7 - Modulo 7 - Cocimientos

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DIPLOMADO A B C de Operaciones® Talleres de Procesos de Fabricación De Azúcar

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CONCEPTOS SOBRE COCIMIENTOS

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Temario Introducción - Conceptos sobre cocimientos Recapitulación de Conceptos Básicos Solubilidad de la Sacarosa Coeficiente de Saturación Soluciones Sobresaturadas Coeficiente de Sobresaturación Nucleación Zonas de SS Relaciones de Bx con Temperatura Velocidad de cristalización Elevación del Punto de Ebullición Presión Hidrostática Circulación de la Masa Cocida Elementos básicos de un Tacho de cocimiento Análisis de un Tacho Cálculos básicos - Ejemplos Sistemas de Cocimientos Fábrica de Crudo Sistema de Dos Templas Sistema de Tres Templas Esquema de Doble Magma Regla 70 - 70 Refinería Sistemas de Cocimiento Observaciones generales Operación de Tachos Carga y concentración Cristalización Semillamiento Desarrollo del Cristal Ceñido de la Templa Tiempos de Tachos Composición de los Cocimientos Balance de Productos Cálculos Balance calórico

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COCIMIENTOS

Recirculación de productos Anexos

CONCEPTOS SOBRE COCIMIENTOS

Cuando una solución azucarada se concentra por evaporación del agua, aumenta el Brix (g sólidos solubles % g solución) y la viscosidad de la misma. Esta concentración consigue, en una primera fase, alcanzar el Punto de Saturación de la solución y, manteniendo la evaporación, entrar en las fases de sobresaturación. INSATURADA

SATURADA

SOBRESATURADA

En determinado punto de concentración aparecen los cristales, cambiando la naturaleza del producto, ya que pasa de un estado líquido a una mezcla de una parte sólida (cristales) y una líquida (miel madre). Pero la mezcla contiene, además, Vapor y Gases Incondensables, además de sustancias orgánicas e inorgánicas. Esto genera modificaciones en su fluidez, en su consistencia, en sus condiciones de temperatura, en el calor específico de las partes en la mezcla, etc.

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Dado que el proceso consiste en evaporar el agua de la solución, inicialmente, y luego de la parte líquida de la mezcla, se requiere un equipo de evaporación con ciertas características que lo diferencian de los evaporadores propiamente conocidos como tales. Se evapora en un solo efecto, en forma discontinua, por cada carga, en el equipo que se conoce como TACHO DE COCIMIENTO. Actualmente se operan tachos continuos aplicados principalmente en los cocimientos de bajo grado en la Fábrica de Crudo. La consistencia que adquiere el producto y que va en aumento en la medida en que se evapora, no facilita circularlo entre cuerpos, como en un múltiple efecto. Además, se requieren tubos calefactores de mayor diámetro y menor largo, para el intercambio calórico entre el vapor y el producto y para facilitar la circulación de éste, así como para que tal intercambio sea rápido.

Vista de piso de Tachos

Tacho continuo

El producto manejado en los Tachos se denomina Masa Cocida y la carga del tacho, Templa. La carga inicial que recibe un tacho, sea de productos para cristalizar o Magma, se denomina Pie. La carga de productos a agotar se denomina Alimentación. El Magma es una mezcla de cristales de azúcar de menores calidades (2ª y/o 3ª) mezclado con agua, mieles, meladura o jugo clarificado, que se prepara en mezcladores llamados “mingler” hasta obtener cierto brix (90-92ºBx) y es depositado en cristalizadores denominados Semilleros, de donde extraen los tachos un Pie, que representa el volumen hasta la placa superior de la calandria, para luego alimentar mieles que permitan el desarrollo de los cristales.

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La transferencia de masa cocida entre tachos se denomina “corte” y se usa para incrementar el tamaño de los cristales. “Hacer Semilla” o “cristalizar” son términos usados para el proceso mediante el cual se obtienen los cristales. Los productos azucarados que se deben manejar en una fábrica no son soluciones puras, sino que contemplan una mezcla de sacarosa, otros azúcares, sales inorgánicas y orgánicas y productos de reacción generados por los calentamientos y reacciones de descomposiciones térmicas y químicas que tienen lugar durante el proceso. Trataremos de dar resumidamente actualizaciones de estas condiciones, de los equipos, consideraciones que sobre la operación en particular se ameriten y algunas otras que se consideren necesarias para refrescar o complementar conocimientos sobre el particular. Así, iniciaremos recapitulando algunos conceptos básicos: Brix: Son los gramos de Sólidos Solubles contenidos en 100 gramos de solución. Es un porcentaje peso/peso, con el que medimos la concentración de una solución. Los Grados Brix (ºBx) son referidos a la concentración de una solución a 20 ºC. Puede medirse con un hidrómetro, que es un densímetro calibrado con una solución de sacarosa pura, o con un refractómetro, que es un instrumento que mide la concentración en función de la desviación de un rayo de luz (refracción) al pasar de un medio a otro de diferente densidad. Pol: es apócope de Lectura Polarimétrica, método instrumental que permite determinar el aparente contenido de sacarosa de una solución mediante la desviación del plano de la luz polarizada al atravesar un camino óptico definido, cargado con la solución. La Pol es más representativa de la Sacarosa cuanta más alta es la Pureza del producto. Pureza: Es la relación porcentual entre la Pol y el Brix. Dado que la sacarosa (o la Pol como representación de la misma) es un sólido soluble, determina cuánto de ésta hay en 100 partes de sólidos solubles contenidos en la solución. El resto de sólidos solubilizados representarían la “impureza” de la solución respecto al azúcar. Estas son: Azúcares Invertidos, otros azúcares (almidón, hemicelulosa, oligosacáridos, etc.), Cenizas (componentes salinos) y otros componentes orgánicos (fenoles, dextrana, etc.) Sacarosa: Es un disacárido formado por dos monosacáridos, una Glucosa (piranosa) y una Fructosa (furanosa). La primera es Dextrorotatoria, la segunda es Levorotatoria de la luz polarizada. El Peso Molecular de la Sacarosa es: 342,296. Cristaliza en el sistema monoclínico, con cristales hemimórficos, con hábitos prismáticos altamente afectado por las impurezas. La Densidad de la Sacarosa cristalizada es de 1,5879 g/ml a 15 ºC, por lo tanto el Volumen Específico es de 0,63 ml/g. Punto de Fusión: 185,5ºC. Temperatura de caramelización: 83ºC en productos de alto Brix.

Calor específico del Azúcar:

C = 0,2775 + 0,00085 t = 0,28 Kcal/kg t: Temperatura del azúcar

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SOLUBILIDAD DE LA SACAROSA - COEFICIENTE DE SATURACIÓN La Sacarosa es muy soluble en agua y esta solubilidad aumenta con el incremento de temperatura. Si sólo tuviéramos Sacarosa en solución tendríamos un único peso de Sacarosa que sería capaz de disolverse en 100 g de agua, para cada temperatura determinada. Este es el Punto de Saturación. La Saturación es un estado de equilibrio estable, para cada temperatura, y es una propiedad física de cada sustancia. Esta solubilidad es afectada por otras sustancias disueltas, así como ella afecta la solubilidad de las mismas. Ello motiva a que la Solubilidad de la sacarosa en soluciones que contienen impurezas se determine no sólo por la temperatura sino también por la naturaleza de esas impurezas y el cociente de pureza del producto. El Coeficiente de Saturación es la relación: Sacarosa/agua en soluciones saturadas impuras Sacarosa/agua en soluciones saturadas puras a tºC

a

tºC

En el estado de Saturación, podemos calcular, con bajo margen de error: Sw = g de agua % Sacarosa = 0,355 (158 – t) Sz = g de Sacarosa % agua = 28162 / (158 – t) s = g de Sacarosa % Solución = 10000 / 100 + 0,355 (158 – t) Donde: t = temperatura de la Solución en ºC SOLUCIONES SOBRESATURADAS - COEFICIENTE DE SOBRESATURACIÓN Una solución saturada de sacarosa se hace sobresaturada cuando se enfría o se le evapora el agua. Por lo tanto se aumenta la concentración relativa del soluto respecto al solvente. Sin embargo, aún saturada, los cristales no aparecen inmediatamente, el azúcar continúa en solución y pasa al estado de sobresaturación. El Coeficiente de Sobresaturación "k" se expresa en la relación: k =

Sacarosa / agua en la solución a t ºC Sacarosa / agua en solución saturada a t ºC

En la medida en que disminuye el solvente por evaporación o se concentra el soluto por enfriamiento, las moléculas se aproximan y entran a jugar su influencia leyes físicas como: Gravitación: G = m / d2, Fuerzas de atracción de Van der Walls, Afinidad Química, y las del sistema cristalográfico de formación. Siendo estos dos últimos una propiedad de cada sustancia. Al llegar a este punto ocurre la Nucleación, es decir, la aparición espontánea de Núcleos, conjuntos de moléculas que pasaron del estado de solución al estado sólido, los que, por las leyes físicas mencionadas, captan más moléculas, incrementando su tamaño, a una determinada velocidad de crecimiento o de cristalización, dada en mg / m2 *

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min.

M

M

5M NUCLEACIÓN

M

Se encontró que las impurezas que se absorben en la superficie de los cristales inhiben su velocidad de crecimiento. Por ello, cualquier detención en el crecimiento de los cristales permitirá tales deposiciones y alterará la posterior recuperación del proceso. Las impurezas tienen mayor efecto sobre la velocidad de cristalización que sobre la solubilidad. Definimos sobresaturación como la relación del peso de sólidos disueltos en un peso de agua con el peso de sólidos disueltos con que se satura el mismo peso de agua, a la misma temperatura. Durante la Cristalización de la sacarosa y el desarrollo de los cristales, manejamos sobresaturaciones, cuya estimación es necesaria para llevar a buen fin la operación. Es así que debemos medir (o comparar con tablas preestablecidas) la solubilidad de la sacarosa (su punto de saturación) bajo las condiciones prevalecientes para cada sitio (y a veces tiempos) y para cada situación particular. Las principales variables que afectan este punto de saturación son: la temperatura (directamente proporcional a la presión) y la composición y cantidad de las impurezas disueltas, que condicionarán a su vez la viscosidad del medio. La solubilidad aumenta rápidamente con la temperatura, como ya vimos y es afectada en diferente forma por los otros sólidos en solución. En módulos anteriores vimos que: - Los Azúcares Invertidos reducen la solubilidad de la sacarosa, al disminuir el peso de la misma capaz de solubilizarse, en presencia de invertidos y en relación directa a la proporción de éstos en la solución; - Las Sales normalmente incrementan la solubilidad, como vimos en los gráficos correspondientes; - Oligosacáridos, almidón, dextrana, gomas, etc. incrementan la viscosidad y, por consiguiente la tensión superficial de las mieles adheridas al cristal, afectando la difusión molecular y las reacciones superficiales, además de ocluir impurezas en los mismos. Si el proceso de cristalización es analizado en detalle, los parámetros que influencian la difusión molecular (en la solución) y las reacciones superficiales (en los cristales) pueden identificarse. La temperatura de cristalización juega un importante papel en lo tocante a la etapa límite de velocidad de crecimiento en la cristalización. Como se sabe, a baja temperatura, la cristalización es controlada por la reacción superficial, mientras que con altas temperaturas es la difusión la que controla la misma (Houghton at al., 1998; Van der Poel

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et al., 1998). La viscosidad es un factor dominante en la tecnología de la cristalización. La velocidad de desarrollo de los cristales es sensible a la variación en el tamaño de los cristales y está afectada por la integración superficial, con la etapa de difusión molecular en el crecimiento de los cristales como un factor determinante, afectado por la viscosidad (Gumaraes et al., 1995). Van Hook (ISI- Enero1989) demostró que la capa de miel que rodea al cristal es de unos 100 µ, y su viscosidad incrementa exponencialmente con la pérdida de moléculas de sacarosa. Esta indeterminación realmente lleva a que se deben definir para cada caso los coeficientes “k” de sobresaturación. Véanse algunos coeficientes reportados por textos técnicos: Herzfeld:

Poca sobresaturación: Zona Operación tachos: Zona de Formación de falso grano:

Webre: Límites de k para soluciones de sacarosa pura: Zona Metaestable: Zona Intermedia: Zona Lábil: Gillett:

Para masas cocidas Zona Metaestable: Zona Lábil:

de alta pureza 1.0 – 1.4 / 1.5 > 1.5

1.00 – 1.25 1.25 – 1.40 >1.40 1.0 – 1.2 1.2 – 1.3 > 1.3 de baja pureza 1.0 – 1.6 > 1.7

Es importante hacer una acotación para dejar claros los conceptos: 1.- Para cada temperatura hay un solo valor de saturación, es decir, un punto en un sistema de coordenadas cartesianas que representen en un eje la temperatura y en otro

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los mg/l del soluto u otro elemento que lo represente. La unión de estos puntos dará una línea que representa la frontera entre las zonas de insaturación y las de sobresaturación. 2.- Para cada temperatura hay múltiples valores de sobresaturación, definidos por las características de la migración y concentración molecular del soluto en el solvente, por lo que las definimos como zonas en similar conjunto de coordenadas. ZONAS DE SOBRESATURACIÓN Metaestable: En ella, a pesar de estar la solución sobresaturada, la relación de concentración, temperatura y movimiento de la masa del producto, permiten que las moléculas no precipiten como núcleos espontáneamente, pero sí son atraídas por núcleos ya formados (Afinidad Química, fuerzas de Van der Walls), depositándose como cristaloides sobre los mismos, en disposiciones específicas (Sistema Cristalográfico). Es la zona de crecimiento de los cristales, cuya velocidad será mayor cuanto mayor sea la concentración (evitando introducirse en la zona siguiente) y menor la cantidad de impurezas presentes en la solución. Cuando se practica la Cristalización por Semillamiento Integral, es la zona donde se inyecta la Semilla (azúcar finamente pulverizada, seca o en una mezcla alcohólica) en cantidades apropiadas al resultado final de volumen de granos que desea obtenerse, al lograrse el coeficiente de sobresaturación determinado para ese producto. Se debe cuidar de mantenerse en el punto óptimo de concentración y con las condiciones del proceso lo más estables posibles y para ello se requiere disponer de control instrumental en los equipos, bastante sofisticados. Intermedia: En ésta pueden formarse nuevos cristales, pero sólo si ya hay cristales ya existentes. Cuando se practica el Semillamiento por Choque, debe concentrarse la solución hasta valores de sobresaturación que estén dentro de la zona, inyectándose la Semilla (que obviamente puede ser similar a la anterior) al alcanzarlos. Esta adición de azúcar excedente y normalmente a menor temperatura que la del material que se está procesando, crea dentro de la masa del producto “focos” de supersaturación que produce efectos de aparición de núcleos, por lo que esta práctica no está totalmente libre de peligros de reproducción. El Operador debe ser lo suficientemente hábil y conocer a fondo su equipo, para dar sólo el tiempo suficiente a la dispersión de los mismos en el seno del producto, dando entonces una pequeña alimentación que regrese la sobresaturación del producto a la zona Metaestable, para evitar la formación de mayor cantidad de granos. Esta zona es de peligro en la operación normal, por cuanto puede generar “reproducciones” o “falso grano”, si la alimentación al tacho no es continua y/o se concentra en exceso la miel madre. Lábil o Inestable: En química, se llama así a los compuestos fáciles de transformar a formas más estables.

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Esta zona se reconoce justamente por ser altamente sobrepasable en condiciones de operaciones normales, por cualquier pequeño factor que altere las condiciones del medio. Su nombre lo indica, el grado de concentración alcanzado hace que las moléculas “quiebren” la estabilidad de la solución y precipiten como sólidos, dando lugar a la formación espontánea de núcleos de cristales. Esta operación es totalmente artesanal y depende sólo de cada individuo y su experiencia. Esta práctica se conoce como Semillamiento por Espera. Es la más antigua de las prácticas de semillamiento. Sus resultados son totalmente irregulares. Lo típico era que al observarse en el vidrio de muestras el destello en el seno del producto, provocado por el movimiento browniano de los núcleos, se procediera a cortar la producción de éstos mediante una serie de alimentaciones o de adiciones de agua, que disminuyeran la concentración. El volumen de las mismas es totalmente arbitrario e irregular, por lo que podía suceder que no se bajara la concentración lo suficiente y continuara una reproducción, lo que generaría granos sumamente disparejos o que se bajara demasiado y se disolvieran los núcleos formados. Determinación de datos de saturación y sobresaturación: Así como la denominación de las zonas se tomó de Webre, para los coeficientes k se usan los de Herzfeld, situándose la zona de trabajo en los tachos entre 1.25 y 1.40, o valores que en la práctica se determinan para cada fábrica en particular. Mi particular experiencia es manejar, una vez obtenidos los cristales, valores de k del orden de 1,10 – 1,20. Para determinar el punto de saturación y las concentraciones correspondientes a las diferentes zonas de sobresaturación del producto que se maneja, se requiere un microscopio, un refractómetro y dedicación y paciencia. Procedimientos: Para definir el punto de saturación, se colocan cristales de azúcar seleccionados, de aristas agudas, en el receptáculo de la sonda y se someten a la acción del producto que se está concentrando. Se retiran y renuevan los cristales en la sonda, midiendo el brix en cada etapa y observando en el microscopio los cristales. Cuando se determine que la acción del producto dejó de redondear las aristas de los cristales, se tiene el punto de saturación, para la temperatura a que se está trabajando. Considérese Bx, presión de vapor, temperatura del producto y vacío. Para determinar la línea Metaestable, concéntrese la templa hasta que comiencen a aparecer núcleos nuevos (falso grano). El Bx correspondiente y la temperatura de operación nos darán el límite superior de la zona Metaestable. Si no adicionamos semilla, sino que hacemos una cristalización por espera, hasta la aparición espontánea de los núcleos, definiendo el Bx y la temperatura, tendremos con mucha aproximación el punto de sobresaturación de la zona lábil. Factor de incremento de Brix con la Temperatura

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BRIX DE SATURACIÓN DE UNA SOLUCIÓN ESTÁNDAR

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COEFICIENTES “k” A TEMPERATURAS DE OPERACIÓN Temp. ºC

60

70

Coef. SS k g SAC/100gSol Veloc. Cristal. 1.00

74.18

0

1.01

74.92

720

1.02

75.66

2210

1.03

76.41

1.04

77.15

1.05

77.89

1.06

78.63

1.07

79.37

1.00

76.22

0

1.01

76.98

1700

1.02

77.74

4000

1.03

78.51

1.04

79.27

1.05

80.03

1.06

80.79

1.07

81.56

VELOCIDAD DE CRISTALIZACIÓN La velocidad de cristalización, que es la velocidad de crecimiento del cristal por deposición de moléculas o grupos de ellas (cristalones), medida en mg / m2 * min, es la que nos dará un efectivo rendimiento del cocimiento. Pero deben considerarse los siguientes factores que la afectan: 1.- Pureza de la miel madre. Recordemos que a mayor cantidad de impurezas, éstas pueden depositarse sobre las superficies cristalinas inhibiendo la adición de nuevas moléculas. Por otro lado, mayor cantidad de impurezas producen un correlativo aumento de viscosidad. Ambas actúan retardando la velocidad de cristalización, condición fácilmente observable entre las templas de diferente tipo. 2.- Viscosidad del producto. La acción de G (fuerza de gravitación) está asociada con el medio en el que deben desplazarse las partículas, lo que es válido también para las moléculas, por lo tanto, si éste es excesivamente viscoso, no permitirá la transferencia hacia los cristales. 3.- Sobresaturación. Está demostrado que la velocidad de absorción de moléculas por los cristales es proporcional al cuadrado de la sobresaturación. Para ello debe haber una concentración constante y proporcional del producto. No debe sobrepasarse el punto crítico, determinado en la práctica como k = 1,44, a partir del cual la concentración está fuera de control y se produce falso grano en exceso. 4.- Temperatura (que influye sobre la viscosidad y el grado de sobresaturación). Si hay una disminución de la temperatura, hay un aumento de la viscosidad, de la densidad y de la sobresaturación, por lo tanto se producen simultáneamente factores que afectan el control del cocimiento.

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5.- Circulación de la masa cocida. El efecto, para este caso, es la renovación de la miel madre que circula el cristal, que va agotándose de sacarosa en la medida en que cede moléculas. Por ello se requiere que los cristales estén trasladándose constantemente. 6.- Cantidad de cristales. Debe tenerse la suficiente cantidad de los mismos para que haya la mayor adsorción de sacarosa posible. ELEVACIÓN DEL PUNTO DE EBULLICIÓN (E.P.E.) La E.P.E. es la diferencia entre la temperatura de una solución en ebullición y la temperatura de los vapores que ella produce. Veamos las siguientes observaciones: 1.- E.P.E. aumenta a medida que la pureza disminuye. 2.- E.P.E. es directamente proporcional a los sólidos disueltos en 100 partes de agua, para determinadas pureza y temperaturas. 3.- E.P.E. disminuye a medida que baja la temperatura. En base a éstas, es posible determinar, si se tienen los termómetros adecuados, el “k” en cualquier momento del proceso, conociendo el E.P.E. del punto de saturación, simplemente por la división del E.P.E. en el momento sobre el del punto de saturación. Por ejemplo, EPE en punto de saturación: 13ºC; EPE en el momento de la medición: 16ºC; k = 16 / 13 = 1,23

Tv

Tmc PRESIÓN HIDROSTÁTICA Cuando se carga inicialmente el tacho su evaporación es similar a la de un Melador. Una vez formado el grano, o cuando se toma un pie que ya contiene granos, se alimenta y lleva a ebullición y se levanta la carga, el material va aumentando su viscosidad y su densidad. Imaginemos ahora al material saliendo por la parte superior de los tubos calefactores: A medida que se incrementa el volumen de masa sobre él, el líquido que sale se ve

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frenado por ese peso extra, dificultando su salida, por lo que se retiene más en estos tubos, calentándose y modificando su coeficiente k. Si no hubiera circulación, las capas sucesivas de masa tendrían temperaturas que aumentarían con la profundidad. Sabemos que el grado de saturación de una solución azucarada se modifica rápidamente con la temperatura, de modo que si la capa superior está sobresaturada, a medida que descendamos bajará k hasta insaturarse y redisolver cristales. Se asume un aumento de presión en el orden de 150 g / cm2 / m de profundidad. Esto limita al diseñador la altura que puede alcanzar el producto dentro del tacho, definiéndolo como máxima altura hidrostática. En la actualidad se limita a 1,8 m. Sin embargo, la introducción de los circuladores mecánicos permite incrementar la misma. CIRCULACIÓN DE LA MASA COCIDA Las cosas que ocurren dentro de un tacho en operación no son simples. La MC está en circulación, lo que produce su mezcla y tiende a darle una temperatura media (no confundir con uniforme). En ciertas zonas tendremos sobresaturación pero puede ocurrir que tengamos focos de insaturación. Por ello es importante revisar que el diseño de los aparatos seleccionando favorezca el movimiento del producto y/o añadir accesorios que mejoren la circulación. Entendamos el proceso: La circulación se origina por el calentamiento de la MC que pasa a través de la superficie de calentamiento tubular. Esto disminuye la densidad y la viscosidad, especialmente en las capas más cercanas a las paredes de los tubos (por mayor transferencia de temperatura) lo que genera una “lubricación” que facilita el desplazamiento del producto. Al tener menor densidad, tiende a subir hacia la superficie, generando un empuje, que se incrementa por las burbujas de vapor que se forman en el seno del producto caliente y que suben arrastrando con ellas el material que las rodea. Por otro lado, si hay un flujo ascendente, debe haber uno descendente, facilitado por la sección libre de restricciones del tubo central. La masa que ya estaba ya arriba, más densa, tiende a bajar. La causa del movimiento es la diferencia de densidad que se origina por el calentamiento, siendo ésta la fuerza que produce la circulación, proporcional a la diferencia de temperatura entre las zonas más frías y más calientes de la masa cocida. Cuando el producto es ligero, con poca contrapresión de carga hidrostática y aún no se ha “ceñido” la templa, los efectos de la circulación son poco notorios. Sólo al final de las templas es que se pueden observar las diferencias en rapidez de cocimiento, por una adecuada circulación. En la fase final de las templas, la superficie de calentamiento no trabaja como un evaporador, sino como un calentador que tiene que elevar la temperatura de la masa cocida que pasa en forma laminar a través de ella. Con la templa en sus niveles más altos, tenemos las mayores cargas hidrostáticas sobre la salida de los tubos calefactores y la evaporación (la formación de burbujas de vapor) sólo ocurre notoriamente en el cuarto del volumen superior de la masa cocida

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(entre unos 30 y 60 cm debajo de la superficie). La masa cocida que sale de los tubos tiene muchos puntos de diferentes temperaturas. A medida que la masa asciende estos puntos llegan a un nivel de vacío local que corresponde al punto de ebullición a esa temperatura, produciendo un flash que libera una burbuja de vapor. Este vapor, a su vez, calentará focos más fríos, tendiendo a producir un promedio de temperatura en la masa. Existen dos peligros: 1) que haya poca motilidad o puntos con temperaturas locales muy altas, lo que producirá coloración; 2) que se llegue a puntos de insaturación, con redisolución de los cristales.

Webre (1948) estudió extensamente el tema de la circulación de la masa cocida, su velocidad y relación de transmisión de temperatura en el producto. Así, encontró que la diferencia de temperatura entre la MC entre la que fluía por el centro del tubo y la de la periferia era, al inicio de la templa (50% del volumen del equipo) era de unos 4ºC, subiendo esta diferencia a medida que se desarrollaba la templa y la circulación era más lenta, hasta unos 30º al final de la misma. De igual manera, trabajando con MC de bajo grado, con 6 horas de cocción, determinó que las velocidades de circulación eran: Hora m/seg 1ª 0,459 2ª 0,189 3ª 0,045 4ª 0,009 5ª 0,006 6ª 0,003 Ello llevó a la conclusión de que para que halla ebullición, requerimos una temperatura que corresponda a la del vacío, a la que se debe sumar la requerida por la presión hidrostática producida por el peso de la MC sobre el nivel de los tubos, más el efecto de aumento por incremento de la densidad y de la pureza de la MC. Así, a medida que se debe aumentar la temperatura por estos efectos, la sobresaturación va disminuyendo, pudiendo llegar hasta el punto de saturación y hasta resultar insaturada, lo que redisolvería los cristales. Pero, al incorporarse en el seno de la

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MC, más caliente, levantaría nuevamente, en forma brusca su nivel de sobresaturación, dando lugar a la formación de nucleaciones no controladas, formando “falso grano”.

Elementos básicos componentes de un Tacho de Cocimiento Superficie calefactora, Calandria: - Un haz tubular - Un tubo central - Dos placas - La(s) entrada(s) de vapor - Las salidas de aguas condensadas y gases incondensables Fondo: - Un sector cilíndrico - El fondo en sí mismo - Válvula de descarga Cuerpo: - Un sector cilíndrico - Relación Superficie / volumen - Altura de Carga Hidrostática - Mirillas o lunetas - Tubo de alimentación - Válvula para romper el vacío - Entrada de vapor para “escoba” - Separador de arrastres Cono superior y domo: - Separador de arrastres

Superficie calefactora, Calandria: Está formada por: - Un haz tubular, dotada de tubos de igual diámetro, normalmente son de 3,5 a 4 pulgadas de diámetro, de cobre, acero inoxidable u otro metal que asegure una satisfactoria transmisión calórica, en una distribución que permita el mayor número de tubos posibles, la máxima resistencia constructiva y un adecuado flujo de vapor entre los mismos, asimismo se toma en cuenta la longitud de los mismos, para evitar sobrecalentamientos; - Un tubo central, para descenso de la masa cocida en su circulación, cuyo diámetro se define como un porcentaje del diámetro de la calandria y/o cuya sección tenga una adecuada relación con la sección total de los tubos; - Dos placas circulares de espesores adecuados, agujereadas, para disponer en la misma, adecuadamente repartidos, los tubos calefactores y el tubo central. Los tubos normalmente se sujetan por mandrilado o soldadura y el tubo central se suelda. Todo el conjunto se sitúa dentro de un cilindro envolvente de lámina de acero de espesor correspondiente a la presión del vapor que se usará. - La(s) entrada(s) de vapor, de diámetro adecuado para satisfacer el flujo requerido. - Las salidas de aguas condensadas y gases incondensables. Normalmente 2, 4 o 6, situadas en la periferia, aunque a veces se reparten entre periferia y centro. Además de

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la evacuación del agua condensada, se usan para fomentar el sentido del flujo del vapor calefactor. En las mismas cajas de adiciona un tubo colector de los gases incondensables más pesados, que se unen a un colector, que normalmente rodea el tacho. Los livianos requieren colocar horizontalmente dentro de la calandria, por debajo de la placa superior y hasta cerca del tubo central, un par de tubos de poco diámetro, agujereados por la cara inferior, que se conectarán al colector de gases incondensables que provienen de las cajas colectoras de agua. Fondo: Está formado por: - Un sector cilíndrico. Situado inmediatamente bajo la calandria. Su altura debe permitir trabajar holgadamente en el mandrilado o soldadura de los tubos por debajo de la placa inferior. Es una zona de alto desgaste por abrasión. - El fondo en sí mismo. Puede tener la forma de un cono truncado invertido, o ser semiesferoidal, o un doble cono o doble esferoide, con lo que se busca facilitar la circulación de la masa cocida y que no se formen zonas “muertas”. - Válvula de descarga. La misma debe permitir una rápida evacuación de la templa, al terminar el cocimiento. Se recomienda que su diámetro esté entre 1/6 y 1/8 del diámetro del tacho. Actualmente se usan con buenos resultados válvulas tipo mariposa. Cuerpo: Existen varias formas del cuerpo situado sobre la calandria, cuyo propósito es mejorar las características hidrodinámicas del equipo, para mejorar la circulación de la masa cocida dentro del mismo, disminuyendo los efectos de la carga hidrostática. Analizaremos básicamente los de configuración cilíndrica. Su diámetro y altura están supeditados a las siguientes condiciones: 1- Relación Superficie / volumen. Se requiere que la misma esté en el orden de 6 – 7 m2/m3 (1,9 – 2,2 pies2 / pies3), relaciones mayores son permitidas hasta un tope cercano a 10 m2/m3, pero no es usual. Relaciones menores generarán equipos de baja efectividad. 2- Altura de Carga Hidrostática: Actualmente se diseñan los equipos para que ésta sea lo más baja posible, normalmente no pasando de 1.6 – 1.8 m, sobre la placa superior de la calandria. 3- La fuerza motriz de la circulación. Que estará dada por el material de construcción, la altura final del cocimiento, la relación entre la sección de tubos y el tubo central, y como se dijo antes, el volumen final de la templa. 4- El volumen de vapor, que es la zona sin carga del cuerpo, donde las partículas arrastradas por el vapor pueden caer nuevamente sobre el producto, asegurando una baja velocidad del vapor producido. Mirillas o lunetas. Se colocan en lo que se considera el frente del tacho, espaciadas entre sí por cortas distancias o situadas a ambos lados de un eje longitudinal, para mantener siempre a la vista el nivel de la masa. Tienen importancia: la primera a partir de la calandria, porque ella definirá la observación del volumen de granado. Y las dos últimas, que se situarán de manera tal que la máxima carga hidrostática de operación corresponda al centro de la última, quedando la penúltima para establecer el volumen final de la templa, al romper el vacío. Tubo de alimentación. Normalmente éste entra al tacho por sobre la placa superior de la calandria, descendiendo por el tubo central. Hay varios arreglos en este sentido. Existen

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equipos que alimentan por varias tomas situadas por debajo de la placa inferior. Lo recomendable es disponer, en los tachos donde se debe semillar, de un tubo de alimentación de unas 8 pulgadas de diámetro para hacer rápidamente la primera carga a concentrar y tuberías para alimentación de 2 – 4 pulgadas, dotadas de válvulas que permitan estimar y regular el flujo. En el caso de tachos de uso de múltiples cocimientos, como suele suceder en la fábrica de azúcar crudo, es conveniente disponer de un manifold al que lleguen diferentes tipos de mieles, con válvulas que aseguren un perfecto cierre, para evitar posibles mezclas indeseadas de productos. Válvula para romper el vacío. La misma se sitúa en la parte superior del cuerpo cilíndrico y su diámetro debe permitir, una vez terminado el cocimiento, cargar el volumen de aire que corresponde a la parte superior del tacho, no ocupada con la masa cocida. Es importante que esta operación requiera entre 1,0 y 2,0 minutos para evitar una compresión excesivamente brusca. Entrada de vapor para “escoba”. Se acostumbra montar sobre la zona superior del cuerpo cilíndrico un anillo tubular o una cruz de tubos de 2 – 4 pulgadas, en ambos casos con agujeros de ¼ - ½ pulgadas, repartidos en forma equidistante y conectados a una línea del vapor seleccionado para esta operación. Es práctica común que se considere que se dio suficiente “escoba” cuando se llega a cierta temperatura en el cuerpo del tacho. Ello no es totalmente errado, lo que sí lo es, es el concepto. La escoba, es decir, la disolución de restos de la templa que quedaron residuales, no se consigue específicamente con el calor, sino con la condensación del vapor usado, que disolverá este material. Además, al estar el tacho cargado de vapor, se facilita la nueva operación al conectarlo con el condensador barométrico, generando el vacío necesario, por condensación de este vapor, lo que en el mejor de los casos disminuye el tiempo para lograrlo, aliviando el trabajo de las bombas de vacío. En muchas fábricas, donde se da escoba con un vapor de baja presión (V1), no se rompe el vacío a la atmósfera, sino abriendo poco a poco la entrada del vapor escoba, que nivela la presión, rompiendo el vacío y va levantando ligeramente la presión en el cuerpo, empujando la masa hacia la descarga, condensando a la vez, con lo que se acortan sustancialmente los tiempos “muertos” del ciclo. Separador de arrastres. Este aditamento normalmente se monta sobre la última parte del cuerpo cilíndrico o sobre el inicio del cono de cierre superior, antes del separador del domo. Puede ser del tipo llamado “centrífugo”, que consta de una serie de deflectores que provocan el cambio de dirección del vapor. Otro tipo es una serie de láminas en zigzag. Ambos eliminan las gotas de líquido azucarado de la corriente del vapor por cambios de dirección, provocando su caída hacia el producto que se cocina. Cono superior y domo. En la parte superior del tacho, el cuerpo cilíndrico se cierra con un cono truncado o una semiesfera, que se corona con un cuerpo cilíndrico o domo. Normalmente este último tiene en su parte interna otro separador de arrastres consistente en un par de cilindros de menores diámetros que obligan al vapor a cambios de dirección antes de salir por el tubo colector hacia el condensador barométrico. También es práctica común situar otro separador de arrastres en el colector hacia el condensador barométrico, como elemento de seguridad, descargando por medio de un tubo que se conecta en la parte superior del cuerpo.

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Análisis de un Tacho de Cocimiento: Veremos a continuación dos ejemplos de cálculos de tachos. El primero es para un manejo rápido de uno ya existente, determinar sus condiciones y sus parámetros. El segundo está más referido a la construcción de un nuevo equipo. En los Anexos se exponen nuevamente los dos casos de análisis de estos equipos, respecto a los cuales deben analizarse, entre otros, los siguientes factores: -

-

La relación diámetro del Tubo Central debe ser un 50% del diámetro de la calandria La relación Superficie / Volumen debe ser superior a 6,5 m 2 / m3 El volumen hasta la placa superior de la calandria debe ser inferior a un 35% del volumen de trabajo, siendo ideal tener un 30%. Ello implica disponer de un 65% o más del volumen para desarrollar el cristal. La altura de carga hidrostática no debe pasar de 1,8 m, a partir de la placa superior de la calandria, siendo ideal 1,5 m (si no existe circulador mecánico) El volumen del cuerpo sobre el nivel de carga hidrostática, “volumen de vapor”, debe ser alrededor de un 40% del volumen del cuerpo desde la placa superior de la calandria hasta el domo. Deben asegurarse diámetros adecuados a las tuberías de alimentación de vapor, salidas de condensados y gases incondensables y de descarga de producto. En los tachos que se usen para cristalizar, recomendamos una tubería anexa de alimentación de un diámetro no menor de 8”, para una carga rápida del volumen inicial. La tubería de “escoba” debe suministrar un vapor que condense con facilidad y distribuir adecuadamente el mismo hacia las paredes del cuerpo y el tubo central. Si se montarán sistemas de circulación mecánica deben colocarse de forma tal que “empujen” la masa cocida desde el tubo central hacia el fondo. Recomiendo que se sitúen de forma que el fondo de las paletas estén a unos 150 - 200 mm por sobre el borde inferior del tubo central. En los equipos usados para cristalizar debe colocarse la entrada de semilla por debajo de la calandria, lo más cerca posible del tubo central, buscando una distribución lo más homogénea posible. Igual consideración se debe hacer para la tubería de alimentación. La primera mirilla debe montarse lo más cercana posible a la placa superior de la calandria.

Cálculos básicos de un Tacho de Cocimiento Víctor R. Michal –Asesorías de Procesos y Adiestramientos Técnicos Azucareros.

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Primer Ejemplo: Diámetro Cuerpo Secc. Cuerpo Diámetro Calandria Secc. Calandria Diámetro Tubo Central Diámetro Tubo Central Vol. Tubo Central Altura Cuerpo (desde Calandria) Vol. Total del Cuerpo Cilíndrico Vol. Cuerpo Cilíndr. por cm de altura Altura Calandria Altura cilindro bajo Calandria Vol. Cilindro Bajo Calandria Altura fondo Vol. Fondo (Aprox.) Altura Carga Hidrostática Numero Tubos Diámetro Tubos Diámetro Tubos Secc. Total de los Tubos Vol. Tubos Vol. Hasta Calandria Alturas en cm Centro 1a. Mirilla (Altura sobre Caland.) Centro 2a. ,, Centro 3a. ,, Centro 4a. ,, Centro 5a. ,, Centro 6a. ,, Centro 7a. ,, Centro 8a. ,, Volúmenes Al Centro 1a. Mirilla ,, Centro 2a. ,, ,, Centro 3a. ,, ,, Centro 4a. ,, ,, Centro 5a. ,, ,, Centro 6a. ,, ,, Centro 7a. ,, ,, Centro 8a. ,, Relación Diam. Cal. / Diam. Cuerpo Relación Diam. TC / Diam. Cal. Relación Secc. TC/ Secc. Cal. Relación H Carga Hidrost./H Cuerpo Relac. Secc. Total Tubos/Secc. Cal. Relación Secc. Total Tubos/ Secc. TC Secc. Tubos /Secc. Cal. - Secc. TC Vol. Calandria % Vol. Operativo Vol.1a. Mirilla %Vol. Operativo Superficie Calefacción ,, ,, (Ft2) Vol. Operativo Total ,, ,, (Ft3) Relación Superficie / Vol. ,, ,, ,, ,,

mm

3660

m2 mm m2 mm Pulg. m3 mm m3 m3 mm mm m3 mm m3 mm # mm in m2 m3 m3

10,5209 3660 10,5209 1380 54,33 1,8248 3060 32,1940 0,10521 1000 300 3,1563 500 1,7535 1900

mm mm mm mm mm mm mm mm

200,0 475,0 630,0 850,0 1030,0 1400,0 1680,0 1890,0

m3 m3 m3 m3 m3 m3 m3 m3

13,6 16,5 18,1 20,5 22,4 26,2 29,2 31,7 1,000

590 101,6 4,0 4,7833 4,7833 11,5

0,3770 0,1422 0,6209 0,4547 3,1980 0,5300

m2 p2 m3 p3 m2/ m3 p2/p3

36,33 42,97 188,3 2027,1

31,7 1119,4

5,94 1,81

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Segundo Ejemplo: DATOS DE ENTRADA Volumen Útil del Tacho Diámetro Externo de los Tubos Espesor de Paredes de los Tubos Largo útil de los Tubos Altura Máxima de Masa Cocida en el Cuerpo Altura de Masa sobre la Placa Superior para cristalizar o Pié Coeficiente K (0,45 a 0,55) Factor de Relación Volumen / Diámetro de Tacho (máximo 2,2) Relación D/Δ (Diámetro do Tubo Central / Diámetro de Tacho) Factor Altura del Cuerpo Tasa de Evaporación Factor Consumo de Vapor Número de Entradas de Vapor en la Calandra Vapor de Alimentación CÁLCULOS - DIMENSIONAMIENTO DEL TACHO Volumen Útil del Tacho (V) Diámetro del Tacho (Δ) Diámetro Interno de los Tubos de calentamiento (di) Superficie del Tacho (Total) Superficie del Tubo Central Superficie Libre del Tacho (excepto superficie del tubo central) Superficie Interna Total de los Tubos de Calentamiento Coeficiente K (0,45 a 0,55) Diámetro Interno del Tubo Central Número de Tubos Paso Superficie Interna de Calentamiento (SAI) - Si Relación Si / V Superficie Externa de Calentamiento (SAE) - Se Relación Se / V Altura de la Calandria (por lado vapor) Altura del Cuerpo (desde nivel de masa al separador de arrastre) Altura del Cuerpo (desde placa superior al separador de arrastre) Volumen Ocupado por la Masa - Tubos de Calefacción Volumen Ocupado por la Masa - Tubo Central Volumen Ocupado por la Masa - Calandria Volumen Ocupado por la Masa - Fondo Volumen Ocupado por la Masa - Cuerpo Volumen Útil del Tacho (V) Volumen de Masa sobre la Placa Superior (para cristalizar o pié) Volumen de Pié de Cocimiento % Volumen Pié de Cocimiento Relación Si / V

28,0 101,60 1,50 1000,00 1674,34 50,00 0,50 2,09 37,70 134,63 40,00 1,20 2,00

m3 mm mm mm mm mm

% % Kg./m2

V2 28,00 3,660 98,60 10,52 1,50 9,03 4,51 0,499 1,380 590 116,68 182,76 6,53 188,32 6,73 985 2,254 3,928 4,51 1,47 5,98 3,09 17,62 26,68 0,53 9,59 34,25 1,99

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m3 mm mm m2 m2 m2 m2 mm tubos mm m2 m2 / m3 m2 m2 / m3 mm mm mm m3 m3 m3 m3 m3 m3 m3 m3 % ft2/ft3

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PROCESO DE FABRICACIÓN DE AZUCAR CÁLCULOS - DIMENSIONAMIENTO SISTEMAS DE VAPOR PRODUCIDO Producción Másica de Vapor 7,310 Producción Volumétrica de Vapor 55,763 Presión del Vapor producido 24,00 Volumen Específico del Vapor Producido 7,63 Velocidad del Vapor en Cuerpo (máximo 6,0 m/s) 4,23 Velocidad del Vapor en Boca de Salida del Cuerpo 60,00 Diámetro de la Boca de Salida 23,00

Kg./h m3/h inHg m3/Kg. m/s m/s in

CÁLCULOS - DIMENSIONAMIENTO SISTEMAS DE VAPOR DE ALIMENTACIÓN Consumo Másico de Vapor de Alimentación 8,772 Consumo Volumétrico de Vapor de Alimentación 10,808 Volumen Específico del Vapor de Alimentación 1.23 Velocidad del Vapor en la Entrada de la Calandria 35,00 Diámetro de Entrada de Vapor a Calandria 10,00

Kg./h m3/h m3/Kg. m/s in

CÁLCULOS - DIMENSIONAMIENTO SISTEMAS DE CONDENSADOS Número de Drenajes de Condensado Densidad del Condensado Velocidad en el Tubo de Drenaje Velocidad en el Colector Principal Producción Total de Condensado Cantidad de Condensado por Drenaje Diámetro de Tubo de Drenaje Diámetro de Colector Principal Tabla de Vapor Vapor

Presión

P. Abs.

2,00 0,80 0,50 0,60 10,80 5,40 3,00 4,00

m/s m/s m3/h m3/h in In

Volumen Esp.

VE

1,50 Kg./cm2

2,48 bar

0,72 m3/Kg.

V1

0,75 Kg./cm2

1,75 bar

1,00 m3/Kg.

V2

0,40 Kg./cm2

1,41 bar

1,23 m3/Kg.

V3

0,00 Kg./cm2

1,01 bar

1,67 m3/Kg.

V4

10,00 inHg

0,67 bar

2,45 m3/Kg.

V5

24,00 inHg

0,20 bar

7,63 m3/Kg.

Cálculo del Volumen del Fondo Doble Cono Cálculo del Tronco de Cono Invertido (Grande): Ángulo (grados) Factor Diámetro Menor

18,00

Grados

1,40

Tangente de α

0,32

Altura del Cono

280,73

mm

Diámetro Mayor

3660,0

mm

Diámetro Menor

1932,0

mm

1,78

m3

Volumen Cálculo del Cono Recto (Pequeño) Ángulo

16,00

Grados

Tangente de α

0,29

Altura del Cono

277,00

mm

0,27

m3

150,00

mm

1,58

m3

Volumen Altura del Complemento Volumen del Complemento

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3,09

m3

SISTEMAS DE COCIMIENTO FABRICA DE CRUDO La concentración de la meladura o el licor en un tacho, produce una masa cocida, la que es sometida a la separación, mediante centrifugación, de los cristales formados en esa templa y la miel madre, que a su vez está diluida por el agregado de agua y/o vapor, para el lavado de los cristales y la eliminación de la capa de miel envolvente de los mismos. Estas mieles contienen una cierta proporción de azúcares cristalizables, por lo que normalmente se almacenan y usan en cocimientos subsecuentes. Esta operación puede repetirse unas pocas veces, tanto en la fábrica de azúcar crudo como en la refinería, limitándose por: 1.- Las mieles se agotan proporcionalmente al número de pases, 2.- Porque el descenso de pureza y/o el aumento de color, consecuencia de la remoción de azúcar, los cocimientos repetidos, los centrifugados, la concentración de no-azúcares, etc., aumentan la viscosidad y el contenido salino, 3.- No toda la sacarosa presente es cristalizable, como vimos antes, los no-azúcares tienen una marcada incidencia sobre ello. Los sistemas de cocimiento se seleccionan de acuerdo, principalmente, con la Pureza de la Meladura disponible y/o conveniencias comerciales en uso de mieles respecto a destilerías de alcohol. Normalmente, con purezas de Meladura menores de 76, se procede con un sistema de dos templas, siendo, sin embargo, predominante el manejo del sistema de tres templas. Realmente la selección del sistema a emplear lo dará el rango de purezas que se dispone en la operación, pudiéndose usar alternativas, conforme se trabaja, con el mejor criterio de producción y productividad. Veremos, en una breve descripción los dos Sistemas más usados y las condiciones bajo las que se decide su aplicación. En la actualidad, casi todos los procesadores tienden a trabajar con el uso de Magmas para los pies de los cocimientos, lo que disminuye sustancialmente el uso de energía y de equipos. Sistema de Dos Templas Consiste en hacer dos tipos de cocimientos: Cocimiento de Primera: Los Pies de templa se cristalizan con meladura, pudiéndose completar con mieles de primera de alta pureza (miel de lavado) Las Templas toman pié y se alimentan con mieles de primera y se coronan, si es

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necesario con mieles de baja pureza. Se busca tener una Pureza de Templa del orden de 75% y una caída de pureza de

∆p: 17 - 18 puntos. Cocimiento de Segunda: Los Pies de templa se cristalizan con meladura, se completan con mieles de primera de baja pureza. Las Templas toman pié y se alimentan con mieles de primera de baja pureza y se coronan, si es necesario con mieles de segunda, en un reciclaje de las mismas. Se busca tener una Pureza de Templa del orden de 60% o menor y ∆p: 22-24 puntos. Puede usarse la opción de cristalizar sobre meladura y usar este pie como semilla virgen, adulterando con las mieles respectivas, para ambos cocimientos. El azúcar de segunda puede ser usado, previa afinación, para preparar magma a ser usado de pie de templa de primera o disuelto y adicionado a la meladura, lo que aumenta su pureza y desvirtúa el sistema. Sistema de Tres Templas Es el más usado. Se trabajan tres tipos de masas cocidas. Cocimiento de Primera: Los Pies de templa se cristalizan con meladura, pudiéndose completar con mieles de primera de alta pureza (miel de lavado) (miel final de refinería si ésta existe). Otra alternativa, en el Sistema de Doble Magma, es que el Pie esté formado por Magma de 2ª. Las Templas toman pié y se alimentan con meladura y si se mezclan con ésta mieles ricas de primera y final de refinería. Los Bx adecuados para lograr una buena cantidad de cristales y mínimo de miel están entre 92,5 y 94,5 Se busca tener una Pureza de Templa del orden de 82% o superior. ∆p: 15-18 Los Azúcares obtenidos luego de centrifugar la Masa Cocida (Blancos directos, Afinados o Crudos), son remitidos a procesos posteriores. Las mieles son separadas como Miel Pobre o simplemente Miel de 1ª (o A) y Miel Rica o Miel de Lavado, por cuanto se practican durante la centrifugación dos lavados de la MC, con el fin de limpiar a los cristales de la miel residual, primero, y de la superficial con el segundo, por lo que se produce una cierta disolución de estos cristales. Típicamente la miel rica retorna al mismo cocimiento de origen, mientras que la miel pobre se destina al cocimiento posterior, para agotar su carga de sacarosa. Cocimiento de Segunda: Las Templas toman pié y se alimentan con mieles de primera de baja pureza y se coronan, si es necesario con mieles de segunda, en un reciclaje de las mismas. Los Pies de este cocimiento pueden ser originados en una cristalización similar a la de los cocimientos de MC 1ª (o A), o ser Magma de 3ª (o C) si se usa el sistema de Doble Magma. Los Bx recomendados están entre 95,5 y 97,0

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Se busca tener una Pureza de Templa del orden de 70% o menor. ∆p: 20-22 Este cocimiento es neurálgico, salvo que se produzca Azúcar de 2da. para comercializar, ya que provee el azúcar para usarse como Magma para pie de MC 1ª o A, o para disolverlo, para completar el cocimiento de primera, adicionándolo a la Meladura, y genera la calidad de miel que se usará en el cocimiento siguiente, MC 3ª o C. En la preparación de Magmas de 2ª y 3ª propongo disponer de una línea de Jugo Clarificado o Meladura para adicionar en lugar de agua. Cocimiento de Tercera: Es, quizás, otro de los puntos neurálgicos. Su manejo no debe restringir el propósito fundamental, que es producir azúcar y no melaza. A veces se pierde de vista este objetivo y se producen recirculaciones que podrían obviarse, con el fin del agotamiento y la disminución de pérdidas en melaza, impactándose sobre la producción o calidad del azúcar del cocimiento de primera. Los Bx recomendados están por arriba de 97,5 y, de permitirlo las instalaciones, siempre mayores a 98,0. Se recomiendan purezas en el orden de 50% y ∆p: 20-24 Los Pies de templa se cristalizan semillando sobre meladura, se puede añadir algún volumen de Miel de 1ª (si hay excesos de la misma) y se completa con Miel de 2ª. Este primer paso genera lo que llamamos Semilla Virgen. Hay técnicas que usan la cristalización sobre Miel de 1ª o con una alimentación de Miel de 2ª añadida luego de obtener el cristal y para lograr la pureza de semilla deseada. Sin embargo, recomendamos la primera técnica expuesta, ya que lo que buscamos es un núcleo “limpio”, que induzca la Afinidad Química, y esto se logra con los materiales más ricos. Es importante, si no disponemos de instrumental para un semillamiento integral, “formar el ojo” para definir la cantidad de cristalitos que requeriremos en el cocimiento y determinar si la disponibilidad observada en la Semilla, nos permitirá hacer 3, 4, 6 o más templas. Hay esquemas de cristalización sobre mieles, como se mencionó, y con semillamiento para un alto número de templas. La selección de ello está en manos de cada Jefe de Fábrica y el concepto que aplicará en la operación, de acuerdo a su análisis de resultados. La Semilla virgen, parte de la cual se descarga en un semillero apropiado, y lo que se deja remanente en el tacho donde se cristalizó, es alimentada con miel de 2ª, hasta un volumen predeterminado. Parte de la misma se descarga como Semilla Adulterada en otro semillero. El remanente en el tacho de esta Semilla Adulterada se alimenta con mieles de 2ª, pudiéndose, de acuerdo al criterio del Supervisor y del Puntista: 1- completar la templa para su descarga, alimentando con mieles de segunda; 2- completar un cierto volumen con mieles de segunda y cortar para otro tacho, llevando dos templas de tercera. El criterio dominante es el volumen de cristales de que se dispone, dado que es la superficie cristalina el factor determinante de la velocidad de cristalización y del agotamiento de las mieles madres. Un segundo criterio es la disponibilidad de equipos (tachos y/o semilleros) y,

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tercero, la necesidad de desalojar volúmenes de mieles retenidas en el proceso.

El sistema está conformado por los siguientes equipos: -Tachos de cocimiento para MC1ª, para MC2ª, para MC3ª y para Cristalización de 3ª (y 2ª o 1ª, si no se trabaja con doble Magma). -Cristalizadores: de MC1ª, de MC2ª, de MC3ª, o como sistema alternativo: Receptor de MC3ª, Torre de Enfriamiento de MC3ª, Cristalizador receptor de MC3ª fría. -Recibidores de alimentación de centrífugas de MC1ª -Centrífugas automáticas de MC1ª -Colector de alimentación de centrífugas de MC2ª -Centrífugas continuas de MC2ª -Preparador de Magma de Azúcar de 2ª -Mezclador calefactor de alimentación de centrífugas de MC3ª -Centrífugas continuas de 3ª -Preparador de Magma de Azúcar de 3ª -Semillero para Semilla Virgen -Semillero para Semilla Adulterada -Magmero de Magma 2ª -Semillero de corte de MC1ª -Magmero de Magma 3ª -Semillero de corte de MC2ª -Disolutor de Magma de 2ª -Tanques: de Meladura , de Miel Primera y de Miel Segunda -Tolva de Almacenamiento de Azúcar Crudo.

SISTEMA DE DOBLE MAGMA:

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En el proceso de fabricación de azúcar de 1ª, Blanco Directo o Crudo, la Pureza se lleva a un nivel entre 83-86%, mezclando mieles de retorno de la Refinería, miel rica o Lavado del mismo cocimiento, magma de 2ª y meladura. En el de 2ª, la pureza se lleva a un nivel entre 68-72%, usando magma de 3ª como piè y miel de 1ª como alimentación. Por último el proceso de fabricación de 3ª se lleva a cabo a un nivel entre 48-52%, mezclando semillamiento de 3ª y miel de 2ª. La centrifugación de la masa de 1ª, origina Miel de 1ª (miel pobre) que va al cocimiento de 2ª, y miel de lavado (miel rica), que retorna a la meladura (consecuencia de lavados con agua que se le hace a la carga de azúcar, al centrifugar, y a la malla, después de la descarga de cada centrifugación) y Azúcar Crudo (Pureza 98 - 99 %), que constituye el producto final de este proceso de fabricación de azúcares. La centrifugación de la masa de 2ª, origina Miel de 2ª que alimenta los tachos de 3ª, y Azúcar de 2ª con la que se prepara Magma de 2ª que sirve para sembrar los cocimientos de 1ª. En el proceso de 3ª la masa descargada a una serie de cristalizadores o es recibida en un cristalizador de donde se bombea a una Torre de enfriamiento y en los que se consigue el agotamiento de la miel, para recuperar la mayor cantidad de Sacarosa. La miel separada en la centrifugación de las masas de 3ª se denomina Miel Final o Melaza. Con el Azúcar de 3ª se prepara Magma de 3ª con el que se siembra el cocimiento de 2ª

REGLA 70 - 70: La concentración de los productos iniciales que se trabajan en los tachos (Meladura, Mezclas de alimentación, Licor) está en el orden de 60 - 65ºBx, llegando con concentradores a unos 72-74ºBx. Sin embargo, el uso de mieles de recirculación posteriores, sin controles, hace que estos valores no se mantengan, desconociéndose en

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la mayoría de los casos la densidad del producto que se está alimentando al cocimiento y muchas veces el material está ya saturado y aún sobresaturado. Ello implica la necesidad de hacer una preparación de las mieles. En este sentido se recomienda usar lo que denominamos Regla 70 - 70, refiriéndonos a que las mieles, cualquiera sea ella, al momento de ser usadas para la alimentación del tacho tengan 70ºBx y 70ºC de temperatura. Algunos autores llevan este número a valores de 75 - 75, como una manera de disminuir la cantidad de agua a evaporar y lograr una gran autoevaporación al ingresar la alimentación al tacho, donde las MC es casi seguro que se halla a menor temperatura, pero para nuestras condiciones de operación, sin o con escasos instrumentos que nos permitan controlarla, por densidad u otro indicador de la sobresaturación o concentración, es manejar un material con densidad muy cercana a los valores de sobresaturación. Un producto rico entrará en la fase Metaestable a unos 78,5 - 80,0ºBx. Una miel pobre se sobresaturará alrededor de 82,0ºBx. Por lo tanto, requerirá de un Factor de Agua adicionado al cocimiento, para controlar la concentración, que puede ser muy alto. Con la regla propuesta, conseguimos un flash, que mejorará la circulación y que, de por sí, concentrará la miel, pero con margen suficiente para no caer en sobresaturación excesiva. REFINERÍA Una vez logrado el Licor o Jarabe de la calidad y concentración adecuada, el trabajo de cristalización en los tachos es la operación clave para la calidad el producto final y la producción. El manejo adecuado del cocimiento de refino, por su velocidad y altas purezas, es una exigencia crucial para la obtención de resultados de excelencia. En términos generales, se manejan tres sistemas de cocimientos en una refinería, que se elegirán de acuerdo a las exigencias de producto planteadas. Haremos una breve descripción de los mismos. Todos inician con una primera templa de licor puro y difieren en el tratamiento subsecuente de las mieles. Recordemos que en Refinería, a los efectos de estimaciones, del total de Sólidos que contiene una Templa (Peso de Brix), se considera que el 50% de los sólidos son Azúcar y el otro 50% son sólidos en la miel. Tal estimación no es necesariamente cierta, por cuanto en todos los casos ocurren recirculaciones generadas por el lavado de los cristales en la centrifugación. Sistema In Line: En el mismo se centrifuga la primera templa, obteniéndose Azúcar Refino y Miel. Esta miel es mezclada con licor, de acuerdo a ciertos parámetros analíticos previamente seleccionados (color, cenizas, etc.), y es el producto base para el cocimiento siguiente, procediéndose de la misma manera, con la mezcla de la miel obtenida y licor, en línea, a partir de allí. Evidentemente la miel va agotándose y, por lo tanto la mezcla tiende a hacerse más pobre, por lo que hay que purgar hacia la fábrica de crudo una parte de la misma,

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con el fin de mantener las condiciones requeridas para el cocimiento. Sin embargo hay un límite práctico que obliga a liquidar los productos y reiniciar la operación luego de un cierto número de recirculaciones de miel. Se produce así una única calidad de azúcar y un flujo continuo de miel de refino hacia la meladura. Sistema In Boiling: En el mismo se centrifuga la primera templa, obteniéndose Azúcar Refino y Miel. Igualmente, obtenida la primera miel, se cristaliza para la siguiente templa sobre pie de licor y se alimenta con la miel obtenida de la centrifugación de la templa precedente. De hecho, las templas disminuyen su calidad en la medida en que vamos agotando las mieles. Todas las templas se cristalizan sobre licor y se alimentan con la miel obtenida de la templa anterior. Se consiguen normalmente unas 18 - 20 corridas antes de que la calidad de la miel amerite retornarla a la fábrica de crudo. Los azúcares irán disminuyendo paulatinamente su calidad, por lo que se requiere disponer de un buen sistema de tolvas y sistemas de mezcla, para obtener calidades comerciales estándar. Sistema de Agotamiento en Cascada o de Cuatro Templas: En este sistema, igual que en los anteriores, las primeras templas son de licor (Templas A o Primeras). TEMPLA A: Se inicia introduciendo, en los Tachos de Refinería, una cantidad suficiente de Licor para cubrir el elemento de calentamiento. Se evapora el agua del Licor hasta lograr la sobresaturación. En este punto se disminuye la presión del vapor y se añaden los cristales de siembra. Este Método se denomina Sembrado de Impacto (o semillamiento por shock), pues al añadir la semilla se induce la formación inmediata de núcleos de cristales en el seno del jarabe sobresaturado, al producirse una “supersaturación” focal. Una vez formados los cristales, se aumenta su tamaño controlando la presión de vapor, vacío y velocidad de alimentación del Licor Pulido. Los núcleos crecen hasta un tamaño de grano predeterminado. Cuando el volumen de la masa alcanza la capacidad establecida de trabajo del Tacho, se suspende la alimentación del Licor Pulido, prosigue la evaporación hasta formar una masa espesa (88 - 90ºBx). Al considerar que la concentración de la masa es la adecuada, se suspende el vapor y el vacío, descargando la Masa Cocida A I un tanque de retención con agitación, donde se mantiene en movimiento hasta pasar a las Centrifugas de Refino. El Azúcar Refinado A pasa al sistema de Secado y Enfriado, mientras que la Miel de refino A es enviada al Tanque de Miel A. TEMPLA B: Se requieren las mieles obtenidas de dos Templas A para obtener una Templa B. El procedimiento para obtener una Masa B es igual al aplicado en la Masa A, pero procesando miel A. Al pasar por las centrífugas se obtendrá Azúcar Refinado B y Miel B. El Azúcar Refinado B pasa al sistema de Secado y Enfriado, mientras que la Miel B es enviada al tanque de Miel B.

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TEMPLA C: Se requieren las mieles obtenidas de dos Templas B para obtener una Templa C. El procedimiento para obtener una Masa C es igual al aplicado en la Masa A, pero procesando Miel B. Al pasar por las centrífugas se obtendrá Azúcar refinado C y Miel C. El Azúcar Refinado C pasa al sistema de Secado y Enfriado, mientras que la Miel C es enviada al tanque de Miel C. TEMPLA D: Se requieren las mieles obtenidas de dos Templas C para obtener una Templa D. El procedimiento para obtener una Masa D es igual al aplicado en la Masa A. pero procesando Miel C. Al pasar por las centrífugas se obtendrá Azúcar Refinado D y Miel D. El Azúcar refinado D Pasa al sistema de secado y Enfriado, mientras que la Miel D es enviada al tanque de Meladura en la Fábrica de Crudos.

Evidentemente, si consideramos que el 50% de los sólidos de una templa quedan en la miel, se requerirán 2 templas de cada cocimiento (excepto el último) para disponer de los sólidos necesarios para el cocimiento siguiente. Con este criterio, se producirán: 8 Templas A, 4 Templas B, 2 Templas C y 1 Templa D, en total 15 Templas que conforman el esquema. Sin embargo existen correlaciones para la producción de las templas, que hacen que se pueda manejar ad infinitum, sin necesidad de reiniciar el proceso. A este sistema de correlaciones se le denomina “reloj de templas”, porque se adopta un señalador circular, donde se inscriben la secuencia de templas, con un puntero, que señala al operador cual es la calidad que debe trabajar en la siguiente templa, a continuación de la que en ese momento está elaborando. Otra ventaja relativa es que en éste último sistema se requieren sólo cuatro tolvas contentivas del azúcar producido y tres tanques de mieles.

Los dos últimos sistemas permiten un menor retorno de sólidos hacia la fábrica de

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crudo (que puede ser tan bajo como 6,25 % de los sólidos iniciales, en condiciones ideales), lo que incide en la productividad de la operación. OBSERVACIONES GENERALES: -El tamaño del grano debe fijarse en relación inversa a la viscosidad de la miel madre. -Cuanto menor es el grano, a un mismo peso de azúcar, mayor es la superficie total de los cristales. -Cuanto menor es el grano es menor la distancia media que recorre una molécula para depositarse. -Cuanta más viscosa es la miel madre más difícil es para una molécula desplazarse. -La caramelización, la inversión y la formación de color son mayores con mayor temperatura. -El vacío es el factor de mayor influencia en la temperatura de la masa cocida. -Durante el cocimiento el calor perdido puede estimarse en un 20 - 25 % del calor transmitido. -A igualdad de condiciones, el consumo de vapor es proporcional a la velocidad del tacho. -Muy altos vacíos no son beneficiosos, se recomienda 64 y 69 cm Hg (23,5 y 25,5 “Hg) -El cristal de sacarosa se distingue visualmente al alcanzar un tamaño de 0,05 a 0,08 mm. -Si las templas se hacen demasiado “sueltas” habrá formación de falso grano. -No debe disminuirse la presión de vapor del tacho para frenar la velocidad de operación, es preferible recircular sobre la masa cocida el agua condensada producida. -Son preferibles las alimentaciones con la regla del ”70 – 70”, es decir a 70ºBx y 70ºC. -Los conglomerados se forman con más facilidad a purezas altas. Templas de bajas purezas no presentan conglomerados. -Los conglomerados se forman en el inicio de la zona intermedia, justo antes que los falsos granos, de forma que si tenemos éstos, es casi seguro que tenemos aquellos. -Si la semilla proviene de conglomerados, el producto final también lo tendrá. (Memoria del Cristal) -Debe darse escoba de vapor al finalizar cada cocimiento de Refino, pero, salvo que produzca Blanco Directo o Crudo para comercializar, ahorre tiempo de ciclo de tachos alternando las escobas en templas de segunda y tercera. -Asegurar en las mieles un pH de 6,0 o mayor para minimizar la inversión de sacarosa.

OPERACIÓN DE TACHOS El trabajo del Puntista o Tachero es el más importante dentro de los Operadores, tanto en la fábrica de crudo, como en la refinería. Aunque las técnicas modernas permiten hacer inversiones de instrumental que facilitan enormemente el cocimiento del azúcar, la destreza y habilidad del Puntista tienen influencia decisiva en la calidad, productividad y producción de la Fábrica. En la preparación de una templa veremos cuatro operaciones fundamentales: 1.- CARGA Y CONCENTRACIÓN 2.- CRISTALIZACIÓN 3.- DESARROLLO DEL CRISTAL 4.- CEÑIDO DE LA TEMPLA

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1.- CARGA Y CONCENTRACIÓN: Se conecta el equipo al sistema de vacío y se carga una cierta cantidad del producto base (meladura, licor, miel o magma). Esta cantidad está determinada por el volumen de granado o de cristalización del tacho correspondiente, que debe ser lo más baja posible, pero asegurando que cubra la placa superior de la calandria, de otra manera se producirán caramelizaciones de las gotas o espuma del material al hacer contacto con partes de la superficie calórica no cubiertas por el producto. (Valor óptimo: 30 – 33% del volumen de la templa) Abrir el vapor y observar el inicio de la ebullición. Ajustar el vacío. En términos generales, cuanto menor es el volumen del pie de templa, tanto menor es el número total de cristales en la masa cocida y tanto mayor serán éstos al terminar la templa. Sin embargo hay que asumir una relación de compromiso al respecto, más si se tratan de templas de bajo grado, donde la cantidad de cristales es importante, por cuanto el agotamiento se logra en función de la superficie cristalina disponible. Importante: Debe cuidarse de alimentar en proporción a la disminución de volumen por concentración, cubriendo siempre la superficie de calefacción. En los casos en que se ha tomado pie con cristales ya formados (cortes, magma) puede manejarse algo más alto el volumen (1/4 de la primera mirilla) hasta que se verifica la circulación del producto, que es cuando se regulará la válvula de alimentación, de acuerdo a la experiencia. 2.- CRISTALIZACIÓN: De hecho, si tomamos pie de magma o de un corte, éste paso está ya superado. Describiremos aquí el proceso cuando se trata de una cristalización en sí, sobre la meladura, el licor o las mieles de refinería. A medida que se concentra, el líquido se hace más viscoso, pasando por las fases de saturación, primero, y sobresaturación, después. Cristalización por espera: Se mantiene la concentración progresiva del producto hasta que los cristales aparezcan espontáneamente, lo que ocurre cuando la sobresaturación alcanzó la zona lábil. El Bx a la temperatura T ºC es del orden de 80 - 82 para Licor, Meladura y Mieles. Se reconoce el punto de cristalización por la viscosidad del producto, al ver las gotas y salpicaduras sobre las mirillas, que escurren más lentamente en la medida en que se concentra. Si sacamos con la sonda una muestra que tomaremos entre el dedo índice (o medio) y el pulgar, y separamos éstos rápidamente, ocurriendo que: 1) La hebra se rompe, aún no está en el punto adecuado; 2) Si no se rompe aunque abramos los dedos al máximo, nos hemos pasado y el grano surgirá espontáneamente sin control (estamos dentro de la zona lábil); 3) Si se estira y adelgaza antes de romperse entre 0,5 - 2 cm (para Licor 0,5; Miel de refinería: 0,5 - 1,0; Meladura: 1,0 - 1,5; Mieles de crudo: 2,0 - 3,0 cm), está en el punto preciso y en cualquier momento surgirá el grano (estamos en la zona intermedia).

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Cristalización por choque: Si estamos en el punto 3 de formación de la hebra, descrito antes, el puntista puede inducir la formación del grano introduciendo una cierta cantidad de semilla o un cierto volumen del producto frío (Choque). Hay técnicos que prefieren hacerlo aún antes de alcanzar la hebra esta longitud, bastándoles que la misma tenga el valor mínimo señalado, que indicaría, más o menos, el límite de la zona Metaestable. Se basan en que si se pasa el punto adecuado hay altas posibilidades de formar conglomerados debido a una concentración excesiva. La velocidad de adsorción de azúcar de un cristal es proporcional a su superficie. Por otro lado, la superficie del cristal en comparación con su peso es inversamente proporcional a su tamaño. Esto quiere decir que, a determinado peso de azúcar, mientras menores sean los cristales, mayor será la superficie de crecimiento, por ende, mayor será el crecimiento de los pequeños, que el de los cristales más grandes, hasta normalizarse. Pero, también actúa G, por lo que hay probabilidad de que se peguen granos entre sí (conglomerados) si no hay una buena circulación de la masa cocida. Cristalización por semillamiento: Se produce en la zona Metaestable, a un k de sobresaturación de alrededor de 1,10. Con la técnica de la hebra del producto el momento propicio es cuando esta se rompe a un largo como los señalados más arriba. Se debe ajustar el vacío a 23,5 “Hg (600 mm Hg) y se mantiene el cocimiento hasta que la masa se “adapta” a esta temperatura (3 - 5 min.). Se introduce la semilla por la válvula prevista para tal fin, que debe descargar

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dentro del tacho por debajo del nivel del líquido. Una vez que se introdujo la semilla, se cierra el vapor o se disminuye a un mínimo (1,0 - 2,0 psig), para evitar una posible disolución de los núcleos en contacto con la superficie de calentamiento. Después de esperar unos minutos, hasta que hay una total dispersión de la semilla en el seno del líquido, se continúa el cocimiento lentamente, para que los cristales crezcan y se lleva gradualmente el vacío a su nivel normal o, si no se trabajó el vacío, sino el vapor, se abre lentamente la válvula hasta alcanzar 2,5 – 3 psig de presión. Al cabo de unos minutos, se toma una muestra y se observa. Si ya los granos se observan formados se reinicia la alimentación gradualmente y se lleva el vapor a una presión de trabajo entre 5 y 7 psig. El número de granos introducidos con la semilla será el número de granos que contenga la templa terminada. La Semilla: Existen un par de técnicas para la preparación de la semilla. Una de ellas es el uso de azúcar refinada en polvo, pasada a través de Malla de 50 mesh y molida, que se inyectará directamente al material concentrado. Tomar en cuenta lo siguiente: En un mg de azúcar en polvo de 10 micras hay 800.000 cristales. Para proceder a calcular la cantidad de semilla requerida: 1.- Determinar el peso del azúcar a obtener de la templa. 2.- Cuéntense unos 500 cristales de ese azúcar y determine el peso. 3.- Correlaciónese el número de cristales que se espera de la templa, en base a 1.- y 2.4.- Determinar el peso de semilla de 10 micras que hay que agregar a la templa. Cálculo de cantidad de polvo de 10 micras, para semilla, como polvo o en mezcla alcohólica (coloide) Para una Templa de 0,45 mm de tamaño de grano y 28 m3 (1000 p3) Peso del Azúcar / templa

15.000,00

Kg

Peso de 500 granos de Azúcar

0,03000

g

Peso promedio de 1 grano

0,00006

g

Nº de Granos finales templa

25 x 1010

Granos

Nº de Granos/ mg Polvo

8 x 105

Granos

Peso de Polvo /templa

312,50

g

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Una variable de la misma técnica no es más que, basados en estas cantidades de polvo, preparar una mezcla alcohólica, en proporciones de 2:3 de Azúcar en Polvo: Alcohol Absoluto (Etílico o Isopropílico), u otra adecuada, y se somete a la acción de un molino de bolas de diámetros definidos (p.ej.1/4” y 2,0 Kg de bolas), durante un tiempo establecido (2,5 horas) y se inyecta en el tacho en el momento oportuno. En este caso, aún siendo el azúcar casi insoluble en el alcohol, conviene reforzar el peso en un 5%, valor a priori que debe validarse en la práctica de cada fábrica en particular, más cuando se tiene preparada la semilla con anterioridad, como es práctica común. La otra técnica es la de origen cubano que se denomina Cristal 600, cuya preparación y manejo se describe en los Anexos. Presentamos como muy interesante, por ilustrativo, el cálculo que a continuación se describe: MOLÉCULAS DE SACAROSA QUE HAY EN UN CRISTAL DE AZÚCAR PROMEDIO Para calcularlo se procede de la siguiente manera: 1.- Peso Molecular de la Sacarosa: C12 H22 O11 C = 12 x 12 = 144 H = 22 x 1 = 22 O = 11 x 16 = 176 M = 342 g/mol 2.- Por granulometría se busca un grupo de cristales de tamaño promedio de 0,40 mm

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3.- Se cuentan 480 cristales y se pesan: Peso = 0,0294 g 4.- Se calcula el Peso de un cristal: 1 x 0,0294 / 480 = 6,125 x 10– 5 g 5.- Por Tablas se determina el número de Moléculas por mol de Sacarosa: 6,022045 x 10 23 moléculas / mol 6.- Se calcula el número de moléculas en un Cristal: 6,125 x 10- 5 g/cristal x 1 mol / 342 g x 6,022045 x 1023 moléculas/ 1 mol = = 1.07850 x 1017 moléculas / cristal 1.08 x 1017 moléculas/cristal 7.- Esto es igual que expresarlo: 108.000.000.000.000.000 moléculas en un cristal 3.- DESARROLLO DEL CRISTAL: Apenas el grano es lo suficientemente grande como para observarlo en el vidrio de muestras, el Puntista experimentado sabe si tiene mucho o poco grano. Si tiene demasiado, se disuelve una parte introduciendo rápidamente una carga grande de alimentación. Si es poco, no tiene remedio. En los cocimientos ricos pudiera hasta ser una ventaja, ya que obtendrá cristales más grandes que lo esperado, su única salida es hacer una templa “corta”, es decir, de menor volumen total. Hay que tener cuidado, por cuanto puede pasarse fácilmente de zona de sobresaturación y dar lugar a conglomerados o falso grano. La situación se complica en las templas de bajo grado, porque no obtendrá el agotamiento esperado y tendrá más mieles generadas. El resto del trabajo, en este particular, consiste en desarrollar la templa sin formar falso grano, para lo que es importante mantener la uniformidad de la operación, vigilando constantemente: 1.- El vacío; 2.- La presión de vapor. (Cualquier variación en éstos puede ocasionar pasos bruscos a la zona lábil o a la intermedia, formando granos secundarios) 3.- No realizar una evaporación muy forzada, 4.- No alimentar con materiales fríos, puede provocar zonas de sobresaturación 5.- Que no hayan entradas de aire, principalmente por la válvula de descarga, que enfríen el material. Si alguna de estas condiciones ocurre y se forman granos secundarios, de inmediato se debe tratar de disolverlos por uno de estos dos caminos: a.- Elevar la temperatura del cocimiento mediante la disminución del vacío, b.- Agregar una buena cantidad de alimentación o en el peor de los casos, agua caliente, para disolver los granos finos. Cuando se hace azúcar de cristales grandes es muy difícil evitar la formación de falso grano, a menos que se disponga de un producto para alimentar que esté diluido.

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Si el falso grano aparece sobre el final de la templa, la alta viscosidad de la masa cocida y la baja circulación hacen imposible su eliminación. 4.- CEÑIDO DE LA TEMPLA: La alimentación debe realizarse a un flujo tal que: 1.- Compense la cantidad de agua evaporada, 2.- Aumente el volumen de la masa cocida lenta y progresivamente. Estas operaciones son parte de la experiencia del Puntista, que debe llevar la velocidad de desarrollo de la templa de forma tal que la concentración aumente con el aumento de nivel de la masa cocida y que el brix llegue aproximadamente al valor previsto cuando se alcanza el máximo volumen del tacho. Durante esta última parte de la operación se tiene un material muy viscoso y ceñido, cuya circulación es difícil, debiéndose mantener hasta alcanzar el brix deseado. Una vez alcanzado el punto adecuado, se cierra el vapor, se “rompe” el vacío, abriendo la válvula de conexión a la atmósfera y se procede a descargar el tacho. Una vez vacío el equipo, se procede a dar “escoba” con vapor saturado, para disolver los restos de masa remanentes.

TIEMPOS DE TACHOS Es importante conocer en el proceso general de una fábrica, cuál es la disponibilidad de equipos. Para ello se debe levantar datos referenciales que permitan calcular los tiempos que se requerirán en los equipos destinados a cada cocimiento. Básicamente debe iniciarse por tener información de lo que podemos llamar: Ciclo de cocimiento, para cada tacho en particular, que es el tiempo entre una y otra descarga del equipo. Ello comprende el tiempo total durante el cual éste está ocupado con la templa en cuestión y las operaciones complementarias necesarias. Se mide, a los fines prácticos, tomando las horas entre descargas consecutivas y el tiempo empleado en las mismas. Por otro lado está el tiempo de cocimiento, que es el lapso entre la carga y la descarga del tacho, o el momento en que hizo un corte. A los fines prácticos, se toma desde el instante en que se abre la válvula de vapor y en el que se cierra, dando fin al cocimiento. El análisis de estos datos permitirá definir la velocidad del equipo para una operación determinada, los tiempos “muertos” en las operaciones, los tiempos de inactividad operativa, etc. COMPOSICIÓN DE LOS COCIMIENTOS - BALANCE DE PRODUCTOS A efecto de trazar los diagramas siguientes, recurrimos a las abreviaturas anotadas:

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COCIMIENTOS

PROCESO DE FABRICACIÓN DE AZUCAR

Estableceremos a modo de ejemplo, valores de Purezas a los distintos productos, para efectuar los cálculos pertinentes, y de los que nos serviremos en adelante: Producto

Abrev.

Brix

Pureza

Meladura Mezcla Alimentación Masacocida de 1ª Azúcar Crudo Miel Madre de 1ª Miel Pobre de 1ª Miel Rica de 1ª Masacocida de 2ª Azúcar de 2ª Magma de Az.2ª Miel de 2ª Masacocida de 3ª Azúcar de 3ª Melaza Miel de Retorno De Refinería

Md MxAl MCA AzA mmA mA mL MCB AzB MgB mB MCC AzC Mza

65,0 70,0 92,5 99,3

82,0

79,7 75,0 95,5 98,9 92,0 80,5 98,5 98,0 82,0

84,7 98,9 69,5 67,0 82,0 70,5 93,0 93,0 49,0 52,1 84,0 34,0

mR

70,0

94,0

Usaremos tanto la cruz de Cobenzie como la relación de sólidos por unidad de sólidos en el producto origen, ambas proporcionan los sólidos retenidos: Cruz de Cobenzie: a) Pza Pie o Pza Az

. b) Pza MC o Pza Md

c) Pza Alim o Pza Mza a-c

=

Proporción a-b + b-c d

% (a-b)*100/d (b-c)*100/d 100%

Relación de Sólidos FÓRMULAS UTILIZADAS

SÓL. EN MELADURA a- Retención Sól. en Az. %Sól.Md b- Pérd. Sól. en Mza %Sól.Md

Sól./Sól Prod.

Sól./Sól.Md.

1,0000 0,7396 0,2604

PMd - PMza / PAzA - PMza 1 - a)

Tenemos así, referidos a los sólidos entrados con la Meladura, las dos puntas del proceso, Azúcar Crudo y Melaza. Continuaremos estableciendo, en base a esta cantidad de sólidos en Melaza, la cantidad de MC C. Para ello calculamos para este cocimiento la retención de sólidos por unidad de producto: c- Ret. Sól. en AzC. %Sól.MCC d- Pérd. Sól. en Mza %Sól.MCC

FÓRMULAS UTILIZADAS

Sól./Sól Prod.

PMCC - PMza / PAzC - PMza 1 - c)

0,3615 0,6385

Sól./Sól.Md.

Esta cantidad de sólidos en Mza se relacionan con los determinados en (b) para obtener los sólidos en MC C: FÓRMULAS UTILIZADAS

e- Sól. en MCC %Sól.Md

Sól./Sól Prod.

Sól./Sól.Md.

b) / d)

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0,4078

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COCIMIENTOS

PROCESO DE FABRICACIÓN DE AZUCAR f- Sól. en AzC %Sól.Md g- Sól. en MgC %Sól.Md

c) * e) f) si se prepara con agua

0,1474 0,1474

Tenemos así los sólidos de los productos de este cocimiento, debemos ahora integrar la composición del mismo, para ello se representa el cuadro siguiente, del cual asumimos la presentación para 6 templas: COCIMIENTOS DE TERCERA Bx

Pzas.

65,0

82,00 67,00 49,00

Proporción

Integración

Proporción

Integración

CRISTALIZACIÓN

Meladura Miel A (pobre) Miel B Semilla Virgen Tercera

Md mA mB SVC

ADULTERACIÓN

Semilla Virgen Tercera Miel B

SVC mB

Semilla Adulterada Terc.

SAC

49,00

0,4500 0,2000 0,3500 1,0000

36,90 13,40 17,15 67,45

p/ 6 templas 0,3333 0,6667

0,3000

24,60

0,1000

6,70

0,6000

29,40

1,0000

60,70

p/ 4 templas

22,48 32,67

0,5000

30,35

0,5000

24,50

1,0000

55,15

1,0000

54,85

0,5000 0,5000 1,0000

27,57 24,50 52,07

0,5000

27,43

0,5000

24,50

1,0000

51,93

COCIMIENTO

Semilla Adulterada Terc. Miel B Templa de Tercera Md

T E R C E R A S

mA

mB

SAC mB MCC

49,00

82,0

0,4500 0,0750 0,0306 67,0 SVC 0,2000 0,0333 0,0136 49,0 0,3500 0,0583 0,0238 mB

Agua 67,5 0,3333

0,16665 0,0680 SAC

49,0 0,6667

Md mA mB

Pzas 82,0 67,6 49,0

S./S.MC 0,0750 0,0333 0,8917 1,0000

AzC 0,5000 0,2039 MCC

6,15 2,25 43,69 52,10

49,0 0,5000 S/SMd 0,0306 0,0136 0,3637 0,4078

84,0 0,3615 0,1474

84,0 0,3615 0,1474

52,1 1,0000 0,4078

0,33335 0,1359 mB

Comprob.

55,1 0,5000

0,0 0,0000 0,0000 MgC

34,0 0,6385 0,2604 S./S.MC 0,3615 30,37 0,6385 21,71 1,0000 52,07 mmC

0,5000 0,2039 AzC mmC

Pzas 84,0 34,0

S/SMd 0,1474 0,2604 0,4078

Definimos, entonces: FÓRMULAS UTILIZADAS

h- Sól.de Md en MCC %Sól.Md i - Sól.de mA en MCC %Sól.Md j - Sól.de mB en MCC %Sól.Md

Sól./Sól Prod.

Ver Composición Cocimientos Ver Composición Cocimientos Ver Composición Cocimientos

Sól./Sól.Md.

0,0306 0,0136 0,3637

Tenemos así la cantidad de Miel de 2ª (Miel B), cuya totalidad se usa en los cocimientos de tercera, salvo el caso, claro está, que se destine esta miel a comercialización. Por lo tanto procedemos a calcular el Cocimiento de 2ª: k - Ret. Sól. en AzB %Sól.MCB l - Pérd. Sól. en mB %Sól.MCB m- Sól. en mB %Sól.Md

FÓRMULAS UTILIZADAS

Sól./Sól Prod.

PMCB - PmB / PAzB - PmB 1 - k) j)

0,4891 0,5109

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Sól./Sól.Md.

0,3637

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COCIMIENTOS

PROCESO DE FABRICACIÓN DE AZUCAR n - Sól. en AzB %Sól.Md o - Sól. en MgB %Sól.Md p - Sól. en MCB %Sól.Md q - Sól.de MgC en MCB %Sól.Md r - Excedente Sól. MgC %Sól.Md s- Sól.de mA en MCB %Sól.Md

l) : m) :: k) : x; x = k) * m) / l) n) si se prepara con agua m) + n) Ver Composición Cocimientos g) - q) Ver Composición Cocimientos

0,1577

0,3482 0,3482 0,7118 0,1474 0,0000 0,5644

COCIMIENTOS DE SEGUNDA Pzas.

Proporción

Integración

84,0 67,0

0,4143 0,5858 1,0000

34,80 39,25 74,04

74,0 67,0

0,5000 0,5000 1,0000

37,02 33,50 70,52

CORTE

MgC mA

Magma C Miel A (pobre) CORTE COCIMIENTO

CORTE Miel A (pobre) Templa de Segunda

mA MCB

Agua CORTE 84,0 0,4143

MgC S E G U N D A S

C o m p r o b .

67,0 0,5858

mA

0,2071 0,1474

Pie

74,0 0,5000

0,2929 0,2085

mA MgC

S./S.MC 0,7929 0,2071

Pzas 67,0 84,0

AzB mmB

Pzas 93,0 49,0

S./S.MC 0,4891 0,5109 1,0000

67,0 0,5000

53,12 17,40 70,52 45,49 25,03 70,52

AzB

93,0 0,4891 0,3482

mmB

49,0 0,5109 0,3637

0,5000 0,3559 MCB

mA

0,5000 0,3559

0,0 0,0000 0,0000 MgB

93,0 0,4891 0,3482

70,5 1,0000 0,7118

S/SMd 0,5644 0,1474 0,7118 S/SMd 0,3482 0,3637 0,7118

Procedemos ahora a integrar el Cocimiento de Primera: t- Ret. Sól. en AzA %Sól.MCA u- Pérd. Sól. en mA %Sól.MCA Calculamos por AzA v- Sól. en MCA %Sól.Md w- Sól. en mmA %Sól.Md x - Sòl.de mA en procesos %Sól.Md y - Sól. en mL %Sól.Md mL % mmA Comprobación: Sól. en MCA %Sól.Md z - Sól. De mR %Sól.Md aa- Sól.Md en MCA %Sól.Md ab- Sól. de MgB En MCA %Sól.Md ac- Exced. Sól.de MgB %Sól.Md

FÓRMULAS UTILIZADAS

Sól./Sól Prod.

PMCA - PmA / PAzA - PmA 1 - t)

0,5161 0,4839

a) / t) v) - a) i) + s)

Sól./Sól.Md.

1,4331 0,6935 0,5780 0,1156

w) - x) 16,66% 1,0 + y) + o) + r) - h) 1,0 - h) Ver Composición Cocimientos o) - ab)

0,7166

1,4331 0,0000 0,9694 0,3482 0,0000

Se juegan las proporciones de magmas para evitar los excedentes e Igualmente dejamos de considerar el retorno de Miel de

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COCIMIENTOS

PROCESO DE FABRICACIÓN DE AZUCAR refinería COCIMIENTOS DE PRIMERA Alimentación

Pzas.

Proporción

Integración

Md mL mR DMgB

82,0 82,0 94,0 93,0

1,0000 0,0000 0,0000 0,0000 1,0000

1,0000 0,0000 0,0000 0,0000 1

MgB MxAl

93,0 82,0

0,4859 0,5141 1,0000

45,189 42,156 87,34

87,3 82,0

0,5000 0,5000 1,0000

43,672 41,000 84,67

Estim.Pza

MxAl

Meladura Miel de Lavado (rica) Miel Refino Disuelto de Magma B

82,0000 0,0000 0,0000 0,0000 82,00

CORTE

Magma B Mezcla Alimentación CORTE 1 COCIMIENTO

CORTE 1 Mezcla Alimentación Templa de Primera

MxAl MCA

MgB P R I M E R A S

Md

mL

82,0 1,0000 0,2571 0,9694 82,0 0,0000 0,0000 0,1156

MxAl

MxAl mR

94,0 0,0000 0,0000 0,0000 DisMgB 93,0 0,0000 0,0000 0,0000 C O M P R O B A C I Ó N

S/SMd Md mL mR DisMgB MxAl MxAl MgB

82,0 1,0000

93,0 0,4859 0,2430 0,3482 Corte 1 82,0 0,5141 0,2571 0,3684 MxAl

0,2571 1,0850

0,9694 Md 0,1156 mL 0,0000 mR 0,0000 DisMgB 1,0850 S./S.MC Pzas 0,5141 82,0 0,4859 93,0 1,0000

S./S.MxAl 1,0000 0,0000 0,0000 0,0000 1,000 42,16 45,19 87,34

87,3 0,5000 0,5000 0,7166 MCA 84,7 1,0000 82,0 1,4331 0,5000 0,5000 0,7166

AzA

mmA

98,9 0,5161 0,7396

69,5 0,4839 0,6935

mA

67,0 0,4033 0,5780

mL

82,0 0,0806 0,1156

Pzas 82,0 82,00 82,0 0,00 94,0 0,00 93,0 0,00 82,00 Pzas S./S.MC AzA 98,9 0,5161 51,04 mmA 69,5 0,4839 33,63 1,0000 84,67

REFINERÍA

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COCIMIENTOS

PROCESO DE FABRICACIÓN DE AZUCAR Integración Azúcar en REFINERÍA Ton

Pol %

Ingres.

Az.

Recup.

100 SÓL LICOR 400

SÓL

200

50

Az. A

100

75

Az. B

50

87,5

Az. C

50

50

SÓL

SÓL Miel A

25

25 SÓL Miel B

SÓL

12,5

12,5 SÓL Miel C

Miel D SÓL 6,25

25 375

93,75

Az. D

SÓL 6,25 Recirculación a Crudo

Análisis de Cocimiento por unidad de Volumen de Masacocida: Establecemos a continuación unos cuadros, con los datos y las fórmulas de cálculo, para la obtención de datos de los cocimientos, por m 3 de Masacocida: COCIMIENTO DE PRIMERA DE CRUDO m3MCA Ton MCA Ton Sól MCA Ton Sól MgB en MCA Ton Sól MxAl en MCA Ton MgB Ton MxAl Ton Prod Ingresantes Ton Agua Evap. de Prod. Incremento de agua a evaporar Ton Ag.Evap. Operac. Total Agua Evaporada / m3 MCA

m3 * Dens TnMCA*Bx Tn Sól MCA*SolMgB/SolMCA TnSól MCA - Ton Sól MgB en MCA Tn Sól MgB en MCA/Bx MgB Tn Sól MxAl en MCA/Bx Prom MxAl Tn MgB + Ton MxAl Tn Prod.Ingr.- Tn MCA (Valor estimado) Tn Sól MC * Factor de Agua

1,000 1,500 1,388 0,337 1,050 0,366 1,465 1,832 0,332 25% 0,347 0,679

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PROCESO DE FABRICACIÓN DE AZUCAR COCIMIENTO DE SEGUNDA DE CRUDO m3MCB Ton MCB Ton Sól MCB Ton Sól MgC en MCB Ton Sól mA en MCB Ton MgC Ton mA Ton Prod Ingresantes Ton Agua Evap. de Prod. Incremento de agua a evaporar Ton Ag.Evap. Operac. Total Agua Evaporada / m3 MCB

m3 * Dens TnMCB*Bx Tn Sól MCB*SolMgC/SolMCB TnSól MCB - Ton Sól MgC en MCB Tn Sól MgC en MCB/Bx MgC Tn Sól mA en MCB/Bx mA Tn MgC + Ton mA Tn Prod.Ingr. - Tn MCB (Valor estimado) Tn Sól MC * Factor de Agua

PAGINA: 7-45 de 56 COCIMIENTOS

1,000 1,522 1,454 0,301 1,152 0,327 1,446 1,773 0,251 15% 0,218 0,469

COCIMIENTO DE TERCERA DE CRUDO m3 MCC Ton MCC

m3* Dens

1,000 1,544

Ton Sól MCC

TnMCC*Bx

1,521

Ton Sól Md en MCB

Tn Sól MCC*SolMd/SolMCC

0,114

Ton Sól mA en MCC Ton Sól mB en MCC Ton Md Ton mA Ton mB Ton Prod Ingresantes Ton Agua Evap. de Prod. Incremento de agua a evaporar Ton Ag.Evap. Operac. Ton Agua Evaporada / m3 MCC COCIMIENTOS DE REFINO m3MCR Ton MCR Ton Sól MCR Ton Sól Lic en MCR Ton Sól mR Ton Lic Ton mR

TnSól MCC * Sol mA/SolMCC TnSól MCC * Sol mB / SolMCC Tn Sól Md en MCC/Bx Md Tn Sól mA en MCC/Bx mA Tn Sól mB en MCC/Bx mB Tn Md + Ton mA + Ton mB Tn Prod.Ingr. - Tn MCC (Valor estimado) Tn Sól MC * Factor de Agua

0,051 1,356 0,175 0,064 1,685 1,924 0,380 35% 0,532 0,912

m3 * Dens TnMCR*Bx ( 8 / 15) * Sól MCR TnSól MCR - Ton Sól Lic en MCA Tn Sól Lic en MCR/Bx Lic Tn Sól mR en MCA/Bx Prom mR

1,000 1,472 1,303 0,695 0,608 1,069 0,868

Ton Prod Ingresantes Ton Agua Evap. de Prod.

Tn Lic + Ton mR Tn Prod.Ingr.- Tn MCR

1,937 0,465

Incremento de agua a evaporar Ton Ag.Evap. Operac. Total Agua Evaporada / m3 MCR

(Valor estimado) Tn Agua Evap. * 0,35

35% 0,456 0,921

RECIRCULACIONES DE PRODUCTOS: Es común tener dentro del circuito del proceso recirculaciones de productos hacia etapas anteriores, ya sea como en el caso del uso de Magmas como pies de cocimientos,

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o las mieles ricas obtenidas en centrífugas por el lavado del azúcar, o por las mieles de afinación de cualquiera de los magmas para mejorar el mismo, al eliminar mayor cantidad de las mieles adheridas al cristal Dentro de estas prácticas, algunas no causan mayores problemas ya que se trata del mismo material que el usado como pie, pero que resulta en cantidades excedentes de las que pueden tomarse hasta los volúmenes de pie de los equipos, y que se disuelve, para incorporarlas en la mezcla (el Mix) de alimentación del cocimiento. Así los excedentes de Magma de 2ª se disuelven e incorporan a la Meladura, normalmente antes de que se clarifique la misma. Pero se ha vuelto cotidiana una práctica que en nuestra opinión es altamente nociva y que es la disolución de excedentes de Magmas de 3ª que se incorporan a la Meladura. Esto es retornar hacia los productos más ricos y menos contaminados las heces del proceso. Veamos, si tenemos un Magma C (de 3ª) de pureza 82, y una Melaza de pureza 40, calculando con Cobenzie, con 100 de pureza en los cristales del azúcar, tendremos un contenido del 30% de los sólidos del Magma provenientes de la Melaza. Repitiendo los cálculos para mejores valores como pureza de Magma de 84 y pureza de Melaza de 32, resulta en un contenido de 23,6% de sólidos de Melaza en el Magma. Esto es reciclar hacia la Meladura inóculos ya eliminados del proceso. Otra práctica inconveniente es cortar el ciclo de cocimientos de agotamiento en la Refinería, por ejemplo retornando a la Fábrica de Crudo las mieles del tercer cocimiento, es decir no elaborando el cocimiento final (4ª) para mejorar la calidad promedio de los azúcares. Normalmente no se considera que con ello dupliquemos los sólidos de retorno, incrementando las pérdidas, dado que la Recuperación para esa carga de Sacarosa se verá afectada por la Retención de los procesos de agotamiento en Crudo.

BALANCE DE COCIMIENTOS Ejemplificamos la presentación de un Balance:

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COCIMIENTOS

PROCESO DE FABRICACIÓN DE AZUCAR CÁLCULOS DE COCIMIENTOS Caña Molida Dia Efectivo Tiempo Aprovechado Caña Molida Dia Zafra Jugo Mixto Jugo Encalado Jugo Clarificado Meladura Cruda Sólidos en Meladura Lodo Clarificadores Cachaza

DATOS BÁSICOS

TD

TH

1000,0

41,7

Brix

Pureza

Dens.

%C

m3/H

GPM

33,1 36,8 33,1 5,9

146 162 146 26

5,0

22

85% 850,0 833,0

185,8 120,8

Abrev.

35,4 34,7 40,4 34,7 7,7 5,0 5,7 1,7

Brix

13,76

71,04

14,5 65

81,38 82

1,05 1,1 1,05 1,32 1,15

Pureza

Dens.

Sol/Sol MC

100,0% 98,0% 116,5% 98,0% 21,9% 16,2% 4,9% Crist%MC

Sol/Sol Md

Ton Prod.

m3 Prod.

5,03

7,74

5,9

0,3482 1,0850 1,4331 0,6935 0,5780 0,1156 0,7396

1,75 5,46 7,21 3,49 2,91 0,58 3,72

1,90

1,3

7,80

5,2

3,65 0,78 3,75

2,6 0,6

0,3559 0,3559 0,7118 0,3637 0,3637 0,3482 0,3482

1,79 1,79 3,58 1,83 1,83 1,75 1,75 0,00

1,95 2,25 3,75

1,3 1,6 2,5

2,27 1,77 1,90 0,00

1,6

0,0306 0,0136 0,0238 0,0680 0,1359 0,2039 0,2039 0,4078 0,2604 0,2604 0,1474 0,1474

0,15 0,07 0,12 0,34 0,68 1,03 1,03 2,05 1,31 1,31 0,74 0,74

0,24 0,09 0,15 0,38 0,85 1,14 1,27 2,08

0,2 0,1 0,1 0,3 0,6 0,8 0,9 1,3

1,60 0,76 0,81

1,1

0,6878 0,6878 0,6448 0,0430

3,46 3,46 3,25 0,22

5,33 3,91 3,25 0,31

4,0 2,7

PRODUCTO

Md

65,0

82,0

1,319

Pié MC A Alimentación Masa Cocida A Miel Madre A Miel A (pobre) Miel de Lavado (rica) Azúcar A (Crudo)

MgB MxAlim MCA mmA mA mL AzA

92,0

93,0 82,0 84,7 69,5 67,0 82,0 98,9

1,497

Pié MC B Alimentación Masa Cocida B Miel Madre B Miel B Azúcar B Magma B Disuelto de Magma B

MgC mA MCB mmB mB AzB MgB DisMgB

92,0 79,7 95,5

84,0 67,0 70,5 49,0 49,0 93,0 93,0 93,0

1,497 1,412 1,522

Pie Cristalización Alimentación Cristalización Alimentación Semilla Virgen Alimentación Semilla Adulterada Alimentación Masa Cocida C Miel Madre C Melaza Azúcar C Magma C

Md mA mB SV mB SA mB MCC mmC Mza AzC MgC

65,0 79,7 80,5 90,0 80,5 90,0 80,5 98,5

1,319 1,412 1,418 1,483 1,418 1,483 1,418 1,544

82,0 98,0 92,0

82,0 67,0 49,0 67,5 49,0 55,1 49,0 52,1 34,0 34,0 84,0 84,0

Licor Masa Cocida Refino Azúcar Refino Miel Refino

Lic MCR AzR mR

65,0 88,5 100,0 70,0

99,8 99,5 100,0 94,0

1,319 1,472

Meladura

92,5 79,7 75,0 99,3

80,5 98,9 92,0 65,0

1,500 1,412 1,381

1,418 1,497 1,320

1,428

1,0000 0,2430 0,2571 1,0000 0,4839 0,4033 0,0806 0,5161 0,5000 0,5000 1,0000 0,5109 0,5109 0,4891 0,4891

0,0750 0,0333 0,0583 0,1667 0,3334 0,5000 0,5000 1,0000 0,6385 0,6385 0,3615

47,74

46,71

35,61

1,497

1,350

Factor 110 0,9375 0,0625

Para 1000 TC Ton Sól./h

1,3 0,0

0,5

0,2

Se juegan con las proporciones de magmas usados como pie para evitar los excedentes e Igualmente dejamos de considerar el retorno de Miel de Refinería

BALANCE CALÓRICO Con todos los datos que se lograron es factible establecer una buena aproximación de un Balance Calórico, en lo que podríamos llamar “una cuenta de almacenero”.

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Para ejemplificar la misma la realizaremos sobre el Cocimiento de Primera de Crudo, siendo similar su aplicación para cualquier otro cocimiento, inclusive de refino. Y lo haremos por unidad volumétrica de Masacocida, para referenciar luego a los efectivamente manejados. Los datos surgirán del Balance de Cocimientos, del Análisis de Cocimientos por unidad de MC, mediciones directas de datos (Temperaturas y Presiones) y valores de las Tablas de Vapores. Iniciaremos por establecer las condiciones del Producto, por m 3 de MCA: Peso de la unidad de MC 1500,0 Kg Brix 92,5 % Pureza 84,7 % Calor Específico 0,445 Kcal/Kg Elevación del punto de ebullición 16,0 ºC Temperatura producto 80,0 ºC Vacío 23,0 pulg Hg Porcentaje del vacío total 77,0 % Temperatura vapor generado 64,0 ºC Estableceremos ahora las condiciones del vapor calefactor: Tipo de Vapor V1 Presión 7,5 psig Temperatura. 112,1 ºC Calor Latente 531,1 Kcal/Kg Cantidad de Vapor Incógnita a determinar Pasamos a calcular los datos de los Productos Ingresados para producir la MC Peso de Productos 1831,85 Kg Brix Promedio 75,74 % Calor Específico 0,576 Kcal/Kg Temperatura 65,0 ºC Factor de Agua de Operación 25,0 % Temperatura 60,0 ºC Calor Latente 563,3 Kcal/Kg Con estos datos ya podemos calcular la evaporación, asumir las pérdidas de calor, etc. Peso Agua Evaporada = Vapor producido Temperatura Calor Latente Peso Condensados Temperatura Pérdidas de Calor asumidas

678,73 Kg 64,0 ºC 560,9 Kcal/Kg Incógnita a determinar 99,3 ºC 20,0 % del Calor Total

Definimos los elementos del primer miembro de la Ecuación, Calor Ingresado, QCI: Vapor: Productos Ingresados:

X Kg a 112,1ºC con 531,1 Kcal/Kg = 531,1 X 1831,85 Kg con c: 0,576 Kcal/kg a 65ºC = 68565,3

Hacemos lo mismo para el segundo miembro de la Ecuación, Calor Salido, QCS:

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Condensados: Vapor producido: MC A Pérdida de Calor

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X Kg a 99,3ºC = 99,3 X 678,83 Kg a 64ºC con 560,9 Kcal/kg = 380697,4 1500 Kg con c: 0,445 Kcal/kg a 80ºC = 53400,0 20% de QCI

Planteamos la Ecuación: QCI = QCS 531,1X + 68565,3 = 99,3X + 380697,4 + 53400 + ((531,1X + 68565,3) * 0,20) Resolviendo la misma resulta: 1164,7 Kg Vapor V1/ m3 MC A

Cantidad de Vapor = X =

765,5 Kg Vapor V1/ Ton MC A Todos estos datos nos permiten calcular, además, la Cantidad de Agua requerida en el Condensador Barométrico (tipo contracorriente): Vapor a Condensar, Qv: Inyección, Qi: Rechazo, Qr:

578,73 Kg con 64ºC - tv X Kg con 38ºC - ti X + 578,73 Kg con 50ºC - tr

Cálculo del Agua de Inyección:

(607+0,3tv-tr) / (tr-ti) Hugot, Ec.475

Resulta: Qi =

63,38 Kg de Agua de Inyección / Kg Vapor 43021 Kg de Agua de Inyección / m3 MC A

Qr = 43700 Kg de Agua de Rechazo / m3 MC A Hemos presentado los cálculos asumiendo para los condensados la misma temperatura del vapor que los origina, pero ello no es totalmente cierto, ya que pierden temperatura al escurrir hacia los tanques de recuperación. Para determinar su temperatura aplicamos la siguiente fórmula: Ta = Tv - 0,4 (Tv - Tj) Siendo: Ta: Temp. del agua condensada; Tv: Temp. del vapor; Tj: Temp. del producto Podemos presentar esquemáticamente estos cálculos y resultados en una hoja de cálculo resumida, de la cual se da un ejemplo a continuación:

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ANEXOS 1.- Tabla de Solubilidad de la Sacarosa

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2. - ANÁLISIS DE EQUIPOS - TACHO DE COCIMIENTO ANALISIS DE TACHO DE COCIMIENTO DATOS EQUIPO Diametro Cuerpo Secc.Cuerpo Diametro Calandria Secc.Calandria Diametro Tubo Central

Óptimo

mm

3660 10,5209 3660 10,5209 1380

2

m mm 2

m mm

Diametro Tubo Central

pulg

Secc. Tubo Central Altura Cuerpo (desde placa super.) Altura Calandria Altura cilindro bajo Calandria Altura fondo Altura Carga Hidrostatica Numero Tubos Diametro Tubos

m mm mm mm mm mm # mm

54,33

Diametro Tubos

pulg

4,0

Secc.Total Tubos RELACIONES Relac. Diam.Cal./Diam.Cpo. Relac. Diam.TC/Diam.Cal. Secc.Calandria - Secc.TC Relac. H Carga Hidr./H Cuerpo Relac.Secc.Total Tubos/Secc.Cal Relac.Secc.Total Tubos/Secc.TC Secc.Tubos/(Secc.Cal. - Secc.TC) VOLUMENES

m

2

4,7833

Vol. TC Vol. Tubos Vol. Calandria Vol. Vapor en calandria Vol. Cilindro bajo Calandr. Vol. Fondo (Aprox.) Vol. Hasta placa super. Calandria Vol.Calandria%Vol.Operativo Vol.1a.Mirilla%Vol.Operativo

m 3 m 3 m 3 m 3 m 3 m 3 m % %

2

1,4957 3060 1220 300 500 1800 ≤ 1800 590 101,6

1,0000 0,50 0,3770 9,0252 0,5882 ≤ 0,60 0,4547 3,1980 0,5300 3

1,8248 5,8357 12,8355 5,1751 3,1563 1,7535 12,5702 39,91 ≤ 35% 48,26 ≤ 40%

ALTURA Desde

Hasta Calandria ,, Centro 1a. Mirilla (Alt.sobre Cal.) ,, Centro 2a. ,, ,, Centro 3a. ,, ,, Centro 4a. ,, ,, Centro 5a. ,, ,, Centro 6a. ,, ,, Centro 7a. ,, ,, Centro 8a. ,, CALCULOS Superf.Calefacción ,,

,,

Vol. Operativo (nivel de carga Hidrost.) Vol.Operativo ,,

,,

,,

250

mm

470

mm

700

mm

920

mm

1150

mm

1370

mm

1580

mm

1800

mm

229,8

Ft2

2473,1

3

31,5 315,0

m Hls Ft3 2

,,

12,6 15,2 17,5 19,9 22,2 24,7 27,0 29,2 31,5

2

m

m /m

Relac. Sup./Vol

VOL. CARGA

Calandria

1112,3 3

7,29 > 6,5 2,22 > 2,0

Ft2/ft3

Vol.modificado para Relac.S/V

m

3

-.-

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3.- ANÁLISIS DE EQUIPOS - TACHO DE COCIMIENTO ANALISIS DE TACHO DE COCIMIENTO

No.

DATOS EQUIPO

Diametro Cuerpo Diametro Calandria Diametro Tubo Central

mm mm mm

Diametro Tubo Central

pulg

54,3

Diametro Nominal Tubos

mm

101,6

Diametro Nominal Tubos

pulg

4,0

Espesor (Calibre) Diám. Interno Tubos Diám. Inversión Cono Fondo Diám. Domo Numero Tubos Altura fondo Altura cilindro bajo Calandria Altura Calandria Altura Conica (desde Calandria a Cilindro) Alt. Cuerpo Cilíndr.(de Cono inv. A Cono Sup) Alt. Cono trunc. Superior Altura de Carga Hidrostática Secc.Cuerpo Cilíndrico Secc.Calandria Secc.Tubo Central Secc.Tot. Nominal de Tubos Secc.Tot. Efectiva de Tubos Secc. Domo Superior Relac. Diam.Cal./Diam.Cpo. Relac. Diam.T.C./Diam.Cal. Relac.Secc.T. Central/Secc.Cal Secc.Calandria - Secc.TC Relac.Secc.Total Tubos/Secc.Cal Relac.Secc.Total Tubos/Secc.TC Secc.Tubos/(Secc.Cal. - Secc.TC) Relac.H Carga Hidr./H Cuerpo Cil.+ Cono Inv. Vol. Fondo (Aprox.) Vol. Cuerpo Cilíndrico bajo Calandria Vol. Tubo Central Vol. Efectivo Tubos

mm mm mm mm # mm mm mm mm mm mm mm m2 m2 m2 m2 m2 m2

1,5 98,6 500 1000 590 500 300 1220 500 3060 500 1800 10,52 7,07 1,50 4,78 4,51 0,79 0,82 0,46 0,21 5,57 0,64 3,01 0,86 0,51 1,06 2,12 1,82 5,50 10,50 4,35 32,19 13,68 2,83 21,34 28,53 285,34 1007,54 222,97 2400,07 7,81 2,38 36,80

VOLUMEN HASTA PLACA SUPERIOR

Vol. Cono Truncado Invertido Vol. Cuerpo Cilíndrico Vol. Cuerpo Cilíndrico hasta Alt. Carga Hidr. Vol. Cono Truncado Superior Vol. Cámara Vapor VOLUMEN OPERATIVO VOLUMEN OPERATIVO VOLUMEN OPERATIVO

SUPERFICIE DE CALEFACCIÓN SUPERFICIE DE CALEFACCIÓN

m3 m3 m3 m3 m3 m3 m3 m3 m3 m3 m3 Hl Ft3 m2 Ft2

Relac. Superficie / Volumen ( m2 / m3) Relac. Superficie / Volumen ( Ft2 / Ft3)

Vol.Calandria%Vol.Operativo Vol.1a.Mirilla%Vol.Operativo

%

3660 3000 1380

ALTURA VOLUMEN

Hasta Calandria ,, Centro 1a. Mirilla (Alt.sobre Cal.) (mm) ,, Centro 2a. ,, ,, Centro 3a. ,, ,, Centro 4a. ,, ,, Centro 5a. ,, ,, Centro 6a. ,, ,, Centro 7a. ,, ,, Centro 8a. ,, ,, Centro 9a. ,,

10,5 250 470 700 920 1150 1370 1580 1800

28,5

2000

Vìctor R, Michal -

4. - S. J. M. Fórmula planteada por Noel Deerr

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A partir de materiales primarios, como jugo clarificado, meladura, licor o MC, de Pureza “j”, podemos recuperar de ellos azúcar de Pureza “s”, en una relación Q por unidad de peso de los sólidos en este material base considerado, obteniendo miel de Pureza “m”. Aceptamos que tenemos igual peso de sacarosa presente en el producto que el peso de sacarosa recuperado con el azúcar y el que queda en la miel obtenida. Expresando estas cantidades en términos de unidad de peso de sólidos en el producto base, tenemos: 1 j = Q s + (1-Q) m = Q s + m - Q m j - m = Q s - Q m = Q (s - m) Entonces: Q = (j - m) / (s - m) O Q s/J = s (j - m) / j (s - m) Q s: sacarosa contenida en el azúcar obtenido J: sacarosa contenida en el producto base Luego: Q s/J: sacarosa que puede retenerse del producto por unidad de sacarosa contenida en él, si no hay pérdidas de sacarosa durante el proceso = q En otras palabras, q = s (j-m)/j (s-m) = Recuperación de sacarosa de esta operación Comentarios: 1) Se asume que se usa Pureza Real. Deer comenta que si s, j o m se expresan en pureza aparentes, la fórmula no es precisa. Por lo tanto es preferible usar la Pureza real de todos los productos. 2) En Filipinas, donde se paga la caña en función del azúcar recuperable, Deer propuso que se considere el valor de m modificándolo por: M = (100-J) x 0,4 + K, para incluir los no-azúcares. Siendo: J= Pza. de Jugo de primera extracción y K: una constante, tal como 28,57 o otro valor adecuado o negociado, tomado como base. Esto suena lógico. Así haciendo un ejemplo comparativo: Para K = 33 J = 88 M = (100-88)*0,4+33 = 37,8 J = 82 M = (100-82)*0,4+33 = 40,2 3) El valor de Q representa los Sólidos en Azúcar % los sólidos en el producto, por lo tanto: 100 - Q son los sólidos en la Miel % sólidos en el producto. Para el caso de las MC los Sólidos en Azúcar % Sólidos en la MC por el Brix de la MC nos representaría el Rendimiento en Cristales.

5.- CRISTAL 600 Este medio de semillamiento se preparará en las áreas que dispongan de las condiciones adecuadas para la operación de la instalación. Se establecen dos dimensiones diferentes para la construcción de las instalaciones: 1.- Para los ingenios donde la cristalización se efectúa en tachos de hasta 12 ft de diámetro de la calandria

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(3,66 m) y puedan producir hasta 5000 ft3 (142 m3) de MC C por cada cristalización. 2.- Para los ingenios donde la cristalización se efectúa en tachos con diámetros mayores a 12 ft produzcan hasta 8000 ft3 (227 m3) de MC C por cristalización. Tanque A Tanque B

Diam. Altura Volumen Diam. Altura Volumen

Instalación 1 340 mm 500 mm 45,4 lt 400 mm 600 mm 75,4 lt

y

Instalación 2 400 mm 600 mm 75,4 lt 500 mm 750 mm 147,3 lt

En la preparación del Cristal 600 se emplearán los materiales que se exponen a continuación. Las proporciones exactas se determinarán en cada ingenio sobre la base de experiencias obtenidas para alcanzar el máximo agotamiento: Materiales

Proporciones

Azúcar Refino o Polvo de Azúcar Alcohol de no menos de 94ºGL Agua condensada

1 a 2 kg por cada 1000ft3 (28 m3) de MC C 3 lt / kg de azúcar 316 ml / kg azúcar

A los efectos de estimar las cantidades de azúcar que se requieren para la preparación del Cristal 600 se partirá del principio de lograr una MC C de 96ºBx, con 62% de pureza como máximo y una miel madre de 40% de pureza al salir del tacho. Preparación del Cristal 600: 1.- Estimar la cantidad de azúcar requerida para el volumen de MC a obtener de la cristalización. 2.- En el Tanque A añadir la proporción de agua indicada 3.- Disuelva todo el azúcar con agitación vigorosa y calentamiento a 90-95ºC máximo. 4.- Suspenda la aplicación de vapor y mantenga la agitación hasta alcanzar 68-72ºC 5.- Deposite en el Tanque B la cantidad de alcohol calculada según las proporciones de tabla. 6.- Transfiera la solución saturada de azúcar del Tanque A, lentamente y con agitación no mayor a 200 rpm 7.- Mantenga la agitación durante 30 min desde la operación 6.8.- El Cristal 600 se preparará como mínimo 2 horas antes de ser usado. Prueba de calidad del Cristal 600: 1.- Tomar en una probeta o cilindro graduado de 1000 ml una muestra del preparado 2.- Dejar una hora en reposo y medir el volumen de sedimentos. Comparar con la siguiente tabla: Calidad Volumen de Sedimento Buena > 600 ml Aceptable entre 500 y 600 ml Desechable < 500 ml 3.- Observar con microscopio las cargas de Cristal 600, desechando el producto cuando: a.- Se aprecien malformaciones cristalinas b.- Se aprecien diferencias significativas en el tamaño de los núcleos 4.- Desechar el producto cuando se haya detenido la secuencia de preparación. Antes de producir la siembra del producto debe agitarse vigorosamente para homogeneizarlo.

CUESTIONARIO DE EVALUACIÓN Nombre: Evaluación Cuestionario: % Módulo B - CONCEPTOS SOBRE COCIMIENTOS

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PAGINA: 7-56 de 56 COCIMIENTOS

Tachar o circular la respuesta correcta

1.- DEFINA LA ZONA DE SATURACIÓN DE UNA SOLUCIÓN DE SACAROSA CONTENIENDO 20% DE AZÚCARES REDUCTORES:…………………………………………. ………………………………………………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………………………………………………… 2.- IGUAL BRIX EN DOS SOLUCIONES ES IGUAL SATURACIÓN:

V

F

3.- EL AGREGADO DE SEMILLA (POLVO DE AZÚCAR) ES PARA “BLANQUEAR” LAS TEMPLAS:

V

F

4.- DAR 5 O 6 CORTES A UN MISMO COCIMIENTO ASEGURA MAYOR AGOTAMIENTO DE LAS MIELES:

V

F

5.- A 150ºC TENDREMOS MAS RAPIDEZ DE CRECIMIENTO DE LOS CRISTALES V

F

6.- CON VACÍOS MENORES, MENORES TEMPERATURAS DE COCIMIENTO:

F

V

7.- LA MAYOR TEMPERATURA DE UNA MASACOCIDA SE VERIFICA: SOBRE LA PLACA SUPERIOR DE LA CALANDRIA BAJO LA PLACA INFERIOR DE LA CALANDRIA EN LA SUPERFICIE DE LA TEMPLA

( ) ( ) ( )

8.- LA SEMILLA (POLVO DE AZÚCAR) SE AGREGA A LA TEMPLA PARA PRODUCIR LA NUCLEACIÓN:

V

F

9.- LOS TIEMPOS DE COCIMIENTO DEPENDERÁN DEL TIEMPO DE ESCOBA

V

F

10.- A MAYOR TIEMPO DE COCIMIENTO MEJOR CALIDAD DE AZÚCAR

V

F

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