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ProPósitos de formación
Identificar los componentes principales en una zona de recepción de materias primas de una planta extractora
criterios de evaluación:
unidad
1Recepción de materias primas
CAPACIDADES CRITERIOS DE EVALUACIÓN
C.1. Manejar las materias primas requeridas en el proceso productivo con oportunidad de tiempos, cantidades y calidades.
C.1.1 Identifica los componentes de la zona de recepción de frutos frescos de palma africana.
C.1.2 Identifica los componentes de la zona de recepción de caña de azúcar.
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Sesión 1. La palma de aceite
1. Origen de la Palma de Aceite
La palma de aceite es una planta originaria del Golfo de Guinea, en África occidental; de ahí su nombre científico, Elaeis guineensis y su denominación popular: “Palma africana de aceite”.
Debido a su asombrosa versatilidad, la palma africana de aceite comparte con gran variedad de especies, los suelos tropicales en los continentes asiático, africano y americano. La mejor adaptación de la palma de aceite se encuentra en la franja ecuatorial, entre 15 grados de latitud norte y sur, donde las condiciones ambientales son más estables.
Figura 1. Principales países productores de palma de aceite Fuente: FAO, 2008
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En América, donde es más conocida como Elaeis oleífera o nolí, fue introducida por los colonizadores y comerciantes esclavos portugueses, que la usaban como parte de la dieta alimentaria de sus esclavos en el Brasil.
Figura 2. Cultivo de palma de aceite en Colombia Fuente: Fedebiocombustibles
La Palma Africana de aceite fue traída a Colombia, por Florentino Claes en 1932, en un comienzo sembrada con fines ornamentales en la Estación Agrícola de Palmira (Valle del Cauca); su cultivo comercial comenzó en 1945, gracias a medidas gubernamentales tendientes a desarrollar el campo y abastecer al país de aceite de palma local. Con el apoyo del plan Oficial de fomento de las oleaginosas, la palma de aceite se cultivó en la llanura Caribe, el valle medio del río Magdalena, el Piedemonte Llanero y el Occidente Colombiano.
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Figura 3. Principales departamentos colombianos productores de palma de aceite Fuente: Fedepalma
Colombia es el primer productor en Latinoamérica y el quinto en el mundo de aceites de palma y de palmiste. La palmicultura es una de las actividades agrícolas más prometedoras en nuestro país, debido a su aceptación por parte de:
• Agricultores, por su bondad, ya que posee gran cantidad de atributos.• Consumidores por sus efectos benéficos sobre la salud.• La industria por su nobleza y estabilidad para mezclarse con otras materias primas.• El gobierno que la considera ideal para trazar planes de desarrollo, generar empleo y como fuente de
energía alternativa.
La palma de aceite es la oleaginosa (aceitosa), más productiva del planeta: en promedio, una hectárea (10.000 m2) sembrada, produce entre seis y diez veces más aceite que las otras.
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Figura 4. Rendimiento promedio del aceite de palma comparado con otros aceites, en toneladas por hectárea (Ton/Ha) Fuente: Curso en Aula virtual Unab
2. Características y condiciones de cultivo
Es una palmera monoica, es decir, es una especie que tiene sus inflorescencias (Disposición de las flores sobre las ramas o la extremidad del tallo), masculina y femenina separadas, pero en la misma planta, con tronco erecto solitario que puede alcanzar más de 40 m de altura en estado natural. En cultivos industriales para la obtención de aceite su altura se limita a los 10-15 m, con un diámetro de 30-60 cm cubierto de cicatrices de hojas viejas. Después de conocer un poco más sobre el origen de la Palma en Colombia y sus características y condiciones de cultivo, re-afiance lo aprendido dirigiéndose a Recursos Digitales y desarrollando el EJERCICIO INTERACTIVO No 1 “Contextualizando”
• InflorescenciasLas flores se presentan en espigas aglomeradas, que se desarrolla en la axila de la hoja. La inflorescencia puede ser masculina o femenina. La inflorescencia masculina está formada por un eje central, del que salen ramillas o espigas llamadas dedos, cilíndricos y largos, con un total de 500 a 1500 flores con estambres y sin pistilos. Las anteras (parte terminal del estambre) producen abundante polen con un característico olor a anís.
Figura 5. Inflorescencias Fuente: http://www.infoagro.com/
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La inflorescencia femenina es un racimo globoso, de apariencia más maciza que la masculina, sostenido por un pedúnculo (rama que sostiene la flor) fibroso y grueso, en cuyo centro se insertan numerosas ramillas o espigas, cada una con 6 a 12 flores. La flor femenina presenta un ovario esférico, con tres hojas modificadas, cuyas caras vueltas hacia fuera están cubiertas por papilas receptoras del polen.
Figura 6. inflorescencia femenina Fuente: http://www.infoagro.com/• Fruto
De forma ovoide, de 3-6 cm de largo y con un peso de 5-12 g aproximadamente. Están dispuestos en racimos, son de color rojizo y alcanzan hasta los 4 cm de diámetro.
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Presentan una piel (exocarpio) lisa y brillante, una pulpa o tejido fibroso (mesocarpio) que contiene células con aceite, una nuez o semilla (endocarpio) compuesta por un cuesco y una almendra aceitosa o palmiste (endospermo)
El color amarillo naranja del fruto de la palma aceitera, indica la presencia del compuesto beta Caroteno, de origen vegetal, gran componente de la vitamina A. El beta caroteno es también antioxidante y ayuda en el sistema inmunológico del ser humano.
Además de las condiciones de clima y suelo requeridas por la palma de aceite, el logro de la máxima capacidad de producción en la etapa de cultivo depende de la calidad de la semilla empleada, la rigurosa selección de plántulas (semilleros) en el vivero, la preparación del terreno de siembra, el establecimiento de un cultivo de cobertura y la fertilización.
Las palmas establecidas en el campo con fines de explotación económica, requieren de muchos cuidados y protección suficiente para que puedan crecer, desarrollarse y alcanzar la etapa productiva y retributiva con la mayor celeridad posible. Sin embargo, ese buen manejo no es exclusivo de la edad improductiva, la palma demanda a lo largo de toda su vida que se le proteja contra la competencia de otros vegetales por agua, luz y nutrientes, que se le provea de estos en las cantidades y en los momentos adecuados, y que el corte que se haga de hojas y racimos sea cuidadoso para no causarle heridas.
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Por ello, el cultivo de la palma de aceite se caracteriza por el empleo de una fuerza laboral de diferentes niveles de habilidad y una amplia gama de conocimientos. En el campo, quienes atienden las labores, saben que el manejo cuidadoso de los frutos en su cosecha, recolección y transporte, así como su procesamiento oportuno, determinan la calidad del aceite que se obtendrá.
2. Recolección del fruto
La recolección es una de las actividades más importantes en las plantaciones de palma africana aceitera, por lo que el éxito de la misma dependerá de una planificación racional.
Las principales herramientas de corte y formas de mallas para la recolección de los frutos, son las siguientes:
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La producción de racimos, con las variedades disponibles en el mercado, se inicia entre los 30 y 36 meses de plantada en el campo. La recolección en la palma se realiza durante todo el año.
La frecuencia de cosecha, es decir, el intervalo entre cosechas en un mismo lote, está asociada con la edad de la palma, con el material genético utilizado y con las condiciones climáticas de la región. En general, los ciclos oscilan entre 7 y 12 días en palmas jóvenes y entre 9 y 15 días en plantas adultas. En épocas lluviosas, los ciclos son más frecuentes que en épocas secas.
Para determinar la maduración óptima de racimos, es decir, el momento en que la planta logra un mayor contenido de aceite en el racimo y un menor porcentaje de ácidos grasos libres, se utilizan criterios tales como el cambio de coloración de los frutos de violeta a anaranjado y el desprendimiento de aproximadamente dos frutos por cada kilogramo de racimo.
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Sesión 2. Planta de extracción de aceite de palma
1. Proceso básico de extracción de aceite de palma
Todo proceso de extracción de aceite de palma africana necesita de materias primas, que cumplan con ciertos requisitos, con el objeto de obtener rendimientos y productos acordes con los intereses de la empresa. Para resaltar la importancia del subproceso de recepción de materia prima, se presenta el diagrama de flujo de una planta industrial. En la siguiente figura se observa el proceso de obtención de aceite de palma.
Figura 7. Proceso de extracción de aceite de palma Fuente: http://www.aceitesa.com
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• Aspectosgeneralesdelprocesodeextraccióndeaceitedepalma
Los RFF pesados son descargados de los camiones en vagones de tren y llevados al área de esterilización. La esterilización es llevada a cabo con vapor a baja presión por cerca de 90 minutos. Los frutos se separaran de los racimos mediante un proceso mecánico. La tusa es transportada en bandas transportadoras hacia los camiones y luego son llevadas de nuevo al campo para compostaje. La digestión es el proceso en el cual se libera el aceite del fruto a través de la ruptura de las células contenedoras de aceite. El digestor comúnmente empleado consiste en un envase cilíndrico calentado con vapor al cual se le ajusta un agitador. Mediante la acción del agitador se golpean los frutos. El aceite se clarifica a través de una separación gravimétrica seguido por un proceso de reducción de humedad mediante el calentamiento en sistemas de tanques o por secado atmosférico o en vacío.
Se separa la mezcla compuesta de fibras y nueces. Se quiebran las cáscaras de las nueces y se remueve el palmiste que pasa a través de un silo de secado a un filtro prensa. El aceite de palmiste se vende y la torta de palmiste se usa como forraje. La fibra y la cáscara son recogidas y se emplean como combustible en la caldera
• Aspectos generales del proceso de recepción de fruto de palma dentro del procesogeneral de extracción de aceite
En la siguiente figura se presenta el diagrama de flujo de toda la línea de recepción de materia prima de Palmas Bucarelia. El fruto es descargado en una tolva de alimentación por simple acción de volteo de la volqueta. La tolva de capacidad de 50 toneladas, está constituida por platinas inclinadas con refuerzos de ángulos que descargan el peso sobre parales que trabajan como columnas, además posee un sistema hidráulico a lo largo de cinco compuertas que liberan el fruto, para dejarlo caer sobre vagonetas de transporte, que han sido ubicadas justo debajo de las compuertas por acción manual de los operarios. Las vagonetas de 1,4 toneladas de capacidad se desplazan sobre rieles, por la acción de un malacate y un lazo; el malacate está compuesto por un motoreductor conectado a dos cilindros con superficies cóncavas y rizadas para crear un mayor arrastre, al que se envuelve el lazo que ha sido conectado a las vagonetas con un gancho, permitiendo que se haga tracción sobre la carga de cerca de nueve vagonetas que son llevadas hasta los autoclaves, donde se inicia el proceso de esterilización.
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Figura 8. Proceso de extracción de aceite en el ciclo del biodiésel Fuente: http://www.ecointeligencia.com
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Sesión 3. Recepción de fruto de palma
Los transportes provenientes de la plantación, cargadas con los racimos de fruto fresco (RFF) de palma africana, ingresan a la planta, a la zona de recepción de la materia prima.
Para transportar los RFF se utilizan diferentes clases de vehículos como camiones, volquetas y tractores.
En la planta extractora se encuentra una báscula electrónica y mediante un software se determina la cantidad de fruto incorporado al proceso.
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En algunas plantas se verifica esta cantidad con una báscula mecánica. Dependiendo de la empresa existen controles para evaluar la calidad del fruto.
En algunos casos los frutos traen sólidos, como arena, tierra y piedras, elementos que pueden ocasionar daños a los equipos de extracción de aceite. Se recomienda que existan estos controles para mejorar el proceso.
Una vez los vehículos son pesados y verificada la cantidad de materia prima, se procede al descargue y calificación de los RFF.
Figura 9. Plataforma de recepción inclinada, CI TequendamaLos RFF y el fruto suelto son descargados en los patios o zona de descargue, si no existe plataforma
Dependiendo del tamaño y automatización de la planta, los camiones o vehículos suben a unas plataformas donde son descargados en tolvas o recipientes metálicos con una salida por el fondo o por un lado de acuerdo al sistema de almacenamiento de cada empresa.
Figura 10 Descargue de RFF en una tolva inclinada
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Las tolvas alimentan las vagonetas o góndolas que luego se introducen en autoclaves (o esterilizadores), donde los racimos se cocinan a presión por vapor generado por una caldera.
Figura 11. Sistema de tolva, vagonetas y esterilizadores
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Sesión 4. Caña de azúcar
1. Origen de la caña de azúcar
La caña de azúcar es originaria de Nueva Guinea, desde donde se fue extendiendo al continente asiático y otros países tropicales y subtropicales. Su nombre científico es Saccharum officinarum.
Cristóbal Colón introdujo la caña de azúcar en América, en su segundo viaje, particularmente en Santo Domingo, dichos cultivos sólo prosperaron después de muchos intentos, casi 11 años más tarde, y desde Santo Domingo fue llevada hacia el Caribe y América del Sur.
A continuación se relacionan los principales países productores de caña de azúcar en el mundo.
Tabla 1. principales 12 productores de caña de azúcar en el mundo Fuente: Faostat, 2011 Fuente: Faostat, 2011
Ton Participación1 Brazil 734.006.000 41%2 India 342.382.000 19%3 China 115.123.560 6%4 Thailand 95.950.400 5%5 Pakistan 55.308.500 3%6 Mexico 49.735.300 3%7 Philippines 34.000.000 2%8 Estados Unidos 26.655.800 1%9 Australia 25.181.800 1%10 Argentina 25.000.000 1%11 Indonesia 24.000.000 1%12 Colombia 22.727.800 1%
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Ra Figura11. principales 12 productores de caña de azúcar en el mundo Fuente: Faostat, 2011
El inicio de la Caña de Azúcar en Colombia data de 1538, año en el que se introdujo al país a través del puerto de Cartagena y, posteriormente, en 1540 por Buenaventura, plantándose directamente en el Valle del Río Cauca y municipios aledaños a la capital Valle Caucana en los que operaron importantes trapiches paneleros
La industria azucarera colombiana está ubicada en el valle geográfico del río Cauca, entre tres y cinco grados de latitud norte, en los departamentos de Caldas, Cauca, Risaralda y Valle del Cauca. El valle es angosto (entre 76°22’ y 75°31’ de longitud oeste) y posee 430 mil hectáreas planas con una altura sobre el nivel del mar que no supera los mil metros en promedio.
El cultivo de la caña de azúcar ocupa cerca de 200 mil hectáreas que abastecen trece ingenios azucareros con una capacidad instalada de molienda de 76 mil toneladas de caña por día. Estos ingenios procesan caña durante 330 días al año, en promedio.
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Figura12. Región Azucarera de Colombia Fuente: Cenicaña
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2. Características y condiciones del cultivo
Pertenece a la familia de las gramíneas, género Saccharum. Las variedades cultivadas son híbridos de la especie officinarum y otras afines (spontaneum). Es un cultivo plurianual. Se corta cada 12 meses, y la plantación dura aproximadamente 5 años. Tiene un tallo macizo de 2 a 5 metros de altura con 5 ó 6 cm de diámetro.
El sistema radicular (conjunto de raíces que sujetan la planta al sustrato o tierra), lo compone un robusto rizoma subterráneo; puede propagarse por estos rizomas y por trozos de tallo.
La caña tiene una riqueza de sacarosa del 14% aproximadamente, aunque varía a lo largo de toda la recolección.
Figura 13. Sistema radicular de la caña de azúcar Fuente: www.imageshack.us
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Hay cientos de variedades en todo el mundo. NOC-310, B42-231, B43-62, VCW54-40, PRIO-13 y la Pindar. Estas variedades se consideran la más importantes.
Clima y suelo
La temperatura, la luz y la humedad son los principales factores del clima que controlan el desarrollo de la caña. La caña es una planta tropical y se desarrolla mejor en lugares calientes y soleados.
El suelo debe ser barbechado (arado), a la profundidad deseada, rompiendo las capas impermeables que están cerca de la superficie con labores de subsuelo. Se requiere un suelo húmedo y fino alrededor de la semilla para una germinación rápida.
Siembra
La caña de azúcar se propaga por trozos de tallo con una o más yemas. Los trozos varían de longitud. Los trozos de la punta de la porción madura de los tallos germinan más pronto.
Figura 14. Siembra de caña de azúcar Germinación
El ambiente en que se coloca la semilla es extremadamente importante para la germinación. Los factores que deben ser considerados son:
» La temperatura » Humedad
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» Tratamiento de la semilla » Condiciones físicas del suelo
Nutrición
Las plantas de caña están en buenas condiciones cuando tienen hojas grandes, de color verde oscuro, entrenudos largos y de buen diámetro, además de un sistema radicular sano y bien desarrollado. El mal crecimiento de la caña puede ser debido a deficiencias de uno o más de los nutrientes esenciales o a toxicidades. Los nutrientes necesarios son: nitrógeno, fósforo y potasio.
Fertilización
Los fertilizantes se aplican generalmente cuando existen deficiencias en el suelo. Generalmente al aplicar cantidades adicionales de fertilizantes, aumenta el nivel de los nutrientes en los diferentes tejidos de la planta. Cuando se aplica un exceso de fertilizantes, los niveles de los tejidos que almacenan los nutrientes muestran mayores cambios en la composición.
Riego
El agua que cae en forma de lluvia o que se aplica como riego, se infiltra en el suelo y el exceso se mueve lateralmente sobre la superficie. La distribución depende de la cantidad e intensidad de agua aplicada y de la pendiente y características de infiltración de la superficie del suelo. Los riegos se pueden hacer por los siguientes métodos:
» Por inundación: ha sido usado por siglos en el riego de la caña. » Por surcos: es el sistema que más se usa para la caña. Es adaptable a una amplia variedad de
pendientes. » Por infiltración subterránea » Por aspersión: se ha generalizado rápidamente en los últimos años. Este tipo de riego se prefiere
cuando los suelos son muy porosos para una buena distribución de agua rodada, los suelos son muy delgados para permitir la nivelación adecuada, la tierra tiene fuertes pendientes y se erosiona con facilidad.
3. Cosecha
La cosecha de la caña de azúcar es realizada por diferentes métodos o sistemas, el uso de uno o varios sistemas de cosecha en una región va a depender de una serie de factores como la topografía y condiciones del terreno, características climáticas, nivel tecnológico, disponibilidad económica y contexto social entre otros.
Inicialmente a nivel mundial la caña de azúcar se cortaba a mano, limpiando cuidadosamente las cañas, las puntas o cogollos eran atados en manojos para su uso como forraje y los tallos de caña eran cargados a mano para ser transportados a la fábrica. Conforme avanza la expansión del cultivo y el desarrollo tecnológico, se
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cambió primero al alce mecanizado y más tarde al corte y alce mecanizado con cosechadoras combinadas de caña de azúcar. Este avance tecnológico ocasionó un aumento de la materia extraña a nivel de las fábricas, lo que causó problemas en la extracción de la sacarosa, por lo que se adoptó como práctica rutinaria la quema de los campos de caña antes de su cosecha.
• Quema
Esta práctica está relacionada más directamente con el sistema de corte manual y consiste en quemar previamente las hojas de la caña (quema de caña en pie). Son quemas de manera controlada, con los respectivos permisos de las entidades de control ambiental y siguiendo los protocolos establecidos, lo anterior, con el fin de evitar grandes impactos ambientales, accidentes en el corte y mejorar eficiencia en el corte, alce y transporte de la caña, evitando el envío de material extraño a la fábrica.
• CortedeCaña
El corte se puede realizar manual o mecanizado.
Corte manual
El corte manual es una labor dispendiosa que todavía se realiza en Colombia por la gran disponibilidad de mano de obra. Como ventajas de esta metodología de corte tenemos:
» Permite cortar los tallos a ras de suelo. » Descogolle entre hojas verdes y maduras. » Permite hacer una selección inicial de tallos secos y podridos y de las malezas. » Colocación ordenada de los tallos en el suelo, para el alce mecánico.
Figura 15. Corte manual de caña de azúcar Fuente: El Espectador
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Un frente de corte está formado por las siguientes personas:
» Brechero: Es quien delimita el área de trabajo de cada cortero. » Cortero: Es quien corta la caña. » Monitor: Es quien enseña al cortero como hacer el corte en forma segura y eficiente. » Cabo-corte: Es el encargado de la asistencia y disciplina en el frente de corte. » Auxiliar de corte: Es el encargado de vigilar varios frentes de corte.
Se considera que este sistema de corte genera más de 13000 empleos directos, equivalentes al 35% del empleo total de la industria azucarera.
Corte meCanizado.
Consiste en realizar esta actividad con cosechadoras de uno o dos surcos que cortan, descogollan, separan las hojas y dejan los tallos en forma perpendicular al surco para el alce en forma mecánica o también con máquinas que cortan, trozan, limpian y alzan la caña directamente al equipo de transporte.
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Ventajas del sistema Desventaja• En caña sin quemar se reduce el tiempo entre el
corte y el arribo de la misma al ingenio.
• Se minimizan las pérdidas de sacarosa ya que la caña no se degrada tan rápidamente.
• En caña quemada, se reduce también el tiempo entre la quema y el arribo de la caña al ingenio.
• En el corte manual es necesario esperar que termine el corte del campo asignado de la caña para iniciar la carga y transporte de la misma.
• La cosecha mecanizada permite cosechar las 24 horas del día.
• Menor costo por tonelada cosechada.
• Protege el medio ambiente
• Presenta un alto contenido de materia extraña.
• No se puede utilizar en áreas rocosas o con pendientes pronunciadas.
• Requiere crecimiento erecto y fácil deshoje
alCe
La caña cortada manualmente o mecánicamente, se carga en jaulas o vagones transportadores utilizando alzadoras mecánicas. Entre menor sea el tiempo que transcurre entre quema, corte y llegada a la fábrica, se logra mayor eficiencia en el proceso. Lo ideal es que este tiempo no sea mayor de 36 horas para evitar pérdidas de sacarosa en la planta.
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4. Transporte
Las cañas a moler son transportadas del área de corte hacia el ingenio, por diversos medios: remolques, camiones, vagones de ferrocarril, etc., los cuales se utilizan de acuerdo a la ubicación, distancia y tipo de carretera nacional o particular que se transite.
A continuación se presentan figuras de diferentes medios de transporte de la caña hasta el ingenio.
Figura 16. Transporte de caña con remolque-Contenedor para transporte de caña
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Sesión 5. Planta productora de Bioetanol a apartir de caña
1. Proceso básico de producción de bioetanol a partir de la caña de azúcar
Antes de revisar los aspectos relacionados con la recepción de materia prima en importante conocer de manera general el proceso de obtención de etanol (bioetanol) a partir de la caña de azúcar.
El primer paso para la obtención del etanol es la fermentación que es un proceso donde los azucares contenidos en los jugos y las mieles de los cultivos se transforman en alcohol con la ayuda de levaduras. Después el alcohol fermentado pasa a una columna de destilación, donde a través de un proceso de evaporación se separan los compuestos, obteniéndose el alcohol más puro y la vinaza. La etapa final es la deshidratación, donde se retira el agua del alcohol y se obtiene el alcohol carburante o el alcohol anhidro (bioetanol) que significa alcohol sin agua.
El etanol se lleva por carro tanque a unas plantas de almacenamiento donde mezclan la gasolina y el alcohol carburante en un 10%. Posteriormente, la mezcla gasolina-etanol se transporta nuevamente por carrotanque a las estaciones de servicio, donde el combustible es vendido al público en general. 1
Figura 17. Proceso Bioetanol de Caña Bioetanol de Caña, FAO y CEPAL
1 Fedebiocombustibles
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Figura 18.Ingenio Manuelita: Azúcar y Bioetanol Colombia Fuente: http://www.manuelita.com/index.php?p=manuelitaazucarybioetanolcolombia&
Figura 18. Ciclo del Bioetanol en un Ingenio Azucarera Fuente: Fedebiocombustibles
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Sesión 6. Recepción de caña de azúcar
• Recepción
El pesaje forma parte de la recepción de la caña a la planta. Este se realiza en básculas que se encuentran al ingreso del ingenio.
Figura 19. Transporte de caña ingresando a zona de pesaje
Además, en esta parte de la recepción se determina la calidad de la materia prima (contenido de sacarosa, sólidos, fibra y cantidad de materia extraña) tomando muestras que se analizan continuamente en el laboratorio.
En la mayoría de los casos, la caña se pesa con básculas electrónicas y se conduce a los patios, donde empleando un sistema de grúas, se almacena en vagones o canastas y luego se dispone directamente en las mesas lavadoras.
Figura 20. Esquema de recepción de materia prima en Ingenio Manuelita Fuente: http://www.manuelita.com
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• Descargue
La caña se descarga en patios de almacenamiento a través de diferentes medios: Sistema de Grúa Cañera y Plataformas de Descarga.
• Lavado
De los patios de almacenamiento, la caña es llevada a las mesas alimentadoras de caña, que son unos conductores anchos y relativamente cortos, movidos por moto-reductores independientes y de velocidad variable. Las mesas alimentadoras constan de dos partes:
» Una horizontal, por donde ingresa la caña. » La otra inclinada con ángulos entre los 25 y 45 grados de inclinación, por donde se transporta la
caña hacia los aspersores, que realizan el proceso de lavado, con el fin de eliminar la arena y la tierra proveniente del campo.
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Sesión 7. Remolacha azucarera
Otro cultivo que es utilizado para producir azúcar y etanol es el de remolacha, por ser un tubérculo con alto contenido de sacarosa. El proceso para su extracción es similar al de la caña de azúcar, particularmente la zona de recepción de materias primas. En Colombia no existen plantas procesadoras de remolacha porque las condiciones climáticas y geográficas no favorecen su cultivo, como si sucede con la caña en el valle del rio Cauca y con los tubérculos, como la yuca, en la costa Norte.
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Sesión 8. Planta productora de bioetanol a partir de remolacha azucarera
La producción de etanol a partir de remolacha se hace a partir de la extracción del azúcar, después de obtenerla en solución se realiza la fermentación en las mismas condiciones que en el proceso de la caña de azucarera.
En el siguiente esquema se presenta el diagrama básico de los procesos de una planta productora de bioetanol a partir de la remolacha.
Figura 21. Esquema básico de producción de bioetanol de remolacha
Aspectos Generales del proceso
Las remolachas son obtenidas de cultivos cercanos a la planta de producción, en estos cultivos las personas encargadas de una recolección manual se encargan de arrancar, deshojar y descoronar las remolachas además de su embarque en camiones que transportan la materia prima hasta la planta. Una vez las remolachas llegan a la planta son pesadas y almacenadas en una bodega para luego comenzar su transformación. El almacenado del tubérculo no puede exceder más de un día debido a que pierden agua y disminuye su concentración de azucares, así solo se almacena la cantidad adecuada y requerida para el proceso. Del almacén de materia prima, las remolachas son cargadas a una banda trasportadora que las lleva hasta el tanque de lavado, aquí ingresan y se ponen en contacto con una corriente de agua tibia (30 oC) que remueve cualquier suciedad presente tal como hojas, tierra y otros.
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Luego se retiran del tanque de lavado y por otro sistema de bandas transportadoras son llevados hasta una báscula para su pesado, una vez obtenida la cantidad requerida para el proceso, siguen su camino por las bandas hasta llegar a un molino de cuchillas que reduce su tamaño a trozos entre 2.5 y 5 cm. Los trozos por gravedad caen a un tanque, en este se realizara el proceso de extracción por difusión, la remolacha entra en contacto con agua a una temperatura entre 70 y 75 o C donde se extrae entre 97.5 % y 98 % de los azucares presentes.
Una vez se remueven los sólidos presentes, se realiza una hidrolisis acida que permite invertir los azucares del jugo y prepáralos para la fermentación, esta hidrólisis se realiza utilizando ácido fosfórico (H3PO4) diluido. El liquido pasa aun evaporador para aumentar su concentración de azucares, es decir elevar de 7 a 14 grados brix los azucares del extracto, removiendo el exceso de agua ganado en todo el proceso. El jugo es bombeado por una tubería hasta el fermentador, allí se le adiciona el cultivo microbiano para la fermentación. Una vez terminado el proceso de fermentación, el mosto obtenido pasa a una centrifuga, donde se separan los residuos sólidos generado en la fermentación y purificar el mosto.
La destilación se lleva a cabo en dos columnas, en la primera se remueven los componentes más pesados y el etanol producido tiene una porcentaje en volumen de aproximadamente 70%. En la segunda columna se remueve agua y otros componentes que permiten elevar el contenido de etanol a un 95-96 %. Como el producto terminado tiene que ser libre de agua, para ser utilizado como combustible, es necesario un nuevo proceso de separación. Esta vez el fluido es llevado a un sistema de adsorción por medio que tamices moleculares que retienen la humedad del etanol y finalmente obtenemos un producto puro con más del 99% en volumen de etanol.
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Sesión 9. Reepción de remolacha azucarera
Las remolachas son obtenidas de cultivos cercanos a la planta de producción, en estos cultivos las personas encargadas de una recolección manual se encargan de arrancar, deshojar y descoronar las remolachas además de su embarque en camiones que transportan la materia prima hasta la planta.
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Sesión 10. Almidones
El alcohol etílico o etanol (bioetanol) también se puede producir de cultivos alimenticios como el maíz, sorgo, papa, yuca, etc. que posean un alto contenido de almidón.
1. Generalidades sobre los almidones2
1El almidón es un producto de reserva alimenticia predominante en las plantas. El almidón es sintetizado y almacenado en plastidios, ya sea de manera temporal en cloroplastos o a largo plazo en amiloplastos densamente ubicados en órganos de almacenamiento como raíces o semillas.
Químicamente el almidón es un polisacárido que resulta de la polimerización de moléculas de glucosa (Ball y Morell, 2003). El almidón se obtiene exclusivamente de los vegetales que lo sintetizan a partir del dióxido de carbono que toman de la atmósfera y del agua que toman del suelo. Durante este proceso la energía solar se transforma y se almacena en forma de glucosa (Martin y Smith, 1995).
El almidón está formado por dos tipos de polisacáridos muy similares, la amilosa y la amilopectina. En casos como el de los cereales, el almidón puede contener componentes menores tales como lípidos. La composición de amilosa y amilopectina es el factor principal que le confiere las propiedades funcionales al almidón. Estos polímeros de glucosa se encuentran en proporciones diferentes dependiendo de la fuente de obtención del almidón y de diversas variables ambientales (Kossmann y Lloyd, 2000).
Los almidones comerciales se obtienen de las semillas de cereales, particularmente de maíz, trigo, arroz, y de algunas raíces y tubérculos, particularmente de yuca, papa y batata.
En Colombia existen en la zona de la costa norte, industrias productoras de etanol anhidro biocombustible a partir del procesamiento de la yuca, aprovechando las condiciones climáticas y de suelo de esta región.
2 Cortés Sierra, Simón. Artículo: Biocombustibles y biotecnología: la yuca (manihot esculenta) como modelo de investigación. Universidad Nacional
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Figura 24. Almidones, jugos y celulosas para producción de bioetanol Fuente: Conferencia: Experiencias en la Producción de Bioetanol a partir de Yuca, Consorcio Latinoamericano y del Caribe de Apoyo a la Investigación y al Desarrollo de la Yuca,
2009
2. El cultivo de la Yuca
La yuca (Manihot esculenta Crantz) es una dicotiledónea perteneciente a las Euphorbiaceas, con su centro de domesticación ubicado a lo largo del borde sur del Río Amazonas (Olsen y Schaal, 1999). La yuca es considerada como un cultivo de subsistencia, debido a su alta capacidad de adaptación a suelos ácidos e infértiles, a su relativa resistencia a malezas y plagas y a su habilidad para resistir largos períodos de sequía. Crece en áreas en donde la precipitación anual es mayor de 500 mm y la temperatura es superior a 20° C, sin embargo algunas variedades crecen a los 2000 m de altura o áreas subtropicales, con temperatura promedio de 16° C (Ekanayake et ál., 1997).
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La yuca ha sido tradicionalmente considerada como un alimento básico, con calidad nutricional moderada, en especial la raíz tuberosa resalta principalmente como fuente de almidón, pues cerca del 90% de su peso seco lo constituyen carbohidratos (El-Sharkawy, 2004; Ospina et ál., 2002).
La yuca es un alto productor de almidón con niveles que oscilan entre 73,7 y 84,9% de su peso seco total en raíces (Tonukari, 2004). El almidón de yuca presenta características interesantes en comparación con el almidón de otras especies vegetales como el maíz, la papa o el arroz. Esto hace que su utilización sea apropiada para ciertas industrias. Las cantidades de proteínas y de materia grasa en el almidón de yuca son más bajas que las del almidón de maíz o arroz, lo que le da características especiales de sabor y solubilidad (Ihemere, 2003). Los gránulos del almidón de yuca son más pequeños que los del almidón de papa y son más resistentes a los procesos que implican altas temperaturas como la esterilización y fragmentación.
El almidón de la yuca presenta además una mayor viscosidad después de calentamiento, lo que es de gran utilidad para la obtención de productos alimenticios y culinarios. El almidón de la yuca posee una excelente claridad lo que lo hace ideal para el desarrollo de geles transparentes. De igual manera su resistencia al congelamiento tiene aplicaciones importantes en otro tipo de industrias. El almidón de yuca es también utilizado en la fabricación de papel, como lubricante en la perforación de pozos petroleros, en la industria textil y en la producción de dextrinas para la elaboración de pegantes (Baguma, 2004).
En la actualidad el almidón de yuca ha cobrado un renovado interés industrial, particularmente en el sector de biocombustibles, por cuanto a partir de la degradación del almidón y la fermentación de los azúcares que lo forman se puede producir bioetanol.
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3. El potencial de la yuca en Colombia para producción de bioetanol
Colombia es el tercer productor de yuca en América, después de Brasil y Paraguay, con una producción de 2 millones de toneladas al año. En el 2008 el área total cultivada en Colombia fue de 182.465 hectáreas, con una producción total de 1.994.741 toneladas y un rendimiento promedio de 10.9 toneladas por hectárea.
De acuerdo con los investigadores, los rendimientos obtenidos en Urabá compiten con estándares internacionales. Sin embargo, el Consorcio Latinoamericano y del Caribe de Apoyo a la Investigación y al Desarrollo de la Yuca ―Clayuca―, viene desarrollando nuevas variedades de alto rendimiento y evaluando su producción en diferentes regiones de Colombia, alcanzando los mejores rendimientos con las variedades CM9460-9, SM3134-5 y SM1433-4 ―con 49.3, 55.4 y 84 toneladas por hectárea, respectivamente.
En la India y Tailandia se alcanzan rendimientos de 25 toneladas por hectárea. Cada hectárea estaría en capacidad de producir 5 mil litros de alcohol carburante, una cifra comparativamente alta frente a otras fuentes de biomasa.
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Sesión 11. Planta productora de bioetanol a partir de almidones
Para el caso Colombia, revisaremos una planta productora de bioetanol a partir de yuca amarga.
El almidón líquido de la yuca puede ser fermentado mediante la utilización de levaduras en combinación con cultivos bacterianos. Se estima que a través de este proceso se puede llegar a obtener hasta 280 litros de etanol al 96%, a partir de una tonelada de yuca con un 30% de almidón (FAO, 2006).
Las ventajas comparativas del empleo del almidón de yuca para la producción de bioetanol son diversas. La yuca tiene una alta tasa de asimilación de carbono fotosintético, igualmente posee una alta temperatura óptima para la fotosíntesis (45 oC). Se ha reportado que la yuca presenta una de las mayores tasas de asimilación de CO2 a sacarosa dentro de los vegetales (Angelov et ál., 1993; Edwards et ál., 1990). La siguiente figura muestra un esquema detallado de los procesos de producción de Bioetanol a partir de yuca.
Figura 25. Proceso de producción de Bioetanol a partir de yuca Fuente: Conferencia: Experiencias en la Producción de Bioetanol a partir de Yuca, Consorcio Latinoamericano y del Caribe de Apoyo a la Investigación y al Desarrollo de la Yuca,
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Sesión 12. Recepción de yuca
En el proceso de producción de etanol a partir de yuca, la zona de recepción materias primas es muy similar al proceso de la remolacha. La materia prima se pesa, descarga en zonas de almacenamiento y posteriormente pasa por un sistema de lavado para quitarle impurezas. A continuación se muestras algunas figuras que ilustran el proceso de recepción de yuca en el complejo agroindustrial de Cantaclaro del grupo GPC en Puerto López, Meta.
Figura 26. Zona de descargue de yuca Figura 27. Bandas trasportadoras de yuca
Figura 28. Zona de lavado de yucas
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Aspectos Cultivo palma de aceite
Cultivo de caña de azúcar
Cultivo de Remolacha
Cultivo de yuca
Nombre técnico
EnfermedadesFertilización
Riego
Características del producto que secosecha
Aspectos importantes de su cosecha
Formas de siembra
Tiempo entre la siembra y la primercosecha
Clima y suelo
Nombres que recibe en diferentespaíses
Variedades