A transformação de borras de café usadas (SCG) em biocombustível de primeira qualidade representa um dos ciclos de recuperação de energia mais eficientes no sector da biomassa atualmente. O Máquina automática de pellets de combustível para grãos de café (55kw-132kw range) oferece a relação binário/rendimento ideal para o processamento comercial. Para aplicações industriais que visam produções de 800 kg a 1000 kg por hora, uma configuração de matriz em anel suportada por uma estrutura em aço-carbono Q235 proporciona a rigidez e o amortecimento de vibrações necessários, enquanto o teor único de óleo das borras de café (10-15%) exige uma relação de compressão da matriz especializada de 1:4,5 a 1:5,5 para evitar o deslizamento dos rolos. Este sistema permite aos operadores de instalações converter resíduos com elevados custos de eliminação em pellets de combustível com mais de 4.800 kcal/kg, ultrapassando os pellets de madeira normais em termos de eficiência térmica.

1. A ciência material das borras de café usadas (SCG)

Para conceber uma máquina capaz de processar café, é preciso primeiro compreender a matéria-prima. Ao contrário da madeira ou da palha, a borra de café actua como um material pseudo-plástico sob alta pressão devido à sua composição química.

O fator óleo e a mecânica de ligação

A madeira normal depende da plastificação da lenhina a cerca de 80°C para aglutinar o granulado. As borras de café são diferentes. Contêm óleos residuais (lípidos) que variam entre 10% e 17% em peso.

• A vantagem: Este óleo actua como aglutinante natural e acelerador da combustão, conferindo aos pellets de café um valor calorífico superior ao do pinho ou do abeto.

• O desafio: O excesso de óleo actua como um lubrificante entre o rolo e a matriz. Se o coeficiente de fricção for demasiado baixo, os rolos “hidroplanam” essencialmente sobre o material, interrompendo a produção.

• A solução: A conceção da nossa máquina incorpora um sistema de alimentação forçada e especifica uma textura interior mais áspera para os casquilhos dos rolos para manter a tração contra a matéria-prima oleosa.

Resistência à acidez e à corrosão

As borras de café em bruto têm um valor de pH entre 4,5 e 5,5, o que as torna ligeiramente ácidas. Embora o corpo da máquina seja construído em aço estrutural Q235 robusto, os componentes em contacto direto com a biomassa - especificamente a câmara de peletização, a matriz e os rolos - devem utilizar metalurgia de qualidade superior. Recomendamos matrizes de aço inoxidável (4Cr13) ou de liga de alto cromo para resistir à corrosão química durante ciclos operacionais prolongados.

2. Engenharia estrutural: O papel do aço Q235

O caderno de encargos enumera Q235 como material principal. Como especialista em metais, devo esclarecer onde este aço é utilizado e porque é que é a melhor escolha para o chassis e a caixa da máquina.

Amortecimento de vibrações e rigidez

O Q235 é um aço estrutural de carbono com um limite de elasticidade de 235 MPa. Numa máquina com um motor de 132 kW, a vibração é o inimigo da longevidade.

• Soldadura de ferro fundido vs. Q235: Enquanto os moinhos mais antigos utilizavam ferro fundido, as unidades modernas da Lansonmachines utilizam a construção em chapa soldada Q235. Isto permite secções de parede mais espessas em pontos de grande tensão (como o suporte da caixa de velocidades) sem a fragilidade associada à fundição.

• Estabilidade harmónica: A densidade e a ductilidade do Q235 permitem que a estrutura absorva as vibrações de alta frequência geradas pelo processo de peletização, protegendo os rolamentos do veio principal e os apoios do motor contra fissuras por fadiga.

Estabilidade térmica

A peletização gera calor. A temperatura da câmara atinge frequentemente 90°C a 105°C. O aço Q235 mantém a sua estabilidade dimensional neste intervalo, assegurando que o alinhamento entre o motor e a caixa de velocidades permanece preciso, evitando a falha do acoplamento.

3. Dinâmica de potência: 55kW a 132kW Configuração

A transição de 55kW para 132kW não se limita a tornar o motor maior; altera as caraterísticas de binário e o rendimento potencial.

Requisitos de binário para biomassa oleosa

O processamento de borras de café requer menos força de “esmagamento” do que as madeiras duras (como o carvalho), mas mais velocidade de “extrusão” para evitar o sobreaquecimento do óleo.

• Modelos 55kW - 75kW: Ideal para borras de café secas misturadas com serradura (mistura 50/50). A potência mais baixa é suficiente porque a serradura reduz a densidade.

• Modelos 90kW - 110kW: O padrão para borras de café puro 100%. O binário mais elevado é necessário para empurrar o material denso e húmido através da matriz antes que o calor degrade os óleos.

• 132kW Modelo: Concebida para linhas de elevada capacidade (1 tonelada/hora+). Este tamanho de motor fornece o “binário de arranque” necessário para reiniciar a máquina se esta encravar, uma ocorrência comum quando se aprende a equilibrar os níveis de humidade no café.

Eficiência e transmissão

Na Lansonmachines, utilizamos uma transmissão por correia em V de motor duplo ou uma caixa de engrenagens helicoidais de acoplamento direto para estas potências. A opção de caixa de engrenagens é preferida para a unidade de 132kW, pois oferece eficiência 98% na transmissão de energia, minimizando a perda de energia.

4. O processo de granulação: Do solo húmido ao combustível

O Máquina automática de pellets de combustível para grãos de café é o coração de um sistema maior. Não se pode despejar o pó molhado de um café diretamente no funil.

Equilíbrio de humidade

O SCG fresco contém 60-70% de humidade. Esta humidade é mecanicamente impossível de peletizar. A água actua como um fluido incompressível, bloqueando os orifícios da matriz.

• O alvo: 12% a 14% humidade.

• Secagem: Um secador de tambor rotativo é obrigatório antes do moinho de pellets.

• Condicionamento: Imediatamente antes do moinho de pellets, um condicionador de vapor (opcional, mas recomendado) pode aquecer a superfície dos grãos. Isto traz os óleos naturais para a superfície imediatamente antes da compressão, melhorando a durabilidade dos pellets.

Arrefecimento e endurecimento

Os granulados de café saem da máquina macios e quentes (90°C). Devido ao teor de óleo, permanecem macios durante mais tempo do que os granulados de madeira. Um arrefecedor de contra-fluxo é essencial para baixar a temperatura para o nível ambiente em 10 minutos. Sem isso, as pellets desfazem-se sob o seu próprio peso no saco de armazenamento.

5. Tecnologia de matrizes: Rácio de compressão (CR) para o café

O rácio de compressão ($L/D$) é o parâmetro técnico mais crítico. É definido como o comprimento efetivo de trabalho do furo da matriz dividido pelo diâmetro do furo.

Tipo de biomassa	CR recomendado	Motivo
Pinho/madeira macia	1:5.0 – 1:6.0	Necessita de fricção elevada para se ligar.
Carvalho/Madeira	1:4.0 – 1:5.0	Naturalmente denso, necessita de menos compressão.
Grãos de café (puros)	1:4.5 – 1:5.5	O óleo reduz o atrito; necessita de comprimento para manter a forma.
Mistura de café e serradura	1:5.0 – 1:5.5	A serradura absorve o óleo, exigindo especificações de madeira normais.

Perceção do especialista: Se utilizar um molde de madeira normal (CR 1:6) para o café, a fricção será demasiado elevada e o óleo queimará, criando pellets pretos e quebradiços. Se o CR for demasiado baixo (1:3), os grânulos serão “moles” e transformar-se-ão em pó durante o transporte.

6. Estratégias de mistura: Melhorar a qualidade das pelotas

Embora seja possível obter café em pellets 100%, a mistura é frequentemente a melhor estratégia comercial.

O sinergista da serradura

A adição de 20% a 40% de serradura (pinho ou abeto) às borras de café resolve três problemas:

1. Absorção de óleo: A fibra de madeira seca absorve o excesso de óleo de café, melhorando a tração na matriz.

2. Temperatura de fusão das cinzas: A cinza de café tem um ponto de fusão mais baixo, o que pode causar clinkers (escórias semelhantes a vidro) nas caldeiras. A cinza de madeira aumenta o ponto de fusão, protegendo a caldeira do cliente.

3. Controlo do cheiro: As pastilhas de café puro têm um cheiro forte quando estão a arder. A madeira dilui o aroma até um nível agradável.

Rastreio e limpeza

As borras de café contêm frequentemente contaminantes como agitadores de plástico, filtros de papel ou mesmo grãos de metal. O sistema automático deve incluir um crivo vibratório e um separador magnético antes do moinho de pellets. Um único parafuso de metal que entre na câmara a 1000kg/h destruirá a matriz instantaneamente.

7. Análise económica: ROI da peletização do café

A compreensão dos aspectos económicos valida o investimento numa máquina de 55-132kW.

Custos de entrada vs. valor de saída

• Matéria-prima: Normalmente, o custo é negativo. As fábricas ou cadeias de café pagam frequentemente a remoção das borras.

• Custo de processamento: Eletricidade + mão de obra + peças de desgaste, em média, $35 - $45 USD por tonelada.

• Valor de mercado: Os pellets de café são vendidos por $180 - $250 USD por tonelada, dependendo da região e dos preços da energia.

Comparação de calorias

Os granulados de café são uma energia densa.

• Pellets de madeira: ~4,200 - 4,500 kcal/kg.

• Pellets de café: ~4.800 - 5.100 kcal/kg.

• Carvão: ~5.500 kcal/kg.

  Os pellets de café estão significativamente mais próximos do carvão em termos de produção de calor do que a madeira, o que os torna um produto de primeira qualidade para caldeiras industriais.

8. Manutenção da exploração das unidades de grande capacidade

O funcionamento a 800kg-1000kg/h coloca um stress significativo nos componentes. Os protocolos de manutenção devem ser rigorosos.

Lubrificação do veio principal

Os rolamentos do veio principal suportam toda a carga da compressão. Utilizamos massa lubrificante de complexo de lítio de alta temperatura.

• Lubrificação automática: Para os modelos de 90kW+, instalamos uma bomba de lubrificação automática. Esta injecta uma quantidade precisa de massa lubrificante a cada 30 minutos enquanto a máquina funciona. A lubrificação manual é muitas vezes esquecida, levando a um bloqueio catastrófico do rolamento.

Manutenção da matriz (O truque da “fervura”)

Como os óleos de café são pegajosos, podem entupir os orifícios da matriz se a máquina for parada a frio.

• Protocolo: Antes de encerrar, alimentar com uma mistura de óleo e areia.

• Limpeza: Se um cunho ficar bloqueado com café endurecido, não o furar (isto danifica o acabamento). Ferva o molde numa mistura de água e soda cáustica para dissolver os óleos e, em seguida, utilize uma máquina de lavar a alta pressão.

9. Resolução de problemas comuns de produção

Mesmo com as melhores máquinas, os operadores enfrentam desafios. Eis como interpretar o comportamento da máquina.

O amperímetro de “surto

Se o amperímetro do motor oscilar muito (por exemplo, de 80A para 140A), a alimentação é inconsistente ou o material está a escorregar.

• Fixar: Verificar o teor de humidade. Se estiver demasiado húmido (>15%), os rolos estão a escorregar. Se estiver demasiado seco (<10%), o material está a ser embalado com demasiada força. Ajustar a velocidade de alimentação.

Fissuras horizontais em pellets

• Causa: A lâmina de corte está romba ou o material tem demasiada fibra “spring-back”.”

• Fixar: Afiar a faca. Se utilizar uma mistura de café/madeira, aumente o condicionamento a vapor para amolecer as fibras da madeira.

Fissuras verticais

• Causa: Humidade insuficiente. O projétil está a expandir-se depois de sair do molde.

• Fixar: Adicionar vapor de água 1-2% ou spray de água no condicionador.

10. Vantagens tecnológicas da Lansonmachines

As nossas máquinas são especificamente concebidas para o mercado da biomassa, ao contrário das fábricas de rações genéricas.

Velocidade optimizada da matriz de anel

Os moinhos de alimentação normais funcionam a velocidades lineares elevadas (8-10 m/s). Esta velocidade é demasiado rápida para o café; a força centrífuga separa o óleo dos sólidos. A Lansonmachines reduz a relação de transmissão para atingir uma velocidade linear de 5-6 m/s. Isto permite um maior tempo de permanência na zona de compressão, resultando numa pelota mais densa e dura.

Casquilhos de rolos reforçados

Utilizamos um padrão especializado de ranhura “Corrugated Open-End” nos invólucros dos nossos rolos. Esta textura agressiva morde as borras de café escorregadias, forçando-as a passar pela matriz onde os rolos lisos falhariam.

FAQs

Q1: Posso granular borras de café molhadas diretamente da máquina de café?

De modo algum. Os grãos húmidos (60% de humidade) são essencialmente lama. É necessário secá-los a 12-14% de humidade utilizando um secador rotativo ou um secador de fluxo de ar antes de entrarem na máquina de pellets.

Q2: As pastilhas de café cheiram a café quando são queimadas?

Sim, emitem um aroma distinto a café torrado. Este é geralmente agradável para uso residencial, mas irrelevante para caldeiras industriais. A mistura com serradura reduz este cheiro.

Q3: Porque é que a gama de capacidade 800-1000kg/h é variável?

A capacidade depende da densidade a granel. A borra de café pura é densa, o que resulta num rendimento mais elevado (perto de 1000 kg/h). Se misturar serradura de pinho leve, o volume permanece o mesmo, mas o peso diminui, resultando em cerca de 800 kg/h.

Q4: É necessário um agente aglutinante?

Em geral, não. Os óleos naturais e a lenhina das borras de café actuam como excelentes aglutinantes. No entanto, se as borras forem muito velhas e secas, a adição de amido 1-2% ou de óleo vegetal (se o óleo natural se tiver degradado) pode ajudar.

Q5: Com que frequência é que a estrutura Q235 necessita de manutenção?

O quadro Q235 é estrutural e requer pouca manutenção para além de o manter limpo e verificar anualmente o aperto dos parafusos da fundação. A atenção deve centrar-se nas partes móveis (matriz, rolos, rolamentos).

Q6: Esta máquina pode processar palha de café (pele de prata)?

Sim, mas a palha é muito leve. Deve ser misturada com os grãos. O processamento da palha 100% é difícil, uma vez que é difícil de introduzir na câmara. Uma mistura de 80% de terra / 20% de palha funciona bem.

Q7: Qual é o tempo de vida útil do molde durante o processamento do café?

O café é menos abrasivo do que a casca de madeira carregada de areia, mas é quimicamente ácido. Um molde de liga normal dura 800 horas. Um molde de aço inoxidável endurecido a vácuo pode durar 1200-1500 horas.

Q8: Porque é que a potência do motor sobe para 132 kW?

A opção de 132 kW destina-se a utilizadores que pretendam maximizar a densidade ou que estejam a processar uma mistura de café e madeira muito dura (como o carvalho). Assegura que a máquina nunca pára, mesmo com picos de carga.

Q9: Posso utilizar esta máquina para outra biomassa?

Sim. Embora optimizado para o café, este desenho de matriz de anel lida eficazmente com serradura de madeira, palha e resíduos agrícolas. Poderá apenas ser necessário mudar o molde para um com uma taxa de compressão diferente.

Q10: Como posso armazenar os granulados de café?

Como as pastilhas de café são higroscópicas (absorvem água) e oleosas, devem ser armazenadas num local seco e fresco. É preferível utilizar sacos selados para evitar que absorvam a humidade e se desfaçam.

11. Protocolos de segurança: Incêndio e poeiras

O processamento de borras de café secas cria um perigo significativo de poeira. O pó de café é combustível.

Extração de poeiras

A instalação da Lansonmachines inclui um coletor de pó ciclónico no arrefecedor e no ensacador. Este mantém o ar limpo e recupera as partículas finas, que podem ser reintroduzidas na peletizadora, reduzindo o desperdício para quase zero.

Deteção de faíscas

Uma vez que as borras de café podem arder, recomendamos a instalação de sensores de deteção de faíscas nas condutas de ar. Se for detectada uma faísca (de um pedaço de pedra a bater na matriz de aço), o sistema desliga automaticamente o fluxo de ar para evitar um incêndio no silo.

12. O futuro da biomassa: Créditos de carbono e SCG

Utilizar a SCG como combustível não se trata apenas de poupar dinheiro; trata-se de reduzir a pegada de carbono.

Ciclo de circuito fechado

As plantas de café absorvem CO2. A queima das pastilhas liberta esse mesmo CO2. Ao contrário dos combustíveis fósseis, este é um ciclo neutro em termos de carbono. As empresas que utilizam esta máquina podem frequentemente reclamar Créditos de Carbono ou certificações de Energia Verde, acrescentando outra camada de valor à operação.

Utilização de cinzas

As cinzas que restam após a queima das pastilhas de café são ricas em potássio (K) e oligoelementos. Serve como um excelente corretor de solo para jardins, completando o ciclo da terra para o combustível e de volta para a terra.

Recomendação final para compradores industriais

Investir no Máquina automática de pellets de combustível para grãos de café é uma medida estratégica para as empresas de gestão de resíduos e para as grandes torrefacções de café. A chave do sucesso reside na especificação correta do Taxa de compressão (1:5) e assegurar uma sólida Q235 para lidar com a carga de trabalho industrial.

Na Lansonmachines, não vendemos simplesmente um moinho de pellets; projetamos uma solução completa de transformação de resíduos em energia. Ao compreender as propriedades oleosas e ácidas únicas do café, garantimos que a sua linha de produção funciona continuamente, maximizando o seu lucro por tonelada.