MXPA96003756A - Equipo y proceso para el beneficio ecologico del cafe y de los subproductos - Google Patents

Abstract

La presente invención se refiere a un equipo para obtener cafépergamino a partir de cafécereza, sin la necesidad de fermentar el mucílago y con un consumo reducido de agua y control de la contaminación del agua, caracterizado porque comprende los siguiente elementos interconectados entre sí:una estructura de soporte (7);una despulpadora (1), la cual recibe el cafécereza (a) para despulparlo y transformarlo en caféen baba (b);dicha despulpadora (1) se acciona por medio de un sistema de transmisión de potencia y movimiento (8);un conducto (5) que transfiere el caféen baba (b) a un desmucilaginador de flujo ascendente (4) en cuyo interior se desmucilagina, lava y limpia el caféen baba (b) y en la parte superior se descarga cafépergamino lavado listo para secar (c);y un transportador de tornillo sinfín para transportar y simultáneamente mezclar los subproductos pulpa (d) y mucílago (e) y convertirlos en una sola masa (f).

Description

EQUIPO Y PROCESO PARA EL BENEFICIO ECOLÓGICO DEL CAFE Y DE LOS SUBPRODUCTOS DESCRIPCIÓN Antecedentes El beneficio del café por la vía húmeda, utilizado en Colombia, Centroamérica y algunos países Africanos, comprende las etapas de despulpado, desmuciliginado, lavado, limpieza y secado del producto. En el despulpado se retira el 40% en peso de la cereza. Tradicionalmente el mucílago se retira por medio de la fermentación natural. El mucílago, material rico en pectinas y azúcares, representa el 13% en peso de la cereza. La pulpa y el mucílago son los subproductos resultantes del beneficio del café por la vía húmeda. Son materiales orgánicos que al entrar en contacto con el agua la contaminan al consumir el oxígeno disuelto en ella. La contaminación potencial del café en el beneficio húmedo convencional es de 114.07 g de demanda química de oxígeno, DQO/kg. de café cereza. El agua, en abundancia, ha sido considerada factor Indispensable para el beneficio del café en Colombia. Consumos de agua del orden de 60 L/kg. de café pergamino seco todavía se observan en beneficiaderos de café. De este valor un 60% se utiliza para el despulpado del café y para el transporte de la pulpa hasta los lugares de procesamiento aeróbico, ó fosas. El agua restante se emplea en canalones de correteo, canales semisumergidos, ó en tanques, para lavar el café retirarle las impurezas (pulpa, etc.) y los granos defectuosos como flotes, guayabas, etc. Después de 12 a 20 horas de permanecer el café en los tanques de fermentación el mucílago se hidroliza y se puede dar inicio al lavado. La contaminación generada por el mucílago es de 30.0 g de demanda química de oxígeno, DQO/kg. de café cereza.

Generalmente el mucílago y las Impurezas son arrojados a las quebradas contaminándolas severamente. Basándose en trabajos realizados en la entidad solicitante FEDERACIÓN NACIONAL DE CAFETEROS, de Colombia, se ha demostrado que la técnica de remoción de mucílago que se utilice (natural o mecánica), bien conducida, no afecta la calidad física o de la bebida del café. El desmucilaginado mecánico permite realizar esta operación con ventajas sobre la técnica convencional de la fermentación: a) control del proceso, b) mayor rendimiento de producto seco (al evitarse las pérdidas por respiración y recuperarse un alto porcentaje de granos no despulpados como los cafés guayabas), c) reducción de las estructuras requeridas para el procesamiento (ventaja económica), d) mayor disponibilidad de los secados (el secado se puede iniciar inmediatamente), etc. Con la excepción de un equipo recientemente producido por la empresa PENAGOS, de Bucaramanga Colombia, los desmucilaginadores utilizados en Colombia son de flujo descendente, es decir, el producto entra en un nivel superior al punto de descarga. Se utiliza agua para transportar el producto hasta el desmucilaginador y para facilitar la expulsión de parte de las mieles desprendidas por la acción del rotor (porcentaje muy bajo). El café sale de la máquina aún con alto contenido de mucílago el cual es terminado de retirar en contacto con el agua en los dispositivos empleados en la clasificación. Las aguas contaminadas con el mucílago e impurezas son arrojadas a las quebradas. Debido a la presencia de las impurezas adicionales generadas durante el desmucilaginado mecánico (partes de pulpa, hojas, restos de granos) la carga contaminante generada, 159.3 g de demanda química de oxígeno, DQO/kg. de café cereza, es 29.6% mayor que la originada durante la fermentación. De acuerdo con Información de V.N. Rodríguez, de 1995, CENICAFE, considerando una producción anual de 15 millones de sacos de café verde (trillado), de 60 kg. cada uno, y un consumo promedio de 30 L/kg. de café pergamino seco, se requieren 31.9 millones de metros cúbicos de agua/año (el agua requerida diariamente por una población de 531,000 habitantes, asumiendo un consumo percápita de 60 L).

La contaminación generada por el proceso de beneficio del café en Colombia es de 60.06 x 108 kg. de demanda química de oxígeno (DQO). Utilizando la tecnología disponible de descontaminación los costos de tratamiento de las aguas ascenderán a $50 mil millones. El desmucilaginado mecánico, con bajos niveles de agua, plantea un nuevo problema al beneficio. El mucílago se desprende conservando en buena medida su nivel de densidad lo cual exige un tratamiento diferente al tradicional. Si se interrumpiera el proceso que se plantea y, se vertiera el mucílago a las fuentes de agua, su alta concentración produciría una contaminación más severa que la que se pretende remediar. Por esta razón, el aprovechamiento del desmucilaginador se debe hacer dentro de un sistema o módulo como el que se propone, cumpliendo con todas las etapas del proceso, e incorporando nuevamente el mucílago a la cereza, su recipiente natural.

Objetos de la invención.

De acuerdo con lo anterior la presente Invención tiene como objetos, la disminución del consumo de agua en el beneficio del café, el incremento en el rendimiento de la conversión del café cereza al café pergamino seco, sin alterar su calidad, la reducción de la contaminación proveniente de las técnicas convencionales del beneficio, el propiciamiento de que los residuos del café, pulpa y mucílago que tradicionalmente han sido la causa de la contaminación, puedan ser utilizados para producción de abono orgánico y proteína animal, y la facultad de acceso por parte de los usuarios, de equipos que cumplan con los primeros cuatro primeros objetos debido a su bajo precio y la facilidad de su operación. Por medio del beneficio del café por la vía húmeda, utilizado en Colombia, Centroamérica y algunos países del África, se obtienen cafés de alta calidad, denominados suaves. El Beneficio, ha de entenderse en la acepción que es propia y universal en la caficultura, como proceso que comprende: despulpado, desmucilaginado (por medio de la fermentación natural), lavado y clasificado. Cuando el proceso es realizado bajo control se obtienen cafés de alta calidad física y de bebida. El rendimiento, kg. de cereza/kg. de seco, promedio de lotes de café de buena calidad está comprendido entre 4.5 y 5.0. Se requiere de estructuras, denominadas beneficiaderos de relativo alto costo, especialmente en los casos de medianas y grandes producciones. El consumo promedio de agua utilizada en Colombia para beneficiar el café es de aproximadamente 30 L/kg. de café pergamino seco. La contaminación generada por los subproductos del beneficio (pulpa y mucílago) es de 114.08 gramos de demanda química de oxígeno (DQO) por kg. de cereza, la cual es ocasionada cuando se arroja a los ríos o quebradas aguas utilizadas en despulpado y en el transporte de la pulpa. El proceso íntegro exige un acoplamiento entre elementos convencionales, despulpadora, tornillo sinfín y motor y un componente novedoso: el desmucilaginador que se pretende. De este ensamble resulta una modificación cuantitativa al proceso de beneficio tradicional. Se pasa de un proceso de baches o por lotes, con una etapa mecánica y otra química - fermentación del mucílago en grandes cantidades de agua, a uno continuo solamente mecánico, optimizando notablemente su resultado.

Descripción breve de los dibujos La Figura 1 es una vista general en perspectiva isométrica del equipo para la transformación del café cereza a café lavado y mezcla del mucílago y pulpa. La Figura 2 es un esquema general del proceso para transformación del café cereza en café lavado y mezcla del mucílago y pulpa. La Figura 3 es una vista en planta del equipo objeto de la invención. La Figura 4 es una vista lateral del equipo de la invención. La Figura 5 es una vista frontal del equipo de la invención. La Figura 6 es una vista lateral del equipo para la transformación del café cereza en café pergamino.

La Figura 7 es un esquema que ilustra los detalles de construcción del desmucilaginador en corte lateral. La Figura 8 es un esquema que ilustra los detalles de construcción del desmucilaginador en vista lateral.

Sumario de la invención.

En estudios desarrollados por el solicitante se ha demostrado que el agua no es necesaria para despulpar el café. Utilizando las máquinas despulpadoras de cilindro horizontal tradicionales, y modelos recientes de cilindro vertical, se puede despulpar el café sin afectar la calidad del proceso ni el rendimiento de la operación. Si se transporta la pulpa del café, utilizando la gravedad ó dispositivos mecánicos de relativo bajo costo, como un tornillo sinfín, se puede reducir la contaminación hasta en un 72%.

La técnica del desmucilaginado mecánico facilita el manejo de la contaminación generada por el mucílago solamente cuando se obtiene un producto altamente concentrado, es decir, cuando se utilizan bajos volúmenes de agua y se logra una elevada expulsión del mucílago desprendido. En la FEDERACIÓN NACIONAL DE CAFETEROS CENICAFE, se ha demostrado que mezclando el efluente líquido altamente viscoso con la pulpa del café en proporción de 1.0/1.98 (kg. de mucílago/kg. de pulpa), se logra retener el 89% del líquido adicionado, lo cual representa el 53.4% del total de la contaminación generada por los efluentes líquidos. Utilizando esta técnica, despulpando en seco y transportando la pulpa sin agua se maneja más del 80% de la contaminación generada por el beneficio húmedo del café. Con base en los resultados obtenidos en la FEDERACIÓN NACIONAL DE CAFETEROS en el beneficio del café se diseñaron equipos para un proceso mecánico para la transformación del café cereza a café pergamino, lavado que incluye el despulpado sin agua, el desmucilaginado, lavado y limpiado del café pergamino y la mezcla del mucílago con la pulpa, mediante la utilización de despulpadora, desmucilaginador y tornillo sinfín, en el cual se integran, en forma compacta y continua, el despulpado sin agua, transporte de la pulpa por medio de tornillo sinfín, desmucilaginado, lavado y limpiado con muy bajo consumo de agua (menos de 1.0 L/kg. de café pergamino seco y mezcla de las mieles resultantes con la pulpa.

Descripción detallada de los dibujos.

El equipo y el proceso de beneficio del café se musirán esquemáticamente en las Figuras 1 a 8. Haciendo referencia a la figura 2, el proceso consiste en el despulpado sin agua por una o varias despulpadora(s) convencional(es) (a), según la capacidad del desmucilaginador. El grano en baba (b), sin pulpa, entra en un desmucilaginador mecánico ascendente (c), donde se desmucilagina, se lava y se limpia, saliendo como café lavado (d), en condición de ser secado. La pulpa (e) desprendida en la despulpadora se mezcla con el mucílago (f) retirado del desmucilaginador en un tornillo sinfín (9) que también transporta la masa mezclada (h) y lo deposita en una fosa o en un lombricultivo. Haciendo referencia a las Figuras 1 a 8, el equipo mecánico consta de las siguientes partes: - un desmucilaginador vertical de flujo ascendente (4), con capacidad para 600 kg. de café en baba/hora. El equipo desmucilagina, lava y limpia el café en baba con consumos de agua del orden de 0.6 a 0.9 L/kg. de café pergamino seco. La siguiente es una descripción de las partes importantes del equipo, cuyos diseños, especificaciones, configuraciones y dimensiones, fueron objeto del estudio detallado, por parte de los inventores, durante más de 10 años. Tal como se observa en la Figura 7 el rotor (13) construido en eje de acero, de sección cuadrada de 3.18 cm, consta de 12, 17 ó 29 agitadores (14), dependiendo de su capacidad, de fundición de aluminio de 13.5 cm de diámetro, espaciados 2.5 cm entre centros, al cual se le colocó en su extremo inferior un tornillo sinfín (15) dosificador, de 20.3 cm de diámetro, 8 cm de paso y de 15.20 ó 20 cm de longitud, de acuerdo con las tres capacidades anotadas anteriormente, para forzar el café en dirección ascendente hacia la cámara en la cual giran los agitadores. Adicionalmente, se colocaron dos barra de acero (16) de 9.53 mm de diámetro y 9.0 cm de longitud. Las barras cumplen la función de mantener limpia la superficie interior de la carcasa de restos de pulpa y otras impurezas. La carcasa (17) de 21.3 cm de diámetro, está construida en varilla cuadrada de hierro de 1.27 cm y en lámina de hierro, calibre 18, expandida y aplanada ó lamina metálica troquelada con ranuras oblongas de 3.5 mm de espesor y 20 mm de largo, dispuestas en forma alternada (9), tal como se observa en la Figura 6. se tienen dos suministros de agua (17): uno para el proceso de desmucilaginado, con capacidades de 1.50 L/min, 2.99 L/min y 6.00 L/min, localizado en la altura media, de acuerdo con la capacidad del desmucilaginador, y otro para el proceso del lavado con capacidades de 1.12 L/min, 1.50 L/min y 4.50 L/min en la descarga del café en la parte superior del desmucilaginador, - una o varias despulpadoras (1) convencionales que operen sin agua, con capacidad para procesar desde 500 hasta 3500 kg. de café cereza/h, - un tornillo sinfín de 7.5 cm ó 10.0 cm de diámetro, paso de 7.5 ó 10.0 cm, de acuerdo con la capacidad del equipo y longitud variable, que gira a 180 r.p.m. La hélice del tornillo sinfín está construida en lámina de hierro galvanizada calibre 28 y montada en un tubo galvanizado de 3.18 cm ó de 5.08 cm de diámetro; los extremos del eje están soportados por chumaceras de pared para eje de 3.18 cm ó de 5.08 cm; la hélice gira en el interior de un tubo de PVC sanitario de 7.62 cm ó de 10.16 cm de diámetro y longitud variable que le sirve de carcasa, - una estructura (7), tal como se observa en la Figura 1 constituida en tubo metálico de 5.08 cm de diámetro, - un sistema de transporte de la pulpa y de la miel (3) y (5) hasta el tornillo sinfín, construido en lámina metálica. El equipo completo es movido por un motor (8) de 1.2, 1.8 ó 6.6 HP (de acuerdo con la capacidad) 220 V, a 1,740 r.p.m. El desmucilaginador gira a 870 r.p.m., lo cual se consigue con poleas de 10.16 cm en el eje del motor, de 20.32 cm en el eje del desmucilaginador y una banda plana. La(s) despulpadora(s), que gira(n) a 180 r.p.m., es(son) accionada(s) por el motor utilizando transmisión(es) conformadas) por polea(s) para una banda de sección circular, colocada en el eje del desmucilaginador, una banda de sección circular (12) y dos poleas, montadas con rodamientos de bolas. El tornillo sinfín de longitud variable se mueve mediante otra transmisión conformada por dos poleas colocadas en el eje de la despulpadora (al lado del volante) y en el eje del tornillo sinfín, respectivamente; dos poleas para correa de sección circular, montadas en rodamientos de bolas, y una banda (12) de sección circular. Con el módulo y el proceso descritos se dispone de tecnología para obtener café pergamino de alta calidad con máximo rendimiento cereza/seco, con muy bajo consumo de agua (menos de 1.0 L/kg. de café pergamino seco), pulpa enriquecida con mayor rendimiento de humus en lombricultivo y reducción de más del 90% de la contaminación generada por el beneficio del café. Mediante la aplicación de los líquidos drenados de la pulpa (técnica desarrollada en la FEDERACIÓN NACIONAL DE CAFETEROS) se puede obtener un proceso de beneficio por vía húmeda con 0% de contaminación. Los materiales empleados en este módulo y el método de la construcción del módulo es suficientemente sencillo de forma que los talleres que tradicionalmente construyen equipos convencionales de beneficio, en cualquiera de las zonas cafeteras en el mundo, pueden construirlos sin problemas técnicos, a diferencia de otros desmucilaginadores-lavadores de café que requieren de talleres altamente especializados. Por el espacio y el peso del módulo, que son menores de un metro cuadrado de área, 1.4 metros de altura, y menos de 150 kilogramos, para una capacidad de 900 kg. de café cereza por hora, puede ser transportado por un remolque convencional, arrastrado por un vehículo pequeño, de forma que el módulo es un elemento móvil, y puede efectuar el beneficio y el manejo apropiado de la mezcla mucílago y pulpa, controlando completamente la contaminación, en un lugar apropiado de las instalaciones.

Claims (8)

REIVINDICACIONES

1. Un equipo mecánico compacto para la transformación del café cereza a café pergamino, mediante lavado que incluye el despulpado sin agua, el desmucilaginado, lavado y limpiado del café pergamino y la mezcla del mucílago con la pulpa, caracterizado porque comprende: - una despulpadora; - un aparato desmucilaginador dispuesto verticalmente, con flujo ascendente; - un tornillo sinfín para transportar pulpa y mucílago; - un sistema de transmisión de potencia y movimiento desde un solo motor a cada uno de los dichos despulpadora, desmucilaginador y tornillo sinfín integrado en una sola estructura metálica.

2. El equipo mecánico compuesto de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado además porque además comprende - un rotor de sección cuadrada; - entre 12 y 29 agitadores: - dos limpiadores; - un tornillo sinfín; - una carcasa construida en varilla y lámina de hierro perforada; y - dos suministros extemos de agua.

3. El equipo mecánico de acuerdo con la reivindicación 2, caracterizado además porque comprende 12 agitadores y un tomillo sinfín de aproximadamente 15 cm. de longitud.

4. El equipo mecánico compacto de acuerdo con la reivindicación 2, caracterizado además porque comprende 17 agitadores y un tornillo sinfín de 20 cm de longitud.

5. El equipo mecánico compacto de acuerdo con la reivindicación 2, caracterizado además porque comprende 29 agitadores, y un tornillo sinfín de 20 cm. de longitud.

6. Un proceso de beneficio del café, para la transformación de café en cereza a café pergamino, caracterizado porque se desarrolla en las siguientes etapas continuas: -despulpado sin agua; - desmucilaginación; - lavado y limpiado mecánico simultáneos; -conducción de la cereza y el mucílago; - mezcla de la cereza y el mucílago en una sola masa.

7. Un proceso de beneficio del café, para la transformación de café en baba a café pergamino de acuerdo con la reivindicación 6, caracterizado además porque se desarrolla en las siguientes etapas: - conducción del café en baba a la parte inferior del equipo desmucilaginador; elevación, por medio del tornillo sinfín, del café a la sección de los agitadores, a la que al mismo tiempo Ingresa agua dosificada; y -agitación del café en baba con el agua lo cual desmucilagina, lava y limpia el café; salida, por la parte superior del café pergamino, y de los subproductos del café a través de la carcasa que envuelve el equipo.

8. Un proceso de beneficio del café, para la transformación de los subproductos de café en una sola masa, de acuerdo con la reivindicación 6, caracterizado además porque se desarrolla en las siguientes etapas: - conducción de la pulpa desprendida del café en la despulpadora hacia el dicho tornillo sinfín; - conducción simultánea del mucílago y los restos de cereza desde el desmucilaginador hacia el tornillo sinfín; y -mezclado mediante el movimiento del tornillo sinfín, en una sola masa, de la pulpa y el mucílago. VMRA(73763)08/ 6