PROCESO PARA APROVECHAR RESIDUOS SÓLIDOS DOMICILIARIOS Y CONVERTIRLOS EN MATERIA PRIMA ALIMENTICIA CAMPO DEL INVENTO

El campo general de la invención es el procesamiento de material orgánico con el fin de permitir su reutilización. De manera más particular, se relaciona con el procesamiento de residuos sólidos domiciliarios con el fin de producir materia prima alimenticia para producir concentrado.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

El inadecuado manejo de los residuos sólidos orgánicos ha generado un impacto negativo, no solo desde el punto de vista ambiental, sino también, desde la óptica de la salud pública, por sus efectos nocivos sobre la calidad de vida de las comunidades. Un tipo de residuo orgánico, los residuos sólidos domiciliarios (RSDs), típicamente tienen una fracción orgánica que se aproxima al 70%. Los RSDs incluyen los residuos vegetales y animales producidos en los hogares, restaurantes y plazas de mercado, y comprenden por ejemplo los residuos de comida sin preparar como: cascaras de papa, yuca, plátano, tomate, cebolla, pimentón, frutas y cascaras de huevo, al igual que sobrantes de comida preparada, como arroz, huesos, pollo, pescado y carne. Los RSD típicamente tienen una humedad aproximada de un 78% y un nivel proteínico de 16- 18%.

El estado de la técnica revela distintos procesos para procesar los RSDs, incluyendo el compostaje, la incineración y el uso de vertederos o rellenos sanitarios. Aun cuando son útiles estos procesos, tienen conocidas limitaciones desde el punto de vista de costo- beneficio, medioambiente y la salud pública.

Existen igualmente procesos que pretenden procesar residuos orgánicos producto de procesos agroindustriales (no RSDs) de tal manera que se logra una materia prima alimenticia que permite aprovechar los nutrientes presentes en los residuos. Un ejemplo de tal proceso está divulgado en el documento WO/ 1994/000023, el cual ilustra un proceso para convertir residuos sólidos provenientes de vegetales, frutas y jardín, en concentrado para alimento animal. Con el fin de introducir un nivel proteínico adecuado para el producto final, se enseña la adición de desecho de pescado al residuo orgánico previo a su procesamiento. El proceso divulgado contempla un proceso de troceado, compresión y secado por calentamiento, todo para llegar a un concentrado alimenticio.

No obstante lo anterior, existe una continua necesidad para procesos que específicamente permitan procesar RSDs y convertirlos en materia reutilizable, específicamente en materia prima alimenticia. BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

La presente invención divulga un proceso y máquina que permite procesar residuos sólidos domiciliarios (RSDs) y convertirlos de manera segura y eficiente en materia prima alimenticia. La invención aprovecha la presencia de materia animal y orgánica ya presente en los RSDs para obtener un material alimenticio rico en proteína, reduciendo o eliminando la necesidad de añadir material proteínico adicional al material durante el proceso. El material obtenido mediante el proceso sirve como materia prima para producir, entre otras cosas, concentrado alimenticio para animales.

El proceso inventivo contempla las siguientes etapas: (i) retiro de material inorgánico de los RSDs; (ii) troceado; (iii) extracción de humedad por calor y compresión y (iv) secado final. La materia prima alimenticia así obtenida puede ser posteriormente procesada y adecuada para obtener concentrado alimenticio.

DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS FIG. 1 : Se ilustra un diagrama esquemático de las etapas del proceso inventivo.

FIG. 2: Se ilustra una modalidad del extractor de humedad por presión y calor usado durante el proceso inventivo.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCION

La invención es un proceso y máquina para llevar a cabo un proceso que permite llevar a cabo un correcto aprovechamiento de los residuos sólidos domiciliarios (RSDs) que hoy constituyen una problemática mundial por ser éstos una fuente de contaminación importante.

Para efectos de la presente solicitud, RSDs son los residuos vegetales y animales producidos en hogares, restaurantes y plazas de mercado, y comprenden, a título ilustrativo, los residuos de comida sin preparar como: cascaras de papa, yuca, plátano, tomate, cebolla, pimentón, frutas y cascaras de huevo, al igual que sobrantes de comida preparada, como arroz, huesos, pollo, pescado y carne. Los RSDs en esencia son el material orgánico que desecharía cualquiera de estas fuentes y sería recolectado por un servicio municipal de basuras para su posterior procesamiento.

Con el fin de ilustrar el proceso inventivo, se hace a continuación una descripción de una modalidad preferida señalando las etapas del mismo:

Haciendo referencia a la FIG. 1, el proceso inventivo tiene 4 etapas. En la etapa 100 se retira el material inorgánico de los RSDs. En la etapa 200 se trocea el material resultante de la etapa 100, con el fin de facilitar el tratamiento del material en etapas posteriores. En la etapa 300 se lleva a cabo una primera extracción de humedad del material previo al secado final. Finalmente, en la etapa 400 se lleva a cabo un secado final con el fin de lograr una humedad óptima y la eliminación de patógenos, intentando a la vez reducir el impacto térmico sobre los nutrientes en el material procesado. Posterior al proceso inventivo, la materia prima alimenticia obtenida puede ser tratado y adecuado mediante procedimientos conocidos para producir concentrado alimenticio para animales.

A continuación una descripción más detallada de una modalidad del proceso inventivo:

Etapa 100 - Retiro de material inorgánico de los RSDs. Sobre una banda transportadora con velocidad variable, de entre 0,5 a 1.5 m/segundo, y mediante una selección visual , se retiran elementos como plásticos, cartón y vidrios. Al final de esta banda transportadora se ubican dos electroimanes para capturar y retirar los materiales ferrosos y no ferrosos y así permitir que al proceso solo ingrese el material orgánico.

Etapa 200 - Troceado: mediante una troceadora que utiliza unas cuchillas horizontales, se fracciona el material en porciones de entre 2,5 y 3,5 centímetros (distancia del eje máximo) para que sean más eficientemente tratados. Esta etapa se realiza para facilitar el siguiente proceso en cuanto a consumo de energía y tiempo de exposición a temperatura.

Etapa 300 - Primera extracción de humedad por compresión y calor: Haciendo referencia a la FIG. 2, mediante una banda transportadora (no ilustrada), ingresa el material troceado 330 con una humedad aproximada del 78 % al sistema de presecado 301 que consiste de un tornillo sinfín 310 de hélice helicoidal 305, dentro de una chaqueta de calentamiento 340 por medio de vapor producido por una caldera 315. El movimiento de giro del tornillo se realiza por medio de un sistema motriz, de accionamiento eléctrico, que se ejecuta con un motorreductor 325 que a su vez es movido por un motor eléctrico 320. Junto con la chaqueta 340, el tornillo sinfín 310 comprime y arrastra el material a una velocidad de 50 rpm, ejerciendo una presión de entre 3 y 5 bar, a una temperatura de aproximadamente 80°C. Esta etapa se caracteriza por la disminución de la humedad del material, produciéndose así el desplazamiento de la humedad principalmente por arrastre para extraer hasta un 40% de agua. El tornillo 310 está fabricado en acero al carbón con un diámetro de 1,5 cm inferior al de la chaqueta 340, para evitar el roce con las paredes de la misma cuando el tornillo 310 gire. Por las características del material, es preferible que la hélice 305 sea de pequeño paso, inclinada un 30% y teniendo una distancia entre hélices de 18 cm, para así lograr extraer más porcentaje de humedad.

La chaqueta 340 es hermética por necesidades sanitarias, y está construida en acero inoxidable porque el material es altamente abrasivo.

La extracción de la humedad se realiza por la parte inferior del sistema 301 por medio de una cubeta para la recolección de los líquidos (no ilustrada), cuya salida está unida de forma hermética a un recipiente, siendo posible la existencia de varios puntos de descarga, a un tanque de tratamiento (no ilustrado). El material presecado 360 se descarga sobre una banda transportadora 350 que lo transporta a la siguiente etapa.

Etapa 400 - Secado final: mediante la banda transportadora 350, se deposita el material orgánico en una tolva de alimentación e ingresa a un equipo deshidratador por lecho fluidizado, en donde se termina de higienizar y deshidratar el material. El deshidratador de lecho fluidizado que se empleó fue uno similar a un equipo industrial con la referencia DS-2 Sandherz (ver http://www.sandherz.com/producto/deshidratador-de- lecho-fluidizado/). Este equipo tiene la capacidad de secar el producto en un reducido periodo de tiempo que combina dos procesos simultáneos: moler y deshidratar el material. El material entra a esta etapa con una humedad aproximada del 38%, y es recibido por unas paletas que continúan moliendo el material, disminuyendo el tamaño hasta un diámetro de entre 2 y 4 mm. Luego, el material es expuesto a una corriente de aire a alta temperatura y baja presión, generada por un ventilador extractor localizado sobre un ciclón. El aire caliente hace contacto con el material dentro de un agitador, con una profundidad del lecho fluidificado de 20 cm, cuya función es la de mantener al material en suspensión mientras que se le sujeta al efecto de la corriente de aire caliente. El aire caliente tiene una temperatura entre 120 y 140°C, el tiempo de exposición es de entre 10 a 25 segundos, la velocidad aproximada del aire es de 2,2 m/s, con una presión de 7,5 kg/cm . Finalmente, por selección de gravedad, el deshidratador permite separar la harina y la fibra del material.

En esta etapa del proceso de retira aproximadamente un 26% de humedad y agentes contaminantes. Se busca que la humedad final sea de entre 10 y 12%, y a la vez evitar que se desnaturalice demasiado la proteína, que los aminoácidos sean de mejor digestibilidad y que los nutrientes contengan mayores valores nutritivos. Normalmente la materia prima alimenticia obtenida tiene un peso de entre 20 y 30% del peso equivalente del RSD necesario para producirlo.

Posterior al proceso se pueden llevar a cabo etapas adicionales para convertir la materia prima alimenticia resultante del proceso inventivo en concentrado alimenticio. Por ejemplo, se puede aplicar un proceso de mezclado y homogenizado. De acuerdo al resultado de un análisis bromatológico, la persona versada en el arte conoce qué porcentajes de elementos se le debe adicionar para formular un concentrado de acuerdo a la necesidad de producción que se tenga, ya sea para iniciación, levante o ceba de especies animales. Posteriormente también se puede peletizar el concentrado de acuerdo a las características que deba cumplir el producto final y según las diferentes técnicas ampliamente conocidas en el estado de la técnica.

EJEMPLO 1

Se realizaron pruebas en una ciudad de Colombia a una temperatura ambiente de 31 grados centígrados. Se utilizó RSD proveniente con presencia de plátano, yuca, tomate, mazorca, flores, pimentón, papa, habichuela, naranja, papaya, banano, guayaba, material cárnico (incluyendo residuos de pollo, carne y pescado), caracterizado de la siguiente manera:

Característica Cifra

Humedad 78%

Cenizas 4,04

Nitrógeno 2,6

Carbono 37,2

Proteína 8,6

Grasa 3,2

Carbohidratos 7,3

Fósforo 2,5

Potasio 1,0

Sodio 2,7 Calcio 7,0

PH 6,5

Aplicado el proceso anteriormente descrito, se obtuvo una materia prima alimenticia con la siguiente caracterización:

Proteína 9,8

Humedad 12%

Grasa 2,3

Fibra 14,1

Cenizas 12,6 La anterior modalidad y ejemplo constituyen una descripción particular que permite a una persona medianamente versada en la técnica reproducir el invento. Sin embargo, es evidente que la persona medianamente versada en la técnica puede realizar variaciones sin apartarse del concepto esencial del invento, el cual se define al tenor de las siguientes reivindicaciones: