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8/18/2019 CURSO BASICO DE PROCESO INDUSTRIA AZUCARERA.pdf

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Jaime Peñaranda D. Ingeniero Químico Asesoría de Ingenios Azucareros.

Curso básico del proceso de producción de Azúcar Blanco Directo y/o Crudo.

Este curso de proceso de fabricación de Azúcar sea Blanco Especial o Crudo estáenfocado principalmente a suministrar información básica a la personas que tienen unmanejo gerencial, administrativo o técnico, en los Ingenios de Caña de Azúcar. Pretendeseñalar los aspectos de manejo tanto operativo como de proceso, sin entrar en detallesespecializados sobre el tema. Se presentan los temas que afectan la calidad del productofinal, medida en términos de Color y de Turbiedad y los aspectos que sirven para definirlas eficiencias, tanto en términos globales como las que miden el desempeño de procesosy operaciones fabriles especificas. Se muestran las pérdidas individuales en Bagazo, MielFinal, Cachaza e Indeterminadas y se define el término que señala la Eficiencia Global(conocida como la Recuperación Total - Overall Recovery) que presenta el recobrado deSacarosa en el Azúcar comercial referido al contenido de Sacarosa de la Caña. Este valor

servirá en definitiva para situar el proceso del Ingenio en el contexto del sector industrial.Generalidades.

Los Azúcares están constituidos por un gran número de sustancias que reciben el nombregenérico de Carbohidratos. Hay solamente dos tipos entre las más de 30 clases deazucares que hay en la naturaleza que son de interés en la industria: la Sacarosa y losAzucares Invertidos que es el nombre con que se conoce a la mezcla de Glucosa yFructosa. Los Azúcares Invertidos aparecen en forma natural en el jugo extraído en elMolino y se forma adicionalmente en el proceso a pesar de todas las precauciones que setomen. Estos azúcares toman un color pardo fácilmente cuando se calientan o cuando seintroduce aire en alguna solución que los contenga. Es muy difícil producir AzúcarInvertido seco y, a pesar de tener un mayor poder edulcorante que la Sacarosa, se miracomo uno de los productos indeseables en el proceso de producción de Sacarosacristalizada. Forman una parte importante de la Miel Final, la mayor de las pérdidas deSacarosa del todo el proceso. Sin embargo es un ingrediente esencial en algunos siropesespeciales.

Es muy sencillo convertir la Sacarosa en Azúcar Invertido pero no es así con el procesocontrario que solamente lo hacen las plantas. El Azúcar Invertido es una mezcla en partesiguales de dos azúcares denominados Glucosa y Levulosa, llamadas a veces Glucosa yFructosa.

Como alimento, la Sacarosa se absorbe rápidamente por el organismo. Es un alimentoenergético y es parte fundamental para el crecimiento y para las personas que hacentrabajo muscular pesado.

La caña de Azúcar es una hierba o gramínea gigante que consta de raíces, tallo y hojas. Eltallo esta formado por sectores similares a los de la guadua o bambú con una longitud quevaria de 7.5 a 15 centímetros y alcanza una altura entre 2.5 a 4.5 metros, aunque hay


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algunas variedades que alcanzan hasta los 6.0 metros. En la planta la presencia deSacarosa se debe a la acción de la luz solar que por medio de la Clorofila o sustanciaverde de la hoja transforma el Gas Carbónico del aire y el agua del ambiente paraformarla. La maduración se logra por medio de cambios de temperatura. En el Valle delCauca en Colombia, estos cambios de temperatura se presentan diariamente y

normalmente alcanzan los 12 grados centígrados. En la mayoría de los otros países ladiferencia es estacional y por eso se presenta maduración solamente de una estación aotra. En el Valle del Cauca hay caña madura todos los días del año. En la caña de azúcarla Sacarosa se almacena en el tallo y en la remolacha azucarera en la raíz.

El tallo de la caña es un sistema de dos fases, sólida y liquida. La fase sólida es uncomplejo de celulosa-pentosana-lignina que se conoce en forma general como fibra. Lafase líquida es una solución en agua que contiene una gran variedad de sustanciasorgánicas e inorgánicas, cerca del 90% de las cuales esta constituida por Sacarosa. Losvalores promedios para la región de los entrenudos y los nudos de una caña que contenga12.5 % fibra, 15.5% de Sacarosa y 90.0 % de Pureza son:

Sección Fibra % Pol % Pureza %Corteza Entrenudo 20 - 25 12 - 14 87 – 89Centro Entrenudo 5.5 – 6.5 17 – 19 91 – 94

Corteza Nudo 13 - 14 10.0 – 10.5 75 -76Centro Nudo 11 - 12 13.5 – 14.5 86 - 88

Evaluación del proceso de Fabricación de Azúcar Blanco Directo.

I. Antecedentes.

La producción de azúcar que cumpla especificaciones se enfrenta al manejo de unamateria prima de origen agrícola que, aún en el caso de que exista una política definidade calidad en la cosecha, siempre es cambiante y no puede tener una calidad homologada pues depende de variables que no siempre están bajo el control del Ingenio. No es secretoque la calidad del producto terminado se ve afectada por la calidad de la materia prima.Ciertamente que existe la tecnología para resolver los problemas de la calidad de la caña pero es necesario entender que los procesos tienen un costo y que es importantemanejarlo en forma razonable.

Los factores que afectan la calidad pueden clasificarse de una manera amplia en las

siguientes categorías:1. El Color:

El Color se define como el efecto de aquellas sustancias que permanecen disueltascuando se prepara una solución de azúcar para uso industrial. El caso de las gaseosas esuna aplicación típica. Existe una metodología para su análisis, basada en el uso de unequipo llamado Colorímetro ó Espectrofotómetro que mide la luz incidente en una celda


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de vidrio que contiene una muestra del azúcar disuelto y luego mide de nuevo la luz queemerge después de la solución. La luz absorbida es proporcional a la cantidad desustancias disueltas o sea al Color y por medio de una ecuación se puede expresar laabsorción en términos de unidades que se denominan Unidades de Miliabsorbancia ó Milli-Absorbance-Units ó m.a.u. o Unidades Internacionales. Debido a que la ICUMSA

(International Comission for Uniform Methods of Sugar Analysis ) desarrolló el métodose llama Color según ICUMSA IV. Para los azúcares corrientes este color debe ser de400 m.a.u. como máximo, para el Blanco Especial debe tener 180 m.a.u. como máximo y para el Azúcar Blanco Especial tipo A no debe exceder de 150 m.a.u. Para el Crudo locorriente es tener del orden de 1500 m.a.u. Este color es diferente al llamado color porreflectancia que es el que normalmente apreciamos en un azúcar cristalizado seco. Existealguna relación entre los dos colores pero el color reflejado depende en mucho de lacristalografía y del tamaño de los cristales. Normalmente no se analiza ni se informa.

El origen del Color puede ser de dos fuentes:

1.

Color importado en la Caña, y2.

Color generado dentro del proceso.

El Color importado en la caña viene en los diferentes constituyentes de la misma. Unaanálisis realizado a las diferentes partes de la caña muestra los siguientes resultados:

Componente de la Caña Color, u.m.a.Tallo 13400

Entrenudo 5500 Nudos 20700Corteza 28900

Hojas secas 640000Cogollo 140000

El tipo de cosecha incide en forma directa sobre la composición del trash de la caña.Dentro de los efectos que se consideran de mayor importancia en el proceso se encuentrael tipo de colorante que aporta un determinado componente de la caña. Pensemos por unmomento el tipo de proceso que será necesario manejar para reducir el color del jugo quese ha extraído de la caña y lograr obtener en forma estable un color máximo de 180u.m.a.

Básicamente hay tres clases de colorantes en la materia prima: la clorofila, la xantofila ylas antocianinas. Los dos primeros son relativamente insolubles en el agua y por estemotivo se eliminan con relativa facilidad en el proceso de clarificación. Las antocianinas,al contrario, son solubles en el agua y por supuesto en el jugo y la sulfitación las eliminasolamente en forma parcial. Estos colorantes se encuentran en forma preferencial en elcogollo de la caña. De tal manera que aportar cogollo no es una buena idea, sobretodo sise sabe que el % de Sacarosa que contiene no pasa del 3 %. Con esta concentración deSacarosa es obvio que el azúcar recuperada no alcanza para pagar ni siquiera el corte,


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menos el alce y el transporte, para no hablar nada del proceso. Los lodos se procesan enlos Filtros de Cachaza y es importante notar, desde este momento, que el filtrado de estosequipos se retorna al inicio del proceso para evitar pérdidas importante de Sacarosa quese presentarían si se removieran del proceso directamente. Hay que considerar que el %de Lodos en la fábrica suele encontrarse entre el 10 % y el 15 % del peso de Caña y su

contenido de Sacarosa es del orden de 15 %. Así que, para 100 Toneladas Métricas deCaña por Hora, la cantidad de Sacarosa contenida en los lodos de la clarificación de losJugos puede ser tan alto como 2.25 toneladas métricas de Sacarosa por Hora. Esto, sindecir nada respecto a la contaminación ambiental que evidentemente se causaría por ladisposición final de los lodos a los desechos de Fábrica. Entonces, desde este momento sehace evidente la necesidad de evaluar sistemáticamente la Eficiencia de los Filtros deCachaza, conocida como la Retención en los Filtros de Lodos. Esta es una práctica pococonocida y muy poco recomendada o realizada que requiere del uso de un programa deFlujo de Jugos y Lodos en el proceso. Puede afirmarse, sin ninguna duda, que el retornodel filtrado de los filtros es la mayor causa interna de generación de Color y de MielFinal. Y esto sucede porque la clorofila y la xantofila que se separan en forma

natural en el lodo por su indisolubilidad en el jugo, se reinyectan al proceso por laineficiencia de la filtración. Por esto es prioritario evaluar la Retención en Filtros.

Las hojas secas no aportan color pero si aportan cenizas y esto es inconveniente para elagotamiento de la Sacarosa en la Miel Final. Los no azúcares de mayor importancia en el proceso de fabricación de azúcar son dos: Azúcares Reductores y Cenizas. Dado que elazúcar es un producto industrial de alta Pureza, es obvio que los no azúcares que entran acristalización en Tachos necesariamente se acumulan como impurezas en la Miel Final.Los Azúcares Reductores y las Cenizas presentan efectos opuestos en relación a lasolubilidad de la Sacarosa. Mientras los Reductores disminuyen la solubilidad de laSacarosa y con ello propician la cristalización, las Cenizas presentan el efecto opuesto.La razón para esto, es que los Azúcares Reductores presentan una mayor solubilidad quela Sacarosa y de esta manera digamos que ocupan la capacidad de disolución que tiene elagua. Por esto la Sacarosa permanece sin disolverse y al aumentar la concentración porefecto de la evaporación de agua en el Tacho, esta Sacarosa se cristaliza. Con las Cenizassucede lo contrario. En resumen, el proceso debe manejarse de tal manera que no haya unaumento de Azúcares Reductores sino que, los que haya deben conservarse puescoadyuvan en el agotamiento de la Miel Final. No es razonable pensar en aumentar laconcentración ó la cantidad de Reductores para aprovechar su ayuda en el agotamiento dela Miel Final, pues todo aumento es a expensas de la Sacarosa. Ciertamente que la Purezade la Miel Final puede bajar pero habrá un aumento en la cantidad. Al final se perderámás cantidad de Sacarosa.

Las Cenizas deben eliminarse tanto como se pueda. Esta es una operación que puedehacerse y para ello existen los equipos adecuados. La presencia de hojas secas en la cañaentrada a la Fábrica es una señal negativa de la calidad de la cosecha. Las hojas secas son portadoras de cenizas solubles, generadoras de Miel Final. Cuando se detecte unacantidad apreciable de hojas secas en la caña cosechada, debe esperarse una mayor pérdida de Sacarosa en la Miel Final. Naturalmente que es más barato no entrar cenizas ala fábrica, controlando la presencia de tierra, hojas secas, etc. en la caña.


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El hecho concreto es que la calidad de la caña incide en el proceso y en la calidad delazúcar. La Administración debe hacer un esfuerzo para lograr una cosecha limpia que permita manejar el proceso con bajos costos en insumos químicos, independientementede los costos de Corte, Alce y Transporte, adicional al costo mismo de la caña. Hoy

existe una conciencia hacia la cosecha de “Caña Verde en Limpio” que puede ser unfactor de importancia para bajar costos. La experiencia de algunos Ingenios muestra quesi bien el costo del corte en verde es mayor en unos 6 kilos de Azúcar por Tonelada deCaña, el mayor valor recuperado es del orden de 8 a 10 kilos, dejando un margen de 2 a 4kilos por mayor ingreso, por lo menos, fuera de la reducción en costos de productosquímicos y sin contar con la mayor recuperación por mayor eficiencia en Casa deCocimientos.

Un aspecto que es de una importancia crucial es el relacionado con el tiempo de cosecha.Se han hecho numerosas investigaciones que muestran el resultado de una mala prácticade cosecha y los resultados siempre han sido preocupantes. En algunos casos y en el peor

ejemplo, se han encontrado pérdidas de Sacarosa en Caña del orden de hasta 25 kilos porTonelada de Caña. Esto es mucho más de lo que pierden la mayoría de los Ingenios entodo el proceso y sin embargo pasa desapercibido. Hoy en día es concluyente el efectonocivo de la permanencia de la caña en patio. Si adicional a un tiempo alto de permanencia en patio se suma el hecho de que la caña se envejece y se encuentra sucia delodo por efecto de la lluvia, los resultados son definitivamente negativos para el proceso.El Leuconostoc Mesenteroides puede desarrollarse de una manera extraordinaria bajoesas condiciones: presencia de lodo y baja circulación de aire que estimula el crecimientode las bacterias. El Leuconostoc solamente representa problemas para la fábrica.

Una política clara de reducción en el tiempo de la cosecha y de eliminación del patiodebe estar entre las prioridades de la Administración. La pregunta simple que hay quehacerse es la siguiente: Si el Ingenio ya pagó por la Sacarosa que hay en la caña, porquéno la preserva?

2. La Turbiedad.

La Turbiedad corresponde al contenido de los Sólidos Insolubles. La metodología deanálisis es complementaria de la del Color. Los Insolubles en la Meladura constituyenuno de los efectos negativos de la Evaporación. Desde 1962 se inició un proceso,impulsado principalmente por Saranin en Hawaii, que pudo resolver el problema de laconcentración de insolubles en la Meladura. Es complicado aceptar que en un procesoque produzca jugo clarificado de la mejor calidad, se presente una alta Turbiedad en laMeladura.

La Meladura debe clarificarse, independientemente de la calidad de la clarificación del jugo. Aún en el evento de que la clarificación del jugo sea excelente, el efecto de laevaporación hace que se reprecipiten las impurezas y lo hacen en forma de partículasmicroscópicas que conforman la Turbiedad. Para aclarar este concepto, es necesario


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calcular la relación entre el peso del agua por unidad de impurezas en el Jugo Clarificadoy en la Meladura. Esto se verá más adelante, en la página 30.

La clarificación de Meladura debe verse como el primer paso en el camino de optimizarel agotamiento de la Miel Final en los Tachos. El principio de Winter y Carp gobierna el

manejo de la recuperación de Sacarosa y es un principio fundamental en el proceso deagotamiento de la Sacarosa en la Miel Final. Este principio se presenta en la página 31 deestas notas.

Resumiendo:

La calidad del producto terminado depende de la calidad de la materia prima. Paraobtener los parámetros de calidad especificados es necesario entrar en costos deproceso que a su vez dependen de los productos químicos empleados. Y éstos seránmayores en tanto la calidad de la caña sea inferior. El tiempo de cosecha esfundamental para conservar el contenido de Sacarosa en Caña. El Color se puede

importar o se puede generar internamente por retornos de filtrados de baja Pureza.El proceso de producción debe resolver los problemas que se presentan al operar con unamateria prima de origen agrícola, sin homologación, que posee variables de orígenesnaturales y asignables o imputables. Estas variaciones de origen natural se presentan porla variabilidad misma de la cana y las asignables dependen de las condiciones de cosecha principalmente. Si se compara la materia prima con el producto terminado puedenestablecerse diferencias perceptibles a la vista. Hay diferencias en la constitución físicade los dos materiales, en el contenido de humedad y fundamentalmente en la pureza delos mismos. El azúcar es un producto que presenta una calidad constante con parámetroscomo la concentración de sacarosa y la humedad dentro de muy estrechos limites. Lacana no registra ninguna de estas condiciones y no puede pensarse en exigir el mismotipo de especificaciones que en el azúcar.

Observando entonces la materia prima inicial y el producto terminado, llegamos a laconclusión de que necesariamente deben existir operaciones y procesos que permitanextraer el jugo, purificarlo, concentrarlo, cristalizar la sacarosa, secarla y finalmenteenvasarla.

Por consiguiente, la primera operación que es necesario ejecutar es la molienda. Estaoperación tiene por objeto extraer el jugo contenido en las células de los tallos.Inicialmente es necesario picar o desfibrar el material celulósico que constituye la cana para facilitar su extracción.

En el molino se presenta la primera relación de los materiales que entran y salen delmismo. Se adiciona agua al último molino para optimizar la extracción de jugo, para queesta agua que se llama de Maceración o de Imbibición, reemplace el jugo contenido en elmaterial residual con el fin de reducir la pérdida de Sacarosa que sale de la molienda. Enel Molino entonces entra Cana y Agua de Maceración y sale Jugo que se llama Diluido oMezclado y Bagazo. Por consiguiente:


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Caña + Agua = Jugo + Bagazo ., ( 1 )

La cana se define entonces de una manera simplificada como:

Caña = Jugo Absoluto + Fibra ., ( 2 )En donde el Jugo Absoluto se considera como la máxima cantidad de Jugo que podríallegar a extraerse y la Fibra es el material celulósico insoluble en agua. Este JugoAbsoluto se diluye parcialmente con una parte del Agua de Maceración para conformar elJugo Diluido o Mezclado y el resto del Agua de Maceración se incorpora al Bagazo comohemos dicho. Existen fórmulas para calcular la cantidad de agua de Maceración que seincorporó al Jugo Absoluto y un valor es el conocido como Dilución % Jugo Absoluto.

El Bagazo sale por la parte final del tren de molienda y por medio de conductoresformados por tablillas de arrastre se alimenta a las Calderas para producir vapor.

Normalmente debe sobrar un 10 % de la cantidad producida que se almacena en undepósito llamado Bagacera, para guardarlo como reserva para las paradas y arranques deFábrica. Nominalmente el Bagazo tiene un 50 % de Humedad, por lo que puedeconsiderarse un combustible de baja calidad. Sin embargo, un Ingenio eficiente desde el punto de vista energético debe manejar todos sus requerimientos de potencia y energíacon este Bagazo.

A manera de ilustración podemos asumir algunas cifras que muestren valores típicos dela operación de Molienda. Tomando la Cana igual a 100%, los valores que podemosestimar son:

Agua = 30 %Jugo = 100 %

Los pesos de la Caña, el Agua y el Jugo se pesan y por lo tanto es posible conocer elBagazo, según la ecuación:

Bagazo = Caña + Agua - Jugo = 100 + 30 – 100 = 30

La caña presenta una composición que podemos tomar típicamente como:

Jugo Absoluto = 85.0 %Fibra = 100.0 - 85.0 = 15.0 %

Por consiguiente, una manera de presentar la Maceración es con referencia a la Fibra dela Caña:

Maceración % Fibra = Peso del Agua Maceración * 100/ Peso de Fibra ., (4)

= 30 * 100 / 15 = 200.0 %


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De tal manera que en este caso podemos afirmar que la Maceración % Fibra es del 200.0%. Es una manera directa de informar la Maceración en términos de la Fibra.

El Bagazo tiene un 50% de Humedad. También presenta un cierto contenido de Sacarosa

que constituye una pérdida directa puesto que sale del molino y va hacia la Caldera. Unvalor de Sacarosa % Bagazo puede estar entre un 1.5% y 2.5 %, en términos generales.Para evaluar el monto de la pérdida consideremos el caso que venimos tratando. Lacantidad de Bagazo por una Tonelada de Caña es igual a:

Bagazo por TC = 1 TC x 30/100 = 0.30 TC = 300 kg de Caña

Si el contenido de Sacarosa (o Pol como se le llama corrientemente) es 2.5 %, la cantidadde Sacarosa perdida por TC es igual a:

Sacarosa (Pol) perdido /TC = 300 kg x 2.5/100 = 7.5 kg

Estos 7.5 kilogramos de Sacarosa se pierden por cada Tonelada de Caña molida. En elcaso hipotético de recuperarlos totalmente, no se obtendrían 7.5 kilos de Sacarosaadicional por TC pues estos kilos de sacarosa deben ser procesados a través de la Fabricay están sometidos a las ineficiencias del proceso.

El Bagazo se usa directamente como combustible. Debido a su alto contenido deHumedad, hemos afirmado que se trata de un combustible de baja calidad. Hay diversasfórmulas que permiten calcular el llamado Valor Calórico del combustible. Una de lasmás conocidas es la de la Universidad de Louisiana que dice que el Valor Calórico, VC,es:

VC, BTU/lb = 8750 * ( 1 – Humedad % Bzo/100 – Cenizas % Bzo/100) ., (5)

En donde 1 BTU se define en unidades inglesas como la Cantidad de Calor que esnecesario suministrar a 1 libra de agua para elevar su temperatura en 1 grado Fahrenheit.

Un caso típico es el siguiente:

Humedad % Bagazo = 50.0 %Cenizas % Bagazo = 6.0 %

El valor del VC es: VC = 8350 * ( 1 – 50.0/100 – 6.0 /100) = 3674.0 BTU/lb

Si la Humedad se aumenta a 53.0 %, el VC es entonces igual a:

VC = 8350 * ( 1 – 53/100 – 6.0/100 ) = 3423.5 BTU/lb

Un aumento de la Humedad de 50.0 % a 53.0 % indica que el 50 % es el 94.35 % de 53.0%. En el VC el valor de 3423.5 es el 93.2 % del mayor valor 3850.


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Asumiendo que se trabaja con Bagazo de un VC igual a 3674.0 BTU/lb, interesa conocerla cantidad de Vapor de alta presión que puede generar una libra de Bagazo. Para ello esnecesario fijar las condiciones de presión y temperatura que debe poseer el Vapor de alta presión conocido también como Vapor Vivo. Por consideraciones de Tablas de Vapor

que no es necesario discutir en el momento, debemos admitir que para que una libra deagua condensada y caliente a una temperatura de 110 grados centígrados, se requieresuministrar 1070 BTU por libra para producir vapor vivo de 250 psig y 512 grados F. LaEficiencia de Combustión de una caldera con este combustible es del 58 %, por lo que lacantidad de Energía realmente aprovechada por el agua para convertirse en vapor es:

Energía aprovechable = 3674 BTU/lb * 0.58 = 2131 BTU/ lb

Por consiguiente, la cantidad de Vapor Vivo que se puede generar es:

Vapor generado, lb / lb Bagazo = 2131 BTU/lb Bagazo / 1070 BTU/lb vapor

= 1.99Es decir, por cada libra de Bagazo se generan 1.99 libras de Vapor Vivo de 250 psig y512 grados F.

Ahora bien, no todo el Bagazo producido por el Molino debe consumirse directamente enla operación de la Fábrica. Un Ingenio balanceado energéticamente debe consumirdirectamente entre el 85% y el 90% del bagazo producido y almacenar entre un 10% y un15% como reserva para paros y arranques de Fábrica. Por consiguiente, para el caso quenos ocupa, la cantidad de Bagazo consumido debe ser el 90% como máximo del Bagazo producido:

Bagazo consumido = 100 TCH * 0.30 * 0.90 = 27 Toneladas por Hora.

Por consiguiente, el Vapor Vivo Generado es igual, en libras por Hora, a:

Vapor Vivo, 250 @ 250 psig, 512 grados F = 27 * 2204.5 * 1.99 = 118.448.0 lb/Hr

Obsérvese que este valor equivale a 1184.5 libras de Vapor Vivo por TC. Este es un valorrelativamente alto para el caso de un Ingenio de Azúcar Blanco Directo. Para la producción de Azúcar Crudo el consumo aún debe ser inferior.

Una particularidad muy interesante de la Industria Azucarera es su autosuficiencia tantoen la generación de su combustible como en la generación de agua condensada para la producción de vapor y para otros usos industriales. Esta particularidad se debe a laoperación del sistema de evaporación denominado de Múltiple Efecto que veremos masadelante. Podemos decir, desde ahora, que ese sistema permite generar agua condensadasuperior a la requerida por el sistema de producción de vapor. Para el caso presente,vemos que la cantidad de Vapor Vivo generado es de 123.805 libras por Hora. Debido alesquema de evaporación, es seguro que la cantidad de agua condensada producida es del


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orden de 140.000 libras por Hora que se retornan a la Caldera para ser convertidas envapor, estableciéndose un ciclo permanente. Debemos entonces considerar que unIngenio no es solamente un productor de Azúcar y Miel Final sino que generaelectricidad y agua condensada.

La generación de Electricidad se hace por medio de Generadores accionados porTurbinas que normalmente deben ser del tipo Multietapas para reducir el ConsumoEspecífico de Vapor por kWH, es decir, el Consumo de Vapor en Libras por kWH. Esfactible consumir entre 25 y 30 libras de Vapor de 250 psig y 512 grados F por kWH. Lacantidad de Electricidad necesaria depende del balance de equipos que sea accionados por Motores Eléctricos o por Turbinas. Podemos aceptar que un Ingenio puede consumiralrededor de 22 kWh por TC. Para el caso de las 100 TCH, el consumo de electricidad es:

Consumo de Electricidad = 100 TCH * 22 kWH/TC = 2200 kWH

Si el Consumo Especifico de Vapor (llamado generalmente por su nombre en Ingles,

water rate ) fuera de 30 libras de vapor vivo por kWH, es claro que el consumo de VaporVivo es igual a:

Consumo de Vapor Vivo, lb/Hr = 2200 kWH * 30 lb/kWH = 66.000 lb/Hr

Esta cantidad de Vapor Vivo hace el trabajo mecánico a través de la Turbina y sedescarga de la misma como Vapor de Escape de baja presión y en condiciones de VaporSaturado a 20 psig y 250 grados F. Este Vapor de Escape se junta con el proveniente delos otros accionamientos mecánicos como son las Turbinas de los Molinos y la totalidadde este Vapor constituye la fuente de calor para manejar el proceso.

Por lo tanto, la cantidad de Vapor Vivo que puede usarse para otros accionamientos es ladiferencia:

Vapor otros accionamientos = 118.448 – 66.000 = 52.448 libras por Hora

Los Consumos Específicos de Potencia para la molienda manejan parámetros que podemos presentar como 20 HP por Tonelada de Fibra en Caña por cada Molino. Porconsiguiente, si el contenido de Fibra en Caña es del 15.0 %, para las 100 TCH, lacantidad de Fibra es igual a:

Fibra, Toneladas/Hora = 100 TCH * 0.15 = 15.0

El consumo de Potencia, para un total de seis Molinos será:

Consumo de Potencia = 6 * 100 * 0.15 * 20 = 1800 HP

Y el Consumo de Vapor, asumiendo 30 libras de Vapor Vivo por HP, es:

Consumo de Vapor Vivo = 1800 HP * 30 libras/HP = 54.000 libras/Hora


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Como el Vapor Disponible es 52.448 libras por Hora, hay un pequeño faltante de Vapor yel sistema no muestra equilibrio. Eventualmente se podrán hacer ajustes para llegar alequilibrio.

Resumiendo, el consumo de Vapor Vivo es igual a la suma del Vapor delTurbogenerador más el Vapor de las Turbinas de los Molinos. En este caso se tiene que eltotal es igual a 66.000 + 54.000 = 120.000 libras. Esta cantidad de Vapor Vivo seráigual a la cantidad de Vapor de Escape. Hay evidentemente entonces varias situacionesque se pueden presentar entre la cantidad de Vapor de Escape Generado, 120.000 libras por hora, y el Vapor de Escape requerido.

Podemos establecer tres tipos de situaciones:

a. El Vapor de Escape generado, 120.000 libras por hora, es igual al Vapor deEscape requerido. Esta es la situación ideal y es un sistema en equilibrio perfecto.

b.

El Vapor de Escape generado es mayor que el requerido y en este caso hay unsobrante de Vapor de Escape que se debe liberar a la atmósfera para evitarcontrapresión en las turbinas que generan el Vapor de Escape. En este caso estevapor que se ventea a la atmósfera no se condensa dentro de los equipos deevaporación y el agua condensada que se podría generar se pierde y hay unfaltante de agua para la Caldera.

c. La cantidad de Vapor de Escape generado es inferior al requerido. Esta es lamejor situación siempre y cuando el faltante no sea superior al 5%. Es decir, elVapor de Escape requerido es un 5 % menor que el generado y hay que hacer unareposición (se llama laminación o make-up) y esta es una situación real.

La pregunta que debemos hacer es: de que depende el consumo de Vapor de Escape yque puede hacerse para que el Vapor requerido sea ligeramente superior ( un 5%) que elgenerado? Depende definitivamente del esquema de evaporación, calentamiento de jugoy cristalización que se establezca. Vale decir, la economía del sistema de uso de laenergía depende fundamentalmente de la economía del sistema de fabricación, o sea, del proceso. Puede demostrarse que, el contenido de la energía del Vapor (Vivo y Escape) segasta en un 15% a 20% en los movimientos primarios (Turbogenerador y Turbinas deMolinos y otras) y el resto, 80% a 85% se gasta en las operaciones propias del proceso.

Evidentemente este ejemplo es una simplificación pero ilustra el tipo de balance que semaneja en un Ingenio.


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Introducción a la tecnología de la producción de Azúcar.

Regresemos ahora al tema de la Extracción de Jugo Diluido del Molino. Antes, revisemosalgunos conceptos y definiciones fundamentales:

1.

Brix: Porcentaje de Sólidos disueltos en una solución. El Brix incluye los Sólidosque son solubles y que pueden estar constituidos por Sacarosa y por otrassustancias no Sacarosa. Brix, además, es el nombre del químico que calculó lastablas de solubilidad inicialmente. Otra medida de concentración la constituye laescala de Baumé, que no tiene una relación constante con la escala de Brix. Engeneral se puede aceptar que:

Valor de Baumé x 1,84 = Valor de Brix

2. Sacarosa: Representa el % del compuesto químico conocido comercialmente

como Azúcar. La fórmula condensada de la Sacarosa se representa comoC12H22O11. El peso molecular de la Sacarosa es igual a:

C12 = 12 x 12 = 144H22 = 22 x 1 = 22O11 = 11 x 16 = 176

Total: 342

Este valor representa la cantidad de Sacarosa en gramos que es necesario tomar para obtener el llamado Número de Avogadro (N) de moléculas de Sacarosa quees igual a 6.023 x 1023 moléculas. El Peso Molecular de la Sacarosa es 342gramos por mol, y por lo tanto en estos 342 gramos de Sacarosa debenencontrarse 6.023 x 1023 moléculas de Sacarosa.

3.

Pureza: Es el porcentaje que representa la fracción de los Sólidos o Brix de unasolución constituidos por Sacarosa. En fórmula:

Brix * Pureza /100 = Sacarosa

Ejemplo: Una solución de un producto azucarado tiene 60 gramos de Sólidos y54 gramos de Sacarosa en 100 gramos de solución. Cual es su Pureza?

Sacarosa * 100 54 * 100Pureza = ------------------- = ------------- = 90 %.

Brix 60


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Existen criterios para evaluar la eficiencia de los procesos extractivos del Molino. El primero de ellos se define como el Peso de Jugo Diluido expresado como un porcentajedel peso de la Caña.

a. Extracción de Jugo Diluido % Caña.

Sea m jd el Peso del Jugo Diluido bruto, vale decir, el peso del Jugo tal como saledel Molino. Si TC es el peso de la Caña molida, entonces la Extracción de JugoDiluído es igual a:

Extracción Jugo Diluido = m jd * 100/ TC ., ( 6 )

Revisando la Ec.( 1 ) podemos ver que hay una dependencia directa entre el pesodel agua de Maceración y el peso del Jugo Diluido. Por esta razón se consideraque este parámetro no define de manera independiente la eficiencia del Molino.

Para el caso que nos ocupa, supongamos que la cantidad de agua de Maceraciónsea el 28 % del peso de la caña. Si el Bagazo es el 30 % del mismo peso, entoncesla cantidad de Jugo Diluido se calcula a partir de la ecuación ( 1 ) como:

C + A = J + B

J = C + A – B = 100 + 28 – 30 = 98

En este caso la menor cantidad de Jugo depende directamente de la cantidad deAgua de Maceración, por lo que no podemos evaluar el trabajo del Molino por lacantidad de Jugo producido. Por este motivo se prefiere evaluar la Extracción dela Sacarosa en el Molino, a partir de la Sacarosa que trae la Caña. Su pongamoslos siguientes valores:

Jugo Diluido: Brix = 14.84 %., Sacarosa = 12.86 %., Pureza = 84.44 %

Bagazo: Pol % Bagazo = 1.94 %.

Partiendo de que el Jugo Diluido bruto extraído es 98.0 %, podemos calcular elcontenido de Sacarosa en la caña por el método llamado Inferencial que asumeque la Sacarosa de la Caña es la suma de la Sacarosa del Jugo mas la Sacarosa delBagazo. Sin embargo, hoy se reconoce que en el Jugo Diluido existe una ciertacantidad de Sólidos Insolubles que, si bien representan peso, no contienenSacarosa y se hace necesario deducirlos del Jugo Bruto para obtener el Jugo Netoal cual se aplica el % de Sacarosa. Supongamos que el contenido de Insolubles esigual a 2.77 % del peso del Jugo Bruto. Este análisis se hace rutinariamente por elLaboratorio y representa una evaluación de la presencia de impurezas en la Caña.Por consiguiente, la cantidad de Insolubles, en peso es igual a:

Insolubles, toneladas = 98.0 Ton/Hr * 2.77/100 = 2.71


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El Peso de Jugo Diluido Neto es igual entonces a:

Jugo Diluido Neto = 98.0 – 2.71 = 95.29 Toneladas/Hora

Evidentemente, este valor se puede calcular directamente como:Jugo Diluido Neto = Jugo Diluido bruto * ( 1 - % Sol.Insolubles/100) ., ( 7 )

= 98.0 * ( 1 – 2.77/100 ) = 95.29 Toneladas/Hora

Con estos datos podemos calcular el total de Sacarosa entrada en la Caña:

Sac. Caña, Tons = Sac. en Jugo Neto, Tons + Sac. Bagazo, Tons ., ( 8 )

= 95.29 * 12.86 / 100 + 30.0 * 1.94 / 100 = 12.25 + 0.582 = 12.84 Tons

Como la base de los cálculos corresponde a una molienda de 100 TCH, el % deSacarosa en Caña es:

Sacarosa % Caña = 12.84 * 100/100 = 12.84 %

Ahora que conocemos la cantidad de Sacarosa extraída en el Jugo, 12.25 %, y lacantidad de Sacarosa de la Caña, 12.84 %, podemos calcular la Sacarosa Extraída.

b. Extracción de Sacarosa % de Sacarosa en Caña.

Conociendo la Sacarosa en el Jugo Diluido Neto y la Sacarosa en Caña, podemoscalcular la

(Sac. Jugo) * 100Extracción Sacarosa % Sacarosa en Caña = ---------------------------

Sac. Caña

Extracción Sacarosa = 12.25 * 100 / 12.84 = 95.40 %

Al mismo tiempo se puede calcular la Pérdida de Sacarosa en el Bagazo:

Pérdida de Sacarosa en Bagazo = 300 kg Bzo * 1.95 Kg Sac/100 Kg Bzo= 5.82 ~ 0.582 % Caña.

c.

Jugo Absoluto Perdido % Fibra.

Es claro que el valor de la Extracción de Sacarosa representa una mejor cifra quela simple Extracción de Jugo Diluido, que hemos visto que depende de la cantidadde Agua de Maceración. Pero, la extracción de Sacarosa depende de dos factoresque son propios de la Caña y por lo mismo independientes del trabajo del Molino


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propiamente dicho. Estos factores son la Fibra % Caña y la Sacarosa % Caña.Para medir la eficiencia de la extracción en forma independiente de los dosfactores se ha definido el parámetro Jugo Absoluto Perdido % Fibra en Caña oJAP % Fibra. Este valor es entonces igual a:

(100-Extracción Sac ) ( 100 – Fibra % caña )JAP % Fibra = --------------------------------------------------------Fibra % Caña

(100.0 – 95.40) (100.0 – 15.0)JAP % Fibra = --------------------------------------- = 26.07

15.0

La diferencia 100.0 – 95.40 = 4.60 representa el % de Sacarosa perdida en elBagazo, referida al total de la Sacarosa presente en la Caña. Para este caso, hemossupuesto que este valor es igual a 12.84 % o 128.4 kilos. Por lo tanto, la Pérdida

de Sacarosa en Bagazo es igual a:Sacarosa perdida en Bagazo, kg = 128.4 * 4.60 /100 = 5.90 kg

Este valor se divide entre la Fibra % Caña, 15.0 %, por lo que el cocienterepresenta la pérdida de Sacarosa por Unidad de fibra, lo que lo haceindependiente de la cantidad absoluta de fibra. El valor 5.90 / 15.0 = 0.394significa que se pierden 0.394 puntos de porcentaje por cada punto de Fibra.Generalmente se reconoce que un molino realiza un trabajo aceptable cuando elJAP % Fibra está por debajo de 20.0 %.

Este valor es muy útil pues puede demostrarse que un molino que presente unvalor de Pol % Bagazo alto no necesariamente representa un mal trabajo. A veces,los valores de Pol % Bagazo altos tienen un JAP % Fibra relativamente bajo.Depende de la fibra y de la riqueza de la caña.

d. Extracción de Sacarosa reducida a 12.5 % Fibra.

Se ha usado también el valor de la Extracción de Sacarosa referida a una Caña de12.5 % Fibra como una manera de comparar la extracción de dos molinosdiferentes o de un mismo molino en diferentes épocas. Sin embargo, este parámetro está un poco en desuso pues ninguna caña normalmente tiene 12.5 %de fibra y menos como promedio. Todos los valores de fibra están por encima y probablemente se acerquen a un 14.5 % como valor promedio. El valor de laExtracción de Sacarosa base 12.5 % Fibra, E12.5 % F, se calcula entonces como:

(100 – Extracción Sac ) ( 100 – Fibra % Caña )E12.5% F = 100 - -------------------------------------------------------------

7 * Fibra % Caña


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Para el caso presente:

(100 – 95.40 ) ( 100 – 15 )E12.5 % F = 100 - --------------------------------- = 96.28 %

7 * 15

El promedio de los parámetros anteriores, desde Enero a Octubre del 2004, para laindustria azucarera en Colombia, son los siguientes:

Extracción Jugo Diluido Neto % Caña: 100.14 %Maceración % Caña: 29.99 %Maceración % Fibra: 204.59 %JAP % Fibra: 26.01 %Fibra % Caña: 14.62 %Extracción de Sacarosa % Sacarosa Caña: 95.88 %Extracción Sacarosa reducida a 12.5 % fibra: 96.45 %

Sacarosa perdida en Bagazo %: 0.588 %Sacarosa % Caña: 13.750 %

El Jugo proveniente del molino arrastra bagacillo. Genera color, una característica quequeremos evitar cuando se fabrica Azúcar Blanco Directo. Este material presentacaracterísticas especiales de dificultad para su remoción. Su comportamiento es erráticoen los clarificadores de Jugo y de Meladura pues se adhiere con facilidad a las burbujasde aire ocluido en los jugos y en un clarificador puede decantarse, puede flotar ó puedesobrenadar entre dos aguas. Su comportamiento depende de si se ha adherido a burbujasde aire. Además tiene las características de ser una sustancia no-polar, es decir, noadquiere carga electrostática que permitiría su remoción con algún floculante de cargaaniónica o catiónica. Los floculantes se han convertido con los años en una ayudaefectiva para la neutralización de cargas de las impurezas microscópicas que permitan sucoagulación y posterior floculación. Estas actividades inducen un aumento de tamaño que permite la separación por efecto de decantación por aumento de peso que facilita suremoción como lodos en el fondo de los clarificadores. El bagacillo, al no disponer decarga electrostática es neutro frente a la actividad de los floculantes de cualquier tipo. Porestas razones el bagacillo debe removerse por medios físicos como las Mallas DSM (llamadas así por su nombre en inglés: Dutch Screen Mines o Mallas Holandesas paraMinería ) en el Jugo del Molino o en el Jugo Clarificado. En el momento actual se haencontrado una excelente solución con el uso de Tambores Rotatorios ( Drum Trommel )que se instalan en el área del Molino y remueven de manera importante el bagacillo antesde que entre al proceso. Lo importante es tratar por todos los medios que el bagacillo noentre a la Fábrica y para ello es necesario instalar algún tipo de filtro físico en el Jugo delMolino y en Jugo Clarificado como ya se ha dicho. Hay que considerar que el bagacilloque entra conjuntamente en el Jugo Clarificado al primer evaporador, sufre el mismotratamiento que experimenta una bolsa de té que se sumerge en agua caliente. Hay queentender que el Jugo dentro del Evaporador No.1 está a la mayor temperatura de todos losmateriales de todo el Ingenio. Y el bagacillo genera más color en estas condiciones.


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Otra fuente de color generado proviene de el sobre-encalamiento del jugo en el Tanquede Encalado. Tradicionalmente se ha usado Lechada de Cal preparada a 10/12°Baumécomo reactivo para la clarificación. Se espera que los iones de Calcio reaccionen con losFosfatos que se encuentran en forma natural en el Jugo, para formar los FosfatosTricálcicos que son los responsable de la clarificación. La cal sin embargo presenta una

reacción desfavorable con los Azúcares Reductores mediante la destrucción alcalina delos mismos. Esta reacción conocida como la de Maillard produce alrededor de 106 productos de descomposición, muchos de ellos de alta coloración como los polifenoles.Hoy se está usando el Sacarato de Calcio como reactivo para la formación del FosfatoTricálcico en la clarificación del Jugo con buenos resultados en cuanto a la generación decolor se refiere.

3. El Proceso.

El proceso de fábrica tiene una secuencia que corresponde a los siguientes pasos:

a.

Clarificación: Comprende: Encalado, Calentamiento, Tanque de Flash, Filtracióny Clarificadores de Jugo. b. Evaporación: Concentración del Jugo Clarificado a Meladura.c. Cristalización.d.

Secado.

Clarificación: Es una operación y un proceso cuyo objetivo es la remoción de lasimpurezas tanto de tipo Orgánico como de tipo Inorgánico para lograr un jugo clarificadolibre de la mayoría de tales impurezas. Esta fase de la operación es vital para lograr unazúcar de buena calidad con eficiencias correctas de agotamiento de la sacarosa en laMiel Final. La clarificación comprende a su vez varias etapas:

Sulfitación de Jugo: Operación que consiste en la adición del gas Bióxidode Azufre, SO2, al Jugo que proviene del Molino, con el propósito deiniciar el proceso de decoloración. Esta decoloración no es permanente yde hecho, la estabilidad del producto está entre 6 meses y un año,dependiendo de las condiciones de almacenamiento. Los mejores valoresde remoción de color se encuentran alrededor del 25 %. El consumo deazufre es variable entre amplios límites: de 60 a 280 gramos por ToneladaMétrica de Caña. Los valores menores corresponden a Ingenios que handescontinuado el uso de la sulfitación en el Jugo. Esta operación ha sidoun paradigma en la industria azucarera pero ya se ha demostrado que no esnecesaria para producir azúcar de buena calidad. La reducción y laeliminación de la sulfitación del jugo lleva a importantes conclusiones:menor cantidad de incrustaciones en los evaporadores, aguas condensadasde mejor calidad y menor consumo de cal.

La sulfitación ha sido una operación que se realiza en equipos que seconstruyen siguiendo algunos lineamientos señalados por la tradición. Engeneral corresponden a torres de hierro ó de madera, con varios platos y


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con eyectores de vapor ó ventiladores de tiro inducido que se colocan en la parte superior para hacer la succión del SO2, en las que el jugo se alimenta por la parte superior para que caiga a manera de lluvia y se encuentre conel SO2 que asciende a través de la torre, accionado por el sistema deaccionamiento de vacío. El quemador de azufre es una estufa sencilla en la

que se produce la combustión del azufre accionado por el vacío que seestablece en la parte superior del equipo. Hay que estar alimentando periódicamente el azufre, a medida que se consume.

Hoy se ha instalado, al menos en dos Ingenios, un sistema que consta deun Eductor que genera el vacío accionado por el jugo que entra a una presión de 45 a 50 psig a un sistema de toberas. El jugo es el fluído motrizy el SO2 es el fluído movido. Este sistema permite una mezcla muycompleta del jugo y el bióxido que asegura una mayor eficiencia en laabsorción del gas. Estos sistemas son mucho más eficientes pues tan pronto el jugo sulfitado sale del Eductor, se descarga en una cámara de

expansión que permite el manejo del jugo sulfatado para proseguir a travésdel proceso. El gas expandido corresponde mayormente a aire con algúnresidual de SO2 que se ventila a atmósfera a través de una chimenea querecibe un baño de jugo en contracorriente para lavar los gases y recuperarel SO2 residual. Puede afirmarse que la descarga de SO2 a la atmósferaestá controlada con este sistema. La combustión del azufre se hace en uncilindro rotatorio que facilita la operación y que permite establecer uncontrol de la operación. Los gases que se producen en este cilindro pasan através de una cámara de sublimación y luego por un sistema deenfriamiento se los comunica con el Eductor.

Encalado: Es una operación que consiste en la adición de un reactivoconocido como Lechada de Cal preparado a base de disolución de CalViva en agua, al Jugo que ha sido previamente sulfitado. Tiene comoobjeto la neutralización de la acidez que se le comunica al jugo por laacción de la sulfitación. Esta adición de Lechada de Cal se hace en formainmediata a la sulfitación para evitar la aparición de la reacción deinversión de la Sacarosa. Esta reacción es el peor enemigo que tiene lasacarosa desde el punto de vista químico. La Sacarosa toma una moléculade agua y por medio de una hidrólisis ácida se transforma en una mezclade Glucosa y de Fructosa. Ambos compuestos son todavía azúcares y dehecho son mas dulces que la Sacarosa, pero tienen el inconveniente de queno se cristalizan y por lo tanto no son recuperables con el equipo ytecnologías del Ingenio y acaban como parte constituyente de la MielFinal. Fuera de esto, si estos Azúcares Reductores se encuentren en unambiente en que haya alcalinidad se presenta la ya conocida reacción deMaillard. En resumen, un descuido en el pH que permita la aparición devalores por debajo de 6.5 favorece la inversión de la Sacarosa y si posteriormente hay un aumento por encima de 8.0, los Azúcares Invertidos


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se destruyen con la aparición de Color. Es decir, cualquiera de las doscosas es mala. Por eso, el control de pH es una necesidad inapelable.

Hoy la tecnología aconseja el uso de un reactivo mucho más elaboradoque la simple Lechada de Cal, fabricado con este mismo material. Este

reactivo se conoce con el nombre de Sacarato de Calcio y permite unmayor control de esta única reacción importante en la clarificación. Lo quehay que entender es que la Lechada de Cal es un suspensión de Hidróxidode Calcio en agua y no una verdadera solución. La solubilidad delHidróxido es prácticamente ninguna pues es solamente soluble al 0.5 % en peso. Y apara que haya una reacción es absolutamente necesario que losreactivos estén disueltos. Por esto el uso del Sacarato ha encontrado unaamplia respuesta de parte de los Ingenios pues verdaderamente se puedeconsiderar como un reactivo completo.

Un detalle importante con relación al Tanque de Encalado: Este es un

verdadero reactor y debe ser tratado como tal. Pero en los Ingenios estetanque es un verdadero depósito de basura. Los retornos de todo tipo demateriales se desvían hacia este tanque y lo peor de todo es que estosmateriales que en su mayoría son impurezas, tienen un efecto en losreactivos necesarios para la clarificación del jugo. A este tanque llegan lasdisoluciones de azúcar sucia, los regueros recuperados de jugo de los pisosde la fábrica, el jugo de los filtros Oliver, etc. No hay una verdaderadefinición de los materiales que se encuentran en cualquier momento eneste tanque. Por esto no debe extrañar que a veces la clarificación de jugosea deficiente. Sería extraño que con estos antecedentes hubiera una buenaoperación.

Esta situación ha impuesto un nuevo enfoque en el tratamiento del Jugo enel Tanque de Encalado. Se trata de un nuevo Tanque de Amortiguaciónque maneje las fluctuaciones de jugo proveniente del molino y que permita realmente el manejo de los retornos. Este tanque se instala en unlugar medio que permita recibir jugo calentado apenas a 75°-80°C. El procedimiento es el siguiente: Se toma el jugo que sale del Tanque deEncalado y se calienta por algún calentador ( o varios calentadores ) hasta75°-80°C. Se descarga en un Tanque con capacidad de 15 a 30 minutos deflujo y posteriormente se termina el calentamiento convencional hasta los102°C mediante el empleo de uno o varios calentadores. Se alimenta elTanque de Flash y enseguida pasa a los Clarificadores. Este Tanque deAmortiguación o TAI ha sido la respuesta a las variaciones de flujo y permite manejar los retornos indiscriminados de todo tipo de materiales pues la reacción de clarificación ya se encuentra en una fase adelantada.En este tanque se pueden instalar sistemas de control de flujo hacia losClarificadores de Jugo. Este tanque se ha instalado por lo menos en unIngenio en Colombia con buenos resultados.


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Calentamiento. Porqué es necesario el calentamiento? La respuesta esmúltiple. Ocurre que la reacción entre los Fosfatos que en forma natural seencuentran en el Jugo de la Caña y los iones de Calcio provenientes de laLecha de Cal ó del Sacarato se demora alrededor de 10 días a latemperatura ambiente. Este es un tiempo impensable para el proceso de

producción del azúcar. Una demora en el procesamiento del Jugo a latemperatura ambiente produce de inmediato la descomposición del Jugo por efecto de la actividad bacteriana. La manera de acelerar la reacción deformación del Fosfato Tricálcico es la de aumentar la velocidad de mezcladel jugo pues hay que tener en cuenta que para que el Fosfato Tricálcico seforme es necesario que cinco iones ( tres iones de Calcio y dos de Fosfato) se contacten simultáneamente. Al aumentar la temperatura aumenta lavelocidad de mezcla del jugo y los reactivos y efectivamente hay unextraordinario aumento de la velocidad de la reacción. A la vez hay unefecto de coagulación de compuestos orgánicos del jugo como las pectinas, proteínas, ceras, albúminas, etc. que facilitan la remoción de

estas sustancias como lodos en los Clarificadores de Jugo. El criterio demanejo de esta fase es sencillo: se requiere que la temperatura de salidadel jugo hacia el Tanque de Flash no sea inferior a los 102°C. Si falla eltermómetro que registra esta medida la solución también es simple: bastamirar la chimenea del Tanque de Flash: debe presentarse emisión devapores claramente distinguibles.

Tanque de flash. Este es un simple tanque que permite frenar el jugo, porasí decirlo, para reducirle la velocidad lineal que tiene en los Calentadores(del orden de 1.80 ( 3ft) a 2.70 (9 ft) metros/segundo) antes de que entre alos Clarificadores. Una velocidad excesiva causaría un flujo turbulento

que haría imposible una clarificación correcta. Este tanque además permiteeliminar el exceso de temperatura para evitar las diferencias detemperatura dentro del clarificador que ocasionan patrones de flujoindeseables. Otra actividad es la de remover burbujas de aire que noconvienen pues su adherencia a las partículas de bagacillo ocasionan elcomportamiento impredecible del mismo.

Clarificadores. Estos equipos han sufrido grandes transformaciones através del tiempo. Desde los equipos iniciales que trabajaban por cochadashasta los actuales clarificadores de bajo tiempo de retención y altavelocidad, pasando por toda una generación de diseños Graver, Graver-

Seip, Rapi-Dorr, etc. En un clarificador es importante lograr ciertascondiciones. Entre ellas:

. Los clarificadores deben trabajarse al 100 % de capacidad. Vale decir,los clarificadores no deben “ordeñarse”.

. El lodo del fondo debe removerse en forma continua. El Jugo del flash entra en forma continua, el jugo clarificado sale en forma continua y los


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lodos deben extraerse también en forma continua. La cantidad de lodonormalmente acumulado en el clarificador debe ser entre el 12 % y el 18%. No es normal trabajar el clarificador completamente limpio de lodos.Por el otro lado, si hay acumulación de lodos, debe mirarse la Retenciónde los filtros de Cachaza. Si la Retención es superior al 85% y existe

acumulación de lodos, es natural que lo que se presenta es un exceso delos mismos y el sistema está mostrando que hay necesidad de aumentar lacapacidad de la estación de filtración.

. El tema del bagacillo merece mención aparte. Para comenzar, el bagacillo no debe estar en el clarificador. El clarificador por lo tanto deberemoverse antes de que llegue siquiera al Tanque de Encalado, vale decir,en el Molino. Para ello existen sistemas que lo remueven tan pronto sale el jugo del Molino. Sin embargo, si no es posible remover el bagacillo antesdel Molino, debe extraerse en el Jugo Clarificado de todas maneras. Paraello se usan mallas del tipo DSM y en el momento existe la alternativa de

filtros de alta eficiencia. La temperatura del jugo es un parámetrooperativo absolutamente IMPORTANTE. Debe trabajarse siempre porencima del punto de ebullición sabiendo que el tanque de flash empareja latemperatura.

. El jugo antes de entrar al Clarificador debe muestrearse. Se hace una prueba rápida de floculación que consiste en tomar 1 litro de Jugo y medirla altura de la interfase que divide el lodo decantado del jugo clarificado.Esta altura debe ser de 160 mL al cabo de 1 minuto y de 100 mL a los 15minutos.

. La fuerza directriz del proceso de clarificación es la concentración deFosfatos residuales en el Jugo Clarificado. Los niveles aceptables deFosfatos son de 20 a 30 ppm. cuando el pH del mismo jugo esté entre 6.8y 7.0

. La calidad y cantidad de floculante a usar en los Clarificadores de AltaVelocidad, CAV, es igual a lo que se usa en los clarificadoresconvencionales.

. Los clarificadores CAV presentan tiempos de residencia de 45 minutosmientras que los convencionales están entre 2 horas y dos horas y media.

Filtración. El lodo proveniente de la clarificación debe filtrarse para recuperar laSacarosa que contiene. Normalmente el peso del lodo % caña está en el orden del 18 % yel contenido de Sacarosa en el lodo es el 15 %. Para 390 TCH, este lodo es del orden de390 x 0.18 = 70.2 toneladas por hora y la cantidad de Sacarosa es igual a 70.2 x 0.15 =10.53 toneladas por hora. Para esta operación se emplean filtros rotatorios al vacío. Estosfiltros están provistos de unas telas de acero inoxidable que tienen 625 agujeros de 0.5mm por pulgada cuadrada. Esta malla es un soporte para el auxiliar filtrante que es el


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bagacillo que se extrae del conductor de bagazo que lo transporta hacia la Caldera. El bagacillo debe cumplir ciertas condiciones: su tamaño debe ser tal que el 50% debe ser de1.0 mm. y su cantidad debe ser el 1.0 % del peso de la caña molida. Por consiguientedebe disponerse de un medio para pesar este bagacillo y comprobar que efectivamente lacantidad de bagacillo es la recomendada. Por ejemplo, para una molienda de 390 TCH, la

cantidad de bagacillo debe ser 3.90 Toneladas por Hora, equivalentes a 65.0 kilos porminuto. Adicionalmente, la cantidad de agua de lavado debe ser 1.5 veces el peso de latorta de Cachaza. Por ejemplo, para una cantidad de Cachaza del 5.00% y una moliendade 390 TCH, el peso de Cachaza por hora es de 390 x 0.050 = 19.50 toneladas. El pesodel agua es entonces igual a 19.50 x 1.5 = 29.25 toneladas por hora, equivalentes a128.8 GPM. Este flujo debe medirse para evitar cargas al evaporador, puesto que todolitro de agua que se le agregue a alguna parte del proceso debe evaporarse. Se hacomprobado que la recuperación de Sacarosa de la Cachaza es irrelevante usando mayorcantidad de agua que la indicada.

Un balance de los materiales que entran y salen del sistema de filtros es el

siguiente:Entran: Lodos: 18 % cañaAgua: 7.5 % cañaTotal entran: 25.5 % caña

Salen: Cachaza: 5.0 % cañaFiltrado: 20.5 % cañaTotal salen: 25.5 % caña

Visto de otra manera:

Lodos (18.0 %) + Agua (7.5 %) = Cachaza (5.0 %) + Filtrado (20.5 %)

Esto es en base a caña. Obsérvese que la cantidad de Jugo Filtrado que retorna alTanque de Encalado es el 20.5 % del peso de la caña. Por esto es muy importanteque la filtración sea eficiente. Se ha comprobado que la cantidad de sólidos en lasimpurezas de un filtrado de mala calidad contienen hasta tres y cuatro veces lacantidad correspondiente al Jugo producido por el Molino. Dicho de otra manera,un litro de filtrado de baja calidad equivale a tres ó cuatro litros de jugo proveniente del molino. Vale la pena pensar el efecto que tiene este retorno en lacapacidad de los clarificadores. Sencillamente se mantendrán llenos de lodo y estodefinitivamente afecta la calidad del azúcar.

Es importante por lo tanto medir la eficiencia de la filtración para evaluar eltrabajo de la estación. Esta eficiencia se mide por medio de la Retención. EstaRetención no es otra cosa que el % de Sólidos que entraron a la filtración y que seretienen en la torta de cachaza.


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Existen condiciones operativas que deben cumplirse para lograr un buendesempeño. Estas condiciones son:

. La velocidad de rotación tiene un rango muy amplio: entre 3 y 10 revoluciones por minuto. Debe trabajarse a la mínima para lograr un buen agotamiento de la

torta de cachaza.. El tambor debe encontrarse sumergido parcialmente en el lodo mezclado con bagacillo. Esta sumergencia se mide en términos del área de filtración que seencuentra sumergida. Los valores recomendados se encuentran entre el 10 % y el12 %.

. El vacío proviene generalmente de una bomba llamada de Sello Líquido. El parámetro es de 1.5 pies cúbicos por minuto de aire por pié cuadrado de superficiede filtración. Si se dispone de varios filtros con un área de filtración de 1950 piescuadrados. La cantidad de aire necesario debe ser entonces igual a 2225 pies

cúbicos por minuto, ó cfm.. El vacío debe ser de 20”de Mercurio en la salida de la bomba. Este vacío secomunica con el filtro por medio de tuberías adecuadas y debe conectarsedirectamente al colectar de vacío de alta. Este vacío es del orden de 18” deMercurio. De la línea de conexión debe conectarse un vacío llamado derivado ode baja que se controla por medio de una válvula automática. Este vacío debe serla mitad del de alta, o sea 8 a 9” de Mercurio y se conecta al colectar de bajovacío. El vacío de alta trabaja sobre la zona de lavado y el de baja en la zona derecolección ó zona sumergida. La idea es lograr que el vacío bajo actúe como lafuerza motriz que recolecta el filtrado y lo succiona a través de la capa de auxiliarfiltrante que es el bagacillo. Pero este vacío no puede ser alto porque la calidaddel filtrado es mala y hay retorno de filtrado con alto contenido de impurezashacia el Tanque de Encalado. Pensemos que cuando el filtro recién limpiado de latorta entra de nuevo a la suspensión de lodo y bagacillo presenta una superficiedesnuda, sin bagacillo. La filtración en esta primera etapa necesariamente esdeficiente pues no hay suficiente bagacillo y será mayor en tanto el vacío derecolección sea mayor. Para decirlo de una manera coloquial, “el filtro no filtra, loque filtra es el bagacillo ”.

. Es necesario impedir a toda costa el retorno de la suspensión de la batea delfiltro hacia el mezclador de cachaza o hacia cualquier otro tanque anterior a losfiltros. Esto hace que los flóculos se destruyan y hace ineficiente la filtración.

. La transferencia del lodo de los clarificadores al mezclador de bagacillo debehacerse con bombas de cavidad progresiva, del tipo Mono. No es correcto usar bombas centrífugas que destruyen el flóculo y hacen que sea imposible hacer una buena filtración, dado que si el bagacillo tiene el tamaño correcto, los poroscorresponden a la trama que se forma con partículas de bagacillo de 1 mm detamaño. Si se usan bombas centrífugas los flóculos se licúan y no hay auxiliar


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filtrante que sirva. Una opción innovadora consiste en colocar los clarificadores auna altura suficiente para que la extracción de lodos se haga por gravedad hacia elmezclador y de allí se alimenten los filtros también por gravedad. En esta formase pueden instalar controles que permitan manejar los diferentes niveles en formade escala. Se controla el nivel del líquido en la batea del filtro para impedir que la

sumergencia se suba y eventualmente se derrame. Cuando se controle este flujode entrada es evidente que habrá que controlar la entrada al Mezclador de lodos y bagacillo para también impedir que haya derrames y finalmente habrá quecontrolar la salida de lodos del clarificador. Estos son controles muy sencillos deinstalar, operar y mantener.

. La Retención que mide la cantidad de sólidos retenidos en la Cachaza nos indicala cantidad de sólidos devueltos al proceso. Normalmente la Retención debe sermínimo del 85 %, lo que significa que hay un 15 % de sólidos devueltos alTanque de Encalado.

Resumiendo:La filtración es una operación que recupera la mayor parte de la Sacarosa delos lodos de los clarificadores. Esta operación debe tener necesariamente unaeficiencia medida en términos de Retención de por lo menos el 95%. Unaretención menor representa una recirculación innecesaria y nociva de sólidosal proceso. Antes de decidir la adquisición de nuevos filtros es necesariodefinir si los existentes tienen la Retención correcta.

Evaporación. En el contexto de la operación de fábrica puede encontrarse que laenergía del vapor tiene diferentes usuarios. Es notable que la mayoría del contenido deEnergía del vapor se destine en un 85 % al área de fabricación: calentamiento,evaporación y cristalización. El resto se dedica a la transformación en potencia:movimiento de molinos, de generadores, ventiladores, etc. Es, por lo tanto, apenas lógico,que si se requiere optimizar el uso del vapor para alcanzar economía en el uso del mismo,se dedique una gran atención a la estación de evaporación.

La evaporación tiene como objetivo principal remover agua del Jugo Clarificado para producir Meladura, como materia prima de la estación de cristalización. Entérminos generales, por cada Tonelada de Caña se producen 1000 kilos de JugoClarificado que a su vez se transforman en 180 a 200 kilos de Meladura. Valedecir, por cada Tonelada de Caña se deben evaporar entre 800 y 820 kilos deagua. Como la cantidad de combustible disponible, que es el bagazo, es limitada,es necesario racionalizar el consumo del vapor para así racionalizar el consumo de bagazo. Un Ingenio con balance apropiado de vapor debe tener sobrantes de bagazo del orden de un 15 %. Ese sobrante se almacena en la bagacera y sirve para mantener la operación durante los paros no programados de molienda y enlas liquidaciones y arranques.


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El principio de la evaporación a Múltiple Efecto requiere que los vaporesgenerados en un aparato dado se usen para calentar al siguiente y los generados por éste al siguiente y así sucesivamente. El jugo se pasa de un evaporador alsiguiente por la parte inferior, hasta llegar a la consistencia de Meladura. De esta

manera hay evaporadores a Triple Efecto, a Cuádruple Efecto y a QuíntupleEfecto, según si son 3, 4 ó 5 los evaporadores asociados en serie. Pero, para queesto sea posible es necesario que haya una diferencia de temperatura entre el primer evaporador y el último. Y esto se logra cuando en este último aparato se produce un vacío. Hay que recordar que el agua hierve a menor temperaturadependiendo de la presión barométrica. En Bogotá el agua hierve a menortemperatura que a nivel del mar, por ejemplo. Este vacío se logra por medio delcondensador barométrico asociado a una bomba ó a un eyector de vacío. La pregunta clave es, cómo se genera el vacío? La respuesta se encuentra si seanaliza lo que sucede físicamente a una libra de vapor que se encuentra bajo unvacío convencional de 24” de Mercurio como es usual en el último cuerpo. El

volumen de una libra de vapor a esas condiciones de vacío es de 123 pies cúbicosy cuando ese vapor se condensa y se convierte en agua líquida, el volumen secontrae a 0.016 pies cúbicos. La relación entre los dos volúmenes es entonces de123/0.016 = 7700 veces aproximadamente. Y esta relación hace que haya uncambio enorme en la presión a tal punto que genera vacío. Hay que recordar lavieja Ley de los Gases de la Física de Bachillerato que habla de que el productode la Presión (P) por el Volumen (V) es constante. Es decir:

P x V = Constante = P1 x V1 = P2 x V2 = ……

Es decir, si hay un volumen grande (123 ft3 para una libra de vapor al vacío) la presión es baja (vacío de 24”de Mercurio) y al revés, si el volumen es pequeño (0.016 ft3 para 1 libra de agua ) la presión es la atmosférica.

Podemos intentar un ejercicio que nos permita aclarar las idea del porquéfunciona la evaporación a Múltiple Efecto.

Supongamos que requerimos evaporar 100 libras de agua de una cierta cantidadque se encuentran a 100°C, su temperatura de ebullición en un recipiente. Hemosde entender que cuando el agua se condensa devuelve, por así decirlo, la cantidadde calor que absorbió cuando era agua líquida para convertirse en vapor. Con estaaclaración supongamos que alimentamos vapor en cantidad de 100 libras al aguaque se encuentra en el recipiente a la temperatura de ebullición. Examinemos eldibujo:


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En este caso se conviene que mv representa la Masa de Vapor y mae la masa de

agua evaporada.

Puede verse que, en tanto el agua contenida en el recipiente se encuentre en su punto de ebullición (100°C a presión atmosférica), las 100 libras de vapor alcondensarse entregan cierta cantidad de energía que es absorbida por el agualíquida que se encuentra en su punto de ebullición y se transforman en vapor. Esdecir, 100 libras de vapor se condensan y entregan una energía que es absorbida por el agua en su punto de ebullición y se evaporan las mismas 100 libras. Este principio de alimentar el Jugo en el Punto de Ebullición del primer efecto esfundamental en el buen ejercicio de la eficiencia energética. Sin embargo es muyfrecuente que los esquemas de evaporación funcionen con temperaturas inferiores

a la de ebullición a las condiciones de temperatura del primer evaporador. Esto esuna muestra de ineficiencia pues este primer efecto funcionará como uncalentador-evaporador, en donde no se evapora ni se genera una sola libra devapor vegetal el jugo hasta que se alcance la temperatura de ebullición. Y resultaque el primer efecto debe ser considerado como el eje del sistema. Esteevaporador es fundamental para el trabajo del esquema de trabajo.

mv = 100

Condensado

mae = 100


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Supongamos que ahora unimos dos recipientes, pero con la condición de que elagua en ambos se encuentre en su punto de ebullición. Con una diferencia: elvapor producido en el primer recipiente se alimenta por un medio adecuado comouna tubería al segundo recipiente. Siguiendo el mismo razonamiento del casoanterior, se obtendría:

De aquí puede llegarse a la conclusión de que si tengo dos recipientes a los que podemos llamar evaporadores, con tal de que el agua dentro de ellos se encuentre

a la temperatura de ebullición, la cantidad de vapor que debo consumir paraevaporar las mismas 100 libras del primer caso, es ahora de solamente 50 libras.De aquí sale el primer enunciado:

Masa de Vapor = mv = Masa de agua evaporada/Número de cuerpos

mv = mae / n

mv = 50

Condensado

Condensado

mae = 50 + 50 = 100

50 50


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en donde n es el número de individuos de la serie.

Así, para los dos evaporadores, la cantidad de vapor es el 50% del necesariocuando se trataba de un solo evaporador. Si fueran 5, la cantidad de vapor seríaahora la 5ª. parte, o sea el 20 %.

Los principios de evaporación fueron enunciados por Rillieux a finales del sigloXIX y que en su forma más simple establecen lo siguiente:

1.

En un sistema de evaporación a Múltiple Efecto, por cada libra masa devapor que se alimente al primer cuerpo de la serie, se generan tantaslibras de vapor como unidades haya en la serie . Esto significa que si sedispone de un Quíntuple Efecto, si se alimenta 1 libra de vapor de Escape a laserie, se generan 5 libras de vapor llamados vegetales pues se generan por laevaporación del jugo en un cuerpo cualquiera. Esto, sorprendentemente, escierto en promedio. Y es sorprendente porque en el momento de enunciar su

Primer Principio, Norbert Rillieux no disponía de las herramientas teóricasque pudieran sustentar su teoría. Este es el caso anterior.

2. En un Múltiple Efecto, se logra economía en el uso del vapor cuando se hacenextracciones de los vapores vegetales generados por los cuerpos de la serie.Esta economía se calcula en una forma simple, teniendo en cuenta que esigual al consumo de Vapor de Escape multiplicada por una razón en laque el numerador es el número de orden del cuerpo en la serie y eldenominador es el número total de evaporadores. Para ilustrar, tomemos elcaso de un calentador de Jugo que eleva la temperatura del mismo desde los25°C hasta 102°C. Si la cantidad de jugo es de 100 Toneladas por hora, elconsumo promedio de Vapor de Escape es del orden de 300 libras porTonelada de Caña. Por consiguiente, si se usa Escape, el consumo de vapor esigual a 30.000 libras por hora. Si se usara vapor vegetal extraído del primerevaporador, cual sería la economía que se obtiene? La economía seríaentonces:

Economía = 30.000 x 1/5 = 6000 libras por hora.

En este caso el 1 representa el orden del evaporador en la serie pues es el primer cuerpo y el 5 es el número total, ya que se trata de un Quíntuple.

Por este motivo, puede verse que a medida que se extraiga vapor vegetal de uncuerpo cada vez más cercano al último vaso, la economía será mayor. Para laextracción del último vaso la economía es del 100 %.

Existen, sin embargo, limitaciones al uso de este sistema. Lo que interesaentender es que para que el sistema de evaporación en serie funcione, esnecesario que haya una diferencia entre la temperatura del vapor en el primercuerpo y la temperatura en el último. Esto se logra haciendo vacío en el último


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evaporador por medio del condensador barométrico y una bomba de vacío. Laserie entonces aparece con algunos cuerpos con presión y otros operados bajovacío. Para un Quíntuple Efecto, los cuerpos I y II operan bajo presión, elcuerpo III opera a cero presión y los cuerpos IV y V lo hacen bajo vacío. Estadiferencia de presiones se traduce en una diferencia de temperaturas. El primer

vaso tiene la mayor temperatura de la serie y el último la menor. Y estadiferencia establece así mismo las limitaciones para su empleo como fuentesde calor. Por ejemplo, un Quíntuple Efecto que recibe Vapor de Escape a 15 psig con una temperatura de 250°F puede tener una temperatura de 140°F en elúltimo evaporador. Es obvio que existe una secuencia de temperaturas desde250°F hasta 140°F. De hecho, la temperatura del Vapor Vegetal No.1 es de237°F. Con este vapor podemos calentar jugo, por ejemplo, hasta casi los237°F. De hecho, solamente necesitamos calentarlo para la etapa declarificación hasta los 102°C que son 216°F.

Estos hechos enunciados de una manera breve muestran los principales efectos

de usar la evaporación a múltiple efecto. Resumiendo:1. En los esquemas de evaporación la economía de vapor aumenta en la

medida que aumenta el número de cuerpos o evaporadores del sistema. ElTriple Efecto consume mayor cantidad de vapor que el Cuádruple y ésteconsume más que el Quíntuple.

2.

La economía se logra en la medida que se hagan extracciones de losdiferentes cuerpos para algún trabajo de proceso. Pueden hacerseextracciones para calentamiento de Jugo ó para el trabajo de Tachos. Laeconomía será mayor a medida que la extracción se haga hacia los últimoscuerpos.

Hasta este momento el proceso ha sido un proceso en serie. Cada una de las fasesentrega el material procesado a la siguiente. De ahora en adelante se hacenecesario pasar a un proceso por cochadas y esto se logra en los Tachos al vacío.

Resumiendo:

Si un Ingenio tiene dificultades con el consumo de Bagazo por ser excesivo,hay que investigar el sistema de evaporación en primera instancia. El área deevaporación, calentamiento y cristalización consume alrededor del 85 % delcontenido de energía del vapor. Luego allí es que es necesario implementar laeconomía. Para comparar, un Triple Efecto con extracción de Vapor VegetalI hacia los Tachos y Calentadores consume 1175 libras por TC, mientras queun Cuádruple y un Quíntuple en idénticas circunstancias consumen 1105libras por TC y 1060 libras por TC respectivamente. Porcentualmente, si elTriple Efecto consume 100 %, el Cuádruple consume el 94% y el Quíntupleel 90%. Se cambia Consumo de Vapor por Área de Evaporación.


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3.3 . Clarificación de Meladura. Esta operación ha tomado auge en los últimosaños dada la necesidad de fabricar azúcar Blanco Especial de una calidad mejorque el Azúcar Corriente pero inferior al Refino y todo a un menor costo.

La pregunta clave en este punto es la siguiente: si la calidad del Jugo Clarificadoes perfecta, es necesario que se haga la clarificación de la Meladura? La respuestaes que, independiente de la calidad del Jugo Clarificado, siempre es necesarioclarificar la Meladura. Y es necesario porque la Meladura siempre presentaráTurbidez. La razón para esto se explica de la siguiente manera:

Tomemos los siguientes datos típicos del Jugo Clarificado y de la Meladura :

Jugo Clarificado: Brix: 15.00 %., Sacarosa: 13.05 %., Pureza: 87.00 %Meladura: Brix: 65.00 %., Sacarosa: 56.30 %., Pureza: 86.60 %

Los No Azúcares se pueden calcular como la diferencia entre el Brix y laSacarosa para ambos casos. El agua también se puede conocer restando de 100 elvalor del Brix.

Jugo Clarificado, No Azúcares: 15.00 - 13.05 = 1.95 %Jugo Clarificado, Agua: 100.00 – 15.00 = 85.00 %

Meladura, No Azúcares: 65.00 - 56.30 = 8.70 %Meladura, Agua: 100.00 – 65.00 = 35.00 %

Con estos datos podemos calcular la relación entre la cantidad de agua presenteen cada material y la cantidad de No Az úcares para evaluar la cantidad deagua que actúa como solvente de los No Azúcares:

Jugo Clarificado: Agua/No Azúcares = 85.00/1.95 = 43.59Meladura: Agua/No Azúcares = 35.00/ 8.70 = 4.02

Esto significa que la cantidad de agua que mantiene disueltas las impurezas o los No Azúcares es de 43.59 kilos de agua por kilo de Impurezas en el JugoClarificado, mientras que en la Meladura esta cantidad se ha reducido a 4.02. Elresultado es que hay una reprecipitación de las impurezas en la Meladura por faltadel solvente que es el agua que se removió parcialmente en la evaporación. Lo peor es que esas impurezas que han aparecido son microscópicas y por tal motivono se decantan ni flotan. Su peso y tamaño las mantienen entre dos aguas yconstituyen la turbidez de la Meladura.

El proceso de Clarificación de la Meladura implica la flotación de las partículasde impurezas por la acción de pequeñas burbujas de aire que se adhieren a ellas por efecto de la acción de floculantes y de los defecantes como el ácido Fosfóricoy el Sacarato de Calcio. La secuencia correcta de la aireación es absorber aire a la


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menor temperatura del sistema para luego calentar la mezcla de Meladura y aireantes de entrar al Clarificador (Ley de Henry, 1803). El aumento de temperaturadisminuye la solubilidad del aire haciendo que se libere en forma de burbujasmicroscópicas que se adhieren a las impurezas para que floten.

Es importante tener en cuenta que cuando de sulfita la Meladura ocurre undescenso de la acidez del material, medido en términos de pH, por lo que se haceimperativo agregar un material alcalino como la Lechada de Cal ó el Sacarato deCalcio para neutralizar. Esta acción correctiva introduce la necesidad de removerlas sales de Calcio que se forman y para ello se debe instalar un Floculador antesdel Clarificador. Esta remoción es necesaria para impedir que la presencia desales se traduzca en cenizas que aumentan la Pureza de la Miel Final y con ello las pérdida.

3.4. Cristalización. Esta es una de las fases de mayor complejidad en el trabajo del

Ingenio. Es compleja porque a pesar de los avances en sistemas de medición y controlautomatizado aún existen muchas operaciones que son artesanales. La tecnología disponede todas las herramientas necesarias para lograr un buen trabajo de agotamiento de laMiel Final y se ha avanzado un gran trecho. Sin embargo se encuentra con frecuencia quealgunos Ingenios que poseen sofisticados equipos no alcanzan niveles satisfactorios deagotamiento.

Hay una variedad amplia de factores que afectan la eficiencia del sistema decristalización y el agotamiento. Sin embargo, como en todos los casos, hay ciertosfactores que pesan más que otros. Uno de ellos es el efecto que tienen lasimpurezas en la recuperación de la Sacarosa. En la página 2 de estas notas semencionó el efecto de las Cenizas y de los Azúcares Reductores, comoconstituyentes de la mayoría de los No Azúcares. Si miramos con atención elresultado del proceso hemos de entender que la materia prima que llega a laestación de cristalización, la Meladura, tiene una cierta cantidad de No Azúcares puesto que su Pureza no es del 100 %. En Colombia una buena Meladura alcanzaPurezas del 90 %, lo que significa que hay 10 % de Impurezas. Estas Impurezasafectan de alguna manera la cristalización de la Sacarosa. Hemos de ver tambiénque, el Azúcar Comercial que es el producto principal de la cristalización enTachos es de una Pureza alta para un proceso industrial. Su polarización alcanza99.70 % para el Azúcar Blanco y hasta 99.99 % para el Azúcar Refinado. Estosignifica que la gran mayoría de impurezas necesariamente tiene que encontrarseen el subproducto de la operación, es decir, en la Miel Final. Con esta base podemos encontrar alguna explicación relacionada con el efecto de los NoAzúcares en la cristalización y para ello es útil echarle mano al concepto deRetención en Cristalización, tal como fue enunciado por los investigadores Wintery Carp en la práctica industrial de Java en los años 30. Ellos hicieron suinvestigación y concluyeron que “ por cada parte de No Azúcar que entre a lafase de cristalización en Tachos se retienen 0.4 partes de Sacarosa en la MielFinal, en promedio ”. Es decir, entre mayor cantidad de No Azúcares llegue a los


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Tachos, mayor será la cantidad de Sacarosa que es arrastrada hacia la Miel Final.Estos No Azúcares son de dos clases: los importados en la caña que noremovieron en las etapas de clarificación y los generados en el proceso. EstaRetención tiene un valor teórico que puede calcularse con facilidad:

Se tiene que por cada parte (por ejemplo 1 kilo) de No Azúcar se retienen(podríamos decir, se pierden) 0.4 partes (0.4 kilos) de Azúcar en la Miel Final.Esto significa:

Peso de No Azúcares = 1.0 kilosPeso de Sacarosa = 0.4 kilosPeso total Sólidos = 1.4 kilos

Siendo la Pureza una relación del peso de Sacarosa % de los Sólidos Totales se puede calcular la Pureza de Esta Miel Final teórica:

Pureza = 0.4 x 100 / 1.4 = 28.57 %Para el caso de la rutina diaria se puede calcular la Retención obtenida a partir delos datos de análisis de una Miel Final dada. Por ejemplo:

Supongamos que se tiene una Melaza con los siguientes datos de análisis:

Brix: 88.00 %Sacarosa: 35.34 %Pureza: 40.16 %

De aquí se deducen los No Azúcares restando del Brix la Sacarosa pues el Brixrepresenta todos los sólidos disueltos (Azúcar y No Azúcar).

No Azúcares = Brix – Sacarosa = 88.00 – 35.34 = 52.66 %

Luego establecemos la siguiente regla de tres:

Si por 52.66 partes de No Azúcar hay 35.34 partes de AzúcarPor 1 parte de No Azúcar habrá X partes de Azúcar

X = 35.34 / 52.66 = 0.67

Esta es la Retención correspondiente a esa Miel Final. Puede afirmarse que eneste Ingenio, por cada parte de No Azúcar se retienen 0.67 partes de Azúcar en laMiel Final. Es bueno este dato? Comparémoslo con la Retención Teórica:

% de eficiencia = Retención Teórica x 100/Retención práctica


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% de eficiencia = 0.40 x 100 / 0.67 = 59.70 %

Puede verse que este es un método sencillo de conocer el estado de eficiencia delesquema de cristalización. Basta conocer el dato de Brix, de la Sacarosa en laMiel Final y dividir el contenido de Sacarosa entre la resta del Brix y la misma

Sacarosa. Estos datos de análisis de la Miel Final son siempre conocidos. Con estecálculo no hay necesidad de meterse en el laberinto de datos de Mieles A y B,Magmas B y C, etc. Por consiguiente, la única herramienta que se requiere paraevaluar el trabajo de Tachos es el cálculo de la Retención:

Haremos una breve mención sobre el tema de los sistemas de Templas que seusan en el trabajo de Tachos. En primer lugar, surge una pregunta inevitable: cual

es el motivo para tener que ponerle tantas vueltas a la cristalización? HayAzúcares A, B y C y Mieles A, B y Miel Final. Es esto absolutamente necesario?

Los sistemas de Templas dependen de la Pureza de la Meladura. En algunos países la Meladura no alcanza una Pureza siquiera de 83.5 % por lo que se imponehacer solamente dos Templas: A y C. Cuando la Pureza sube de este valor es posible trabajar los sistemas de Tres Templas hasta los niveles de 90.0 % dePureza. Pero entonces, porqué es siempre necesario hacer las varias Templas?

Antes que nada, definamos el sentido de lo que es una Templa. Este es sinónimode Masacocida o simplemente Masa. Así se denomina al material producido porevaporación y cristalización en los Tachos. Se trata de la mezcla mecánica decristales de Sacarosa y de Licor Madre ó sea del licor del cual surgieron porefecto de la evaporación en el Tacho. Y qué es un Tacho? Debemos decir que escomo un evaporador pero de simple efecto. No es un múltiple efecto. Es decir,los vapores generados por la evaporación no sirven para trabajar a ningún otroevaporador o a otro Tacho. Simplemente están conectados a un condensador quegenera un vacío de 24”de Mercurio. Por consiguiente la temperatura de trabajo esmenor que la correspondiente a la presión atmosférica. Y esto representa menosconsumo de vapor y menos desarrollo de Color.

La respuesta a la pregunta sobre la necesidad de elaborar varias Templas sedesprende de un hecho físico. La tecnología de la fabricación del azúcarcristalizada implica la separación de los cristales del Licor Madre por medio decentrífugas. Estos equipos retienen la torta de cristales y dejan drenar la miel através de los poros conformados por los cristales. Pero, para operar estasmáquinas es necesario que las Masas fluyan por gravedad desde el piso deTachos. Esta necesidad impone la limitación sobre la fluidez que a su vez dependede la concentración. Entre mayor sea la concentración, menor es la fluidez.Entonces hay un límite físico que no puede sobrepasarse sin que haya problemas

Sacarosa PurezaRetención = ------------------------ =---------------------

Brix - Sacarosa 100 - Pureza


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con la descarga de los tachos. Siguiendo este orden de ideas, para manejar unsistema de Templas con una sola Masacocida que produjera todo el azúcarcomercial y como subproducto la Miel Final, sería necesario llegar a unaconcentración tan alta que sencillamente la Templa no fluiría a las centrífugas porno existir espacio intercristalino. Es decir, sería una masa sólida, igual a la panela.

Por eso se hace necesario dividir la cristalización en varias etapas que se definen por la máxima concentración que permita la descarga por gravedad hacia lascentrífugas. Precisamente esto hace que no haya suficiente agotamiento en la primera etapa que corresponde a la Masa A, fabricada con Meladura y Azúcar Bcomo semilla, que se separa en las centrífugas en dos fracciones: azúcar A oAzúcar Comercial y Miel A. Se recurre entonces a una segunda etapa para unagotamiento adicional de la Miel A y esto permite la fabricación de la Templa B.El otro c

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