Capítulo 4

PROCESOS DE CARBONIZACION 

4.1 Cómo la madera se transforma en carbón vegetal

La fase de la carbonización puede ser decisiva en la fabricación de carbón vegetal, si bien no se trata de la más costosa. A menos que se complete lo más eficientemente posible, puede crear un riesgo para la operación global de la producción de carbón, puesto que los bajos rendimientos en la carbonízación repercuten a lo largo de toda la cadena de producción, en la forma de mayores costos y desperdicios de los recursos.

La madera consiste de tres componentes principales: celulosa, lignina y agua. La celulosa, la lignina y algunas otras materias están fuertemente ligadas entre sí y constituyen el material denominado madera. El agua es absorbida o retenida como Moléculas de agua en la estructura celulosa/lignina. La madera secada al aire o "estacionada" contiene todavía 12-18% de agua absorbida. La madera en crecimiento, recientemente cortada o "no estacionada", contiene además agua líquida, llevando el contenido total de agua a alrededor del 40-100%, expresado en porcentaje del peso de la madera seca al horno.

Antes de que la carbonización ocurra, el agua en la madera tiene que ser totalmente eliminada como vapor. Se necesita una gran cantidad de energía para evaporar el agua, por lo que, si se usa lo más posible al sol para el presecado de la madera antes de la carbonización, se mejora mucho la eficiencia. El agua que queda en la madera que tiene que ser carbonizada, deberá ser evaporada o en la fosa o en el horno, y esta energía deberá proporcionarse quemando parte de la misma madera, que podría ser en vez transformada en carbón vegetal aprovechable.

El primer paso, en la carbonización en el horno, es secar la madera a 100° C, o menos, hasta un contenido cero de humedad se aumenta luego la temperatura de la madera secada al horno a alrededor de 280°C. La energía para estas etapas viene de la combustión parcial de parte de la madera cargada en el horno o en la fosa, y es una reacción que absorbe energía o endotérmica.

Cuando la madera está seca y calentada a alrededor de 280°C, comienza espontáneamente a fraccionarse, produciendo carbón más vapor de agua, mañanas, ácido acético y compuestos químicos más complejos, fundamentalmente en la forma de alquitranes y gases no condensables, que consisten principalmente en hidrógeno, monóxido y bióxido de carbono. Se deja entrar aire en el horno o fosa de carbonización para que parte de la madera se queme, y el nitrógeno de este aire estará también presente en el gas. El oxígeno del aire será gastado en la quema de parte de la madera, arriba de la temperatura de 280°C. libera energía, por lo que se dice que esta reacción es exotérmica.

Este proceso de fraccionamiento espontáneo o carbonización, continúa hasta que queda sólo el residuo carbonizado llamado carbón vegetal. A menos que se proporcione más calor externo, el proceso se detiene y la temperatura alcanza un máximo de aproximadamente 400°C. Sin embargo, este carbón contiene todavía apreciables cantidades de residuos alquitranosos, junto con las cenizas de la madera original. El contenido de cenizas en el carbón es de alrededor del 30% en peso, y el balance es carbono fijo, alrededor del 67-70%. Un ulterior calentamiento aumenta el contenido de carbono fijo, eliminando y descomponiendo aún más los alquitranes. Una temperatura de 500°C da un contenido típico de carbono fijo de alrededor del 85% y un contenido de materia volátil de cerca del 10%. A esta temperatura, el rendimiento del carbón es de aproximadamente el 33% del peso de la madera secada al horno carbonizada, sin contar la madera que ha sido quemada para carbonizar la remanente. Por lo tanto, el rendimiento teórico del carbón vegetal varía con la temperatura de carbonización, debido al cambio de contenido de material volátil alquitranado (24, 26, 31). En el Cuadro 4 se muestra el efecto de la temperatura final de carbonización sobre el rendimiento y composición del carbón vegetal.

Cuadro 4.Efecto de la temperatura de carbonizaci6n sobre rendimientos y composición del carbón vegetal    

Temperatura de carbonización

°C

Análisis químico del carbón

 

Rendimiento de carbon sobre masa seca al horno

( 0% de humedad )% carbono fijo

% material volátil

300 68 31 42500 86 13 33

700 92 7 30

Bajas temperaturas de carbonizaci6n dan un mayor rendimiento en carbón vegetal, pero que es de baja calidad, que es corrosivo, por contener alquitranes ácidos, y que no quema con una llama limpia sin humo. Un buen carbón vegetal comercial debería contener carbono fijo en alrededor del 75% para lo cual se requiere una temperatura final de carbonizaci6n de alrededor de 500°C.

El rendimiento del carbón muestra también cierta variación con respecto al tipo de madera. Hay cierta evidencia de que el contenido de lignina en la madera tiene un efecto positivo sobre el rendimiento del carbón; un alto contenido de lignina da un elevado rendimiento de carbón vegetal. Una madera densa tiende también a dar un carbón denso y fuerte, la que es también deseable. Sin embargo, madera muy densa produce a veces carbón friable puesto que la madera tiende a desmenuzarse durante la carbonizaci6n. La friabilidad del carbón aumenta con el aumento de la temperatura de carbonizaci6n y el contenido de carbono fijo aumenta mientras que el contenido de substancias volátiles decrece. Una temperatura de 450 - 500°C ofrece un equilibrio óptimo entre friabilidad y el deseo de un elevado contenido de carbono fijo.

Las numerosas variables posibles en la carbonizaci6n rinden difícil especificar un procedimiento óptimo generalmente pueden obtenerse los mejores resultados usando latifoliadas sanas, de densidad media a elevada. La madera deberá ser lo más seca posible y por lo general bien hendida, para eliminar piezas mayores de 20 cm de grueso. La leña que debe ser quemada en los hornos o fosas, para secar e iniciar la carbonizaci6n de la remanente, puede ser de inferior calidad y de sección menor. Su única función es la de producir calor para secar y calentar la remanente a la temperatura de carbonizaci6n. Debería tratarse de alcanzar una temperatura final de alrededor de 500°C en el interior de toda la carga, lo que con las fosas se hace difícil, puesto que la circulación del aire y los efectos de enfriamiento son irregulares y se producen puntos fríos, obteniéndose tizones o madera no carbonizada. Por tratar de alcanzar una   temperatura final general de 500°C en una fosa u horno, donde la circulación del aire es pobre o irregular, puede resultar que parte del carbón se quema en cenizas, dejando otras partes de la carga carbonizadas sólo parcialmente. De allí la importancia de usar hornos bien diseñados, hechos funcionar correctamente para una producción eficiente de carbón vegetal. En las referencias bibliográficas 6 y 7 se hallará más información sobre los aspectos técnicos de la carbonización.  

4.2 Higiene industrial en la carbonización

La carbonización produce substancias que pueden ser dañinas y deben tomarse simples precauciones para reducir el peligro.

El gas producido por la carbonizaci6n tiene un elevado contenido de monóxido de carbono, que es venenoso cuando se lo respira. Por lo tanto, cuando se trabaja en la vecindad del horno o de la fosa durante su funcionamiento o cuando se abre el horno para su descarga, debe tenerse cuidado de asegurar una correcta ventilación para permitir que se disperse el monóxido de carbono, que también se produce durante la descarga por ignición expontánea del carbón vegetal caliente.

Los alquitranes y el humo  producidos por la carbonización, si bien no son directamente venenosos pueden tener efectos perjudiciales a largo plazo sobre el sistema respiratorio. Las zonas con viviendas deberían, en lo posible, estar ubicadas donde los vientos predominantes alejen de ellas el humo de la fabricación de carbón, y las baterías de hornos no deberán ser emplazadas muy cerca de las áreas habitadas.

Los alquitranes de la madera y el ácido piroleñoso pueden irritar la piel y debe tenerse cuidado de evitar su contacto prolongado con la piel proporcionando trajes protectivos y adoptando procedimientos de trabajo que reduzcan al mínimo la exposición.

Los alquitranes y los licores piroleñosos contaminan en forma grave los cursos de agua y afectar los depósitos de agua potable para el hombre y los animales; también los peces pueden ser afectados negativamente. Los efluentes líquidos y el agua, de descarga de las operaciones carboneras de media y gran escala deberán ser retenidas en grandes piletas de sedimentación, haciendo que se evaporen para que esta agua no pase al sistema local de drenaje y contaminen los arroyos.

Por suerte los hornos y las fosas, contrariamente a las retortas y a otros sistema sofisticados, normalmente no producen efluvios líquidos; los subproductos se dispersan en su mayor parte en el aire, como gases. En este caso son mucho más importantes las precauciones contra la contaminación del ambiente por el aire.  

4.3 Incentivos y manejo del personal

El quemado del carbón vegetal es una operación de responsabilidad que requiere capacidad, paciencia, experiencia y prontitud en seguir métodos de trabajo correctos, en todo momento y estaciones. El rendimiento que se obtiene durante la etapa del quemado afecta la economía de toda la estación. Por lo tanto, se justifica pagar a la cuadrilla que quema el carbón un incentivo adicional al sueldo sobre la base de la calidad y cantidad de carbón vegetal que

producen. Este esquema exige mediciones correctas de la madera que entra y del carbón que quita el sistema. las mediciones pueden ser por volumen o por peso pero, de todos modos, tiene que ser efectuada con seriedad si tiene que funcionar correctamente y satisfacer a todos.

La fabricación de carbón vegetal es a menudo una actividad estacional. La estación de lluvias puede interrumpir las operaciones, o la mano de obra puede, por tradición ser empleada en cierta épocas en prácticas agrícolas de cosecha o de plantación. Ello puede crear dificultades en atraer y retener la mano de obra bien entrenada y motivada, pero los buenos resultados dependen de equipos de trabajo estables y afirmados. Por lo tanto, es importante tratar de desarrollar un régimen estable de trabajo en la producción de carbón vegetal. Se observará que este hecho es una característica de toda operación carbonera exitosa en gran escala.

FOSAS DE TIERRA PARA FABRICAR CARBON VEGETALLa 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 miniaturaFosas 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 fosasLas 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.  

Tamaño de la fosa:

Largo 6 m x 2,70 m de ancho x 1,20 de profundidad en la extremidad del encendido x 2,40 m en la extremidad opuesta:

Volumen nominal : 29 m3 Volumen real utilizado : 26 m3

Tiempo empleado:  

excavación en arena blanda 3,0 jornales

preparar los canales de entrada y salida de la circulación del aire 1,0     "

volteo y troceo con hacha transporte de la leña y apilado (leña larga 2,40 m - 8 pies) 14,0   " 

cortar matas y cubrir la leña (espesor de la mata 3 cm) 2,0     "

cubrir con 30 cm de arena 1,0     "

preparar la arena y las estacas alrededor de la fosa 0,5     "

descarga del carbón vegetal 1,0     "

Total 22,5   "

Tiempo de elaboración:  

carbonización 20,0  jornales

enfriamiento (depende de las condiciones del tiempo: 30 días si es lluvioso y 50 días cuando es seco) 

40,0       "

Total 60,0       "

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:

Cantidad de días disponibles por año = 365 - 82 = 283, digamos 280 días puesto que las fosas que se inician después del día 280 aproximadamente no serán descargadas ese año y su producción no contará. Por lo tanto, se supone un año con 280 días de trabajo, con la mano de obra empleada todo el año. No se inician fosas después del día 280.

5 hombres pueden producir, a razón de 1,5 fosas cada 7 días en 280 días, 280/7 x 1,5 = 60 fosas, que cada una produce 6 ton de carbón. Producción anual por equipo = 360 ton.

La mano de obra para quemar es de 8 jornales por fosa. 60 fosas requieren 60 x 4 = 480 jornales, o sea aproximadamente 2 hombres que trabajen todo el año.

Se ha supuesto un jornal de $US 10, neto sin otras cargas.  

Constructores de fosas, 5 hombres x 360 días x $ 10  $ 18.000

Quemadores, 2 hombres x 360 días x $ 10 $   7.200

  $ 25.200

Costo por ton = 25.200 / 360 $ 70.00

Para producir aproximadamente 10.000 ton anuales se necesitarán 28 cuadrillas, compuestas cada una de:

5 constructores y 2 quemadores Total = 196 hombres y 1.680 carboneras subterraneas tiene que hacerse y quemarse anualmente.

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.   

Capitulo 6

FABRICACION DE CARBON VEGETAL MEDIANTE PARVASLa alternativa a excavar una fosa es la de apilar la madera sobre el suelo y cubrir la parva con tierra. Este también es un método muy antiguo y se usa ampliamente en muchos países, encontrándose con muchas variaciones al método fundamental. En algunos países se han realizado estudios para mejorar su diseño al máximo. Es notable el trabajo que hace algunos años realizaron los suecos en esta materia. Esencialmente, el proceso es el mismo del de la fosa: la madera que debe ser carbonizada se encierra dentro de un involucro, cámara, impermeable al aire, hecho con tierra, que es un material accesible en cualquier parte donde crece la madera. Se prefiere la parva de tierra a la fosa donde el suelo es rocoso, duro o delgado, o donde la capa freática está cerca de la superficie. En contraposición, la fosa es ideal donde el suelo es bien drenado, profundo y franco. La parva es también más práctica en zonas agrícolas, donde las fuentes de leña pueden hallarse dispersas, y es deseable hacer el carbón vegetal cerca de los pueblos u otros emplazamientos permanentes, El sitio de una parva puede ser usado repetidamente, mientras que la tendencia con las fosas es de usarlas pocas veces, para luego abrir otras nuevas para estar detrás del recurso maderero. Así también cuando la capa freática está cerca de la superficie o el drenaje es pobre, las fosas no son prácticas. La continua excavación de fosas interrumpe también los cultivos o los pastoreas. La leña que será carbonizada en una parva puede también ser juntada sin apuro durante un lapso de meses, apilada en posición, haciendo que se seque bien antes de tapar y quemar. Ello va de acuerdo con la manera de vivir de un pequeño agricultor, quien puede juntar pedazos de madera, ramas y trazas y apilarlos con cuidado para formar el montón. Al cabo de algunos meses, según la estación, según los precios del carbón vegetal etc., recubre el montón con tierra y quema el carbón. Genera de esta manera un pequeño ingreso en efectivo, sin tener necesidad de un gasto inicial en moneda.  

6.1 Tipos de parvas

El sistema de parvas o de hornos de tierra es versátil. Se adaptan a la producción esporádica en pequeña escala de carbón vegetal y sin embargo también se adaptan para la producción en gran escala. La hoy difunta industria siderúrgica sueca a base de carbón vegetal, produjo en 1940, en esta manera, más del 80%. de su carbón vegetal. El sistema de la parva fue mejorado en Suecia con la investigación, y sus principales mejoras fueron, la optimización del sistema de las corrientes o flujos y el empleo de una chimenea externa para mejorar la circulación del gas. (2)

En algunas partes de Africa se usan sistemas híbridos que contienen elementos de las parvas de tierra y de las fosas. Un montón rectangular de rollizos uniformemente troceados se apila sobre. una tejedura de trazas cruzadas, que permite la circulación del gas. El volumen del apilado es generalmente de 5-8 metros cúbicos. El montón acabado viene luego sellado detrás de paredes de tierra hechas comprimiendo la tierra entre la madera apilada cubierta con hojas y una pared de sostén de varas o de tablas, retenidas con estacas. Se cubre la cabecera de la pila con hojas y con tierra, como en los sistemas de carboneras de fosa. Se deja una apertura en la pared lateral para iniciar la quema, y cuando este fuego ha prendido bien, se cierra la pared en la misma manera con tierra y con tablas. Se abren entradas de aire en la base de la parva y se usan para controlar el ritmo de combustión.

Se ha probado de hacer funcionar formas modificadas de este sistema en una mayor escala, usando equipos de remoción de tierra. Usando un buldozer se hacen rodar troncos grandes en una excavación no profunda y otras trazas se hacen rodar y amontonar. Se desparrama follaje sobre la pila y se empuja la tierra con el buldozer sobre el cúmulo para tapar la leña El fuego se enciende en uno o más puntos, y cuando está quemando bien, se sellan con tierra estos puntos de encendido. El método da buenos resultados cuando no se producen infiltraciones de aire en la envoltura. En la práctica, son frecuentes los bajos rendimientos de carbón de leña puesto que es difícil obtener una parva con un buen empaque, con grandes trazas rociadas sobre el lugar; la circulación del gas es errática y, como resultado, se tienen grandes cantidades de madera no carbonizada. Es difícil el sellado de las parvas y, en ciertos momentos resulta peligroso para el operador hacer reparaciones, La consecuencia es que las filtraciones de aire no son controladas y el carbón se reduce a cenizas en algunas partes del montón antes que el resto haya sido carbonizado en forma correcta. Un ulterior problema es que, a menos que se manejen bien las operaciones de los equipos pesados de movimiento de tierra con adecuado mantenimiento y repuestos, los costos de operación -tienden a escaparse de mano y toda la operación se vuelve antieconómica. Por regla general, es difícil combinar equipos de elevado costo de inversión con un sistema tecnológicamente primitivo de quema de carbón vegetal, y esperar que la operación resulte beneficiosa en su conjunto, a menos que la calidad de la gestión sea de primera clase.

El problema de obtener y mantener, durante todo el período de quema, un sellado efectivo contra el aire, y una buena circulación, son los principales factores que limitan las dimensiones de los sistemas de fosa y parvas. Es difícil ubicar las infiltraciones sobre la cobertura y es difícil de repararlas en las fosas con parvas muy grandes.

Foto 10. Carbonera de parva de tierra en construcción indicándose el punto de encendido. Ghana. Foto Lejeune.

6.2 construcción de una parva o carbonera típica de tierra

La típica parva para la quema de carbón vegetal del tipo para pueblo o villa, es de alrededor de 4 metros de diámetro en la base y de alrededor de 1 a 1,5 m de altura, aproximadamente un hemisferio aplastado. En la base, se hacen alrededor de seis a diez tomas de aire, y una apertura arriba, de alrededor de 20 cm de diámetro, permite la salida del humo durante la combustión Todas las aperturas deben ser selladas con tierra cuando se ha concluido la quema, permitiendo el enfriamiento del cúmulo.

Se limpia un espacio de alrededor de 6 metros, se lo nivela y compacta, debiendo ser bien drenado. A veces se planta un poste de alrededor de 2 m de alto, en lo que será el centro de la pila de leña, para facilitar la acumulación de la madera, para dar estabilidad a la pila y para dar un soporte al operador cuando se tapa el apilado con tierra y se hace el agujero superior para el humo, y luego cuando se enciende la parva. Normalmente se saca el poste antes del encendido para dejar una apertura central a través de todo el montículo.

Se coloca antes, sobre el suelo y radialmente, una tejedura de pequeñas trozas cruzadas, para formar un círculo de alrededor de 4 metros de diámetro. Luego se empaca densamente la madera, que debe ser carbonizada sobre esta plataforma, cuya finalidad es que el fuego y los gases calientes circulen correctamente. Las piezas más largas de leña (de hasta 2 metros de largo) se colocan verticalmente hacia la periferia, con el fin de desarrollar un perfil más o menos regular. Los espacios entre las trozas se rellenan con madera chica, para que la parva resulte lo más densa posible. La superficie de la pila se empaca con leña pequeña en lo necesario, para lograr un perfil lo más uniforme posible, y crear un buen soporte para su recubrimiento con -tierra. Una buena norma es la de dejar que la madera apilada se seque por un período más largo posible sobre la pila, primero paja, hojas, pasto grosero etc., y luego se recubre esta capa con tierra o arena. Es preferible un.suelo arenoso o franco que encoja poco por el secado, debiéndose evitar las arcillas muy plásticas, con una definida tendencia a rajarse y encogerse cuando se secan y calientan. carbón fino puede mezclarse con la -tierra. El espesor de la cobertura variará seguí la lisura de la pila de madera, pero es típicamente de 10 - 20 cm, El revestimiento deberá ser revisado para sellar todas las rajas y controlar que queden abiertas las bocas de aire en la base del cúmulo.

Foto 11. Parva de tierra durante su construcción. Observar las maderas de gran diámetro colocadas en la base de las pilas. Ghana. Foto Lejeune.

Si es necesario, se deja que la capa de tierra se seque durante alrededor de un día, pudiéndose luego comenzar el encendido. Se introduce en el agujero superior de la parva una palada de madera y carbón encendidos, que encienden la madera inflamable colocada en la parte superior de la parva, y cuando un humo denso y blanco sale de arriba, significa que el fuego ha tomado. En el curso de días, el humo se vuelve azulado y finalmente se vuelve prácticamente transparente. El tiempo requerido para completar la combustión depende del contenido de humedad de la leña y de la regularidad de la circulación del gas dentro de la parva. El operador debe darse cuenta de la presencia de puntos fríos o calientes sobre las paredes para abrir o cerrar las bocas de aire al pie. En ningún momento debe llegarse a ver calor rojo a través de ellas, y si apareciera, la boca debe ser cerrada. Las rajaduras que pueden formarse sobre el manto, deben ser rellenadas con tierra arenosa suave. Cuando se cree que la quema ha finalizado, deben cerrarse con cuidado la apertura de arriba y todas las entradas de aire en la base, con ladrillos o piedras con arcilla. Si la parva es pequeña, se enfriarán en alrededor de dos a tres días.

Una carbonera de tierra puede abrirse una vez que se ha enfriado. Deberán tenerse al alcance alrededor de 100 litros de agua para apagar fuegos eventuales. Ya que no Be espera, normalmente, una gran productividad de las carboneras de tierra, pueden normalmente dejárselas enfriar todo el tiempo necesario, antes de abrirlas.

Se separan los pedazos de carbón vegetal completamente quemados, de la carbonilla y de los tizones, y se colocan en canastos o bolsas para la venta, La tierra quemada de la parva se pone a un costado y se vuelve a usar, una vez que se ha estacionado, para revestir otras parvas.

Los rendimientos en carbón vegetal varían con la habilidad en el quemado, el grado de sequedad de la leña y la impermeabilización de la parva al aire. Una buena práctica refleja rendimientos de 1 ton de carbón vegetal a partir de 4 -ton de leña seca al aire, pero es más común el rendimiento de 1 ton por 6 de leña.

Este tipo de parvas ha sido modificado, colocando una chimenea central hecha con viejos tambores de petróleo soldados juntos. Las experiencias llevadas a cabo con este sistema modificado, han dado buenos resultados en Senegal. La chimenea mejora la circulación del gas, reduciendo la cantidad de tizones y acelera la carbonizaci6n. Menos tizones significa mejores rendimientos de carbón vegetal. En la figura 3 se muestra este tipo de carbonera de tierra modificado, denominado horno Casamance, y se describe en la sección siguiente.  

6.3 Horno Casamance

La base se forma con dos estratos de madera de tamaño, pequeño a medio (16). Para la primera capa, la madera se distribuye regularmente y en forma radial alrededor del punto central de la base y, para el segundo estrato, la madera se ordena tangencialmente, cruzando el primer estrato. La base juega un papel importante, puesto que asegura la corriente de aire dentro de la parva.

las capas compuestas por trozas grandes (40 cm de diámetro) se distribuyen desde el centro hasta cerca de 50 cm de la extremidad de la base. Los trozos medianos (20 - 40 cm) los circundan y dan resistencia a la parva, recubriendo casi todo el remanente de la base.

El último anillo se compone esencialmente de madera corta (20-40 cm de diámetro) dispuestas sobre la extremidad externa de la base. El diámetro de la base varía con el volumen de la parva.  

Para una parva de 30   m2 , se necesita una base de por lo

menos 3  m de radio.

" 90   m2, " 4  m "" 100 m2, " 5  m "

El domo se cubre con pastos y arbustos y luego con arena o suelo franco. La chimenea Be coloca a un costado de la Dila, como se ve en el dibujo, con la apertura en su base conectada con la base de la parva. El sitio para la parva será limpiado con rastrillo, y deberán arrancarse las raíces y las cepas.

Normas de carbonización

Apenas se ha iniciado el encendido, es necesario que los fogoneros (3) supervisen constantemente, hasta que termina la carbonizaci6n. La parva se enciende por el agujero central, introduciendo brazas de carbón vivo. Después que ha comenzado el fuego 15 a 20 minutos) debe cerrarse el agujero central. A cada 3 - 4 metros, alrededor de la base de la parva deberán abrirse bocas de ventilación, pero nunca se hace un agujero cerca de la chimenea, puesto que reduciría la corriente en el resto de la pila. Si no surge humo de la chimenea, deberá encenderse en ella un pequeño fuego para que comience a tirar.

A medida que la carbonización progresa, el montón se hunde poco a poco y pueden aparecer agujeros que deben ser inmediatamente bloqueados con pasto y arena. La chimenea deberá quitarse, si el costado donde está ubicada parece haberse completamente carbonizado.  

Las diferentes fases de la carbonizaci6n son:

- Calentamiento: desde la temperatura ambiente hasta 100°C. - Deshidratación: entre 100°C y 120°C. 

- Fase exotérmica que comienza a los 270°C, alcanzando 500° a 700°C cuando termina la carbonización. - Enfriamiento durante el cual se seca la chimenea y el cúmulo se sella herméticamente.

Después del enfriamiento se abre la parva con la ayuda de rastrillos, comenzando desde la base. Deberá cerrarse la apertura, después de sacar una parte del carbón vegetal, y debe seguirse este procedimiento hasta completar la operación.

Deberá cubrirse con arena el carbón fresco de la parva para evitar la ignición. De esta manera se evita la pérdida de calidad que sería provocada por el apagado con agua. En las bolsas se pondrá sólo carbón en bloques, descartándose los tizones y la carbonilla fina. Las bolsas se cierran con cordel, al que se le habrá atado una etiqueta para fines de control indicandoel peso y el número de la carbonera.

Los tizones deberán ser quemados en la hornada siguiente. La carbonizaci6n está completándose cuando el humo comienza a disminuir y hacerse azul. A partir de este momento es el carbón mismo que se está quemando, de donde la necesidad de retirar la chimenea y cerrar herméticamente la parva. Durante la fase de la descomposición exotérmica se recogen los subproductos condensaclos en la base de la chimenea. El condensado es una mezcla de alquitrán de madera y ácido piroleñoso (ver sección 4). La carbonera Casamance se basa sobre la contracorriente, o sea, el aire entra por las bocas al pie del horno y el gas caliente, en vez de escapar desde arriba, circula hacia abajo y a través de la chimenea que está conectada con la base del montón. Durante la etapa de enfriamiento, los foguistas del carbón deberían empezar a construir la parva siguiente, iniciándose con la construcción de la base.  

6.4 Recolección del alquitrán en el horno Casamance

La recolección del condensado de la base de la chimenea del horno Casamance, enfrenta algunos problemas que no pueden ser pasados por alto. El volumen teórico que puede condensarse es considerable y consiste principalmente en agua sin valor. De 100 estéreos de madera (un horno Casamance grande) pueden producirse alrededor de 21 ton métricas de condensado, que implicaría alrededor de un centenar de tambores de gasóleo para contenerlo. El condensado es en su mayor parte agua sin uso, que es corrosiva y contamina el medio ambiente debido a su contenido de ácido acético y ácidos relacionados. Pueden cosecharse alrededor de dos toneladas métricas de alquitrán, que llenarían alrededor de 10 tambores, suponiendo que nada de él se quema en su camino hacia la chimenea. Es esencial, en la práctica, de permitir que toda el agua y las substancias ácidas pasen por la chimenea, como vapor, y escapen en el aire en la forma normal. La dilución en la atmósfera reduce sus efectos contaminantes e irritantes, lo que se obtiene manteniendo caliente la chimenea y evitándo los vientos fríos. Se pierde parte del alquitrán, pero es inevitable en un método tan sencillo; de otro modo, el hoyo recolector desbordaría de condensado y el área se contaminaría seriamente. En los lugares donde las condiciones de funcionamiento atmosféricas frías dan origen a una excesiva condensación de agua, debe aislarse la parte inferior de la chimenea,  o se debe construir una chimenea de ladrillos. Si se mantiene caliente la chimenea, p. ej. a 100°C se asegura una succión continua, por lo que los gases circulan correctamente en el horno y la carbonizaci6n será buena, y el alquitrán aún así se condensará. Véase el ea, pítulo 12 para mayor Información sobre la recolección y elaboración del condensado de la carbonizaci6n de la madera.

Foto 12. Descarga en bolsas del carbón vegetalde una carbonera de tierra. Observar el rastrillo usado para separar el carbón mezclado en la capa de 

tierra durante las primeras etapas de la descarga. Ghana. Foto Lejeune.

6.5 Costo del carbón vegetal producido en parvas de tierra Casamance (de acuerdo con la experiencia en Senegal)

Los siguientes datos son para una parva de 100 m3 de tamaño.

Costos y precios en francos CFA (en 1978, 1 $US : 310 aproxim. F. CFA) 1 estéreo de leña rinde 120 kg de carbón vegetal. Mano de obra: 3 fogoneros por parva.

Costo de producción para 12.000 kg de carbón vegetal

  % del total100 estéreos de leña a F. CFA por estéreo 55.000 28,0Mano de obra, incluyendo embolsado 77.040 39,2Carga de camiones en el sitio del horno a 250 F.CFA/ton 3.000 1,5Transporte al depósito principal 10.449 5,3Descarga en el depósito principal 2.200 1,1Bolsas 15.000 7,6Impuestos a F. CFA 1,5/kg 18.000 9,2  180.689 91,9más gastos imprevistos: 10% de costos sin impuestos 16.000 8,1Costo del carbón vegetal en el depósito  196.689 100,0 %

= 16,40 F. CFA/kg.

Transporte a los principales mercados:

a) a Ziguinchor (1,81 F. CFA/kg)  18,21 F/kgb) a Dakar (8,00 F. CFA/kg)  24,40 F/kg

Ganancias y pérdidas en las ventas en:a) Ziguinchor : precio de mercado F. CFA 20/kg  Beneficio:  + 1,79 F/kgb) Dakar: precio de mercado F. CFA 22,5/kg  Pérdida: - 1,90 F/kg

 

6.6 Parva sueca tierra con chimenea

la industria del carbón vegetal para siderurgia en Suecia (2, 23) llevó el diseño y el funcionamiento de grandes hornos del tipo de parvas a un gran nivel de perfección Las principales mejoras fueron el uzo de una chimenea externa conectada con un conducto construido debajo de la pila y la adopción de una base circular para la parva en el terreno, que redujo la pérdida de calor durante la carbonización y mejoró la circulación del gas.

Si bien estos hornos produjeron incialmente muy grandes cantidades de carbón vegetal para la industria de la fundición del hierro, han sido superados en la elaboración de carbón para la industria siderúrgica, por los sistemas de hornos de ladrillo empleados en Brasil, Argentina y el sudeste asiático.

El horno se construye de la siguiente manera:

El fondo de la base se cubre con trozas formando una tejedura o cama sobre la cual se apila verticalmente la madera. El enrejado crea un espacio libre entre la base y la carga de madera a través del cual pasa el aire necesario para la carbonizaci6n. La madera amontonada se cubre con hojas y pasto y luego tierra con un espesor de aproximadamente 20 cm.

La parva tiene una chimenea externa hecha con tambores de acero, que se comunica con el montón, por un conducto excavado en la tierra, que corre debajo de la parva y está recubierto con trozas redondas. La parva tiene una cierta cantidad de bocas de aire colocadas alrededor de la base circular.

El proceso de carbonización se inicia introduciendo una torcha en el conducto de encendido, opuesto a la chimenea. Se dice que es fácil hacer funcionar este tipo de carbonera y que, produce carbón vegetal de buena calidad, con un rendimiento en volumen del 55% de carbón con respecto a la madera. El volumen de la parva varía de 100 a 250 m3 de madera. El cielo total toma 24 días; cuatro días para la carga, seis días para la carbonización, diez días para el enfriamiento y cuatro días para la descarga. Debido a la elevada temperatura de carbonizaci6n, de alrededor de 550 C, y la lentitud del proceso, el carbón vegetal producido en los hornos suecos de tierra, tienen una elevada proporción de carbono fijo, poca materia volátil y por consecuencia una baja densidad masal, de 130 a 160 kg/m3, para carbón vegetal hecho con árboles resinosos. Por su bajo contenido volátil tiene una muy baja tendencia a la autoignición. Sin embargo, el uzo de hornos de tierra para operaciones comerciales en gran escala, en la producción de carbón vegetal metalúrgico, ya no se la considera factible por los siguientes motivos: el horno tiene que ser completamente reconstruido al final de cada ciclo; el ciclo de producción de 24 días es demasiado largo; el funcionamiento de la carbonera, si bien fundamentalmente sencillo, requiere considerable capacidad, experiencia y aún un cierto grado de arte. Cuando se desea simplicidad de construcción y funcionamiento, flexibilidad y mobilidadi los sencillos hornos colmenas alveolares de ladrillo ofrecen buenos rendimientos con simplicidad funcional y rapidez de operación.   

HORNOS DE LADRILLOS

Los hornos de ladrillos, construídos y operados correctamente, representan sin duda uno de los métodos más efectivos para la producción de carbón vegetal. En el curso de varias décadas de uso, estos hornos han demostrado ser una Inversión de capital moderada, requerir poca mano de obra y poder dar rendimientos sorprendentemente buenos de carbón vegetal de calidad apta para todos sus usos industriales y domésticos.

Hay muchos diseños para los hornos de ladrillos usados en todo el mundo, y la mayoría están en condiciones de dar buenos resultados.

Para tener éxito, el horno de ladrillo debe satisfacer una cantidad de requisitos importantes. Tiene que ser sencillo en su construcción, que las tensiones térmicas al calentarse y enfriarse, relativamente no lo afecten, y que sea suficientemente robusto para aguantar las tensiones mecánicas de la carga y descarga. Por un período de seis a diez años no se perjudican a causa de las lluvias o del clima.

Se debe poder, en cualquier momento, controlar la entrada del aire en el horno, y durante la fase del enfriamiento, sellar el horno rápida y herméticamente para impedir el ingreso del aire. El horno debe permitir - por ser relativamente liviana - un enfriamiento fácil y, asegurar un buen ' aislamiento térmico a la madera sometida a la carbonización, puesto que, de lo contrario, se producirían puntos fríos por el golpe del viento sobre las paredes del horno, que impide la combustión correcta del carbón y que puede llevar a una producción excesiva de trozos de madera parcialmente carbonizada ("tizones") y bajos rendimientos. La capacidad del horno de ladrillo de conservar el calor de carbonización, es una razón importante por su gran eficiencia en la conversión de madera en carbón vegetal.

Foto 13. Hornos Missouri hechos de cemento armado. Observar las puertas de acero y la pila de carbón en depósito. Missouri, E.U. de N.A. Foto A. Baker

Los diseños de los hornos tradicionales hechos con ladrillos, han sido mejorados en el curso de muchos centenares de años, pero hay otros tipos de carboneras de ladrillo en funcionamiento que, en los recientes anos, han sido sometidos a una sistemática invest igación para su perfeccionamiento. Estos son, el horno colmena brasileño, el horno argentino media naranga, el horno Schwartz de los europeos y el horno Missouri de los norteamericanos. El primero, el segundo y el cuarto queman parte de la madera cargada, dentro del horno, para carbonizar el sobrante. El horno Schawartz usa la corriente de gas caliente de un fogón externo, pasado a -través del horno, para generar el calor para el secado y para calentar la madera a fin de que inicie su carbonizaci6n. El horno Schwartz requiere considerable cantidad de acero para la grilla, puertas y soportes. Puesto que su rendimiento (cuando la leña es escasa) no es en la práctica superior al de otros, no puede ser recomendado para uso general en el mundo en desarrollo. El cuarto tipo de horno, bien probado en la práctica, es el horno Missouri desarrollado y aún en uso en E.U. de N.A. Está hecho comunmente de cemento armado o bloques perforados de cemento y tiene chimeneas y puertas de acero. Sus rendimientos son parecidos a los de las carboneras de Argentina y Brasil. Se completa con grades puertas de acero, que permiten el uso de equipos mecánicos para carga y descarga. Tiene dos desventajas para su empleo en el mundo en desarrollo: requiere una cantidad de acero y cemento en su construcción, siendo ambos materiales costosos y frecuentemente de importación, y no es tan fácil de enfriar como los otros hornos. Se adapta más, por lo tanto, a ser usado en climas templados más fríos donde los materiales y la capacidad para la construcción en acero y en cemento armado son accesibles, y la temperatura del ambiente permite un enfriado fácil. Es interesante donde se dispone fácilmente de mano de obra de motocargadores frontales, etc.

Las ventajas de los hornos argentinos y brasileños son:

Pueden ser construidos en tamaños medianos a grandes.

Se construyen totalmente con ladrillos hechos localmente con arcilla/arena de cocción liviana y argamasa de barro. No requieren acero, excepto pocas barras de acero plano sobre las puertas y como refuerzo en la base del domo, para el caso del horno del Brasil.

Son robustos y no son dañados fácilmente. No pueden ser fácilmente dañados por exceso de temperatura; pueden quedar expuestos sin protección al sol y a la lluvia, sin corrosión o efectos negativos, y tener una vida útil de 5 a 8 años.

Los ladrillos asentados sobre barro pueden ser reciclados y usados de nuevo cuando se reubican los hornos. El control de la quema es relativamente sencillo, especialmente en el caso del horno argentino. Los hornos pueden ser enfriados fácilmente mando arcilla viscosa y se sellan herméticamente con facilidad

durante el enfriamiento. Un progreso reciente para el enfriamiento rápido es el uso de la Inyección de agua. Ambos sistemas que funcionan en grupo (baterías) de hornos, han sido bien investigados y normalizados, de

manera que se ha llevado al máximo la eficacia de la mano de obra y del uso de la materia prima. El carbón vegetal producido se adapta a todos los usos, inclusive para el hogar, metalúrgico y para la

producción de carbón activado.

El mayor inconveniente de estos dos tipos de hornos es que no se adaptan a la recuperación o quema reciclada de ningún subproducto, alquitrán o gases, con lo que aumenta la contaminación del aire y reduce levemente la posible eficiencia termal. Sin embargo, y justamente, debe agregarse que no hay hornos de ladrillo probados industrialmente capaces de la simple recuperación de alquitrán sin recurrir a componentes de acero, lo que aumenta notablemente el costo y la complejidad de la carbonera.

Foto 14 .Construcción de un horno de ladrillo media naranja. Nótese la vara de madera radial, la manera como se asientan los ladrillos en parte de la pared 

para reforzar el domo del horno. Foto J. Bim.

7.1 El horno media-naranja argentino

7.1.1 Preparación del sitioPara una batería de 12-14 hornos se requiere un espacio limpio de 4.000-5,000 m2. La madera obtenida de esta limpieza, exceptuando lar. trozas que se pueden usar en aserrado o para postes, se emplea como leña. El sitio sobre el cual se construirá el horno debe ser levemente compactado y luego rellenado para llevarlo al nivel general del sitio, para hacer que el agua drene fácilmente lejos del horno.  

7.1.2 Diseño y construcciónEn la figura 5 se muestra el diseño de este horno, que se construye totalmente con ladrillos. Se usan como argamasa, el polvo de carbón (carbonilla) vegetal y barro, por lo general sin soportes de hierro o acero en ningún lugar. La forma es semiesférica, de un diámetro de alrededor de 6 m (varía de 5 a 7 m). El semana de los ladrillos es de 0,24 m x 0912 m x 0,06 m, siendo necesario, para construir un horno, una cantidad total de 5,500 a 6,000 ladrillos, teniendo en cuenta las roturas durante la construcción.

El horno tiene dos puertas, diametralmente opuestas una de la otra. La línea de las puertas debe ser perpendicular a la dirección de los vientos predominantes. La altura de cada puerta es de 160 - 170 cm, siendo el ancho en la base de 1,10 m y de 0,70 m en la parte superior. Se usa una puerta para cargar el horno con leña, mientras que la otra se usa para descarga del carbón vegetal. Las puertas del horno se cierran con ladrillos, que se levantan después de completar la carga y ambas se abren cuando ha terminado la carbonización. Se trata de una operación sencilla, que se repite cada vez que se carga la la carbonera, que consiste simplemente en colocar un ladrillo sobre otro y recubrir luego con barro.

Foto 15. Una carbonera media naranja apenas terminada.Observar el refuerzo del arco de la puerta para evitar daños al hornodurante la carga y la descarga. Observar como se entrecruzan los ladrillos en un espesor doble alredeor de la 

puerta, comparado con la pared de un solo espesor como se observa en la esquina supeior derecha. Argentina. Foto J. Bim.

Se usan alrededor de 100 ladrillos por puerta y pueden volverse a usar hasta que Be rom- n por el manipuleo. La parte superior del horno tiene un agujero (llamado "chimenea") pe alrededor de 0,22 a 0,25 m de diámetro. Alrededor de la base, en el nivel del suelo, hay diez agujeros regularmente distribuidos (0,06 m de altura x 0,12 m de ancho). Estos agujeros son las bocas de aire y la chimenea permite la salida del humo. El cimiento del horno consiste en una doble fila de ladrillos, alto tres estratos asentados con argamasa de barro.

 Figura 5: El horno es semiesférico, con dos puertas opuestas para facilitar la carga y descarga y para ventilar. 

El caparazón es mayormente de un solo estrato de ladrillos con una doble fila alrededor de cada puerta. Son com,unes a cada costado de las puertas columnas adicionales de ladrillos. Se requieren alrededor 

de 6,000 ladrillos comunes hechos a mano, asentados con argamasa de barro, mezclado con polvo de carbón.

Foto 16: Cerrando la cúpula de un horno media naranja en construcción. Obsérvese la vara radial y la orientación de los ladrillos en el domo. Argentina. Foto J.Bim.

Foto 17:Horno media naranja parcialmente completado y tanque de depósito de agua completado. Observar el entrelace de ladrillos en la parte de la pared de doble espesor 

y la forma como se asientan los ladrillos en las partes donde el espesor es simple. Argentina. Foto J.Bim.

7.1.3 LeñaLa leña que se utilizará se corta en largos de alrededor de 1,00 - 1,30 m con un diámetro mínimo de 0,05 m y un diámetro igual al ancho de la puerta. La leña que viene transportada del monte (por acoplados o animales) debe ser depositada lo más cerca posible de la puerta de carga. Se recomienda un tiempo de secado al aire no inferior a 4 - 5 semanas, lo que depende de las condiciones locales del clima. Pueden emplearse medios mecánicos o manuales para descortezar la madera. Mucha de la corteza cae por sí sola durante el período del secado. La carbonera puede ser cargada con aproximadamente 30 ton de madera secada al aire, o con un contenido de humedad del 25%, con una gravedad específica de alrededor de 850 kg/m3.  

7.1.4 CargaLo más conveniente es cargar por la puerta cerca de la pila de leña. Esta operación requiere dos hombres, y el tiempo que emplean para completarla no debería ser mayor de seis horas. Los tirantes sobre los que se apoyará la madera deben ser preparados con madera corta, de un diámetro no superior a 0,08 - 0,10 m. La razón es de evitar el contacto directo de la leña con el suelo. Las trozas de mayor diámetro deben colocarse en el centro donde se alcanzan mayores temperaturas prolongadas. La leña se apila en el horno en posición vertical hasta la altura de 1,20 m (largo de la madera). Sobre las trozas verticales se colocan trozas en posición horizontal, completando a llenar la capacidad del horno, como se ve en la figura 5 y en la foto18 en un horno (bocas de aire) no se-obturen. Arriba de la carga y debajo de la chimenea se colocan maderas secas y pequeñas para facilitar el encendido de la carbonera. Una vez completada la carga, ambas puertas deben ser selladas, empleando ladrillos cubiertos de barro.

Foto 18: Carga típica de un horno media naranja. Argentina

7.1.5 FuncionamientoTodas las entradas de aire y chimenea de la carbonera deben estar abiertos. Se hacen caer a través de la chimenea algunos pedazos de carbón encendido, con hojas secas y ramitas, para asegurar que la leña prenda bien. Al cabo de algunos minutos, una columna blanca, densa, visible de humo comienza a salir por la chimenea. Esta fase representa el principio de la destilación y en esta etapa la madera pierde su contenido de agua. El humo blanco continúa durante algunos días (dependiendo del contenido de agua) y luego comienza a volverse azul, indicador de que ha entrado en proceso la efectiva carbonización. Este proceso se controla abriendo y cerrando las bocas de aire en la base del horno. Por la chimenea no deben aparecer llamas. cuando el proceso de carbonización termina, el humo se pone casi tan transparente como el aire caliente. En este momento las bocas de la base deben ser cerradas con barro, o cubiertas con tierra y arena. Esta etapa se denomina el "purgado". Después de esta etapa se cierra el agujero superior de la chimenea, y comienza la etapa del enfriamiento. Se acelera el enfriamiento tirando barro (diluido con agua) sobre el horno. Con ello, ademán de enfriar, se ayuda a tapar todo agujero o rajadura sobre la pared, impidiendo así cualquier entrada de aire. El barro diluído y el agua deben aplicarse alrededor de tres veces diarias.

Antes de descargar el carbón, cuando el horno está suficientemente frío, debe tenerse suficiente agua a disposición para evitar el reencendido al abrir la puerta del horno. Es suficiente un tambor de 200 litros para cada horno. Dos o tres hombres descargan el horno. El carbón se saca convenientemente del horno con una especie de horcón conocido como horquilla para piedra, que tiene 12-14 dientes distanciados 0,02 m, que hace que el bulto de la carbonilla fina (inferior a 20 mm) caiga y se quede en el horno. El carbón vegetal se coloca sobre un cuadrado de arpillera de 1,20 m que dos hombres sacan del horno.  

Los tiempos para el proceso típico son los siguientes:

Carga 6 horas

Quemado 6-7 días

Purga 1-2 días

Enfriado 3-4 días

Descarga 3-4 días

Deberían ser suficientes 13-14 días para completar el ciclo para producir 9-10 ton de carbón vegetal en una carbonera de 7 m de diámetro.

Empleando un horno de 6 m de diámetro el rendimiento aproximado por cada quema es de 7,5 ton, 0 15 ton/mes. El promedio anual obtenido por el mayor productor de carbón vegetal en Argentina, Salta Forestal, S.A., durante 1978 fue de 3,75 ton de leña por tonelada de carbón. Siempre se pesan tanto la leña como el carbón. Rendimientos inferiores pueden resultar con madera de menor densidad o con mayor contenido de humedad.

Durante las primeras 3 ó 4 quemas, cuando los ladrillos y el piso de tierra se están secando, al horno se lo considera "'verde" o "inmaduro" y los rendimientos son algo menores. La vida útil es de por lo menos 5 años, y no requiere mantenimiento especial. Cuando aparecen pequeñas rajaduras sobre las paredes, se usan pedazos pequeños de ladrillo con barro para cerrarlas.

La cantidad normal de hornos, para una batería, es de 10-14, lo que depende del tipo de monte, del área considerada y de las distancias de transporte. Se necesita también disponer de agua. Puede hacerse con ladrillos y cemento un tanque para una capacidad de alrededor de 3.000 litros. Tres hombres mantienen en función una batería: un fogonero y dos ayudantes.  

7.1.6 LadrillosSin importantes los ladrillos usados para los hornos. Un ladrillo ideal es bastante poroso, con buena resistencia al impacto térmico y buen aislante. Las paredes del horno deben aislar la madera que se carboniza, contra la pérdida excesiva de calor, especialmente la que causa el viento, y sin embargo, durante la etapa del enfriamiento, debe conducir el calor para permitir que el enfriamiento tenga lugar rápidamente.

Por razones de economía, y cuando la estrategia de producción de carbón lo indica, los ladrillos deberían hacerse y quemarse cerca del lugar donde se construirá el horno. Se prepara una arcilla arenosa con un contenido de aproximadamente 65% de arcilla. Para aumentar la porosidad de los ladrillos, puede agregarse a la mezcla de arcilla cruda alrededor del 20% de aserrín. Los ladrillos secos se autoqueman en grandes pilas, usando leña como combustible.

Los ladrillos densos, hechos a máquina, de gran resistencia, como los que se usan en las construcciones urbanas, no son aptos, siendo más susceptibles a quebrarse por el calor. Cuestan además mucho más, entregados sobre el lugar, de los que se fabrican y queman localmente.

Es importante disponer de barro (arcilla). Un buen tipo de barro tiene un contenido bastante elevado de arena y de materia orgánica y no se encoge o pela al secado. Tampoco debe secarse muy duro, puesto que periódicamente la arcilla tiene que ser raspada del horno, ya que se acumula en espesores después de varios ciclos de enfriamiento. Esta arcilla puede ser usada de nuevo.

La fotografía 19 muestra un típico lugar de fabricación de ladrillos. Los ladrillos se hacen con arcilla arenosa escavada de un banco aluvial en un arroyo vecino. Se corta la mezcla compacta húmeda con una zapa para formar cada ladrillo y exponerlo, como se muestra, para el secado. Los ladrillos secos se enciman en grandes pilas de 20.000 a 30.000 unidades. La pila se arma formando conductos internos, que desembocan en la parte superior de la pila y se inician en las aperturas para el encendido, a lo largo de la base en los cuatro costados. Una vez completada la pila, se encienden los fuegos de leña en las aperturas correspondientes y se alimentan continuamente durante 10-12 días o más, para aumentar la temperatura de la pila hasta alrededor de 900°C. Se deja luego que la pila se enfríe y se desmantela. Los ladrillos bien quemados se separan de los que no lo son tanto y que forman las partes externas de la pila. Los ladrillos incompletamente quemados pueden volverse a quemar en la pila sucesiva o usados en construcciones de poca calidad.

Foto 19 : Típico sitio de fabricación de ladrillos comunes. Salta, Argentina. Foto H. Booth. 

   

Foto 20. Fabricación de ladrillos por métodos manuales y quemados en pilas con conductos que usan madera como combustible. 

Foto H. Booth.

7.2 El horno colmena brasileño7.2.1 Diseño

La industria del carbón vegetal en Brasil, fundamental para la industria siderúrgica por carbón vegetal en ese país, es para dicho producto, en la actualidad, una de las industrias de mayor éxito en el mundo entero, basado sobre la tecnología de carboneras en ladrillo. Todo país que desee ampliar su producción de carbón vegetal sobre criterios válidos, podrá beneficiarse mucho con la experiencia del Brasil. La descripción que sigue se ajusta mucho al informe de H. Meyers sobre la industria de carbón vegetal siderúrgico (23).

Los hornos que funcionan ampliamente y con éxito en el Brasil, y especialmente en el Estado de Minas Gerais, son del tipo fijo, de calcinación interna y producción en tandas. Las importantes empresas siderúrgicas tienen en funcionamiento varios millares de estos hornos, que son circulares, con techo en cúpula o domo, y construídos con ladrillos comunes. La pared circular está totalmente en contacto con el aire externo. Este tipo de horno se identifica por el nombre de "Horno colmena en ladrillo% Véase la figura 6.

El horno colmena brasileño tiene las siguientes ventajas:

Los gases pasan a través de la carga de madera. El calor contenido en los gases es usado parcialmente en el proceso del secado de la madera y de la carbonización.

Rendimientos buenos, de hasta 62% en volumen, 0 sea, 1,6 est. de madera/m3 de carbón vegetal, cuando ha funcionado correctamente.

Bajo costo, apreximadamente $US 700 (en 1978) incluso vías de acceso camionables. Fácil construcción. Dos hombres pueden construir un horno en 8 días. Materiales sencillos. 8-500 ladrillos quemados de arcilla con sólo una banda de acero para el domo. Sin

basamento de concreto. Larga vida útil. Hasta 6 años en el mismo sitio. Puede ser desmantelado sin importantes pérdidas de ladrillos

y vuelto a armar en otro sitio. Tiempo de carbonizaci6n. de 9 días con una producción de 5 ton/ciclo. Carbonización uniforme. Enfriamiento uniforme, ya que las paredes están completamente en contacto con el aire externo. Programa de funcionamiento corto; alrededor de nueve días. Esta duración podría ser abreviada por

enfriamiento forzado con la pulverización fina de agua. Control uniforme de la combustión interna, por medio de 18 bocas de aire para la entrada de aire necesario

de combustión. Manutención fácil y barata, pocas reparaciones, sin rajaduras de paredes, ni electricidad, muy poca agua,

aproximadamente 100 litros por horno y por tanda.

 

Foto 21. Batería de hornos de ladrillos en varias fases del ciclo de carbonización. Minas Gerais, Brasil. Foto J. Bim.

7.2.2 ConstrucciónUna batería de 7, requiere un sitio de las siguientes dimensiones:  

Largo 70 m

Ancho 25 m

Esta superficie es necesaria para los 7 hornos, para almacenar y para curar el car- vegetal durante dos días, caminos de acceso para los camiones que traen la madera, espacio de almacenamiento de una cierta cantidad de madera, caminos de acceso para los camiones que retiran el carbón, y una superficie para el giro de camiones. Para preparar el terreno para los hornos, y para la plataforma de carea del carbón vegetal, será siempre necesario hacer algún movimiento de tierra con caterpilar. El terreno deberán tener una leve pendiente para permitir el drenaje del agua de lluvia. Con frecuencia se agrupan sobre una misma fila dos o más baterías de hornos. Así es cuando los bosques vecinos son extensos y se dispone de grandes cantidades de leña a poca distancia. Cada batería deberá consistir de 7 hornos, y la superficie total será un múltiple de la superficie citada para una batería. La construcción de una gran cantidad de baterías permite centralizar bien y supervisar las operaciones, obteniéndose carbón vegetal de buena calidad y rendimientos.

La cantidad total de hornos, en un centro, deberá limitarse a 35 ó 42 debido a los humos de sus chimeneas que, si bien no dañinos para la salud, irritan los ojos y los pulmones. Los centros de fabricación de carbón vegetal deberían por lo tanto ubicarse a una distancia de por lo menos dos km de los pueblos. Deberá también tomarse en cuenta la dirección del viento predominante.

Cuando se va a instalar una batería, se marca antes sobre el terreno la línea central. Los centros de los hornos se distancian de 8 metros. El centro de cada horno está señalado con un caño de dos metros clavado verticalmente en el suelo. Se trava la circunferencia interna del horno a los 5 metros y la circunferencia externa a los 5,40 m. de diámetro.

Se marcan las dos puertas de un metro de ancho, los basamentos para los pilones de las puertas, las seis chimeneas y los basamentos del horno, y se excava la zanja para la base. Los basamentos para el horno deben comprender cuatro estratos de ladrillos, debajo de la superficie del suelo, y un estrato de ladrillos, arriba del suelo. Cada estrato debe ser asentado con cuidado y a nivel.

 Fig. 7 Corte transversal de un horno colmena mostrando los métodos de construcción

Una vara de 2,50 m se fija horizontalmente en el tubo central, para funcionar de guía en la construcción de las paredes. Al levantar las paredes, se dejan las aperturas para las puertas pero se construyen sus pilares. La argamasa está hecha de diez partes de arcilla y una parte de carbonilla fina, previamente tamizada. Cuando se deposita la primera vuelta de ladrillos, deben dejarse las aperturas necesarias para las bocas de aire, tres entre cada par de chimeneas, un -total de 18 simétricamente distribuidas. El tamaño de las bocas de aire es: ancha 0,10 m, altura 0,08 m. Las chimeneas se construyen simultaneamente a las paredes, y las dimensiones internas de los conductos son: 0,12 m x 0,10 m. Al construir las paredes del horno debe cuidarse que las diferentes vueltas o estratos de ladrillos estén nivelados, pudiéndose usar una gula de madera. Después de asentar cinco cursos de ladrillos, deben dejarse dos aperturas verticalmente arriba de dos bocas de aire ubicados cerca de las chimeneas. Después de una segunda capa de cinco cursos, se deja una apertura central de emergencia. Al cabo de las siguientes cinco capas, se ubicarán dos aperturas de emergencia, verticalmente arriba de las primeras. Las aperturas de emergencia son de 0,07 m x 0,07 m. Para cada par de chimeneas debería ' haber cinco bocas de emergencia. Cuando la pared ha alcanzado 1,60 m de altura, deben colocarse los linteles de hierro ángulo sobre los pilones de las puertas y se continúa la construcción de las paredes de alrededor. Quedarán listas de esta manera las dos aperturas para las puertas de 1.00 m de ancho x 1,60 m de alto. Después de cargar el horno con leña y cerrar las puertas con ladrillos, el fogonero deberá dejar una boca de aire en la pared de la puerta, a la misma altura de las otras.

La altura total de la pared vertical será de 1,80 m y la última fila de ladrillos deberá ser bien nivelada. Sobre esta fila va otro curso de ladrillos con argamasa, y contra este último curso se adosarán cuatro segmentos de una banda de acero, sujetados con tornillos no apretados.

La primera fila de ladrillos para el domo, deberá ser ajustada cortando el borde de la última fila de ladrillos de la pared. Se quita el caño central y se reemplaza con un jalón o estaca corta, enterrada y nivelada, a la misma altura de la última fila de ladrillos del basamento. Se conecta a esta estaca la vara de compás gula de un largo aprox. de 3,10 m, para la construcción del domo, que será construido con el espesor de medio ladrillo, usando el mínimo de argamasa Se asegura la robustez del domo por la pre- de un ladrillo contra el otro.

Deberán dejarse aperturas de emergencia de 0,07 m x 0,07 m en el quinto curso de ladrillos, otras diez en el décimo curso y seis en el quinceavo. La apertura para el encendido, en forma triangular de 0,10 m x 0,10 m, se mantendrá en la parte superior del domo. Al completarse el domo, se aprieta la banda de acero, las paredes serán recubiertas con una argamasa fina arcillosa y el domo será regado con arcilla diluída, para cerrar rajaduras y foros.

 Fig. 8 Horno colmena de ladrillo para colinas

Diámetro del horno 4,0 m

Volumen nominal del horno 24,8 m3

Volumen efectivo del horno 21,6  m3

No. de bocas de aire 1

No. de chimeneas 3

No. de bocas de salida 4

No. de bocas de salida de emergencia 4

Cantidad de ladrillos 2.000

7.3 Horno colmena para colina

En la figura 8 se hace ver una variación del horno de ladrillo colmena. Se trata de un horno redondo de 4 m de diámetro, construído sobre una pendiente o colina que forma sus paredes laterales y trasera. A ella se hará referencia con el nombre de carbonera tipo colina. Requiere una cantidad considerablemente menor de ladrillos. Muchos millares de estos hornos funcionan en Minas Gerais y otros estados del Brasil, siendo muy populares entre los pequeños productores independientes de carbón vegetal. Su funcionamiento es algo más fácil que el de los hornos de ladrillo colmena, ya que tienen para el control, solo una boca de aire, comparada con las 18 del anterior. La composición química y física y los rendimientos del carbón vegetal producido en las carboneras tipo colina son muy parecidos a los del horno de ladrillo colmena. No se mencionan diferencias significativas entre las calidades de los dos tipos de carbón vegetal.  

7.3.1 La construcción de la carbonera para colinaEn el lugar para el horno, se limpiará una superficie circular de seis metros y se marcará un círculo de cuatro metros de diámetro. Se excava la cámara del horno de l,14 m de alto y el piso se nivela bien. Se marcan (Fig. 8) la posición de la puerta de 0,60 m de ancho y tres o cuatro chimeneas (de una sección de 0,35 m x 0,35 m) a cierta distancia una de otra.

Las aperturas para la puerta y las tres chimeneas deben ser excavadas en el banco hasta una altura de 1,40 m y las chimeneas levantadas hasta una altura de 1,50 m con ladrillos colocados en su borde.

Se plantará una estaca en el centro del piso, con un brazo de compás para levantar el domo arqueado correspondiente. El largo de la guía será igual a la altura exacta inte rior del domo, o sea, 2,45 m.

Si la altura del banco o de la ladera es insuficiente, para alcanzar la altura de la pared de 1,40 m, será necesario agregar algunas filas de medio ladrillos. La argamasa empleada es la misma de la que se usa para el domo. Deberá

construirse un de ladrillos sobre la apertura de la puerta. Alrededor de la base del domo deberá hacerse la incisión inclinada, necesaria para el asiento del domo.

El domo se construye del espesor de medio ladrillo, con poca argamasa, hecha de diez partes de suelo arcilloso y una parte de carbonilla fina tamizada. Deberán dejarse cuatro agujeros de emergencia de 0,07 m x 0,07 m simétricamente ubicados, en el décimo estrato de ladrillos, y se dejarán otros cuatro agujeros de 0,08 m x 0,08 m después de otros diez estratos. En la cabeza del domo se dejará una apertura para el encendido de 0,10 m x 0,10 m x 0,10 m.

El arco sobre la apertura de la puerta se construye con ladrillos apoyados sobre sur. costados y ligado a la estructura de ladrillos del domo. Cerca de la puerta de la carbonera se hace una apertura en el faldeo o ladera para facilitar el manipuleo de la leña. Después de haber cargado la carbonera con madera y se ha cerrado la puerta, deberá dejarse una boca para el ingreso del aire en el nivel de la bola. Alrededor del horno se excavan las trincheras necesarias para el drenaje del agua.  

7.3.2 Manutención de la carboneraDeberá rasparse periódicamente el exceso de arcilla que se ha formado con las sucesivas pinceladas de barro diluído, para mejorar el enfriamiento del carbón vegetal.

La extructura del horno puede dañarse con golpes; por ejemplo, por los camiones carros, trozas etc., y esto debe evitarse. Los pilares de la puerta deben protegerse con dos postes esquineros. Los ladrillos que se han caído de las paredes o que quedan flojos deben volverse a poner en su lugar y apretados.

Los agujeros de salida y de emergencia tienen que cerrarse con ladrillos en forma de cuna sin argamasa y pincelados en el exterior con arcilla líquida. Los conductos de las chimeneas tienen que ser cuidadosamente limpiados con una vara de madera larga y flexible.

Las chimeneas tienen que terminar por arriba de la banda de acero del domo, para reducir la erosión que pueden provocar los humos. De todos modos, al cabo de algunos años habrá corrosión de la banda. La banda de acero del domo deberá ser apretada regularmente y deberá reemplazarse cualquier parte corroida.

El piso del horno deberá mantenerse siempre nivelado. Cuando fuese necesario, se pondrá un poco de tierra arcillosa húmeda y se apisonará. Si el suelo de la plataforma del horno se raja, tendrá que taparse para evitar daños al basamento del horno, a causa, por ejemplo, de agua de infiltración. Los canales de drenaje del agua deberán mantenerse desobstruidos en todo momento.

Los animales sueltos deberán mantenerse fuera del centro de fabricación de carbón vegetal, por medio de cercos de alambre de púa u otros materiales.

Foto 22. Horno colmena para colina, construida sobre un costado de colina, ya sellada y pronta para el encendido. Brasil. Foto J. Bim.

7.4 El horno Missouri

El horno Missouri ha sido desarrollado en el curso de muchos años en las zonas forestales de latifoliadas caducas del Estado de Missouri en E.U. de N.A. El diario ha llegado más o menor. a una normalización alrededor de 1960, y Pitts Jarvis ha publicado las dimensiones y detalles de construcción recomendados en "The Wood Charcoal Industry in the State of Missouri" (English Series Bulletin No. 48, Engineering Experiment Station, Columbia, Missouri). El horno Missouri se adapta a un clima invernal fuerte, a elevados castos de mano de obra, carga y descarga mecánica, y emplea métodos de construcción y materiales que pueden ser costosos y difíciles de conseguir en el mundo en desarrollo.

El horno Missouri tiene que soportar condiciones ¡normales de fuertes heladas, que pueden ser muy destructivas para los hornos de ladrillos de liviana construcción. Dos de los mayores peligros son el hinchado de los suelos del basamento por helada y el congelamiento del agua en rajaduras en la mampostería. Para evitar el rápido deterioro del horno son esenciales un fuerte refuerzo del basamento, de las paredes y del techo y una extructura monolítica de cemento armado. Las bajas temperaturas del aire exigen también una extructura bien aislada para reducir las pérdidas de calor y una excesiva producción de tizones malquemados en la carga.

El horno Missouri está diseñado para permitir el fácil ingreso de equipo mecánico, como pequeños tractores, camiones, cargueros frontales que permiten llenar y vaciar el horno fácil y rápidamente, que viene a ser su característica más interesante, donde la mano de obra es cara.  

7.4.1 DiseñoLos hornos típicos Missouri varían en volumen desde aproximadamente 4 m3 hasta 350 m3. Parece ser que el volumen medio óptimo es de alrededor de 180 m3. Este tamaño permite tener un costo bastante bajo por m3 de volumen, sin que el horno sea tan grande que resulte difícil controlarlo. Este horno es alrededor de tres veces más grande de una media naranja o del horno tipo colmena (ver 7.1 y 7.2).

El horno tiene una planta rectangular (Fig. 9), de alrededor de 7 m de ancho y 11 m de largo. Las paredes son de alrededor de 2,50 m de alto para permitir la entrada del equipo mecánico. La máxima altura del techo abovedado es de alrededor de 4 m del suelo.Las paredes son de aproximadamente 250 m de espesor. La fotografía 13 muestra un grupo típico de hornos Missouri.

Las cantidades de materiales necesarias para construir un horno Missouri son ¡mpresionantes, cuyo costo debe ser cuidadosamente calculado por parte de los constructores potenciales. En el cuadro 5 se compara el material necesario para un horno Missouri de 180 m3 (50 cuerdas) de capacidad, con cuatro hornos del tipo brasileño, que totalizan una capacidad de 200 m3. La mayor desventaja del horno Missouri, para los países en desarrollo es su elevado contenido de cemento y acero, ambos productos comunmente importados y a menudo caros y difíciles de obtener. Puede ser escasa la habilidad de trabajar con estos materiales en un área típica productora de carbón vegetal. la ventaja que el horno puede ser fácilmente cargado y descargado mecánicamente, debe ser cuidadosamente sopesada caso por caso.

El costo del acero puede ser crítico en países en vía de desarrollo, por lo que es importante comparar la relativa eficiencia con el acero utilizado en diferentes tipos de hornos.

Un índice útil es el de calcular la producción de carbón vegetal por cada tipo de acero usado en la construcción de los diferentes modelos. Es evidente que las parvas de tierra y las fosas son las mejores carboneras, puesto que no emplean acero en absoluto y el índice es infinito. La comparación puede ser útil entre los hornos Missouri, la colmena brasileña y los hornos transportables de acero. Usando los valores, citados en este manual, para la producción de carbón vegetal obtenido durante la vida útil del horno, cuando se le emplea con eficiencia, los índices son los siguientes: colmena brasileña: 8.200 kg de carbón vegetal por kg de acero en la construcción horno Missouri: 550 kg de carbón por kg de acero de construcción y hornos transportables de acero: 330 kg de carbón por kg de acero de construcción. Por lo tanto el horno colmena usa el acero 15 veces en forma más eficiente del Missouri, y el Missouri usa el acero 1,5 veces más eficientemente que los hornos de acero transportables.

El horno Missouri es una extructura de ingeniería que debe ser construida con cuidado, de acuerdo con las especificaciones del diseno. Se producirá el colapso de la extructura si no se usa suficiente acero de refuerzo, o no ha sido correctamente ubicado. Si no se emplea pizarra aglomerada expandida y/o el horno se sobrecalienta, se produce el colapso del techo abovedado por el colapso de los refuerzos de acero del techo y de las paredes. El colapso de un horno tan costoso seria un desastre económico para la mayoría de los productores y, si no se dispone de mano de obra hábil en la construcción y los materiales especificados, no debería encargarse su construcción.

Cuadro 5: Material empleado en el horno Missouri y 4 hornos colmenas equivalentes  

Materiales Un horno Missouri de 180 m3

Cuatro hornos colmena Volumen total 200 m3

Cemento con aglomerado expandido de pizarra 46 m3 nada

Ladrillos comunes nada  34.000

Total ton de acero 4,4 ton m 0,58 ton

Refuerzos 1,56 0,58

Marco de las puertas 0,74  

Conductos de aire 0,34  

Puertas 1,11  

Diversos 0,20  

Tubos de cerámica 37 m de 150 m de diámetro nada

7.4.2 ConstrucciónLas paredes, el piso y el techo del horno se hacen de hormigón armado, con marcos de puertas de acero fundido en el lugar. Para mejorar la aislación termal y la resistencia a los golpes de calor, se recomienda el agregado de pizarra expandida liviana. Por lo general no se encuentra el aglomerado de pizarra expandido en la mayoría de las áreas donde se fabrica carbón vegetal en el mundo en vía de desarrollo. Las puertas dobles del horno son una componente crítica y costosa. Deben abrirse fácilmente, y aún así, deben poder ser cerradas herméticamente, para evitar filtraciones de aire duran-te la quema. Se recomiendan planchas de acero de 10 cm de espesor, para reducir deformaciones que impiden un cierre correcto. El cierre se hace atornillando las puertas al marco de acero de las puertas, embutido en la pared y entre una y otra donde se juntan, recomendándose tuercas de 18 mm (3/4 pulg.). Cada lámina de la puerta pesa más de un cuarto de tonelada por lo que deben estar bien colgadas sobre bisagras de servicio pesado para soportar el repetido abrir y cerrar.

El horno está equipado con ocho chimeneas;, hechas con tubos de drenaje de cerámica de 15 cm (6 pulgadas). Pueden usarse también canos de acero o de hierro moldeado. Cada chimenea es de alrededor de 4,5 m de alto y mantenida con abrazaderas afirmadas en las paredes del horno.

Los hornos normalmente se agrupan en baterías de seis o más, con lo que se tiene un uso económico del equipo y de la mano de obra. Algunas veces en los Estados Unidos, para reducir la contaminación, las baterías de hornos están conectadas con un conducto central y con un sistema de quema posterior que alimentan una chimenea común. Se desmantelan los conductores normales y las salidas de humo se conectan por medio de conductores horizontales de acero al quemador final. Este quemador que se alimenta con gasolio, es necesario para calentar las corrientes de gases que llegan y asegurar que se reduzcan totalmente a bióxido de carbono y agua, al mezclarse con la llama del quemador de gasoleo antes de descargarse a la atmósfera, por medio de un ventilador. Fr. obvio que este sistema puede solamente ser económico si el precio del carbón vegetal es elevado, cuya producción puede ser económica aún quemando algo de gasoleo.  

7.4.3 FuncionamientoEl rendimiento de conversión de los hornos del tipo Missouri es similar al de los hornos de ladrillos de tipo brasileño y argentino, cuando todos ellos funcionan bajo condiciones óptimas. Los elevados costos de construcción del horno Missouri se compensan con los ahorros de mano de obra producidos por el uso de equipos mecánicos de carga y descarga. teóricamente, puesto que un horno Missouri grande tiene el volumen de alrededor de 4 hornos del tipo brasileño, debería producirse un ahorro adicional, en costos de mano de obra, durante la quema. En la práctica, el horno Missouri no llega a rendir su total potencial, especialmente en los climas cálidos, debido a su enfriamiento lento. Existe una estación estrecha entre el área superficial del horno, el volumen, la temperatura ambiente y el ritmo de enfriamiento. Hornos y compartimentos muy grandes se enfrían lentamente y, si el costo de la construcción es elevado, están reflejando un uso ineficiente del capital, debido a la producción limitada por culpa de su lento enfriamiento.

La quema en el horno se controla en forma parecida a la de los hornos transportables de metal; el sistema de circulación del gas es bastante similar. Los rendimientos son normalmente mejores, debido a su mejor aislación termal y mayor relación entre el volumen y la superficie, lo que significa que se utiliza mejor el calor endotérmico de la carbonización y que el horno no está tan expuesto a los efectos de enfriamiento, a causa del viento y de la lluvia, de lo que sucede con el horno metálico no aislado.

Los hornos Minsouri están normalmente equipados con termocuplas, para leer la temperatura en diferentes puntos dentro del horno. Ello es importante para estos hornos tan grandes, ya que permiten localizar rápidamente puntos fríos y calientes de modo que el operador puede tomar medidas correctivas, cerrando o abriendo las bocas de aire al pie del

horno. Puede controlarse también el proceso del enfriamiento, abriendo el horno solamente cuando la temperatura del carbón es suficientemente baja. Así se evitan fuegos que, en estos hornos tan grandes, no son fáciles de controlar ni aún con manejos mecánicas.

Se necesita una cuadrilla de dos hombres para la carga y la descarga, equipados con un motocargador frontal y un camión. Es suficiente un operador por turno para controlar la combustión y, si se usan termocuplas, un hombre por turno para supervisar un cierto número de hornos.

El ciclo del horno es generalmente de alrededor de 25 a 30 días, lo que depende de los ritmos de enfriamiento. La capacidad de dos hornos de 180 m3 igual a aproximadamente el consumo de madera de una batería standard de siete hornos brasileños. Pero, dado que el ciclo de tiempos es diferente, la utilización de la mano de obra no es tan eficiente como podría ser, a menos que hubiera más hornos en la batería. La estilización del equipo mecánico no llega a su óptimo a menos que el número de hornos sea suficiente para tenerla trabajando en forma más o menos continua.

El ciclo de los tiempos, en un horno Missouri en un clima cálido, es de por lo menos un mes, compuesto en la manera siguiente:  

Carga 3 dias 2 hombres mas equipo

Quema 7 dias 2      "        en turnos de 12 hrs., ó 3 h en turnos de 8 hrs.

Enfriamiento 21 dias 1      "        supervisión a tiempo parcial 

Dascarga 2 dias 2      "       más equipo

El tiempo total es de 33 días. Si no se disponen de máquinas, el cielo de tiempo puede estirarse a dos o más meses.    

7.4.4 El horno tipo Missouri en el mundo en vía de desarrolloEl horno tipo Missouri era y aún es un importante método de fabricación de carbón vegetal en EE.UU. de N.A. DI 1958, cuando la industria estaba en su apogeo, se produjeron por este método, en Missouri, alrededor de 45,000 ton de carbón vegetal. (Esta producción es mínima si se la compara con la producción por otros métodos en el mundo en desarrollo, pero es suficiente para atraer la atención sobre sí).

La mayor ventaja del horno Missouri comparado con los hornos de ladrillos es la posibilidad, realmente la necesidad, de la carga y descarga mecánica.

Sus desventajas son, su elevado casto por el intenso uso de acero y cemento y por su inmobilidad, Contrariamente a los hornos de ladrillo, no puede ser demolido y reconstruído. Debe disponerse por lo tanto de abastecimiento en madera para diez años, dentro de una distancia económica de transporte, para cualquier grupo de hornos. La cantidad de madera, para un grupo de algunos hornos de 180 m3 sería de aproximadamente 120.000 m3. Un bosque de 4.000 ha capaz de rendir 30 m3 por hectárea, tendría que ser reservado durante 10 años para proporcionar esta cantidad de madera. Esta superficie daría una distancia media de transporte de 2,5 km, lo que es razonable.

Los hornos tipo Missouri, o sus equivalentes, serían más aceptables si la construoción fuese más liviana y por lo tanto más barata, y si pudieran ser enfriados más rápidamente, quizás empleando inyecciones de agua. La industria brasileña está investigando en esta dirección. Se ha obtenido en los Estados Unidos un enfriamiento más rápido y una construcción más sencilla, construyendo los hornos con paneles aislados laminados con acero. Desgraciadamente, el acero en el costo de la construcción sigue siendo elevado, lo que es una barrera en el mundo en desarrollo, donde estos productos tienen que ser importados.

En lo que se refiere a la transferencia de tecnología resulta útil la experiencia del proyecto FAO/PNUD en Ghana. se ha constituido un horno Missouri y, técnicamente, el funcionamiento de este horno ha sido un éxito. Los problemas son el elevado costo de construcción y de los equipos mecánicos de carga y descarga.

Foto 23. Bateria de hornos media- naranja de mas de ocho años y todavía en funcionamiento. Los Tigres, Argentina. Foto H. Booth.

7.5 Centros de fabricación de carbón vegetal

Los hornos colmena de ladrillo se agrupan en baterías de 7, 14, etc., (siempre un múltiple de 7). Los hornos de tipo colina se agrupan en baterías de 14, 18, etc., (siempre múltiples de 14).     

Fig.10. Ciclo de funcionamiento para hornos colmena de ladrillo

Descarga de carbón y carga de leña 8 horas

Carbonización 96 horas

Enfriamiento 88 horas

Ciclo Total 192 horas u 8 días

Cada batería está cuidada por dos hombres, un operador para el carbón o fogonero y un ayudante.

Un centro de producción vegetal comprende una o más baterías de hornos, cada una completa con su infraestructura necesaria para una operación continua. Por ejemplo, canchas para la leña para el almacenamiento del carbón para los elementos de carga del carbón, caminos de acceso, abastecimiento de agua etc.  

7.5.1 Ciclo de funcionamiento de una batería de siete hornos de carbón vegetalEl ciclo operacional de cada uno de los siete hornos se inicia en días sucesivos. Si el horno No. 1 se descarga y se recarga (en ocho horas) un día lunes, luego el No. 2 se descarga y recarga un martes, etc. El horno No. 1 estará por lo tanto listo para la descarga y recarga el martes siguiente, y el horno No. 2 en el sucesivo miércoles etc.

El domingo es un día de descanso, durante el cual no se descarga ni se carga el horno. Los hornos que deberían ser descargados de domingo, serán atendidos el lunes siguiente, de modo que el ciclo vuelve a comenzar un lunes para cada horno en el turno, después de seis semanas.

Cuadro 6. Características de los hornos colmena y colina  

Tipo de horno Volumen de leña en estéreos Relacion real Volumen de carbón por

hornada

Rendimiento medio/leña

carbón vegetalNominal Real Nominal

Horno colmena de ladrillo de 5 m. de diámetro. 48,94 37,34 70% 17,8 2,1 : 1

Horno tipo colina de 4 m de diámetro. 24,8 17,40 60% 8,9 2,2 : 1

Los rendimientos arriba citados son los que se han obtenido hasta aproximadamente 1975. A partir de 1976, gracias a la continua Investigación y experiencias y al mejoramiento de las condiciones operativas, con el entrenamiento de los fogoneros del carbón de leña y con una mejor supervisión, los rendimientos de los hornos operados por empresas han mejorado continuamente: a 1,9 : 1 (53%); 1,8 1 (55 1,7 : 1 (59%). Recientemente se estaban obteniendo (1977) rendimientos de 1,6 : 1 60%) en operacion de rutina.

Produccón de una batería de 7 hornos colmena en 30 dias: 30/8x7 = 26,25 tandas, o dígase, 26 hornadas. Cada hornada = 17.8 m3 de carbón vegetal. La producción mensual l7,8 x 26 = 462,8 m3 de carbón, y la producción anual 17,8 x 26 x 12 = 5-553,6 m3.  

7.5.2 Instrucciones para el funcionamiento del horno colmena de ladrillo.(i) Carga

Primero colocar dos trozas cruzadas en el lado interno de la puerta de descarga. Luego bloquear la puerta de descarga con ladrillos, asentados sin argamasa. La parte externa de la puerta deberá ser pincelada con arcilla diluída, pero solamente después de terminar la carga.

Ahora comienza la carga. Las trozas se colocan verticalmente, las piezas más delgadas contra la pared, las más gruesas hacia el centro del horno, donde la temperatura será más alta. Colocar las bases aguzadas de los trozos sobre el piso del horno, para facilitar la cimentación de los gases. La madera apilada debajo del techo en cúpula se coloca horizontalmente, sobre la madera que fué colocada verticalmente sobre el piso. Rellenar bien dentro del domo. La madera debe ser apilada lo más compacta posible para llenar el horno con una máxima cantidad de material. Para que el encendido sea más fácil, el entramado será más suelto y se usará un poco de leña de fácil encendido cerca del punto de ignición. Si hay alguna madera deteriorada, colocarla cerca de la apertura de descarga, ya que el carbón que ella produce tendrá la tendencia de encenderse fácilmente y, si ello sucede, puede ser fácilmente retirada, cuando se descarga el horno. Cerrar la puerta de carga de la misma manera como se ha hecho con la puerta de descarga.

Una vez que el horno está listo para el encendido, se dejan abiertas todas las bocas y aperturas.

(ii) Encendido del horno

Introducir, por la apertura central en el domo, una palada de carbón incandescente. En la estación de las lluvias puede ser necesario ayudar con un poco de kerosene o aceite lubrificante usado. Usar el foro central solamente para el encendido, ya que el proceso de carbonización debe proceder desde arriba hacia abajo. Al principio de la etapa del encendido, el humo saldrá del foro de ignición, antes blanco y pocos minutos después, coloreado oscuro, que es la señal de que el fuego ha prendido. Debe entonces taponarse la apertura, con ladrillos pincelados con arcilla diluída.

Foto 24. Descargando carbón vegetal de un horno de ladrillo en Salta, Argentina. La horquilla se usa para separar tizones encendidos . Foto M. Trossero.

(iii) Carbonización

Inmediatamente después del encendido, el humo sale de lar. bocas de descarga, inicialmente coloreado blanco, significando que la superficie de carbonizaci6n está aumentando. Ahora se taponan las bocas de salida de emergencia y las que están Ubicadas en el domo.

Lar. chimeneas comienzan a echar humo. Desde este momento en adelante, el horno funciona exclusivamente con aire controlado, que viene de las bocas de aire y por la corriente de las chimeneas que expurgan los gases de carbonización.

El proceso de carbonización avanza, desde arriba hacia abajo y también horizontalmente. Deben vigilarse las chimeneas para estar seguros que funcionan uniformemente, lo que se obtiene controlando la corriente de aire que entra por las bocas de aire, modificando la posición de un ladrillo suelto inclinado sobre la boca.

El fueguista controla la carbonización mirando el color del humo que sale de las chimeneas. La carbonización avanza, siempre que el color sea blanco. Mas adelante se pondrá blanco azulado y luego, azul transparente. Cuando este color se estabiliza, deberán cerrarse las bocas de aire.

Al final de la carbonización, el humo se pone incoloro y transparente. Cuando arriba de las chimeneas aparece una zona de aproximadamente 20 cm de alto de humo sin color, se cierran las chimeneas.

Las chimeneas no ofrecen simultáneamente el mismo color del humo ni aún después de haber tomado cualquier precaución. Es por lo tanto necesario regular, una por una las bocas de aire y cerrar las chimeneas correspondientes. Estas últimas continuarán a largar humo durante un cierto tiempo después que se han taponado las bocas de aire. Las chimeneas no deberán ser cerradas demasiado pronto, para evitar la presencia de pedazos de leña no carbonizados.

Se da por terminado el proceso de la carbonizaci6n una vez que se han cerrado las chimeneas. Después de cerrar todas las aperturas, ellas serán pinceladas cuidadosamente con arcilla diluída para evitar toda entrada de aire.

(iv) Enfriamiento del horno

Se pincela todo el horno con varias capas de arcilla diluída para tapar todas las aperturas, pérdidas y rajaduras. La cantidad de brochadas varía entre tres y seis. Cuanto mejor sea hecha esta operación tanto más rápido será el enfriamiento de la carbonera. Cuando las hendiduras no se cierran completamente, el aire continuará a entrar en el horno, impidiendo que se apague el fuego, provocando la pérdida de carbón vegetal por su combustión y aumentando el contenido de cenizas.

(v) Descarga del horno y curado del carbón vegetal

Cuando el horno es suficientemente frío, se abre y se descarga el carbón. El fogonero conoce la temperatura correcta, de 60° a 70°C. con el tacto, apoyando el dorso de la mano sobre la pared de la puerta.

Para evitar fuegos expontáneos no debe nunca abrirse el horno hasta que no esté lo suficientemente frío. Estos fuegos pueden ser apagados con agua pero, en la mayoría de los casos, será necesario cerrar inmediatamente el horno, resultando siempre una pérdida de carbón. Suficiente agua, por lo menos un barril de 200 litros, debe estar a rápida disponibilidad antes de abrir el horno. El espacio frente al horno, donde se almacenará el carbón deberá estar limpio. Nunca debe colocarse carbón fresco sobre carbón viejo. El horno se abrirá rápidamente. El fogonero observará por el olor de los gases que salen, si hay fuego en algún lugar y, en tal caso, lo apagará con una pulverización de agua.

Los ladrillos de la apertura de la puerta serán puestos a un costado, para que interfieran con las operaciones de la descarga, que se hacen a mano con una horquilla especial ancha y un canasto. Es buena práctica la de separar todos los pedazos de madera no carbonizada, ladrillos, cenizas, carbonilla fina y restos de arcilla. Los pedazos de madera no carbonizados completamente se separan y se vuelven a cargar en la sucesiva hornada. El carbón vegetal descargado se junta en un montón y se deja por un tiempo para que se airee completamente, que es lo que se llama el curado. El carbón fresco absorbe oxígeno; esta reacción química viene acompañada por un aumento de la temperatura que puede provocar un encendido espontáneo. Por lo tanto, el carbón fresco debe ser "curado" al aire libre durante dos días, antes de ser transportado a los depósitos intermedios o a las plantas siderúrgicas. Por supuesto, es difícil controlar si esta operación ha sido siempre hecha con el necesario cuidado. Principalmente al final del mes, cuando los que trabajan con el carbón tienen apuro por completar sus cuotas mensuales de producción, sucede con mucha frecuencia que el carbón vegetal resulte insuficientemente curado, representando un grave peligro de incendio.

Durante el curado, las parvas de carbón vegetal no deberían superar el 1,50 m de altura o de profundidad, para permitir un contacto íntimo entre el carbón y el aire que lo circunda.

Después de la descarga, se limpia el fondo del horno. Se abren todas las bocas de aire y las chimeneas y se limpian de los residuos de la carbonizaci6n. El interno completo de los hornos queda muy recubierto de alquitrán duro, pez o betún que se condensa y acumula durante las sucesivas hornadas y protege los ladrillos.  

7.5.3 La carbonización en los hornos de colinaEs lo mismo que en los hornos colmena de ladrillo. El funcionamiento es más sencillo, puesto que hay sólo una boca de aire para vigilar y regular. Estos hornos estánubicados frecuentemente en lugares de difícil acceso, sin caminos. El carbón descargado debe ser llevado al camino más cercano con mulas, o a un lugar donde será recargado. Para elegir

mejor entre los dos tipos de hornos pueden tomarse en cuenta los siguientes puntos de comparación:  

Horno colmena de ladrillo  Horno de colina

No requiere una topografía especial

Es necesario tener una pendiente natural o preparar una artificial

Frecuentemente será necesario remover una cantidad considerable de tierra para preparar una superficie plana de buena extnsión.

Se requiere muy poco movimiento de tierra.

No tiene requisitos especiales sobre la textura o composicion del suelo. En el caso de suelo arenoso, el piso puede ser hecho con arcilla traída de otro lugar.

Son importantes la textura y la composición del suelo. Si es demasiado arcilloso, se rajará por el efecto del calor de carbonización y habrá infiltraciones de aire. Si es arenoso, la pared puede sufrir fácilmente un colapso y retener demasiado calor, impidiendo un enfriamiento rápido.

Vida útil: mínimo de 1.200 m3 de carbón vegetal.

Vida útil: mínimo de 350 m3 de carbón vegetal.

Deben hacerse plataformas para el horno que permitan el manipuleo del carbón directamente sobre camiones, depués del curado. Los camiones deberán llegar a un nivel inferior ( ver fig.10)

Los hornos deben construirse lo mas cerca posible de la madera disponible

Distancia máxima de la madera disponible:5 km.

Distancia máxima de la madera disponible: pocos centenares de metros.

Mano de obra: 2 hombres para cada batería de 7 hornos.

Mano de obra: 2 hombres para cada batería de 14 hornos.

Los fogoneros para carbón vegetal deben haber alcanzado mucha habilidad para vigilar correctamente y regular las 18 bocas de aire. Es recomendable el entrenamiento de la mano de obra.

Funcionamiento sencillo. Solamente una boca de aire. No se requiere entrenamiento especial.

Capítulo 8

HORNOS METALICOSEn los años 30 se difundió en Europa, para la fabricación de carbón vegetal, el empleo de hornos metálicos cilíndricos transportables. Durante la Segunda Guerra Mundial su técnica fué desarrollada aún más por el Reino Unido (U.K) en su laboratorio de investigación de productos forestales (UK Forest Products Research Laboratory). Diversas versiones del diseno original fueron usadas de una extremidad a otra en el Reino Unido. Esta tecnología fue transferida a los países en vía de desarrollo a fines de los años 60. especialmente con las actividades del Departamento Forestal de Uganda. Ver también lar. referencias 7, 8, 9, 10, 17, 18, 25, 34 para mayor información.  

8.1 Diseños disponibles de hornos metálicos transportables

El Tropical Products Institute (TPI). que es una unidad científica de la Overseas Development Administration, ha adquirido considerable experiencia en el Funcionamiento de diversos modelos de hornos transportables de metal, ya sea en el Reino Unido como en muchos países en desarrollo. El Instituto ha evolucionado hasta llegar a un modelo que se considera ahora ser óptimo en economía de construccción, robustez y durabilidad, funcionaniento sencillo con eficiencia y productividad máxima para las situaciones de los países en desarrollo.

Las principales características del horno modelo TPI son:

- Se usa una chapa de acero de 3 mm de espesor para fabricar la sección del fondo del horno; para la sección superior y para la tapa se usa chapa de acero de 2 mm de espesor. - Las dos secciones principales del horno son cilíndricas. - Se usan repisas con perfiles de hierro ángulo de 50 mm, para soportar la sección superior y la tapa. Estos soportes están soldados en la parte interna del borde más alto de las dos principales secciones cilíndricas. - Los ocho tubos de entrada/salida, ubicados debajo de la sección inferior del horno, se abren en la base. Alrededor del hueco en la cara superior de cada canal, se ha previsto un collar para sostener la chimenea durante el funciona miento del horno. - En la tapa del horno hay cuatro bocas a igual distancia, para la liberación del vapor.

En otras versiones de hornos metálicos transportables pueden encontrarse varias modificaciones de las características anteriores. Algunos fabricantes de hornos usan chapa metálica de espesor menor del que recomienda el modelo TPI. Para asegurar al horno una vida máxima útil, especialmente cuando se lo hace funcionar con descuido, el espesor y el tipo de metal empleado en la fabricación del horno es de importancia fundamental. La sección inferior del horno está expuesta a las tensiones más grandes por el calor, y debería ser fabricada con lámina de acero de espesores a partir de los 3 mm. Para la sección superior y para la tapa es suficiente un espesor de 2 mm. Un ulterior aumento de la durabilidad se obtendrá empleando en la fabricación del horno acero Corten "Al' en lugar de acero dulce. Esta aleación especial tiene la propiedad de resistir al calor y la herrumbre. Su costa básico es de alrededor del 10%. mayor que el del acero dulce, pero puede ser más, donde fuesen necesarios acuerdos especiales para obtenerlo.

Un horno ampliamente usado en los bosques del Reino Unido, tiene una sección superior cónica, de modo que el diámetro de la tapa es considerablemente menor del de la sección inferior. Se reduce con ello el peso de la tapa, el armado del horno resulta más fácil y se aumenta la rigidez de la sección superior, sin afectar el comportamiento del horno.

Sin embargo, no se le usa en el modelo TPI, puesto que sería más difícil de construir la sección cónica en los pequeños talleres mecánicos que se encuentran en los países en desarrollo y limita además su mobilización en terrenos de monte.

Los detalles del sellado entre las secciones son de importancia crítica. Un modelo de horno metálico usa canales en lugar de repisas para sostener la parte superior y la tapa. Estos canales están soldados en la parte interna del borde superior de ambas secciones, inferior y superior; se rellenan con arena durante el armado para crear un sello hermético al colocárseles encima la sección superior de la tapa. Los canales, sin embarg retienen el alquitrán de madera que se condensa en las paredes del horno, y las elevadas temperaturas, que se alcanzan durante las últimas etapas de la carbonización, cuece la me ola de alquitrán de madera con la arena, formándose un cemento duro, por lo que se requie ren muchas horas de trabajo pesado para limpiar los canales después de cada hornada. Ade TU las secciones a menudo se funden juntas después del enfriamiento, y las juntas se da- si se usan palancas de metal para separar las secciones. Otra falla grave del modelo es el uso de una tapa de cierre superior, donde el sellado se obtiene por medio de una ba da vertical soldada en la parte de abajo de la tapa. En el caso en que se observara una fuga en la junta entre la tapa y la sección superior, después que se ha encendido el horn sería sumamente difícil sellarla, puesto que ese tipo de tapa impide al fogonero de poner más tierra o arena en la junta. Estos problemas no surgen con el modelo TPI, ya que los hierros ángulos usados para soportar la sección superior y la tapa no retiene el alquitrá Además, la colocación de la tapa dentro del borde de la sección superior permite al opera dor de agregar a la junta más arena o tierra para el sellado, corno y cuando fuesen necesarios.

Algunos hornos metálicos usan, como canales de carga y descarga, tubos de sección cuadrada. Se ha hallacdo, en la práctica, que es más conveniente usar los canales de base abierta del diseno TPI. Ello es porque el alquitrán de madera, que se condensa en las chimeneas durante la carbonización, fluye abajo en los canales donde el calor lo cuece, formando una pasta dura. Cuando los canales tienen una base abierta, la mayor parte del alquitrán es

absorbido por el suelo y lo poco que queda puede ser fácilmente eliminado por el libre acceso a las superficies inferiores. También, después de uso prolongado, las terminaciones de los canales de ingreso/salida, insertadas dentro del horno, se retuercen por el intenso calor localizado, generado en ese punto por el encuentro entre el aire y la carga. Si se ha usado una sección cuadrada para el canal, las caras superiores e inferiores se tuercen hacia adentro, lo que limita seriamente el flujo, del aire y del gas de descarga, a través del canal. Es difícil reconstruir su forma original, porque las superficies internas del tubo no son accesibles. Por otro lado, la distorsión de un canal de base abierta puede ser corregida fácilmente girándolo y enderezándolo con un mar tillo.

En algunos diseños, las chimeneas están inseridas en el canal por un agujero cortado en la superficie superior de este último. La base de cada chimenea tiene una pequeña sección cortada que permite el ingreso del humo desde el canal. Este tipo de encaje puede reducir la salida de los gases, si ocurriese una rotación accidental de la chimenea y además los canales no pueden ser limpiados fácilmente durante el funcionamiento del horno.

Todos los hornos metálicos transportables incorporan algún refuerzo para proteger el horno durante el manipuleo. Un refuerzo excesivo, sin embargo, puede crear problemas, ya que aún los hornos más robustos pueden ser dañados, si se los descarga negligentemente del camión. Cuando se daña un horno fuertemente reforzado, se requerirá considerable trabajo para reponerlo en su forma original. Ello puede a veces hacerse usando un gato entre dos maderos largos, colocados atravesados al diámetro de la sección dañada. El refuerzo más importante que se recomienda, para los hornos metálicos, es el uso de una banda de hierro ángulo, soldada en forma contínua alrededor de la parte externa del borde inferior de la sección de abajo. Con ello se tendrá un doble espesor de metal en el borde inferior del horno, donde las tensiones de calor son más severas. Ofrece también una superficie plana que distribuye el peso del horno en los canales de ingreso/salida. Las repisas de apoyo de hierro ángulo, soldadas en el interior del borde superior de las secciones de la base y superior, ofrecen más refuerzo, que se completa con una tira plana soldada alrededor y adentro del borde inferior en la sección de arriba y de la tapa.

No todos los hornos incorporan en la tapa bocas para la liberación del vapor. Des- del encendido del horno, las grandes cantidades de vapor liberadas durante la fase inicial del proceso, deben irse. Si no hay bocas de liberación de vapor, debe quitarse la tapa antes del encendido y luego puesta en su lugar, apenas la carga comienza a quemar violentamente. Se puede también recargar el horno: el hundido natural de la carga da tiempo suficiente para que el vapor escape, antes que la tapa se asiente sobre el borde de apoyo, Los riesgos obvios que se presentan, con estos dos procedimientos, producen cierta ansiedad, en los cursos iniciales de entrenamiento de fogoneros con poca experiencia. Se ha hallado que, cuando se introducen los hornos metálicos en nuevas áreas del mundo en desarrollo, son mucho más preferidas las bocas de liberación de vapor. Otra ventaja está en la producción de carbón vegetal a partir de materia prima de pequeñas dimensiones, como son los desperdicios y las cáscaras de coco. Para mantener una corriente suficiente de gas, a través de la carga durante la carbonización de estos materiales, se recomienda encender el horno, arriba, a través de las bocas de liberación de vapor en la tapa.

En fin, algunos hornos que se encuentran en el mercado, están equipados con aletas y tapas metálicas unidascon bisagras sobre los canales de entrada/salida, y que se usan para cerrar el ingresodel aire, dentro del horno, en el momento del sellado. Estos extras, aumentan el costo de la inversión de capital para el horno, y se ha hallado que son absolutamente innecesarios. Debido a la herrumbre, las tapas abisagradas no pueden ser usadas ya a los pocos días. El sellado puede obtenerse más efectivamente con el uso de tierra o arena. En algunos modelos, se incluyen manijas en el externo de las secciones cilíndricas del horno. Si bien las agarraderas son necesarias en las tapas del horno, ellas pueden crear problemas, cuando están en las secciones cilíndricas principales, en los momentos en que estas secciones tienen que rodar de un lugar a otro. Se ha hallado que los horno pueden ser fácilmente maniobrados sin el uso de manijas en las dos secciones cilíndricas.  

8.2 Horno metálico para carbón vegetal hecho con tambores de aceite

Puede fabricarse carbón vegetal en hornos hechos con tambores standard de 45 galones de aceite (aprox. 180 lt). Este método ha funcionado bien, usando materia prima que quema rápido, como madera de palma de coco, cáscaras de coco y basura de madera. Sin embargo, cuando se hacen funcionar con latifoliadas densas, es difícil obtener una completa carbonización y el carbón resultante posiblemente tiene un elevado contenido de materia volátil. Aún con materiales de baja densidad, el contenido volátil del carbón vegetal producido es algo elevado, si bien no es un inconveniente serio para un combustible doméstico de uso local. Si el carbón debe ser producido para la exportación, el uso, sin embargo, de hornos metálicos apropiados, hará que sea posible obtener la buena calidad exigida por el comercio.

Un hombre puede hacer funcionar un grupo de hasta 10 unidades de tambores de gasoleo. El proceso requiere un período de carbonización de alrededor de dos a tres horas, seguido por un período de enfriamiento de alrededor de otras tres horas. Un operador con experiencia puede reciclar diez tambores, dos veces por día, obteniendo una producción total de hasta 30 kg de carbón por cada tambor. Esto significa que la operación de un hombre, usando 10 hornos, puede producir 1,5 ton de carbón vegetal en una semana de 5 días, si recibe el suministro de madera adecuadamente preparada.

Comparado con métodos tradicionales de producción la eficiencia de conversión obtenida con hornos de tambores de aceite, es comparativamente elevada, habiéndose citado rendimientos de hasta el 23% (sobre la base seca). (8). La principal desventaja del método es que, para obtener resultados satisfactorios, la materia prima tiene que ser de un

largo menor de 30 cm, con un diámetro máximo de 5 cm. Ello significa una considerable cantidad de mano de obra para la preparación de la materia prima. A veces es también difícil y caro obtener tambores de aceite usados. Los tambores tienden a quemar-se bastante rápidamente, por el metal delgado empleado, y tienen que ser reemplazados con relativa frecuencia.

Foto 25: retorta hecha con tambores de aceite. Observar el caño para recoger el condensado y el fuego preparado 

en la zanja. Ghana. Foto Lejeune.

8.3 Ventajas y desventajas de los hornos metálicos transportables

Las principales ventajas de los hornos metálicos transportables comparados con el método tradicional del foso o de la parva de tierra, son:

- La materia prima y el producto están dentro de un recipiente cerrado, permitiendo el máximo control de la entrada de aire y de la corriente de gases, durante el proceso de carbonización.

- El personal inexperto puede ser entrenado en poco tiempo y hacer funcionar con facilidad estas unidades.

- Se requiere menos supervisión del proceso, mientras que para la fosa o la parva, es necesario el cuidado constante.

- Puede obtenerse una eficiencia consistente, media de conversión del 24% incluyendo la carbonilla fina (sobre la base del peso seco). Las fosas y las parvas dan a menudo rendimientos erráticos inferiores.

-Puede aprovecharse todo el carbón obtenido en el proceso. Con los métodos tradicionales (fosa y parva) parte del carbón vegetal producido se pierde en el terreno, y el que se recupera está, a menudo, contaminado con tierra y piedras.

-Los hornos metálicos transportables, si son diseñados para descargar agua de la tapa, pueden funcionar en áreas con mucha lluvia, siempre que el sitio tenga un drenaje correcto. Los métodos tradicionales de producción de rarb6n vegetal, funcionan con dificultades en ambientes muy húmedos.

-Una mayor variedad de materias primas pueden ser carbonizadas con el máximo control del proceso, incluyendo coníferas, madera de deshechos, madera de palma de coco y cáscaras de coco.

-El ciclo total de producción, cuando se usan hornos metálicos, es entre dos y tres días.

Las desventajas del empleo de hornos metálicos comparados con los métodos tradicionales de la fosa y de la parva de tierra, son:

-Debe conseguirse el capital inicial para pagar el costo de la fabricación de los hornos. Debe poderse disponer de habilidades y equipo para talleres mecánicos fundamentales y, a menudo, debe importarse el acero usado en la fabricación de los hornos.

-Cierto cuidado es necesario en la preparación de la materia prima para facilitar el empaquetado y para una eficiencia máxima. La madera debe ser cortada o rajada a medida, y estacionada por un período de por lo menos tres semanas.

-Puede ser difícil trasladar los hornos portátiles metálicos sobre un terreno muy quebrado, si bien pueden pasar con facilidad pendientes más suaves.

-La vida útil de los hornos metálicos es de solo dos a tres años.  

Las ventajas del uso de hornos transportables metálicos, comparados con instalaciones fijas, inclusive los hornos de ladrillos, son:

-Los hornos metálicos transportables pueden ser desmantelados con facilidad y con frecuencia, y hechos rodar sobre el terreno forestal para ir detrás de las extracciones comerciales de la madera, de los raleos de las plantaciones y de las operaciones de limpieza del terreno. Ello significa que puede evitarse el transporte complicado y caro de la madera a lugares centralizados de elaboración.

-El ciclo total de operación para esas unidades es de aproximadamente de una semana, mientras que para los hornos metálicos es de dos a tres días.

Las desventajas del empleo de hornos metálicos, comparados con hornos construidas con ladrillos, son:

-El costo de fabricación de un horno metálico portátil es normalmente mayor de un horno construido con ladrillos de producción comparable, lo que se debe principalmente al costo de la materia prima. Cuando el acero tiene que importarse, se necesitan divisas. Para la fabricación y mantenimiento, se requieren, habilidad para trabajar las láminas de acero, y un taller.

-Gracias a la mayor aislación termal de las paredes del horno construido con ladrillos, una menor cantidad de la madera cargada se quema durante el proceso de carbonización y normalmente se obtiene una eficiencia de conversión levemente mayor de la que se tiene con los hornos metálicos transportables. Los hornos de ladrillos pueden carbonizar madera de gran diámetro y se requieren menos cortes transversales y de raja.

-No es factible la recuperación de subproductos con hornos metálicos transportables para carb6n vegetal. Existen posibilidades de recuperar los alquitranes condensables, cuando se emplean hornos construidos con ladrillos.

- En una situación de procesos centralizados donde funcionan baterías estáticas de hornos hechos con ladrillos puede proveerse más rápidamente supervisión operativa y apoyo logístico.

Foto 26: Horno metálico transportable. Foto TPI

8.4 Fabricación del horno metálico TPI

El horno consiste en dos secciones cilíndricas que encajan y de una tapa cónica. La tapa viene provista con cuatro bocas para la salida del vapor, regularmente distanciadas entre sí, que pueden ser cerradas, si requerido, con tapones. El horno se apoya sobre ocho conductos de entrada/salida de aire, dispuestos radialmente alrededor de la base. Durante la combustión, cuatro chimeneas para el humo se encajan sobre conductos alternados de aire.

El horno puede ser construído localmente en un sencillo taller que trabaje las chapas de acero. Si se encuentra, deberían usarse láminas de acero Corten 'A' de 3 mm de espesor, en lugar de acero dulce, ya que sus condiciones de resistencia al calor y a la herrumbre prolongarán la vida útil del horno.  

8.5 El transporte y la ubicación de los hornos

Los hornos pueden ser transportados con facilidad sobre un camión de piso plano. Para transportar el horno en la parte trasera de una camioneta pick-up, pueden encajarse las dos secciones cilíndricas la sección superior dentro del borde inferior del cilindro de abajo, y hecho rodar sobre la parte trasera del vehículo usando -un plano inclinado de madera. La tapa cónica puede colocarse dentro de los cilindros y la carga será apuntada y atada firmemente para evitar que vaya rodando.

Debe cuidarse la descarga de las secciones cilíndricas de los vehículos. Si las secciones cáen sobre su costado, es posible que se produzcan distorsiones y habrá dificultades en el momento de ensamblarlas para el uso. Podría tolerarse alguna distorsión liviana pero, si es profunda, deberá ser arreglada con un gato o cric de auto y dos palos largos puestos a través del diámetro de la sección dañada

Para economizar mano de obra se recomienda que funcionen dos o más hornos en grupo a una distancia a pie razonable de uno a otro. El operador puede de esta manera, descargar una unidad mientras que los otros hornos están en su fase de carbonización o de enfriamiento.

Para evitar transporte innecesario de madera, los hornos mismos deberían ser rodados con frecuencia a nuevas ubicaciones, vecinas a la fuente de la madera. Dos otres hombres pueden hacer rodar cada sección individual del horno; generalmente, dos hombres empujan desde atrás y uno guía la sección, desde el frente. Se recomienda el uso de palancas de madera para volear cada sección individual sobre su costado, antes de rodarla a su nueva ubicación. El rodado de las secciones es más fácil que su arrastre horizontal, aun si las distancias son sólo de 1 a 2 metros. Con una

cierta experiencia el trabajo de manejar estos hornos sobre el terreno forestal se vuelve considerablemente más fácil.  

8.6 Elección y preparación del sitio

Deberá elegirse un área bien drenada y bastante nivelada, de aproximadamente 3 metros de diámetro, muy cerca de donde está la madera. Deberán evitarse los tocones y grandes entramados de raices y deberá eliminarse el excesivo sotobosque dentro del área elegida, así como también se afirmará el suelo , pisoteándolo. Deberá disponerse de tierra suelta o arena cerca del lugar, para sellar las filtraciones de aire al horno durante su funcionamiento. Es preferible un suelo arenoso o franco, y si no lo hay, se obtendrá, para las operaciones iniciales, una cierta cantidad de arena de algún arroyo vecino. Este material puede ser reutilizado y bien pronto aumentará en volumen, a medida que se le incorporan carbonilla en polvo y ceniza de madera, producidos en el curso de sucesivas operaciones.  

8.7 Preparación de la materia prima

Deberá voltearse, cortarse y apilarse la madera por lo menos tres semanas antes del horneo, para obtener un rendimiento máximo en carbón vegetal. La madera seca requiere menos tiempo para carbonizar y aumenta la eficiencia del proceso de conversión. El tamaño más oportuno para la madera será de 45 a 60 cm de largo y de hasta 20 cm de diámetro. Pueden incluirse ramas de hasta 90 cm de largo, siempre que sur. diámetros no sean superiores a 13 cm y que no se reduzca notablemente la densidad de empaque dentro del horno. Pueden usarse trozas con diámetros vecinos a los 30 cm, siempre que se recorten en largos no mayores de 30 cm. Cuando la madera tiene un diámetro mayor a los 30 cm, deberá ser rajada antes del uso.

Las ramas con un diámetro menor de 4 cm no deben ser mezcladas en la misma carga con madera de diámetros máximos. Este material deberá ser cargado con otra madera de tamaño mediano. Para llenar el horno son necesarios alrededor de 7 metros cúbicos de madera apilada.

Foto 27: Preparación de la madera para carbón vegetal. Notar el largo reducido de la madera. Foto TPI

8.8 Método de funcionamiento del horno TPI

8.8.1 Herramientas necesarias para operar con 2-3 hombres: 

Sierra mecánica o trozadora

Poste o plancha de madera

Palas o azadas (2) Conducto con tamiz

Hoz Bolsas

Hacha Aguja y piolín

Cuña (2) Guantes resistentes al calor

Martillo pesado

8.8.2 Armado y carga de! horno(a) Se hace rodar la sección inferior del horno hasta el lugar preparado, y se le vuelca en su posición de funcionamiento. Usando un poste de madera, como palanca, se insertan los ocho canales para el ingreso/salida de aire, radialmente y con la cara abierta hacia abajo, debajo de la sección inferior y a intervalos equidistantes. Se obtendrán iguales distancias si se colocan los primeros cuatro canales a distancias de 90 0 y luego se intercalan los otros cuatro.

Foto 28: Armado del horno metálico. Foto TPI

Los canales de aire deben penetrar por lo menos 20 cm dentro del horno, para evitar recalentamientos de la pared del mismo. El collar de soporte, arriba del canal no debe inclinarse hacia adentro, o sea, hacia la pared del horno, lo que dificultaría luego colocar las chimeneas, una vez que se ha armado el horno. Una vez que los canales de entrada/salida, están en posición, será necesario controlar que estén completamente libres de cualquier obstrucción.

(b) Se carga el fondo del horno con madera asegurándose que las extremidades de los canales de ingreso/salida y los espacios entre ellos no están bloqueados. Para ello, la carga se apoya sobre "listones", que son piezas de madera de mediano diámetro (15 cm) dispuestas radialmente como rayos de rueda.

Foto 29. Trozos redondos dispuestos radialmente como listones. Foto TPI

(c) Para crear cuatro puntos de encendido, se colocan, en cada cuadrante de la base del horno, Ieñita seca de fácil combustión, con cualquier desperdicio inflamable (papel, aceite usado, lata.) entre los listones, desde el borde de la parte inferior del horno hacia el centro.

Foto 30. Desperdicios inflamables colocados entre los listones para establecer cuatro puntos de encendido. Foto TPI.

(d) Ahora se coloca, haciendo cruz con los listones y sobre la yesca, un puente de madera de diámetro chico y medio y de tizones (madera no completamente carbonizada en las hornadas anteriores). se completa el estrato inferior del horno haciendo puente sobre los listones descubiertos con madera de tamaño pequeño a medio.

Haciendo que el primer estrato de madera desde el piso se apoye sobre listones, se forman, debajo de la carga, conductos de aire que harán que el fuego se distribuya más rápidamente en el centro del horno.

Foto 31. Operación de carga de madera. Foto TPI

(e) se carga la sección inferior del horno con sucesivas capas de madera, llenando el máximo posible de los espacios libres y colocando las maderas de mayor diámetro hacia el centro del horno. Cuando la sección inferior está cargada y las superficies de las juntas del horno se han limpiado por raspaje, se rueda al costado, la sección cilíndrica de arriba, que luego se levan-ha, colocándola sobre la repisa de apoyo de la sección inferior.

(f) Se completa la carga de la madera hasta que la carga forme un cono arriba del borde de la sección superior pero, al mismo tiempo, permitiendo que la tapa sea colocada sin inconvenientes dentro del borde. Se hace rodar la tapa al costado del horno y se le levanta hasta apoyar sobre la repisa de apoyo. Dos hombres expertos pueden cargar el horno en alrededor de dos horas.  

8.8.3 Encendido del horno(a) Se aplica una llama a los cuatro puntos de encendido, después de asegurarse que los cuatro orificios de salida del vapor de la tapa, estén abiertos. Donde predominan vientos, el costado del horno expuesto quemará más rápidamente. Para evitarlo, no se encienden los puntos de encendido que se abren al viento, hasta que esté bien encendido el lado opuesto.

Foto 32: Puntos de encendido. Foto TPI

(b) Se deja que el horno queme libremente durante 30 minutos, hasta que la sección inferior, en correspondencia con cada punto de encendido, se vuelve tan caliente que resulta desagradable quedarse parado cerca del horno. Duran-te este período grandes cantidades de vapor se liberan de las cuatro bocas en la tapa del horno. Mientras esto se está desarrollando, se llenan las juntas entre las secciones principales del horno, con arena o tierra, y se colocan en posición las cuatro chimeneas sobre los anillos de soporte, de los conductos de aire, alternadamente.

Foto 33. Se llenan con arena y con tierra las juntas entre las secciones principales, y se colocan las chimeneas para el humo en su lugar, 

Foto TPI.

8.8.4 reducción de la corrienteCuando cada sector del horno ha alcanzado la temperatura requerida, se tapan con arena o con tierra los espacios entre los canales de ingreso/salida. Cuando se han -tapado todos los espacios entre los conductos, se sellan las extremidades de los cuatro canales que soportan lar. chimeneas. Ahora se cierran las bocas de salida del vapor para que el humo sea eliminado desde la base del horno por medio de las cuatro chimeneas. Cuando se ha reducido la corriente, el aire penetra en el horno solamente por los canales de ingreso de donde fluye al centro de la carga. Los gases de combustión son forzados hacia abajo, hacia el borde externo del horno, y se liberan por las chimeneas. Puesto que el aire y los gases de descarga circulan en direcciones opuestas, esta condición se denomina de contracorrientes.

Foto 34. Corrientes de aire y de los gases de descarga en el horno. Foto TPI.

8.8.5 Control de la carbonización(a) A los 15-30 minutos, después de generar la contracorriente, cada chimenea debiera emitir una columna de humo blanco y denso. Durante todo el periodo de la carbonización, es conveniente asegurar que se mantiene a una   temperatura uniforme alrededor de la circunferencia del horno. El control es más fácil cuando los hornos funcionan en posiciones protegidas. Si hay un fuerte viento dominante el perfil de la temperatura a través del horno puede desequilibrarse, con la necesidad de bloquear, parcial o completamente, una o dos de las bocas de aire en el costado de donde viene el viento. Pueden necesitarse medidas más extremas para equilibrar el horno, en las fases iniciales de la carbonización, cuando se funciona en condiciones mojadas o con madera húmeda de corta reciente. En estas condiciones, hay grandes cantidades de agua que evaporarán del suelo y de la madera, en el costado más caliente, para condensarse luego en las zonas más frías del horno. Este agua puede apagar totalmente el fuego que queda en los puntos de encendido, y deprimir aún más la temperatura en estas áreas.

Para corregir esta situación, deberán temporareamente bloquearse las entradas de aire en el costado caliente del horno, y deberán destaparse los espacios entre los canales de entrada/salida, sobre el costado más frio, para permitir que entre más aire en esta zona del horno. Con ello, se arrastrará el fuego a las zonas más frías del horno, y una vez que aquí la temperatura ha aumentado suficientemente, pueden volverse a sellar los espacios entre los canales. Puede seguirse posteriormente con el método normal para el control de la entrada de aire.

Es importante no dejar nunca un horno desatendido cuando los espacios entre los canales de entrada/salida están abiertos, puesto que el horno puede quedar seriamente dañado.

Cuando se usa madera mojada o cuando se hace funcionar el horno en condiciones mojadas, es probable que el tiempo de carbonización se alargue harta un total de 48 horas. Debido a la mayor cantidad de madera que se quema internamente para eliminar el exceso de humedad, deben esperarse rendimientos más bajos.

(b) Durante la carbonización, una cierta cantidad de alquitrán se deposita en los conductos de salida y en lar. chimeneas. Este alquitrán reduce la corriente de descarga de gas del horno, y debería ser eliminado cuando se nota una reducción de la cantidad de humo liberado desde algunas de las chimeneas. Ello se hace, retirando la chimenea de su anillo de apoyo del conducto de salida, usando un par de guantes resistentes al calor o una vieja bolsa, y se quita toda obstrucción que hubiera dentro de la chimenea. Al mismo tiempo se hace penetrar una vara larga, por el canal hacia el centro del horno, para asegurarse que no hay obstáculos internos.

En un cierto momento durante el período de carbonización (normalmente 8 a 10 horas después del encendido) deberán trasladarse las chimeneas a los conductos de aire adyacentes, para convertir las bocas de ingreso de aire en salidas de humo y viceversa. Se mantiene de esta manera una quema regular, reduciendo la formación de ceniza en las áreas donde el aire penetra en el horno.

(c) La carbonización es completa cuando el color del humo, en todas las chimeneas, toma un tinte azulado y se vuelve casi transparente, lo que ocurre normalmente de 16 a 24 horas después del encendido. En esta fase, toda la superficie del horno debería ser muy caliente (1500 a 200°C), tal que una gota de agua hecha caer sobre la pared del horno, evaporará inmediatamente con un ruido chispeante. Al llegarse a este momento, se sella completamente el horno para el enfriamiento.

El horno se sella, quitando las chimeneas y bloqueando completamente, con tierra o arena, todos los conductos de aire. Si fuese necesario, se agrega más tierra o arena a las juntas de las secciones principales del horno y a las bocas de salida de vapor, para asegurarse que estén completamente selladas y el aire no pueda entrar. Se deja enfriar el horno durante 16 a 24 horas antes de abrirlo y descargarlo. Una lluvia ayudarla mucha el enfriamiento.  

8.8.6 Descarga del horno(a) No debe abrirse el horno antes de que su contenido esté frío y que la superficie externa del horno resulte fresca al tacto. La presencia de luz del sal directa podría confundir, por lo que la temperatura interior del horno puede ser apreciada mejor tocando la superficie de la sección inferior, en una zona sombreada. A continuación deberá tantearse la temperatura del resto de la superficie de la sección inferior, para asegurarse que no existen "puntos calientes". Si el contenido del horno sigue caliente después de un período de enfriamiento de 24 horas, significará que no se ha obtenido el sellado completo con el exterior, que debe tratarse de obtener.Además, si se abre el horno y se nota que parte del carbón vegetal está aún prendido, se volverá a sellar el horno para un ulterior período de enfriamiento.

Inmediatamente después de romper el cierre hermético en el horno, deberá sacarse el carbón, aún cuando pareciera que el contenido es completamente frío. Cualquier demora podría hacer que se enciendan fuegos localizados y, a parte de la pérdida, puede hacerse mucho daño al horno.

(b)Durante la carbonización, la madera se habrá reducido a alrededor de la mitad de su volumen original y será posible quitar la tapa y la sección superior, apenas el horno se enfría, quedando el carbón vegetal en la sección inferior.

Foto 35. Durante el período de carbonización la madera se ha reducido a alrededor de la mitad de su volúmen original. Foto TPI

La tapa se remueve con poco esfuerzo, levantando un costado de su plancha de apoyo e insinuando la extremidad de una rama larga o tablón en el espacio abierto. Este pedazo de madera puede ser luego usado como deslizadero, sobre el cual se hace delicadamente resbalar la tapa hasta el suelo. Se seguirá el mismo procedimiento para remover la sección superior del horno.

(c) Para retirar la sección inferior, se quitan antes los conductos de entrada/salida de un costado del horno, usando una palanca. Con la palanca debajo del lado opuesto, la sección inferior puede voltearse sobre su costado, dejando libre el carbón vegetal para su embolsado. Cuando se descarga el horno deberá tenerse al alcance de la mano una paila de agua o una cierta cantidad de arena o de tierra, para apagar cualquier pequeño fuego que se presente.  

8.8.7 Embolsado del carbón vegetalPara abreviar esta operación debe usarse un tamiz deslizador que separe los pedazos grandes de carbón vegetal de la carbonilla fina y polvo. En la figura 11 se indica como construir un tamiz deslizador.

Se recomienda colocar la sección inferior del horno en el lado opuesto de donde se tira el carbón, y de charla para sostener el tamiz deslizador, de manera que no solamente aumentará la establidad del tamiz, sino que se reduce la cantidad de polvo que alcanza al obrero.

Si fuese necesario, se puede también usar un tamiz deslizador de libre apoyo. Dos obreros pueden descargarlo y llenar las bolsas en alrededor de una hora.

  

Foto 36. Un tamiz deslizador se usará para separar los pedazos grandes de carbón vegetal de la carbonilla y polvo. Foto TPI

8.9 Variantes en los métodos de funcionamiento

El encendido del horno desde arriba, es un método especialmente adaptado para carbonizar madera pequeña o cáscaras de coco, puesto que asegura una suficiente corriente de gas a través de la carga.  

8.9.1 CargaEl horno se carga como se ha descrito antes, sin yesca entre los listones en la base. La yesca de leña se coloca en vez, en una depresión de 25 cm de profundidad en la parte alta de la carga, que luego se recubre con un estrato final de madera.

No se necesitan los listones cuando se carboniza cáscara de coco. Debe tenerse cuidado de asegurar que el material de la cáscara no bloquea los extremos de los conductos de entrada/salida dentro del horno. Para ello, se coloca una pieza plana de madera (por ejemplo, un pedazo de costilla de una rama muerta de palma) arriba de la extremidad final del conducto, antes de taparlo con cáscaras.  

8.9.2 EncendidoEl fuego se enciende arriba, a través de una de las cuatro bocas de liberación del vapor, y se deja que la carga queme con un acceso de aire completamente libre hacia la base del horno. El humo escapará por las cuatro bocas de la tapa. Se dejará que esta etapa continúe por alrededor de dos horas, hasta que toda la sección superior del horno sea demasiado caliente como para tocarla con las manos desnudas.  

8.9.3 Reducción de las corrientesCuando la sección superior está suficientemente caliente, se cubren los espacios entre los conductos de ingreso/salida con arena o tierra y se colocan las chimeneas en posici- Se sellan las bocas de salida de vapor. La inversión de los flujos y el control de la alimentación de aire se hacen según el método normal de operación descrito anteriormente.  

8.10 Programa para el funcionamiento comercial

Dos hombres expertos pueden hacer funcionar dos hornos metálicos transportables y producir 2-3 toneladas de carbón vegetal por semana. De acuerdo con las condiciones y facilidades locales, puede necesitarse ayuda para cortar la madera y mover los hornos y, en algunos casos, puede ser necesario un tercer hombre, preferentemente un operador de una sierra mecánica.

La experiencia ha demostrado que las operaciones comerciales exitosas, cuando se han usado hornos metálicos transportables, han sido las que ofrecían incentivos máximos a sus operadores. Un ejemplo se tiene en una cooperativa gestionada por propietarios/operadores del horno, donde los socios reciben la- mayor parte de los beneficios de la venta del carbón vegetal.

A continuación se formula y se sugiere un programa de trabajo para una semana de 5 días. Pueden hacerse modificaciones al presente horario, para permitir variaciones en las horas diarias de trabajo y para una semana de 6 días. Además, pueden obtenerse operaciones adicionales, si se puede contratar, con alguien que viva cerca del área de producción la tarea liviana de media hora, de sellar el horno durante el fin de semana.    

Lunes 08.00-10.00

Horno 1

Horno 2 Descargar ambos hornos.

10.00-12.00

Horno 1   Cargar horno con madera

12.00-13.00

Horno 1   Encender el horno y reducir el tiraje

13.00-17.00   Horno

2 Cargar horno con madera.

Horno 1   Controlar la carbonización. Cambiar y limpiar las

chimeneas a las 16.30

Martes 08.00-08.30

Horno 1   Cambiar y limpiar chimenea

08.30-11.00     Preparar madera para futuras operaciones

11.00-12.00   Horno

2 Encender el horno y reducir el tiraje

12.00-17.00   Horno

2Controlar la carbonización. Cambiar y limpiar las chimeneas a las 16.30

Horno 1   Cerrar el horno cuando se completa la carbonización

    Preparar madera para futuras operaciones

     

Miercoles 08.00-08.30   Horno

2 Cambiar y limpiar chimeneas

08.30-14.00     Preparar madera para futuras operaciones.

14.00-15.00

Horno 1   Descargar del horno, el carbón vegetal.

15.00-17.00

Horno 1   Comenzar carga horno con madera

  Horno 2 Cerrar el horno cuando se complete la carbonización

Jueves 08.00- Horno   Terminar carga del horno con madera.

10.00 1

10.00-11.00

Horno 1   Encender horno y reducir el tiraje.

11.00-11.30   Horno

2 Descargar del horno el carbón vegetal.

Horno 1   Controlar la carbonización

13.00-15.00   Horno

2 Cargar el horno con madera.

Horno 1   Controlar la carbonización

15.00-16.00   Horno

2 Encender el horno y reducir el tiraje.

16.00-17.00

Horno 1   Cambiar y limpiar las chimeneas.

  Horno 2 Controlar la carbonizaci6n.

Viernes 08.00-09.00

Horno 1   y

Horno 2 Cambiar y limpiar chimeneas.

09.00-13.00

Horno 1   Cerrar el horno al completar la carbonizaciór

    Preparar madera para futuras operaciones.

  Horno 2 Cambiar y limpiar chimeneas a las 12.30.

13.00-17.00  

  Preparar madera para futuras operaciones.

Horno 2 Cerrar el horno al completar la carbonización

8.11 Los más frecuentes defectos de funcionamiento

(a) Insuficiente encaje de los conductos de entrada/salida debajo del borde inferior de la sección inferior del horno, durante el armado. La elevada temperatura, que se produce en la extremidad interna del conducto de aire, produce graves daños a la pared del horno, si no se mantiene la requerida distancia entre la zona caliente y la pared del horno.

(b) Insuficiente flujo del gas a través del sistema, por no quitar los depósitos de alquitrán de los conductos de salida y de las chimeneas, resultando bajas temperaturas en el honro y períodos de carbonización más largos.

(c) Empleo de demasiado tiempo en el enfriado del horno, con la reducción de la cantidad de operaciones posibles en la semana de trabajo.

(d) Hesitación en mudar los hornos más cerca de la madera disponible, con un desperdicio de tiempo y de trabajo en el transporte de la madera hasta el horno.

(e) Insuficiente cantidad de madera disponible en el área vecina al horno para cargar apenas termina la operación anterior.

(f) La práctica de permitir el desarrolla de grandes fuegos cerca de la superficie de la pared del horno, durante la fase del encendido, lo que normalmente reduce el fluir del aire debajo del horno e impide que el fuego se expanda rápidamente hacia el centro de la carga. Puede también causar danos serios a la pared del horno. Todo lo que normalmente reduce el fluir del aire debajo del horno e impide que el fuego se expanda rápidamente hacia el centro de la carga. Puede también causar danos serios a la pared del horno. Todo lo que normalmente se requiere, apenas se enciende dentro del horno la yesca preparada, es un máximo flujo de aire.

(g) La práctica laboriosa y desperdiciadora de tiempo de embolsar a mano en lugar de usar una pala y un tamiz. Tiempo excesivo en el descargue del horno produce demoras en la carga y encendido de la siguiente operación.  

8.12 Rendimientos del carbón vegetal

El peso del carbón que se produce en cada hornada en una carbonera metálica transportable se relaciona con diferentes factores físicos. Los factores fundamentales que contribuyen a obtener resultados máximos, son;

- elevada densidad de la madera - bajo contenido de humedad en la madera - condiciones secas de operación y un sitio bien drenado para el horno - elevada densidad de empaque de la carga, gracias al tamaño y forma regulares de la materia prima.

En la práctica, se ha hallado que, raramente pueden juntarse estas condiciones, y por consecuencia los rendimientos y las eficiencias de conversión mencionadas, difieren en manera considerable 7, 20 18, 31).

Los programas de entrenamiento por parte de TPI, en siete países, han dado un rendimiento medio de carbón vegetal, incluyendo carbonilla fina, del 26% sobre la base seca. El máximo peso de carbón vegetal obtenido en una sola hornada se observó en Guyana, donde se produjeron 1.083 kg a partir de 3.852 kg (peso seco) de tronquitos de tamano regular, de una latifoliada muy densa. El contenido de humedad de la madera empleada era de aproximadamente el 25% (base húmeda), con lo que se indica una eficiencia de conversión (sobre la base de peso seco) del 28,12%. Se han obtenido mayores eficiencias de conversión en la región árida litoral del Ecuador, donde se ha observado una recuperación del 31,40%.

En el otro extremo, la carga más liviana dé carbón vegetal obtenida de una sola hornada ha sido en Sudán con residuos de costaneras de coníferas. Se produjeron 297 kg de carbón vegetal a partir de una cantidad estimada de madera de 1,568 kg (peso seco), indicándose una eficiencia de conversión del 18,94%. El contenido de humedad de las piezas de madera recién aserradas era de aproximadamente el 57% (sobre base húmeda).  

8.13 Vida útil de los hornos metálicos transportables

La durabilidad de los hornos depende en gran medida del cuidado y de la habilidad ejercitados por los operadores. Si no son los propietarios quienes hacen funcionar los hornos, sino obreros casuales, se reduce el incentivo para disminuir los daños de funcionamiento. Los obreros no calificados pueden también reducir la vida útil de los hornos.

La experiencia ha demostrado hasta ahora que, estos hornos pueden sobrevivir un funcionamiento continuo durante un período de tres anos. Al final de este tiempo el cilindro inferior necesitará generalmente ser reemplazado o reparaciones fundamentales. La sección superior y la tapa no están expuestas a la misma cantidad de tensiones por el calor como en el caso de la sección inferior. Siempre que se haya tenido cuidado en el transporte y en el armado, debería esperarse un período de uso más prolongado. En África Occidental, un horno de diseño TPI en continuo funcionamiento, puso en evidencia al cabo de dos anos, sólo señales menores de distorsión en la par-be más baja de la sección inferior. La sección superior y la tapa habían quedado en condiciones de primera clase.

Los componentes del horno, que sufren más con el uso son los 8 conductos de entrada/ salida. Las elevadas temperaturas que resultan en las extremidades más internas del canal, distorsionan el metal en estas áreas localizadas. Los conductos tiene que ser enderezados continuamente, y casi seguramente tendrán que ser reemplazados al cabo de un período de tres años de uso continuo.

Capitulo 9

TRANSPORTE, ALMACENAMIENTO Y DISTRIBUCION DEL CARBON VEGETALLa fase de la distribución, o sea, empaquetado, carga y transporte del carbón vegetal, desde el horno hasta el punto de distribución mayorista, o para el uso industrial en gran escala, puede representar hasta el 25% del costo total de producción desde el bosque hasta los mayoristas. Cuando el carbón se produce cerca de un mercado mayor, la fracción del costo para la distribución será mucho menor. Sin embargo, no existen más muchas localidades, en la

actualidad, donde el recurso maderero está cerca del usuario final del carbón vegetal, y este paso en la cadena de la producción es, por lo tanto, significativo, y cada vez más, a medida que se gastan los recursos forestales. Además, el transporte requiere combustibles líquidos, escasos y costosos.

El costo del transporte del carbón vegetal, en términos de unidades de energía de calor, es muy inferior al del transporte de la leña, ya que el valor calorífico del carbón vegetal es casi el doble del de la leña seca. De allí que el carbón vegetal puede tolerar un costo de transporte relativamente alto y la implicación es que el carbón vegetal debería fabricarse en lo posible, cerca de la fuente de la madera, para ser luego transportado a su mercado. Estas logisticas de transporte son muy importantes al programar los métodos de producción de carbón vegetal.  

9.1 Operaciones que componen el transporte del carbón vegetal

Los costos unitarios o unidades operativas en el transporte del carbón vegetal son los siguientes:

- Carga del carbón vegetal sobre el vehículo de transporte - Transporte primario - Transporte secundario, si empleados con costos de descarga/carga - Operaciones de descarga y almacenamiento a puntos principales de mercadeo.

Factores importantes en el transporte del carbón vegetal son:

- Baja densidad bruta que requiere el transporte y manipuleo de grandes volúmenes - Fragilidad, que tiende a producir carbonilla "fina'', en cada etapa del manipuleo y del transporte - Tendencia del carbón vegetal fresco a calentarse y encenderse expontáneamente, por la absorción del oxígeno del aire.

La experiencia muestra que los problemas del transporte son menores donde hay una sola etapa de carga y descarga, lo que puede obtenerse fácilmente empleando camiones. Los costos por ton/km son generalmente los más bajos, cuando se llevan grandes unidades de carga. Resulta práctico el uso de un camión con acoplado, ambos equipados con jaulas altas, para cargas de veinte toneladas. En es-be caso, el carbón vegetal se manipulea suelto. la mayor parte de la carbonilla se genera en las operaciones de carga y descarga, y para reducir este problema, se recomienda el transporte del carbón vegetal en una sola operacíón, desde la carbonera hasta el punto principal de distribución y almacenamiento.

Los productores tradicionales no consideran que sea práctico el manipuleo y el transporte suelto, en cuyo caso el embolsado del carbón vegetal es necesario. Pero cuando se transportan regularmente grandes cantidades de carbón vegetal, entre el centro de producción y de distribución deberá desarrollarse el transporte suelto sin embolsar, para mantener bajos los costos de empaque, transporte y manipuleo.

El carbón vegetal absorbe fácilmente el agua y, por lo tanto, encerados u otras cubiertas, deberán emplearse durante el transporte para evitar que se moje. Existe siempre el riesgo que el carbón se moje con la lluvia, durante los pocos días de su curado al costado del horno. El carbón curado debe ser trasladado, lo más pronto que fuese posible y práctico, para evitar este peligro. En los lugares donde deben acumularse grandes cantidades de carbón, antes del transporte, pueden usarse coberturas de hojas plásticas, o un depósito de hierro galvanizado de costados abiertos. Debe hacerse lo posible para evitar un doble manipuleo cerca del horno, lo que llevaría a una desperdiciosa producción de carbonilla fina y a costos innecesarios de mano de obra.  

9.2 Buenas prácticas en la protección y almacenamiento del carbón vegetal

El almacenamiento intermedio es necesario cuando grandes cantidades de carbón vegetal deben esperar el traslado, debido a la irregularidad de los medios de transporte, como camiones o vagones de ferrocarril, o a causa de las pobres condiciones de los caminos en áreas remotas. Las siguientes condiciones deberían observarse, cuando se establece una estación intermedia de almacenamiento.

Debe ser suficientemente grande que permita contener la cantidad de carbón vegetal que debe ser guardada en circunstancias no comunes, p. ej., durante una prolongada época de lluvias o un período con escaso transporte ferroviario. El galpón de almacenamiento deberá. ser dividido en secciones, de aproximadamente 2.000 m3 cada una, separadas por paredes. Debe estar techado y debe tener adecuadas facilidades para el manipuleo fácil y rápido del carbón vegetal, cuando llega y cuando se quita. La descarga al depósito de almacenamiento, puede hacerse desde el exterior, por medio de una rampa de madera a metálica, y la carga de los vagones de ferrocarril y camiones por medio de puertas levadizas de madera o metálicas, operadas a mano. No debe permitirse el ingreso de los camiones en el depósito, por el peligro de incendio para los motores de combustión interna y por los camioneros fumadores. Pueden usarse también cintas transportadoras, pero debe limitarse al mínimo la mecanización puesto que es cara. La altura de los montones de carbón vegetal debe ser inferior a los seis metros, para evitar el encendido expontáneo. La altura de caída del carbón que ingresa, debe ser la menor posible (máximo de dos metros), para limitar la generación de

carbonilla fina. El carbón vegetal deberá ser descargado sobre una pendiente de carbón formada naturalmente y debe reducirse al mínimo cualquier manipuleo puesto que cada movimiento produce una cierta cantidad de carbonilla. El galpón debe ser bien ventilado y abierto en sus cuatro costados para tener rápido y fácil acceso en el caso de incendios. No deberá tener columnas intermedias en la expansión del techo.

La extructura del edificio podrá ser de ladrillo, de cemento o metálica. El techo deberá ser preferentemente de hojas galvanizadae pero puede también usarse asbesto. El piso puede ser de ladrillo,.piedra, cemento o aun tierra apisonada. Deberá disponerse, en diferentes puntos, de cañerías de agua con conexiones de tubos para el caso de íncendi pero el mejor método, en ese caso para salvar el carbón vegetal, es de empujar afuera el carbón que no se ha quemado, por medio de tractores equipados con topadoras.  

9.3 El transporte del carbón vegetal en la industria del hierro y acero

El transporte de inmensos tonelajes de carbón vegetal desde los puntos de carbonización hasta el contado de los altos hornos ha sido muy desarrollados en el Brasil. A cont- se describen los métodos seguidos que pueden ser útiles para los casos que exige el transporte de grandes cantidades.  

9.3.1 Transporte por camiónSe transporta por camión aproximadamente el 70% del carbón vegetal producido en el Estado de Minas Gerais, Brasil. Se trata de un medio de transporte flexible y rápido, pe: caro. El carbón vegetal puede trasladarse desde las carboneras hasta las plantas siderúr- cae inmediatamente después del curado. Con los camiones se produce poca carbonilla fina puesto que los manipuleos son limitados. La mayoría de las pequeñas plantas que producen hierro fundido no tienen conexiones con el ferrocarril y dependen exclusivamente del tran porte por camiones. Los camiones pueden llegar a hornos aislados, cercanos a malos camin Un camión típico responde a las siguientes características: motor desea de 145 HP, dos marchas para caminos normales y una tercera para la conducción rápida y segura sobre carr tera, para conformar los reglamentos del Estado sobre cargas máxímas; capacidad de 48 m3 algunas compañias usan acoplados de 60 m3 que, sin embargo, no pueden operar sobre camino malos y tienen la tendencia de volcarse. Las distancias de transporte varían desde pocos kilómetros hasta 1.000 km.

Foto 37. Camión y acoplado con costados altos para el transporte de carbón vegetal. Observar la ubicación de las puertas de descarga sobre los costados. 

Salta, Argentina. Foto J. Bim.

Muchos camioneros prefieren llevar el carbón vegetal en bolsas de arpillera (alrededor de 25 kg/bolsa, o 11 bolsas/m3 de carb6n). De esta manera se pueden usar camiones de carga general, que en su viaje de vuelta, pueden traer otras mercaderías. El carbón embolsado ocupa más espacio que el carbón suelto, que se ,asienta,, durante el transporte con una pérdida del 2 - 5% del volumen.

Los camiones cargados con bolsas de arpillera tienen también una mayor tendencia a volcarse que cuando se carga con carbón suelto. La descarga de las bolsas de arpillera debe hacerse a mano, lo que es una desventaja.

Foto 38. Canastos usados para descargar carbón vegetal de los hornos de ladrillo. Obsérvese el camión de transporte de carbón vegetal con los costados altos. 

Minas Gerais, Brasil. Foto J. Bim.

Los camiones que llevan carbón a granel o suelto deben tener sus costados más altos, de hasta 4 metros, con planchas laterales de tipo reticulado para darle un volumen razonable, en correspondencia con la capacidad de carga del camión.  

9.3.2 Transporte por ferrocarrilTodas las plantas siderúrgicas medianas y grandes en Brasil tienen desvios ferroviarios y emplean al máximo el transporte por este medio, puesto que es mucho más barato.

Algunas grandes firmas transportan alrededor del 40% de su carbón vegetal por ferrocarril, y una usa también un sistema de cablecarril. La mayoría de los vagones de ferro- tienen una capacidad de 54 m3, algunos 80 m3, y recientemente se han hecho hacer algunos para 100 m3.

Existen aun algunos viejos vagones con una capacidad de 20 a 30 m3; estor. tienen el piso plano y grandes puertas de descarga, pero deben ser descargados a mano. Sin embargo, pueden también ser usados para otros productos en el flete de vuelta. Los vagones más nuevos y más grandes, tienen pisos inclinados y puertas para la autodescarga a ambos costados de la trocha, lo que permite descarga rápida y directamente en los recipientes para el carbón vegetal o en el depósito. A veces se cargan los vagones de ferrocarril al costado de la línea, directamente desde los camiones, pero más frecuentemente de una estación de recarga y depósito, a través de puertas operadas a mano o por transportadores.

Una firma ha iniciado el transporte de carbón por ferrocarril a distancias mayores de 700 km en grandes contenedores plásticos en forma de bolsas para 3 m3. Son significativos los ahorros en el costo de transporte comparado con el flete por camión.

Los contenedores plásticos además protegen el carbón vegetal contra la humedad; se cargan con una grua mosca. La experiencia puede amoscarse llenando los contenedores en las carboneras evitando así el manipuleo de carbón vuelto entre el horno y el costado del ferrocarril. El flete del carbón vegetal por ferrocarril se calcula sobre la base de 300 kg/m3 de carbón. Todo movimiento en las estaciones de carga y descarga lo hacen las empresas siderúrgicas que proporcionan también todo el equipo necesario y se asumen todos los gastos. Los vagones sin embargo pertenecen a la campañia de ferrocarriles que es del gobierno.  

9.3.3 Cable aéreo o transporte por cablecarrilDesde 1957 la Belgo-Mineíra ha usado cablecarriles para trasladar una cierta cantidad del carbón producido en uno de los principales centros de producción de carbón vegetal en la región de Rio Doce, ubicado al este de su planta siderúrgica de Monlevade. El largo del cable es de 50 km; el carbón, a razón de 40 ton/hora se lleva en cajones de acero de 1,4 m3, que cuelgan del cable y avanzan a 10 km/hora. Otro cablecarril lleva todo el carbón vegetal desde el

depósito central a los cajones de los altos hornos, distantes 1,2 kr a razón de 60 ton/hora, en cajas de 1,5 m3 que avanzan a 10 km/hora.

El transporte por cable puede ser económico y eficiente, pero debe funcionar a una capacidad casi total, puesto que lainversión es grande y la operación debe ser continua para que resulte económica.

Es por lo tanto necesario que en la estación de carga se disponga de carbón en forma continua y que el volumen de carbón enviado sea muy vecino al de la capacidad. del cablecarril. En la fabricación de carbón vegetal raramente se cumplen estas condiciones.  

9.3.4 Carga con mulasNo hay que dejar de considerar el transporte con mulas o caballos, para distancias cortas, de hasta 20 km, y para pequeñas cantidades, como han sido bien empleados durante muchos años en el Estado de Minas Gerais. Cada mula lleva dos canastos de 60 kg cada uno, con una velocidad de transporte de seis km/hora. La carga y descarga es a mano. Las mulas se usan ahora solamente para el transporte intermedio del carbón vegetal a los camiones, cuando las carboneras están ubicadas en lugares remotos de difícil acceso.  

9.3.5 AguaLa planta siderúrgica en Manaos, Siderama, ubicada sobre el río Amazonas, utiliza chatas para todo el transporte de mineral de hierro y carbón de leña.

El transporte por agua es muy barato y deberá ser tomado en cuenta cuando las condiciones son convenientes.  

9.4 Distribución del carbón vegetal

El carbón vegetal generalmente alcanza al usuario doméstico final por una ruta compleja, que escapa a los fines de este manual, si bien es oportuno hacer algunos comentarios sobre los problemas de la distribución en general.  

9.4.1 Propiedades del carbón vegetalEl carbón vegetal es un producto difícil de adulterar, no se deteriora en el depósito y su único defecto es su friabilidad, hecho por el cual se rompe y se hace polvo durante el manipuleo y el transporte. Hay variaciones de calidad en relación con su contenido de carbono fijo.

Un carbón vegetal que ha carbonizado a baja temperatura tiene un alto contenido de volátiles y un bajo contenido de carbono fijo; corroe los metales, el papel, las fibras y el material de empaque (pero no a las bolsas de hojas o tejido plástico), y tiende también a dar humo cuando se le quema. No se desintegra tan fácilmente, y por ello se puede transportar y manosear sin producir una excesiva cantidad (le carbonilla. Por otro lado, el carbón vegetal carbonizado hasta altas temperaturas tiene un elevado contenido de carbono fijo, bajo en volátiles y es mucho más friable (una excepción es el carbón vegetal carbonizado a muy altas temperaturas, de alrededor de 1.000 °C que se trata casi de carbono puro y puede ser bastante sólido. Este tipo de carbón vegetal raramente se encuentra en el mercado y por lo común no se fabrica para fines comerciales). Este carbón vegetal arde limpio, pero puede resultar difícil encenderlo. El producto intermedio ideal, cuando seco, tiene un contenido de carbono fijo de alrededor del 75%; un contenido de volátiles de alrededor del 20%; de cenizas cerca del 5% y una densidad aparente de alrededor de 250-300 kg/m3.

El agua es el principal adulterante que se encuentra en el carb6n vegetal. Es normal que un carbón vegetal de buena calidad tenga un contenido de humedad del 5-10%. más del lo% resulta excesivo e indica que se ha mojado por la lluvia o adulterado para aumentar su peso.

Es muy recomendable comprar el carbón vegetal por volumen, con lo que se invalida el agregado de agua o de otros materiales adulterantes y desanima la mezcla con carbonilla, puesto que esto reduciría al mismo tiempo el volumen global. Por ello, un acuerdo en el momento de la compra del carbón vegetal sobre una base volumétrica, conviene tanto al vendedor como al comprador, siempre que haya un método de medición previamente convenido.  

9.4.2 Formación de stockEl carbón vegetal, después de haber sido curado durante dos días, puede ser almacenado por tiempo indefinido bajo techo, con lo que se pueden mantener stocks para suplir la demanda estacional. Será una buena práctica, mantener en el punto de ~ distribución al por mayor, un stock mayorista equivalente a las ventas de dos meses por ano. Los stocks deben iniciarse antes que comience la estación de las lluvias y que se vayan consumiendo hacia el final. Pueden establizarse de esta manera los precios al por menor siempre que los stocks correspondan a satisfacer la mayor parte del sistema de mercado minorista. A veces, los obreros de la fabricación de carbón, que no tienen trabajo durante la Estación de las lluvias, pueden ser empleados durante este período en empaquetar para el por menor. El tipo de empaque depende del tipo de mercado minorista y el número de anillos en la cadena entre el mayorista y el usuario

final. Cuantos menos son los anillos, mayor será la economía en la distribución. Actualmente, en la mayoría de los países en desarrollo, la demanda es por lo común fuerte, y pueden por lo tanto simplificarse los pasos en el sistema de distribución, si bien por lo general a cuestas del usuario final. Sin embargo, en aquellas áreas donde se desea aumentar las ventas de carbón vegetal, debe recordarse que el número de los puntos de venta al detalle es crucial y que debe desarrollarse un sistema de distribución que lo tome en cuenta. La estructura de precios, de las ventas de carbón vegetal al detalle debe reflejar en forma correcta el costo por haber ganado la mayor distribución del producto. No se tendrían de otro modo, resultado valederos.   

Capítulo 10

USO EFICIENTE DEL CARBON VEGETALSe empleará más el carbón vegetal, si su uso es eficiente y si su calidad es óptima para cada determinado empleo final. La calidad del carbón vegetal puede especificarse y medirse en varias formas, derivando generalmente de los requisitos para las diversas aplicaciones finales. Eficiencia en el uso significa normalmente la transferencia de la cantidad máxima del contenido calórico del carbón vegetal al objeto que será adelantado, sea el agua para cocinar, el aire de un cuarto, o la carga de un alto horno. La eficiencia depende del uso de equipos de diseño adecuado para quemar el carbón vegetal.  

10.1 La calidad del carbón vegetal

El mercado para el carbón vegetal, menos exigente del punto de vista de la calidad, es el doméstico. Las razones son que no puede medirse fácilmente su performance, es mínimo el poder del consumidor como individuo, de especificar y de obtener carbón vegetal de buena calidad, y hay una cierta compensación posible entre el precio y la calidad que el consumidor familiar usa para tener resultados satisfactorios. Sin embargo, esto no significa que no hay motivos para el control de calidad. Siempre que no se transforme en un obstáculo o buracraticamente contraproductivo, un sistema de sugerimientos sobre calidad del carbón vegetal para el uso casero, es una práctica justificada para asegurar el máximo rendimiento del recurso maderero, sin dejar de ofrecer una adecuada performance en el uso familiar. Por otra parte, los grandes usuarios, como es el caso de la industria siderúrgiconocen por su propia experiencia e investigación, las propiedades que buscan en el carbón vegetal, y tienen los medios, con su poder adquisitivo concentrado y el control so- por lo menos parte, de su propia producción de carbón vegetal, de asegurarse que el carbón por ellos empleado se ajusta a sus especificaciones y produce el hierro fundido con costos globales mínimos.

La mayoría de las especificaciones usadas para controlar la calidad del carbón vegetal se han originado en la industria del acero o química. Cuando el carbón se exporta, los compradores tienden a usar estas mismas especificaciones de calidad industrial aun si el principal destino del carbón vegetal importado pueda más bien ser para la cocina doméstica o asados. Debe tenerse en cuenta esta situación puesto que los requisitos industriales y domésticos no son siempre los mismos y una inteligente evaluación de los reales requisitos de calidad del mercado, pueden permitir surtir carbón vegetal más barato o en mayores cantidades, beneficiando sea al comprador como al vendedor.

La calidad del carbón vegetal se define según algunas de sus propiedades y, si bien todas en cierto modo están interrelacionadas, se miden y se valúan por separado; a continuación se analizan estos diversos factores de calidad.  

10.1.1 Contenido de humedadEl carbón fresco, apenas abierto el horno, contiene muy poca humedad, generalmente menos del 1%. La absorción de humedad del aire mismo es rápida, y gana con el tiempo humedad que, aun sin mojarse con la lluvia, puede llegar a un contenido del 5 al 10%, aun para el carbón vegetal bien quemado. Cuando no se ha quemado correctamente el carbón o cuando los ácidos piroleñosos y alquitranes solubles han sido retomados por el carbón vegetal a causa de la lluvia, como puede suceder en la quema en fosas o parvas aumenta la higroscopicidad del carbón y su contenido de humedad natural o en equilibrio puede subir al 15% o más

La humedad es un adulterante que baja el valor calorífico o de calefacción del carbón vegetal. cuando el carbón se vende por peso, comerciantes deshonestos mantienen a menudo un elevado contenido de humedad, mojándolo con agua. El agregado de agua no cambia el volumen ni la apariencia del carbón vegetal. Por esta razón, los que compran el carbón al granel prefieren comprar o por el volumen en bruto, p.ej. en metros cúbicos, o por peso, pero determinando su contenido de humedad por medio de ensayos de laboratorios y, ajustar en proporción el precio. En los pequeños mercados se vende a menudo por pieza.

Es virtualmente imposible evitar que el carbón vegetal se moje algo, con la lluvia, durante el transporte al mercado, pero el almacenamiento del carbón bajo techo es una buena práctica, aún si se ha adquirido por volumen, puesto que el agua contenida tiene que eva porar en la combustión y representa una pérdida directa de poder calorífico. Esto sucede porque el agua en forma de vapor pasa en el flujo y raramente se condensa liberando su calor contenido, sobre el objeto que se está calentando en el horno.

Las especificaciones de calidad limitan generalmente el contenido de humedad a alrededor del 5-15%. del peso bruto del carbón vegetal. El contenido de humedad se determina secando al horno una muestra de carbón, y se expresa en por ciento del peso inicial húmedo.

Es evidente que el carbón vegetal con un elevado contenido de humedad (10% 0 más) tiende a desmenuzarse y produce carbonilla fina cuando se calienta en las fundiciones, lo que no es deseable en la producción de hierro.  

10.1.2 materia volátil diversa del aguaLa materia volátil diversa del agua en el carbón vegetal comprende todos esos residuos líquidos y alquitranosos que no fueron eliminados completamente durante el proceso de carbonizaci6n. Cuando la carbonizaci6n es prolongada y a alta temperatura, el contenido de volátiles es entonces bajo. Cuando la temperatura de carbonizaci6n es baja y el período en el horno es breve, entonces el contenido de substancia volátil aumenta.

Estos efectos se reflejan sobre el rendimiento en carbón vegetal obtenido a partir de un determinado peso de madera. A bajas temperaturas (300°C) es posible un rendimiento en carbón de casi el 50%, Con temperaturas de carbonizaci6n de 500-600°C los volátiles son escasos y son típicos los rendimientos del 30% en la carbonera. Con temperaturas muy altas (alrededor de 1.000°C) el contenido volátil es casi cero y el rendimiento cae a alrededor del 2%. Como se ha dicho anteriormente, el carbón vegetal puede reabsorber los alquitranes y los ácidos pirolenosos con el lavado de la lluvia en los métodos de quema en fosa o similares. Por ello, el carbón vegetal puede ser bien quemado pero, por este motivo, tener un elevado contenido de substancia volátil. Se produce así una variación adicional en el carbón quemado en fosas, en climas húmedos. Los ácidos reabsorbidos hacen que el carbón se vuelva corrosivo, provocando la podredumbre de las bolsas de yute, lo que es un problema durante el transporte; y además, no tiene una combustión limpia.

La substancia volátil en el carbón vegetal puede variar desde un tope del 40%, o más, hasta un 5%,o menos. Su medición se hace calentando una muestra, por peso de carbón seco y lejos del aire, a 900° o hasta un peso constante. La pérdida de peso es la substancia volátil, que se especifica, por lo general, como libre de contenido de humedad, o sea, substancia volátil - humedad (SV - humedad).

El carbón vegetal con mucha materia volátil se enciende fácilmente pero al quemar produce humo. El carbón de pocos volátiles tiene dificultades al encenderse y su combustión es muy limpia. Un buen carbón vegetal comercial puede tener un contenido de substancia volátil neta (libre de humedad) del 30% aproximadamente. El carbón con mucha substancia volátil es menos quebradizo que el carbón común de fuerte combustión con poco volátil# por lo que produce menos carbonilla fina durante el transporte y los manipuleos. Es también más higroscópico y tiene por lo tanto un mayor contenido de humedad natural.  

10.1.3 Contenido de carbono fijoEl contenido de carbono fijo en el carbón vegetal varía desde un mínimo del 50% hasta uno elevado del 95%, en cuyo cano el carbón vegetal consiste principalmente en carbono. El contenido de carbono se estima normalmente como una "diferencia", o sea, todos los otros componentes se deducen de cien como porcentajes y ¡se supone que lo que queda es el % de carbono "puro" o "fijo",. El contenido de carbono fijo es el componente más importante en metalurgia, puesto que el carbono fijo es el responsable de la reducción de los óxidos de hierro en el hierro fundido durante su producción. Pero el usuario industrial, para obtener una operación óptima de fundición,debe encontrar un balance entre el carácter quebradizo de un carbón vegetal con elevado contenido de carbono fijo y la mayor fuerza de un carbón vegetal con un contenido inferior en carbono fijo, y superior en materia volátil.  

10.1.4 Contenido de cenizasLas cenizas se determinan calentando una muestra, por peso, hasta el color rojo con acceso de aire para quemar completamente toda la substancia combustible, quedando un residuo denominado ceniza. Se trata de substancias minerales, como la arcilla, sílice y óxidos de calcio y de magnesio, etc., presentes en la madera original y recogidos, como contaminaciones del suelo, durante el proceso.

El contenido de cenizas en el carbón vegetal varía desde alrededor del 0,5% a más del 5%, dependiendo de la especie de madera, la cantidad de corteza incluída con la madera en el horno y la cantidad de contaminación con tierra y arena. Típicamente, un pedazo de buen carbón vegetal tiene un contenido de cenizas de alrededor del 3%. La carbonilla fina puede tener un elevado contenido de cenizas, pero si se elimina por tamizado el material menor de 4 mm, el remanente superior a 4 mm puede tener un contenido de cenizas de alrededor del 5-10%.Los compradores sospechan naturalmente de la carbonilla, que resulta difícil de vender (y, desgraciadamente, de usar).  

10.1.5 Análisis típico del carbón vegetalPara ilustrar la amplitud de composiciones que se encuentran en carbones vegetales comerciales, el cuadro 7 da un elenco de composiciones para muestras al azar de varias clases de madera y varias clases de métodos de carbonizaci6n. Por lo general, todas las maderas y todos los métodos de carbonizaci6n pueden producir carbones vegetales que entran dentro de los límites comerciales. El cuadro 8 registra las variaciones en la composición del carbón vegetal, halladas en el horno de fundación de una gran planta siderúrgica con carbón vegetal de Minas Gerais, Brasil. Todo este carbón había sido fabricado empleando

hornos de ladrillo del tipo colmena. La madera empleada era, o de especies mixtas del bosque natural de la re- o de eucalipto plantado.

Cuadro 7. Algunos análisis típicos de carbón vegetal  

Especies leñosas

 

Metodo de

producción

 

Contenido de

hunedad  

%

 

Ceniza %

 

Materia 

volátil

 

Carbono fijo

 

Densidad Kg/m3

aparente

Valor calorico bruto.Kj/

Kg en base

horno seco

 

Observaciones

 

en brut

o

pulverizado

Dakama fosa de tierra

7,5 1,4 16,9 74,2 314 708 32.410 Combustible pulverizado para hornos rotatorios 1/

Wallaba " 6,9 1,3 14,7 77,1 261 563 35.580 " 1/

Kautaballi " 6,6 3,0 24,8 65,6 290 596 29.990 " 1/

Mezcla de latifoliadas 

 tropicales

" 5,4 8,9 17,1 68,6      Carbonilla

fina de baja calidad 1/

" " 5,4 1,2 23,6 69,8      Carbón vegetal

doméstico 1/

Wallaba Parva de  tierra 5,9 1,3 8,5 84,2       Muestra bien

quemada 1/

" " 5,8 0,7 46,0 47,6      Muestra

medianamente quemada 1/

Roble

Horno metálico

tranportable

3,5 2,1 13,3 81,1     32.500 2/

Cáscaras de coco " 4,0 1,5 13,5 83,0     30.140 4/

Eucalyptus  

salignaRetorta 5,1 2,6 25,8 66,8       3/

 1/ = Guyana; 2/ =  U.K.; 3/ = Brasil; 4/ = Fiji

Cuadro 8. Características del carbón vegetal para altos hornos en Brasil  

Composición quimica y fisica del Variaciones Promedio Carbón vegetal considerado

carbón vegetal por peso-base seca.

anual

 

bueno a excelente

 

Max Min

Carbono fijo 80% 60% 70% 75 - 80%

Cenizas 10% 3% 5% 3 - 4%

Substancia volátil 26% 15% 25% 20 - 25%

Densidad aparente- como se recibe  (Kg/m3)

330 200 260 250 - 300

Densidad parente-seco 270 180 235 230 - 270

Tamaño medio (mm)  como se  recibe 60 10 35 20 - 50

Contenido carbonilla  como se recibe (-6,35mm) 22% 10% 15% 10% max

Contenido de humedad - como se recibe 25% 5% 10% 10% max

Las variaciones y los promedios anuales se refieren al carbón vegetal usado por la Belgo Míneira. Se trata de una mezcla del 40% de carbón de eucalipto producido en los hornos que la compañía misma maneja y 60% de carbón vegetal de madera natural heterogéneo producido por hornos operados privadamente. El carbón "Bueno a Excelente" se refiere al carbón producido en hornos de la empresa con madera de eucalipto.  

10.1.6  Propiedades físicasLas propiedades descritas hasta ahora son consideradas como propiedades químicas, pero las propiedades físicas, especialmente para el carbón vegetal industrial, no son menos importantes. Y es en la industria del carbón para la fundación del hierro donde las propiedades físicas tienen mucha importancia. En la carga de un horno de fundición el carbón vegetal es la materia prima más cara. Las propiedades físicas del carbón vegetal influyen sobre la producción del alto horno, mientras que las propiedades químicas se relacionan más a la cantidad de carbón necesario por cada tonelada de hierro y a la composición del hierro o del acero final (1).

El carbón vegetal para el alto horno debe ser fuerte a la compresión, para resistir la fuerza de aplaste de la carga del alto horno, o "peso". Esta fuerza a la compresión, siempre inferior a la del rival del carbón vegetal, osea del coke metalúrgico hecho con carbón mineral, determina la altura práctica, y por ende la eficiencia y la producción del alto horno. La capacidad de resistir el fraccionamiento, en el manipuleo, es importante para mantener una permeabilidad constante de la carga del horno al impacto del aire, que es vital para conservar la productividad y la uniformidad de las operaciones del horno.

Se han desarrollado varios tipos de ensayos para medir la resistencia a la fractura; es una propiedad bastante difícil de definir en términos objetivos. Estos ensayos se basan sobre la medición de la resistencia del carbón vegetal al fraccionamiento o rotura, haciendo que una muestra caiga desde una cierta altura sobre un piso sólido de acero, o haciendo que una muestra ruede dentro de un tambor, para determinar al cabo de un cierto tiempo, el tamaño de rotura. El resultado se expresa por los porcentajes que pasan y que quedan, a través de varios tamaños de tamices. El carbón vegetal, con poca resistencia a la fractura, producirá un mayor porcentaje de carbonilla fina, sometiendo la muestra al ensayo. En el alto horno no se desea la carbonilla fina, puesto que bloquea la corriente de impacto del aire en el horno. El carbón vegetal frágil puede también ser aplastado por el peso de la carga y producir bloqueos.  

10.1.7 Capacidad de absorciónEl carbón vegetal es una importante materia prima para el carbón activado. Este producto escapa a la finalidad de este manual pero alguna Información puede ser útil en los lugares donde los productores de carbón vegetal lo venden para que sea transformado en carbón activado en fábricas especializadas.

Tal como es producido, el normal carbón vegetal de madera no es un material muy activo para la absorción de los líquidos o de los vapores, puesto que su fina extructura está bloqueada por residuos alquitranados. Para convertir el carbón vegetal en "activado" debe abrirse esta extructura para eliminar los residuos de alquitrán. El método más ampliamente usado en la actualidad es de calentar el carbón vegetal bruto pulverizado, en un horno al calor rojo, bajo

en una atmósfera de vapor sobrecalentado. El vapor, al excluir el oxígeno, evita que el carbón vegetal se consuma por quema. Mientras tanto los alquitranes volátiles se eliminan por destilación y se van con el vapor, dejando abierta la extructura porosa. El carbón tratado pasa a envases cerrados y se deja enfriar. Los hornos de activación son generalmente continuos, o sea, el carbón pulverizado pasa en forma de cascada continua por el horno caliente en la atmósfera de vapor.

Después de la activación, se ensayan las especificaciones de calidad del carbón, para determinar su capacidad de decoloración, por la absorción, de soluciones acuosas de melaza en bruto, licor de rum, etc; aceites, tales como aceite vegetal, y la adsorción de solventes como acetato de etilo en aire. La fuerza de adsorción tiende a ser específica. Se establecen graduaciones para soluciones acuosas, otras para aceites y otras para vapores. Los ensayos miden la capacidad de adsorción. Hay pocas diferencias en el producto terminado hecho con carbones vegetales en bruto de diferentes orígenes, pero en general todos pueden ser usados si se queman correctamente. Un buen carbón vegetal básico para fabrica de carbón activado puede obtenerse de la madera de Eucalyptus grandis en hornos de ladrillo.

Un carbón para la adsorción de gases y de vapores se produce generalmente con carbón de cáscaras de coco. Este carbón vegetal tiene gran capacidad de adsorción y resiste la pulverización en los equipos de adsorción, lo que es un £actor muy importante.  

10.2  Eficiencia de combustión del carbón vegetal

Aun con un carbón vegetal de buena calidad su quema deberá ser eficiente para obtener sur mejores resultados. Este es especialmente válido en el uso doméstico, donde se quema la mayor cantidad de carbón vegetal. Los hornos industriales para quemar el Carbón vegetal, tales como los altos hornos, cúpulas, hornos de precipitación etc., son por lo general diseñados y hechos funcionar con eficiencia; no serán discutidos aquí. El empleo principal del carbón vegetal, en los hogares del mundo en vía de desarrollo, es para calentar agua, sea para cocinar la comida, sea para tener agua caliente para lavado etc. Algunas comidas se cocinan directamente sobre el fuego sin sumergir en el agua, como para tostar el maíz o asar la carne. Un método de cocido sería 100%. eficiente si todo el calor, liberado al quemar el combustible, fuese tomado por el alimento que se cocina., lo que está lejos de suceder en la práctica. Un resultado típico, para equipos bien diseñados y hechos funcionar bien, es el de una eficiencia de alrededor del 30%, significando que el 70% del calor se pierde inútilmente. En un clima frío, puede capturarse parte de este calor desperdiciado y usarse para calentar el ambiente del cuarto, cumpliendo por lo tanto una función útil que hace aumentar la eficiencia global.

Teóricamente, es posible aumentar la eficiencia de la transferencia de calor, desde el carbón que arde al alimento, aumentando el costo y las complicaciones de la cocina, pero raramente resulta práctico. Quienes pudieran haberse permitido esta complicación no estarían generalmente quemando carbón vegetal sino algún otro combustible de mayor prestigio social o conveniencia. Es necesario llegar a un compromiso para obtener la mejor eficiencia posible, en concordancia con instalaciones de cocina sencillas y de bajo costo que puedan ser usadas por la mayor parte de los usuarios de carbón vegetal. El carbón vegetal, contrariamente a la leña, transfiere una buena cantidad de su calor a las vasijas de cocina,, por radiación desde la cama combustible ardiente. Con la leña ardiente, donde gases calientes son producidos por altas llamas perezosas, la transferencia de una buena cantidad de calor a las vasijas de cocina deberá ser por convección. Para la transferencia del calor por convención, los gases calientes deben tocar materialmente el recipiente, mientras que el calor radiante se transfiere por radiación infrarroja, emitida directamente por la cama ardiente y absorvida por la superficie de la vasija u otro objeto. Por lo tanto, la vasija debe estar en condiciones de ''ver" el lecho ardiente para poder recoger y absorber la energía calorífica radiante. La superficie de la vasija juega un papel muy importante, y debe preferentemente ser negra mate, y la vasija misma debe ser también una buena conductora. El aluminio delgado ennegrecido por el fuego es probablemente ideal. Posiblemente lo peor es la cerámica gruesa de baja densidad. Las ollas ennegrecidas por el fuego no deberían ser limpiadas por afuera, eliminando sin embargo las capas de hollín suelto y de alquitrán blando.  

10.2.1 Cómo quema el carbón vegetalEl carbón vegetal reacciona con el oxígeno del aire en un calor rojo esplendente, formando el gas incoloro de monóxido de carbono, que luego quema con una llama azul con más oxígeno del aire para producir gas de dióxido de carbono. Debido al calor liberado por ambas reacciones, el carbón vegetal alcanza un rojo esplendente e irradia energía calorífica, y el gas caliente o bióxido de carbono deja la zona de combustión, liberando, con buena suerte por convección, la mayor parte de su calor por contacto físico directo con la vasija de cocinar. La temperatura del gas decae a medida que transfiere el calor y se dispersa en el cuarto. Con el carbón vegetal generalmente no se usan conductos, puesto que su combustión es relativamente inodora y sin humos, si se la compara con la de la madera o del carbón mineral. Quemando carbón vegetal, puede liberarse gas no quemado de monóxido de carbono, que es muy venenoso por lo que es esencial ventilar los cuartos donde se tiene carbón vegetal encendido.

El hecho que el carbón vegetal puede quemar en una hornalla compacta y portátil, sin la necesidad de un conducto, es uno de sus atributos más importantes y explica su amplia popularidad, especialmente en las ciudades y áreas construídas. A-Cm cuando, en términos globales de energía, es más eficiente para un país tratar de usar la madera misma con eficiente combustión para cocinar, en lugar de convertirla antes en carbón vegetal, sería una política de difícil aplicación, ya que la mayoría de la gente que en la actualidad quema carbón vegetal, difícilmente lo cambiaría por madera. Un hornillo con chimenea que consume madera es caro. El horno mismo puede ser de tierra apisonada y no costar nada, pero un tubo de metal puede costar $US 10 o más . Para los que viven en viviendas urbanas

congestionadas, podría ser imposible instalar chimeneas, y en estos casos se imponen las características del carbón vegetal de ser un combustible no contaminante.

Pueden resumiese a continuación los factores importantes observados en unidades domésticas, bien proyectadas que consuman carbón vegetal:  

(i) El lecho combustible de carbón vegetal debe "ver" la vasija que calienta y tiene que quedarle lo más cerca posible. Las paredes de la cámara del lecho ardiente no deberán "mirar,, directamente al lecho del fogón. Esto implica un espacio de combustión con una forma algo parecida a un cono invertido de 80-90° con respecto al ángulo con la cama ardiente ubicada en su vértice.

(ii) El cuerpo del hornillo deberá ser fabricado con material refractario, no metálico, que no sea afectado por temperaturas de alrededor de 1.000°C y que deberá ser un buen aislante térmico para no robar el calor de la cama ardiente. Buen material viene a ser una cerámica porosa fabricada con arcilla blanca horneable, para que refleje mejor el calor hacia la vasija. El cuerpo de la hornalla deberá ser reemplazable en su estructura de soporte, para reducir los costos de mantenimiento. Puede hacerse un cuerpo de hornalla más barato, y más o menos satisfactorio, amasando una mezcla húmeda, plástica compuesta con 60% de arcilla, 20% de arena y 20% de carbonilla fina aproximadamente, dentro de un molde de madera y dejándola secar. Si bien no es una cerámica quemada permanente, es barata.

(iii) El agujero cónica para el fuego en la hornalla deberá tener alrededor de cuatro conductos para el flujo de los gases en su superficie, de alrededor de 30 mm de ancho y 4 mm de profundidad para hacer que el gas caliente pase descargándose, si bien la vasija para cocinar puede ser ajustada firme en el cono.

(iv) La reja deberá ser de una lámina de acero eón perfecciones de 3 mm hechas con clavos, y espaciados alrededor de 1 por cm2.

(v) La estructura de la hornalla, que puede fabricarse con lámina reciclada de acero, debe tener patas, dejando un espacio libre de 4-5 cm entre la superficie inferior del block de arcilla del hornillo y el piso. Una bandeja de lámina de acero reciclado se coloca debajo para recoger las cenizas calientes para poder colocar el hornillo sobre cualquier superficie sin crear peligros de incendio.

El diseño que se muestra en la figura 12, es solamente uno de los muchos, pero todo buen diseño se adhiere a los principios enunciados en esta sección. Es justo hacer hincapié sobre el hecho que el objetivo es el de una máxima eficiencia con un costo mínimo, puesto que de otra manera el equipo no vendrá usado.

 Fig. 12 Un buen diseño para hornillo de cocina a carbón vegetal

1. Olla redonda para cocinar 2. Canales en el cuerpo de la hornalla para el flujo de los gases 3. Carcasa de acero reciclado 4. Bandeja para cenizas de acero reciclado 5. Grilla o reja perforada de acero reciclado 6. Cuerpo de la hornalla de cerámica blanca quemada o 

     mezcla de arcilla-arena-carbonilla fina 7. Carbón vegetal combustible

Capítulo 12

RECUPERACION DE SUBPRODUCTOS DE LA CARBONIZACION DE LATIFOLIADASLa recuperación de productos químicos de los vapores liberados cuando se convertían las latifoliadas en carbón vegetal era, en una época, una industria floreciente. Sin embargo, apenas aparecieron en el escenario las substancias petroquImicas, la madera se volvió antieconómica como fuente de metanol, ácido acético, alquitranes especiales y preservadores. En todo lugar donde se fabrica carbón vegetal, se analiza la posibilidad de la recuperación de sus subproductos. El costo actual elevado del petroleo es considerado como uno de los argumentos en juego. Desafortunadamente, el precio de la madera aumenta en forma correspondiente y se pierde así la mayor parte de las ventajas de su precio. Si bien las perspectivas de la recuperación de subproductos químicos de la destilación de la madera no parecen ser prometedoras, hay la posibilidad de recuperar alquitranes y, usando el gas de la madera como combustible, se contribuye a que el proceso de la carbonización sea más efectivo. Los valores económicos, sin embargo, parecen ser bastante marginales pero, puesto que la recuperación de los subproductos reducen la contaminación atmosférica de la carbonización de la madera, los beneficios combinados hacen que se justifique analizar las posibilidades existentes en esta dirección.

Cuando se calienta la madera a más de 270°C comienza un proceso de descomposición llamado carbonización. En ausencia de aire, el producto final, puesto que el oxígeno no está presente para reaccionar con la madera, es el carbón vegetal. Si el aire, que contiene oxígeno, está presente, la madera se enciende y quema cuando alcanza la temperatura de 400°-500°C y el producto de la combustión es ceniza de madera.

Cuando se calienta la madera fuera del contacto del aire, en primer lugar la humedad viene extraída, y hasta que esta operación se complete, la temperatura de la madera se mantiene en alrededor de 100-110° C. Una vez que la madera se ha secado, su temperatura aumenta y comienza, a alrededor de 270° C, a descomponerse espontáneamente, y al mismo tiempo se libera calor, tratándose de la reacción bien conocida, endotérmica, que tiene lugar cuando se quema el carbón vegetal. esta fase comienza la evolución de los subproductos de la carbonizaci6n de la madera. Estas substancias se liberan gradualmente a medida que aumenta la temperatura, y la evolución se completa a alrededor de los 450° C. El residuo sólido, carbón vegetal, es fundamentalmente carbono (alrededor del 70%) con pequeñas cantidades de substancias alquitranosas, que pueden ser separadas o descompuestas completamente, sólo al aumentar la temperatura a más de aproximadamente los 600°C.

En la práctica de la quema habitual del carbón vegetal, usando el calor interno de la carga de madera, quemando parte de la misma, todos los subproductos vaporosos y gases escapan a la atmósfera en la forma de humo. Los subproductos pueden ser recuperados, pasando los gases liberados a través de una serie de condensadores de agua, obteniéndose el llamado ácido piroleñoso, y el gas de la madera no condensable supera los condensadores y de ser quemado, proporcionando calor. El gas de la madera puede ser usado sólo como combustible, y se compone típicamente de 17% de metano, 2% de hidrógeno, 23% de monóxido de carbono, 38% de bióxido de carbono, 2% de oxígeno y 18% de nitrógeno. El gas tiene un valor calorífico de alrededor de 10,8 MJoules por m3 (290 BTU/p3), o sea alrededor de un tercio del valor calorífico del gas natural.  

12.1 Acido piroleñoso

Acido piroleñoso es el nombre del condensado en bruto, y se compone principalmente de agua. Es un líquido sumamente contaminante nocivo, corrosivo, que debe ser, ya sea tratado correctamente para obtener los subproductos para la venta, o eliminado, por quema con la ayuda de otros combustibles, como ser con madera o con gas de madera.

Los otros componentes, fuera del agua, son alquitranes de madera, tanto los solubles en agua como los insolubles, el ácido acético, el metanol, la acetona y o1ros complejos químicos en menores cantidades. Si se lo deja en reposo, el ácido piroleñoso se separa en dos capas consistentes en el alquitrán insoluble en el agua y la capa acuosa que contiene los otros productos químicos. La recuperación del alquitrán insoluble en el agua, a menudo llamado alquitrán de madera o de Estocolmo, es sencilla, por una simple decantación de la fase acuosa. Este alquitrán de madera tiene empleos como antiséptico veterinario, como preservador de la madera, como compuesto para calafateo, y como substituto de alquitrán para caminos. Por lo general para el uso en la construcción de caminos, las calidades al alcance, y su precio y propiedades físicas hacen que sea un pobre substituto del alquitrán derivado de la industria del petróleo y del carbón mineral. Tiene sin embargo mercados limitados, como producto químico industrial especial. Si no

llega a venderse, puede ser quemado como combustible líquido. Una tonelada de madera seca, sin embargo, produce solamente alrededor de 40 kg de alquitrán, o sea un rendimiento de alrededor del 4%.

La capa acuosa contiene los alquitranes solubles en agua que son un complejo de productos químicos alquitranosos, ácido acético, metanol, acetona y metilacetona y pequeñas cantidades de ácidos más complejos y otras substancias.  

12.1.1 El rendimiento de ácido piroleñosoLa economía de la recuperación de los subproductos depende del rendimiento de los componentes más valiosos, especialmente el ácido acético, pero también de la mezcla de metanol con acetona. El rendimiento varía mucho con la clase de madera destilada. Madera con un elevado contenido de pentosano, como el haya europea (Fagus spp) da un alto rendimiento de destilaciones de madera, citados por varios autores, varian mucho. No solamente la clase de madera, pero también el tipo de planta, de elaboración, su eficiencia de condensación, la eficiencia de la refinación de los subproductos y otros, todos ellos influyen sobre los rendimientos. Es por ello de suma importancia, antes de hacer inversiones para la recuperación de subproductos, tener una cierta seguridad sobre qué clase de rendimientos pueden esperarse. Por ejemplo, una planta en Europa puede ser económica si trabaja con hayas y vecina a buenos mercados para el ácido acético puro. Pero una planta que trabaja con eucalipto o con mezcla de latifoliadas tropicales, lejos de los mercados para sus productos, y que obtenga sólo la mitad del rendimiento de ácido, puede ser bastante antieconómica. Por lo tanto se necesitarán pruebas en escala real, para determinar qué rendimiento serán probables con la madera que realmente será carbonizada. Son esenciales los estudios de mercado y diseños cuidadosos de la planta. Como orientación, pueden tomarse como típicos los siguientes rendimientos de latifoliadas caducas del hemisferio norte:

Rendimiento de 1 ton (1.000 kg) de madera seca al aire

Acido acético   50 kg

Metanol    16  "

Acetona y metilacetona     8  "

Alquitranes solubles 190  "

Alquitranes insolubles   50  "

12.1.2 Refinación del ácido piroleñosoPara recuperar subproductos comerciables, a partir del ácido piroleñoso, se necesita una destilería algo parecida a una pequeña refinería de petróleo, pero fabricada con acero inoxidable o cobre. Su costo en la actualidad puede ser del orden de $US 5 a 10 millones, pero es bastante difícil dar una cifra precisa, ya que tal refinería debe ser especialmente proyectada y fabricada, no siendo un elemento en stock.

El proceso global, por su plan-La y su tecnología, se parece bastante a una refinería de petroleo, pero en escala muy pequeña. Sin embargo, contrariamente a una refinería de petroleo, que se alimenta con una materia prima que es teóricamente vendible al 100%, la refinería del ácido piroleñoso implica el descarte de alrededor del 90-95% del material de alimentación, bajo la forma de agua contaminada invendible. El total del ácido piroleñoso, menos el alquitrán insoluble, tiene que ser evaporado para separar de los alquitranes solubles el metanol y el ácido acético. La evaporación del agua es costosa, y requiere un gran gasto de combustible. Además, los productos ácidos son muy corrosivos y la planta tiene que ser construida de cobre o preferentemente de acero inoxidable, lo que aumenta mucho su costo. Los productos se venden compitiendo con los de la gigantesca industria petroquímica y esta competencia es por lo tanto difícil. Por el lado positivo, se tiene que el ácido acético es de gran calidad y por lo general puede ser vendido con facilidad, pero la distancia a los mercados mayores limita su rentabilidad. Si bien puede resultar marginalmente rentable continuar el funcionamiento de las plantas existentes para la destilación de subproductos de la madera, parece ser dudosa la construcción de nuevas plantas para la recuperación de subproductos. El futuro posiblemente traerá un cierto aumento de la recuperación del alquitrán para la venta y el uso de gases y vapores de escape de las plantas de carbonización, para calentar retortas y calderas. Queda aun como problema, en gran parte no resuelto, sin embargo, el modo cómo puede hacérselo con eficiencia sin invertir en plantas muy caras.

El líquido condensado crudo se decanta para separar el alquitrán insoluble, que se vende por lo general sin ulterior elaboración. Debe entonces procesarse la fase acuosa para recuperar tres productos vendibles: metanol-acetona, ácido acético y alquitrán soluble, de los que el ácido acético es el de mayor valor. El licor se destila en un alambique primario, calentado con vapor, para separar el metanol-acetona y el ácido acético de los alquitranes solubles. Estos últimos quedan en el fondo del alambique y los vapores, que se componen principalmente de metanol-acetona, ácido acético y desperdicios, pasan a la columna de destilación, que separa metanol crudo al 85% con un cierto contenido de acetona, de la mezcla de ácido acético y agua. El metanol crudo puede venderse como solvente.

El ácido acético es en la actualidad el solvente extraído de la fase líquida, empleando un solvente, generalmente acetato de etilo o éter. Estos solventes no se mezclan con el agua y disuelven o arrancan el ácido acético de la fase agua, dejando en esta fase solamente trazas de ácido acético. Después de recuperar todo el acetato de etilo o éter disuelto en la fase agua, el resto va a desperdicios Puede aún contener alrededor de 0,1 % de ácido acético. La solución de ácido acético (alrededor del 3%) en acetato de etilo o éter, debe entonces procesarse para regenerar el solvente, que regresará al proceso, mientras el ácido acético pasa a la venta. El solvente se saca por destilación en una columna de fraccionamiento, donde el ácido acético crudo (70%), liberado de su solvente, sale de la base de la columna y se purifica por destilación fraccional, hasta mis concentración del 90% o más, según lo pida el mercado. El solvente se vuelve a reciclar para extraer más ácido acético de una nueva alimentación. Se produce una pequeña pérdida de solvente que se repone cuando resulte necesario.  

12.2  Recuperación de alquitranes en pequeña escala

Es posible recuperar para la venta parte de los alquitranes producidos en la carbonización en pequeña escala, como están haciendo algunos de los productores de carbón vegetal en la actualidad.

Los alquitranes insolubles reciben este nombre porque se separan en una fase negra alquitranosa, distinta en el momento en que los vapores que se forman en la retorta o horno se condensan. La otra fase, en el condensado, consiste principalmente en descarte que contiene ácido acético, metanol, acetona y los llamados alquitranes solubles que son compuestos complejos tipo alquitrán, que se mezclan con el agua y no se separan como una fase definida. El alquitrán insoluble es el producto comercialmente conocido como alquitrán de Estocolmo o de madera. Se trata de alquitranes quimicamente complejos, que son antisépticos útiles y agentes de preservación. El alquitrán de Estocolmo tiene empleo en la medicina veterinaria, como producto para calafateo en la construcción de embarcaciones y como pintura o pasta preservadora de la madera. En la actualidad, en el mundo desarrollado, una cantidad de otras substancias reemplazan la brea de Estocolmo. Sin embargo, en el mundo en vía de desarrollo puede haber mercado para la brea de madera como pintura preservadora de la madera o como material para calafateo, y es también posible un cierto empleo como antiséptico. Si bien este alquitrán puede ser usado para cementar caminos, no es atractivo para este empleo, porque las cantidades disponibles son limitadas y esporádicas, y lucha contra los bajos precios y las enormes cantidades de brea caminera producida por la industria minera. El precio del alquitrán de madera, en el punto de producción del carbón vegetal, resultaría algo más caro que el alquitrán para caminos. El alquitrán puede ser quemado como combustible, pero por lo general, es más razonable emplear la madera donde fuera posible y no merece el esfuerzo el recolectar la brea para simplemente quemarla, siendo más valiosa para otros usos.  

12.2.1 Recolección del alquitrán o breaNormalmente el alquitrán puede condensarse donde sea que los vapores del horno pasan por conductos metálicos. El calor se dispersa al aire, a través de las paredes metálicas del conducto, y la brea se condensa en la superficie interna. El conducto debe ser inclinado o, con preferencia, vertical para permitir que el alquitrán cuele dentro del receptáculo, porque de otra manera la acumulación del mismo sobre las paredes del conducto, actúa como aislante y cesa prácticamente la condensación.

Una cierta cantidad de agua ácida puede condensarse al mismo tiempo, pero podrá ser fácilmente separada del alquitrán recogido.

No es factible condensar alquitranes de los conductos de ladrillos puesto que su conductividad es demasiado baja para permitir que la brea se condense en cantidades significativas.

Se requieren conductos de metal (acero) lo que requiere habilidad en el trabajo del metal y la disponibilidad de acero adapto. Los dos tipos de hornos mejor adaptados para la recolección de alquitrán son el tipo metálico transportable y el horno Casamance, o cualquier otro tipo equipado con chimeneas de acero. En todos los casos las chimeneas tienen que ser modificadas, para permitir que el alquitrán condensado se descargue dentro de algún tipo de recolector. Generalmente, no se modifican otros tipos de carboneras para recoger alquitrán, sea porque el humo no se descarga por un conducto, p. ej. en el sistema de pozas, o porque el costo y la molestia de la mortificación es demasiado grande como para justificar la recolección de la brea.

La cantidad de alquitrán que puede recogerse en la práctica no es muy grande, siendo de alrededor de 25-35 kg de alquitrán por cada tonelada de madera seca al aire. Es difícil establecer un valor, pero puede razonablemente suponerse el de $US 0,50 por kg.     

http://www.fao.org/docrep/x5595s/X5595S12.htm