MT 9.2 / Comunicación 4 - congreso forestal español

Modelización de la biomasa
arbórea y evaluación de
rendimientos y costes en
una clara de Pinus pinaster
para la obtención de
biomasa en Asturias.
Autores: Elena Canga Líbano, Marta
Prada Monteagudo, Juan Majada Guijo
Septiembre 2009, Ávila
Servicio Regional de Investigación y
Desarrollo Agroalimentario
Modelización de la biomasa arbórea y evaluación de rendimientos y costes en una clara de Pinus pinaster para la obtención de biomasa en
Asturias.
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JUSTIFICACIÓN
Se realizó un estudio de rendimientos y costes en una clara de pino pinaster para
la producción de biomasa con fines energéticos en Asturias.
La evaluación de los sistemas de trabajo, los rendimientos y costes es
fundamental para la mejora de procesos y la optimización de los recursos
empleados en explotación forestal, así como para evaluar la viabilidad de
extracción de biomasa para uso energético.
PSE ECO-COMBOS (subproyecto LOGIFOR: “Optimización de la logística y la
trazabilidad de la biomasa forestal residual”).
Modelización de la biomasa arbórea y evaluación de rendimientos y costes en una clara de Pinus pinaster para la obtención de biomasa en
Asturias.
OBJETIVOS
1.
Modelizar la biomasa forestal en sus diferentes fracciones (total,
madera, corteza, ramas).
2.
Estudiar los rendimientos y costes de la maquinaria utilizada en el
aprovechamiento de árbol completo.
3.
Cuantificar los restos tras el aprovechamiento.
4.
Evaluar los daños causados por la maquinaria en la masa
remanente.
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METODOLOGÍA: Estudio de rodales
• Clara destinada al aprovechamiento energético en un rodal de 7 ha de Pinus
pinaster de regeneración natural.
INVENTARIO:
Muestreo aleatorio del 1% de la superficie
con parcelas circulares (R=8 m):
– Datos generales
– d y h de los pies inventariables.
– Tras la clara à Remedición parcelas,
para
el
calculo
de
variables
dasométricas: N, G, V, Ho, IH, dg.
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METODOLOGÍA: Apeo de árboles tipo para la
modelización de la biomasa aérea
•
•
•
9 árboles tipo entre las distintas clases diamétricas (dmín=5
cm).
Antes del apeo: diámetro normal, h total y la h1ªrama viva
Tras el apeo, muestreo destructivo para determinar la
distribución por fracciones de su biomasa:
– madera (fuste del árbol hasta 7 cm de diámetro en punta
delgada con corteza),
– corteza,
– ramas > 7 cm,
– ramas entre 2 y 7 cm,
– ramas entre 0,5 y 2 cm,
– ramillos y acículas.
•
Se llevaron muestras a laboratorio de todas las fracciones
para determinar su peso seco (secándose en estufa a 65º
hasta peso constante).
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METODOLOGÍA: Estudio de tiempos
•
Apeo mediante multitaladora: se usó un cabezal Naarva Grip sobre
retroexcavadora Volvo. Sistema de corte por cizalla adecuado para árboles de
poco diámetro (20-25 cm).
•
Desembosque con autocargador Dingo AD-468: Autocargador 8x8 de 18 t de
PMA, motor diesel de 120 CV.
•
Astillado en parque con astilladora de tambor Mus-max Wood Terminator 7
remolcada por tractor. Ancho de alimentación 62x38 cm, con un diámetro
máximo de árbol de 38 cm. Requiere una potencia del tractor de 150 CV.
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METODOLOGÍA: Estudio de tiempos
• Cronometraje discontinuo de las distintas máquinas.
Máquina
Multi-taladora
Autocargador
Astilladora
Tiempo (cmin)
165.010
70.400
156.100
nº de horas
27,62
11,73
26,02
jornadas (8 h)
3,45
1,47
3,25
• Los ciclos de trabajo se dividieron en operaciones elementales, registrando la
operación elemental que estaba teniendo lugar cada minuto.
Astilladora de tambor Mus-max Word Terminator 7
- tiempo empleado en preparativos del trabajo
- operaciones de mantenimiento del cuerpo astillador
- movimiento hacia o desde el lugar de trabajo
- chequeo de la pluma
- tiempo de desplazamiento en vacío
- mantenimiento de la pluma
- tiempo de trabajo con carga
- mantenimiento de circuitos hidráulicos
- tiempo de trabajo en vacío
- mantenimiento del tren de rodaje
- tiempo de desplazamiento entre diferentes zonas de
trabajo
- otras operaciones de mantenimiento
- otras operaciones (anclaje, desanclaje, plegado grua,
orientación de la chimenea)
- otras operaciones en parque
- repostado/calentamiento
- tiempo de descanso
- interrupción por cambio de turno
- máquina parada por pequeña avería (reparación o
espera mecánica/pieza <2h)
- máquina parada por avería (espera mecánica /
traslado >2h)
- espera de contenedor a camión de transporte
- ausencias de trabajador (necesidades)
• Rendimientos à tiempo productivo y tiempo total de trabajo.
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METODOLOGÍA: Costes, biomasa residual y daños
• Estimación de costes (Miyata, 1980):
– Costes fijos (inversión, depreciación,..).
– Costes variables basados en el tiempo productivo (costes de combustible, personal,
coste de reparación y mantenimiento…).
• Evaluación de restos tras el aprovechamiento (especies arbóreas y
sotobosque), mediante parcelas circulares (R=3 m), con centro en las parcelas
de inventario.
• Evaluación de daños provocados por la maquinaria a la masa remanente
(Tolosana, 1999):
– nº de heridas,
– localización,
– tamaño,
– profundidad.
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RESULTADOS: Estudio de rodales
Previo al aprovechamiento
Después del aprovechamiento
Ntotal
(pies/ha)
2.450
858
Npinaster
(pies/ha)
2.300
721
H0
(m)
13,15
13,08
G
(m /ha)
45,18
24.21
2
dg
(cm)
16,05
20,78
IH
16,29
29,38
Vpinaster
(m3/ha)
174,27
99,46
h = 4,6052.d0,3353
20.00
18.00
16.00
14.00
12.00
h
A partir dge y de esta relación à
volumen medio y peso del árbol
extraído.
10.00
8.00
6.00
4.00
2.00
0.00
0.00
10.00
20.00
d
30.00
40.00
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RESULTADOS: Características de la masa extraída
Densidad del pino pinaster
3500
1.579
Ge (m2/ha)
20,97
dge (cm)
13,34
h (m)
10,98
ve (m3) volumen unitario
0,0515
N (pies/ha)
3000
Ne (pies/ha)
Antes del
aprovechamiento
Después del
aprovechamiento
2500
2000
1500
1000
500
0
1
2
3
4
Parcelas de muestreo
Peso de la clara (Ne/Nx100)
68,65
Peso de la clara (Ge/Gx100)
46,42
Ve (m3/ha)
74,81
250.00
Peso de la clara (Ve/Vx100)
46,75
200.00
m3 estereos de astilla/ha
194,50
m3 de madera
523,65
m3 estereos de astilla
1361,50
150.00
Antes del
aprovechamiento
100.00
Después del
aprovechamiento
3
V (m /ha)
Volumen pinaster
50.00
0.00
1
2
3
parcelas de muestreo
4
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RESULTADOS: modelización de la biomasa aérea
Estadísticos descriptivos de las principales variables y pesos secos de las
distintas fracciones de la muestra de árboles tipo.
n
mín
máx
Media
Desv.estándar
d (cm)
9
7,15
25,35
16,47
6,61
h (m)
9
9,80
14,20
12,19
1,65
Altura 1ª rama viva (m)
9
5,20
7,80
6,68
0,86
wmadera (kg)
9
8,27
140,47
62,53
50,08
wcorteza (kg)
9
2,65
25,12
13,59
9,47
wresidual (kg)
9
20,38
134,72
53,75
36,37
wtotal (kg)
9
39,15
298,23
129,88
93,45
30
140
25
80
60
20
W re si d u a l (k g )
W c o rtez a (k g )
W m ad era ( k g )
120
100
350
160
15
10
140
300
120
250
W to tal (k g )
160
100
80
60
200
150
100
40
40
5
20
0
0
5
10
15
20
diámetro normal (cm)
25
0
30
50
20
0
0
0
5
10
15
20
diámetro normal (cm)
25
30
0
5
10
15
20
diámetro normal (cm)
25
30
0
5
10
15
20
25
30
diámetro normal (cm)
Fig. 4. Graficos de dispersión peso seco de la biomasa del fuste (1ª fila izq), peso seco de la corteza (1ª fila
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RESULTADOS: modelización de la biomasa aérea
wtotal = d
(1,598 + 3,15 ×10 - 0 .005 ×d 2 ×hcopa )
(1)
wtotal = 119,803 - 16,546 × d + 0,911 × d 2
(2)
- 1,111
wmadera = 0,001 × d 2,583 × h2,339 × hcopa
wcopa = 102,435 - 13,353 × d + 0,552 × d2
- 0,924
wcorteza = 1,76 × 10 - 0,005 × d1,204 × h4,632 × hcopa
2
2
Modelo
n
p
REMC
R
R adj
AICd
w total (1)
9
2
21,65
0,9530
0,9463
0
w total (2)
9
3
20,11
0,9595
0,9537
1
w madera
9
4
9,59
0,9607
0,9371
0
w copa
9
3
11,64
0,92
0,90
0
w corteza
9
4
1,99
0,9708
0,9533
0
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Modelización de la biomasa arbórea y evaluación de rendimientos y costes en una clara de Pinus pinaster para la obtención de biomasa en
Asturias.
RESULTADOS: rendimientos de la multitaladora
control/modificaciones
del apilado 23%
posicionamiento 19%
tronzado 6%
dirección del
apeo/manejo de los
árboles 21%
apeo del 4º árbol 0,15%
apeo del 2º árbol 0,58%
movimiento en vacio
entre distintas zonas de
trabajo 13%
apeo del 1er árbol 17%
apeo del 3er árbol 0,22%
1342 ciclos cronometrados à 69,04 m3 à 82,13 t peso seco
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RESULTADOS: rendimientos de la multitaladora
Productividad
t/h (*)
Árboles/hora
Productividad por tiempo productivo
3,58
58
Productividad por tiempo total
2,99
49
(*) Peso seco
El bajo rendimiento de la multitaladora se debe principalmente a tres factores:
1.
Escasa experiencia del maquinista, apenas se utilizó el cabezal multitalador
como tal, si no que en la mayoría de los ciclos apeó un único árbol.
2.
Baja adecuación de la máquina base debido a su gran tamaño.
3.
En las últimas jornadas el maquinista se dedicó a repasar la masa para
dejarla con la densidad adecuada.
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RESULTADOS: rendimientos del autocargador
Carga; 27%
Desplazamiento a
cargadero (a plena
carga); 11%
Descarga en el
suelo; 14%
Desplazamiento
hacia el lugar de
trabajo (vacío);
14%
Desplazamiento
entre pilas (calle), a
media carga; 17%
Repostado/Calenta
miento; 5%
Otras; 2%
Parada anclaje
(calle); 1%
Labores
complementarias;
Mantenimiento;
2%
5%
Avería; 1%
Chequeo de pluma;
1%
Para el cálculo de la productividad se tuvo en cuenta los m3 y t que se
desemboscaron durante las jornadas cronometradas: 70,55 m3 y 83,92 t.
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RESULTADOS: rendimientos del autocargador
Productividad
m3/h
t/h (*)
Productividad por tiempo productivo
7,20
8,56
Productividad por tiempo total
6,01
7,15
(*) Peso seco
En el bajo rendimiento hay que tener en cuenta que se trata de
desembosque de árboles completos. Además, se ven implicados dos
factores:
1.
El maquinista tenía escasa experiencia.
2.
La disposición de las pilas de la multitaladora no era la más
adecuada.
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Asturias.
RESULTADOS: rendimientos de la astilladora
tiempo de trabajo con
carga
63%
tiempo de
trabajo en vacío
6%
tiempo empleado en
preparativos del trabajo
7%
máquina parada por
pequeña avería (<2h)
3%
tiempo de
desplazamiento entre
diferentes zonas de
operaciones
trabajo
mantenimiento cuerpo
astillador repostado/calentamiento 3%
4%
otras operaciones de
14%
mantenimiento
0,08%
• En las jornadas cronometradas se astillaron 150,42 t de biomasa.
Productividad
m3 estereo astilla/h
t/h(*)
Productividad por tiempo productivo
22,52
10,30
Productividad por tiempo total
15,74
7,20
(*) Peso seco
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18/22
RESULTADOS: Estudio de costes
16%
Multitaladora
43%
16%
Astilladora
Autocargador
Transporte
25%
Máquina
Coste horario
(€/h)
Coste
(€/t seca)
Multitaladora
40,93
13,71
Astilladora
58,24
8,09
Autocargador
35,97
5,03
Transporte a 40 km
5
TOTAL
31,83
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Asturias.
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RESULTADOS: Biomasa residual
C. sativa
P. pinaster
Q. robur
Ulex spp.
Peso verde (t/ha)
17,26
39,79
2,55
19,42
Peso seco (t/ha)
4,44
9,70
0,92
5,64
Biomasa total del aprovechamiento = 98,68 tn/ha à rendimiento de
recogida alcanzado (90%) es alto lo que era de esperar al tratarse de
un aprovechamiento de árbol completo.
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Asturias.
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RESULTADOS: Daños
Localización del
daño
Tamaño del daño
Profundidad del
daño
Tronco
78,60%
Cuello de la
raíz
21,40%
Grande
14,29%
Mediano
35,71%
Pequeño
50,00%
Superficial
71,43%
Medio
28,57%
El porcentaje de árboles dañados en la superficie del rodal (un 15%) es
similar al encontrado por otros autores (Lineros et al, 2003, Han, 2003)
en claras comerciales.
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Asturias.
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CONCLUSIONES
• Se desarrollaron para la zona de estudio tarifas de biomasa para las
distintas fracciones consideradas (madera, corteza, copa y biomasa total).
• Los rendimientos para aprovechamiento de árbol completo en primera clara
à 3,58, 8,56 y 10,30 t/h productiva para la multitaladora, autocargador y
astilladora respectivamente.
• Coste del aprovechamiento (incluido transporte a fábrica) à 31,83 €/t seca.
• Se evaluaron los daños en la masa remanente y la tipología de estos daños,
observándose que un 15% de los pies presentaba algún tipo de herida.
• Se cuantificaron los restos que se dejaron en el monte (10%) con el objeto
de evaluar la eficiencia del sistema de trabajo en el aprovechamiento.
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