ES2359901B2 - Máquina recogedora, trituradora e impulsadora de biomasa. - Google Patents

Abstract

Máquina recogedora, trituradora e impulsora de biomasa.

Consiste en un robusto cabezal vinculado a un chasis fijo a una estructura provista de ruedas para ser remolcada por un tractor, o bien, formando parte de un vehículo autopropulsado. El cabezal dispone en la parte inferior delantera, de un rodillo de recogida (4) que levanta el ramaje para introducirlo hacia el interior donde se encuentra el molino triturador, colaborando en esta acción dos rodillos superiores de alimentación (6) ubicados en una mandíbula (3) articulada en la parte superior del cabezal (1).

La materia troceada es conducida a gran velocidad por una chimenea (12) de salida mezclada con el aire producido por los martillos (9) del molino triturador, cuyo rotor (8) gira en una envolvente (11) en forma de espiral que se continua en la aludida chimenea (12).

Description

Máquina recogedora, trituradora e impulsora de biomasa.

Objeto de la invención

La presente invención, según lo expresa el enunciado de esta memoria descriptiva, se refiere a una máquina recogedora, trituradora e impulsora de biomasa, la cual supone un notable avance tecnológico para este sector de la técnica.

Las labores de poda de los cultivos arbóreos, en particular las del olivo, la vid y los frutales, requieren la rápida eliminación de la materia leñosa separada del tronco al objeto, entre otros propósitos, de impedir la posible aparición de plagas que encuentran su asiento en los residuos de la poda. Entre las soluciones aplicadas de forma tradicional se encuentran por una parte el aprovechamiento de la madera como combustible y el del follaje como alimento para el ganado, y por otra la quema de residuos in situ, lo que produce la consiguiente pérdida de recursos oligominerales. Una solución alternativa de aparición relativamente reciente consiste en la molienda de los residuos sobre el terreno para incorporarlos al sustrato, facilitándose su putrefacción mediante una vigorosa fragmentación ejercida, bien por corte con cuchillas, o bien por trituración mediante martillos.

El agotamiento de los combustibles fósiles y la preocupación por el calentamiento global y el incremento de la concentración del dióxido de carbono en la atmósfera han llevado a la valorización de los restos de poda considerándolos como un recurso energético renovable de particular interés, ya que el dióxido de carbono liberado durante su combustión equivale al previamente extraído de la atmósfera por las plantas mediante el proceso de la fotosíntesis, permaneciendo su concentración estable a largo plazo.

La utilización industrial de la biomasa en general como vector energético, y de la poda en particular, requiere la superación de ciertos problemas técnicos y económicos ligados a los procesos de recogida, alimentación, molienda, compactación y transporte. Para todos ellos aporta soluciones la máquina objeto de la presente invención, ya que, mediante numerosas mejoras y perfeccionamientos con relación a la maquinaria existente, recoge la poda del suelo con una mínima aportación de mano de obra (el propio conductor de la máquina), tritura eficazmente la biomasa obteniendo fragmentos de tamaño adecuado a las necesidades del transporte y la combustión, y compacta la materia triturada obteniendo una densidad que hace económicamente viable su transporte a distancias moderadas. No precisa por otra parte procesos auxiliares de segunda recogida y necesita un mínimo mantenimiento.

Estado actual de la técnica

Las máquinas existentes concebidas con similar o idéntica finalidad operan mediante alguno de los principios siguientes:

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Prensado para formar balas. Estas máquinas, derivadas de las empacadoras de forraje, se basan en la compresión y atado de los residuos formando balas de forma paralelepidédica de elevada densidad. Entre sus ventajas se encuentran la obtención de paquetes manipulables individualmente, pero entre sus inconvenientes figuran la lentitud del proceso, que requiere mantener la máquina estática, la necesidad por tanto de alimentar la máquina con biomasa en lugar de que ella misma la recoja del suelo, el elevado consumo energético del proceso de prensado, y la necesidad de retirar posteriormente las balas obtenidas, depositadas en el campo tras el proceso de prensado.

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Corte mediante cuchillas. Las máquinas de corte operan mediante cilindros dotados de cuchillas recambiables que giran a gran velocidad, obteniendo una fragmentación en forma de viruta. Tienen la ventaja de conseguir un producto de tamaño muy reducido, pero mediante un consumo energético elevado y con un costo considerable de adquisición y de afilado de las cuchillas. Por otra parte, su tolerancia a la introducción accidental en el molino de piedras o fragmentos metálicos es nula, produciéndose en dichos caso la rotura o embotado de la cuchilla.

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Trituración mediante martillos. Las máquinas que operan mediante martillos aprovechan la energía cinética almacenada en un rotor que gira a gran velocidad para romper por impacto la biomasa introducida, dilacerando las fibras vegetales y produciendo una eficaz fragmentación. Al igual que las máquinas de cuchillas, cuando se dotan de un mecanismo recogedor permiten su funcionamiento en movimiento, no precisando por tanto de alimentación manual. Los martillos tienen la ventaja de ser prácticamente insensibles a la introducción en el molino de cuerpos extraños. Sin embargo, el número y disposición de los martillos de las máquinas actuales las hace eficaces solamente con el ramaje ligero y la hojarasca, pero no con los trozos gruesos de poda, que les resultan inatacables, siendo precisamente los que poseen mayor peso y por tanto, mayor capacidad de producción de energía térmica.

Los molinos actuales, tanto los de cuchillas como los de martillos, cuando se utilizan para recoger la biomasa del terreno necesitan de un ventilador auxiliar que produzca una fuerte corriente de aire destinada a impulsar el producto hasta el remolque o el recipiente de almacenamiento, con el consiguiente consumo energético, complicación constructiva y posibilidad de averías.

Como modelos representativos de las tipologías enumeradas se encuentran las patentes ES 2 273 591 B1, ES 1 063 023 y ES 1 062 779 U.

Descripción de la invención

En líneas generales, la máquina recogedora, trituradora e impulsora de biomasa, objeto de la presente invención, se caracteriza porque está formada por un robusto cabezal suspendido de forma articulada de un chasis fijo que está vinculado a una estructura provista de ruedas para ser remolcada mediante un tractor, o bien, formar parte dicho chasis de una máquina autopropulsada, cambiando solamente la forma de anclaje de la máquina.

Dicho cabezal incluye una extensión delantera e inferior donde está montado un rodillo de recogida dispuesto horizontalmente, formado por una pluralidad de aletas ensartadas en dicho eje a distancias regulares, provistas de un perfil dentado especial y las cuales son pasantes por una superficie en rampa que a modo de peine colabora en la captación del ramaje y su arrastre hacia el interior del cabezal donde se encuentra el molino triturador, de eje también horizontal y provisto de martillos golpeadores como veremos más adelante. El chasis lleva montada de forma articulada una mandíbula superior provista de dos rodillos horizontales giratorios de alimentación, los cuales presentan una estructura muy similar al rodillo de recogida inferior, girando en sentido contrario que éste para colaborar con la captación y arrastre del ramaje a triturar.

También existen otros dos rodillos laterales ubicados a la izquierda y a la derecha del cabezal, de ejes verticales y que giran también en sentidos contrarios para embocar las ramas sobresalientes y que así de una forma fácil y sin necesidad de operarios las ramas entren al máquina, o con el propio avance de una estructura móvil motorizada.

La mandíbula articulada queda soportada mediante una pareja de cilindros hidráulicos con los que se consigue su apertura y cierre en mayor o menor medida dependiendo del tamaño de los fragmentos de biomasa. Se ha previsto un dispositivo automático que provoca la apertura de la mandíbula al detectarse un fragmento de biomasa de un tamaño superior al del tragante y que pudiera provocar un atasco en el molino triturador, bloqueándose en ese caso el giro de estos rodillos de alimentación, detectándose dicha situación una vez que se superara la presión de taraje del dispositivo hidráulico de accionamiento, materializado por motores hidráulicos para los respectivos ejes. Se ha previsto que al provocarse la sobrepresión del circuito hidráulico se produzca la inversión automática del sentido de la alimentación para expulsar el fragmento de gran tamaño, lo que se consigue mediante un dispositivo presostático previsto al
efecto.

El rodillo triturador o molino propiamente dicho está constituido por un rotor de eje horizontal como hemos dicho anteriormente, paralelo a los rodillos de alimentación y de recogida, y que está equipado con una pluralidad de martillos montados de forma loca, o de giro libre, en puntos de la periferia de unos discos constitutivos del rodillo triturador. Estos martillos actúan sobre una cuchilla sufridera que está fija al chasis en posición próxima a los martillos. Los martillos dispuestos por tanto en varias hileras según generatrices del rotor, se posicionan en forma radial por la fuerza centrífuga producida en la rotación, siendo en esta condición cuando el extremo de los martillos pasa cerca de la sufridera y provoca la acción cortante. Si no se llega a producir el corte o troceado, el martillo cede, es decir, gira en vuelve a ser golpeado repetidamente con los martillos sucesivos hasta que se produce la disgregación de la biomasa.

La cuchilla sufridera está definida por una pletina transversal a lo largo del molino triturador, provista de una arista activa y de múltiples planos verticales que se sitúan entre los martillos, consiguiéndose así un eficaz troceado de la biomasa.

La rotación del molino triturador provoca que la masa molida circule a elevada velocidad por un conducto envolvente en forma de espiral que se continúa en una chimenea de salida, de forma que sin necesidad de ningún aparato de aspiración salga la masa molida a gran velocidad,impactando a elevada velocidad contra la pared trasera del recipiente de almacenamiento o del propio remolque utilizado para este fin, consiguiendo así una eficaz compactación del producto. La admisión de aire tiene lugar sin dificultad ya que tanto el cabezal como la mandíbula disponen de varias rejillas de entrada libre de aire al molino.

En los laterales del cabezal y concretamente en la parte inferior del mismo están dispuestos sendos palpadores que disponen de una rueda en contacto con el suelo con la finalidad de medir la distancia del cabezal al suelo mediante un dispositivo potenciométrico de forma que la señal de salida del dispositivo de medición entre en el cuadro eléctrico produciendo oportunamente una acción de elevación o descenso de los cilindros de suspensión y manteniendo siempre óptima la altura del cabezal respecto al suelo.

Para facilitar la comprensión de las características de la invención y formando parte integrante de esta memoria descriptiva, se acompañan unas hojas de planos en cuyas figuras, con carácter ilustrativo y no limitativo se ha representado lo siguiente:

Breve descripción de las figuras

Figura 1.- Es una vista en alzado longitudinal de una máquina recogedora, trituradora e impulsora de biomasa, objeto de la invención, en su versión remolcada.

Figura 2.- Es una vista en perspectiva de la misma máquina de la figura 1 pero formando parte de un vehículo autopropulsado.

Figura 3.- Es una vista parcial, a mayor escala, de lo mostrado en la figura 2, de la zona delantera donde se encuentra montado el cabezal.

Figura 4.- Es una sección transversal del cabezal.

Figura 5.- Es una vista esquemática para observar el comportamiento de las aletas del rodillo de recogida, en diferentes ángulos de funcionamiento.

Figura 6.- Es una vista esquemática similar a la figura 5, pero para unas aletas con un perfil no adecuado que causaría atascos al impulsar la biomasa al molino.

Figuras 7 y 8.- Son dos posiciones secuenciales del movimiento angular de las aletas del rodillo de recogida de la figura 5, cuya forma geométrica no produce atascos cuando actúan sobre la biomasa.

Descripción de la forma de realización preferida

Haciendo referencia a la numeración adoptada en las figuras, podemos ver cómo la máquina recogedora, trituradora e impulsora de biomasa, que la invención propone, permite su uso en movimiento sin alimentación manual, pudiendo instalarse sobre ruedas y remolcarse mediante un tractor (fig. 1), o bien, formar parte de una máquina autopropulsada (fig. 2) en cuyo caso se dispone en siguientes componentes y funciones (véanse también las fig. 3 y 4):

Un cabezal (1) suspendido articuladamente del chasis fijo (2) soporta en su parte delantera una mandíbula articulada (3). En la parte delantera del cabezal se dispone un rodillo de recogida (4) dotado de múltiples aletas radiales, que por su disposición y geometría levantan la biomasa del suelo mediante el proceso que más adelante se describe, efectuando la función que en la terminología anglosajona especializada se denomina como pick-up.

En los laterales derecho e izquierdo se disponen otros dos rodillos auxiliares de recogida con su eje dispuesto en posición vertical (5), cuya acción redunda en un aumento práctico de la anchura de recogida, ayudando a embocar las ramas sobresalientes. La incorporación de estos rodillos supone un perfeccionamiento particularmente necesario cuando la hilera no se ha formado perfectamente previamente a la recogida.

La mandíbula articulada (3) ya citada, incorpora dos rodillos de alimentación (6) de geometría y dimensiones similares al de recogida (4), pero girando en sentido opuesto al mismo, produciendo por tanto conjuntamente con el rodillo (4) una enérgica función de arrastre de la biomasa al interior del molino, no requiriendo por tanto ayuda manual alguna para conseguir una perfecta alimentación del mismo.

La mandíbula se encuentra normalmente cerrada pero soportada sobre dos cilindros hidráulicos (7), que mediante la presión del fluido que se encuentra en su interior equilibran el peso de la mandíbula con todos sus componentes y accesorios, de forma que en el caso de que se introduzca en la máquina un fragmento de biomasa de gran para adaptar las dimensiones del tragante a las del fragmento. En el caso de que las dimensiones del fragmento excedan las de la apertura máxima del tragante se produce el bloqueo de los rodillos de alimentación por alcanzarse la máxima presión del circuito hidráulico. Al detectarse esta condición, mediante un dispositivo presostático al efecto, se produce la inversión automática de la alimentación, expulsándose el fragmento y prosiguiendo de nuevo la recogida de forma enteramente automática y con una mínima interrupción.

La geometría de las aletas de los rodillos, que recuerda la forma de las aletas de los escualos, está perfectamente definida y no es fruto de la casualidad sino de un cuidadoso diseño. En la figura 5 se muestra la forma de estas aletas y más concretamente las correspondientes al rodillo de recogida (4), para observar su comportamiento en diferentes ángulos de funcionamiento. Una vez levantada la biomasa del suelo mediante el fino dentado del extremo de las aletas se produce su impulsión para la alimentación al molino. Al girar la aleta llega un momento en el que su periferia se cruza con el plano en rampa y con forma de peine sobre el que se arrastra la biomasa (representada con forma esférica y punteada) antes de caer en el molino. Si el ángulo formado por la periferia de la aleta con el plano del peine fuese agudo se darían frecuentes casos de atasco con la consiguiente interrupción del proceso (fig. 6). Al estar dispuesta la periferia de la aleta siguiendo la forma de una espiral logarítmica se consigue que este ángulo sea siempre aproximadamente recto, evitándose el cizallado implícito a un ángulo agudo, por lo que nunca puede producirse un atasco, obteniéndose en su lugar una fuerza de empuje uniforme que favorece la alimentación del molino (fig. 7 y 8). El dentado del extremo de la aleta no produce atascos, porque al girar a mayor velocidad lineal que el resto de la aleta origina una fuerza centrífuga que tiende a separar la biomasa del extremo de la aleta.

El molino propiamente dicho comprende un rotor (8) con el eje dispuesto en posición horizontal, y equipado con múltiples martillos (9), una sufridera (10) y una envolvente de impulsión (11).

Tanto los rodillos de recogida como los de alimentación y el eje de martillos se impulsan a través de una instalación oleohidráulica, que presenta las ventajas de permitir la transmisión de grandes potencias mediante componentes compactos con perfecta limitación de sobrecargas y en ausencia de ejes, transmisiones por cadena u otros elementos que haya que engrasar y mantener; con libertad de movimiento relativo entre unos elementos y otros gracias a las conducciones flexibles, permitiendo arranques y paradas graduales sin tirones en la transmisión, y con la posibilidad de invertir fácilmente el sentido de marcha. Cada rodillo mencionado se impulsa mediante un motor hidráulico unido directamente a su eje, sin necesitar reducciones o acoplamientos.

Los martillos (9), dispuestos en varias hileras, penden libremente de ejes dispuestos paralelamente al eje del rotor. Cuando se arranca el molino se produce una potente fuerza centrífuga que obliga a los martillos (9) a adoptar una posición aproximadamente radial, pasando su extremo lo suficientemente cerca de la sufridera (10) provocando por tanto una acción cortante basada en la aplicación instantánea de la fuerza de inercia de cada martillo (9). En caso de que el tamaño o resistencia del fragmento impidan que se rompa al primer impacto se produce el retroceso del martillo (9), que gira sin impedimento alguno al ser las distancias entre el eje del martillo (9) y el núcleo del rotor (8), y entre las distintas hileras de martillos (9) entre sí, más que suficientes para permitir un giro completo de los martillos (9) sin interferencia alguna. Tras el primer impacto se suceden otros en rápida sucesión, aportando cada uno de ellos la energía cinética almacenada en cada martillo (9), terminando por disgregarse el fragmento en múltiples trozos.

La sufridera (10) se compone de un plano metálico conteniendo una arista paralela al eje del molino y de múltiples planos verticales conteniendo otras tantas aristas perpendiculares al eje del molino, de forma que, sea cual sea la orientación de las ramas o fragmentos que entran en el molino, dada la anisotropía que presentan las fibras vegetales, siempre haya un filo de impacto orientado perpendicularmente a la veta al objeto de que la energía aportada por los sucesivos golpes se aplique de la forma más favorable para la fragmentación.

Las hileras de martillos (9) están diseñadas de forma que cada una contenga un número máximo de martillos, de forma que tanto la energía cinética almacenada como la dimensión del frente de choque sean máximas. Al disponerse los martillos (9) formando un frente prácticamente continuo arrastran consigo una cantidad considerable de aire que encuentra su salida a través de la envolvente espiral (11) y la chimenea (12), que se prolonga hasta la proximidad de punto de descarga, impulsando a elevada velocidad la totalidad de la masa ya fragmentada. Cuando el chorro de biomasa molida impacta contra la pared trasera del recipiente de almacenamiento o del remolque utilizado se produce una compactación que facilita y abarata el posterior transporte al aumentar considerablemente la densidad aparente del producto.

En la figura 1 puede verse la chimenea (12) de salida con una parte articulada para que la altura del conjunto en posición de transporte no exceda la máxima autorizada para la circulación por carreteras y vías públicas.

Al objeto de permitir la libre entrada de aire al molino, fundamental para conseguir la función ya descrita de vehiculación de la biomasa, se disponen varias rejillas (13) en el cabezal (1) y la mandíbula (3).

El conjunto del cabezal (1) se suspende articuladamente del chasis del remolque portador, o de la máquina autopropulsada, consiguiéndose su posicionamiento mediante uno o varios cilindros hidráulicos (14), que mediante su acción permiten obtener la posición elevada, indicada para el transporte del equipo, la posición inferior, correspondiente a la altura de trabajo, o bien una gama infinita de posiciones intermedias.

Al objeto de permitir un funcionamiento completamente automatizado del conjunto se disponen dos palpadores (15), uno en cada lateral del cabezal (1), de forma que cada uno de ellos dispone de una rueda metálica en contacto con el suelo, unida a un dispositivo potenciométrico que, efectuando una comparación de la altura real del cabezal con el valor de la altura previamente seleccionado por el conductor, genera una señal eléctrica que una vez filtrada y aplicada a la electroválvula de mando del cilindro o cilindros de suspensión del cabezal permite el posicionado automático del mismo y la obtención de la altura de trabajo más conveniente dependiendo del tipo de cultivo y del estado del terreno.

La instalación hidráulica que acciona la totalidad de los dispositivos citados se impulsa gracias a una o varias bombas movidas por la toma de fuerza del tractor o por el motor de la máquina autopropulsada.

El almacenamiento de la biomasa triturada puede efectuarse en un recipiente al efecto, lanzarse a un remolque o incorporarse al sustrato sin que varíe por ello la esencia de la invención.

Claims (12)

1. Máquina recogedora, trituradora e impulsora de biomasa, especialmente diseñada para labores de poda de los cultivos arbóreos, caracterizada porque incluye:

un cabezal (1) suspendido articuladamente del chasis fijo, provisto de una mandíbula articulada superior delantera y portadora de dos rodillos horizontales giratorios de alimentación (6); un rodillo de recogida (4) también horizontal y de giro inverso al anterior, ubicado en la parte inferior delantera y dotado de múltiples aletas radiales para levantar con su giro la biomasa del suelo; otros dos rodillos laterales (5), izquierdo y derecho, de eje vertical y que giran en sentidos inversos para embocar las ramas sobresalientes; entrando la biomasa hacia un rodillo triturador o molino propiamente dicho, determinado por un rotor (8) de eje horizontal paralelo e interior respecto de los rodillos anteriores y equipado con múltiples martillos (9) que actúan sobre una cuchilla sufridera (10) fija impulsando al producto troceado por una envolvente espiral de impulsión (11) que arrastra las partículas de madera y aire hacia una chimenea de salida (12).

2. Máquina recogedora, trituradora e impulsora de biomasa, según reivindicación 1, caracterizada porque tanto el rodillo de recogida (4) como los rodillos de alimentación (6) y el eje rotor (8) de martillos (9), se impulsan a través de una instalación oleohidráulica con motores hidráulicos unidos directamente a sus respectivos ejes.

3. Máquina recogedora, trituradora e impulsora de biomasa, según reivindicación 1, caracterizada porque la mandíbula articulada (3) está soportada mediante dos cilindros hidráulicos (7) para su apertura o cierre dependiendo del tamaño de la biomasa.

4. Máquina recogedora, trituradora e impulsora de biomasa, según reivindicación 3, caracterizada porque la apertura de la mandíbula articulada (3) es automática al detectarse un fragmento de biomasa de gran tamaño, adaptándose las dimensiones del tragante a las del fragmento, y al superarse se bloquean los rodillos de alimentación (6).

5. Máquina recogedora, trituradora e impulsora de biomasa, según reivindicación 4, caracterizada porque el bloqueo de los rodillos de alimentación (6) provoca la sobrepresión del circuito hidráulico y se produce la inversión automática de la alimentación para expulsar el fragmento mediante un dispositivo presostático previsto al efecto.

6. Máquina recogedora, trituradora e impulsora de biomasa, según reivindicación 1, caracterizada porque las aletas de los rodillos de recogida (4) y de alimentación (6) tienen forma espiral en su periferia, geometría escalonada en su borde de ataque y pasan entre las púas de una superficie a modo de peine en rampa ascendente hacia el rotor (8) del molino triturador.

7. Máquina recogedora, trituradora e impulsora de biomasa, según reivindicación 1, caracterizada porque el rotor (8) del molino triturador está formado por martillos (9) dispuestos en varias hileras en generatrices del rotor (8), los cuales pueden girar libremente en correspondientes ejes paralelos al del rotor (8), posicionándose en el giro del rotor (8), por fuerza centrifuga, en disposición radial, pasando su extremo cerca de una cuchilla sufridera (10) y provocando la acción cortante, en tanto que si no se produce el corte, o el tamaño del fragmento excede de un contrario, y después el fragmento será golpeado repetidamente por los demás martillos (9) hasta su disgregación.

8. Máquina recogedora, trituradora e impulsora de biomasa, según reivindicaciones 1 y 7, caracterizada porque la cuchilla sufridera (10) está definida por una pletina transversal con una arista activa paralela al eje del rotor (8) y provista de múltiples planos verticales paralelos que se sitúan ente los martillos (9) colaborando eficazmente al troceado.

9. Máquina recogedora, trituradora e impulsora de biomasa, según reivindicación 1, caracterizada porque el chorro de masa molida circula a elevada velocidad por una envolvente en espiral (11) y chimenea de salida (12), impactando contra una pared trasera del recipiente de almacenamiento o del remolque utilizado y produciendo una compactación del producto.

10. Máquina recogedora, trituradora e impulsora de biomasa, según reivindicación 1, caracterizada porque el cabezal (1) y la mandíbula (3), disponen de rejillas (13) para libre admisión del aire al molino triturador.

11. Máquina recogedora, trituradora e impulsora de biomasa, según reivindicación 1, caracterizada porque el conjunto del cabezal (1) se suspende articuladamente del chasis del remolque portador, o de la máquina propulsada, y está asistido por uno varios cilindros hidráulicos (14), permitiendo su posicionamiento en altura.

12. Máquina recogedora, trituradora e impulsora de biomasa, según reivindicación 1, caracterizada porque a ambos lados del cabezal existen sendos palpadores (15) que disponen de una rueda en contacto con el suelo, vinculada a un dispositivo potenciométrico que permite el posicionado automático mas adecuado para la finalidad de la máquina.