha de trapos empapados en petróleo. Cuando el fuego arde ya bien, se hace caer madera verde por la chimenea, dejando que prenda y después se cierran las puertas. Se abre una de las válvulas reguladoras del aire (generalmente la que se encuentra en el lado resguardado del viento) y se cierra parcialmente la chimenea. Se echa madera verde a la carga de tanto en tanto, hasta que la caldera esté llena, y se crea una disposición como la que se indica en la Figura 14 (derecha). Posteriormente se abre, a unas dos o tres horas de intervalo, el compartimiento del bloque de cemento en la parte inferior de la retorta, se coloca un tambor vacío debajo de la compuerta, se abre ésta y se recogen unos 900 a 1.350 kilogramos (200 a 300 libras) de carbón de leña caliente en el tambor, utilizándose una barra de acero que se introduce a través de los orificios. Se cubren los tambores una vez llenos y se sacan del compartimiento para el enfriamiento. Cada vez que se saca carbón de leña se carga con nueva madera verde a través de la chimenea, de tal manera que esta retorta puede estar funcionando continuamente las 24 horas del día. En la más pequeña de estas retortas se obtiene algo así como una tonelada y media de carbón de leña con una carga de costeros verdes y recortes. La mayor produce casi tres toneladas, con material verde, y si se trata de madera secada al aire el rendimiento de ambas es prácticamente el doble.
FIGURA 12. - Horno de carbonización tipo Missouri.
En el este de los Estados Unidos funciona ya un considerable número de estas retortas; algunas como anexos a pequeños aserraderos, fabrican carbón de leña de sus costeros y recortes, otras forman parte de proyectos de ordenación forestal. En este último caso las retortas pueden emplearse como unidades semitransportables, colocándolas temporalmente en los bosques, según se ilustra en la Figura 13. La «Vega Company» ofrece una unidad completamente transportable, con un comportamiento, prefabricado todo, de acero soldado a la base de la retorta. Esto elimina la necesidad de construir en el tajo el compartimiento base del bloque de hormigón. La retorta con su base integral puede desplazarse fácilmente de un lugar a otro y ponerse en marcha inmediatamente.
FIGURA 13. - Retorta de carbonización vertical Thomas.
FIGURA 14. - Esquemas de retorta Thomas. Izquierda planta; derecha método de funcionamiento.
La retorta Cornell, ideada por Donald Warner, y fabricada y vendida por la Cornell Manufacturing Co., Laceyville, Pensilvania, ha logrado éxito. Se trata de una verdadera retorta, según se ilustra en las Figuras 15 y 16, pues tiene una fuente externa de calor, generalmente un mechero de petróleo, un ventilador, y controles termostáticos. De esta manera la carbonización puede regularse exacta y completamente, y se obtienen rendimientos muy altos en relación con la cantidad de madera utilizada, y la calidad del carbón de leña producido es uniforme y de cualquier calidad específicamente deseada.
El precio de la retorta Cornell completa no llega a 5.000 dólares, y la instalación y su funcionamiento son muy sencillos. En muchos aserraderos pequeños, donde se han instalado baterías de estas retortas, se cortan automáticamente costeros en longitudes de 30 a 40 centímetros (12 a 16 pulgadas) que se llevan por correa transportadora y se vuelcan en lo alto de las retortas durante todo el día. El rendimiento en costeros de la mayoría de los aserraderos que trabajan con frondosas es de 0,5 a 0,75 cuerdas por 1.000 pies tablares de madera aserrada producida.5 Por lo tanto, una de estas retortas puede contener los residuos bastos producidos en la fabricación de unos 3.000 pies tablares (7 metros cúbicos) de madera aserrada. En general, el método seguido es llenar todas las retortas durante la jornada de trabajo, e iniciar entonces la «quema» por la tarde, cuando el aserradero cierra realmente. El vigilante de noche puede fácilmente dedicar a las retortas la poca atención que requieren, a medida que se realiza la combustión. Generalmente ésta requiere de 6 a 8 horas, según el contenido de humedad de la madera. Después las retortas se paran automáticamente, y se las deja enfriar hasta que el personal del aserradero vuelve a la mañana siguiente. Dos o tres hombres pueden descargar el carbón de leña en tambores en menos de una hora y después continuar sus quehaceres normales, o ensacar el carbón de leña fabricado algún tiempo antes, y que esté ya completamente frío. De esta manera un aserradero que produzca 10.000 pies tablares de madera aserrada al día puede mantener tres de dichas retortas en funcionamiento, consiguiendo más de 2 toneladas de carbón de leña de los residuos bastos de aserrío, que pueden llegar a venderse de 50 a 100 dólares la tonelada.
5
1.000 pies tablares = 2,36 metros cúbicos.
En una empresa del Estado de Nueva York, los costeros secados al horno y los bloques de desecho de una fábrica de muebles se carbonizan en una batería de 4 de estas retortas, y en vez de durar la «quema toda una noche se termina en unas 5 horas (2 horas para la carbonización y 3 para el enfriamiento).
Como se evidencia en la Figura 16, una de las características sobresalientes de la retorta Cornell es que los gases circulan en dirección invertida, hacia abajo a través de la carga, mediante ventiladores o sopladores. Esto significa que dichos gases tienen que atravesar una distancia muy breve entre el fondo de la retorta y la cámara de combustión, y en consecuencia es imposible o muy difícil que se produzca el enfriamiento y la condensación. Los gases volátiles y el alquitrán se queman casi por completo en la cámara de combustión, y por tanto esta retorta produce muy poco o ningún olor durante el período de combustión. Los gases calientes que circulan a través de la carga son además casi completamente inertes, y no existe depósito de alquitrán en la madera o en el carbón de leña.
FIGURA 16. - Esquema de la retorta Cornell.
El funcionamiento del quemador de petróleo se regula termostáticamente y el consumo es extraordinariamente bajo, en particular cuando se trata de madera seca y con temperaturas exteriores relativamente altas. Incluso en condiciones menos favorables, el costo del fuel oíl a 20 centavos el galón, excede rara vez 2 dólares por carga. Este gasto está más que compensado por un rendimiento de aproximadamente 180 kilogramos (400 libras) más de carbón comparado con lo que la misma cantidad de madera rendiría en un horno, que a 2 centavos por libra da por resultado un ingreso suplementario de unos 8 dólares.
Si se considera este rendimiento diario, los costos de inversión de estas retortas no resultan excesivamente altos. Una de estas retortas que funcione con costeros de madera verde al ritmo de dos cargas al día, producirá unos 1.450 kilogramos (3.200 libras) de carbón de leña de alta calidad cada 24 horas. Con un costo de retorta de 4.500 dólares, esto representa una inversión de unos 140 dólares por cada 45 kilogramos (100 libras) de producción diaria de carbón de leña. Un horno de bloques de concreto de cenizas con una capacidad de 9 cuerdas, que cuesta unos 1.000 dólares, producirá aproximadamente 2.540 kilogramos (5.600 libras) de carbón de leña de costeros cada diez días. Esto supone aproximadamente 180 dólares de inversión por cada 45 kilogramos (100 libras) diarios de carbón de leña.
La tercera y mayor de estas retortas de tipo nuevo es la Keil-Pfaudler, fabricada por Pfaudler-Permutit Co., de Rochester, Nueva York (Figuras 17 y 18). Tiene una capacidad de cuatro cuerdas y media (9,54 metros cúbicos) y su costo oscila alrededor de 15.000 dólares, completa y lista para funcionar. Los rendimientos pueden compararse con los de la retorta Cornell, o sea unos 450 a 550 kilogramos (1.000 a 1.200 libras) de carbón de leña por cuerda de madera de frondosa densa.
FIGURA 17. - Retorta Keil-Pfaudler.
FIGURA 18. - Esquema de la retorta Keil-Pfaudler.
También el consumo de combustible es más o menos igual, ya que en condiciones relativamente desfavorables cuesta unos 5 dólares por carga. Los costos de inversión para 45 kilogramos (100 libras) de rendimiento diario, por tanto, resultan en 300 dólares, aproximadamente, pero esto puede ser compensado por una mano de obra y unos costos de manutención más baratos. En la retorta Keil-Pfaudler se utiliza acero inoxidable en aquellos lugares que pudieran estar expuestos a la corrosión y toda la estructura, naturalmente, es más pesada y más sólida que la de la retorta Cornell. Hace falta comparar los resultados de varios años para poder dar datos fidedignos sobre los costos comparativos de producción de carbón con estos dos sistemas rivales.
Se han hecho muchos intentos de idear aparatos para producir comercialmente carbón de leña a partir de serrín, virutas y astillas. Hasta hace muy poco las retortas verticales Badger Stafford6 eran las que más éxito tenían, pese a que su empleo se limitaba especialmente a las astillas secas. Los intentos de carbonizar en este tipo de retortas material muy desmenuzado o astillas de gran contenido de humedad no han tenido éxito comercial.
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Véase FAO: La carbonización de la madera en hornos transportables e instalaciones fijas, Roma, 1956.
Recientemente, sin embargo, se han ideado varios sistemas de carbonización que utilizan tubos horizontales con molinete de hélice para la alimentación y transporte de la carga que hay que carbonizar. Algunos de estos aparatos están ahora funcionando comercialmente con éxito considerable.
Un ejemplo sobresaliente es la retorta Thompsen, realizada por Svend Thompsen, de Ontario, Canadá. Las fases iniciales de adaptación de esta retorta para su empleo en escala comercial fueron descritas en un artículo de E. E. Dargan y W. H. Smith.7 Damos un esquema de esta retorta (Figura 19). En un modelo a la venta esta retorta está construida de ladrillo y hormigón, mide 9,5 metros de largo por 4,5 metros de ancho, y 3,5 metros de alto (31,4 x 15 x 12 pies). Un sencillo tubo de metal con un transportador de tornillo lleva los residuos finamente desmenuzados a la tolva de alimentación, donde se distribuyen por igual por 13 tubos paralelos por los que pasan a través de la cámara de combustión. Estos tubos depositan los residuos carbonizados en un tubo de salida único al que se aplica vapor para enfriar el carbón de leña y activarlo parcialmente. Este tubo de salida lleva el carbón de leña a las cubas de almacenamiento, o directamente a la máquina para fabricar briquetas. El calor pasa a través de tuberías situadas en lo alto de la cámara de combustión exterior a la cámara superior de calentamiento donde están colocados los tubos.
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DARGAN, E. E. Y SMITH, W. H., Forest Products Journal of Forest Products Research Society, Madison 5, Wisconsin, noviembre, 1958.
FIGURA 19. - Esquema del funcionamiento del carbonizador de residuos finos de madera.
En la cámara de combustión se enciende el fuego exterior varias horas antes de empezar la carbonización con lo que la temperatura de la cámara superior es de 510° C. (950° F.) que son los que hace falta para la carbonización de la madera. Los gases volátiles que se producen en el proceso de la carbonización alimentan nuevamente la cámara de combustión exterior, mantienen dicha temperatura y el proceso se hace automático sin ninguna fuente suplementaria de calor.
Se han carbonizado con éxito serrín, cortezas, virutas y cáscaras de pacana. La humedad del material carbonizado varió entre el 5 por ciento aproximadamente, hasta cerca del 150 por ciento. El material más húmedo, naturalmente, tardó más tiempo en carbonizarse. Esto hace que la alimentación tenga que hacerse a distintas velocidades, para permitir una carbonización satisfactoria cualquiera que sea el tipo de material que se emplee.
En la mayoría de los casos, el material carbonoso finamente desmenuzado que se obtiene por este procedimiento y otros análogos, puede transformarse en briquetas para la venta inmediata. La producción de esta unidad Thompsen, que oscila entre 6 y 10 toneladas por turno de 8 horas, guarda estrecha relación con el tamaño mínimo de una instalación de fabricación de briquetas cuya capacidad de producción es aproximadamente de una tonelada por hora.
De los derechos de perfeccionamiento y venta para este procedimiento, fuera del Estado de Carolina del Norte, se ha hecho cargo ahora la Larus Brothers Tobacco Co., Richmond, Virginia, Estados Unidos, que está utilizando una importante unidad de este tipo en escala comercial en las afueras de la ciudad.
Como la mayor parte del carbón de leña se vende en forma de briquetas, puede resultar interesante para los futuros productores el procedimiento de fabricación de estas briquetas. Las briquetas de carbón de leña suelen hacerse mezclando un 73 por ciento aproximadamente de carbón de leña triturado con un 4 por ciento de almidón, y un 23 por ciento de agua, en peso. mezcla se moldea en forma de briquetas en una máquina especial; y después las briquetas se secan en una cámara caliente. Se han utilizado otros aglomerantes como por ejemplo materiales bituminosos, aguas residuales de la fabricación de pasta de papel, e incluso desperdicios de las fábricas de conserva de cítricos, pero ninguna ha resultado tan satisfactoria como el almidón.
Probablemente el tamaño económico mínimo de una instalación productora de briquetas sea el de una tonelada por hora, que es precisamente la capacidad de las modernas máquinas moldeadoras de briquetas que cuestan alrededor de 10.000 dólares. Sin embargo, esto constituye sólo una parte del equipo necesario. Más adelante damos una lista de los materiales principales que exige una instalación de este tipo, junto con sus precios actuales (1963), según un acreditado fabricante de los Estados Unidos.
El terreno necesario, los edificios y demás gastos relacionados con tal instalación alcanzarán sin duda alguna un total de más de 150.000 dólares.
El costo de la producción de briquetas con este tamaño mínimo de instalación suele ser de unos 25 dólares por tonelada. Las briquetas generalmente se venden a un precio algo mayor que el carbón de leña a granel, pero las briquetas resultan más económicas en cuanto a manipulación, transporte y almacenamiento que el carbón da leña a granel, y sufren menos en la manipulación. En consecuencia, los fabricantes cuyas instalaciones están lejos del mercado suelen transformar su carbón de leña en briquetas para aprovecharse de estas economías y también porque los clientes prefieren las briquetas al carbón de leña a granel.
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Artículo: |
$ E.U.A. |
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1. Mezclador de paleta |
1 500 |
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2. Fluidificados vertical de dos ejes |
6 825 |
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3. Transportador de la mezcla de carbón de leña |
2 500 |
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4. Prensa y alimentador de briquetas |
8 190 |
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5. Transportador de descarga |
400 |
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6. Secador de briquetas |
18 000 |
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7. Trituradora de martillos |
2 100 |
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8. Un alimentador de almidón |
300 |
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Precio de los artículos 1 a 8 |
39 815 |
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Precio de los motores para los artículos de 1 a 8 |
3 580 |
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Además, equipo para la manipulación del carbón de leña, un depósito de compensación equipos de manipulación de briquetas secas, y depósito para el almacenamiento de briquetas secas, así como una caldera de acero, que funcione con 30 caballos y una presión de 15 pulgadas cuadradas, lo cual costará aproximadamente |
26 000 |
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COSTO TOTAL DEL EQUIPO |
63 395 |
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La fotografía aérea en los inventarios forestales: Aplicaciones y estudios de investigación (1963). Con ésta se inicia una serie de publicaciones que va a editar la Unión Internacional de Organizaciones de Investigación Forestal. Recopilados por un grupo asesor de la Sección 25 de la UIOIF, los textos en alemán, francés, e inglés figuran en un volumen editado en Munich, República Federal de Alemania, mientras que el texto en español se ha publicado en México. Los pedidos pueden dirigirse a IUFRO, Amalienstrasse 52, 8 München 13, República Federal de Alemania. |
