Es bastante lamentable que la incorporación específica de equipo en años anteriores raras veces se haya hecho con el asesoramiento de los fabricantes del equipo o los diseñadores de instalaciones; en cualquier caso, los gastos en energía no se consideraban entonces de importancia para justificar el grado de precaución que se exige hoy día. El legado de esa forma de actuar, que viene de antaño, es que los diseñadores, administradores y operadores actuales de aserraderos han de rectificar semejante actitud si se pretende una conservación de energía en algún grado significativo.
En realidad, últimamente los planificadores, ingenieros de diseño, consultores y fabricantes de equipo han venido a reconocer la función importante que puede tener la reducción de los costos energéticos en la rentabilidad definitiva de una instalación. Ya han esfumado aquellos días de una industria de empleo intensivo de mano de obra que se basaba en el costo relativamente barato de la materia prima y de la energía, con unas necesidades de capital bastante reducidas.
La industria, espoleada por el aumento de los costos de la materia prima y de la mano de obra, se ha visto inducida a mejorar su rendimiento y productividad y atender a los dictados de la competencia comercial mediante una mejor calidad del producto. Esto se ha conseguido aumentando los gastos en equipo de capital y adoptando un mayor grado de mecanización, aunque a veces, a costa de un aumento general del consumo de energía. Los diseñadores y fabricantes de equipo por su parte han atendido a la demanda de técnicas industriales nuevas y mejoradas mediante avances notables en el diseño de las instalaciones, aunque no todo ello ha redundado en beneficio de la eficiencia energética. Prevalece el concepto básico de que puede ahorrarse energía, pero con un cierto gasto.
El grado en que se incorpora un equipo de ahorro energético a un proyecto depende en buena parte del tamaño de la empresa, la idoneidad y costo del equipo, así como de los posibles ahorros de energía en función del rendimiento de las inversiones. Sin embargo, independientemente de lás beneficios que a la postre se derivarían de incorporar esas instalaciones, no es raro que un proveedor las omita en su pliego de oferta cuando licite en una subasta. Asimismo, los inversores tal vez quieran ignorar los ahorros a largo plazo que dicho equipo o diseño tendría en el
funcionamiento general de la instalación, en aras de unas ahorras a breve plazo o a causa de una financiación limitada o escasez aguda de divisas.
Sin embargo, son los aspectos básicos los que cuentan cuando se diseña una instalación teniendo en mente el ahorro de energía: una buena disposición diáfana, facilidad de los flujos de producción, forma de evitar atascamientos, existencia de suficientes zonas reguladoras para reducir al mínimo los tiempos ociosos del equipo, motores de un tamaño correcto, un funcionamiento perfectamente equilibrado y ajustado a las materias primas y una estrecha atención al diseño y a la selección de las instalaciones auxiliares.
Dadas las amplias variaciones en el diseño y necesidades energéticas
de cada aserradero en el ámbito de las industrias mecánicas
forestales, los comentarios respecto de la relación entre la energía
y el diseño de la fábrica deben ser de carácter general
y limitarse a los principales centros de consumo de energía como
son los de madera aserrada, tableros contrachapados y tableros de partículas.
En este documento no se ha pretendido formular comentarios sobre las tecnologías
de diseño más modernas ni predecir las tendencias futuras
del diseño en función de la energía.
El depósito de maderas debe también diseñarse de tal forma que facilite la separación rápida y conveniente de las especies que, si el espacio lo permite¡ habrían de almacenarse por tamaños y clases. Esta separación es de gran importancia no sólo para la uniformidad de los productos finales sino también por lo que se refiere a la energía consumida durante la manipulación y elaboración.
Aunque el lugar de emplazamiento repercute por lo general en el tipo
de construcciones que para el aserradero se levantarán, es mucho
mejor considerar la economía del funcionamiento primero más
bien que el coste inicial y disponer de una superficie de elaboración
en exceso en lugar de que resulte luego demasiado pequeña. Al proyectar
la distribución del aserradero habrá que estudiar individualmente
cada tipo de equipo, dejando espacio suficiente para su funcionamiento,
mantenimiento, inspección y para tener acceso rápido a sus
puntos problemáticos.
Las puertas de salida deben ser de cierre automático y estar
proyectadas de forma que se ajusten a los vehículos y grandes cargas
que probablemente van a servirse de ellas. Los techos, al ser una causa
importante de pérdida de calor, deben estar bien aislados o provisto
de falsos techos y habrán de disponerse ventiladores de aire descendente
que faciliten la redistribución del aire caliente acumulado en los
ni-veles de trabajo que quedan debajo.
Al seleccionar el equipo teniendo presente el empleo de energía, habrá que atender debidamente a:
b) habrá de ser aceptable su exigencia de energía por unidad de producción;
c) tener el tamaño apropiado para cubrir las exigencias de producción así como una capacidad suficiente para poder hacer frente a las necesidades repentinas, pero sin funcionar muy por debajo de su capacidad nominal;
d) tener una construcción robusta, ser seguro y de fácil mantenimiento para reducir así al mínimo el tiempo improductivo;
e) incorporar un sistema de evacuación de residuos bien proyectado para evitar la acumulación de éstos, que serían perjudiciales tanto para el equipo como para el funcionamiento general de la instalación.
Por eso es esencial que se preste cuidado y atención al diseño de sistemas y a la selección de equipo para conseguir ahorros energéticos.
El grado de mecanización de la manipulación de materias
primas y del proceso productivo tiene desde luego influencia directa en
el consumo de energía de la instalación, por lo que en aquellos
países donde exista mano de obra manual fácil y relativamente
barata, habrá que pensar en operaciones de empleo intensivo de trabajo
para reducir al mínimo los gastos de capital y los costos elevados
de la energía.
Como ya se indicó, los depósitos de trozas deben estar ubicados lo más cerca posible de las plataformas de alimentación para mantener un suministro parejo de trozas a la unidad de fabricación. Habrán de preverse también existencias reguladoras al menos para 30 minutos de capacidad de funcionamiento, con lo que se aseguraría la marcha ininterrumpida del equipo que viene detrás en caso de una avería del equipo de manipulación o de complicaciones que provoquen una escasez de trozas.
Debido a la introducción de contaminantes en el sistema con el suministro de madera, al diseñar el sistema de manipulación de la madera habrá que prever descortezadoras, tuberías de chorro, trampas para piedras y separadoras magnéticas o como protección contra el desgaste de las superficies de corte y posibles daños a la propia instalación.
Generalmente, las descortezadoras Cambial and Ring son muy apreciadas
en la industria y desde el punto de vista energético son mucho más
eficientes que las hidráulicas. Sea cual sea el sistema de descortezado
por el que se opte, habrá que dotarlo de la suficiente capacidad
para atender a oscilaciones rápidas y habrá que proveer suficientemente
a la recogida y eliminación de la corteza o aprovecharla como combustible.
También es importante que las existencias de materia prima
queden debidamente protegidas contra los elementos, especialmente en el
caso de materiales secos y de pequeño tamaño como lijaduras,
virutas y residuos de chapas; el material húmedo no sólo
aumenta el consumo de energía para su traslado y selección
sino que también repercute considerablemente en la cantidad de combustible
que hace falta para secarlo.
dimensiones precisas, pues si la instalación de transporte tiene un tamaño menor del debido dará lugar a embote 11 amientos en la cadena de producción y a la imposibilidad de resolver las puntas de trabajo, mientras que un tamaño excesivo daría lugar a un despilfarro de energía. La dotación de aparatos de control y sistemas de transmisión automática permitirían ahorros de energía y la reducción de los tiempos de funcionamiento en vacío.
Sin embargo, la selección del sistema transportador es el que determina en buena parte la demanda global de energía y, a pesar de los grandes avances hechos en los diseños de las instalaciones transportadoras actuales en cuanto a ahorro de energía, siguen en buena parte inalteradas las diferencias fundamentales.
- Transportadores mecánicos, aunque de funcionamiento menos costoso que los transportadores neumáticos, pueden resultar caros en cuanto a costos de capital, por lo que su empleo en función de la mano de obra debe examinarse atentamente cuando se trata de manipular aserrín y otros residuos similares. En estos últimos años, ha mejorado notablemente la eficiencia energética de las cintas transportadoras, debido en gran parte a los avances en los materiales de las mismas que incorporan tejidos de poliéster que las hacen prácticamente inextensibles, con mejores características de seguimiento y menores exigencias de tensión.
- Transportadores de tornillo helicoidal, al necesitar poca energía y mantenimiento, se adaptan perfectamente al transporte de astillas, partículas y residuos a pequeñas distancias mientras que los transportadores de cadena, destinados a cargas de impacto y para empleo en la manipulación de cargas a granel como trozas y residuos de la madera, se prestan óptimamente para distancias de menos de 100 metros, funcionando a velocidades inferiores a 30 metros por minuto para evitar su excesivo desgaste y las necesidades de energía. Los transportadores de tornillo, al beneficiarse de la fuerza de la gravedad cuando se colocan en una estructura inclinada, tienen unas necesidades energéticas mínimas y son ideales para muelles de trozas y para manipular planchas, costeros, etc.
Pueden conseguirse ahorros de combustible seleccionando atentamente
la instalación más adecuada a los materiales que se vayan
a manipular y a las tareas que se vayan a realizar, así como empleando
motores diesel, y no de gasolina. Sin embargo, a pesar de los adelantos
que se han hecho en el diseño y construcción de motores,
sus sistemas de transmisión, etc., con unos ahorros energéticos
cifrados en hasta el 40 y 50 por ciento en comparación con las unidades
tradicionales de energía, el consumo de combustible sigue estando
en gran parte determinado por la calidad del servicio, la destreza del
operador y la disposición de las rutas utilizadas y sus distancias.
Estas tres operaciones son muy exigentes en cuanto a consumo de energía y suponen la reducción de la madera a un tamaño y f ormas convenientes para su ulterior elaboración. En cada caso, la eficiencia de la operación, la calidad del producto y el consumo de energía por unidad del producto están determinados en gran parte por las características de las materias primas, es decir, tamaño, especies, dureza, contenido de humedad, limpieza; así como por el equipo y la destreza de los operadores que intervienen.
Al dar flexibilidad al paso de las trozas que alimentan la sierra principal en el plan de funcionamiento del aserradero, junto con la dotación de ' una sierra primaria secundaria, el aserrador puede ahora realizar la operación según el tamaño de la troza y su densidad. Además, el empleo combinado de selectores, triscador automático, medidores de carga de los motores, etc, ha determinado también un mejor control del aserrado, con un mayor rendimiento y eficiencia energética. Sin embargo, para determinar las necesidades de energía de la operación de aserrado siguen siendo elementos importantes la destreza del operario, el buen mantenimiento de la sierra y una remoción efectiva del aserrín y los residuos.
Las necesidades de energía para el aserrado siguen dependiendo en buena parte de varios factores interconexos, a saber (62):
-tipo de sierra, velocidad, diámetro, modelo, triscador, número de dientes, espesor del plato;
-velocidad de alimentación, mordida, corte, ancho, capacidad de gargantá, profundidad de corte, afilado de los dientes;
-destreza del operario, nivel de mantenimiento y limpieza de toda la operación;
La productividad general de la producción de chapas puede mejorarse con el empleo de aparatos que carguen el torno mecánico, con centrado geométrico del plato, sistemas hidráulicos de sujeción, husillos telescópicos, etc, todo lo cual contribuye a un cambio más rápido de los bloques para sacar chapas y el torneado.
La preparación de las trozas mediante su exposición controlada a un medio ambiente húmedo y calefaccionado, para obtener un perfil de humedad uniforme y así plastificar y suavizar la madera, facilita considerablemente el desenrollado, mejora la calidad de la chapa y reduce el consumo de energía. Además, como resultado de la mejor calidad de la chapa, de su menor degradación, del espesor uniforme de la hoja y de su perfil de humedad se consiguen ulteriores ahorros de energía mediante un mejor secado controlado, la reducción de los tiempos de prensado y menores necesidades de acabado superficial.
La energía que se consume en calor y manipulación de las trozas estará en función del tipo del sistema de preparación que se adopte, de la temperatura de funcionamiento en relación con el exterior y del tamaño y densidad de las trozas. Las cubas o recipientes de agua caliente, aunque con un tiempo de acondicionamiento inferior en un 10 por ciento (5) en comparación con el acondicionamiento a vapor, ofrecen la ventaja de una distribución del calor más pareja así como la facilidad de que con el agua caliente se llevan las trozas hacia la salida. El calor puede proporcionarse de varias formas: vapor, condensado de secador y prensa, o incluso la inyección de aire por debajo en la caldera (32) mediante termointercambiadores, serpentines situados a lo largo de las paredes o del piso del recipiente o mediante tuberías de escape.
Las autocámaras de acondicionamiento o humectación, al hallarse sobre el suelo, suelen ser de construcción más barata y sirven para acondicionar cargas de trozas en un ambiente calentado a vapor. Sin embargo, dado su funcionamiento por tandas o cargas, hace falta una mayor energía térmica si se comparan con los recipientes de agua caliente, y las cámaras tienen que estar bien aisladas y provistas de cortinas que retengan el calor para reducir al mínimo sus pérdidas. Los túneles de acondicionamiento funcionan con carácter continuo al pasar las trozas a través de zonas térmicas graduadas, separadas por mangas de suerte que la zona más cercana a la salida sea la más fría, reduciéndose de esa forma al mínimo las pérdidas innecesarias de calor (5).
Independientemente del tipo de equipo de reducción que se emplee, la capacidad de controlar las amplias variaciones en los tamaños del material, en las especies y contenido de humedad incorporando una mayor flexibilidad a los sistemas de manejo de materiales, tendrá como compensación reducciones en la demanda de energía. Puede también conseguirse un mejor rendimiento y consumo de energía empleando cintas de velocidad variable, transportadores sin fin, rodillos calibradores y acumuladores de sobrecarga para regular el flujo de la materia prima a la instalación. También es importante que haya trampas para las piedras y detectores de metales a fin de evitar un excesivo desgaste y daño a las cuchillas y platos refinadores.
Las astilladgras habrán de seleccionarse con arreglo a los tipos predominantes de madera suministrada y según ésta se entregue en forma de trozas, costeros, bloques para recortar o desenrollar, pues todo ello influye en las necesidades energéticas. Los sistemas de transporte habrán de estar diseñados de forma que haga posible un flujo uniforme y controlado de la madera para alimentar lateralmente a la astilladora a fin de evitar el riesgo de bloqueo en la garganta de ésta y mantener el consumo de energía dentro de unos límites aceptables.
Otros factores importantes para conseguir una eficiencia energética consisten en el empleo de velocidades correctas en el disco, número de cuchillas y su capacidad para resistir afiladas. Aunque el empleo de palas impelentes acopladas al disco de la astilladora pudíe:~a contemplarse como una forma de utilizar la energía del disco para desplazar las astillas, en realidad absorben energía adicional y por lo tanto requieren el empleo de grandes motores. Es mucho mejor procurar que los conductores descargadores están angulados en el mismo sentido que la trayectoria de la astilla (36) y que se empleen elevadores de cangilones, que exigen menos energía, que recurrir a las palas impelentes como medio de transporte.
En lugar de emplear motores síncronos para hacer funcionar las astilladoras, podía conseguirse un ahorro de energía empleando motores con rotores por inducción, con transmisión de correa, en que la inercia permite la liberación de la energía necesaria para hacer virutas, de trozas mayores de lo normal, y puede tolerarse hasta un 15 por ciento de reducción (87) de la velocidad prevista
del disco antes de que se produzca el frenado. Sin embargo, si las trozas de aserrio o la longitud del árbol presentan la forma normal de alimentación de la madera prevista, entonces sería preferible utilizar motores síncronos.
Una variación respecto de las astilladoras convencionales de disco ha sido el empleo de astilladoras de tambor y de espirales con menor desgaste de la cuchilla y un consumo inferior de energía (63).
Los molinos a percusión, al ser de construcción resistente y tener unas exigencias mínimas de mantenimiento están ya afirmados como medio para reducir a partículas recortes, virutas de tamaño excesivo, puntas de chapas, etc. El consumo de energía es relativamente bajo pero está influido por el grado de reducción necesario, la disposición de los martillos y el tamaño de los taladros hechos.
Las necesidades de energía de las fracimentadoras (escamadoras), ya se trate del tipo anular o de disco o tambor, dependen en gran parte del flujo de materia prima, de la reducción necesaria y de la velocidad y afilado de las cuchillas.
Las refinadoras de disco pueden ser del tipo de rotación doble o irreversible, pudiendo funcionar a la presión atmosférica o a mayor presión y temperatura, dotadas con prevaporización, alimentación por gravedad o tornillo sin fin. La elección del sistema de afinado, el tamaño del plato del disco y el tipo, según las materias primas y los productos que hagan falta, son importantes factores determinantes# de la demanda de energía de las refinadoras.
Puede evitarse el excesivo consumo de energía y el riesgo de
sobrecarga de los motores incorporando, en el diseño del sistema
de flujo de acceso, un equipo de medición para proporcionar un flujo
uniforme de material de entrada a las refínadoras.
Aunque los principios que intervienen en la eliminación de la humedad de la madera son fundamentalmente los mismos, habrá que examinar por separado cada sistema de secado para ver en qué forma su diseño influye en la demanda de energía.
Diseño del horno. Para dar cabida al volumen necesario y contar con suficiente energía para secar cargas de punta durante condiciones climáticas desfavorables, hay que estudiar atentamente la capacidad del horno en la fase de diseño; un horno sobrecargado exige mucha más energía y crea embotellamientos de producción en el resto del aserradero.
De las dos categorías principales de hornos, los hornos por cargas, intermitentes o discontinuos permiten a su operario una mayor flexibilidad de control sobre las hornadas, especialmente cuando el horno se compone de varias cámaras. Sin embargo, los hornos proaresivos, en cadena o continuos son por lo general de instalación más económica, no necesitan ser cargados y descargados y consumen menos energía eléctrica y un 10-35 por ciento menos de energía térmica que los hornos discontinuos de cargas o por tandas (26).
Ubicación del horno. Podrían minimizarse las pérdidas térmicas y reducirse los costos de transporte si se agrupan los hornos y se los protege de los vientos dominantes, además de situarlos lo más cerca posible del aserradero, aunque en dirección del viento para evitar así los efectos de los gases corrosivos de escape en las instalaciones de elaboración.
Construcción. El aspecto energético en el diseño del horno exige que la estructura sea hermética al tiempo y al aire y esté construida de materiales resistentes a la humedad, corrosión, pudrición, ataque de insectos e incendio. Dado que entre el 10 y el 20 por ciento (15) del consumo total de calor se pierde normalmente a través de la estructura del horno, es de absoluta necesidad que la calidad y el espesor del aislante utilizado sea tal que se reduzcan a un mínimo las pérdidas térmicas. Aunque para la construcción de hornos son ideales las cámaras de aluminio aisladas, su costo, en comparación con el empleo de madera, puede resultar prohibitivo en algunos aserraderos.
Debido a la naturaleza corrosiva de los gases de escape, los ventiladores para circulación de aire, el equipo de ventilación, los motores y los quemadores accionados por fuego tienen que ser anticorrosivos para que los hornos puedan funcionar eficazmente con el empleo óptimo de energía.
El calentamiento de los hornos puede hacerse por medios indirectos, transmitidos por vapor, agua caliente o aceite térmico o mediante fuego directo, en cuyo caso los gases de combustión o
el aire caliente procedentes de una f uente ex terior al horno se dirigen a éste. Aunque se ha demostrado que el f uego directo tiene una mayor eficiencia térmica comparado con el método indirecto, la necesidad de ventilar los gases de combustión supone una pérdida térmica.
Los combustibles que se suelen utilizar más comúnmente son petróleo, gas o residuos de aserradero. En el caso de utilizarse éstos, que se consideran como de poco valor de reventa, convendría estudiar en la fase de diseño la adopción de un secado a alta temperatura, que mejoraría considerablemente la eficiencia energética general del horno al aumentar la capacidad potencial del mismo y reducir la cantidad de aire que habría que hacer circular y, además, como consecuencia mermaría la demanda de electricidad.
La circulación de aire es indispensable en la operación de secado pues transmite la energía térmica a la superficie de la madera y saca la humedad evaporada fuera a través de los orificios de ventilación. Se considera que unas velocidades del aire comprendidas entre 1,8-3,0 metros (11) por segundo son las normales para los hornos convencionales, pero habría que diseñar la instalación previendo una velocidad mínima que permita un secado eficaz de la carga, pues el consumo de energía aumenta un 30 por ciento en función del ircremento de Di velocidad del aire (26).
El dotar al horno de reductores de tiro asegura que llegue a todas las zonas de carga la máxima cantidad de suministro de aire recién calentado, sin pasar directamente a la zona de escape de gases. Hay que procurar situar correctamente la zona de escape de gases y habrán de diseñarse los reguladores de tiro de suerte que se evite una ventilación incontrolada y la pérdida de calor.
El empleo de transformadores microelectrónicos de frecuencias para variar electrónicamente la velocidad de los ventiladores, el accionamiento directo para reducir las pérdidas de transmisión, los ventiladores reversibles 0 ajustables a 180* con palas aerodinámicas, son elementos todos ellos que contribuyen a ahorrar energía.
En el caso de las secadoras mecánicas, la hoja de chapa se apoya en cintas transportadoras de tela mecánica o rodillos accionados y pasa a través de una serie de zonas en que pueden ajustarse individualmente la velocidad del aire, la temperatura y la humedad para conseguir el grado máximo de secado y de eficiencia energética. Evidentemente, las secadoras deben tener el tamaño apropiado para mantenerlas lo más llenas posible y así asegurar una eficiencia térmica óptima.
Se consideran normales unas temperaturas de secado comprendidas entre 90 y 160°C, aunque el empleo de temperaturas superiores dan lugar a una reducción en el tiempo de secado y a un aumento de la capacidad. Para la gama superior de temperaturas, se están diseñando actualmente sistemas que emplean aceite térmico en secadoras de caldeo indirecto, mientras que en el caso de calor directo pueden obtenerse esas temperaturas elevadas simplemente reduciendo la cantidad de relleno de aire fresce ' empleado para reducir las temperaturas de caldeo a lo que haga falta.
Pueden conseguirse ulteriores ahorros con diseños de hornos que permitan un elevado calor inicial en la zona verde, que luego se gradúa hasta conseguir temperaturas menores antes de la salida de la chapa. Se han empleado con éxito gradientes de temperatura de hasta 300-170°C (36).
La circulación de aire en el diseño más antiguo de cámara de secado se consigue empleando ventiladores centrífugos para dirigir la corriente de aire en sentido paralelo a la superficie de la hoja o a lo largo del ancho de la hoja. En el caso de ventilación de flujo cruzado, la secadora puede dividirse en varias zonas que permitan el control individual de la temperatura y velocidad del aire, mejorando así sustancialmente el secado, con una mayor eficiencia energética. En cambio, los sistemas de corriente de aire longitudinal permiten normalmente sólo una o dos secciones separadas, en comparación con el otro sistema que permite de seis a diez.
En cambio, los secadores de chorro de choque funcionan con arreglo al principio de forzar el aire caliente a alta velocidad para que llegue a la superficie de la chapa. La turbulencia localizada que se genera hace que la capa límite del aire húmedo se disperse (46), capa que normalmente impediría la transmisión ef ¡caz del calor, y eso por lo tanto da lugar a una mayor eficiencia y economía de la operación de secado.
Controles. Las fábricas deben proveerse de los sistemas de control de operaciones que existen hoy día y mantenerlos constantemente mejorados. Bien se elijan controles semiautomáticos
para permitir un cierto grado de control por parte del operador o sistemas plenamente automatizados, la flexibilidad de la operación de la secadora mejoraría considerablemente, junto con un gran ahorro de potencial tanto en consumo de calor como de energía.
Los sistemas de calentamiento, el ingreso de aire fresco de alimentación, y las velocidades y fumistería de los ventiladores para la circulación del aire, son elementos todos ellos que pueden regularse automáticamente con arreglo a las condiciones del secador y al grado en que ha de eliminarse la humedad de la madera aserrada o de la chapa. En el caso de secadores de chapas, los detectores automáticos de humedad contribuyen a optimizar la velocidad de alimentación de las hojas: todo ello contribuye a una mejor eficiencia de secado con respecto al insumo de energía. Sin embargo, dado el gasto que esto representa, las ventajas y ahorros generales en los costos de energía y de producción habrán de ser objeto de un análisis minucioso antes de que se piense en su instalación, en el supuesto desde luego de que la disponibilidad de fondos y el personal competente de mantenimiento no constituyan factores limitativos.
Actualmente se emplean tres clases de secadoras: las instantáneas, las de tubo y las de tambor. Aunque las de tambor rotativo de uno solo o de triple paso son ahora las que se emplean más comúnmente, el empleo de la secadora instantánea y la sustitución de la secadora de tres pasos por la de dos está permitiendo mejorar la eficiencia energética en la operación de secado.
La secadora de dos pasos o flujos procede del diseño de las secadoras de paso único y de triple paso y se compone de un tubo horizontal interior de fogonazo o ultrarrápido en el que la humedad de la partícula se evapora a altas temperaturas y velocidades del aire y luego pasa al tubo exterior, de mayor volumen, donde se elimina la humedad remanente a temperaturas y velocidades del aire inferiores. Este procedimiento permite unos tiempos de retención más largos y una ventaja global en la eficiencia térmica en comparación con sus predecesoras. En cambio, las secadoras instantáneas, a base corrientemente de partículas finas secas, exigen unas temperaturas inferiores de secado.
La uniformidad en el material de alimentación es indispensable para la eficiencia de la operación de secado, y tiene que constituir una característica del diseño. Las variaciones en el
tamaño de partículas, su contenido de humedad y ritmo de alimentación, si no son objeto de control, surtirán un efecto negativo en el funcionamiento de la secadora, dando lugar a un material secado en exceso o en defecto, a una demanda excesiva de energía y a un producto final de calidad inferior.
Como ya se indicó, la preselección en la fase de manipulación de la madera, la posibilidad de un transporte de velocidad variable, de dispositivos para sobretensión, así como de equipo de detección y control de la humedad antes de pasar por la secadora y después, permitirá al operador un mayor grado de control sobre la entrada de material y la operación de secado.
El caldeo de la secadora se realiza principalmente mediante fuego directo de petróleo, gas o residuos muy desmenuzados para conseguir temperaturas del aire de hasta 870°C. Aunque las secadoras de tubo están diseñadas para su caldeo indirecto con vapor, agua caliente o petróleo, que elimina el riesgo de incendio, la eficiencia de la transmisión térmica es muy inferior en comparación con el fuego directo.
Aunque el petróleo y el gas son las fuentes principales de calor debido a su facilidad de empleo, las ventajas económicas que supone el emplear aserrín y finos de cribado, ese., han resultado posibles gracias a los recientes avances en el diseño de quemadores y están dando lugar en las nuevas instalaciones a la transformación de los viejos sistemas y al empleo de fogueo a base de residuos.
Sistemas de aire. El proceso de secado requiere el empleo de grandes volúmenes de aire tanto para el caldeo como para el transporte de las partículas a través de la secadora, lo que supone aproximadamente 4 m3 de aire por cada kilogramo de agua evaporada a velocidades del orden de 1 200-1 800 m por minuto (65) y a un elevado costo energético.
Los constantes avances que se hacen en el diseño de secadoras pretenden reducir los volúmenes de aire necesario, y la variación de los volúmenes de los tubos dentro de las secadoras hace posible la graduación de las velocidades para conseguir un mejor control del secado y una economía energética. Con todo, los ahorros más importantes de energía podrían lograrse prestando atención al diseño y selección de los ventiladores, debiéndose mantener cortas las longitudes de los quemadores de ciclón y de transporte~ canalización, reduciéndose al mínimo los pliegues y dándoles el correcto tamaño a los ventiladores y ciclones para los volúmenes de aire correspondientes. Hay que estudiar las ventajas de utilizar un sistema de aire positivo o negativo, especialmente al exigir el primero menos energía.
Controles de las operaciones. Para protegerse contra un secado por exceso o por defecto, que daría lugar a un despilfarro innecesario de energía térmica o a riesgos de incendio, habrá que controlar de cerca las temperaturas de secado de acuerdo con el tipo y contenido de humedad del material: las virutas verdes se suelen secar a una temperatura de 650-750'C (65), mientras que se aplicarían temperaturas internas entre los 260-310°C para material
bien seco. Esto podría conseguirse fácilmente con los controles actuales de las operaciones que tienen la exactitud, la sensibilidad y la respuesta rápida necesarias para ajustarse inmediatamente a los cambios de contextura del material de partículas.
El control de las temperaturas, la velocidad de la rotación de la secadora, el índice de alimentación de partículas, tiempo de parada y contenido final de humedad pueden controlarse y regularse ahora con arreglo al tamaño de las partículas y contenido de humedad que pasa a la secadora, determinándose así un mejor control del secado y un empleo más ef ¡caz tanto de la secadora como del combustible.
También habrá que pensar en la viabilidad de disponer de espacio de almacenamiento o cobertizos de forma que pueda ser posible el secado natural de la materia prima y así reducir las necesidades de energía de la secadora, cuando la cosa esté justificada económicamente y lo permitan las condiciones climáticas.
En el caso del secado de madera aserrada, el calor recuperado se emplearía normalmente en calentar la entrada de aire fresco en el horno mediante un intercambiador térmico. Además, podría utilizarse para el presecado de la madera aserrada o, en el caso de un sistema de hornos de carga multicameral, podría recuperarse de una cámara utilizando un procedimiento de secado de alta temperatura para proporcionar la mayor parte del calor que necesita otra cámara que seque a temperaturas inferiores.
Las altas temperaturas que intervienen - en el secado de partículas
pueden hacer económicamente interesante la termorrecuperación
en una gran instalación que dependa en gran parte del petróleo
o del gas como fuente de combustible. Se estima que entre el 20-60 por
ciento (14) de la energía térmica utilizada en el secado
pudiera ahorrarse haciendo circular de nuevo los gases de combustión
de la secadora, que podrían reciclarse hasta un 40 por ciento (106).
(Hay que tener cuidado en evitar la condensación superficial y el
riesgo de corrosión). Asimismo, los gases de combustión de
la caldera, transportados mediante una conducción aislada, podrían
servir indirectamente para calentar el aire de relleno.
Los principios en que se apoya el prensado térmico para la
producción de tableros contrachapados y de partículas son
análogos en cuanto la aplicación de presión produce
el contacto entre la hoja/partícula y la resina, y el calor acelera
el endurecimiento. Es de absoluta necesidad que, en la fase de diseño,
se equilibren y sincronicen todos los elementos del equipo para ajustarlos
a la capacidad de la prensa y así asegurar su funcionamiento continuo.
El número de aberturas de la prensa oscila normalmente de 5 a 25 para los tableros contrachapados y de 14 a 18 para los tableros de partículas. En cada caso, el.calor se aplica al plato mediante agua caliente, vapor o aceite térmico. El uso de este último, aunque exige más energía de bombeo para conseguir el grado de circulación necesario a fin de alcanzar las elevadas temperaturas del plato, ha permitido que las prensas funcionen a una temperatura de hasta 315°C, con las consiguientes reducciones en la presión y tiempos de prensado que normalmente hacen falta para conseguir el endurecimiento.
Al mecanizarse y automatizarse cada día más la carga y descarga en algunos grandes aserraderos y al abreviarse los tiempos de abertura y cierre, se están reduciendo los tiempos globales del ciclo de prensado y cabría conseguir ulteriores mejoras en la eficiencia térmica de la prensa aislando los platos y todas las superficies de caldeo.
Los progresos hechos en la preparación de resinas han permitido también reducir considerablemente los tiempos de prensado hasta en un 50-60 por ciento, con grandes ahorros de energía. Sin embargo, para dar salida eficazmente a los vapores desprendidos por las resinas durante el prensado, hacen falta grandes volúmenes de aire. La energía consumida durante la ventilación podría reducirse diseñando los sistemas de ventilación con campanas protegidas y ajustadas y manipulando sólo la cantidad de aire estrictamente necesario para librar eficazmente el ambiente de trabajo de los vapores nocivos.
El preprensado reduce efectivamente el tiempo general del ciclo de prensa
en caliente facilitando la carga y como consecuencia directa del menor
espesor de las chapas y la manta puede reducirse el ancho de las aberturas.
Aplicando calor al plato superior de la preprensa puede reducirse aún
más el tiempo del ciclo de prensa en caliente, contribuyendo todo
ello a unas menores exigencias de energía térmica en el prensado,
aunque la demanda de energía sea algo mayor.
También los avances hechos en el diseño de lijadoras de cinta ancha, aunque producen ahora un acabado superficial mejor y más rápido, lo han hecho a costa de energía, con un consumo que ha aumentado a un kilovatio por centímetro de ancho de cinta. Esto puede compensarse en parte por los adelantos que se han hecho en el diseño del equipo previo, como máquinas de desenrollar, secadoras, formadoras o moldeadoras y prensas en caliente, todo lo cual permite un mayor grado de control de la calidad del producto Y. como consecuencia, una menor variación dimensional, menor degradación y por lo tanto también menos necesidades de acabado.
Se están adoptando ahora sistemas semiautoráticos para elevar al máximo el aprovechamiento de toda la instalación de acabado primario, que, junto con zonas para sobrecargas localizadas estratégicamente o estaciones de retención, asegura un flujo regular de los materiales a través del departamento de acabado con interrupciones mínimas debido a averías menores y a problemas funcionales.
Las sierras recortadoras con sus hojas más finas, su mayor tensión, sus velocidades superiores y con filos de carburo de tungsteno son cada día más eficientes desde el punto de vista energético para tratar los más modernos aglomerantes de resina. Los avances hechos en los sistemas computadorizados automáticos de aserrío a la medida han dado lugar a un recortado mucho menor y, como consecuencia de ello, es menos la energía que se absorbe en el reciclado de grandes cantidades de residuos dentro del sistema.
Sin embargo, la necesidad de un mejor control ambiental y la remoción
de las lijaduras, recortes, etc, ha supuesto que la energía necesaria
para eliminar los residuos haya aumentado con los años. Por eso
para conseguir una eficiencia energética óptima en la remoción
de los residuos, hay que prestar atención a la selección
correcta de los ventiladores de escape y al equipo de recogida de aserrín
y al diseño de las conducciones y ciclones, y con zócalos
y cajas diseñadas expresamente para ubicar la recogida.
energética. Sin embargo, es un hecho lamentable que, prescindiendo de los gastos y esfuerzos empleados en el diseño y funcionamiento de la instalación, pueda haber un despilfarro por no tener en cuenta los elementos básicos de un buen diseño y prestar escasa atención al funcionamiento y mantenimiento de las instalaciones auxiliares. Q
Nunca se insistiría lo bastante en la importancia de dar las justas dimensiones a una caldera para que suministre buen vapor seco a la presión correcta, haciendo frente, sin embargo, a cargas punta y manteniendo un rendimiento óptimo a pesar de las fluctuaciones de la demanda.
Las calderas de tamaño excesivo tendrían como resultado que funcionarían a una fracción de su régimen, con pérdidas desproporcionadas de radiación y un descenso general en su rendimiento. En cambio, podría también resultar perjudicado su rendimiento si tuviera que hacer frente a cargas de punta muy por encima de su régimen continuo máximo.
Teóricamente, dos calderas más pequeñas son preferibles a una caldera grande que se utilice en parte, pues así habría flexibilidad de funcionamiento para atender a variaciones de carga, que podrían producirse por cambios en temporadas o en las exigencias de la capacidad de producción. Sin embargo, el costo prohibe siempre ese lujo en los aserraderos pequeños.
Independientemente del tipo de caldera o de combustible empleado, es admisible una cierta cantidad de exceso de aire para conseguir una combustión completa, de lo contrario el combustible no quemado supondría una pérdida de energía pero si el aire excesivo supera el nivel aceptable, los quemadores resultarían sobrecargados y el calor sería absorbido y extraído de la chimenea a temperaturas elevadas, lo que supondría un despilfarro de energía que, si no fuera por ello, podría haberse aprovechado para producir vapor o agua caliente, de ahí que sea necesario vigilar tanto el funcionamiento de la caldera como comprobar de forma regular la eficiencia de la combustión.
mientras las calderas mayores y más modernas están dotadas de controles automáticos de combustión, junto con analizadores de los gases de combustión, los modelos más pequeños y más viejos tal vez no están provistos de esos accesorios, por lo que hacen falta la destreza del operario y el empleo de equipos portátiles de comprobación de la combustión (de fácil obtención) para sintonizar los reajustes de suerte que se mantenga la proporción correcta de
aire y combustible. Pero no todos los combustibles se prestan fácilmente a su cómoda manipulación y a una buena mezcla con el aire, por lo cual es importante que su entrada en la cámara de combustión esté bien regulada y sea uniforme para conseguir la máxima eficiencia en el control.
Lamentablemente, no es raro encontrar aserraderos con unos controles de calderas insuficientes o desajustados y una falta general del nivel de atención y mantenimiento que hay que prestar a esos instrumentos y controles. Como accesorios esenciales de la caldera hay que considerar la dotación de controles fiables y bien diseñados para regular el aire de combustión y medir tanto el combustible como el vapor.
A los operadores de las calderas habrá que darles una preparación suficiente, y los controles de procesos deberán ser atendidos y mantenidos con regularidad por un personal convenientemente cualificado. Al aumentar el tamaño de la caldera y el índice de consumo de combustible, aumentará también la necesidad de comprobaciones frecuentes de su rendimiento y de una medición perfeccionada de los combustibles, vapor y agua caliente.
Los quemadores, los ventiladores, los registros, la obra de ladrillos y el aislamiento son elementos todos ellos que deben ser objeto de un mantenimiento periódico para elevar al máximo la eficiencia funcional de las calderas. Los aserraderos que no cuenten con personal capacitado expresamente en el servicio de calderas tal vez tengan que contratar técnicos de mantenimiento para realizar esos trabajos.
Todas las superficies de transmisión térmica han de mantenerse libres de depósitos acumulados de costra y hollín, lo que impediría considerablemente la transmisión del calor y reduciría el rendimiento. De ahí que tanto la instalación de tratamiento con agua y el equipo de soplado del hollín deberían estar bien diseñados y mantenerse en buenas condiciones de funcionamiento.
Las tuberías deben tener el tamaño correcto y estar bien dispuestas, procurando mantener las distancias y los pliegues al mínimo. Habrá que procurar que haya suficientes trampas y ventosas de aire con una remoción y recuperación inmediatas del condensado que procede del sistema de vapor. Cuando se piensa que, en un sistema de vapor que funcione a siete atmósferas, el condensado contiene un 25 por ciento del calor necesario para generar vapor, su pérdida representaría una baja en la eficiencia de utilización del vapor de hasta un 75 por ciento menos (93). De ahí que resulte evidente que la recogida del condensado sea de absoluta necesidad, pues también contribuye a reducir los costos que supone el calentar y tratar el agua de alimentación de las calderas.
La capacidad del tanque de alimentación de las calderas debe permitir el empleo máximo del condensado de retorno. No sólo debe contener agua suficiente para permitir al menos la producción de vapor durante una hora al régimen máximo, sino que también debe estar bien calorifugada para mantener las pérdidas térmicas al mínimo: por cada 6°C de aumento en la temperatura del agua de alimentación se ahorra aproximadamente un uno por ciento de combustible (93).
Todas las tuberías de vapor y de condensado y demás superficies caldeadas expuestas han de estar debidamente revestidas con termoaislante de un espesor económico. Aunque esto puede considerarse al principio una operación costosa, hay que tomarlo como una inversión a largo plazo que vale la pena, con períodos de recuperación del dinero que suelen ser inferiores a los dos años.
En realidad, en la fase de selección es donde hay que prestar especial atención al sistema de accionamiento eléctrico para conseguir el máximo rendimiento y economía en su funcionamiento. Los motores han de adecuarse a las funciones que se requieren y al medio ambiente de trabajo, y deben tener el tamaño correcto de suerte que funcionen lo más cerca posible a su carga plena, con un margen sin embargo de capacidad sobrante para atender a sobrecargas momentáneas. Los regímenes de eficiencia energética y los factores de potencia han de ser estudiados atentamente y aunque unos motores de buen rendimiento energético suelen ser al principio costosos, se están demostrando como inversiones a largo plazo.
Cuando se adquieren motores se recomienda que se elijan los que tienen unos porcentajes de sobrecarga entre 1,00 y 1,15, pues son más robustos y están en mejores condiciones de hacer frente a sobrecargas de la demanda. Por lo general, resulta que los motores síncronos son más económicos que los de inducción con condensadores de capacidad, pero esto depende de la velocidad y del voltaje. En el caso de motores de mayor tamaño, habrá que pensar en el empleo de voltajes superiores, lo que determinará una reducción tanto del tamaño como de las pérdidas de calor.
Pueden también reducirse las pérdidas de energía eligiendo un motor de arranque que está diseñado para que dé el mayor factor posible de potencia y un rendimiento óptimo, y cuyos
transformadores se hallen situados lo más cerca posible de los usuarios de cargas pesadas. En algunos casos, el adquirir conductores eléctricos de mayor tamaño puede resultar también económicamente ventajoso al reducir las pérdidas de energía.
Todos los aserraderos, por su propio interés, deben tender a mejorar el factor general de potencia de su instalación eléctrica y poner todo su empeño en mantener lo más bajas posible las puntas de demanda de energía; de esa forma, pueden reducirse las tarifas de electricidad y evitarse las sanciones que imponen las compañías de suministro eléctrico.
En el aspecto práctico, podrá vigilarse el consumo de energía con ayuda de un contador registrador de la demanda y, una vez se hayan identificado los principales elementos usuarios del equipo, podrán tomarse medidas para reducir eficazmente las puntas de demanda. Esto puede conseguirse reduciendo el consumo, escalonando la puesta en marcha y redistribuyendo el funcionamiento de la instalación para así distribuir la carga de forma más equilibrada. Debe también efectuarse una revisión a fondo de todos los motores e instalaciones de accionamiento para comprobar que están todos correctamente ajustados y que sus velocidades no exceden de lo necesario para mantener una producción eficiente.
Todos los motores e instalaciones deberán hacerse funcionar lo más cerca posible de su capacidad, reduciendo al mínimo indispensable los tiempos muertos. Como la mala administración y mantenimiento de las instalaciones repercute desfavorablemente en el consumo de energía, habrán de mantenerse unos niveles altos. Pero sobre todo la instalación eléctrica debe desconectarse cuando no esté en funcionamiento.
Los factores de potencia bajos pueden también mejorarse instalando un equipo de corrección de los mismos, empleando para ello motores síncronos cuando sea el caso y dotando de capacitadores a los motores de inducción. Si ya se han instalado los capacitadores, podría resultar ventajoso someterlos a comprobación, pues suelen estropearse con el tiempo.
Sin embargo, los sistemas de alumbrado suelen ser usuarios poco eficientes de electricidad, pues las lámparas incandescentes sólo transforman el 10 por ciento en luz, las fluorescentes el 20 por ciento, e incluso las lámparas más eficientes de metal de haluro y sodio sólo transforman, respectivamente, el 24 y el 33 por ciento. Como la electricidad constituye un 70 por ciento del costo total del alumbrado en un período de cinco años, es absolutamente
necesario que se procure la eficacia de su diseño y funcionamiento al elegir los sistemas de alumbrado, más que fijarse en el costo inicial.
Los niveles de alumbrado deben ajustarse a las normas establecidas para las actividades de trabajo y distribución en planta. Aunque es un despilfarro alumbrar más de la cuenta, el no cumplir las normas mínimas no sólo repercutirá en el rendimiento de los trabajadores, sino que constituirá además un peligro para la seguridad. Como los niveles de alumbrado que se recomiendan van de 30 lúmenes por metro cuadrado para un apiladero, a 1 500 lúmenes por metro cuadrado para trabajos finos de banco, podrá fácilmente apreciarse la importancia de adoptar las fuentes y accesorios de alumbrado más convenientes y eficaces.
Todas las lámparas pierden con el tiempo y como consecuencia de ello su eficiencia se reduce fuertemente. Por consiguiente, teniendo presentes los ahorros energéticos, los costos de capital deberían constatarse con los costos operativos a largo plazo cuando se escogen sistemas de alumbrado. Esto puede demostrarse con el hecho que, aunque un tubo fluorescente es más caro que una lámpara incandescente, es el triple más eficiente energéticamente hablando, además de tener doce veces más de esperanza de vida.
De los tantísimos modelos de accesorios de alumbrado, reflectores y difusores que existen en el mercado, sólo habrán de comprarse los que den el máximo resultado en cuanto a eficiencia óptica y energética. Los accesorios deben montarse de forma que orienten la luz hacia la superficie de trabajo y faciliten la limpieza de suerte que su eficiencia no resulte dañada por la suciedad. Como las lámparas fluorescentes están expuestas a una disminución de producción y eficiencia lumínica cuando las temperaturas del ambiente pasan de 25°C, habrá que tener cuidado al colocarlas. (Una simple lámpara fluorescente de 65 vatios, con un 100 por cien de producción relativa de luz a 25°C, sólo daría el 80 por ciento de luz a 45°C, y el 75 por ciento a 55°C). (80)
Cuando se visitan los apiladeros durante el día o el interior de los locales cuando ya ha terminado hace rato toda clase de actividad, no es raro encontrar todas las luces encendidas. Para salvar estos descuidos humanos, se recomienda que los interruptores de la luz están bien señalados y colocados convenientemente y que al sistema de alumbrado se incorporen cronointerruptores o controladores programados, que requieran pocas manipulaciones manuales.
No obstante todo lo dicho, no hay que olvidar el mayor potencial de ahorro energético, que consiste en hacer el empleo mayor posible de la luz natural; habrá que sacar el máximo partido posible de ventanas y claraboyas para permitir que llegue a los puestos de trabajo la mayor luz diurna posible. Además, todas las paredes y techos deberán estar pintados en colores claros para reflejar la luz natural y artificial.
Los compresores de pistón y los rotativos de palas son los tipos más empleados en las industrias forestales. Cuando un comprensor funciona al 100 por ciento de sus coeficientes de carga, los costos de la energía son aproximadamente del 82 por ciento de sus costos totales de funcionamiento; en cambio, cuando el coeficiente de carga baja al 50 por ciento, los costos de energía resultan muy afectados, reduciéndose al 77 por ciento de los costos de funcionamiento (13). Por consiguiente, independientemente del compresor que se elija, debe tener el tamaño justo para funcionar lo más cerca posible de su plena carga en todo momento.
Podría conseguirse esto eligiendo varias unidades más pequeñas que funcionen constantemente a la máxima capacidad de régimen posible, dedicando sólo una unidad para atender a las variaciones de carga. Con relés que apaguen automáticamente el compresor si funciona descargado durante más de, ponganos por caso, cinco a diez minutos, los demás compresores podrán funcionar a plena carga continua.
Si se calcula que hace falta un 15 por ciento más de energía para producir aire a siete atmósferas en lugar de 5,5 atmósferas, se desprende claramente que resultará más rentable elegir un equipo neumático que funcione a presiones inferiores. Además, habrá que pensar también en utilizar compresores más pequeños ubicados cerca del punto de uso final, en lugar de instalar un sistema centralizado de aire para así reducir las pérdidas en la línea.
Hay que prestar atención al diseño de la entrada de aire en el compresor de suerte que esté colocada en un lugar fresco, sin polvo ni humedad, y que se mantenga lo más corta y directa posible. Por cada 4°C de aumento en la temperatura de entrada del aire, el consumo de energía del compresor aumentará aproximadamente en un uno por ciento y por cada 25 milibares de presión perdida en el tubo de entrada, se perderá el dos por ciento de rendimiento total (13). Es también importante que las tuberías que se coloquen tengan el tamaño correcto y estén bien dispuestas con el mínimo de pliegues, reducciones y otras restricciones al flujo de aire, con objeto de mantener lo más bajas posible las caldas de presión.
Recientes progresos en los sistemas de recuperación térmica han permitido el recuperar económicamente el calor generado por los compresores neumáticos para emplearlo en otras partes de la fábrica, pretendiéndose una recuperación de hasta el 80 por ciento de la energía de entrada. Sin embargo, la economía de estos sistemas depende muchísimo del tamaño de la instalación y de la cantidad de calor que realmente se produzca.
