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7/24/2019 DETERMINACIN DE LA CONCENTRACIN DE FOSFATO POR UN MTODO COLORIMTRICO EN EL JUGO DE CAA D
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Universidad de San Carlos de Guatemala
Facultad de Ingeniera
Escuela de Ingeniera Qumica
DETERMINACIN DE LA CONCENTRACIN DE FOSFATO POR UN MTODO
COLORIMTRICO EN EL JUGO DE CAA DE AZCAR DE LAS VARIEDADES CP88-1165,
CP73-1547 Y CP72-2086 UTILIZADAS EN EL INGENIO TRINIDAD
Anglica Mara Alejandra Pelaz NoriegaAsesorado por el Ing. Estuardo Edmundo Monroy Bentez
Guatemala, noviembre de 2014
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UNIVERSIDAD DE SAN CARLOS DE GUATEMALA
FACULTAD DE INGENIERA
DETERMINACIN DE LA CONCENTRACIN DE FOSFATO POR UN MTODOCOLORIMTRICO EN EL JUGO DE CAA DE AZCAR DE LAS VARIEDADES CP88-1165,
CP73-1547 Y CP72-2086 UTILIZADAS EN EL INGENIO TRINIDAD
TRABAJO DE GRADUACIN
PRESENTADO A LA JUNTA DIRECTIVA DE LA
FACULTAD DE INGENIERAPOR
ANGLICA MARA ALEJANDRA PELAZ NORIEGA
ASESORADO POR EL ING. ESTUARDO EDMUNDO MONROY BENTEZ
AL CONFERRSELE EL TTULO DE
INGENIERA QUMICA
GUATEMALA, NOVIEMBREDE 2014
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UNIVERSIDAD DE SAN CARLOS DE GUATEMALA
FACULTAD DE INGENIERA
NMINA DE JUNTA DIRECTIVA
DECANO Ing. Murphy Olympo Paiz Recinos
VOCAL I Ing. Alfredo Enrique Beber Aceituno
VOCAL II Ing. Pedro Antonio Aguilar Polanco
VOCAL III Inga. Elvia Miriam Ruballos Samayora
VOCAL IV Br. Narda Luca Pacay Barrientos
VOCAL V Br. Walter Rafael Vliz Muoz
SECRETARIO Ing. Hugo Humberto Rivera Prez
TRIBUNAL QUE PRACTIC EL EXAMEN GENERAL PRIVADO
DECANO Ing. Murphy Olympo Paiz Recinos
EXAMINADORA Inga. Lorena Victoria Pineda Cabrera
EXAMINADORA Inga. Hilda Piedad Palma Ramos
EXAMINADOR Ing. Adrin Antonio Soberanis Ibez
SECRETARIO Ing. Hugo Humberto Rivera Prez
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ACTO QUE DEDICO A:
Dios
Mis padres
Mis hermanas
Mis abuelos
Mi abuelo
Por permitirme terminar esta meta tan
importante en mi vida.
Pedro Pelez y Anglica Noriega, que con su
amor, enseanza y ejemplo han sabido guiarme
durante toda la vida.
Karen, Cristina y Sophia Pelez Noriega, por
ser mis compaeras de vida, por confiar
siempre en m y ayudarme en momentos
difciles.
Amelia Morales, Albina Reyes y Alberto Pelez,por compartir consejos y experiencias como
fortalecimiento y ayuda en los momentos que lo
necesitaba.
Francisco Noriega (q.e.p.d.), por ser un ejemplo
de padre y abuelo, s que aunque no est
fsicamente siempre vivir en mi corazn y
estar guindome desde el cielo.
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Mis tos
Lidia y Elizabeth Pelez
Mis primos y sobrinos
Jos Alberto Rodrguez
Elizabeth, Jorge, Marina, Lidia, Mario, Nery,
Rosa, Francisco, Pedro, Delfido, Mario Ren,
Patricia, Nidia, Oscar y Erica, porque sin ellos
no hubiese podido terminar esta etapa tan
importante de mi vida.
A quienes quiero como a una madre, por
siempre estar dispuestas a escucharme y
ayudarme en todos mis problemas, por
ayudarme a terminar esta meta tan importante.
Mnica Guerra, Zindy Guerra, Claudia Guerra,
Ren Rosales, Jorge Rosales, Francisco
Pelez, Javier Noriega, Diego Pelez, Gabriela
Noriega, Karen Pelez, Natalia Pelez, Rodrigo
Pelez, Maria Andre Pelez, Luis Pablo
Lorenzana, Karla Lorenzana, Nataly Noriega,
Valentina Rodrguez, Martn Quionez y Pablo
Rodrguez, porque me han brindado su apoyo
incondicional y por compartir conmigo buenos y
malos momentos.
Por su amor, comprensin, paciencia y apoyo,
por acompaarme durante todo este camino y
compartir conmigo alegras y fracasos.
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AGRADECIMIENTOS A:
La Universidad de San
Carlos de Guatemala y
Facultad de Ingeniera
Mis amigos
Lourdes Castillo y
Nancy Castro
Ingeniero Estuardo
Monroy
Colaboradores del
Ingenio Trinidad
Por la formacin acadmica.
Especialmente a Jos Rodrguez, Lubet
Caldern, Yilma Sazo, Ana Fernndez, Jos
Leppe, Luis Aragn, Bryan Carrera, Byron
Roldn, Gabriela Coyoy y Ana Herrera, por
brindarme su apoyo durante toda mi carrera.
Por compartir conmigo durante la realizacin del
EPS, por demostrarme que podemos ser
grandes amigas y compaeras de trabajo a lavez.
Por dedicar su tiempo, experiencia y consejos
en la realizacin de este trabajo de graduacin.
Especialmente a Luis Cifuentes, Byron
Obregn, Manaen Ramos y Ren Morales, por
permitirme realizar mi EPS y apoyarme en la
parte experimental de este trabajo de
graduacin.
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I
NDICE GENERAL
NDICE DE ILUSTRACIONES ............................................................................ V
LISTA DE SMBOLOS ...................................................................................... VII
GLOSARIO ........................................................................................................ IX
RESUMEN ....................................................................................................... XIII
OBJETIVOS ...................................................................................................... XV
Hiptesis .................................................................................................. XVI
INTRODUCCIN ............................................................................................ XVII
1. ANTECEDENTES .................................................................................... 1
2. MARCO TERICO ................................................................................... 3
2.1. Caa de azcar ......................................................................... 3
2.1.1. Fisiologa de la caa de azcar ................................ 32.1.2. Composicin de la caa de azcar ........................... 4
2.1.3. No sacarosa en caa ................................................ 4
2.2. Fosfato en la caa de azcar .................................................... 5
2.2.1. Fosfato en plantas y suelo ........................................ 6
2.2.2. Fosfato en la caa y su importancia en la
produccin de azcar ............................................... 7
2.3. Caa de azcar en Guatemala .................................................. 8
2.3.1. Ubicacin geogrfica de la zona caera ................... 8
2.3.2. Variedades de caa de azcar utilizadas en
Guatemala .............................................................. 12
2.4. Tipos de suelo ......................................................................... 13
2.5. Espectrofotometra .................................................................. 15
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II
2.5.1. Transmitancia, absorbancia y concentracin .......... 15
2.5.2. Colormetro .............................................................. 17
3. DISEO METODOLGICO .................................................................... 19
3.1. Variables .................................................................................. 19
3.2. Delimitacin de campo de estudio ........................................... 20
3.3. Recursos humanos disponibles ............................................... 20
3.4. Recursos materiales disponibles (equipo, cristalera,
reactivos) .................................................................................. 21
3.4.1. Equipo ..................................................................... 21
3.4.2. Cristalera ................................................................ 21
3.4.3. Reactivos y materia prima ....................................... 22
3.5. Tcnica cualitativa o cuantitativa .............................................. 22
3.6. Recoleccin y ordenamiento de la informacin ........................ 23
3.7. Tabulacin, ordenamiento y procesamiento de la
informacin ............................................................................... 23
3.7.1. Validacin del mtodo ............................................. 24
3.7.2. Toma de datos de concentracin de fosfato ............ 24
3.8. Anlisis estadstico ................................................................... 25
3.8.1. Nmero de repeticiones .......................................... 25
3.8.2. Media de una muestra ............................................. 26
3.8.3. Desviacin estndar ................................................ 27
3.8.4. Comparacin de dos medias mediante t de
student..................................................................... 27
4. RESULTADOS ........................................................................................ 31
4.1. Concentracin de fosfato en diferentes estratos
altitudinales por variedad de caa ............................................ 31
4.2. Concentracin de fosfato por variedad de caa ....................... 32
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III
4.3. Concentracin de fosfato entre cada variedad de caa por
estrato altitudinal ..................................................................... 33
4.4. Concentracin de fosfato entre cada variedad de caa por
principales tipos de suelo ........................................................ 34
4.5. Concentracin de fosfato entre cada variedad de caa por
pH del jugo de caa ................................................................. 36
4.6. Anlisis estadstico .................................................................. 38
5. INTERPRETACIN DE RESULTADOS................................................. 41
6. LOGROS OBTENIDOS .......................................................................... 45
CONCLUSIONES ............................................................................................. 47
RECOMENDACIONES ..................................................................................... 49
BIBLIOGRAFA ................................................................................................. 51
APNDICES ..................................................................................................... 53
ANEXOS ........................................................................................................... 59
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IV
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V
NDICE DE ILUSTRACIONES
FIGURAS
1. Ubicacin geogrfica de la zona caera en Guatemala ......................... 9
2. Ubicacin geogrfica de la zona caera en la costa sur de
Guatemala ............................................................................................ 10
3. Estrato altitudinal de la zona caera .................................................... 11
4. Porcentaje de rea cultiva comercialmente en Guatemala de 1980
a 2012.. ................................................................................................ 13
5. Tringulo de clasificacin de los suelos del Departamento de
Agricultura de EUA (USDA) ................................................................. 14
6. Absorbancia versusconcentracin y longitud de onda ........................ 16
7. Concentracin de fosfato en jugo de caa en funcin de la variedad
de caa ................................................................................................ 328. Concentracin de fosfato en jugo de caa en funcin del estrato
altitudinal por variedad de caa ........................................................... 33
9. Concentracin de fosfato en jugo de caa en funcin del estrato
altitudinal .............................................................................................. 34
10. Concentracin de fosfato en jugo de caa en funcin del tipo de
suelo por variedad de caa .................................................................. 35
11. Concentracin de fosfato en jugo de caa en funcin del tipo de
suelo................................................................................................. 35
12. Concentracin de fosfato en jugo de caa en funcin del pH por
variedad de caa .................................................................................. 37
13. Concentracin de fosfato en jugo de caa en funcin del pH por
variedad de caa .................................................................................. 37
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VI
TABLAS
I. Composicin tpica de la caa (en kg/100 kg de caa) entregada
a fbricas de azcar de diferentes lugares ......................................... 4
II. Concentracin de los constituyentes inorgnicos en los jugos de
caa ................................................................................................... 8
III. Lista de variables .............................................................................. 19
IV. Lista de variables a manipular .......................................................... 20
V. Datos de concentracin final de fosfato terica y concentracin
obtenida mediante el mtodo ........................................................... 24VI. Nota de peso, concentracin de fosfato en jugo diluido y
concentracin de fosfato real del jugo de las 15 muestras diarias.... 25
VII. Valores crticos de la distribucin t ................................................... 29
VIII. Concentracin de fosfato en diferentes estratos altitudinales para
la variedad CP88-1165 ..................................................................... 31
IX. Concentracin de fosfato en diferentes estratos altitudinales para
la variedad CP73-1547 ..................................................................... 31
X. Concentracin de fosfato en diferentes estratos altitudinales para
la variedad CP72-2086 ..................................................................... 32
XI. Tipos de suelo .................................................................................. 36
XII. Contraste de significacin (t de student) entre las tres variedades... 38
XIII. Contraste de significacin (ANOVA) entre el estrato altitudinal,
tipo de suelo y pH ............................................................................. 39
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VII
LISTA DE SMBOLOS
Smbolo Significado
A Absorbancia
Cp Canal point
P Fsforo
Brix Grados Brix (Brix)
Ha Hiptesis alternativa
Ho Hiptesis nula
PO4 In fosfato
HPO4-2 In fosfato secundario
H2PO4- In ortofosfato primario
ppm Partes por milln
pH Potencial de hidrgenoT Transmitancia
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VIII
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IX
GLOSARIO
Absorbancia Cantidad de intensidad de luz que absorbe una
solucin.
cido fosfrico cido inorgnico, relativamente dbil utilizado para la
clarificacin de jugo de caa en la produccin de
azcar.
Azcar reductor Azcar que posee un grupo carbonilo por lo que es
capaz de reaccionar reduciendo otra sustancia.
Brix Medida de los slidos disueltos en azcar, jugo, licor
o jarabe utilizando un refractmetro.
Clarificacin Separacin por sedimentacin de los slidos
suspendidos en soluciones de azcar turbias.
Cogollo Parte superior de la caa, flores, tallos y hojas que
nacen de un mismo pie.
Encalamiento Adicin de la lechada de cal en la clarificacin de
jugo de caa.
Estrato altitudinal Nivel dependiente de la altitud, distancia vertical al
nivel cero, para el que se suele tomar el nivel medio
del mar.
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X
Floculacin Formacin de floculo en la clarificacin.
Floculante Polielectrolito en solucin aadido al jugo para
promover la clarificacin.
Floculo Grumo de materia orgnica formado por agregacin
de slidos en suspensin.
Fosfato Ion poliatmico de frmula emprica PO4-3.
Fosforilacin Transporte de energa.
Fotosntesis Conversin de materia inorgnica en orgnica
mediante la luz.
Longitud de onda Distancia que hay entre dos crestas (los puntos ms
altos) consecutivas en una onda.
Luz monocromtica Luz compuesta por componentes de un mismo color.
Micorrizas Son asociaciones entre ciertos hongos beneficiosos
del suelo y la inmensa mayora de las plantas.
Nudos Zonas del tallo desde donde nacen las hojas.
Pelos radiculares Proyecciones de las clulas epidrmicas de la raz
que juegan un papel crtico en la toma de agua y
nutrientes.
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XI
Pol Contenido de sacarosa aparente expresado como
porcentaje de masa, medido a partir de la rotacin
ptica de luz polarizada al pasar por una solucin
azucarada.
Sacarosa El compuesto qumico puro C12H22O11 que es
conocido como azcar blanco, generalmente medido
mediante polarizacin en caso de soluciones puras y
con GC o HPLC en caso de soluciones de baja
pureza. El nombre qumico es P-n-Fructofuranosila-D-glucopiransido.
Talpetate Terreno slido, compacto y arcilloso, estratificado en
capas como petates.
Transmitancia La fraccin de la radiacin incidente transmitida por
la solucin.
Zafra Temporada en la que se recolecta la caa de azcar
y se produce azcar.
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XIII
RESUMEN
En el presente estudio se realiz la determinacin de la concentracin de
fosfato por un mtodo colorimtrico en el jugo de caa de azcar de las
variedades CP88-1165, CP73-1547 y CP72-2086 utilizadas en el Ingenio
Trinidad. Para el estudio se realiz un promedio de datos de concentracin de
fosfato por variedad y variables que influyen en los resultados, tales como el
estrato altitudinal, tipo de suelo y potencial de hidrgeno del jugo de caa.
Se obtuvieron distintas concentraciones de fosfato por variedad de caa,
sin embargo, solamente la CP88-1165 sobresale teniendo una diferencia de
promedio de concentracin de fosfato estadsticamente significativa respecto a
las otras dos variedades en estudio.
Se evalu la concentracin de fosfato por variedad de caa por estratoaltitudinal, obteniendo un mayor valor de concentracin en el estrato litoral en
las tres variedades de caa. Se obtuvo la relacin entre los tipos de suelo y la
concentracin de fosfato por variedad de caa. En los tipos de suelo donde se
encuentra la CP88-1165 tiene un mayor valor de concentracin que la variedad
CP73-1547 y la CP72-2086. No se obtuvo relacin entre el potencial de
hidrgeno del jugo de caa y la concentracin de fosfato, para ninguna variedad
de caa, sin embargo, se conserva el comportamiento de mayor concentracin
de fosfato en la variedad CP88-1165 en cada rango de potencial de hidrgeno.
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XIV
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XV
OBJETIVOS
General
Determinar las concentraciones de fosfato por un mtodo colorimtrico en
el jugo de caa de azcar de las variedades CP88-1165, CP73-1547 y CP72-
2086 utilizadas en el Ingenio Trinidad.
Especficos
1. Determinar la concentracin de fosfato en diferentes estratos altitudinales
para las variedades de caa siguientes: CP88-1165, CP73-1547, CP72-
2086.
2. Realizar un anlisis comparativo de las diferentes concentraciones defosfato por variedad de caa.
3. Analizar grficamente las diferentes concentraciones de fosfato entre
cada variedad de caa por estrato altitudinal.
4. Realizar un anlisis comparativo de las diferentes concentraciones de
fosfato entre cada variedad de caa por principales tipos de suelo.
5. Comparar mediante un anlisis grfico las concentraciones de fosfato
entre cada variedad de caa por potencial de hidrgeno del jugo de caa
en los siguientes rangos: menor a 5,3, entre 5,3 y 5,5 y mayor a 5,5.
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XVI
Hiptesis
Las tres variedades de caa de azcar de ms uso en el ingenio Trinidad
poseen diferentes concentraciones de fosfato dependiendo de la variedad, el
estrato altitudinal y el tipo de suelo.
Hiptesis nula:
Existe diferencia significativa en los niveles de concentracin de fosfato
entre las tres principales variedades de caa del Ingenio Trinidad.
Hiptesis alternativa:
No existe diferencia significativa en los niveles de concentracin de fosfato
entre al menos dos de las tres principales variedades de caa del IngenioTrinidad.
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XVII
INTRODUCCIN
La caa de azcar es la materia prima para la produccin de azcar en los
ingenios azucareros de Guatemala. Existen caracterizaciones de las variedades
de caa de azcar utilizadas en el pas; sin embargo, estas caas se
desarrollan en condiciones controladas en cuanto a riego, fertilizacin, control
de plaga y enfermedades.
El fsforo es un compuesto qumico que no posee naturalmente la caa,
es absorbido del suelo por medio de las races. Sin embargo, el fsforo es el
que se extrae en menor cantidad en el cultivo caa de azcar, y sus
insuficiencias estn relacionadas con los bajos contenidos asimilables y a que
es un elemento que no trasloca en el suelo.
El fosfato es esencial para la mejora de la clarificacin del jugo extrado dela caa, es por ello que es necesario determinar la cantidad de fosfato presente
en las diferentes variedades de caa utilizadas en Guatemala, y su
dependencia de distintos factores tales como estrato altitudinal y tipo de suelo,
las cuales son dos variables importantes como fuentes de fosfato. El proceso de
clarificacin es beneficiado al aumentar la cantidad de fsforo en el suelo, ya
que este ayuda a la remocin de material slido insoluble del jugo de caa. Ya
que no se poseen datos de la cantidad de fosfato presente en el jugo de caa,
antes de llevarse a cabo el proceso de clarificacin, es agregado cido fosfrico
en iguales proporciones para el jugo de todos los tipos de caa.
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1. ANTECEDENTES
En Guatemala actualmente existen 12 ingenios azucareros, los cuales
utilizan mayormente 3 variedades de caa: CP88-1165, CP73-1547 Y CP72-
2086. Existen tambin investigaciones acerca de la caracterizacin de la caa
de pases cuya agroindustria azucarera est desarrollada.
En 2006 Ronaldo Pocasangre realiz una investigacin titulada
Determinacin de la relacin existente entre la concentracin de sacarosa con
respecto a la concentracin de diferentes compuestos qumicos presentes en el
jugo de caa de azcar en 5 variedades. Esta investigacin trata de la
naturaleza metablica de la caa de azcar, a travs de la determinacin de la
relacin que existe entre la concentracin de azcares reductores, almidones,
fenoles, porcentaje fibra, humedad del tallo, fsforo, cobre, cinc, hierro,
manganeso, calcio, magnesio, potasio, pH del jugo con respecto a laconcentracin de sacarosa en la caa de azcar. En esta investigacin se
concluy que la concentracin de sacarosa es inversamente proporcional a los
azcares reductores, humedad del tallo, fsforo, pH y cobre.
En 1984, Omar Rodrguez y Ventura Gonzlez, del Centro Nacional de
Investigaciones Agropecuarias de Venezuela, realizaron la investigacin titulada
Caracterizacin de la caa de azcar, en la cual se caracteriz la caa utilizada
en la produccin de azcar en Venezuela. En esta investigacin se utiliza un
mtodo que considera los aspectos morfolgicos generales de cada variedad
en particular, y la descripcin detallada de las caractersticas morfolgicas ms
importantes de los tallos y hojas. Se buscaba caracterizar e inventariar todo el
material vegetal con el cual cuenta la Coleccin de Variedades de Caa de
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Azcar del CENIAP. Se presenta la descripcin de ocho variedades como
ejemplo de aplicacin de la metodologa.
En 2000, Federico Prez Zamora, Jorge Scandaliaris, Rafael Villegas y
Guillermo Fadda realizaron la investigacin titulada Efecto de la fertilizacin
fosfrica sobre los niveles productivos de caa de azcar en Tucuman,
Argentina. Se evaluaron 10 cosechas de experimentos que se conducen en 5
localidades del rea caera de Tucumn, en los que se estudi el efecto de 3
dosis de fsforo aplicadas a dos variedades de caa. Con la investigacin se
verific incrementos significativos de los rendimientos culturales de caa deazcar con la fertilizacin fosfrica cuando los contenidos asimilables en el
suelo, son inferiores a 13 partes por milln de fsforo. En cosechas que se
desarrollan con bajos contenidos de fsforo, existen limitaciones para la
obtencin de altas producciones.
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2. MARCO TERICO
2.1. Caa de azcar
La caa de azcar es una planta herbcea de gran tamao que se cultiva
en pases tropicales y subtropicales. La caa se propaga vegetativamente
sembrando trozos de sus tallos. La produccin de caa vara de un rea a otra,
dependiendo de la variedad, utilizando factores climticos, disponibilidad del
agua, prcticas de cultivo y la duracin del perodo de crecimiento.
2.1.1. Fisiologa de la caa de azcar
La caa de azcar es una planta perenne correspondiente a la familia de
las gramneas, gnero saccharum, y asignada a la especie Sacharum
officinarum; se presenta en forma de una caa de altura que vara de 1,5 a 5metros, de coloraciones diversas (verde, amarillo, violceo, rojizo).
Las races muy ramificadas son numerosas y finas y se extienden
alrededor de la planta a una profundidad de 1 a 2 metros y distancia de 0,5 a 1
metros.
El tallo procede de una yema activa, desarrollada al nivel de un nudo, y
nunca es hueco (salvo caas anormales). El tallo es cilndrico con un dimetro
variable de 3 a 7 centmetros, y est dividido por los nudos en trozos de una
longitud de 4 a 15 centmetros de hojas. El contenido de fibra en tallos limpios
vara entre 10 y 18 gramos por 100 gramos de caa. El contenido de sacarosa
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en caas procesables puede variar entre 8 y 17 gramos por 100 gramos de
caa. En una caa de buena calidad, limpia y fresca la pureza de 90.
Las hojas, situadas alternadamente, de derecha a izquierda del tallo, son
delgadas, de 4 a 8 centmetros de ancho y 60 a 80 centmetros de longitud.
2.1.2. Composicin de la caa de azcar
La composicin de la caa recibida por fbrica depende no solo de la
composicin del tallo, sino tambin de otros factores como la variedad de caa,la cantidad de hojas, cogollo, dems materia extraa, el momento de la zafra,
grado de quema, altura de corte, la madurez de la caa, la tardanza entre la
quema, corte y entrega a la fbrica.
Tabla I. Composicin tpica de la caa (en kg/100 kg de caa)
entregada a fbricas de azcar de diferentes lugares
Brasil Australia Sudfrica Colombia Filipinas LuisianaPol 14 14,6 12,8 13,2 10 14Brix 16,2 16,4 15 15 12,5 16
Pureza (%) 86 89 85 88 80 85Humedad 70,5 69,3 70 70 72,5 71
Fibra 13,3 14,3 15 15 15 13
Fuente: RAIN, Peter. Ingeniera de la caa de azcar. p. 20.
2.1.3. No sacarosa en caa
La no sacarosa en caa se refiere a cualquier componente que no
contenga sacarosa, entre los cuales estn monosacridos, cenizas o
compuestos orgnicos, polisacridos y almidn:
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Monosacridos: los componentes ms abundantes de los no-sacarosa en
caa son los monosacridos glucosa y fructosa, tambin conocidos como
azcares reductores; se encuentran en pequeas cantidades para caa
madura y hasta en 10 por ciento de la sacarosa para caa inmadura. Son
ms abundantes en la parte superior del tallo de la caa por estar
asociados con el crecimiento de la planta.
Cenizas o compuestos inorgnicos: la slice representa una proporcin
significativa del material inorgnico. Sin embargo, el potasio es el catin
de mayor abundancia, seguido de calcio, magnesio y sodio; el cloruro es
el principal anin, seguido por el sulfato y fosfato. La relativa abundancia
de estos componentes cambia de acuerdo con la variedad y las
condiciones del suelo.
Polisacridos: son carbohidratos de alto peso molecular presentes en la
caa. Se incluyen entre estos el almidn, la celulosa, las gomas,
polisacridos de paredes celulares y dextranas. La concentracin depolisacridos vara entre 1 500 y 3 000 miligramo por kilogramo slidos
disueltos, dependiendo de la variedad de la caa
Almidn: esta presente en forma de pequeos grnulos insolubles al
agua y constituye una reserva de carbohidratos alimenticios.
2.2. Fosfato en la caa de azcar
El fosfato es un compuesto muy importante, tanto para el desarrollo de la
caa de azcar, como para la produccin de azcar a partir de esta; es por ello
que debe estudiarse ambos aspectos.
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2.2.1. Fosfato en plantas y suelo
El fsforo tambin es importante para la fotosntesis y crecimiento de la
planta. Promueve el crecimiento de races sanas y estimula a las plantas con
flores a florecer. La deficiencia de fsforo lleva a un crecimiento atrofiado, hojas
opacas o moribundas y la formacin de un pigmento rojo en la base de la hoja.
Cuando se descubren los sntomas de una deficiencia de fsforo, por lo
general es demasiado tarde para salvar la planta. Las plantas jvenes privadas
de fsforo durante el desarrollo, nunca se recuperan.
El fsforo penetra en la planta a travs de las capas externas de las
clulas de los pelos radiculares y de la punta de la raz (el fsforo no es mvil
en el suelo). La absorcin tambin se produce a travs de las micorrizas, las
cuales son hongos que crecen en asociacin con las races de muchos cultivos.
El fsforo es absorbido por la planta principalmente como ion ortofosfato
primario (H2PO
4
-), pero tambin se absorbe como ion fosfato secundario
(HPO4=), la absorcin de esta ltima forma se incrementa a medida que se sube
el potencial de hidrgeno.
Las principales funciones de este elemento en la planta son:
Acelera la maduracin.
Es indispensable en la formacin de semillas y la transmisin de factores
hereditarios.
Es responsable de la utilizacin del azcar y el almidn.
Participa en reacciones de fosforilacin (transporte de energa),
fotosntesis, respiracin y en la sntesis de carbohidratos.
Interviene en la asimilacin del nitrgeno.
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2.2.2. Fosfato en la caa y su importancia en la produccin de
azcar
El fsforo es un constituyente inorgnico de la caa. La presencia de
fosfatos en los jugos es deseable para el proceso de clarificacin, para una
buena floculacin despus del encalamiento y de la adicin de floculantes. Se
ha demostrado que 300 miligramos por litro de fosfato en los jugos diluidos son
el nivel ms apropiado para garantizar una buena clarificacin; contenidos de
fosfato inferiores a este no garantizan una buena clarificacin y/o remocin de
impurezas en el proceso de fabricacin. Las concentraciones debenencontrarse entre 200 y 600 miligramo por litro de fosfato. El fsforo, en forma
de fosfatos solubles, adems de ser un elemento clave para el crecimiento y el
desarrollo del cultivo, es tambin de gran utilidad en el procesamiento y
recuperacin de azcar de buena calidad.
A falta de este elemento en cantidad suficiente, es necesario adicionar
cido fosfrico en la clarificacin para obtener jugo clarificado para el proceso.
Sin embargo, una aplicacin de cido fosfrico muy alta es perjudicial, ya que
en concentraciones de 600-800 pares por milln, la tendencia ser la formacin
de flculos ligeros que sedimentan muy lentamente.
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Tabla II. Concentracin de los constituyentes inorgnicos en los jugos
de caa
Especies Concentracin (% brix)Potasio 0,4-1,4
Sodio (Na2O) 0,03-0,1Sultato 0,1-0,5Cloruro 0,1-0,3
Cacio (CaO) 0,2-0,3Magnesio (MgO) 0,2-0,3
Silica (SiO2) 0,1-0,7Fosfatos 0,1-0,4
Hierro (Fe2O3) 0,1-0,14
Fuente: LARRAHONDO, Jess Elicer. Composicin y caractersticas qumicas de la
caa de Azcar. p. 24.
2.3. Caa de azcar en Guatemala
La produccin de azcar es una de las principales agroindustrias en
Guatemala, es por ello que hoy en da existen 12 ingenios azucareros que sededican a la venta de azcar local y a la exportacin de esta.
2.3.1. Ubicacin geogrfica de la zona caera
Los ingenios y fincas caeras de Guatemala se encuentran en la costa sur
del pas, los departamentos ms comunes son Escuintla, Suchitepquez y
Retalhuleu es como se observa en la figura 1.
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Figura 1. Ubicacin geogrfica de la zona caera en Guatemala
Fuente: CENGICAA. El cultivo de la caa de azcar en Guatemala. [en lnea].
http://www.cengicaa.org. [Consulta: agosto de 2013].
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Figura 2. Ubicacin geogrfica de la zona caera en la costa sur de
Guatemala
Fuente: Centro Guatemalteco de Investigacin y Capacitacin de la Caa de Azcar. El cultivo
de la caa de azcar en Guatemala. [en lnea]. http://www.cengicaa.org. [Consulta:
agosto de 2013].
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Figura 3. Estrato altitudinal de la zona caera
Fuente: Centro Guatemalteco de Investigacin y Capacitacin de la Caa de Azcar. El cultivo
de la caa de azcar en Guatemala. [en lnea]. http://www.cengicaa.org. [Consulta:
agosto de 2013].
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2.3.2. Variedades de caa de azcar utilizadas en Guatemala
Durante el perodo de 1990/2010 en la composicin varietal de la
agroindustria azucarera guatemalteca, se observ un predominio de las
variedades CP provenientes de la Estacin Experimental de Canal Point,
Florida. Destaca la variedad CP72-2086 que en la zafra 2002/2003, ocup el 75
por ciento del rea sembrada en Guatemala.
En la zafra 2011-12, 11 variedades de caa de azcar se cultivaron. Las
11 variedades y sus porcentajes de rea sembrada son las siguientes: CP88-1165, 37,9 por ciento; CP72-2086, 27,1 por ciento; CP73-1547, 8,3 por ciento;
CG98-10, 3,5 por ciento; Mex79-431, 2,7 por ciento, PGM89-968, 2,2 por
ciento; CG96-135, 1,4 por ciento; R75-2002, 1,2 por ciento; CP72-1312, 1,2 por
ciento; CP88-1508, 1,1 por ciento y por ltimo NA56-42 con 1,0 por ciento del
rea censada. El resto del rea con 12,7 por ciento estuvo cultivada con otras
variedades. A nivel de agroindustria azucarera guatemalteca la variedad CP88-
1165 es actualmente la variedad ms cultivada, en 2012 con 37,9 por ciento
(3,8 por ciento ms que lo reportado en la zafra anterior).
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Figura 4. Porcentaje de rea cultiva comercialmente en Guatemala de
1980 a 2012
Fuente: Centro Guatemalteco de Investigacin y Capacitacin de la Caa de Azcar. Censo
variedades Guatemala. [en lnea]. http://www.cengicaa.org. [Consulta: agosto de
2013].
2.4. Tipos de suelo
El suelo es una mezcla de material rocoso fresco y erosionado, de
minerales y de restos de cosas en otro tiempo vivas.
El tipo de suelo, su composicin qumica y la naturaleza de su origen
orgnico son importantes para la agricultura. Existen muchos tipos de suelos,
dependiendo de la textura que posean. Se define textura como el porcentaje de
arena, limo y arcilla que contiene el suelo y sta determina el tipo de suelo que
ser.
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Arenoso: el suelo arenoso es ligero y filtra el agua rpidamente. Tiene
baja materia orgnica por lo que no es muy frtil.
Arcilloso: el suelo arcilloso es un terreno pesado que no filtra casi el
agua. Es pegajoso en estado hmedo y posee muchos nutrientes.
Limoso: el suelo limoso es estril, pedregoso y filtra el agua con rapidez.
La materia orgnica que contiene se descompone muy rpido.
Franco: en un suelo con franco abunda el limo. Es algo intermedio al
arenoso y arcilloso. Ni es arcilloso, ni es arenoso. Son suelos francos
tpicos los de las vegas de los ros.
Figura 5. Tringulo de clasificacin de los suelos del Departamento de
Agricultura de EUA (USDA)
Fuente: BOUL, S.V. Gnesis y clasificacin de suelos. p. 43.
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2.5. Espectrofotometra
Un espectrofotmetro se utiliza para determinar las concentraciones de
diferentes compuestos en solucin, basado en la medida relativa de la luz
transmitida o absorbida a travs de una solucin, como una funcin de la
longitud de onda; debido a que cuando una luz monocromtica pasa a travs de
una solucin es parcialmente absorbida y transmitida en relacin a la
concentracin. El equipo tiene una escala entre 0 y 1 de absorbancia y 0 y 100
por ciento de transmitancia.
La espectrofotometra es la medida relativa de la luz transmitida como una
funcin de la longitud de onda. Las medidas son relativas ya que la intensidad
de la luz es transmitida por el material de referencia o blanco.
Su principio se basa en que muchos materiales obedecen la ley de Beer,
la cual se refiere a la relacin entre la energa radiante transmitida y la
concentracin de la solucin irradiada, pudindose describir as: cuando una luz
monocromtica pasa a travs de una solucin, la intensidad de energa
disminuye exponencialmente a medida que aumenta aritmticamente la
concentracin de la solucin, o de otra forma, cuando una luz monocromtica
pasa a travs de una solucin es parcialmente absorbida en relacin a la
concentracin.
2.5.1. Transmitancia, absorbancia y concentracin
La figura muestra un haz de radiacin paralela antes y despus de que ha
pasado a travs de una capa de solucin que tiene un espesor de b centmetros
y una concentracin c de una especie absorbente.
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Como consecuencia de interacciones entre los fotones y las partculas
absorbentes, la potencia del haz es atenuada. La transmitancia T de la solucin
es entonces la fraccin de la radiacin incidente transmitida por la solucin:
[Ecuacin 1]
La absorbancia A de una solucin se define mediante la ecuacin:
[Ecuacin 2]
La mayor parte de los trabajos analticos se realizan con soluciones, por lo
que se desarrolla la relacin que existe entre la concentracin de la solucin y
su capacidad de absorber radiacin.
Figura 6. Absorbancia versusconcentracin y longitud de onda
Fuente: BRUNATTI, Carlos, MARTN, Ana. Introduccin A La Espectroscopia De Absorcin
Molecular Ultravioleta, Visible E Infrarrojo Cercano. [en lnea]. http://materias.fi.uba.ar.
[Consulta: agosto de 2013].
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2.5.2. Colormetro
El colormetro, al igual que un espectrofotmetro, es un instrumento que
permite medir la absorbancia de una solucin en una especfica frecuencia de
luz a ser determinada. Es por eso, que hacen posible descubrir la concentracin
de un soluto conocido que sea proporcional a la absorbancia.
Su diferencia con el espectrofotmetro es su menor tamao y la
identificacin de compuestos especficos.
El colormetro utilizado para la medicin de fsforo es el DR 890 HAC-
48470-00. Este colormetro es el ms completo y capaz de toda la Serie
DR/800, realiza pruebas para ms de 90 parmetros, desde aluminio hasta
cinc. Puede ser utilizado para pruebas en aguas naturales, en aguas
industriales y en cualquiera de sus variantes intermedias.
Caractersticas:
Gama (s) de longitudes de onda: 420, 520, 560, 610 nm
Precisin de longitud de onda: 1 nm
Seleccin de longitud de onda: automtica
Altura de los caracteres: 1,5 cm
Modo de Lectura de datos: % de transmitancia, absorbancia,
concentracin.
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3. DISEO METODOLGICO
3.1. Variables
Al analizar los factores que influyen en el proceso a realizar, se determin
las variables que, de manera directa e indirecta, estn presentes en el proceso.
Estas se detallan en la tabla III.
Tabla III. Lista de variables
Variable independiente Dependiente Constante Noconstante
Perodo demuestreo
X X
Cantidad de jugo enla muestra
X X
Nota de peso X XFactor de dilucindel jugo
X X
Variedad de la caa X XEstrato altitudinal X X
Tipo de suelo X XpH X X
Concentracin defsforo
X X
Fuente: elaboracin propia.
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Tabla IV. Lista de variables a manipular
Variable Independiente Dependiente ConstanteNo
constanteConcentracin de
fosfato en validacinX X
Factor de dilucin deljugo para validacin
X X
Fuente: elaboracin propia.
3.2. Delimitacin de campo de estudio
El estudio se realiz en la empresa San Diego S. A., Unidad Industrial
Ingenio Trinidad, ubicado en Masagua, Escuintla. Se realiz la toma de datos
en los primero 4 meses de zafra. Se medi la concentracin de fosfato, a escala
laboratorio, de las principales variedades de caa utilizadas en el Ingenio
Trinidad realizando un promedio de 15 muestras diarias.
3.3. Recursos humanos disponibles
Para el desarrollo del trabajo de investigacin se necesit de recurso
humano. Los recursos humanos utilizados para el desarrollo del proceso
experimental y la asesora se detallan a continuacin.
Investigadora: Anglica Mara Alejandra Pelez Noriega
Asesor: Ing. Qco. Estuardo Edmundo Monroy BenitezEncargado en la empresa: Ing. Qco. Flix Ren Morales Magarn
Colaborador: Luis Enrique Cifuentes Ruiz
Colaborador: Byron Obregn
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3.4. Recursos materiales disponibles (equipo, cristalera, reactivos)
Durante el planteamiento y desarrollo del trabajo de investigacin, se
necesit diversos recursos materiales, estos se clasificaron en equipo,
cristalera y reactivos y materia prima.
3.4.1. Equipo
El equipo utilizado para el desarrollo de la etapa experimental del trabajo
de investigacin se detalla a continuacin. Este equipo fue proporcionado por elIngenio Trinidad.
Colormetro DR 890, HAC-48470-00
Balanza
3.4.2. Cristalera
La cristalera utilizada para el desarrollo de la etapa experimental del
trabajo de investigacin se detalla a continuacin. Esta cristalera fue
proporcionado por el Ingenio Trinidad.
Pipetas serolgicas (10 y 5 mL)
Balones aforados (200 mL)
Beakers (250 y 50 mL)
Probetas (100 y 50 mL)
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3.4.3. Reactivos y materia prima
Los reactivos y materia prima utilizados para el desarrollo de la etapa
experimental del trabajo de investigacin se detallan a continuacin. Los
reactivos y materia prima fueron proporcionados por el Ingenio Trinidad.
Jugo de caa de las variedades CP88-1165, CP73-1547 y CP72-2086
Fosfato reactivo
PhosVer3 phosphate powder pillow (reactivo de fosfato HACH)
3.5. Tcnica cualitativa o cuantitativa
La metodologa utilizada incluye la medicin de parmetros cuantitativos y
cualitativos:
Medicin de concentracin de fosfato en jugo de caa
Medicin de fosfato en solucin de fosfato para la validacin del mtodo Factor de dilucin del jugo segn el intervalo de concentracin de fosfato
del colormetro
Tipo de caa
Tipo de suelo de cosecha de caa
Estrato altitudinal de cosecha de caa
pH del jugo de caa
Tambin se realiz una tcnica estadstica para la comparacin entre
variedad, tipo de suelo y estrato altitudinal.
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3.6. Recoleccin y ordenamiento de la informacin
A continuacin se describe el procedimiento utilizado para la recoleccin y
ordenamiento de los datos necesarios, para la obtencin de los objetivos
planteados.
Se realiz el procedimiento representativo estadsticamente de muestrear
cada 65 toneladas de caa que ingresen al ingenio que sean
correspondientes a las variedades de estudio: CP88-1165, CP73-1547 y
CP72-2086.
Se utiliz el procedimiento de preparacin de caa de Concecana-SP
que aplica una desfibradora de caa y prensa hidrulica (anexos 1 y 2).
Se utiliz el mtodo de ensayo colorimtrico USEPA PhosVer 3 (mtodo
del cido ascrbico), mtodo 8048, de HACH con el colormetro DR 890
Hac-48470-00; para determinar la concentracin de fosfato en jugo de
caa. (Mtodo en apndice 3).
Se realiz una tcnica estadstica de comparacin de medias ycorrelacin de resultados.
3.7. Tabulacin, ordenamiento y procesamiento de la informacin
A continuacin, se describe el procedimiento utilizado para la recoleccin y
ordenamiento de los datos necesarios para la obtencin de las relaciones
planteadas para cada objetivo.
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3.7.1. Validacin del mtodo
Se realiz una validacin del mtodo, ya que este fue realizado para el
anlisis en agua. Para ello se realizaron 6 corridas variando la concentracin de
fosfato y luego 10 repeticiones para cada concentracin.
Tabla V. Datos de concentracin final de fosfato terica y
concentracin obtenida mediante el mtodo
Corridas1 2 3 4 5 6
Concentracin defosfato en jugo
1 1 1 1 1 1
Concentracin desolucin de fosfato
0,5 1 1,5 2 2,5 3
Concentracinterica de fosfato
total
0,75 1 1,25 1.5 1,75 2
Repeticin 1Repeticin 2RepeticinRepeticin 10
MediaDesviacin estndar
Error relativo(porcentaje)
Fuente: elaboracin propia.
3.7.2. Toma de datos de concentracin de fosfato
Se utiliz una tabla para la toma de datos diaria, para anotar la nota de
peso de la caa, con la cual posteriormente se poda obtener el potencial de
hidrgeno, estrato altitudinal y el tipo de suelo de la finca de donde se obtuvo la
muestra.
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Tabla VI. Nota de peso, concentracin de fosfato en jugo diluido y
concentracin de fosfato real del jugo de las 15 muestras
diarias
Numero demuestra
Nota de peso de lacaa
Concentracinfosfato (ppm)
Concentracinfosfato real (ppm)
123415
Fuente: elaboracin propia.
3.8. Anlisis estadstico
A continuacin se detalla el procedimiento utilizado para el anlisis
estadstico. Esto incluye nmero de repeticiones, promedio, desviacin
estndar y contraste de significacin mediante t destudent.
3.8.1. Nmero de repeticiones
El nmero de repeticiones para la validacin del mtodo se calcular con
base a los criterios de confiabilidad del 95 por ciento, y aceptando un mximo
error de 13,5 por ciento.
[Ecuacin 3]
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Donde:
: nmero de repeticiones
: confiabilidad.: probabilidad de xito.: probabilidad de fracaso.: errorCon el propsito de obtener resultados con un mnimo de error en el
anlisis se utiliza un valor de Z/2=1,96, P = 0,95, Q = 0,05, E = 0,135.
Se realizarn 10 repeticiones para obtener un nivel de confianza del 95
por ciento y aceptando un error mximo del 13,5 por ciento.
3.8.2. Media de una muestra
Al clasificar por variedad, por estrato y por tipo de suelo, se deber realizar
una media de jugos de caa con la misma variedad, mismo estrato o mismo tipo
de suelo, segn sea el caso, para realizar la media se utilizar la siguiente
ecuacin:
[Ecuacin 4]
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3.8.3. Desviacin estndar
Se determinar la desviacin estndar de la concentracin de fosfato de
jugos de caa con la misma variedad, mismo estrato o mismo tipo de suelo,
segn sea el caso, para realizar la media se utilizar la siguiente ecuacin:
[Ecuacin 5]
3.8.4. Comparacin de dos medias mediante t destudent
Esta prueba se realiz para determinar si hay diferencia significativa entre
la cantidad de fosfato por variedad de caa para aceptar o rechazar la hiptesis.
Esta prueba estadstica es utilizada para distinguir si la diferencia entre las
cantidades medidas se puede atribuir a errores aleatorios o si la diferencia essignificativa. En este caso se tendr dos medias muestrales Se tieneuna hiptesis nula que indica que las tres variedades de caa poseen diferente
concentracin de fosfato, por lo que el anlisis se realiz para la comparacin
entre cada variedad de caa: entre CP88-1165 y CP73-1547, entre CP88-1165
y CP72-2086 y entre CP73-1547 y CP72-2086.
Se calcula el estadstico t, mediante la siguiente ecuacin:
[Ecuacin 6]
-
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Donde:
: valor de t calculada
: media: nmero de muestras: desviacin estndarEl valor de t calculada por este estadstico es contrastado posteriormente
utilizando el valor crtico de t mostrado en la tabla VII. Este valor depende del
nivel de significancia y de los grados de libertad. Los grados de libertad son
calculados mediante la siguiente ecuacin:
(
)
[Ecuacin 7]
Donde:: grados de libertad: nmero de muestras: nesviacin estndarLos grados de libertad se aproximan al entero siguiente.
El criterio de decisin sobre los valores de t calculado y crticos, son lossiguientes:
Si entonces las medias no tienen diferencia significativa. Si entonces las medias tienen diferencia significativa.
-
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Tabla VII. Valores crticos de la distribucin t
Valor de t para unintervalo de confianza de
valor crtico de |t| paravalores de P de nmeros
de grados de libertad
90% 95% 98% 99%
0,1 0,05 0,02 0,01
1 6,31 12,71 31,82 63,662 2,92 4,30 6,96 9,923 2,35 3,18 4,54 5,844 2,13 2,78 3,75 4,60
5 2,02 2,57 3,36 4,036 1,94 2,45 3,14 3,717 1,89 2,36 3,00 3,508 1,86 2,31 2,90 3,369 1,83 2,26 2,82 3,2510 1,81 2,23 2,76 3,1712 1,78 2,18 2,68 3,0514 1,76 2,14 2,62 2,9816 1,75 2,12 2,58 2,9218 1,73 2,10 2,55 2,88
20 1,72 2,09 2,53 2,8530 1,70 2,04 2,46 2,7550 1,68 2,01 2,40 2,68 1,64 1,96 2,33 2,58
Fuente: MILLER & MILLER. Estadstica y quimiometra para qumica analtica. p. 136.
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4. RESULTADOS
4.1. Concentracin de fosfato en diferentes estratos altitudinales por
variedad de caa
A continuacin se muestra el resultado de la medicin de concentracin de
fosfato por cada una de las 3 variedades en los 3 distintos estratos altitudinales:
medio bajo y litoral.
Tabla VIII. Concentracin de fosfato en diferentes estratos altitudinales
para la variedad CP88-1165
Estrato altitudinal Concentracin promedio de fosfato (ppm)Bajo 606,43
Litoral 667,35
Fuente: elaboracin propia.
Tabla IX. Concentracin de fosfato en diferentes estratos altitudinales
para la variedad CP73-1547
Estrato altitudinal Concentracin promedio de fosfato (ppm)Medio 270,00
Bajo 498,83Litoral 616,83
Fuente: elaboracin propia.
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Tabla X. Concentracin de fosfato en diferentes estratos altitudinales
para la variedad CP72-2086
Estrato altitudinal Concentracin promedio de fosfato (ppm)Medio 384,77Bajo 250,00
Litoral 553,17
Fuente: elaboracin propia.
4.2. Concentracin de fosfato por variedad de caa
A continuacin se muestra la relacin entre la concentracin de fosfato y la
variedad de caa, correspondientes al segundo objetivo. Se observan los 3
principales tipos de caa: CP72-2086, CP73-1547 y CP88-1165.
Figura 7. Concentracin de fosfato en jugo de caa en funcin de la
variedad de caa
Fuente: elaboracin propia.
CP72-2086 CP73-1547 CP88-1165
Series1 523,26 535,48 647,36
500,00
550,00
600,00
650,00
Concentracindefosfato
(ppm)
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4.3. Concentracin de fosfato entre cada variedad de caa por estrato
altitudinal
A continuacin se muestra el resultado de la medicin de concentracin de
fosfato por cada una de las 3 variedades en los 3 distintos estratos altitudinales:
medio bajo y litoral.
Figura 8. Concentracin de fosfato en jugo de caa en funcin del
estrato altitudinal por variedad de caa
Fuente: elaboracin propia.
Medio Bajo Litoral
CP72-2086 384,77 250,00 553,17
CP73-1547 270,00 498,83 616,83
CP88-1165 606,43 667,35
250,00
350,00
450,00
550,00
650,00
750,00
C
oncentracindefosfato(ppm)
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Figura 9. Concentracin de fosfato en jugo de caa en funcin del
estrato altitudinal
Fuente: elaboracin propia.
4.4. Concentracin de fosfato entre cada variedad de caa por
principales tipos de suelo
A continuacin se muestra el resultado de la medicin de concentracin de
fosfato por cada una de las 3 variedades en los 6 distintos tipos de suelo.
Posteriormente se presenta una tabla con la descripcin de los suelos.
Medio Bajo Litoral
Series1 330,22 516,39 594,82
300,00
350,00
400,00
450,00
500,00
550,00
600,00
Concentracindefosfato(ppm)
Estrato altitudinal
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Figura 10. Concentracin de fosfato en jugo de caa en funcin del tipo
de suelo por variedad de caa
Fuente: elaboracin propia
Figura 11. Concentracin de fosfato en jugo de caa en funcin del tipo
de suelo
Fuente: elaboracin propia
Suelo 1 Suelo 2 Suelo 3 Suelo 4 Suelo 5 Suelo 6
CP72-2086 447,95 579,94 574,17 512,17 428,00 328,50
CP73-1547 369,69 569,69 509,00 227,17
CP88-1165 663,33 685,00
200,00
300,00
400,00
500,00
600,00
700,00
Concentracindefosfato(ppm)
suelo 1 Suelo 2 Suelo 3 Suelo 4 Suelo 5 Suelo 6
Series1 401,57 584,05 556,25 512,17 428,00 267,70
250,00
300,00
350,00
400,00
450,00
500,00
550,00
600,00
Concen
tracindefosfato(ppm)
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Tabla XI. Tipos de suelo
Suelo1
Suelos Andisoles profundos, bien drenados que presentan erosinligera.
Suelo2
Suelos de textura gruesa, moderadamente profundos y muypermeables (Mollisoles secos).
Suelo3
Suelos Entisoles con muy baja retencin de agua, limitados por lapresencia de capas de arena en el perfil.
Suelo4
Suelos Inceptisoles moderadamente profundos de textura arcillosade lenta permeabilidad.
Suelo5
Suelos Mollisoles profundos de alta fertilidad.
Suelo6 Suelos superficiales limitados por la presencia de talpetate(Andisoles superficiales).
Fuente: elaboracin propia.
4.5. Concentracin de fosfato entre cada variedad de caa por pH del
jugo de caa
A continuacin se muestra el resultado de la medicin de concentracin de
fosfato por cada una de las 3 variedades en los 3 distintos rangos de potencial
de hidrgeno: menor a 5,3, entre 5,3 y 5,5 y mayor a 5,5; rangos seleccionados
por el valor de potencial de hidrgeno promedio del jugo de caa de azcar
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Figura 12. Concentracin de fosfato en jugo de caa en funcin del pH
por variedad de caa
Fuente: elaboracin propia.
Figura 13. Concentracin de fosfato en jugo de caa en funcin del pHpor variedad de caa
Fuente: elaboracin propia.
Menor a 5.3 5.3-5.5 Mayor a 5.5
Cp72-2086 526,22 514,21 527,20
Cp73-1547 518,24 549,57 553,75
Cp88-1165 661,85 612,92 615,42
500,00
550,00
600,00
650,00
Concentracindefosfato(ppm)
pH
Menor a 5.3 5.3-5.5 Mayor a 5.5
Series1 548,28 539,60 549,96
400,00
450,00
500,00
550,00
600,00
Concentracindefosfato
(ppm)
Rangos de pH
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4.6. Anlisis estadstico
A continuacin se muestra el anlisis estadstico. Se utilizan 2 distintos
contrastes de significacin: t de student para las variedades y ANOVA para el
estrato altitudinal, tipo de suelo y potencial de hidrgeno.
Tabla XII. Contraste de significacin (t destudent) entre las tres
variedades
Tcrtica
T calculada Resumen Conclusin
CP72-2086y CP73-
15471,96 0,51
T calcT crit(Ho es
aceptada)
Si hay diferenciaestadsticamente
representativa entrelas dos variedades
CP73-1547y CP88-1165
1,96 4,66 T calc>T crit(Ho esaceptada)
Si hay diferencia
estadsticamenterepresentativa entrelas dos variedades
Fuente: elaboracin propia.
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Tabla XIII. Contraste de significacin (anova) entre el estrato altitudinal,
tipo de suelo y pH
Estratoaltitudinal
Tipo de suelo pH
Valor crtico deF
3,02 2,25 3,014
Valor de F 32,61 11,50 0,112Resumen F crt
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5. INTERPRETACIN DE RESULTADOS
Se realiz la determinacin de concentracin de fosfato en el jugo de caa
de las principales variedades del Ingenio Trinidad: CP88-1165, CP73-1547 y
CP72-2086, mediante un mtodo colorimtrico.
Se realiz el procedimiento representativo estadsticamente de muestrear
cada 65 toneladas de caa que ingresen al ingenio que sean correspondientes
a las variedades de estudio: CP88-1165, CP73-1547 y CP72-2086. La
preparacin de caa para la obtencin de jugo a nivel laboratorio, se realiz
mediante el procedimiento de concecana que aplica una desfibradora de caa y
prensa hidrulica.
La medicin de la concentracin de fosfato se realiz mediante un mtodo
colorimtrico de HACH, utilizado para anlisis de agua, previamente validadopara jugo de caa. Para la aplicacin del mtodo se requiere el reactivo de
HACH para anlisis de fosfato y 5 mililitros de jugo de caa. Los resultados se
obtuvieron mediante la comparacin de medias y correlacin de resultados.
Se observa en la figura 7 que el promedio de la concentracin de fosfato
vara conforme la variedad. Se obtuvo la concentracin ms alta de fosfato en la
variedad CP88-1165, seguida de CP73-1547 y por ltimo la CP72-2086. En el
anlisis estadstico, tabla XII, se observa que la diferencia entre la CP73-1547 y
la CP72-2086 no es significativa, mientras que la CP88-1165 y las otras dos
variedades si existe diferencia significativa. Esto se debe a que la CP88-1165
es una variedad con mejor sistema radicular, por lo que las races de la caa de
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azcar llegan hasta donde se encuentra el fosfato en el suelo, ya que el fsforo
no es mvil en el suelo.
Cabe resaltar que en la fabricacin de azcar es deseable una
concentracin de fosfato entre 300 y 600 partes por milln. Cuando el valor se
encuentra por debajo de 300 o por encima de 600 partes por milln no se
realizar una buena clarificacin, por ello se debe ser cuidadoso cuando ingresa
al ingenio la variedad CP88-1165, ya que su promedio es de 647 partes por
milln y la clarificacin ser deficiente si no se modifica otra variable en el
proceso.
En la figura 8 y 9, y tablas VIII a X se observa que existe una gran
diferencia en el promedio de la concentracin de fosfato en los diferentes
estratos altitudinales para las tres variedades, siendo el valor ms alto en el
estrato litoral y el ms bajo en el estrato medio. Esto se debe a que el estrato
litoral es a la altura del mar, en la costa sur.
Los suelos derivados de sedimentos arrastrados por los ros, lo que es
comn en la costa sur, en los sedimentos se encuentra el fosfato arrastrado de
las partes altas y esa es la razn del porque en un porcentaje alto de los suelos
de la costa el fosfato no sea limitante. Por lo tanto mientras aumenta la altura
sobre el nivel del mar la concentracin de fosfato disminuye, tal como se
muestra en los resultados. En la tabla XIII se observa que si existe diferencia
estadsticamente representativa entre los tres estratos altitudinales.
En la figura 8 se observa que la tendencia de concentracin de las
variedades se conserva en la mayora de estratos, en todos los estratos el valor
de concentracin de fosfato ms alto es el de la variedad CP88-1165, seguido
de la CP73-1547, excepto en el estrato medio, de donde se obtuvo menor
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cantidad de datos que en los dems estratos. Sin embargo, se observa que sin
importar el estrato donde se encuentre, la variedad CP88-1165 contiene mayor
concentracin de fosfato, respecto a las otras dos variedades.
En la figura 10 se observa la concentracin de fosfato respecto al tipo de
suelo, por variedad de caa. Se observa el tipo de suelo con mayor
concentracin de fosfato es el 2, mollisoles secos, segn la figura 11. Este
suelo es muy permeable por lo que la raz de la caa de azcar penetra en el
suelo y llega hasta donde se encuentra el fosfato. La concentracin ms baja se
encuentra en el suelo 6, andisoles superficiales, ya que en este se encuentrapresente el talpetate el cual es una capa de tierra caliza y arenosa, dura y difcil
para la raz de la planta de penetrar. Sin embargo, la concentracin de CP88-
1165 es alta en este suelo, segn la figura 11, lo cual concuerda con la figura 7
y demuestra que en cualquier condicin las races de esta variedad penetran el
suelo y llega hasta el fsforo.
El la figura 12 se observa el comportamiento de la concentracin de
fosfato respecto al potencial de hidrgeno del jugo de caa de azcar por
variedad de caa. El potencial de hidrgeno del jugo de caa es un indicativo
de deterioro de la caa, al aumentar las horas quema de la caa el potencial de
hidrgeno disminuye y se deteriora la caa, sin embargo el fsforo absorbido
por las races de la caa ya lo contiene la caa desde el campo, aunque sta se
deteriore al aumentar las horas quema la concentracin de fosfato no vara, es
por ello que no se observa un comportamiento entre estas dos variables. El
comportamiento pudiera observarse entre el potencial de hidrgeno del suelo y
la concentracin de fosfato, sin embargo, en el Ingenio Trinidad no se tiene
implementado el anlisis de suelo y por ello no se cuenta con la informacin de
suelos para poder relacionar estas variables.
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En la figura 13 se observa que no existe relacin entre el promedio de
concentracin de fosfato por rango de potencial de hidrgeno, lo cual es
confirmado en la tabla XIII pues segn el anlisis estadstico no existe
diferencia estadsticamente significativa en los tres rangos de potencial de
hidrgeno.
La hiptesis planteada indica que existe diferencia significativa entre la
concentracin de fosfato de las variedades CP72-2086, CP73-1547 y CP88-
1165. El anlisis estadstico, tabla XI, muestra que la diferencia de la
concentracin de fosfato entre las variedades CP72-2086 y la CP73-1547 no esestadsticamente representativa. Aunque entre la CP88-1165 y las otras dos
variedades no existe diferencia significativa, la hiptesis nula es rechazada y es
aceptada la hiptesis alternativa.
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6. LOGROS OBTENIDOS
A continuacin se muestran los logros obtenidos en los 6 meses de
realizacin de EPS, y posteriormente en la etapa final de anlisis de datos y
correlacin de resultados.
Se logr obtener el comportamiento de la concentracin de fosfato de las
variedades de caa que constituyen el 87 por ciento de la materia prima
del Ingenio Trinidad, segn variedad de caa, estrato altitudinal, tipo de
suelo y potencial de hidrgeno.
Se aport datos que, en un futuro, servirn de base para establecer
parmetros de adicin de cido fosfrico en el proceso de clarificacin,
segn la variedad de caa.
Se optimiz recursos al eliminar la adicin de cido y de esta manera se
evit causar daos al jugo de caa y al proceso de clarificacin.
Se aport datos tiles para la mejora del proceso de clarificacin del jugo
de caa, y as se toman decisiones al obtener una alta cantidad de
fosfato presente en la caa.
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CONCLUSIONES
1. No existe diferencia estadsticamente representativa entre la
concentracin de fosfato de la variedad de caa CP72-2086 y la CP73-
1547.
2. La concentracin de fosfato aumenta mientras disminuye la altura
respecto al nivel del mar.
3. La concentracin de fosfato vara respecto al tipo de suelo en el que se
siembra la caa de azcar, siendo el suelo con presencia de talpetate el
que posee la menor cantidad de fosfato y los mollisoles secos los que
poseen la mayor cantidad.
4. No existe dependencia entre el potencial de hidrgeno del jugo de caay la concentracin de fosfato en el mismo.
5. La variedad CP88-1165 posee la mayor concentracin de fosfato,
respecto a las dems variedades, aunque el tipo de suelo y estrato
altitudinal varen.
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RECOMENDACIONES
1. Utilizar un floculante de mayor peso molecular al ingresar la variedad
CP88-1165, ya que esta posee ms de 600 partes por milln de fosfato
y por lo tanto los flculos formados en la clarificacin no sedimentarn
por ser muy livianos.
2. Realizar un programa del porcentaje de cada variedad que ser molida
cada da, para decidir que floculante usar y que la concentracin de
fosfato no afecte en el proceso de clarificacin del jugo de caa de
azcar.
3. Utilizar cido fosfrico en la clarificacin al obtener una concentracin
de fosfato en jugo menor a 300 partes por milln.
4. Al realizar una nueva plantacin de caa utilizar variedades de
concentracin ptima de fosfato, tales como la CP72-2086 y CP73-
1547.
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BIBLIOGRAFA
1. BOUL, S.V. et al. Gnesis y clasificacin de suelos. USA: The IOWA
State University Press. Amex, 1980. 406 p.
2. BRUNATTI, Carlos; MARTN, Ana Mara. Introduccin a la
espectroscopia de absorcin molecular ultravioleta, visible e
infrarrojo cercano. [en lnea] [ref. 28 de agosto de 2013] Disponible
en Web: http://materias.fi.uba.ar/
3. BUENAVENTURA, C. N. et al. Manual de laboratorio para la industria
azucarera. Colombia: Tecnicaa, 1989. 227 p.
4. CENGICAA. El cultivo de la caa de azcar en Guatemala.
Guatemala: Artemis Edinter, 2012. 512 p.
5. __________. Censo variedades Guatemala. [en lnea] [ref. 28 de agosto
de 2013] Disponible en Web: http://www.cengicaa.org
6. Consejo editorial QUIMICAWEB. Fsforo. [en lnea] [ref. 29 de agosto
de 2013] Disponible en Web: http://www.quimicaweb.net/
7. DILAB. Colormetro DR 890 HAC-48470-00. Guatemala: Distribuidora
de Laboratorio y Equipo Institucional, S.A., 2013. 5 p.
8. FERNANDES, Antonio. Clculos na agroindstria da cana-de-acar.
3a ed. Brasil: STAB, 2011. 416 p.
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9. LARRAHONDO, Jess Elicer. Composicin y caractersticas qumicas
de la caa de azcar. Colombia: Universidad del Valle, 2012. 110
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10. MILLER, James; MILLER, Jane. Estadstica y quimiometra para
qumica analtica. 4a ed. Espaa: Prentice Hall, 2002. 278 p.
11. PORTA, Antonio. Fabricacin del azcar. Espaa: Salvat, 1955. 809 p.
12. REIN, Peter. Ingeniera de la caa de azcar. Alemania: Bartens, 2012.880 p.
13. SPENCER, Guilfor; MEADE, George. Manual del azcar de caa. 9a
ed. Espaa: Montaner y Simn, 1967. 940 p.
14. VAN DER POEL, P. W.; SCHIWECK, H; SCHWARTZ, T. Sugar
technology, beet and cane sugar manufacture. Alemania: Bartens,
1998. 1119 p.
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APNDICES
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Apndice 1. Tabla de requisitos acadmicos
Fuente: elaboracin propia.
Ingeniera
Qumica
Area de
QumicaQumica 4 Soluciones y
Concentraciones
Area de
Especializacin
Ingeniera del
Azcar
Procedimientos de
Laboratorio
Proceso del Azcar
Area de
Fisicoqumica
Laboratorio de
Fisicoqumica 2
Espectrofotometra
Colorimetria
Area de Ciencias
Bsicas y
Complementarias
Estadstica 1Anlisis Estadstico
Medidas de
tendencia central
Seminario de
investigacin de EPS
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Apndice 2. rbol de problema
Fuente: elaboracin propia.
No se conoce la concentracin de fosfato en el jugo de caa en variedades
de Guatemala, se desconoce si esta concentracin es suficiente para la
realizacin de la clarificacin.
Falta de recurso
humano capacitado
para investigacin y
reactivos
Cuantificacin de fosfato mediante
colorimetra en variedades de caa
Uso controlado de cido fosfrico en la clarificacin
Optimizacin de recursos Poca acidificacin del jugo
Validacin y uso de un mtodo
establecido por un ente internacional
Poca disponibilidad
de tiempo en zafra
por alta produccin
de azcar
Falta de inters de
los ingenios de
realizar investigacin
de su materia prima
Falta de un mtodo
de determinacin de
fosfatos validado
para jugo de caa
Falta de presupuesto
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Apndice 3. Procedimiento de validacin del mtodo PhosVer 3 en
jugo de caa para el Ingenio Trinidad, utilizando un
colormetro HACH:
Tomar una muestra de 400 mililitros de jugo de caa de azcar.
Diluir la muestra segn el procedimiento de determinacin de fosfato
PhosVer 3 con un colormetro HACH, descrito en la seccin de anexos,
8.1.2, y utilizar dicho mtodo para el anlisis de fosfato en el jugo de
precosecha.
Si la concentracin de fosfato obtenida en el jugo, ya diluido en el paso
anterior, excede 1 parte por milln, realizar otra dilucin hasta obtener
esta concentracin, si es menor a 1 parte por milln, tomar otra muestra
de jugo y diluir menos.
Realizar cinco soluciones de fosfato de 0,5 partes por milln y tomar 5mililitros.
Agregar a un Becker de 50 mililitros los 5 mililitros de la solucin de
sulfato y 5 mililitros del jugo de 1 parte por milln de fosfato y agitar.
Agregar los 10 mililitros de solucin a la celda del colormetro y realizar el
anlisis de fosfato.
El resultado obtenido debe corresponder a la suma del contenido de
fosfato en el jugo y el contenido de fosfato en la solucin de fosfato, en
los 10 mililitros utilizados; segn el apndice 4.
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Realizar este procedimiento 10 veces con diferentes muestras del mismo
jugo, siempre a 1 parte por milln, y con la misma concentracin de la
solucin de fosfato.
Realizar el mismo procedimiento con una solucin de fosfato de 1 parte
por milln, 1,5 partes por milln, 2 partes por milln, 2,5 partes por milln
y 3 partes por milln.
Apndice 4. Concentracin que corresponde segn concentracin de
fosfato utilizada
Concentracin de
fosfato en el jugo
Tomando 5 mililitros
del jugo ya diluido
Concentracin de la
solucin de fosfato
Tomando 5 mililitros
de solucin
Concentracin de fosfato final,
que debe indicar el colormetro
En los 10 mililitros totales
(jugo+solucin de fosfato
1 ppm 0,5 ppm 0,75 ppm
1 ppm 1 ppm 1 ppm1 ppm 1,5 ppm 1,25 ppm
1 ppm 2 ppm 1,5 ppm
1 ppm 2,5 ppm 1,75 ppm
1 ppm 3 ppm 2 ppm
Fuente: elaboracin propia.
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ANEXOS
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Anexo 1. Muestreo y preparacin de la caa, mtodo adoptado por el
sistema de pago en la calidad de la caa de azcar en Brasil
(Concecana-SP, 2006)
Fuente: FERNANDES, Antonio. Clculos na agroindstria da cana-de-acar. p. 110.
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Anexo 2. Anlisis
Se utiliz el mtodo PhosVer 3 de cido ascrbico. Este mtodo se aplica a
la determinacin de fsforo inorgnico u ortofosfatos.
En las soluciones cidas, el molibdato y amonio reaccionan con el ortofosfato
para formar cido molibdofosfrico. A partir de este cido, mediante cido
ascrbico, se forma un complejo.
El complejo es conocido como azul de molibdato, de color azul intenso,cuya estructura se desconoce; la frmula ms cercana que se ha obtenido es:
(MoO2-4MoO3)2H3PO4.
REACCIN:
[Ecuacin 8]
Azul de molibdeno
[Ecuacin 9]
Equipo
o Colormetro
o Celdas
o Pipeta de 5 y 10 mL
o Beaker de 250 mL y de 100 mL
cido ascrbico Coloracin azul
In fosfato amonio molibdato cido molibdofosfrico
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o Papel Whatman No. 91
o Baln de 200 mL
Reactivos
o Agua destilada
o PhosVer 3 Phosphate Powder Pillow
Metodologa
o Filtrar la muestra de jugo con papel filtro Whatman nm. 91, rechazar
los primeros mililitros del filtrado y recolectar 10 mililitros de jugo.
o Trasladar 0,4 mililitros de muestra filtrada a un baln de 200 mililitros,
aforar con agua destilada y agitar vigorosamente.
o Introducir el nmero de programa almacenado para el mtodo cido
ascrbico fsforo reactivo, presionar el cono prgm.
o Presionar 79 enter, el dispositivo mostrar miligramos por litro de
PO4, presionar el icono zero.
o Llenar la celda con 10 mililitros de la muestra de jugo ya diluido.
o Aadir el contenido de una PhosVer 3 Phosphate Powder Pillowpara
10 mililitros de muestra a la celda (la muestra preparada) y agitar por
15 segundos.
o Presionar el cono timer y luego enter. Una reaccin de 2 minutos
empezar, realizar los siguientes dos pasos en este perodo.
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o Llenar otra celda con 10 mililitros de la muestra preparada (el
blanco).
o Colocar el blanco en el soporte de la celda. Cubrir la celda del
blanco con la tapa del instrumento.
o Presionar el cono zero.
o El cursor se mover para la derecha, luego el dispositivo mostrar:
0,00 miligramos por litro de PO4.
o Despus de que el temporizador suene, colocar la muestra
preparada en el soporte de la celda. Cubrir la celda de muestra con
la tapa del instrumento.
o Presionar el cono read. El cursor se mover hacia la derecha, luego
el resultado en miligramos por litro de PO4se mostrar.
o El factor de dilucin es 500, el resultado debe ser multiplicado por
este valor para obtener la concentracin de fosfato real que posee el
jugo.
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Anexo 3. Normas operacionales de determinacin de la calidad de la
caa de azcar (CONECANA-SP)
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