PROCESSO INDUSTRIAL PARA IMPLANTAÇÃO UNIDADE DE PELLETS. A primeira fase do processo industrial envolve a da refinação. A matéria-prima a ser utilizada no processo industrial deve ser de origem florestal (processo de extração florestal, biomassa residual como galhos, copa, descarte, tora fina e de menor diâmetro ou lenha), fins energético (floresta plantada com curta rotação de biomassa) ou industrial (resíduos do processo de madeira e serraria) para o processo industrial. A biomassa e a casca devem ser utilizados no processo de geração de energia térmica e vapor (fornalha industrial).
A planta industrial deve operar ininterruptamente, requerendo um contínuo abastecimento de biomassa para a geração de energia térmica e de woodchips ou cavaco limpo, micro-pó e serragem para o processo industrial. Por isso, os cavacos sujos e com casca (para fins de biomassa para geração de energia térmica) são estocados em grandes pilhas no pátio de estoque refrigerado (para uso contínuo em queima industrial – fornalha) ou no silo de armazenamento para a produção industrial de pellets. Quanto menor o tempo de estoque dos cavacos, menores serão os riscos de geração de calor na pilha.
Para a produção de cavaco na unidade da madeira utilizaremos os picadores industriais que possuem lâminas ou facas, geralmente acopladas em um disco ou em um tambor, que cortam a madeira com alta velocidade de rotação, produzindo cavacos de forma e tamanho uniformes e superfície lisa.
Pátio de Recepção e Silo de Armazenamento de Matéria-Prima: A matéria-prima será adquirida localmente uma vez que, devido à sua reduzida densidade, o seu transporte em grandes distâncias torna-se dispendioso. A unidade industrial vai trabalhar continuamente, é necessário assegurar a existência de estoque de matéria-prima, o que acontece através da existência de dois locais (pátio aberto e silo de matéria-prima) na unidade industrial. De modo a definir as orientações para a recepção da matéria-prima entregue na unidade industrial e para controlar a quantidade e assegurar a qualidade elaboramos um procedimento operacional de recepção de matéria-prima que descreve a necessidade de efetuar a pesagem dos caminhões e de efetuar uma "inspeção visual" à carga. Para definir as orientações para a pesagem dos caminhões que transportam a matéria-prima para a unidade, foi elaborada a instrução de trabalho pesagem dos caminhões matéria-prima.
Pátio para a picagem da matéria-prima. É neste setor que se inicia o processo industrial de picagem industrial da matéria-prima dividido em duas linhas distintas:
Processo de descascamento da tora fina ( retirada da casca pois origina um aumento no teor de cinza no produto final) e Processo de picagem industrial da matéria-prima para a utilização na produção de pellets. A madeira com granulometria menor é transportada para o silo de armazenamento de matéria-prima.
Moagem de matéria-prima verde: Trata-se da fase na qual a madeira já triturada (cavaco) é reduzida a partículas de menor dimensão, ficando semelhante a serragem e o micro-pó. Para o efeito, utilizamos de moinhos de martelos Posteriormente, o material é transportadora até o silo.
Controle do Processo. A usina produz pellets para o mercado industrial e doméstico (residencial). Consoante o tipo de produção, adaptamos o processo produtivo, designadamente, a matéria-prima utilizada (os pellets para o mercado doméstico não podem resíduos florestais e casca na sua produção) e os equipamentos envolvidos (na produção de pellets para o mercado doméstico toda a tora deve passar no descascador, pois a casca promove um aumento do teor de cinzas).
De acordo com o tipo de produção e as entradas de matéria-prima, o supervisor de logística interna define e informa o operador, quais os tipos de matéria-prima (silo) devem ser transportadas para o processo de moagem e secagem industrial. Além do controle de matéria-prima temos ainda o controle do processo produtivo desenvolvido pelo operador técnico (unidade automatizada).
Ele faz uma avaliação periódica da produção visando a estabilidade do processo industrial e a qualificação do produto final. Avalia com os equipamentos o teor de umidade do produto (coleta e laudo técnico e o controle interno), o processo (saída da matéria-prima do silo de armazenamento, silo de matéria-prima refinada para o processo de secagem) e a saída para o processo de peletização. Consoante os resultados obtidos, o operador na sala de comando poderá alterar os parâmetros de produção, de modo a obter o produto dentro da qualidade de exportação.
Em fase seguinte, a matéria-prima que passou pelo processo de refinação (classificação e refinação de modo que a partícula seja reduzida ao tamanho máximo 2mm – redimensionamento da matéria-prima) passando para a secagem industrial (obtenção de um conteúdo de umidade no máximo 14%) e que se encontra no silo de armazenamento (sistema de alimentação automático).
Previamente o material deve passar por um filtro que permite a reclassificação das partículas de acordo com o tamanho. As partículas não aptas são devolvidas à trituração, as que são aceitáveis são depositadas numa mesa doseadora que regula a entrada do material na peletizadora, que deve garantir um fluxo contínuo e uniforme de material. Passamos pelo processo industrial de secagem da matéria-prima.
Secagem Industrial. A secagem é a etapa que consome mais energia na produção de pellets. Este setor é o responsável pela extração da água existente na matéria-prima. A energia térmica necessária a este processo provém de uma fornalha na qual é queimada a biomassa (resíduos florestais e industriais e cascas). Este setor inclui dois equipamentos principais: uma fornalha pirolítica e um secador industrial. A energia térmica proveniente da fornalha aquece o secador de tambor rotativo. Devido às elevadas temperaturas envolvidas, a umidade existente na matéria-prima vaporiza (sendo libertada para a atmosfera) enquanto a matéria-prima seca é transportada para a unidade de pelletização (silo de armazenamento de matéria-prima seca). O índice máximo de umidade permissível na entrada da peletizadora é estimado ao redor de 12-14%.
Como a matéria-prima costuma apresentar um conteúdo de umidade superior a 50%, torna-se necessário antes da sua utilização, reduzir o valor de umidade através de sistemas de secagem. O secador necessita um gerador para produzir ar quente (fornalha). Podemos usar os resíduos de biomassa, casca, lenha ou gás natural como combustível para atear o gerador térmico da fornalha para o processo de secagem. O secador industrial diminui a umidade por meio de um fluxo contínuo de ar quente com um consumo médio de energia de 1MW/ton de material seco. Após a secagem, o material, já com os níveis de umidade pretendidos (14%), é novamente triturado (nova refinação) para ser homogeneizado relativamente à dimensão, através de moinhos de martelos, localizados no pavilhão denominado por sistema de moagem seca.
Para uma preparação final com qualidade suficiente para o processo de peletização, devemos desenvolver uma segunda fase de refinação da matéria-prima para uma alimentação industrial. Esta fase inclusive se aproveita a matéria-prima seca como a serragem e o pó com umidade máxima de 12%. As partículas resultantes do processo de homogeneização devem apresentar uma granulometria aproximada de 1mm para poder ser processada e é um dos parâmetros fundamentais para decidir o sistema de alimentação da linha. Em caso da utilização do pó-de-maravalha ou serragem seca (máximo 14% de umidade) temos um módulo industrial de entrada do produto (passar apenas por uma refinação para o processo de peletização). Esta matéria-prima (serragem seca ou pó de maravalha) proveniente da indústria de madeira transformadora.
Em fase seguinte, a matéria-prima que passou pelo processo de refinação (classificação e refinação de modo que a partícula seja reduzida ao tamanho máximo 2mm – redimensionamento da matéria-prima) e secagem industrial (obtenção de um conteúdo de umidade no máximo 14%) e que se encontra no silo de armazenamento (sistema de alimentação automático) para o processo industrial de peletização.
Processo de Peletização. Após passar pela última refinação na unidade industrial de pellets, o material é prensado, originando-se um granulado de madeira, geometricamente cilíndrico, com diâmetro de 6 ou 8 mm e comprimento entre 20 e 40 mm. No processo de prensagem é necessário um aquecimento até temperatura de 120-130 ºC (com recurso a vapor seco). Ao aquecer, a lignina da madeira torna-se mais plástica, promovendo a agregação das partículas, sem que haja necessidade de adicionar materiais adesivos (apenas aditivo natural) .
A matéria-prima é pressionada a alta pressão e os pellets são cortados, no comprimento desejado, do lado de fora da matriz. Uma vez na peletizadora o material triturado e moído é acondicionado mediante o uso de vapor, que contribui para a umidificação superficial, atuando como lubrificante no processo de peletização. Assim, a adição de vapor contribui para que o aglutinante natural das fibras da madeira, a lignina, atue com maior facilidade sobre as fibras que compõem os pellets.
A maioria dos equipamentos utilizados na peletização, incluem os seguintes componentes: Sistema de alimentação; Câmara de mistura; Matriz perfurada e rolos de pressão; Máquina principal; Engrenagem redutora e Chassis. O consumo de energia nesta etapa situa-se próximo de 5 kW/ton. É prevista a instalação de um sistema auxiliar de aspiração geral de pó com filtros finais de tratamento de ar emitido na atmosfera.
A usina de peletização da pellets possui as seguintes características. Seu sistema de lubrificação tem um monitoramento e fiscalização do sistema controlado por um microcomputador. Quando a temperatura de rolamento exceder o nível normal, o microcomputador irá iniciar o sistema de auto-lubrificação para lubrificação. Assim, a função simples dos rolos é garantida.A engrenagem de acionamento é um mecanismo de transmissão de precisão feito.
Em comparação com o método de fixação de parafuso convencional, o método de fixação da braçadeira inovativo para o molde de anel aumenta a velocidade de descarga. Deste modo, a capacidade da engrenagem é de 10% a 15% maior do que a estrutura de transmissão da correia.O molde de anel e o rolo do equipamento de peletização são finamente usinado com aço. Entretanto, eles são processados por um método de tratamento térmico inovativo, isto é, o tratamento de carburação aumenta a profundidade da superfície dura para 2 mm. Isto certifica-se que as propriedades anti-abrasão da matriz tipo anel e do rolo são melhoradas por um fator de dez.
Processo de resfriamento. Após peletização, a temperatura da madeira é normalmente cerca de 60 a 80 graus Celsius, e o teor de umidade é de cerca de 15%. Em seguida, a máquina de resfriamento tem de ser utilizada para reduzir o teor de umidade para 7 %, de modo a garantir o armazenamento fácil. O sistema de resfriamento consiste numa câmara vertical, de onde os pellets caem em fluxo de contracorrentes, permitindo diminuir a sua temperatura. Esta corrente é gerada por ventiladores mecânicos que funcionam acionados por energia. Este sistema é muito importante no processo de fabricação de pellets, pois contribui para que a ligina da madeira alcance o seu maior potencial aglutinante, fator fundamental para que os pellets mantenham a sua nova forma. Durante o resfriamento, os pellets tornam-se rígidos e perdem umidade podendo chegar a 6,0%.
Sistema de controle dos pellets produzidos. De modo a controlar a qualidade dos pellets produzidos pela unidade industrial são realizados ensaios ao produto em Laboratório de Biomassa e Bioenergia de acordo com o procedimento operacional – controle de produto.
A nível interno temos o recolhimento pelo operador da sala de comando, de acordo com o procedimento operacional para o recolhimento de amostra para os ensaios. Recolhe-se uma amostra a cada 4h de produção, sendo controlados os seguintes parâmetros:
Teor de umidade em conformidade com a Instrução de Trabalho - Teor de umidade de Pellets.
Durabilidade em conformidade com a Instrução de Trabalho Teor de durabilidade mecânica dos Pellets.
Densidade aparente em conformidade com a Instrução de Trabalho sobre a densidade aparente dos Pellets.
Percentagem de Finos em conformidade com a Instrução de Trabalho para a determinação da granulometria dos pellets.
Dimensão dos pellets em conformidade com a Instrução de Trabalho para a determinação do diâmetro e comprimento dos Pellets.
Na unidade industrial o sistema de controle de qualidade de produção industrial. A nível externo o operador recolhe amostras por semana de pellets para uma avaliação e controle do teor de cinza (produção de pellets). Todas as informações são diagnosticada pelo responsável pela qualidade e enviada para o gerente operacional que definem ações e medidas corretivas com o objetivo de diminuir o teor de cinza e de sílica no produto final (sistema de peneiramento e adequação do produto a qualidade internacional). Segundo a Norma EN 14961-2, os equipamentos de teste devem ser adequados para inspecionar os pellets produzidos. Deste modo, os equipamentos utilizados no controle interno são submetidos a uma avaliação em procedimento de qualidade e ambiente – controle dos dispositivos de monitorização e mediação.
Os pellets, após serem resfriados e limpos, passam por um sistema de pesagem antes de serem confeccionados em sacos específicos personalizados ou em big bags. Este sistema de ensacagem pode ser controlado manual ou automaticamente. No fim da linha de produção os pellets podem ser armazenados em silos ou inserir-se numa máquina de pesagem e embalagem automática.
Os pellets são facilmente armazenáveis, devem ser depositados em local seco, de modo a não favorecer o desenvolvimento de bactérias ou fungos, embora possuam uma baixa percentagem de umidade . São de fácil manipulação, podem ser conservados por muito tempo e ocupam um espaço inferior ao da lenha em cerca de 1/3. Para armazenar uma tonelada de produto é necessário um depósito de 1,8 m3.
Após o processo industrial de fabricação, os pellets devem ser armazenados em silos, para a sua distribuição a granel, ou introduzido em máquinas de pesagem e de embalagem automática, quando forem comercializados em sacos. Desde que armazenados em local seco, os pellets não se degradam com o tempo. Os pellets podem ser empacotados em sacos de papel de vários tamanhos ou distribuídos a granel. Uma vez que a empresa vai produzir pellets para o mercado industrial e para o mercado doméstico, com características de qualidade diferentes, existe a necessidade de impedir a mistura dos pellets através do planejamento adequado dos procedimentos de operação e a possibilidade de armazenamento em locais diferentes. De modo a responder a esta necessidade, temos uma instrução de trabalho para armazenagem e embalagem de pellets.
Transporte de Pellets. O transporte é um fator muito importante para manter a economia na indústria de pellets. Por esta razão as fábricas de peletização devem estar localizadas o mais perto possível das fontes de matéria-prima. Uma avaliação em termos de logística de transporte é importante para a viabilidade do projeto industrial. O transporte dos pellets não é perigoso e nem gera autocombustão ao contrário do que acontece com outros combustíveis. O transporte dos pellets em sacos maiores (big bags) é mais econômico, mas não adequado para os pequenos consumidores, sendo principalmente utilizados para instituições que utilizem sistemas de aquecimento de grande de escala.
Distribuição. Os pellets no mercado interno são distribuídos a granel, transportados por caminhões ou empacotados em sacos de 15 kg ou big-bags de 1 000 kg. Os sacos são entregues em paletes, normalmente de 1 tonelada ou em embalagem plástica.
Expedição de pellets ensacado ou a granel. Os pellets produzidos na unidade industrial, para consumo doméstico podem ser comercializados a granel, em paletes com sacos de 15 Kg ou em big-bags. De modo a efetuar um auto-controle de qualidade e a facilitar a identificação de lotes que estão fora de especificações.
Relativamente aos pellets na expedição do produto, os caminhões que transportam pellets, a granel ou ensacado, são pesados, de forma a controlar a quantidade de produto como definido na instrução de trabalho da pesagem caminhões e do produto acabado.