Pelletizar madera, una forma económica y ecológica de producir commbustible

Publicado el: 9/10/2007
Autor/es:
  1. Justificación
  2. Descripción de la tecnología
  3. Cifras bàsicas
  4. Ventajas de instalar una planta pelletizadora de madera

Justificación:

Hoy en dìa en mucos países de Latino América, los residuos de la industria forestal y los productos de la poda de àrboles en las ciudades son dejados en el bosque y depositados en rellenos sanitarios respectivamente.
En el caso de los residuos forestales (porciòn de la madera que permanece en el bosque luego de la poda) se estima que un 45% de la biomasa no se utiliza industrialmente y sencillamente se pudre en el campo.
Los productos de la poda urbana de ciudades como Bogotà ascienden a aprox. A 150 toneladas diarias, se recogen en camiones y se transportan hasta los rellenos sanitarios de la ciudad donde se pudren.

Hoy en dìa existe una alternativa viable para la recuperaciòn de la madera de poda y los subproductos forestales y de la industria de manufactura maderera: Fabricación de pellets de madera.

Los pellets son pastillas cilìndricas de entre 6 y 10 mm de diámetro utilizadas en la generaciòn de energìa tèrmica.  El mercado europeo consume alrededor de 3’280,000 toneladas de pellets de madera al año que se destinan básicamente a la producción de energìa tèrmica y tiene una capacidad de producción de aprox. 2’240,000 toneladas asì que tiene que importar màs de 1’000,000 de toneladas de pellets de madera anualmente

El auge del consumo de pellets de madera en Europa ha desencadenado la construcciòn de muchas plantas productoras de pellets en ese continente y se ha extendido a los continentes africano, Amèrica del norte y Sur Amèrica (hay plantas en Brasil, Chile y Argentina), desde donde se exporta parte del producto (el resto se queda en el creciente mercado domèstico)

Desde el punto de vista de la conservación del medio ambiente, los proyectos de reducciòn de vertimiento de basura y su utilización energètica, califican dentro de los considerados en el protocolo de Kyoto.  En la combustión de los pellets de madera se produce la misma cantidad, o menos de CO2 de la que se produce mediante la pudriciòn de la medera en el vertedero o en el campo.

Características energéticas:

2 t pellets = 1 t gasoil = 900 m3 gas natural = 4,5 m3 leña (fuente LUCA)




El costo por producir un kWh de energía por medio de la combustión de pellets, en estos países, equivale casi a la cuarta parte del costo por producir un kWh de energía por medio de la combustión de petróleo (23.6%). Se puede agregar que la generación de energía por medio de los combustibles leña y pellets, sigue siendo la alternativa más económica, y si consideramos las ventajas en términos de emisiones de CO2, la utilización de pellets de madera constituye una alternativa tanto económica como ambientalmente superior al resto de los combustibles (Ariel Manuel Rojas Valdivia.)


Descripción de la tecnología

Desde hace varios años las pelletizadoras verticales de matriz plana se usan en la industria de la madera (p. ej. En Escandinavia, Estados Unidos, Canadá, Austria o Alemania) y la mayoría de los gránulos/pellets producidos se utilizan como material combustible o cama de paja para animales.

Aglomeración por compresión: la adherencia se logra mediante fuerzas externas. El producto es  compactado con tanta fuerza por las herramientas de compactación apropiadas, que se forman aglomerados con una solidez suficiente. En este caso, la granulación/pelletización siempre ha probado su eficacia y rentabilidad si se trata de procesar cantidades más grandes de producto, sobre todo si los aglutinantes naturales de los productos no son muy fuertes y no permite la adición de aglutinantes.

Prensa de matriz plana: los rodillos giran sobre la matriz plana horizontal y el producto es prensado de arriba hacia abajo a través de los taladros de la matriz (figura 2). 

Figura 2.

Proceso y elementos de granulación

Las herramientas más importantes para el proceso de granulación son los rodillos y las matrices. El producto es compactado en los canales de compactación abiertos en la matriz. La alimentación del producto es en caída libre vertical, desde arriba hasta la cámara de la prensa, y se reparte de manera uniforme. Los rodillos ruedan sobre la capa de producto que se forma sobre la superficie de la matriz y la compactan. La fuerza de presión aumenta continuamente, a medida que los rodillos van llevando el producto hacia el canal de compactación, hasta tal punto que el cilindro de material (tapón) que se  encuentra dentro del canal va siendo desplazado poco a poco. La fuerza de fricción dentro del canal de compactación no debe exceder la fuerza de presión de los rodillos. Sin embargo, la fuerza de fricción debe ser capaz de producir una compactación suficiente del producto a un aglomerado sólido.  Una pequeña capa de producto se introduce en el canal de compactación, que está unida a un gránulo por la presión y las fuerzas adhesivas del producto. El gránulo sale del canal de compactación en forma de una cuerda sin fin, que se corta con cuchillas rotatorias en las tiras cilíndricas de la longitud deseada.

En lo que se refiere a los rodillos, se necesita un gran diámetro exterior y un rodamiento sólido. Se puede variar el perfil de la superficie de rodadura, pero la influencia del diseño de la matriz es más importante. En las prensas Kahl se utilizan rodillos con un diámetro de hasta 450 mm y una anchura de 192 mm. En lo que se refiere a los perfiles de las superficies de rodadura, se distingue principalmente entre superficies ranuradas, perforadas y estriadas. El cabezal de rodillos gira con una velocidad de 60 rpm, aproximadamente. Debido a esta velocidad de marcha, es un equipo poco ruidoso. No obstante, el número de rodillos garantiza una alta frecuencia de paso sobre el producto, necesaria para lograr altos rendimientos.

El diseño de la matriz tiene gran importancia. La relación entre el diámetro de los taladros y la longitud del canal de compactación se llama relación de compresión. Junto con las características del producto, determina la fuerza de fricción producida. Por eso la relación de compresión debe ser adaptada con exactitud al producto para conseguir unos resultados óptimos, en relación con la calidad de los gránulos y el rendimiento de la máquina. Se considera que la relación de la superficie de los gránulos y el volumen cambien con diámetro de gránulo decreciente. Por eso normalmente no se pueden utilizar las matrices producidas para granular piensos compuestos, pulpa seca u otros productos para la compactación de madera.

Otro parámetro importante de la matriz es el número de los agujeros y la superficie perforada abierta, que  repercute directamente, junto con la potencia del accionamiento, en el rendimiento de la prensa.


El sistema hidráulico

Se ajusta una distancia entre los rodillos y la matriz, que tiene una influencia importante sobre la compactación. Por eso es deseable poder cambiar esta distancia también durante la producción y  controlar el estado de funcionamiento de la prensa a base de la presión del producto contra los rodillos, para lo que se utiliza el sistema hidráulico. Así, se puede monitorizar el proceso y optimizarlo durante el servicio. Además, el sistema hidráulico está equipado con una válvula reductora de presión integrada que protege.


Alimentación de producto y efecto cizallador

El producto a compactar se va introduciendo en la prensa a través de una rosca alimentadora apropiada. La gran cámara interior de la prensa ofrece espacio suficiente para productos voluminosos. No se requiere una alimentación forzada, que causa bloqueos frecuentes. Las chapas guías adaptadas a las condiciones individuales sirven para una distribución uniforme del producto sobre la matriz.  Sobre todo en el caso de productos con un alto contenido de fibras crudas (p.ej. madera), la prensa granuladora de matriz plana está equipada con rodillos cilíndricos, que producen un efecto cizallador al rodar sobre la órbita circular de la matriz. Este efecto conduce a una torsión y una trituración preliminar del producto sobre la matriz, de manera que se deja granular más fácilmente.


Particularidades de la granulación de madera

La condición para un funcionamiento  óptimo es una alimentación continua en la prensa y un producto homogéneo y suficientemente pre-triturado. El contenido de humedad tendría que quedarse en el margen constante entre 12 y 15%. 

Debido a la gran reducción del volumen al compactar madera y virutas de madera (particularmente de virutas de madera de unos 100 a 600 kg/m3), la capacidad volumétrica de la máquina debe ser lo más grande posible. La industria maderera también exige en las máquinas una construcción robusta y una alta disponibilidad de la planta para corresponder a la fiabilidad operacional requerida. Un rendimiento suficientemente alto, con el menor consumo de energía específica posible y una buena calidad de los gránulos, son otros requisitos, que van acompañados del objetivo de conseguir la vida útil más larga posible para las piezas de desgaste.

Al comparar con otros productos, la madera no dispone de aglutinantes fuertes propios y las propiedades de deslizamiento tampoco son destacables, por lo que se necesita una gran fuerza de fricción poco a poco en los canales de compactación. Maderas duras, como haya o roble, exigen mayores fuerzas de prensado que maderas blandas y maderas de coníferas.  Las fuerzas de prensado conducen al consumo de energía específica, que se encuentra entre 40 y 60 kWh/t en el caso de la madera. Debido a la alta resistencia de fricción y la poca capacidad aglutinante de algunos tipos de madera, es muy importante un preacondicionamiento del producto antes de la granulación. La humedad, temperatura y grado de trituración del producto desempeñan un papel esencial.

Para aumentar la humedad, es aconsejable añadir una parte del agua en forma de vapor y esperar algún tiempo antes de granular la madera, para que pueda penetrar en el producto. Por eso una planta óptima incluye un dispositivo para triturar el producto, p. ej. Un molino de martillos apropiado, un mezclador continuo para añadir vapor y agua y un madurador para el tiempo de retención antes de la granulación.

Una planta de producción de pellets de madera a base de productos de poda y aserrín y viruta proveniente de aserrìos (MP con màs de 50% H) se compone de:

  • Molino grueso (Chipeteador)
  • Generador de aire caliente (alimentado con los mismos pellets)
  • Secador
  • Molino de martillos (para reducir y homogeneizar el tamaño de las partìculas antes de pelletizar)
  • Acondicionador (opcionalmente se puede adicionar agua y / o vapor)
  • Pelletizadora de matriz plana
  • Enfriador
  • Estación de empaque (normalmente se comercializa a granel o en Big Bags)

Cifras bàsicas

Planta de producciòn de pellets de madera

Capacidad t/h

3,5

Horas / dìa

21

Dìas / mes

26

Toneladas / mes

1911

Ton. Disponibles /mes (30% auto combust)

1337,7


Materia prima necesaria 60% H al dìa

Ton. hùmeda

Producto / dia

Ton. seca

165,375

51,45

73,5

 

 

 

 

 

 



Precio / Tonelada EUROPA €

 €                120

Costo / Tonelada

 €                  85

Dferencia / tonelada

 €                  35

Ingresos brutos  / Año

 €       1.926.288

Margen bruto / Año

 €          561.834

Inversiòn

Maquinaria molienda gruesa

 €          100.000

Maquinaria secado

 €          250.000

Maquinaria molienda fina y pelletizado

 €          750.000

Subtotal maquinaria

 €       1.100.000

Otros

Terrenos

 €          200.000

Obras civiles

 €          400.000

Montaje y puesta en marcha

 €          200.000

Subtotal otros

 €          800.000


Total inversiòn

 €       1.900.000

imprevistos 10%

 €          190.000

Total

 €       2.090.000

Costos

Costos de operacòn /t

 €                  25

Costos de exportaciòn / t

 €                  60

Total costos / t

 €                  85


Interès / año 8%

 €          167.200

Flujo de caja

Año

0

1

2

3

4

5

Sumatoria

Capital de
trabajo

 €     400.000

 

 

 

 

 

 

Capital 

 €  2.090.000

 €   418.000

 €   418.000

 €   418.000

 €    418.000

 €   418.000

 

Crèdto

 €  2.490.000

 

 

 

 

 

 

Intereses

 

 €   199.200

 €   159.360

 €   119.520

 €    79.680

 €     39.840

 

Costos

 

 €1.364.454

 €1.364.454

 €1.364.454

 €1.364.454

 €1.364.454

 

Total

 €  2.490.000

 €1.981.654

 €1.941.814

 €1.901.974

 €1.862.134

 €1.822.294

 

Ingresos

 

 €1.926.288

 €1.926.288

 €1.926.288

 €1.926.288

 €1.926.288

 

Diferencia

 €-2.490.000

 €    -55.366

 €    -15.526

 €     24.314

 €     64.154

 €   103.994

 € 121.570

Ventajas de la instalaciòn de una fàbrica de pellets de madera

Primera fase – Exportación – a corto plazo

• Aprovechamiento de la falta de oferta de 1 millón t por año en EUROPA
• Ventajas:

– Hay aún materia prima seca, es decir el proceso de secar y moler no se necesita.
– Abundancia local de la materia prima
– Infraestructura existente – en el país y conexión con puertos marítimos internacionales

  • Exportación: acceso ideal a la producción de pellets – El mercado y la demanda ya existen

Segunda fase – Utilización de pellets en el propio país – a medio plazo

• Ventajas:

– El combustible ya está disponible
– Neutral a Co2
– Transporte en camión-cisterna
– Alto comfort de utilización
– Contaminación atmosférica reducida

Análisis FODA sobre el negocio de los pellets a base de desechos de madera.

Fortalezas del negocio

  • Combustible renovable.
  • Combustible de características homogéneas.
  • Forma de energía ambientalmente amigable, particularmente con la disminución de emisiones de CO2.
  • Fácil de manipular, usar y transportar.
  • Llama limpia, bajo contenido de cenizas.
  • No se congela o enmohece.
  • Requiere pequeño espacio para ser almacenado.
  • Alto contenido de energía.
  • Alta disponibilidad y bajo precio de la materia prima.
  • Precio estable en comparación a los combustibles fósiles.
  • Diversos tipos de estufas convenientes incluso para altas generaciones de energía.

Debilidades del negocio

• Debilidades relacionadas al desarrollo del mercado.
• Altos costos de transporte y distribución, falta de vehículos especialmente diseñados para su transporte.
• Falta de estándares para pellets.
• Falta de verificación de la calidad
• Emisión de partículas de polvo

Fortalezas medioambientales

  • Inestabilidad de los precios de los combustibles fòsiles,
  • Políticas energéticas mundiales favorables a la bioenergía.
  • Incremento en la producción de la industria del procesado de madera,
  • Bajo precio de lasmaterias primas.
  • Alto potencial de crecimiento.
  • Crecimiento de la conciencia ambiental.
 
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