CURSO BASICO DE PROCESO INDUSTRIA AZUCARERA.pdf

1Jaime Peñaranda D. Ingeniero Químico Asesoría de Ingenios Azucareros. Curso básico del proceso de producción de Azúcar Blanco Directo y/o Crudo. Este curso de proceso de fabricación de Azúcar sea Blanco Especial o Crudo está enfocado principalmente a suministrar información básica a la personas que tienen un manejo gerencial, administrativo o técnico, en los Ingenios de Caña de Azúcar. Pretende señalar los aspectos de manejo tanto operativo como de proceso, sin entrar en detalles especializados sobre el tema. Se presentan los temas que afectan la calidad del producto final, medida en términos de Color y de Turbiedad y los aspectos que sirven para definir las eficiencias, tanto en términos globales como las que miden el desempeño de procesos y operaciones fabriles especificas. Se muestran las pérdidas individuales en Bagazo, Miel Final, Cachaza e Indeterminadas y se define el término que señala la Eficiencia Global (conocida como la Recuperación Total - Overall Recovery) que presenta el recobrado de Sacarosa en el Azúcar comercial referido al contenido de Sacarosa de la Caña. Este valor servirá en definitiva para situar el proceso del Ingenio en el contexto del sector industrial. Generalidades. Los Azúcares están constituidos por un gran número de sustancias que reciben el nombre genérico de Carbohidratos. Hay solamente dos tipos entre las más de 30 clases de azucares que hay en la naturaleza que son de interés en la industria: la Sacarosa y los Azucares Invertidos que es el nombre con que se conoce a la mezcla de Glucosa y Fructosa. Los Azúcares Invertidos aparecen en forma natural en el jugo extraído en el Molino y se forma adicionalmente en el proceso a pesar de todas las precauciones que se tomen. Estos azúcares toman un color pardo fácilmente cuando se calientan o cuando se introduce aire en alguna solución que los contenga. Es muy difícil producir Azúcar Invertido seco y, a pesar de tener un mayor poder edulcorante que la Sacarosa, se mira como uno de los productos indeseables en el proceso de producción de Sacarosa cristalizada. Forman una parte importante de la Miel Final, la mayor de las pérdidas de Sacarosa del todo el proceso. Sin embargo es un ingrediente esencial en algunos siropes especiales. Es muy sencillo convertir la Sacarosa en Azúcar Invertido pero no es así con el proceso contrario que solamente lo hacen las plantas. El Azúcar Invertido es una mezcla en partes iguales de dos azúcares denominados Glucosa y Levulosa, llamadas a veces Glucosa y Fructosa. Como alimento, la Sacarosa se absorbe rápidamente por el organismo. Es un alimento energético y es parte fundamental para el crecimiento y para las personas que hacen trabajo muscular pesado. La caña de Azúcar es una hierba o gramínea gigante que consta de raíces, tallo y hojas. El tallo esta formado por sectores similares a los de la guadua o bambú con una longitud que varia de 7.5 a 15 centímetros y alcanza una altura entre 2.5 a 4.5 metros, aunque hay 2 algunas variedades que alcanzan hasta los 6.0 metros. En la planta la presencia de Sacarosa se debe a la acción de la luz solar que por medio de la Clorofila o sustancia verde de la hoja transforma el Gas Carbónico del aire y el agua del ambiente para formarla. La maduración se logra por medio de cambios de temperatura. En el Valle del Cauca en Colombia, estos cambios de temperatura se presentan diariamente y normalmente alcanzan los 12 grados centígrados. En la mayoría de los otros países la diferencia es estacional y por eso se presenta maduración solamente de una estación a otra. En el Valle del Cauca hay caña madura todos los días del año. En la caña de azúcar la Sacarosa se almacena en el tallo y en la remolacha azucarera en la raíz. El tallo de la caña es un sistema de dos fases, sólida y liquida. La fase sólida es un complejo de celulosa-pentosana-lignina que se conoce en forma general como fibra. La fase líquida es una solución en agua que contiene una gran variedad de sustancias orgánicas e inorgánicas, cerca del 90% de las cuales esta constituida por Sacarosa. Los valores promedios para la región de los entrenudos y los nudos de una caña que contenga 12.5 % fibra, 15.5% de Sacarosa y 90.0 % de Pureza son: Sección Corteza Entrenudo Centro Entrenudo Corteza Nudo Centro Nudo Fibra % 20 - 25 5.5 – 6.5 13 - 14 11 - 12 Pol % 12 - 14 17 – 19 10.0 – 10.5 13.5 – 14.5 Pureza % 87 – 89 91 – 94 75 -76 86 - 88 Evaluación del proceso de Fabricación de Azúcar Blanco Directo. I. Antecedentes. La producción de azúcar que cumpla especificaciones se enfrenta al manejo de una materia prima de origen agrícola que, aún en el caso de que exista una política definida de calidad en la cosecha, siempre es cambiante y no puede tener una calidad homologada pues depende de variables que no siempre están bajo el control del Ingenio. No es secreto que la calidad del producto terminado se ve afectada por la calidad de la materia prima. Ciertamente que existe la tecnología para resolver los problemas de la calidad de la caña pero es necesario entender que los procesos tienen un costo y que es importante manejarlo en forma razonable. Los factores que afectan la calidad pueden clasificarse de una manera amplia en las siguientes categorías: 1. El Color: El Color se define como el efecto de aquellas sustancias que permanecen disueltas cuando se prepara una solución de azúcar para uso industrial. El caso de las gaseosas es una aplicación típica. Existe una metodología para su análisis, basada en el uso de un equipo llamado Colorímetro ó Espectrofotómetro que mide la luz incidente en una celda 3 de vidrio que contiene una muestra del azúcar disuelto y luego mide de nuevo la luz que emerge después de la solución. La luz absorbida es proporcional a la cantidad de sustancias disueltas o sea al Color y por medio de una ecuación se puede expresar la absorción en términos de unidades que se denominan Unidades de Miliabsorbancia ó Milli-Absorbance-Units ó m.a.u. o Unidades Internacionales. Debido a que la ICUMSA (International Comission for Uniform Methods of Sugar Analysis ) desarrolló el método se llama Color según ICUMSA IV. Para los azúcares corrientes este color debe ser de 400 m.a.u. como máximo, para el Blanco Especial debe tener 180 m.a.u. como máximo y para el Azúcar Blanco Especial tipo A no debe exceder de 150 m.a.u. Para el Crudo lo corriente es tener del orden de 1500 m.a.u. Este color es diferente al llamado color por reflectancia que es el que normalmente apreciamos en un azúcar cristalizado seco. Existe alguna relación entre los dos colores pero el color reflejado depende en mucho de la cristalografía y del tamaño de los cristales. Normalmente no se analiza ni se informa. El origen del Color puede ser de dos fuentes: 1. Color importado en la Caña, y 2. Color generado dentro del proceso. El Color importado en la caña viene en los diferentes constituyentes de la misma. Una análisis realizado a las diferentes partes de la caña muestra los siguientes resultados: Componente de la Caña Tallo Entrenudo Nudos Corteza Hojas secas Cogollo Color, u.m.a. 13400 5500 20700 28900 640000 140000 El tipo de cosecha incide en forma directa sobre la composición del trash de la caña. Dentro de los efectos que se consideran de mayor importancia en el proceso se encuentra el tipo de colorante que aporta un determinado componente de la caña. Pensemos por un momento el tipo de proceso que será necesario manejar para reducir el color del jugo que se ha extraído de la caña y lograr obtener en forma estable un color máximo de 180 u.m.a. Básicamente hay tres clases de colorantes en la materia prima: la clorofila, la xantofila y las antocianinas. Los dos primeros son relativamente insolubles en el agua y por este motivo se eliminan con relativa facilidad en el proceso de clarificación. Las antocianinas, al contrario, son solubles en el agua y por supuesto en el jugo y la sulfitación las elimina solamente en forma parcial. Estos colorantes se encuentran en forma preferencial en el cogollo de la caña. De tal manera que aportar cogollo no es una buena idea, sobretodo si se sabe que el % de Sacarosa que contiene no pasa del 3 %. Con esta concentración de Sacarosa es obvio que el azúcar recuperada no alcanza para pagar ni siquiera el corte, 4 menos el alce y el transporte, para no hablar nada del proceso. Los lodos se procesan en los Filtros de Cachaza y es importante notar, desde este momento, que el filtrado de estos equipos se retorna al inicio del proceso para evitar pérdidas importante de Sacarosa que se presentarían si se removieran del proceso directamente. Hay que considerar que el % de Lodos en la fábrica suele encontrarse entre el 10 % y el 15 % del peso de Caña y su contenido de Sacarosa es del orden de 15 %. Así que, para 100 Toneladas Métricas de Caña por Hora, la cantidad de Sacarosa contenida en los lodos de la clarificación de los Jugos puede ser tan alto como 2.25 toneladas métricas de Sacarosa por Hora. Esto, sin decir nada respecto a la contaminación ambiental que evidentemente se causaría por la disposición final de los lodos a los desechos de Fábrica. Entonces, desde este momento se hace evidente la necesidad de evaluar sistemáticamente la Eficiencia de los Filtros de Cachaza, conocida como la Retención en los Filtros de Lodos. Esta es una práctica poco conocida y muy poco recomendada o realizada que requiere del uso de un programa de Flujo de Jugos y Lodos en el proceso. Puede afirmarse, sin ninguna duda, que el retorno del filtrado de los filtros es la mayor causa interna de generación de Color y de Miel Final. Y esto sucede porque la clorofila y la xantofila que se separan en forma natural en el lodo por su indisolubilidad en el jugo, se reinyectan al proceso por la ineficiencia de la filtración. Por esto es prioritario evaluar la Retención en Filtros. Las hojas secas no aportan color pero si aportan cenizas y esto es inconveniente para el agotamiento de la Sacarosa en la Miel Final. Los no azúcares de mayor importancia en el proceso de fabricación de azúcar son dos: Azúcares Reductores y Cenizas. Dado que el azúcar es un producto industrial de alta Pureza, es obvio que los no azúcares que entran a cristalización en Tachos necesariamente se acumulan como impurezas en la Miel Final. Los Azúcares Reductores y las Cenizas presentan efectos opuestos en relación a la solubilidad de la Sacarosa. Mientras los Reductores disminuyen la solubilidad de la Sacarosa y con ello propician la cristalización, las Cenizas presentan el efecto opuesto. La razón para esto, es que los Azúcares Reductores presentan una mayor solubilidad que la Sacarosa y de esta manera digamos que ocupan la capacidad de disolución que tiene el agua. Por esto la Sacarosa permanece sin disolverse y al aumentar la concentración por efecto de la evaporación de agua en el Tacho, esta Sacarosa se cristaliza. Con las Cenizas sucede lo contrario. En resumen, el proceso debe manejarse de tal manera que no haya un aumento de Azúcares Reductores sino que, los que haya deben conservarse pues coadyuvan en el agotamiento de la Miel Final. No es razonable pensar en aumentar la concentración ó la cantidad de Reductores para aprovechar su ayuda en el agotamiento de la Miel Final, pues todo aumento es a expensas de la Sacarosa. Ciertamente que la Pureza de la Miel Final puede bajar pero habrá un aumento en la cantidad. Al final se perderá más cantidad de Sacarosa. Las Cenizas deben eliminarse tanto como se pueda. Esta es una operación que puede hacerse y para ello existen los equipos adecuados. La presencia de hojas secas en la caña entrada a la Fábrica es una señal negativa de la calidad de la cosecha. Las hojas secas son portadoras de cenizas solubles, generadoras de Miel Final. Cuando se detecte una cantidad apreciable de hojas secas en la caña cosechada, debe esperarse una mayor pérdida de Sacarosa en la Miel Final. Naturalmente que es más barato no entrar cenizas a la fábrica, controlando la presencia de tierra, hojas secas, etc. en la caña. Un aspecto que es de una importancia crucial es el relacionado con el tiempo de cosecha. fuera de la reducción en costos de productos químicos y sin contar con la mayor recuperación por mayor eficiencia en Casa de Cocimientos. dejando un margen de 2 a 4 kilos por mayor ingreso. Desde 1962 se inició un proceso. En algunos casos y en el peor ejemplo. se han encontrado pérdidas de Sacarosa en Caña del orden de hasta 25 kilos por Tonelada de Caña. el mayor valor recuperado es del orden de 8 a 10 kilos. el efecto de la evaporación hace que se reprecipiten las impurezas y lo hacen en forma de partículas microscópicas que conforman la Turbiedad. Una política clara de reducción en el tiempo de la cosecha y de eliminación del patio debe estar entre las prioridades de la Administración. Hoy en día es concluyente el efecto nocivo de la permanencia de la caña en patio. es necesario . los resultados son definitivamente negativos para el proceso. Si adicional a un tiempo alto de permanencia en patio se suma el hecho de que la caña se envejece y se encuentra sucia de lodo por efecto de la lluvia. La pregunta simple que hay que hacerse es la siguiente: Si el Ingenio ya pagó por la Sacarosa que hay en la caña. que pudo resolver el problema de la concentración de insolubles en la Meladura. Para aclarar este concepto. por lo menos. Los Insolubles en la Meladura constituyen uno de los efectos negativos de la Evaporación. Es complicado aceptar que en un proceso que produzca jugo clarificado de la mejor calidad. La experiencia de algunos Ingenios muestra que si bien el costo del corte en verde es mayor en unos 6 kilos de Azúcar por Tonelada de Caña. independientemente de los costos de Corte. El Leuconostoc solamente representa problemas para la fábrica. Hoy existe una conciencia hacia la cosecha de “Caña Verde en Limpio” que puede ser un factor de importancia para bajar costos. impulsado principalmente por Saranin en Hawaii. La metodología de análisis es complementaria de la del Color. La Administración debe hacer un esfuerzo para lograr una cosecha limpia que permita manejar el proceso con bajos costos en insumos químicos. porqué no la preserva? 2. Aún en el evento de que la clarificación del jugo sea excelente. El Leuconostoc Mesenteroides puede desarrollarse de una manera extraordinaria bajo esas condiciones: presencia de lodo y baja circulación de aire que estimula el crecimiento de las bacterias. La Turbiedad. Alce y Transporte. adicional al costo mismo de la caña.5 El hecho concreto es que la calidad de la caña incide en el proceso y en la calidad del azúcar. Esto es mucho más de lo que pierden la mayoría de los Ingenios en todo el proceso y sin embargo pasa desapercibido. Se han hecho numerosas investigaciones que muestran el resultado de una mala práctica de cosecha y los resultados siempre han sido preocupantes. La Turbiedad corresponde al contenido de los Sólidos Insolubles. La Meladura debe clarificarse. independientemente de la calidad de la clarificación del jugo. se presente una alta Turbiedad en la Meladura. purificarlo. la primera operación que es necesario ejecutar es la molienda. Si se compara la materia prima con el producto terminado pueden establecerse diferencias perceptibles a la vista. El tiempo de cosecha es fundamental para conservar el contenido de Sacarosa en Caña. Resumiendo: La calidad del producto terminado depende de la calidad de la materia prima. sin homologación. La clarificación de Meladura debe verse como el primer paso en el camino de optimizar el agotamiento de la Miel Final en los Tachos. Para obtener los parámetros de calidad especificados es necesario entrar en costos de proceso que a su vez dependen de los productos químicos empleados. Esta operación tiene por objeto extraer el jugo contenido en las células de los tallos. Se adiciona agua al último molino para optimizar la extracción de jugo. Hay diferencias en la constitución física de los dos materiales. El Color se puede importar o se puede generar internamente por retornos de filtrados de baja Pureza. llegamos a la conclusión de que necesariamente deben existir operaciones y procesos que permitan extraer el jugo. reemplace el jugo contenido en el material residual con el fin de reducir la pérdida de Sacarosa que sale de la molienda. El principio de Winter y Carp gobierna el manejo de la recuperación de Sacarosa y es un principio fundamental en el proceso de agotamiento de la Sacarosa en la Miel Final. En el molino se presenta la primera relación de los materiales que entran y salen del mismo. Estas variaciones de origen natural se presentan por la variabilidad misma de la cana y las asignables dependen de las condiciones de cosecha principalmente. Esto se verá más adelante. La cana no registra ninguna de estas condiciones y no puede pensarse en exigir el mismo tipo de especificaciones que en el azúcar. secarla y finalmente envasarla. Observando entonces la materia prima inicial y el producto terminado. en la página 30. concentrarlo. Este principio se presenta en la página 31 de estas notas. para que esta agua que se llama de Maceración o de Imbibición. cristalizar la sacarosa.6 calcular la relación entre el peso del agua por unidad de impurezas en el Jugo Clarificado y en la Meladura. que posee variables de orígenes naturales y asignables o imputables. El azúcar es un producto que presenta una calidad constante con parámetros como la concentración de sacarosa y la humedad dentro de muy estrechos limites. Por consiguiente: . Y éstos serán mayores en tanto la calidad de la caña sea inferior. Por consiguiente. Inicialmente es necesario picar o desfibrar el material celulósico que constituye la cana para facilitar su extracción. En el Molino entonces entra Cana y Agua de Maceración y sale Jugo que se llama Diluido o Mezclado y Bagazo. El proceso de producción debe resolver los problemas que se presentan al operar con una materia prima de origen agrícola. en el contenido de humedad y fundamentalmente en la pureza de los mismos. según la ecuación: Bagazo = Caña + Agua . ( 1 ) La cana se define entonces de una manera simplificada como: Caña = Jugo Absoluto + Fibra . Existen fórmulas para calcular la cantidad de agua de Maceración que se incorporó al Jugo Absoluto y un valor es el conocido como Dilución % Jugo Absoluto. una manera de presentar la Maceración es con referencia a la Fibra de la Caña: Maceración % Fibra = Peso del Agua Maceración * 100/ Peso de Fibra . los valores que podemos estimar son: Agua = 30 % Jugo = 100 % Los pesos de la Caña.0 = 15... ( 2 ) En donde el Jugo Absoluto se considera como la máxima cantidad de Jugo que podría llegar a extraerse y la Fibra es el material celulósico insoluble en agua.0 % . El Bagazo sale por la parte final del tren de molienda y por medio de conductores formados por tablillas de arrastre se alimenta a las Calderas para producir vapor. por lo que puede considerarse un combustible de baja calidad. un Ingenio eficiente desde el punto de vista energético debe manejar todos sus requerimientos de potencia y energía con este Bagazo. Normalmente debe sobrar un 10 % de la cantidad producida que se almacena en un depósito llamado Bagacera.0 % Por consiguiente. el Agua y el Jugo se pesan y por lo tanto es posible conocer el Bagazo. Este Jugo Absoluto se diluye parcialmente con una parte del Agua de Maceración para conformar el Jugo Diluido o Mezclado y el resto del Agua de Maceración se incorpora al Bagazo como hemos dicho. para guardarlo como reserva para las paradas y arranques de Fábrica.Jugo = 100 + 30 – 100 = 30 La caña presenta una composición que podemos tomar típicamente como: Jugo Absoluto = 85.. Nominalmente el Bagazo tiene un 50 % de Humedad.7 Caña + Agua = Jugo + Bagazo . (4) = 30 * 100 / 15 = 200.85. A manera de ilustración podemos asumir algunas cifras que muestren valores típicos de la operación de Molienda. Sin embargo.0 % Fibra = 100. Tomando la Cana igual a 100%.0 . (5) En donde 1 BTU se define en unidades inglesas como la Cantidad de Calor que es necesario suministrar a 1 libra de agua para elevar su temperatura en 1 grado Fahrenheit. Un valor de Sacarosa % Bagazo puede estar entre un 1. La cantidad de Bagazo por una Tonelada de Caña es igual a: Bagazo por TC = 1 TC x 30/100 = 0.0 % a 53.5 es el 93.0 %.5 %. Hay diversas fórmulas que permiten calcular el llamado Valor Calórico del combustible.0 BTU/lb Si la Humedad se aumenta a 53.0 /100) = 3674.0 %. en términos generales. En el VC el valor de 3423.5 BTU/lb Un aumento de la Humedad de 50.0 %.35 % de 53.0/100 ) = 3423. . hemos afirmado que se trata de un combustible de baja calidad. Un caso típico es el siguiente: Humedad % Bagazo = 50.30 TC = 300 kg de Caña Si el contenido de Sacarosa (o Pol como se le llama corrientemente) es 2. Una de las más conocidas es la de la Universidad de Louisiana que dice que el Valor Calórico. Es una manera directa de informar la Maceración en términos de la Fibra. El Bagazo se usa directamente como combustible.0 % Cenizas % Bagazo = 6. BTU/lb = 8750 * ( 1 – Humedad % Bzo/100 – Cenizas % Bzo/100) . el VC es entonces igual a: VC = 8350 * ( 1 – 53/100 – 6. Para evaluar el monto de la pérdida consideremos el caso que venimos tratando.8 De tal manera que en este caso podemos afirmar que la Maceración % Fibra es del 200.5 %..0 % indica que el 50 % es el 94.5/100 = 7.0 % El valor del VC es: VC = 8350 * ( 1 – 50. VC. En el caso hipotético de recuperarlos totalmente. Debido a su alto contenido de Humedad. no se obtendrían 7. la cantidad de Sacarosa perdida por TC es igual a: Sacarosa (Pol) perdido /TC = 300 kg x 2.5 kg Estos 7.5 kilogramos de Sacarosa se pierden por cada Tonelada de Caña molida. es: VC. El Bagazo tiene un 50% de Humedad.5% y 2.2 % del mayor valor 3850.0/100 – 6. También presenta un cierto contenido de Sacarosa que constituye una pérdida directa puesto que sale del molino y va hacia la Caldera.5 kilos de Sacarosa adicional por TC pues estos kilos de sacarosa deben ser procesados a través de la Fabrica y están sometidos a las ineficiencias del proceso. 30 * 0. por cada libra de Bagazo se generan 1. Esta particularidad se debe a la operación del sistema de evaporación denominado de Múltiple Efecto que veremos mas adelante. Ahora bien.0 BTU/lb.99 = 118. a: Vapor Vivo. vemos que la cantidad de Vapor Vivo generado es de 123.805 libras por Hora. La Eficiencia de Combustión de una caldera con este combustible es del 58 %. que ese sistema permite generar agua condensada superior a la requerida por el sistema de producción de vapor. Este es un valor relativamente alto para el caso de un Ingenio de Azúcar Blanco Directo.90 = 27 Toneladas por Hora. para el caso que nos ocupa. por lo que la cantidad de Energía realmente aprovechada por el agua para convertirse en vapor es: Energía aprovechable = 3674 BTU/lb * 0. es seguro que la cantidad de agua condensada producida es del .99 Es decir. 250 @ 250 psig. la cantidad de Bagazo consumido debe ser el 90% como máximo del Bagazo producido: Bagazo consumido = 100 TCH * 0. Para la producción de Azúcar Crudo el consumo aún debe ser inferior. Debido al esquema de evaporación. Para ello es necesario fijar las condiciones de presión y temperatura que debe poseer el Vapor de alta presión conocido también como Vapor Vivo. Por consiguiente. debemos admitir que para que una libra de agua condensada y caliente a una temperatura de 110 grados centígrados. el Vapor Vivo Generado es igual. Por consideraciones de Tablas de Vapor que no es necesario discutir en el momento.9 Asumiendo que se trabaja con Bagazo de un VC igual a 3674. Podemos decir.5 * 1. Un Ingenio balanceado energéticamente debe consumir directamente entre el 85% y el 90% del bagazo producido y almacenar entre un 10% y un 15% como reserva para paros y arranques de Fábrica. Una particularidad muy interesante de la Industria Azucarera es su autosuficiencia tanto en la generación de su combustible como en la generación de agua condensada para la producción de vapor y para otros usos industriales. no todo el Bagazo producido por el Molino debe consumirse directamente en la operación de la Fábrica. en libras por Hora. la cantidad de Vapor Vivo que se puede generar es: Vapor generado. lb / lb Bagazo = 2131 BTU/lb Bagazo / 1070 BTU/lb vapor = 1.58 = 2131 BTU/ lb Por consiguiente.448. Por consiguiente. desde ahora.99 libras de Vapor Vivo de 250 psig y 512 grados F. 512 grados F = 27 * 2204.5 libras de Vapor Vivo por TC. Para el caso presente. interesa conocer la cantidad de Vapor de alta presión que puede generar una libra de Bagazo.0 lb/Hr Obsérvese que este valor equivale a 1184. se requiere suministrar 1070 BTU por libra para producir vapor vivo de 250 psig y 512 grados F. Este Vapor de Escape se junta con el proveniente de los otros accionamientos mecánicos como son las Turbinas de los Molinos y la totalidad de este Vapor constituye la fuente de calor para manejar el proceso. Por consiguiente. water rate ) fuera de 30 libras de vapor vivo por kWH. Por lo tanto. La cantidad de Electricidad necesaria depende del balance de equipos que sea accionados por Motores Eléctricos o por Turbinas.0 %. La generación de Electricidad se hace por medio de Generadores accionados por Turbinas que normalmente deben ser del tipo Multietapas para reducir el Consumo Específico de Vapor por kWH. la cantidad de Vapor Vivo que puede usarse para otros accionamientos es la diferencia: Vapor otros accionamientos = 118.000 libras por Hora que se retornan a la Caldera para ser convertidas en vapor. es: Consumo de Vapor Vivo = 1800 HP * 30 libras/HP = 54. lb/Hr = 2200 kWH * 30 lb/kWH = 66. asumiendo 30 libras de Vapor Vivo por HP. para las 100 TCH.15 * 20 = 1800 HP Y el Consumo de Vapor. es decir.0 El consumo de Potencia.000 = 52. la cantidad de Fibra es igual a: Fibra.10 orden de 140. el Consumo de Vapor en Libras por kWH. si el contenido de Fibra en Caña es del 15.448 libras por Hora Los Consumos Específicos de Potencia para la molienda manejan parámetros que podemos presentar como 20 HP por Tonelada de Fibra en Caña por cada Molino.15 = 15. es claro que el consumo de Vapor Vivo es igual a: Consumo de Vapor Vivo. para un total de seis Molinos será: Consumo de Potencia = 6 * 100 * 0. Es factible consumir entre 25 y 30 libras de Vapor de 250 psig y 512 grados F por kWH. Toneladas/Hora = 100 TCH * 0. Debemos entonces considerar que un Ingenio no es solamente un productor de Azúcar y Miel Final sino que genera electricidad y agua condensada. Para el caso de las 100 TCH.000 lb/Hr Esta cantidad de Vapor Vivo hace el trabajo mecánico a través de la Turbina y se descarga de la misma como Vapor de Escape de baja presión y en condiciones de Vapor Saturado a 20 psig y 250 grados F. Podemos aceptar que un Ingenio puede consumir alrededor de 22 kWh por TC. el consumo de electricidad es: Consumo de Electricidad = 100 TCH * 22 kWH/TC = 2200 kWH Si el Consumo Especifico de Vapor (llamado generalmente por su nombre en Ingles.000 libras/Hora .448 – 66. estableciéndose un ciclo permanente. Evidentemente este ejemplo es una simplificación pero ilustra el tipo de balance que se maneja en un Ingenio. la economía del sistema de uso de la energía depende fundamentalmente de la economía del sistema de fabricación. . 120. El Vapor de Escape generado es mayor que el requerido y en este caso hay un sobrante de Vapor de Escape que se debe liberar a la atmósfera para evitar contrapresión en las turbinas que generan el Vapor de Escape.000 libras por hora. 120. o sea. Eventualmente se podrán hacer ajustes para llegar al equilibrio. 80% a 85% se gasta en las operaciones propias del proceso. Esta cantidad de Vapor Vivo será igual a la cantidad de Vapor de Escape. Podemos establecer tres tipos de situaciones: a. el consumo de Vapor Vivo es igual a la suma del Vapor del Turbogenerador más el Vapor de las Turbinas de los Molinos.000 libras por hora. del proceso. hay un pequeño faltante de Vapor y el sistema no muestra equilibrio. es igual al Vapor de Escape requerido.000 + 54. c. Hay evidentemente entonces varias situaciones que se pueden presentar entre la cantidad de Vapor de Escape Generado.000 = 120.448 libras por Hora. La pregunta que debemos hacer es: de que depende el consumo de Vapor de Escape y que puede hacerse para que el Vapor requerido sea ligeramente superior ( un 5%) que el generado? Depende definitivamente del esquema de evaporación. Esta es la mejor situación siempre y cuando el faltante no sea superior al 5%. En este caso se tiene que el total es igual a 66. el contenido de la energía del Vapor (Vivo y Escape) se gasta en un 15% a 20% en los movimientos primarios (Turbogenerador y Turbinas de Molinos y otras) y el resto. calentamiento de jugo y cristalización que se establezca. el Vapor de Escape requerido es un 5 % menor que el generado y hay que hacer una reposición (se llama laminación o make-up) y esta es una situación real. Esta es la situación ideal y es un sistema en equilibrio perfecto. En este caso este vapor que se ventea a la atmósfera no se condensa dentro de los equipos de evaporación y el agua condensada que se podría generar se pierde y hay un faltante de agua para la Caldera. b.000 libras. Es decir. Puede demostrarse que. Vale decir.11 Como el Vapor Disponible es 52. La cantidad de Vapor de Escape generado es inferior al requerido. Resumiendo. El Vapor de Escape generado. y el Vapor de Escape requerido. En general se puede aceptar que: Valor de Baumé x 1. revisemos algunos conceptos y definiciones fundamentales: 1. y por lo tanto en estos 342 gramos de Sacarosa deben encontrarse 6. Cual es su Pureza? Sacarosa * 100 54 * 100 Pureza = ------------------. Otra medida de concentración la constituye la escala de Baumé.12 Introducción a la tecnología de la producción de Azúcar. que no tiene una relación constante con la escala de Brix.023 x 1023 moléculas de Sacarosa. La fórmula condensada de la Sacarosa se representa como C12H22O11. Sacarosa: Representa el % del compuesto químico conocido comercialmente como Azúcar. El Brix incluye los Sólidos que son solubles y que pueden estar constituidos por Sacarosa y por otras sustancias no Sacarosa. Pureza: Es el porcentaje que representa la fracción de los Sólidos o Brix de una solución constituidos por Sacarosa.= 90 %. 3. En fórmula: Brix * Pureza /100 = Sacarosa Ejemplo: Una solución de un producto azucarado tiene 60 gramos de Sólidos y 54 gramos de Sacarosa en 100 gramos de solución. Regresemos ahora al tema de la Extracción de Jugo Diluido del Molino.= ------------.023 x 1023 moléculas. Brix 60 . Brix: Porcentaje de Sólidos disueltos en una solución. es el nombre del químico que calculó las tablas de solubilidad inicialmente.84 = Valor de Brix 2. además. El Peso Molecular de la Sacarosa es 342 gramos por mol. El peso molecular de la Sacarosa es igual a: C12 = 12 x 12 H22 = 22 x 1 O11 = 11 x 16 Total: = = = 144 22 176 342 Este valor representa la cantidad de Sacarosa en gramos que es necesario tomar para obtener el llamado Número de Avogadro (N) de moléculas de Sacarosa que es igual a 6. Antes. Brix. Partiendo de que el Jugo Diluido bruto extraído es 98. Este análisis se hace rutinariamente por el Laboratorio y representa una evaluación de la presencia de impurezas en la Caña. Su pongamos los siguientes valores: Jugo Diluido: Brix = 14. El primero de ellos se define como el Peso de Jugo Diluido expresado como un porcentaje del peso de la Caña. vale decir. Por este motivo se prefiere evaluar la Extracción de la Sacarosa en el Molino.86 %. entonces la Extracción de Jugo Diluído es igual a: Extracción Jugo Diluido = mjd * 100/ TC . toneladas = 98. Sacarosa = 12.13 Existen criterios para evaluar la eficiencia de los procesos extractivos del Molino. Por esta razón se considera que este parámetro no define de manera independiente la eficiencia del Molino. en peso es igual a: Insolubles. Si TC es el peso de la Caña molida. a. el peso del Jugo tal como sale del Molino. la cantidad de Insolubles. Sin embargo. Pureza = 84. entonces la cantidad de Jugo Diluido se calcula a partir de la ecuación ( 1 ) como: C + A = J + B J = C + A – B = 100 + 28 – 30 = 98 En este caso la menor cantidad de Jugo depende directamente de la cantidad de Agua de Maceración. a partir de la Sacarosa que trae la Caña. si bien representan peso.0 Ton/Hr * 2. Por consiguiente.94 %..( 1 ) podemos ver que hay una dependencia directa entre el peso del agua de Maceración y el peso del Jugo Diluido.77 % del peso del Jugo Bruto.0 %.84 %. Sea mjd el Peso del Jugo Diluido bruto. supongamos que la cantidad de agua de Maceración sea el 28 % del peso de la caña.. podemos calcular el contenido de Sacarosa en la caña por el método llamado Inferencial que asume que la Sacarosa de la Caña es la suma de la Sacarosa del Jugo mas la Sacarosa del Bagazo. no contienen Sacarosa y se hace necesario deducirlos del Jugo Bruto para obtener el Jugo Neto al cual se aplica el % de Sacarosa. por lo que no podemos evaluar el trabajo del Molino por la cantidad de Jugo producido. Para el caso que nos ocupa. hoy se reconoce que en el Jugo Diluido existe una cierta cantidad de Sólidos Insolubles que. Si el Bagazo es el 30 % del mismo peso..77/100 = 2. ( 6 ) Revisando la Ec. Supongamos que el contenido de Insolubles es igual a 2. Extracción de Jugo Diluido % Caña.71 .44 % Bagazo: Pol % Bagazo = 1. 12.0 * 1.29 Toneladas/Hora Evidentemente. ( 7 ) = 98.40 % Al mismo tiempo se puede calcular la Pérdida de Sacarosa en el Bagazo: Pérdida de Sacarosa en Bagazo = 300 kg Bzo * 1.84 % Ahora que conocemos la cantidad de Sacarosa extraída en el Jugo.582 = 12.25 %. Bagazo.14 El Peso de Jugo Diluido Neto es igual entonces a: Jugo Diluido Neto = 98.Insolubles/100) . c.84 Tons Como la base de los cálculos corresponde a una molienda de 100 TCH. Conociendo la Sacarosa en el Jugo Diluido Neto y la Sacarosa en Caña..84 %. podemos calcular la Sacarosa Extraída. el % de Sacarosa en Caña es: Sacarosa % Caña = 12.95 Kg Sac/100 Kg Bzo = 5. Jugo) * 100 Extracción Sacarosa % Sacarosa en Caña = --------------------------Sac. Tons + Sac.% Sol. este valor se puede calcular directamente como: Jugo Diluido Neto = Jugo Diluido bruto * ( 1 . ( 8 ) = 95. Jugo Absoluto Perdido % Fibra. que hemos visto que depende de la cantidad de Agua de Maceración. y la cantidad de Sacarosa de la Caña.84 = 95.86 / 100 + 30.0 – 2.25 * 100 / 12. Caña Extracción Sacarosa = 12.582 % Caña. Extracción de Sacarosa % de Sacarosa en Caña. Tons = Sac. Pero.. b.71 = 95.29 Toneladas/Hora Con estos datos podemos calcular el total de Sacarosa entrada en la Caña: Sac. 12.25 + 0. Tons . Caña. la extracción de Sacarosa depende de dos factores que son propios de la Caña y por lo mismo independientes del trabajo del Molino . Es claro que el valor de la Extracción de Sacarosa representa una mejor cifra que la simple Extracción de Jugo Diluido.94 / 100 = 12. en Jugo Neto.77/100 ) = 95.84 * 100/100 = 12.82 ~ 0.29 * 12.0 * ( 1 – 2. podemos calcular la (Sac. E12. Se ha usado también el valor de la Extracción de Sacarosa referida a una Caña de 12. 15. El valor 5.5 % Fibra como una manera de comparar la extracción de dos molinos diferentes o de un mismo molino en diferentes épocas. d.40) (100.5 % Fibra.4 kilos.394 puntos de porcentaje por cada punto de Fibra.60 /100 = 5.5 % F. Sin embargo. Generalmente se reconoce que un molino realiza un trabajo aceptable cuando el JAP % Fibra está por debajo de 20. lo que lo hace independiente de la cantidad absoluta de fibra. se calcula entonces como: E12. Para medir la eficiencia de la extracción en forma independiente de los dos factores se ha definido el parámetro Jugo Absoluto Perdido % Fibra en Caña o JAP % Fibra. referida al total de la Sacarosa presente en la Caña.5 % como valor promedio. Todos los valores de fibra están por encima y probablemente se acerquen a un 14. Este valor es entonces igual a: (100-Extracción Sac ) ( 100 – Fibra % caña ) JAP % Fibra = -------------------------------------------------------Fibra % Caña (100. Depende de la fibra y de la riqueza de la caña.84 % o 128.0 %. los valores de Pol % Bagazo altos tienen un JAP % Fibra relativamente bajo. por lo que el cociente representa la pérdida de Sacarosa por Unidad de fibra. Este valor es muy útil pues puede demostrarse que un molino que presente un valor de Pol % Bagazo alto no necesariamente representa un mal trabajo.5% F (100 – Extracción Sac ) ( 100 – Fibra % Caña ) = 100 .40 = 4. A veces.0 %.90 / 15.0 La diferencia 100. este parámetro está un poco en desuso pues ninguna caña normalmente tiene 12.0) JAP % Fibra = --------------------------------------. la Pérdida de Sacarosa en Bagazo es igual a: Sacarosa perdida en Bagazo. Estos factores son la Fibra % Caña y la Sacarosa % Caña.= 26.07 15.5 % de fibra y menos como promedio.0 – 95.90 kg Este valor se divide entre la Fibra % Caña. kg = 128.5 % Fibra. Extracción de Sacarosa reducida a 12. hemos supuesto que este valor es igual a 12.0 = 0.0 – 15. Para este caso. El valor de la Extracción de Sacarosa base 12. Por lo tanto.394 significa que se pierden 0.4 * 4.60 representa el % de Sacarosa perdida en el Bagazo.------------------------------------------------------------7 * Fibra % Caña .0 – 95.15 propiamente dicho. = 96. Los floculantes se han convertido con los años en una ayuda efectiva para la neutralización de cargas de las impurezas microscópicas que permitan su coagulación y posterior floculación.01 % Fibra % Caña: 14. Además tiene las características de ser una sustancia no-polar. . Su comportamiento es errático en los clarificadores de Jugo y de Meladura pues se adhiere con facilidad a las burbujas de aire ocluido en los jugos y en un clarificador puede decantarse. para la industria azucarera en Colombia. no adquiere carga electrostática que permitiría su remoción con algún floculante de carga aniónica o catiónica.5 % F (100 – 95. Su comportamiento depende de si se ha adherido a burbujas de aire. sufre el mismo tratamiento que experimenta una bolsa de té que se sumerge en agua caliente.62 % Extracción de Sacarosa % Sacarosa Caña: 95. Lo importante es tratar por todos los medios que el bagacillo no entre a la Fábrica y para ello es necesario instalar algún tipo de filtro físico en el Jugo del Molino y en Jugo Clarificado como ya se ha dicho. es decir. Hay que considerar que el bagacillo que entra conjuntamente en el Jugo Clarificado al primer evaporador. En el momento actual se ha encontrado una excelente solución con el uso de Tambores Rotatorios (Drum Trommel ) que se instalan en el área del Molino y remueven de manera importante el bagacillo antes de que entre al proceso. Este material presenta características especiales de dificultad para su remoción. son los siguientes: Extracción Jugo Diluido Neto % Caña: 100. Y el bagacillo genera más color en estas condiciones.45 % Sacarosa perdida en Bagazo %: 0.5 % fibra: 96.--------------------------------.99 % Maceración % Fibra: 204.59 % JAP % Fibra: 26.40 ) ( 100 – 15 ) = 100 . desde Enero a Octubre del 2004.16 Para el caso presente: E12.14 % Maceración % Caña: 29. al no disponer de carga electrostática es neutro frente a la actividad de los floculantes de cualquier tipo. Estas actividades inducen un aumento de tamaño que permite la separación por efecto de decantación por aumento de peso que facilita su remoción como lodos en el fondo de los clarificadores. El bagacillo. Por estas razones el bagacillo debe removerse por medios físicos como las Mallas DSM ( llamadas así por su nombre en inglés: Dutch Screen Mines o Mallas Holandesas para Minería ) en el Jugo del Molino o en el Jugo Clarificado.88 % Extracción Sacarosa reducida a 12.28 % 7 * 15 El promedio de los parámetros anteriores.1 está a la mayor temperatura de todos los materiales de todo el Ingenio.750 % El Jugo proveniente del molino arrastra bagacillo. Hay que entender que el Jugo dentro del Evaporador No. Genera color. puede flotar ó puede sobrenadar entre dos aguas.588 % Sacarosa % Caña: 13. una característica que queremos evitar cuando se fabrica Azúcar Blanco Directo. El proceso de fábrica tiene una secuencia que corresponde a los siguientes pasos: a. Tanque de Flash. Clarificación: Es una operación y un proceso cuyo objetivo es la remoción de las impurezas tanto de tipo Orgánico como de tipo Inorgánico para lograr un jugo clarificado libre de la mayoría de tales impurezas. Tradicionalmente se ha usado Lechada de Cal preparada a 10/12°Baumé como reactivo para la clarificación. 3. muchos de ellos de alta coloración como los polifenoles. al Jugo que proviene del Molino. Filtración y Clarificadores de Jugo. Secado. La reducción y la eliminación de la sulfitación del jugo lleva a importantes conclusiones: menor cantidad de incrustaciones en los evaporadores. Esta fase de la operación es vital para lograr un azúcar de buena calidad con eficiencias correctas de agotamiento de la sacarosa en la Miel Final. c. con varios platos y . Se espera que los iones de Calcio reaccionen con los Fosfatos que se encuentran en forma natural en el Jugo. Los mejores valores de remoción de color se encuentran alrededor del 25 %. Clarificación: Comprende: Encalado. aguas condensadas de mejor calidad y menor consumo de cal. La cal sin embargo presenta una reacción desfavorable con los Azúcares Reductores mediante la destrucción alcalina de los mismos. Cristalización. Evaporación: Concentración del Jugo Clarificado a Meladura. La sulfitación ha sido una operación que se realiza en equipos que se construyen siguiendo algunos lineamientos señalados por la tradición. La clarificación comprende a su vez varias etapas:  Sulfitación de Jugo: Operación que consiste en la adición del gas Bióxido de Azufre. Esta decoloración no es permanente y de hecho. dependiendo de las condiciones de almacenamiento. SO2. Los valores menores corresponden a Ingenios que han descontinuado el uso de la sulfitación en el Jugo. d. Esta reacción conocida como la de Maillard produce alrededor de 106 productos de descomposición. En general corresponden a torres de hierro ó de madera. para formar los Fosfatos Tricálcicos que son los responsable de la clarificación. El Proceso.17 Otra fuente de color generado proviene de el sobre-encalamiento del jugo en el Tanque de Encalado. Hoy se está usando el Sacarato de Calcio como reactivo para la formación del Fosfato Tricálcico en la clarificación del Jugo con buenos resultados en cuanto a la generación de color se refiere. b. Esta operación ha sido un paradigma en la industria azucarera pero ya se ha demostrado que no es necesaria para producir azúcar de buena calidad. El consumo de azufre es variable entre amplios límites: de 60 a 280 gramos por Tonelada Métrica de Caña. con el propósito de iniciar el proceso de decoloración. la estabilidad del producto está entre 6 meses y un año. Calentamiento. al Jugo que ha sido previamente sulfitado. Tiene como objeto la neutralización de la acidez que se le comunica al jugo por la acción de la sulfitación. Hay que estar alimentando periódicamente el azufre.18 con eyectores de vapor ó ventiladores de tiro inducido que se colocan en la parte superior para hacer la succión del SO2. Estos sistemas son mucho más eficientes pues tan pronto el jugo sulfitado sale del Eductor. Este sistema permite una mezcla muy completa del jugo y el bióxido que asegura una mayor eficiencia en la absorción del gas.5 favorece la inversión de la Sacarosa y si posteriormente hay un aumento por encima de 8. un descuido en el pH que permita la aparición de valores por debajo de 6. La combustión del azufre se hace en un cilindro rotatorio que facilita la operación y que permite establecer un control de la operación. El gas expandido corresponde mayormente a aire con algún residual de SO2 que se ventila a atmósfera a través de una chimenea que recibe un baño de jugo en contracorriente para lavar los gases y recuperar el SO2 residual. Los gases que se producen en este cilindro pasan a través de una cámara de sublimación y luego por un sistema de enfriamiento se los comunica con el Eductor. accionado por el sistema de accionamiento de vacío. al menos en dos Ingenios. La Sacarosa toma una molécula de agua y por medio de una hidrólisis ácida se transforma en una mezcla de Glucosa y de Fructosa.0. se descarga en una cámara de expansión que permite el manejo del jugo sulfatado para proseguir a través del proceso. Puede afirmarse que la descarga de SO2 a la atmósfera está controlada con este sistema. El quemador de azufre es una estufa sencilla en la que se produce la combustión del azufre accionado por el vacío que se establece en la parte superior del equipo. Fuera de esto. en las que el jugo se alimenta por la parte superior para que caiga a manera de lluvia y se encuentre con el SO2 que asciende a través de la torre. Esta reacción es el peor enemigo que tiene la sacarosa desde el punto de vista químico. Ambos compuestos son todavía azúcares y de hecho son mas dulces que la Sacarosa. El jugo es el fluído motriz y el SO2 es el fluído movido. Hoy se ha instalado. a medida que se consume. si estos Azúcares Reductores se encuentren en un ambiente en que haya alcalinidad se presenta la ya conocida reacción de Maillard. un sistema que consta de un Eductor que genera el vacío accionado por el jugo que entra a una presión de 45 a 50 psig a un sistema de toberas. En resumen. los Azúcares Invertidos .  Encalado: Es una operación que consiste en la adición de un reactivo conocido como Lechada de Cal preparado a base de disolución de Cal Viva en agua. pero tienen el inconveniente de que no se cristalizan y por lo tanto no son recuperables con el equipo y tecnologías del Ingenio y acaban como parte constituyente de la Miel Final. Esta adición de Lechada de Cal se hace en forma inmediata a la sulfitación para evitar la aparición de la reacción de inversión de la Sacarosa. El procedimiento es el siguiente: Se toma el jugo que sale del Tanque de Encalado y se calienta por algún calentador ( o varios calentadores ) hasta 75°-80°C. el control de pH es una necesidad inapelable. No hay una verdadera definición de los materiales que se encuentran en cualquier momento en este tanque. Y apara que haya una reacción es absolutamente necesario que los reactivos estén disueltos. Se trata de un nuevo Tanque de Amortiguación que maneje las fluctuaciones de jugo proveniente del molino y que permita realmente el manejo de los retornos. tienen un efecto en los reactivos necesarios para la clarificación del jugo. etc. Este tanque se ha instalado por lo menos en un Ingenio en Colombia con buenos resultados. Esta situación ha impuesto un nuevo enfoque en el tratamiento del Jugo en el Tanque de Encalado. Los retornos de todo tipo de materiales se desvían hacia este tanque y lo peor de todo es que estos materiales que en su mayoría son impurezas. Se alimenta el Tanque de Flash y enseguida pasa a los Clarificadores. Por eso. Por esto no debe extrañar que a veces la clarificación de jugo sea deficiente. Este reactivo se conoce con el nombre de Sacarato de Calcio y permite un mayor control de esta única reacción importante en la clarificación. Lo que hay que entender es que la Lechada de Cal es un suspensión de Hidróxido de Calcio en agua y no una verdadera solución. el jugo de los filtros Oliver. A este tanque llegan las disoluciones de azúcar sucia. Hoy la tecnología aconseja el uso de un reactivo mucho más elaborado que la simple Lechada de Cal. Este tanque se instala en un lugar medio que permita recibir jugo calentado apenas a 75°-80°C. La solubilidad del Hidróxido es prácticamente ninguna pues es solamente soluble al 0. Se descarga en un Tanque con capacidad de 15 a 30 minutos de flujo y posteriormente se termina el calentamiento convencional hasta los 102°C mediante el empleo de uno o varios calentadores. Este Tanque de Amortiguación o TAI ha sido la respuesta a las variaciones de flujo y permite manejar los retornos indiscriminados de todo tipo de materiales pues la reacción de clarificación ya se encuentra en una fase adelantada. . En este tanque se pueden instalar sistemas de control de flujo hacia los Clarificadores de Jugo. Sería extraño que con estos antecedentes hubiera una buena operación. fabricado con este mismo material. Un detalle importante con relación al Tanque de Encalado: Este es un verdadero reactor y debe ser tratado como tal.19 se destruyen con la aparición de Color. Pero en los Ingenios este tanque es un verdadero depósito de basura. Es decir. cualquiera de las dos cosas es mala.5 % en peso. los regueros recuperados de jugo de los pisos de la fábrica. Por esto el uso del Sacarato ha encontrado una amplia respuesta de parte de los Ingenios pues verdaderamente se puede considerar como un reactivo completo. En un clarificador es importante lograr ciertas condiciones. . por así decirlo. proteínas.80 ( 3ft) a 2. Este tanque además permite eliminar el exceso de temperatura para evitar las diferencias de temperatura dentro del clarificador que ocasionan patrones de flujo indeseables. El Jugo del flash entra en forma continua. Estos equipos han sufrido grandes transformaciones a través del tiempo. GraverSeip. Desde los equipos iniciales que trabajaban por cochadas hasta los actuales clarificadores de bajo tiempo de retención y alta velocidad. etc. A la vez hay un efecto de coagulación de compuestos orgánicos del jugo como las pectinas. La manera de acelerar la reacción de formación del Fosfato Tricálcico es la de aumentar la velocidad de mezcla del jugo pues hay que tener en cuenta que para que el Fosfato Tricálcico se forme es necesario que cinco iones ( tres iones de Calcio y dos de Fosfato ) se contacten simultáneamente. el jugo clarificado sale en forma continua y los . etc.70 (9 ft) metros/segundo) antes de que entre a los Clarificadores. Porqué es necesario el calentamiento? La respuesta es múltiple. Ocurre que la reacción entre los Fosfatos que en forma natural se encuentran en el Jugo de la Caña y los iones de Calcio provenientes de la Lecha de Cal ó del Sacarato se demora alrededor de 10 días a la temperatura ambiente. Una velocidad excesiva causaría un flujo turbulento que haría imposible una clarificación correcta. ceras. Los clarificadores deben trabajarse al 100 % de capacidad.  Clarificadores. Este es un simple tanque que permite frenar el jugo. El lodo del fondo debe removerse en forma continua. Rapi-Dorr. los clarificadores no deben “ordeñarse”. que facilitan la remoción de estas sustancias como lodos en los Clarificadores de Jugo. Otra actividad es la de remover burbujas de aire que no convienen pues su adherencia a las partículas de bagacillo ocasionan el comportamiento impredecible del mismo. pasando por toda una generación de diseños Graver. El criterio de manejo de esta fase es sencillo: se requiere que la temperatura de salida del jugo hacia el Tanque de Flash no sea inferior a los 102°C. Este es un tiempo impensable para el proceso de producción del azúcar. Una demora en el procesamiento del Jugo a la temperatura ambiente produce de inmediato la descomposición del Jugo por efecto de la actividad bacteriana. Si falla el termómetro que registra esta medida la solución también es simple: basta mirar la chimenea del Tanque de Flash: debe presentarse emisión de vapores claramente distinguibles.  Tanque de flash. Al aumentar la temperatura aumenta la velocidad de mezcla del jugo y los reactivos y efectivamente hay un extraordinario aumento de la velocidad de la reacción. albúminas. para reducirle la velocidad lineal que tiene en los Calentadores (del orden de 1. Entre ellas: .20  Calentamiento. Vale decir. este lodo es del orden de 390 x 0. Normalmente el peso del lodo % caña está en el orden del 18 % y el contenido de Sacarosa en el lodo es el 15 %.0 . Estos filtros están provistos de unas telas de acero inoxidable que tienen 625 agujeros de 0. debe extraerse en el Jugo Clarificado de todas maneras. el bagacillo no debe estar en el clarificador. vale decir. . Si la Retención es superior al 85% y existe acumulación de lodos.2 toneladas por hora y la cantidad de Sacarosa es igual a 70. La fuerza directriz del proceso de clarificación es la concentración de Fosfatos residuales en el Jugo Clarificado. Para ello existen sistemas que lo remueven tan pronto sale el jugo del Molino. La cantidad de lodo normalmente acumulado en el clarificador debe ser entre el 12 % y el 18 %. . No es normal trabajar el clarificador completamente limpio de lodos. en el Molino. .53 toneladas por hora. si hay acumulación de lodos. Sin embargo. Los niveles aceptables de Fosfatos son de 20 a 30 ppm. Debe trabajarse siempre por encima del punto de ebullición sabiendo que el tanque de flash empareja la temperatura. La calidad y cantidad de floculante a usar en los Clarificadores de Alta Velocidad.5 mm por pulgada cuadrada. Para 390 TCH. Filtración. El jugo antes de entrar al Clarificador debe muestrearse. Para esta operación se emplean filtros rotatorios al vacío. La temperatura del jugo es un parámetro operativo absolutamente IMPORTANTE. es natural que lo que se presenta es un exceso de los mismos y el sistema está mostrando que hay necesidad de aumentar la capacidad de la estación de filtración. Por el otro lado. El lodo proveniente de la clarificación debe filtrarse para recuperar la Sacarosa que contiene. Esta malla es un soporte para el auxiliar filtrante que es el . es igual a lo que se usa en los clarificadores convencionales. Para comenzar. . cuando el pH del mismo jugo esté entre 6. CAV. Esta altura debe ser de 160 mL al cabo de 1 minuto y de 100 mL a los 15 minutos. El tema del bagacillo merece mención aparte. Se hace una prueba rápida de floculación que consiste en tomar 1 litro de Jugo y medir la altura de la interfase que divide el lodo decantado del jugo clarificado.8 y 7.21 lodos deben extraerse también en forma continua. si no es posible remover el bagacillo antes del Molino.18 = 70.2 x 0. Para ello se usan mallas del tipo DSM y en el momento existe la alternativa de filtros de alta eficiencia. debe mirarse la Retención de los filtros de Cachaza.15 = 10. El clarificador por lo tanto debe removerse antes de que llegue siquiera al Tanque de Encalado. Los clarificadores CAV presentan tiempos de residencia de 45 minutos mientras que los convencionales están entre 2 horas y dos horas y media. 5 veces el peso de la torta de Cachaza. Por consiguiente debe disponerse de un medio para pesar este bagacillo y comprobar que efectivamente la cantidad de bagacillo es la recomendada. Sencillamente se mantendrán llenos de lodo y esto definitivamente afecta la calidad del azúcar. el peso de Cachaza por hora es de 390 x 0.0 kilos por minuto. puesto que todo litro de agua que se le agregue a alguna parte del proceso debe evaporarse. Esta Retención no es otra cosa que el % de Sólidos que entraron a la filtración y que se retienen en la torta de cachaza. Es importante por lo tanto medir la eficiencia de la filtración para evaluar el trabajo de la estación.50 toneladas. para una molienda de 390 TCH.0 %) + Filtrado (20. Por ejemplo.050 = 19.5 % caña 25. Esta eficiencia se mide por medio de la Retención.5 %) Esto es en base a caña. Dicho de otra manera.5 % caña 5. la cantidad de bagacillo debe ser 3. Este flujo debe medirse para evitar cargas al evaporador. y su cantidad debe ser el 1.5 % caña Cachaza: 20. Por esto es muy importante que la filtración sea eficiente. El bagacillo debe cumplir ciertas condiciones: su tamaño debe ser tal que el 50% debe ser de 1.50 x 1.5 %) = Cachaza (5. Se ha comprobado que la cantidad de sólidos en las impurezas de un filtrado de mala calidad contienen hasta tres y cuatro veces la cantidad correspondiente al Jugo producido por el Molino. para una cantidad de Cachaza del 5.5 = 29.0 mm.8 GPM. Un balance de los materiales que entran y salen del sistema de filtros es el siguiente: Entran: Lodos: Agua: Total entran: Salen: Filtrado: Total salen: 18 % caña 7.5 % caña Visto de otra manera: Lodos (18.0 % caña 25. Por ejemplo. Se ha comprobado que la recuperación de Sacarosa de la Cachaza es irrelevante usando mayor cantidad de agua que la indicada. la cantidad de agua de lavado debe ser 1.22 bagacillo que se extrae del conductor de bagazo que lo transporta hacia la Caldera.90 Toneladas por Hora.5 % del peso de la caña. un litro de filtrado de baja calidad equivale a tres ó cuatro litros de jugo proveniente del molino. equivalentes a 128.0 % del peso de la caña molida.0 %) + Agua (7. Vale la pena pensar el efecto que tiene este retorno en la capacidad de los clarificadores. Adicionalmente. .00% y una molienda de 390 TCH. El peso del agua es entonces igual a 19.25 toneladas por hora. equivalentes a 65. Obsérvese que la cantidad de Jugo Filtrado que retorna al Tanque de Encalado es el 20. La filtración en esta primera etapa necesariamente es deficiente pues no hay suficiente bagacillo y será mayor en tanto el vacío de recolección sea mayor. Si se dispone de varios filtros con un área de filtración de 1950 pies cuadrados. . Si se usan bombas centrífugas los flóculos se licúan y no hay auxiliar . Pero este vacío no puede ser alto porque la calidad del filtrado es mala y hay retorno de filtrado con alto contenido de impurezas hacia el Tanque de Encalado. Es necesario impedir a toda costa el retorno de la suspensión de la batea del filtro hacia el mezclador de cachaza o hacia cualquier otro tanque anterior a los filtros. Este vacío es del orden de 18” de Mercurio. La transferencia del lodo de los clarificadores al mezclador de bagacillo debe hacerse con bombas de cavidad progresiva.5 pies cúbicos por minuto de aire por pié cuadrado de superficie de filtración. No es correcto usar bombas centrífugas que destruyen el flóculo y hacen que sea imposible hacer una buena filtración. sin bagacillo. El vacío de alta trabaja sobre la zona de lavado y el de baja en la zona de recolección ó zona sumergida. La idea es lograr que el vacío bajo actúe como la fuerza motriz que recolecta el filtrado y lo succiona a través de la capa de auxiliar filtrante que es el bagacillo. El tambor debe encontrarse sumergido parcialmente en el lodo mezclado con bagacillo.23 Existen condiciones operativas que deben cumplirse para lograr un buen desempeño. . Esto hace que los flóculos se destruyan y hace ineficiente la filtración. dado que si el bagacillo tiene el tamaño correcto. . del tipo Mono. ó cfm. La cantidad de aire necesario debe ser entonces igual a 2225 pies cúbicos por minuto. Pensemos que cuando el filtro recién limpiado de la torta entra de nuevo a la suspensión de lodo y bagacillo presenta una superficie desnuda. Este vacío se comunica con el filtro por medio de tuberías adecuadas y debe conectarse directamente al colectar de vacío de alta. . El vacío debe ser de 20”de Mercurio en la salida de la bomba. lo que filtra es el bagacillo ”. Los valores recomendados se encuentran entre el 10 % y el 12 %. De la línea de conexión debe conectarse un vacío llamado derivado o de baja que se controla por medio de una válvula automática. Debe trabajarse a la mínima para lograr un buen agotamiento de la torta de cachaza. Estas condiciones son: . Esta sumergencia se mide en términos del área de filtración que se encuentra sumergida. La velocidad de rotación tiene un rango muy amplio: entre 3 y 10 revoluciones por minuto. o sea 8 a 9” de Mercurio y se conecta al colectar de bajo vacío. los poros corresponden a la trama que se forma con partículas de bagacillo de 1 mm de tamaño. . El parámetro es de 1. El vacío proviene generalmente de una bomba llamada de Sello Líquido. Este vacío debe ser la mitad del de alta. “el filtro no filtra. Para decirlo de una manera coloquial. Normalmente la Retención debe ser mínimo del 85 %. es limitada. etc. En el contexto de la operación de fábrica puede encontrarse que la energía del vapor tiene diferentes usuarios. La Retención que mide la cantidad de sólidos retenidos en la Cachaza nos indica la cantidad de sólidos devueltos al proceso. . Como la cantidad de combustible disponible. por lo tanto. lo que significa que hay un 15 % de sólidos devueltos al Tanque de Encalado. Resumiendo: La filtración es una operación que recupera la mayor parte de la Sacarosa de los lodos de los clarificadores.24 filtrante que sirva. Cuando se controle este flujo de entrada es evidente que habrá que controlar la entrada al Mezclador de lodos y bagacillo para también impedir que haya derrames y finalmente habrá que controlar la salida de lodos del clarificador. que si se requiere optimizar el uso del vapor para alcanzar economía en el uso del mismo. es necesario racionalizar el consumo del vapor para así racionalizar el consumo de bagazo. evaporación y cristalización. La evaporación tiene como objetivo principal remover agua del Jugo Clarificado para producir Meladura. Es notable que la mayoría del contenido de Energía del vapor se destine en un 85 % al área de fabricación: calentamiento. . En términos generales. Vale decir. Esta operación debe tener necesariamente una eficiencia medida en términos de Retención de por lo menos el 95%. El resto se dedica a la transformación en potencia: movimiento de molinos. como materia prima de la estación de cristalización. que es el bagazo. Una opción innovadora consiste en colocar los clarificadores a una altura suficiente para que la extracción de lodos se haga por gravedad hacia el mezclador y de allí se alimenten los filtros también por gravedad. Una retención menor representa una recirculación innecesaria y nociva de sólidos al proceso. por cada Tonelada de Caña se producen 1000 kilos de Jugo Clarificado que a su vez se transforman en 180 a 200 kilos de Meladura. Evaporación. apenas lógico. Un Ingenio con balance apropiado de vapor debe tener sobrantes de bagazo del orden de un 15 %. Es. se dedique una gran atención a la estación de evaporación. Ese sobrante se almacena en la bagacera y sirve para mantener la operación durante los paros no programados de molienda y en las liquidaciones y arranques. por cada Tonelada de Caña se deben evaporar entre 800 y 820 kilos de agua. Estos son controles muy sencillos de instalar. Se controla el nivel del líquido en la batea del filtro para impedir que la sumergencia se suba y eventualmente se derrame. de generadores. ventiladores. operar y mantener. Antes de decidir la adquisición de nuevos filtros es necesario definir si los existentes tienen la Retención correcta. En esta forma se pueden instalar controles que permitan manejar los diferentes niveles en forma de escala. hasta llegar a la consistencia de Meladura. Examinemos el dibujo: . por ejemplo. El volumen de una libra de vapor a esas condiciones de vacío es de 123 pies cúbicos y cuando ese vapor se condensa y se convierte en agua líquida. su temperatura de ebullición en un recipiente. La relación entre los dos volúmenes es entonces de 123/0.016 = 7700 veces aproximadamente. En Bogotá el agua hierve a menor temperatura que a nivel del mar. el volumen se contrae a 0. Hay que recordar que el agua hierve a menor temperatura dependiendo de la presión barométrica. Hemos de entender que cuando el agua se condensa devuelve.016 ft3 para 1 libra de agua ) la presión es la atmosférica. si el volumen es pequeño ( 0. El jugo se pasa de un evaporador al siguiente por la parte inferior. si hay un volumen grande (123 ft3 para una libra de vapor al vacío) la presión es baja (vacío de 24”de Mercurio) y al revés. Y esto se logra cuando en este último aparato se produce un vacío. cómo se genera el vacío? La respuesta se encuentra si se analiza lo que sucede físicamente a una libra de vapor que se encuentra bajo un vacío convencional de 24” de Mercurio como es usual en el último cuerpo. De esta manera hay evaporadores a Triple Efecto. Y esta relación hace que haya un cambio enorme en la presión a tal punto que genera vacío. 4 ó 5 los evaporadores asociados en serie. Podemos intentar un ejercicio que nos permita aclarar las idea del porqué funciona la evaporación a Múltiple Efecto. Supongamos que requerimos evaporar 100 libras de agua de una cierta cantidad que se encuentran a 100°C. Este vacío se logra por medio del condensador barométrico asociado a una bomba ó a un eyector de vacío. por así decirlo. Hay que recordar la vieja Ley de los Gases de la Física de Bachillerato que habla de que el producto de la Presión (P) por el Volumen (V) es constante. Es decir: P x V = Constante = P1 x V1 = P2 x V2 = …… Es decir.25 El principio de la evaporación a Múltiple Efecto requiere que los vapores generados en un aparato dado se usen para calentar al siguiente y los generados por éste al siguiente y así sucesivamente. La pregunta clave es. Pero.016 pies cúbicos. a Cuádruple Efecto y a Quíntuple Efecto. según si son 3. la cantidad de calor que absorbió cuando era agua líquida para convertirse en vapor. Con esta aclaración supongamos que alimentamos vapor en cantidad de 100 libras al agua que se encuentra en el recipiente a la temperatura de ebullición. para que esto sea posible es necesario que haya una diferencia de temperatura entre el primer evaporador y el último. Y resulta que el primer efecto debe ser considerado como el eje del sistema. Este evaporador es fundamental para el trabajo del esquema de trabajo. Es decir. en donde no se evapora ni se genera una sola libra de vapor vegetal el jugo hasta que se alcance la temperatura de ebullición.26 mae = 100 mv = 100 Condensado En este caso se conviene que mv representa la Masa de Vapor y mae la masa de agua evaporada. Este principio de alimentar el Jugo en el Punto de Ebullición del primer efecto es fundamental en el buen ejercicio de la eficiencia energética. las 100 libras de vapor al condensarse entregan cierta cantidad de energía que es absorbida por el agua líquida que se encuentra en su punto de ebullición y se transforman en vapor. Puede verse que. Esto es una muestra de ineficiencia pues este primer efecto funcionará como un calentador-evaporador. en tanto el agua contenida en el recipiente se encuentre en su punto de ebullición (100°C a presión atmosférica). . 100 libras de vapor se condensan y entregan una energía que es absorbida por el agua en su punto de ebullición y se evaporan las mismas 100 libras. Sin embargo es muy frecuente que los esquemas de evaporación funcionen con temperaturas inferiores a la de ebullición a las condiciones de temperatura del primer evaporador. 27 Supongamos que ahora unimos dos recipientes. la cantidad de vapor que debo consumir para evaporar las mismas 100 libras del primer caso. es ahora de solamente 50 libras. pero con la condición de que el agua en ambos se encuentre en su punto de ebullición. se obtendría: 50 50 mv = 50 Condensado Condensado mae = 50 + 50 = 100 De aquí puede llegarse a la conclusión de que si tengo dos recipientes a los que podemos llamar evaporadores. Siguiendo el mismo razonamiento del caso anterior. con tal de que el agua dentro de ellos se encuentre a la temperatura de ebullición. Con una diferencia: el vapor producido en el primer recipiente se alimenta por un medio adecuado como una tubería al segundo recipiente. De aquí sale el primer enunciado: Masa de Vapor = mv = Masa de agua evaporada/Número de cuerpos mv = mae / n . Para ilustrar. Y es sorprendente porque en el momento de enunciar su Primer Principio. se logra economía en el uso del vapor cuando se hacen extracciones de los vapores vegetales generados por los cuerpos de la serie. parte. tomemos el caso de un calentador de Jugo que eleva la temperatura del mismo desde los 25°C hasta 102°C. Esto significa que si se dispone de un Quíntuple Efecto. Lo que interesa entender es que para que el sistema de evaporación en serie funcione. el consumo promedio de Vapor de Escape es del orden de 300 libras por Tonelada de Caña. Así. la cantidad de vapor sería ahora la 5ª. limitaciones al uso de este sistema.000 libras por hora. sorprendentemente. Esto. teniendo en cuenta que es igual al consumo de Vapor de Escape multiplicada por una razón en la que el numerador es el número de orden del cuerpo en la serie y el denominador es el número total de evaporadores. se generan tantas libras de vapor como unidades haya en la serie. es cierto en promedio. sin embargo. si se alimenta 1 libra de vapor de Escape a la serie. Por este motivo. para los dos evaporadores. Por consiguiente. o sea el 20 %.28 en donde n es el número de individuos de la serie. se generan 5 libras de vapor llamados vegetales pues se generan por la evaporación del jugo en un cuerpo cualquiera. 2. ya que se trata de un Quíntuple. Esto se logra haciendo vacío en el último . Si fueran 5. Norbert Rillieux no disponía de las herramientas teóricas que pudieran sustentar su teoría. la economía será mayor. la cantidad de vapor es el 50% del necesario cuando se trataba de un solo evaporador. Existen. Si la cantidad de jugo es de 100 Toneladas por hora.000 x 1/5 = 6000 libras por hora. por cada libra masa de vapor que se alimente al primer cuerpo de la serie. Este es el caso anterior. En un Múltiple Efecto. cual sería la economía que se obtiene? La economía sería entonces: Economía = 30. Si se usara vapor vegetal extraído del primer evaporador. si se usa Escape. Para la extracción del último vaso la economía es del 100 %. Esta economía se calcula en una forma simple. En un sistema de evaporación a Múltiple Efecto. es necesario que haya una diferencia entre la temperatura del vapor en el primer cuerpo y la temperatura en el último. el consumo de vapor es igual a 30. En este caso el 1 representa el orden del evaporador en la serie pues es el primer cuerpo y el 5 es el número total. Los principios de evaporación fueron enunciados por Rillieux a finales del siglo XIX y que en su forma más simple establecen lo siguiente: 1. puede verse que a medida que se extraiga vapor vegetal de un cuerpo cada vez más cercano al último vaso. 29 evaporador por medio del condensador barométrico y una bomba de vacío. Resumiendo: 1. En los esquemas de evaporación la economía de vapor aumenta en la medida que aumenta el número de cuerpos o evaporadores del sistema. Y esta diferencia establece así mismo las limitaciones para su empleo como fuentes de calor. Para comparar. Estos hechos enunciados de una manera breve muestran los principales efectos de usar la evaporación a múltiple efecto. mientras que un Cuádruple y un Quíntuple en idénticas circunstancias consumen 1105 libras por TC y 1060 libras por TC respectivamente. La economía se logra en la medida que se hagan extracciones de los diferentes cuerpos para algún trabajo de proceso. Es obvio que existe una secuencia de temperaturas desde 250°F hasta 140°F. La economía será mayor a medida que la extracción se haga hacia los últimos cuerpos. hay que investigar el sistema de evaporación en primera instancia. El primer vaso tiene la mayor temperatura de la serie y el último la menor. De hecho. la temperatura del Vapor Vegetal No. un Quíntuple Efecto que recibe Vapor de Escape a 15 psig con una temperatura de 250°F puede tener una temperatura de 140°F en el último evaporador. solamente necesitamos calentarlo para la etapa de clarificación hasta los 102°C que son 216°F. 2. Porcentualmente. calentamiento y cristalización consume alrededor del 85 % del contenido de energía del vapor. La serie entonces aparece con algunos cuerpos con presión y otros operados bajo vacío. el Cuádruple consume el 94% y el Quíntuple el 90%. hasta casi los 237°F. Cada una de las fases entrega el material procesado a la siguiente. El Triple Efecto consume mayor cantidad de vapor que el Cuádruple y éste consume más que el Quíntuple. De ahora en adelante se hace necesario pasar a un proceso por cochadas y esto se logra en los Tachos al vacío. De hecho. Pueden hacerse extracciones para calentamiento de Jugo ó para el trabajo de Tachos. por ejemplo.1 es de 237°F. si el Triple Efecto consume 100 %. Por ejemplo. Se cambia Consumo de Vapor por Área de Evaporación. el cuerpo III opera a cero presión y los cuerpos IV y V lo hacen bajo vacío. un Triple Efecto con extracción de Vapor Vegetal I hacia los Tachos y Calentadores consume 1175 libras por TC. Hasta este momento el proceso ha sido un proceso en serie. El área de evaporación. los cuerpos I y II operan bajo presión. Luego allí es que es necesario implementar la economía. Para un Quíntuple Efecto. . Resumiendo: Si un Ingenio tiene dificultades con el consumo de Bagazo por ser excesivo. Esta diferencia de presiones se traduce en una diferencia de temperaturas. Con este vapor podemos calentar jugo. siempre es necesario clarificar la Meladura.00 – 15.95 = 43.00 .60 % Los No Azúcares se pueden calcular como la diferencia entre el Brix y la Sacarosa para ambos casos.02.59 kilos de agua por kilo de Impurezas en el Jugo Clarificado. independiente de la calidad del Jugo Clarificado.30 3. Sacarosa: 56.00 ..00 %.02 Esto significa que la cantidad de agua que mantiene disueltas las impurezas o los No Azúcares es de 43. Pureza: 86. Su peso y tamaño las mantienen entre dos aguas y constituyen la turbidez de la Meladura. No Azúcares: Meladura. La razón para esto se explica de la siguiente manera: Tomemos los siguientes datos típicos del Jugo Clarificado y de la Meladura : Jugo Clarificado: Meladura: Brix: 15.00 = 85.95 % 100.00 %.00 % Meladura.70 = 4.30 %.. Agua: 15.13. Pureza: 87.05 %.00/ 8.05 = 1. El resultado es que hay una reprecipitación de las impurezas en la Meladura por falta del solvente que es el agua que se removió parcialmente en la evaporación.00/1.00 % Brix: 65.56.00 – 65.00 = 35.70 % 100.59 Meladura: Agua/No Azúcares = 35.00 % Con estos datos podemos calcular la relación entre la cantidad de agua presente en cada material y la cantidad de No Az úcares para evaluar la cantidad de agua que actúa como solvente de los No Azúcares: Jugo Clarificado: Agua/No Azúcares = 85. Jugo Clarificado. Lo peor es que esas impurezas que han aparecido son microscópicas y por tal motivo no se decantan ni flotan. Sacarosa: 13. El agua también se puede conocer restando de 100 el valor del Brix. Clarificación de Meladura.3 .. El proceso de Clarificación de la Meladura implica la flotación de las partículas de impurezas por la acción de pequeñas burbujas de aire que se adhieren a ellas por efecto de la acción de floculantes y de los defecantes como el ácido Fosfórico y el Sacarato de Calcio.30 = 8. Agua: 65. No Azúcares: Jugo Clarificado. mientras que en la Meladura esta cantidad se ha reducido a 4. Esta operación ha tomado auge en los últimos años dada la necesidad de fabricar azúcar Blanco Especial de una calidad mejor que el Azúcar Corriente pero inferior al Refino y todo a un menor costo. es necesario que se haga la clarificación de la Meladura? La respuesta es que.. Y es necesario porque la Meladura siempre presentará Turbidez. La pregunta clave en este punto es la siguiente: si la calidad del Jugo Clarificado es perfecta. La secuencia correcta de la aireación es absorber aire a la . Esta acción correctiva introduce la necesidad de remover las sales de Calcio que se forman y para ello se debe instalar un Floculador antes del Clarificador. el Azúcar Comercial que es el producto principal de la cristalización en Tachos es de una Pureza alta para un proceso industrial. tiene una cierta cantidad de No Azúcares puesto que su Pureza no es del 100 %. en la Miel Final.99 % para el Azúcar Refinado. 1803). Ellos hicieron su investigación y concluyeron que “ por cada parte de No Azúcar que entre a la fase de cristalización en Tachos se retienen 0. Su polarización alcanza 99. Esta es una de las fases de mayor complejidad en el trabajo del Ingenio. 3.4. lo que significa que hay 10 % de Impurezas. Es decir. En Colombia una buena Meladura alcanza Purezas del 90 %. como constituyentes de la mayoría de los No Azúcares. Esta remoción es necesaria para impedir que la presencia de sales se traduzca en cenizas que aumentan la Pureza de la Miel Final y con ello las pérdida. es decir. la Meladura. en promedio ”.31 menor temperatura del sistema para luego calentar la mezcla de Meladura y aire antes de entrar al Clarificador (Ley de Henry. Cristalización. Uno de ellos es el efecto que tienen las impurezas en la recuperación de la Sacarosa. Estas Impurezas afectan de alguna manera la cristalización de la Sacarosa. Hemos de ver también que. entre mayor cantidad de No Azúcares llegue a los . por lo que se hace imperativo agregar un material alcalino como la Lechada de Cal ó el Sacarato de Calcio para neutralizar.4 partes de Sacarosa en la Miel Final. Con esta base podemos encontrar alguna explicación relacionada con el efecto de los No Azúcares en la cristalización y para ello es útil echarle mano al concepto de Retención en Cristalización.70 % para el Azúcar Blanco y hasta 99. Sin embargo se encuentra con frecuencia que algunos Ingenios que poseen sofisticados equipos no alcanzan niveles satisfactorios de agotamiento. Esto significa que la gran mayoría de impurezas necesariamente tiene que encontrarse en el subproducto de la operación. tal como fue enunciado por los investigadores Winter y Carp en la práctica industrial de Java en los años 30. Hay una variedad amplia de factores que afectan la eficiencia del sistema de cristalización y el agotamiento. El aumento de temperatura disminuye la solubilidad del aire haciendo que se libere en forma de burbujas microscópicas que se adhieren a las impurezas para que floten. En la página 2 de estas notas se mencionó el efecto de las Cenizas y de los Azúcares Reductores. Sin embargo. medido en términos de pH. La tecnología dispone de todas las herramientas necesarias para lograr un buen trabajo de agotamiento de la Miel Final y se ha avanzado un gran trecho. Es compleja porque a pesar de los avances en sistemas de medición y control automatizado aún existen muchas operaciones que son artesanales. hay ciertos factores que pesan más que otros. como en todos los casos. Es importante tener en cuenta que cuando de sulfita la Meladura ocurre un descenso de la acidez del material. Si miramos con atención el resultado del proceso hemos de entender que la materia prima que llega a la estación de cristalización. 4 partes (0. Esto significa: Peso de No Azúcares = Peso de Sacarosa = Peso total Sólidos = 1.4 kilos) de Azúcar en la Miel Final. Por ejemplo: Supongamos que se tiene una Melaza con los siguientes datos de análisis: Brix: Sacarosa: Pureza: 88.34 % 40.67 Esta es la Retención correspondiente a esa Miel Final. Esta Retención tiene un valor teórico que puede calcularse con facilidad: Se tiene que por cada parte (por ejemplo 1 kilo) de No Azúcar se retienen (podríamos decir.4 kilos 1. Es bueno este dato? Comparémoslo con la Retención Teórica: % de eficiencia = Retención Teórica x 100/Retención práctica .00 – 35.57 % Para el caso de la rutina diaria se puede calcular la Retención obtenida a partir de los datos de análisis de una Miel Final dada.4 kilos Siendo la Pureza una relación del peso de Sacarosa % de los Sólidos Totales se puede calcular la Pureza de Esta Miel Final teórica: Pureza = 0.66 = 0.66 % Luego establecemos la siguiente regla de tres: Si por 52.16 % De aquí se deducen los No Azúcares restando del Brix la Sacarosa pues el Brix representa todos los sólidos disueltos (Azúcar y No Azúcar). mayor será la cantidad de Sacarosa que es arrastrada hacia la Miel Final.34 = 52.34 partes de Azúcar Por 1 parte de No Azúcar habrá X partes de Azúcar X = 35.4 x 100 / 1.67 partes de Azúcar en la Miel Final.34 / 52. por cada parte de No Azúcar se retienen 0. Estos No Azúcares son de dos clases: los importados en la caña que no removieron en las etapas de clarificación y los generados en el proceso.66 partes de No Azúcar hay 35.4 = 28.32 Tachos. Puede afirmarse que en este Ingenio.0 kilos 0. No Azúcares = Brix – Sacarosa = 88.00 % 35. se pierden) 0. 33 % de eficiencia = 0. Y qué es un Tacho? Debemos decir que es como un evaporador pero de simple efecto. etc. menor es la fluidez. Por consiguiente la temperatura de trabajo es menor que la correspondiente a la presión atmosférica. de la Sacarosa en la Miel Final y dividir el contenido de Sacarosa entre la resta del Brix y la misma Sacarosa. La tecnología de la fabricación del azúcar cristalizada implica la separación de los cristales del Licor Madre por medio de centrífugas. En primer lugar. Estos equipos retienen la torta de cristales y dejan drenar la miel a través de los poros conformados por los cristales.Sacarosa 100 .=--------------------Brix . Este es sinónimo de Masacocida o simplemente Masa. Simplemente están conectados a un condensador que genera un vacío de 24”de Mercurio. Estos datos de análisis de la Miel Final son siempre conocidos. Es esto absolutamente necesario? Los sistemas de Templas dependen de la Pureza de la Meladura. Por consiguiente.40 x 100 / 0. Se trata de la mezcla mecánica de cristales de Sacarosa y de Licor Madre ó sea del licor del cual surgieron por efecto de la evaporación en el Tacho. surge una pregunta inevitable: cual es el motivo para tener que ponerle tantas vueltas a la cristalización? Hay Azúcares A. La respuesta a la pregunta sobre la necesidad de elaborar varias Templas se desprende de un hecho físico. Así se denomina al material producido por evaporación y cristalización en los Tachos. Esta necesidad impone la limitación sobre la fluidez que a su vez depende de la concentración. Entre mayor sea la concentración. Magmas B y C. los vapores generados por la evaporación no sirven para trabajar a ningún otro evaporador o a otro Tacho. la única herramienta que se requiere para evaluar el trabajo de Tachos es el cálculo de la Retención: Sacarosa Pureza Retención = -----------------------. B y C y Mieles A. Pero. porqué es siempre necesario hacer las varias Templas? Antes que nada. Con este cálculo no hay necesidad de meterse en el laberinto de datos de Mieles A y B. Basta conocer el dato de Brix.Pureza Haremos una breve mención sobre el tema de los sistemas de Templas que se usan en el trabajo de Tachos. Entonces hay un límite físico que no puede sobrepasarse sin que haya problemas .67 = 59. Cuando la Pureza sube de este valor es posible trabajar los sistemas de Tres Templas hasta los niveles de 90. Es decir. No es un múltiple efecto. B y Miel Final. En algunos países la Meladura no alcanza una Pureza siquiera de 83.5 % por lo que se impone hacer solamente dos Templas: A y C.70 % Puede verse que este es un método sencillo de conocer el estado de eficiencia del esquema de cristalización. definamos el sentido de lo que es una Templa. Y esto representa menos consumo de vapor y menos desarrollo de Color. para operar estas máquinas es necesario que las Masas fluyan por gravedad desde el piso de Tachos. Pero entonces.0 % de Pureza. para manejar un sistema de Templas con una sola Masacocida que produjera todo el azúcar comercial y como subproducto la Miel Final. La Templa B se separa al igual que la A en las centrífugas en dos efluentes: Azúcar B y Miel B. Finalmente hay una Templa C que es la Templa Final fabricada a partir de la Miel B y un material fabricado ex profeso que se conoce con el nombre de Cristal. Ya vemos que el azúcar B sube de grado pues entra a la Templa A como semilla. Precisamente esto hace que no haya suficiente agotamiento en la primera etapa que corresponde a la Masa A. muy adecuado para fabricar Azúcar Blanco Especial.34 con la descarga de los tachos. No se requiere disolver ningún tipo de Magma pues esto va en contravía de la sana economía de vapor que debe manejarse en todo Ingenio con un criterio claro de economía de energía. Esta operación constituye prácticamente una afinación del azúcar de baja polarización. Siguiendo este orden de ideas. El otro componente es el Azúcar C llamado comúnmente Magma C. retornando menos cantidad de sacarosa al proceso a través de la Miel A. Este procedimiento permite subir de grado (upgrade ) los azúcares de menor polarización. Este es el sistema denominado de Doble Magma. estamos produciendo el azúcar tipo A con un 30% al 33 % de Azúcar B incorporado. Este Magma es el pié de Templa ó Semilla de la Templa A y constituye el 30 % al 33 % de la misma. que se separa en las centrífugas en dos fracciones: azúcar A o Azúcar Comercial y Miel A. tal como se ha concebido para la producción del Azúcar Blanco Especial:  La Templa A se fabrica con la mayor Pureza posible. . El Magma C se prepara a partir del Azúcar C con Jugo Clarificado para elevar su Pureza. exclusivamente a base de Magma B y Meladura. Es decir. Por eso se hace necesario dividir la cristalización en varias etapas que se definen por la máxima concentración que permita la descarga por gravedad hacia las centrífugas. al pasar de la Templa C a la B y a la A. Constituye entre el 30% y el 33% de las Templas B pues éstas se fabrican tomando como pié de Templa el Magma C y se completan con Miel A. Como en el caso anterior. De esta manera. fabricada con Meladura y Azúcar B como semilla. Al mismo tiempo la recuperación ó Rendimiento de Cristales es mayor. la totalidad del Azúcar B se fabricó con un 30% a 33% de Azúcar C. De esta manera se asegura la calidad en términos de Color y Polarización.  El Magma B se prepara a partir del Azúcar B con agua condensada. Se recurre entonces a una segunda etapa para un agotamiento adicional de la Miel A y esto permite la fabricación de la Templa B. mientras que la Miel B baja hacia la Templa C a sufrir un agotamiento adicional. sería necesario llegar a una concentración tan alta que sencillamente la Templa no fluiría a las centrífugas por no existir espacio intercristalino. igual a la panela. en forma indirecta. sería una masa sólida. Podemos enumerar los hechos principales que se manejan en el Sistema de Doble Magma. 0% como mínimo.57 kilos de Sacarosa por TC.5% a 0. que permite remover la humedad de entrada del azúcar. Una vez que el azúcar A se descarga de las centrífugas se pasa al equipo de secado. por encima del cual ocurre la coloración denominada de “pardeamiento” ( o browning ) del azúcar por presencia de los llamados caramelanos conocidos comúnmente como caramelo.4 kilos por TC. es razonable ir de lo general a lo particular. Esta es la secadora normalmente usada en la mayoría de los Ingenios. con velocidades entre 5 y 10 rpm. Este es un valor standard internacional que generalmente se acepta con un 88. la Recuperación OR es entonces: 10.857 % equivalente a 108. ó 128. La Humedad % de esta azúcar es del orden de 0.9% y se requiere remover agua hasta lograr que la Humedad % del Azúcar Comercial sea del orden de 0. Si el contenido de Sacarosa en la Caña fue de 12. Por esto.035 % a 0.55 % 12.84 . Esta temperatura es el límite superior de secado. El primer Índice de Eficiencia se define entonces como un % del Azúcar Recuperada en base a la Sacarosa contenida en la caña.5°) que permite el avance del azúcar que cae en forma de cascada desde la entrada hasta la salida. Definición de los Parámetros de Eficiencia. que trabajan en contracorriente. El Rendimiento % Caña del Azúcar comercial es 10. no es fácil determinar cuales son los valores que definen mejor la eficiencia de todo el proceso fabril. Se circula aire caliente en contracorriente. Dada la profusión de cifras que se presentan en un Informe de Fábrica. Un ejemplo puede ilustrar el cálculo de la cifra.84 %. Como regla general debe evitarse que el azúcar seco salga de la Secadora a temperaturas superiores a los 55°C.040 %.= 84.857 x 100 OR = -------------------. Veamos este Indice: .35 Secado. Hay versiones de este mismo equipo con secciones de enfriamiento que permiten un mejor control de las condiciones de salida del azúcar seco. con un ángulo ligeramente inclinado (3. Recuperación Total (Overall Recovery: OR): Representa en términos porcentuales el total de la Sacarosa Recuperada con relación a la Sacarosa contenida en la Caña. Las secadoras son cilindros rotatorios. En algunos casos se presentan fenómenos de compactación (caking) del azúcar especialmente común en los azúcares finos blancos y en los azúcares refinados. Analizando el monto de las pérdidas. Este valor es igual a 1. (100.30 = 1.54 Kg/TC La recuperación adicional de Sacarosa es entonces igual a 1.36 El complemento a 100.857 % 1.4 x 0.98 %. la Recuperación de Sacarosa % Sacarosa en Caña sería: Recuperación Sacarosa % Sacarosa en Caña = 12.73 – 1. Y todo esto para lograr llegar a los parámetros internacionales de eficiencia. Este es un parámetro que ha sido definido en la Pagina 14 y que realmente sirve para evaluar la eficiencia del Molino de una manera que es independiente de la cantidad de fibra y de sacarosa que contiene la caña.88 = 11.55 = 15.19 o 1.90 kilos de Sacarosa por TC y debe ser un Objetivo Corporativo al que se deben dedicar todos los esfuerzos.54 = 0. Bagazo: Jugo Absoluto Perdido % Fibra: JAP % Fibra. En este caso.1545 = 19. la Fibra % Caña permanece constante y debemos calcular la Extracción de Sacarosa % de la Sacarosa en Caña.45% Y en valor absoluto: Pérdidas Totales = 128. tenemos: .84 kg/TC Merece hacer la siguiente evaluación en las cifras de un Informe anual de un Ingenio dado.00 – 84.84 – 11. Si el OR % fuera de 88. podemos evaluar el % de Sacarosa en Bagazo que sería necesario alcanzar. Una evaluación que se desprende de estas cifras permite calcular el margen de mayor recuperación que podría esperarse si se alcanzaran los parámetros de eficiencia.0 %.840 % 10.0) 20.0 = ------------------------------------------------------- .0 %.84 x 0. Para alcanzar el valor paramétrico del 20. es el valor correspondiente a las Pérdidas Totales de Sacarosa en base a la Sacarosa % Caña: Pérdidas Totales % Sacarosa en Caña = 100.984 % El monto de las Pérdidas Totales debe ser igual a la diferencia entre la Sacarosa entrada y la Sacarosa envasada.0 – Extracción Sacarosa )*(100 – 15. Los datos son los siguientes: Sacarosa % Caña Rendimiento % Caña Pérdidas % Caña = = = 12.30 Kg/TC En cuyo caso las Pérdidas Totales serían: 12. 90 % y la Pérdida de Sacarosa es 5. Evidentemente este es un valor alto.4. La Miel Final constituye la mayor pérdida de toda la Fábrica.53 % Aplicando este valor a la Sacarosa % Caña.67. es útil calcular este valor a partir de los datos de análisis según se presentó en el Numeral 3. conducen a calcular la Retención igual a 0.53 Kg/TC El % de Bagazo en Caña es 30. el Pol % Bagazo es 1. según se puede ver en el Numeral 3.0 De aquí se deduce que la Extracción de Sacarosa % de la Sacarosa en la Cana es: Extracción de Sacarosa % Sacarosa en Cana = 96.0 %. Podemos recalcular el valor de la Sacarosa si la Retención fuera de 0.4 x 3. Por lo tanto: 300. Para tener una evaluación temprana de la Retención de Sacarosa en la Miel. para igualar el trabajo del Ingenio al de los mejores: .47 % De aquí se deduce: Pérdida de Sacarosa en Bagazo % = 100.40 en teoría. .0 Kgs Bagazo x Pol % Bagazo/100 = 4.0 – 96.53/100 = 4. Miel Final.4.82 . página 31. si las pérdidas operacionales del Molino se ajustaran al parámetro de eficiencia aceptado internacionalmente.51 %.82 Kgs por TC. Kgs/TC = 5. Este material presenta unas características de viscosidad y concentración que dificultan el agotamiento de la sacarosa. Los datos supuestos.47 = 3. Este valor en parámetro debe ser 0.37 15.43. La reducción en Pérdidas es igual a: Reducción en Pérdidas.53 De donde: Pol % Bagazo = 1. Como hemos visto. la Miel Final recoge todos los No Azúcares que entran ó se generan en el proceso. se obtiene el valor de la Pérdida % de Sacarosa en Bagazo: Sacarosa Perdida % Sacarosa en Caña = 128.2.53 = 1. Si miramos el dato actual. Esta sería la recuperación adicional que obtendría el Ingenio.29 Kgs. En resumen.99 Kgs/TC.0 * 1.38 0.0 x 0.40 – 3.99 = 24.34% es: Sacarosa perdida en Miel Final.90 Kgs/TC La diferencia es igual a 10.06 % Esta pérdida equivale a 0.00 – Sacarosa ) Sacarosa = 26.6 kilos de Sacarosa por Tonelada de Caña.46 % es: Sacarosa perdida en Miel Final. .060 1.0 Kgs por TC.29 + 2.90 = 2. Suponiendo: Cachaza % Caña : Sacarosa % Cachaza: 4.46 % Y la Pureza sería 30.43 = ( Sacarosa / 88.3534 = 10.060 0.0 % 1.703 10. kgs/TC = 30. Sumando esta recuperación a la del bagazo se tiene: Sacarosa recuperada en Bagazo y Miel Final = 1.857 .441 % Caña. La pérdida directa con la Sacarosa de 35. kgs/TC = 30.50 % La pérdida por Tonelada de Caña es: Sacarosa perdida en Cachaza % Caña = 4.0 x 0. La diferencia de pérdida se puede calcular teniendo como base que la cantidad de Miel Final sea 30. Por lo que las Pérdidas Totales de 28.41 Kgs/TC ó 2.60 Kgs/TC Y la pérdida con la Sacarosa de 26.07 %.2632 = 7. La cantidad de Sacarosa perdida en la Cachaza es igual al producto de la cantidad de Cachaza multiplicada por el contenido de Sacarosa. el Balance de Sacarosa es: Material Pérdida Miel Final Pérdida Bagazo Pérdida Cachaza Sub – Total Recobrado % Caña 1.70 Kgs/TC.60 – 7.582 0.40 Kgs/TC se reducirían a 28.70 = 3.50 / 100 = 0. Pérdidas en Cachaza. Total Recobrado Sacarosa % Caña Pérdidas Totales Indeterminadas % Caña 0.280 .256 12.060 1. etc.840 1.39 Sacarosa % Caña Pérdidas Totales Indeterminadas 12.584 0. en la Cachaza y en la Miel Final. .280 Este balance cambia cuando hay una reducción en las pérdidas de Bagazo y Miel Final. (8).790 0.840 1. en inversión de la Sacarosa. en términos de peso: Material que entra – Material que sale = Acumulación En el Molino no se acumula material por lo que se cumple que: Material que entra = Material que sale O sea que la Ecuación Fundamental dice: (Caña + Agua de Imbibición) entran = (Jugo Mezclado + Bagazo)salen .303 11. El cálculo del contenido de Sacarosa en la Caña se hace en forma inferencial. Indeterminadas. Las Pérdidas Indeterminadas representan el Balance entre la Sacarosa Entrada y la Sacarosa que sale en la Producción. Ellas agrupan las imprecisiones de los muestreos y de los análisis y de los pesos de los materiales que constituyen los flujos de entrada y salida al igual que las pérdidas físicas en arrastres de condensadores. Ec.983 0. Las imprecisiones detectadas corresponden a la falta de cumplimiento de la Ecuación Fundamental del Molino.453 0. pagina 13. según hemos planteado: Material Pérdida Miel Final Pérdida Bagazo Pérdida Cachaza Sub . en derrames. En esta fase de la operación se debe cumplir lo siguiente. 4 unidades) que los productos pues es inevitable que haya una pérdida en el proceso que hace disminuir la Pureza. la Pureza de la Meladura debe ser ligeramente superior (0. Azúcar y Miel Final. Lbs/TC 0. no puede ser inferior a cero ni superior a 100%. Se dispone de un Programa de Comprobación del Balance de Pol que incluye un Balance de Sólidos. Azúcar.40 El contenido de Sacarosa en Caña depende del contenido de los Insolubles en el Jugo Mezclado y por supuesto afecta el valor de las Indeterminadas.40 % a 2. . Ingeniero Químico.3 4.40 13.87 kilos. Como en el caso anterior.2 2. Enero de 2015.25 a 2. Jaime Peñaranda D.5 unidades) que la de los productos.3 a 136. A partir de estos dos balances se puede calcular la Pureza de las Indeterminadas. se calcula la Pureza de los productos que se extraen del Jugo Diluido. Sacarosa/TC Pérdidas Indeterminadas. El Jugo debe tener una Pureza ligeramente mayor ( 0.62 136.00 13.00 %. A manera de ejemplo calculemos los valores siguientes: Insolubles % Sacarosa % Caña Kgs. Igual comparación se ejecuta entre la Pureza de la Meladura y la Pureza de los productos.83 138.25 2. Es necesario calcular la Pureza de las “Indeterminadas” pues están compuestas tanto de Sólidos como de Sacarosa.2 a 0.2 a 0. El valor de esta Pureza da un indicio de la perdida del material. hace que la Sacarosa % Caña se reduzca de 138.38 kilos por TC: 1. File:texto. Adicionalmente. Miel Final y Cachaza y se compara con la Pureza del Diluido.38 Puede observarse que un aumento de Insolubles de 0. que siendo un porcentaje.2 kilos por TC y las Indeterminadas sufren una reducción de 4. 41 .