Embed Size (px)
Citation preview
CAPITULO 1
1.00.00.- Materia prima y esquemas de fabricación.
Origen de la caña , su composición .Producción de azúcar artesana .Formas de pago empleadas en el mundo cañero y en Cuba. Calidad de la caña .Preparación de la caña y extracción de jugo .Diferentes tipos de azúcares crudo .Esquemas básicos para la producción de crudos. Balance global del proceso de un ingenio de crudo.
1.01.00.- Conceptos generales.En este capitulo se dan las definiciones generales relacionadas con la caña como materia prima , el azúcar y los esquemas de producción . Constituye un tema de carácter introductorio de este Manual de Operaciones.
La caña de azúcar es considerada uno de los cultivos más antiguos de la humanidad , se tiene información de sus existencia como planta en la China y la India desde unos
6 000 años ANE .
Su empleo en la alimentación humana se remonta también a unos 3 000 años ANE en la India , de donde se plantea que el ejército de Alejandro Magno la obtuvo para llevarla hacia Europa unos 325 años ANE.
Aunque muchos autores plantean que resulta difícil determinar el género que dio origen a la caña , debido a su antigüedad y a su diversificación por una extensa zona de nuestro planeta , aceptan clásicamente el Saccharum Officinarum como el género de partida.
Es Cristóbal Colón quién la trae y disemina por el Nuevo Mundo en su segundo viaje y se comienza a industrializar a mediados del siglo XVI para posteriormente convertirse en los países donde se introdujo en principal fuente de ingresos agrícolas.
La remolacha ha quedado circunscrita a las zonas templadas del planeta pues la mayor parte de las regiones tropicales y numerosas zonas sub tropicales son aptas para el cultivo de la caña de azúcar.
En el mapa de la Fig. 1.1 se indican como límites de extensión cañera a los 35º de latitud al norte y al sur del Ecuador.
El primer producto industrializado que se obtuvo de la caña fue un tipo de azúcar artesana de características muy similares en casi todos los países . En la India se reporta la producción más significativa en volumen y aún hoy se mantiene como importante fuente de alimento de la población autóctona de éste y otros países de América . Se denominó Gur y cambia su nombre a Raspadura en Cuba , Pilonsillo en México y Panocha en Colombia . Es un producto integral y se conserva intacto por largo período de tiempo .
Manual para la producción de azúcar crudo de caña.Es un proceso muy simple partiendo de la extracción con molinos de baja eficiencia . El jugo obtenido se evapora a fuego directo en recipientes abiertos , en los que se efectúa una clarificación por medio de la adición de cal y floculantes de origen vegetal hasta obtener una cachaza que se extrae manualmente . Se mantiene el jugo ya clarificado al fuego hasta lograr una concentración entre 90 a 92 ºBrix.
Se deja enfriar naturalmente en moldes de formas diferentes y una vez fríos el producto queda listo para su distribución y consumo.
En el siglo XVIII se produjeron los primeros trapiches y en el XIX con la Revolución Industrial se promovió el rápido cambio y crecimiento de esta industria hasta asimilar la máquina de vapor y los equipos de evaporación a múltiple efecto a partir de los descubrimientos del Norteamericano Robert Riellieux.
La industria permanece sin muchos cambios apreciables hasta que los problemas energéticos y la presencia de diferentes tipos de edulcorantes , naturales o sintéticos , en el mercado , le obligan a su reordenamiento en busca de soluciones que promuevan la reducción de los costos de producción , básicamente a partir de la elevación del rendimiento agrícola y la eficiencia industrial , elementos tradicionales de la industria , así como la generación de excedentes de bagazo y electricidad para la venta a la red pública , como nuevos elementos que de alguna forma modificaron mucho los esquemas de proceso.
De ahí que la producción cañera haya tenido que elevar su rendimiento agrícola (producción de caña por caballería o hectárea de tierra cultivada ) mediante la aplicación de tecnologías modernas para poder reducir sus costos y la industria haya tenido que modificar sus esquemas de proceso , abrirse a las nuevas tecnologías para elevar su eficiencia para entre ambos mantener la hegemonía de la producción azucarera.
El incremento del rendimiento agroindustrial , es decir la producción de azúcar por superficie cultivada de caña ha sido el resultado de un arduo y sólido trabajo agrícola e industrial en la búsqueda de mayores producciones con mejor calidad al menor costo posible. En países como Sud África , Colombia , Australia y en alguna regiones continentales de América se obtienen como promedio de 80 a 100 ton . de caña por Ha. ( 95 000 a 120 000 @ por Ca. ) , con rendimientos industriales base 96 º del orden del 14.00 % lo que integralmente representa un rendimiento agroindustrial de 12 a 14 ton. de azúcar por Ha. de tierra ( 150 a 190 ton. por Ca. ) .
Otro importante cambio que se ha producido en la industria para satisfacer la demanda del mercado es el relativo a que la mayor parte del azúcar para usos domésticos y hasta para determinadas producciones sea azúcar blanca por un proceso directo .
Para estos esquemas de producción de azúcares la calidad de la materia prima es fundamental , puesto que ella condiciona en gran medida el resultado de la industria ; aunque si ella no está organizada y operada adecuadamente puede ocurrir que la cuantía de las pérdidas , aún en buenas condiciones de materia prima sea tal , que reduzca las utilidades al extremo de hacer irrentable la producción.
2
Materia prima y esquemas de fabricaciónDe ahí la importancia de alcanzar altos niveles de eficiencia industrial a fin de poder retener en forma de azúcar la mayor cantidad de sólidos presentes en la caña.
La industria por mantener altos niveles de eficiencia ha tenido que asimilar de forma escalonada un importante grupo de tecnologías , entre las que se destacan las siguientes :
r Preparación de la caña , diseño de diferentes tipos de cuchillas picadoras de caña , de desfibradoras y desmenuzadoras para lograr índices de celda rotas superiores al 85 % .
r Presiones hidráulicas en molinos , de hasta 60 a 75 ton. por píe ( 196 a 246 ton. por m ) lineal de maza.
r Maceración combinada a partir del uso de agua de imbibición , a mas del doble de la fibra , en el último molino y de las maceraciones en los antecesores con una temperatura superior a los 60 ºC.
r Esquemas de uso del vapor para producir excedentes de bagazo para otras producciones y electricidad para la venta a la red pública.
Con la introducción de una nueva generación de calderas de 25 y 45 ton/h de vapor a 250 y 400 psig ( 18 y 28 atm. ) , pre evaporadores operados con vapores de hasta 30 psig ( 2.0 atm ) se logran esquemas eficientes de bajo consumo específico en proceso.
Es posible obtener consumos específicos en el proceso de menos de 400 Kg. de vapor por ton. de caña molida.
r Reducción de las retenciones en el proceso a partir de la calidad optima de la caña y la rigurosa disciplina del proceso tecnológico.
r Introducción de fuertes procesos de purificación de jugos , meladura y mieles , para la obtención de azúcares de alta calidad y blancos por un proceso directo .Se destacan con mayor importancia los clarificadores de menos de 1.0 hora de retención.
r Esquemas de cristalización continua con cristalizadores de más de 1.25 m²/m³ e introducción del cristalizador al vacío.
r Introducción de los revolvedores mecánicos en los tachos para incrementar la retención de pol , el rendimiento y la uniformidad de los cristales , así como reducir los tiempos de cocción en las templas comerciales y de agotamiento.
r Centrifugas para masas comerciales de hasta 2 ton. por carga de gran autonomía.
r Centrífugas continuas para masas de agotamiento de hasta 20 ton / h de masa que permiten la separación de la semilla con gran eficiencia.
r Elevación del nivel de automatización del proceso ; lo que ha permitido reducir los tiempos de retención y lograr la estabilidad en los parámetros . Se destacan entre ellos la molida horaria del tandem , temperatura y flujo del agua de imbibición , PH del jugo
3
Manual para la producción de azúcar crudo de caña.clarificado , temperatura del jugo alcalizado , nivel de jugo en los pre evaporadores , cocción automática en tachos , etc. .
1.02.00.- Materia prima.La materia prima para la fabricación de azúcar crudo es el tallo sano de la caña de azúcar libre de materia extrañas y tierra , perteneciente al género Saccharum Officinarum.
La materia prima ha de satisfacer un conjunto de requisitos mínimos de calidad para que la industria al procesarla adecuadamente , sea capaz de desarrollar una producción estable de calidad y eficiente .
1.02.01.- Calidad de la caña.Para los tecnólogos la calidad de la caña se resume en los siguientes aspectos :
Contenido de azúcar.
Presencia de materias extrañas.
Tiempo de corte a molienda en caña verde.
Tiempo de quema a molienda en caña quemada.
Medidos todos a la entrada del ingenio , es decir en el basculador , esta valoración ofrece una idea muy real del potencial azucarero de la caña que procesa la industria. En la Industria Azucarera Cubana como en el resto de los países cañeros se evalúa este potencial a partir del análisis del jugo de la primera extracción y se denomina genéricamente Azúcar Recuperable .
En Cuba adquiere la denominación de Rendimiento por los jugos.
La caña de azúcar está compuesta básicamente por fibra vegetal ( bagazo ) y jugo (azúcares y no azúcares ) , en la tabla 1.1 se indican sus componentes básicos.
Componente Valores medios en %Azúcares totales 10.0 a 15.0Fibra en caña 11.0 a 16.0Agua 70.0 a 75.0 Sales » 0.5Cuerpos nitrogenados » 0.4Ceras , grasas y ácidos. » 0.6Tabla 1.1 Composición de la caña de azúcar.
4
Materia prima y esquemas de fabricaciónMediante cruces y trabajos genéticos se obtienen diferentes variedades de caña para dar respuesta al ciclo de zafra de acuerdo a las características agrotécnicas de las áreas cañeras donde se enclava el ingenio.
En estos trabajos se busca obtener variedades que sean ante todo productoras de azúcar y además que sean resistentes a las enfermedades , que sus jugos sean de fácil clarificación y que su contenido de fibra sea aproximadamente igual al de su pol , para así satisfacer las demandas de calidad de la industria.
Otros aspectos de importancia en las variedades de caña son los relativos a su edad para ser cortada y el ciclo de siembra , cultivo y cosecha . La organización de las variedades y sus cepas en un área de abastecimiento de caña para el ingenio debe mantener la curva de rendimiento en su segmento óptimo en el período en que se enmarca la zafra , que en Cuba normalmente se estima entre los meses de Noviembre y Mayo.
La composición de cepas de un ingenio bien balanceado debe comportarse de un modo similar al indicado en la tabla 1.2 para garantizar con ello el máximo rendimiento en el período de la zafra .
La programación de cortes es una tarea técnica organizativa fundamental para optimizar el rendimiento azucarero. En el proceso de elaboración de la misma se requiere valorar integralmente la incidencia de un conjunto de factores agrotécnicos como variedades , cepas , edades y suelos que determinan en un momento dado un nivel de calidad de la materia prima.
La estrategia o programación mensual de corte se realiza a partir de la definición del estimado molible y las tareas de corte por centro de recepción . Consiste en ordenar por meses la cosecha de la caña siguiendo los criterios siguientes :
r En la etapa de Noviembre a Diciembre se priorizan las variedades de madurez temprana , los retoños con mas de 12 meses y las áreas de suelos resecantes , secantes y de buen drenaje.
r En la etapa de Enero a Febrero se priorizan las variedades de madurez temprana e intermedia , los retoños , primaveras quedadas , fríos y las áreas de suelos secantes , resecantes y de mal drenaje .
r En la etapa de Marzo a Abril se priorizan las variedades de madurez intermedia y tardía , zonas de mal drenaje , suelos frescos y cepas de frío , socas , primaveras del año sembradas en Enero-Abril y retoños.
Cepas Valores en %Retornos quedados 20Primaveras quedadas
14
Fríos 6Socas 20Retoños 40Tabla 1.2 Composición de cepas de un ingenio.
5
Manual para la producción de azúcar crudo de caña.r El final de la zafra debe organizarse teniendo en cuenta variedades aptas a dejar quedar y áreas de caña con alto potencial productivo fundamentalmente primaveras de Mayo y Junio y suelos adecuados.
La programación operativa se confecciona decenalmente durante la ejecución de la zafra y consiste en seleccionar los campos y bloques a cortar en cada frente de corte tomando como criterio rector el mayor índice de madurez y el rendimiento guía determinados en el laboratorio.
Un comportamiento típico de la caña , consecuencia directa de su calidad durante el desarrollo de la cosecha , se representa en el gráfico 1.1 , donde se enmarca en el eje de las abcisas el tiempo de cosecha y en el de las ordenadas el rendimiento correspondiente al mismo.
La curva 1 representa el comportamiento ideal , la 2 el esperado o planificado y la 3 el comportamiento real. El área entre las curvas DAE y CAF se interpreta como la pérdida entre lo que es teóricamente posible y lo que prácticamente es alcanzado.
De lo que se trata , con la programación de cortes, es que la cosecha se corresponda con su ciclo óptimo , es decir estirar la curva y reducir el área de pérdida .
Resulta igualmente muy importante que la duración de la zafra se acerque todo lo posible a la vertical AB ( máximo rendimiento ) , para así igualmente , reducir el área de pérdidas.
La combinación de ambos factores :
¬ Programación de cortes en su ciclo óptimo.
Aprovechamiento máximo del tiempo de zafra.
Redundarán en los resultados globales de le Eficiencia Agro Industrial.
La materia prima que se procesa en los ingenios está constituida por una mezcla de tallos sanos y limpios de la caña y por materias extrañas.
La materia extraña incide sobre los costos de producción , no sólo por lo que daña a la eficiencia industrial , sino por lo que determina en el encarecimiento del corte , tiro , alza y transportación . Por esa razón se admite en la casi totalidad del mundo cañero un límite máximo del orden del 3 al 5 % .
Esta materia extraña generalmente se compone de cogollos , tallos deteriorados , hojas secas y verdes , tierra , piedra y otros objetos . Se puede afirmar que por cada 1% de materia extraña entrada al ingenio se pierden 1.5 Kg. de azúcar por ton. de caña procesada.
El tiempo de corte o quema a molida determina la calidad de la caña .Con su corte o su quema se rompe el equilibrio del ser vivo y comienzan a desencadenarse , por un lado ,
6
Materia prima y esquemas de fabricaciónun conjunto de reacciones de descomposición e inversión y por el otro ,al perderse el mecanismo de defensa de la planta el ataque de toda la flora microbiana.
El resultado de todo ello es la pérdida del azúcar de la caña , la formación de ácidos orgánicos y un conjunto de polisacáridos que se desarrollan a expensas del contenido de sacarosa de la caña. Estos componentes indeseables , de los cuales el más conocido y dañino es la dextrana induce adicionalmente serias complicaciones en el proceso y pérdidas adicionales.
La presencia de estas sustancias clasificadas como No Azúcares en el jugo de la caña , se consideran en términos de eficiencia industrial muy negativas y se traducen además en grandes pérdidas económicas para la industria.
Estas reacciones comienzan a ser significativas a partir de las 12 horas del corte , especialmente en la caña cortada en trozos pequeños , donde la superficie expuesta al ataque se multiplica . Por esa razón se considera caña fresca aquella que no sobrepase las 12 horas de corte a molida.
Cuando la caña se quema para facilitar las labores de corte , alza y tiro , el deterioro se potencia , conduciendo a pérdidas mayores de sacarosa por lo que el tiempo se comienza a contar a partir del momento de la quema.
La agroindustria azucarera Cubana ha reconocido la necesidad de ir a la reducción sistemática y a la eliminación de la práctica de la quema de la caña.
En Cuba la cosecha de la caña , se clasifica en los grupos siguientes :
r Denominado tiro directo a fábrica : porque la caña se transporta directamente desde el campo hasta el basculador , sin ningún tipo de limpieza intermedia .
r Procesada en centros de acopios o limpieza : la caña se transporta del campo hacia estos y después de recibir ciertos beneficios se transporta hacia el ingenio.
Hasta aquí se han enunciado una serie de conceptos básicos que definen la calidad de la caña . Una caña con calidad debe responder a los parámetros que aparecen en la tabla 1.3.
Parámetros Valores normalesMaterias extrañas en basculador < 5.0 %PH del jugo > 5. 2 Dextrana % Brix < 0.08 %Fermentación espontánea < 0.40 %Capacidad buffer < 0.03 Polisacáridos % Brix. < 0.25 %% de goma Hidro alcohólica < 5.0 %% de volumen de tierra < 5.0 %Tabla1.3 Parámetros de calidad del Jugo de la desmenuzadora.
7
Manual para la producción de azúcar crudo de caña.En ella se muestran los valores que deben alcanzar los parámetros que se emplean para la determinación de su calidad
Las determinaciones del jugo se llevarán a cabo tomando muestras de la primera extracción , por ser esta la porción virgen del mismo que recibe el ingenio.
1.02.02.- Pago de la caña.En el costo de producción del azúcar inciden los siguientes aspectos :¬ El valor de la caña.
El costo de la reparación.
® El costo del mantenimiento .
¯ La depreciación del ingenio.
° Los insumos de la zafra .
± El costo de la mano de obra .
Es la caña la de mayor incidencia en el costo de producción del azúcar , en el entorno de un 50 al 60 % del total ; lo que se traduce en términos prácticos en que por cada tonelada de azúcar que salga del ingenio 500 Kg. como mínimo son necesarios para pagar la materia prima.Estos factores , unido a la depreciación del mercado internacional , promovieron en la casi totalidad de los países productores de azúcar de caña el sistema de pago de la caña por calidad , a fin de incentivar a los agricultores a proveer al ingenio de una caña de altos rendimientos .
En los países donde se ha aplicado el sistema se reportan incrementos sustanciales en los rendimientos agrícolas e industriales.
En el mundo cañero existen dos formas o modalidades para el pago de la materia prima , ellas son :
1) En base a una caña de calidad estandart .Es el método que basa su valoración en base a un tipo de caña de calidad estandart , que los cañeros están obligados a suministrar para que el ingenio pueda obtener determinada calidad del azúcar y cantidad de miel final ajustado a una norma específica.
Este proceder es empírico e inexacto , pero más aceptado por los cañeros , pues de forma general se establece un coeficiente ( Baremo ) de ajuste para el pago de la calidad .En la tabla de la derecha se expone un ejemplo de como funciona este método.
Este sistema era utilizado en la zona de la Florida y la Louisiana.
2) En base al contenido de pol en la caña . En este sistema se considera solo el potencial productivo de la caña en base a su contenido de azúcar , en forma de pol y cuyo valor se ha de repartir de acuerdo a una fórmula y un método pre establecido entre cañeros e industriales.
Pol 1ra. Extracción Coeficiente10.0 0.7011.0 0.9012.0 1.0013.0 1.1014.0 1.20
8
Materia prima y esquemas de fabricaciónEn las formulaciones utilizadas resulta necesario introducir algunos factores y coeficientes de ajuste , además del contenido de pol , brix , fibra en caña y eficiencia del ingenio ; para lograr que estas representen exactamente al proceso.
Las formulaciones de Hugot y las de Queensland o sus derivaciones , son las más utilizadas , para el pago por contenido de pol .
Ar = [1.5 * PJD * (95 - F) - 0.5 * BJD * ( 97 - F)] * 10-2 ec. 1 ( Queensland )
Ar = 10 -2 * K * (PJD - 30) * (1 - (F/100)) ec. 2 (Hugot)
En ambas ecuaciones los términos significan :Ar = Azúcar recuperable en %PJD = Pol del jugo de la desmenuzadora .BJD = Brix del jugo de la desmenuzadora .PJD = Pureza del jugo de la desmenuzadora .
F = Fibra en caña.K = Constante de ajuste que depende de la época del año y del ingenio en específico.
La base de cálculo varía de acuerdo a las normas vigentes en cada país para cada tipo de producción .En Australia se toma como base 97º , México 99.70º y Cuba 96º .
En la tabla siguiente se indican los resultados de los análisis de una muestra hipotética de jugo de la primera extracción así como los de la aplicación de la ec. 1 .
Análisis de la muestra de la 1ra. extracción . Resultados del cálculo aplicando la ec. 1Fibra 15.50% Ar = 11.78 %BJD 18.50% Significa que el potencial productivo de ese
lotePJD 16.19% es de 117.60 Kg. de azúcar por ton. de caña.
Significa lo anterior que el pago de la caña que es avalada por estos resultados se realiza en base al potencial de 117.60 Kg. de azúcar por cada ton. de caña que compone el lote que representa la muestra . Partiendo de ello y de la eficiencia con que operen los ingenios se pueden producir tres variantes , las que analizaremos en el cuadro siguiente :
Rendimiento industrial del ingenio Comentarios sobre los
% en peso Kg. de azúcar por ton. de caña Comparación con AR resultados obtenidos.10.00 100.00 - 17.60 Ingenio ineficiente11.76 117.60 00.00 Ingenio eficiente12.50 125.00 7.40 Ingenio muy eficiente.
De acuerdo con ello el ingenio para lograr que su operación sea rentable tendrá que producir al menos con el mismo rendimiento que el potencial productivo por el cual tiene que pagarse la materia prima al cañero . En aquellos casos en que como el del ejemplo 3 , la eficiencia de la industria logró sobrepasar el potencial productivo , se obtienen ganancias adicionales muy atractivas porque los 7.40 Kg. de azúcar adicionales no se le considera el 50 % por concepto de pago de la materia prima.
9
Manual para la producción de azúcar crudo de caña.para el caso de la Industria Cubana el análisis tiene igual significado , aún cuando no se estipula el pago por calidad , a partir de considerar que el ingenio no es eficiente si el rendimiento industrial obtenido es inferior al que se calcula por el análisis de los jugos de la desmenuzadora. El cálculo puede efectuarse por la ecuación siguiente :
F + 5 PMF PA * EAR = PJD * ( 1 - ¾¾¾ ) * ( 1- ¾¾¾ ) * ¾¾¾¾¾¾¾¾ ec. 3
100 PJM 96 * ( PA - PMF )
Que parte de una ecuación propuesta por Pedrosa Puertas para el cálculo del azúcar recuperable (AR ) y donde :
PJD = Pureza del jugo mezclado.PMF = Pureza de la miel final .PA = Pureza del azúcar.
E = Extracción de pol.F = Fibra en caña.
El pago de la caña es un tema muy controvertido , y amplio a la vez , apoyado incluso en legislaciones que tienen soluciones particulares que responden a las características de cada país , aunque como vimos están vinculadas entre sí pues ellas parten de esquemas de análisis con un único principio.
La Industria Azucarera Cubana ha establecido el concepto de Rendimiento Guía como un parámetro para conocer en que parte del proceso de cosecha y transporte hasta el basculador se pierde el azúcar a partir de la diferencia entre este y el Rendimiento por los jugos.
El Rendimiento Guía a partir del muestreo en campo de la caña limpia y en píe . Para su estimación se emplea una ecuación similar e la No. 3.
Todos los métodos empleados para el pago de la caña utilizan el jugo de la primera extracción para el pago de la caña , como muestra de partida , bien por las sondas individuales por lote de caña o por la muestra directa del jugo en la primera unidad de molida del tandem.
En todos los casos se premia el sobrecumplimiento de los parámetros acordados , pero también duras penalidades por incumplimiento de las mismas.
1.03.00.- Azúcar crudo.Se define como azúcar crudo , al obtenido directamente a partir del jugo de la caña sin aplicar procedimientos o aditivos especiales para su blanqueo.
En estas condiciones obtenemos por un proceso casi tradicional el azúcar crudo , que es básicamente una materia prima para refinerías u otros procesos que así lo requieran ; en esta clasificación se pueden producir varios tipos de azúcares en función de las especificaciones que soliciten los diferentes mercados. Atendiendo a esta estructura en Cuba tradicionalmente se han 4 tipos de azúcares crudos, en función de las especificaciones que soliciten los diferentes mercados , las características básicas de esas producciones son las siguientes :
10
Materia prima y esquemas de fabricación
El crudo estándar e nuestra producción principal y por ello la más voluminosa . Se caracteriza por ser un azúcar de una polarización mínima de 97.50 º y está dirigido a un mercado muy amplio.
Se producen tres tipos de azúcares de alta calidad , alta calidad como tal , afinado y crudo de consumo doméstico . Para mercados de refino tanto nacionales como de exportación con determinadas especificaciones de pol , color e insolubles y algún otro parámetro que por requerimientos de determinado mercado sea necesario establecer.
El crudo de consumo doméstico , que es el nombre comercial por el que se le conoce y cuya única diferencia con los anteriores es que este está dirigido a satisfacer la demanda del mercado doméstico . Vale decir que en los últimos años ha existido cierta tendencia en el mundo al incremento del consumo de este tipo de azúcar , por considerarla como del tipo saludable pues el único producto químico de acción directa sobre el jugo es la lechada de cal.
Cada ingenio producirá el tipo de azúcar que en concordancia con el Programa de Estructura de Calidades que se establece por las Direcciones de Tecnología y de Normalización Metrología y Control de Calidad del MINAZ .
En la Industria Azucarera Cubana se ha defendido un patrón de control de calidad del azúcar a partir de evaluar de forma directa el parámetro y compararlo con las especificaciones técnicas de la tabla 1.4 . De la comparación se obtiene el concepto de meta de calidad , el cual ofrece una medida clara de la estabilidad de la fábrica para cumplir ciertos patrones pues en el se considera solo el % de las mediciones que logran cumplir con sus especificaciones , así por ejemplo cuando se plantea que determinado parámetro se cumplió al 95 % , se está indicando que solamente un 5 % de las mediciones del día están fuera de la norma.
Tipo de azúcar Pol ( ºS ) Color ( UCH ) Insolubles (%)
T.Grano (%) Humedad (%)
Crudo estandar 97.80 95.00 30.0 95.00 0.06 80.00 65.0 80.00 0.50 95.00Alta calidad 98.50 95.00 20.0 95.00 0.06 80.00 65.0 80.00 0.40 95.00Afinado 99.00 95.00 10.0 95.00 0.06 80.00 65.0 80.00 0.30 95.00Consumo doméstico 99.00 95.00 10.0 95.00 0.06 80.00 65.0 80.00 0.30 95.00
Notas :¬ En la columna sombreada se indican las metas de calidad en % para cada parámetro. El tamaño del grano es bajo la especificación de % de grano sobre malla Tyler No. 20.
® Los indicadores color , insolubles y humedad se consideran como valores máximos.¯ El indicador pol se considera siempre como mínimo.
Tabla No 1.4 Especificaciones de calidad de los diferentes azúcares crudos producidos en Cuba.
Las especificaciones de calidad aquí expuestas son para los efectos de control de calidad de la producción , quedando sujetas a ajustes y modificaciones conforme a las normas
11
Manual para la producción de azúcar crudo de caña.Nacionales , sectoriales o a la satisfacción de determinados mercados Nacionales o de exportación se establezcan.
A partir de los siguientes epígrafes se realizará un análisis de las diferentes operaciones básicas de ingeniería que son necesario llevar a cabo para la producción de azúcar crudo de caña.
1.04.00.- Preparación de la caña .Es la primera operación que se realiza en la fábrica y tiene como objetivo fundamental romper así su corteza exterior y llegar hasta las celdas donde se encuentra contenida la sacarosa para facilitar su extracción.
Generalmente la caña es sometida a un proceso de preparación por medio de la acción de dos juegos de cuchillas picadoras , que golpean ininterrumpidamente sobre el colchón en la estera de caña. El diseño de estas cuchillas es muy versátil , aunque los más populares en Cuba por sus resultados son los del tipo diente de sierra ,el número de machetes dependerá del ancho de la estera.
Estas cuchillas picadoras de caña son accionadas por motores o turbinas que le imprimen velocidades que van desde las 600 hasta las 900 r.p.m. y se sitúan de forma tal que la distancia libre entre la punta de la cuchilla y la estera sea en la primera alrededor de 4 plg (100 mm ) y la segunda hasta un mínimo de 1.5 plg ( 32 mm).
Posteriormente el colchón de caña así preparada se alimenta a una desmenuzadora o molino desmenuzador , culminando así el proceso de preparación , en otras latitudes se utiliza con muy buenos resultados desfibradoras de martillos antes del molino desmenuzador.
El grado de preparación se mide por % de celdas rotas , de la masa fibrosa al salir de los equipos de preparación; se considera ya una buena preparación cuando se alcanza un 85 % de celdas rotas, y un óptimo cuando oscila en el rango de 90 a 92 % .
1.05.00.- Extracción del Jugo .La extracción de jugo se lleva a cabo en la planta moledora .Para ello es necesario sumar al alto grado de preparación obtenido la aplicación de la maceración combinada y presioneshidráulicas.
El tandem se integra de forma genérica con 4 a 6 unidades de molida .En la Industria Azucarera Cubana se han generalizado los alimentadores forzados de 4ta. maza en busca
de una mayor eficiencia en la operación del tandem.
En la planta moledora se produce el fenómeno de la extracción de pol , por la aplicación del principio de flujo a contracorriente a partir de utilizar el jugo más diluido para macerar la fibra rica . La fuerza motriz del proceso es la diferencia en la concentración de azúcar entre las celdas rotas y el jugo macerante .
12
Materia prima y esquemas de fabricación
En la Fig. 1.2 se muestra un gráfico ilustrativo del funcionamiento de la operación de extracción de jugo en el tandem.
La acción se combina con la aplicación de altas presiones en los molinos de forma tal que se logre un alto grado de extracción.
La temperatura de la maceración e imbibición cataliza la extracción por concepto de incrementar la solubilidad del azúcar y además de ello mantiene protegido al tandem contra el desarrollo de microorganismos.
La desmenuzadora tiene que realizar el 60 % de la extracción , el 40 % restante en las subsiguientes unidades de molida ; quedando para las dos últimas la función de sacado del bagazo.
Para lograr este propósito se requiere de la aplicación de las presiones hidráulicas en los molinos , maceraciones del propio jugo y de agua de imbibición , hasta un 25 % del peso de la caña como máximo , siempre que la dilución en el jugo no reduzca su densidad por debajo de 14.0 ºBrix.
Con esta tecnología se logra mejorar la extracción tanto de pol como de jugo , pero con ello también se incrementa significativamente el contenido de No Azúcares que entran a la fábrica y ello incide desfavorablemente en la clarificación y por ende en la calidad del azúcar.
La eficiencia del tandem se evalúa a partir de la extracción de pol y de jugo mezclado. Resulta decisiva para la eficiencia global del proceso pues lo que el tandem no sea capaz de extraer se va a las calderas con el bagazo e irremediablemente se pierde.
La extracción de jugo mezclado oscila en el rango de 90 al 100 % , en dependencia del flujo de agua de imbibición y de la fibra de la caña.
La de pol depende mucho de la fibra en la caña , es por ello que la eficiencia de la planta moledora se acostumbra a valorar con mas precisión a partir de la pérdida en molienda , que no es mas que la relación entre la pol en el bagazo y la fibra. Este valor se enmarca en el rango de 3.5 a 6.0 %.
La asepsia del tandem es uno de los problemas mas neurálgicos de la industria azucarera de caña . Esta infección se produce mayormente por la acción del Leuconostoc Mesenteroides , quién por encontrar las condiciones propias de bajas temperaturas , falta de limpieza y acumulación de bagazo , se desarrolla en grandes colonias que se alimentan de azúcar para producir la dextrana.
Las pérdidas se cuantifican a partir de la diferencia entre las purezas del jugo de la desmenuzadora y el mezclado . Se estima que por cada unidad de diferencia se pierden 2.50 Kg. de azúcar por cada ton. de jugo mezclado a la fábrica. Una planta moledora operado eficientemente debe entregar un jugo mezclado con una diferencia en su pureza en relación con el primario o desmenuzado no mayor de 1.5 unidades ; que se reducen a menos de 1.0 con las nuevas tecnologías aplicadas en la planta moledora.
13
Manual para la producción de azúcar crudo de caña.
El mejor control se ejerce a parir del uso de maceraciones e imbibición calientes y las limpiezas periódicas con vapor . Honig demostró que la extracción de cera variaba solo en un 15 % al incrementarse la temperatura del agua de imbibición desde 28 hasta 85 ºC y que el bagazo por su preparación absorbía la casi totalidad de la cera presente en la caña.
Se ha desarrollado una serie de productos químicos como agentes biocidas de muy alta eficiencia para preservar la asepsia del molino , si bien es cierto que estos productos tienen elevada efectividad , ninguno de ellos puede sustituir a los tradicionales sistemas de limpieza con agua caliente y vapor.
Del molino se obtiene jugo mezclado y el bagazo en una proporción del 27 al 30 % en caña, con las características que se muestran en la tabla de la izquierda.
El bagazo se quema en las calderas para producir vapor ; en instalaciones bien diseñadas , con buen estado técnico se puede obtener hasta 2.1 ton. de vapor por cada ton. de bagazo.
En el tandem se verifica la ecuación fundamental por la que se balancea el ingenio , esta es:
C + A = B + JDonde :
C = Caña molida ( 100 % ) A = Agua ( 20 - 25 % )
B = Bagazo ( 27 - 30 % ) J = Jugo mezclado ( 92 - 96 % )
El guarapo o jugo mezclado es la materia prima de la casa de calderas ; es una solución de sacarosa en agua , de color verde amarillo ; de sabor dulce y de olor característico. En presencia de la luz y en corto tiempo tiende a oscurecerse y a tener una apariencia opaca y turbia.
Está compuesto por agua , sacarosa , azúcares reductores ,ácidos orgánicos , pigmentos ,sales y orgánicas y decenas de otras sustancias. De sus características físico
químicas dependerán también los resultados de eficiencia dentro del proceso tecnológico y gran parte de los parámetros de calidad del azúcar y las mieles como productos finales.
Las características principales que el guarapo mezclado debe reunir se muestran en la tabla 1.4 .
Parámetros Valor medioPol 1.5 a 2.5 ºSHumedad 48.0 a 50.0 %
Parámetros medios UM ValorPureza mínima % 80.0Contenido máximo de tierra % vol. 5.0Bagacillo máximo permisible gr. / litro 5.0Densidad media ºBrix 15.5Acidez como PH PH 5.5Polisacáridos máximo permisible p.p.m. 150.0Velocidad de sedimentación mínima cm/min 2.5Tiempo de sedimentación libre máximo min. 20.0Tabla 1.4 Especificaciones de la calidad del jugo mezclado
14
Materia prima y esquemas de fabricaciónEstas características del jugo varían en dependencia de la composición varietal de la caña y su madurez así como su estado fisiológico .
1.06.00.- Purificación de jugos . Tiene por objetivo fundamental , alcanzar la mayor separación posible de impurezas presentes en el jugo logrando que en su mayoría salgan en forma de cachaza seca a partir de las siguientes operaciones:
1.06.01.- Alcalización .Denominamos así al proceso mediante el cual se encala el guarapo, por medio de la adición de lechada de cal diluida , en una proporción que va desde 500 y hasta 650 gs. de OCa por tonelada de caña molida , o de sacarato , preparado previamente por medio de meladura y lechada de cal concentrada..
Este proceso de encalamiento se puede realizar de una vez , en frío o en caliente o en dos etapas , una prealcalización en frío con la rectificación en caliente . Esta forma se denomina fraccionada y es por sus resultados la más utilizada por los ingenios.
Este proceso se conoce como cal-calor-cal , por la aplicación sucesiva de las operaciones que le dan su nombre y que se expresan en la secuencia siguiente :
Pre alcalización , hasta un PH de 6.5 a 6.8 , en frío. CalCalentamiento escalonado del jugo utilizando primero vaporees de extracciones y rectificando con escape hasta llegar a una temperatura de 103 a 106 ºC.
Calor
Rectificación de la alcalización hasta un PH de 7.8 a 8.0 . Cal
Luego de éste procedimiento el jugo pasa al tanque flash , donde iguala su temperatura a 100 °C , para posteriormente ingresar al clarificador a temperatura constante.
1.06.02.- Decantación del jugo .Es la operación de ingeniería a la que se somete el jugo en los clarificadores ,después de alcalizado , para completar la reacción de formación y sedimentación de los flóculos de fosfato tricálcico . Para lograr una perfecta separación en dos fases , la primera jugo claro y la segunda cachaza.
Los lodos del clarificador , son llevados a un mezclador donde se le adiciona bagacillo como medio filtrante, en proporción suficiente como para formar una torta con buenas propiedades físico mecánicas .El proceso de agotamiento de la torta se lleva a cabo en los filtros rotatorios al vacío .
El contenido de bagacillo en la mezcla debe estar en el orden de los 6 a 8 Kg. por ton. de caña , lo que representa de un 10 a un 15 % en peso de la torta.
Parámetros Valores mediosPureza. de 0.5 a 1.5 unidades por encima de del MezcladoBrix Similar al del jugo mezcladoPH En el rango de 6.5 a 7.1Tabla 1.5 Especificaciones de calidad del jugo clarificado.
15
Manual para la producción de azúcar crudo de caña.
Estos lodos se caracterizan por tener un PH en el entorno de 6.0 a 6.7 y una relación sólido líquido del orden del 50 % . Su proporción es del orden del 18 al 29 % en relación con la caña.
En el filtro se le adiciona agua condensada contaminada caliente , alrededor de los 75 ºC , para agotar lo más posible a la torta de cachaza . Debe mantenerse este valor de la temperatura y controlar su volumen para que la dilución del jugo de los filtros no sobrepase el 25 %.
De esta operación se obtiene , cachaza y jugo filtrado ; con las especificaciones que se muestran en la tabla 1.6.
Valores medios de los parámetros.Producto Pol (ºS) Pureza (%) Humedad (%) PH % en caña
Cachaza 1.0 a 3.0 74.0 a 76.0 3.0 a 6.0Jugo filtrado Máximo 5 puntos por debajo del
Jugo claro.6.0 a 7.0
Tabla 1.6 Especificaciones de calidad de la cachaza y del jugo de los filtros.
La extracción de la cachaza en los filtros debe garantizar que el clarificador opere con los mínimos niveles permisibles , limitado exclusivamente por la relación sólido líquido de los lodos salientes , ello es garantía absoluta de calidad en el azúcar y de evitación de revolturas por altos niveles .La existencia de ciertas tendencias hacia la práctica de no extraer la cachaza en algunos tecnólogos debe ser totalmente erradicada.
La retención de cachaza en el clasificador promueve en primer lugar una sensible reducción de la pureza del jugo clarificado e incremento de los reductores y por ello constituye la primera señal de alarma para accionar las medidas que permitan la extracción acelerada de la cachaza hasta completar los niveles que por norma debe mantener en los clarificadores ( véase capítulo 5.00.- Purificación de jugos. )Se ha considerado una diferencia entre la pureza el jugo de los filtros y la del claro en 5 unidades , es un valor conservador , pues ingenios con estricto control y programas rigurosos han logrado reducciones por debajo de los 3 enteros.
El jugo de los filtros retorna al tanque de mezclado directamente . Es posible clarificarlo de forma independiente , este proceder mejora mucho el área de purificación y condiciona una mejor eficiencia , pues con esta tecnología se eleva considerablemente su pureza y se logra aproximar a la del jugo clarificado . Luego se decide en función de su calidad si se puede correrse hacia los evaporadores o se retorna hacia el tanque de jugo mezclado.
Existen también un grupo de medidas de orden tecnológico que se discutirán en el capítulo 5 de esta Manual de Operaciones , encaminadas a la reducción de la diferencia de la pureza entre el jugo de los filtros y el clarificado.
16
Materia prima y esquemas de fabricación
1.07.00.- Evaporación . En esta operación del proceso se lleva a cabo la evaporación del 73 al 75 % del agua presente en evaporadores a simple y múltiple efecto . Lográndose con este proceso concentrar el jugo desde 15.5 hasta 65 ºBrix . Se consideran equipos a simple efecto a los vapor cell y pre evaporadores ; como múltiple efecto a los dobles , triples , cuádruples y quíntuples efectos. la forma diseño y arreglos de los esquemas de evaporación , aunque dependen de la capacidad del ingenio , presiones de operación y diseño de los equipos , responden siempre al principio de obtener la mayor evaporación posible con la menor cantidad de equipos ; buscando además el más bajo consumo de vapor para mantener la meladura en el rango de 60 a 65 ºBrix.
De la correcta operación de la estación de evaporación dependerá el que el ingenio pueda asumir la molida horaria , pues los tachos no podrán procesar la meladura floja correspondiente a ella ; también determinará la máxima recolección de los condensados para la reposición necesaria del agua de alimentar las calderas y para usos tecnológicos..
1.08.00.- Cristalización y cocción. En los tachos y equipos auxiliares se continúa la evaporación , ahora mas lenta hasta obtener el grano de azúcar cristalizado. A partir de aquí el proceso deja de ser continuo pues la cristalización y el crecimiento de los granos de azúcar en los tachos es hasta hoy en la mayoría de los ingenios un proceso a batche o por lotes.
En la fabricación del de azúcar existen tres esquemas básicos de producción , a partir de los que se desprenden diferentes y múltiples variantes de operación en función de la calidad del azúcar a obtener , estos esquemas son los siguientes :
Esquema de tres masas cocidas , es el mas tradicional y simple , utilizado para producir un crudo de polarización mínima de 97.80 ºS y de un color en el rango de las 25 a las 30 UCH.
Esquema de muy buenos resultados para operar son purezas del jugo mezclado superiores a 80 % y los niveles de viscosidad en las mieles definidos como normales ; es el esquema que mayoritariamente empleamos en nuestros ingenios.
El azúcar comercial se obtiene por la mezcla de azúcar "A" y la "B" , utilizándose la "C" como pie de grano para el sistema comercial a través de un magma de semilla "C".
Esquema de dos masas cocidas , para producir el mismo crudo estandar , pero cuando la pureza del jugo mezclado es inferior a 80 % o el nivel de viscosidad en las mieles intermedias y masas eviten la operación del anterior esquema.
En este esquema se produce un solo tipo de azúcar comercial , la "A" y la "B" se utiliza como pie de grano para la comercial.
17
Manual para la producción de azúcar crudo de caña.
Esquema de doble semilla , para producir azúcares de calidad , con mas de 98.50 ºS y con menos de 10 UCH de color .Para ello se produce un solo tipo de azúcar , la “A” como comercial para ello se produce un solo tipo de azúcar ,la "A" , como comercial.
En este esquema de producción se emplea el magma "C" para producir la templa "B" y el magma "B" para la templa "A" , que es la comercial.
Las cristalizaciones se realizan en todos los esquemas por el método de semillamiento completo . Utilizando un material para cristalizar con una pureza que está en el rango de 78 a 82 % ; el medio de semillamiento empleado es el cristal 600 , por el método de reposo.
El magma de semilla se preparará con jugo clarificado o agua . Las masas cocidas se enfriarán hasta una temperatura de 42 a 45 °C , en los cristalizadores , para obtener el máximo de agotamiento posible ; antes de ser purgadas se calientan hasta 52 a 55 °C ; para facilitar la operación.
1.09.00.- Centrifugación.Con esta operación se realiza la última etapa de purificación , quizá la de mayor trascendencia , toda vez que se logra separar el cristal de azúcar de su licor madre.
Las masas que producen azúcar comercial se centrifugan en máquinas a batche , con posibilidades de lavarlas a dos velocidades diferentes , con un tiempo total de centrifugación que permita un secado adecuado a las especificaciones de calidad que debe cumplir el ingenio.
Las masas cocidas de agotamiento , se centrifugan en máquinas continuas , a las que se le han realizado algunas adaptaciones para mejorar su operación e incrementar las posibilidades de producción de una semilla de alta calidad. Entre estos aditamentos están el calentador de contacto directo y el distribuidor de masa.
1.10.00.- Secado.En la producción de azúcar crudo esta operación solamente se utiliza en determinados ingenios comprometidos con producciones especificas .Se realiza con equipos que extraen parte de la humedad para obtener valores que garanticen una conservación mas adecuada del producto terminado.
1.11.00.- Balance típico en el proceso de fabricación de azúcar.Daremos a continuación una tabla a modo de referencia para uso exclusivamente de comparación muy general de las diferentes corrientes que se producen en todo el ingenio , en relación porcentual contra la caña molida y los sólidos % en caña.
C o r r i e n t e s % en peso Sólidos % cañaAgua de imbibición 25.0Bagazo de 27 a 30Jugo mezclado 95.0 15.5
18
Materia prima y esquemas de fabricaciónLechada de cal a 4 °Bè 3.0Cachaza de 4.0 a 5.0Jugo clarificado 93.0 15.2Meladura 23.0 65.0Agua total evaporada 74.0Masa cocida "A" 15.5 14.6Azúcar "A" 8.0 8.0Miel "A" 8.0 6.6Masa cocida "B" 9.5 9.0Azúcar "B" 4.2 4.2Miel "B" 5.5 4.8Masa cocida "C" 6.6 6.0Azúcar "C" 3.2 3.2Miel final 3.4 2.8Tabla 1.7 Balance típico de la fabricación de azúcar crudo.
19
Manual para la producción de azúcar crudo de caña.
1.00.00.- Materia prima y esquemas de fabricación........................................
1.01.00.- Conceptos generales...........................................................................................1.02.00.- Materia prima.......................................................................................................
1.02.01.- Calidad de la caña.............................................................................................................................1.02.02.- Pago de la caña.................................................................................................................................
1.03.00.- Azúcar crudo.......................................................................................................1.04.00.- Preparación de la caña .......................................................................................1.05.00.- Extracción del Jugo ...........................................................................................1.06.00.- Purificación de jugos ..........................................................................................
1.06.01.-Alcalización ........................................................................................................................................1.06.02.- Decantación del jugo ........................................................................................................................
1.07.00.- Evaporación ........................................................................................................1.08.00.- Cristalización y cocción.......................................................................................1.09.00.- Centrifugación.....................................................................................................1.10.00.- Secado................................................................................................................1.11.00.- Balance típico en el proceso de fabricación de azúcar.......................................
20
