Cachigaga

 

UNIVERSIDAD NACIONAL “HERMILIO VALDIZÁN”   ACULTAD DE INGENIERÍA INDUSTRIAL Y SISTEMAS Escuela Profesional de Ingeniería Industrial

COMBUSTIÓN  “PRÁCTICA N° 1”  ASIGNATURA:   ASIGNATURA:  TERMODINÁMICA  APLICADA.

 

DOCENTE: BALLARTE ZEVALLOS, Oscar. INTEGRANTES: 

SEVINCHE SOTO, Eddie Edward.



 ALVAREZ ORTEGA, Frank Diego.

 

FECHA DE EJECUCION: 21/04/18

 

ENTREGA:   04/05/18 FECHA DE ENTREGA:

HUÁNUCO-PERÚ 2018

 

 

INTRODUCCIÓN Realizamos este informe sobre combustión tomando como claro ejemplo a una de las mejores empresas artesanales en nuestra de región de Huánuco, LA HACIENDA CACHIGAGA, donde queremos dar a conocer un poco más acerca de su proceso de combustión y también brindar una breve información de la hacienda, teniendo algunas observaciones y conclusiones sobre la visita a este lu luga garr es espe pera rand ndo o qu que e to toda da la in info form rmac ació ión n reco recopi pila lada da se sea a de su ag agra rado do y contribuya con sus conocimientos.

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OBJETIVO Recopi Reco pila larr la in info form rmac ació ión n exis existe tent nte e en la in indu dust stria ria so sobr bre e su proc proces eso o de combustión, determinar el calor y el rendimiento del bagazo de la caña de azúcar utilizado en la industria de la Hacienda Cachigaga.

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FUNDAMENTO TEÓRICO HACIENDA CACHIGAGA Ubicado en el poblado de las pampas, la Hacienda Cachigaga cuenta con plantaciones de caña de azúcar, 180 toneladas de caña por mes utilizadas como materia prima para la producción de aguardiente, un trapiche donde actualmente se produce el aguardiente de caña de azúcar, guarapo, chancaca y otros productos derivados que son muy solicitados en el interior del Perú. En la sala de recepción y ventas de la casona, ambientada con mobiliario y esculturas de madera; se puede degustar los productos derivados de la caña de azúcar. Además; se puede apreciar el proceso de fabricación de las bebidas y el pequeño zoológico con animales de la zona.  

COMBUSTIÓN EN LA INDUSTRIA -

Destilación: Consiste en separar las distintas sustancias que componen una mezcla líquida vaporización yponent condensación selectivas. Dichas Dic has sus sustan tancia cias, s, mediante que puede pueden n ser com compon entes es líquid líquidos, os, só sólid lidos os disueltos en líquidos o gases licuados, se separan aprovechando los diferentes puntos de ebullición de cada una de ellas.

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Combustión:  Es un pr proc oces eso o quím químic ico o de oxid oxidac ació ión n rápi rápida da que que va acompañado de desprendimiento de energía bajo en forma de calor y luz. Para que éste proceso se dé, es necesario la presencia de un combustible, un comburente y calor. El material que es capaz de arder y se combina con el oxígeno, se conoce como combustible. En la Hacienda el combustible es bagazo. El oxígeno, elemento esencial para que se produzca y continúe el proceso de oxidación, se conoce como comburente.

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Fermentación: Es un proces proceso o catab catabóli ólico co de oxidac oxidación ión incomp incomplet leta, a, totalmente anaeróbico, siendo el producto final un compuesto orgánico. Estos productos finales son los que caracterizan los diversos tipos de fermentaciones, es realizada por diferentes bacterias y microorganismos en medios anaeróbicos, es decir, en los que falta aire, por eso es un proceso de oxidación incompleta.

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Molienda: Es un proceso que consiste en extraer jugos de diversos productos de la tierra como la caña de azúcar o la uva. En el caso de la caña de azúcar, la molienda es el paso previo a la elaboración de la panela. También se refiere a la pulverización y a la dispersión del material sólido.

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Proce cessos iin ndust dustrria iale less: Son un grupo de actividades que se llevan a cabo ca bo para para transf transform ormar ar materia materiass pri primas mas y con conver vertir tirlas las en dif difere erente ntess clases de productos. A través de esto podemos alterar las diversas características de la materia prima, como su tamaño, su forma o su color.

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Filtración: Se denomina filtración al proceso unitario de separación de sólidos en una suspensión través ode un medio mecánico poroso, también llamados tamiz, criba,acedazo filtro. En una suspensión en un líquido mediante un medio poroso, retiene los sólidos mayores del tamaño de la porosidad y permite el paso del líquido y partículas de menor tamaño de la porosidad.

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Etanol: O también alcohol etílico es un compuesto químico orgánico que usualmente se extrae de la caña de azúcar y que, además de su uso para bebidas y aplicaciones industriales, es un líquido incoloro, de olor  agradable, soluble de agua en todas las proporciones.

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Mosto:  Es el zu zumo mo de la ca caña ña de azúc azúcar ar qu que e con ontitien ene e di divverso ersoss elem elemen ento tos, s, Es una una de la lass pr prim imer eras as etap etapas as en la prep prepar arac ació ión n de aguardiente.

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Panela: Es un alimento cuyo único ingrediente es el jugo de la caña de azúcar que es secado antes de pasar por el proceso de purificación que lo convierte en azúcar moreno (o mascabado).

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Grados B Brrix: Sirven para determinar el cociente total de materia seca (generalmente azúcares) disuelta en un líquido.

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MATERIALES Y EQUIPO BAGAZO. Se denomina bagazo al residuo de materia despué des puéss de hab haberl erle e extraí extraído do su jugo. jugo. La clase de bagazo que se ven en la Hacienda es el resto de caña de azúcar que queda después de haber extraído el mosto. Este bagazo va a tener usos distintos dentro de la Hacienda, como  como  un combustible natural para producir vapor en las fábricas azucareras,   abon azucareras, abono o pa para ra lo loss caña cañave vera rale less mezclada con el guano y las cenizas de ésta y para ser regada en los suelos del huerto para evitar estar cultivando seguidamente. Img.01 Bagazo de la caña de azúcar.

TRAPICHE. Es un molino utilizado para extraer el jugo de determinados frutos de la tierra. Dentro de la Hacienda se extrae el mosto de la caña de azúcar y separar el bagazo de este, es un molino en el cual se usaba como fu fuer erza za mo motr triz iz para para re reci cibi birr en ener ergí gía a de lo loss animal ani males, es, aun aunque que ho hoyy se sigue sigue apl aplica icando ndo ese nombre a algunas industrias, a pesar de que ya no se usan animales a cambio de ello se usa una rueda hidráulica.

Img.02 Trapiche.

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RUEDA HIDRÁULICA. Considerada como el más antiguo de lo loss moto motore ress hidr hidráu áulilico cos, s, el agua se precipita y descarga a media altura sobre la rue rueda da hidráu hidráulic lica a que está cons co nstititu tuid ida a por por una una seri serie e de pa pala lass dispuestas en forma de rueda; en la cual el agua, al caer, choca contra las palas e impulsa a éstas con lo que se consigue el movimiento de la rueda, lo cual permi ermite te dar ene energ rgía ía par ara a el funcionamiento del trapiche.

CALDERAS. La industria azucarera requiere de vapor tanto para la generación de energía, como para las dive di vers rsas as oper operac acio ione nes. s. La ca cald lder era, a, es una una máquina de ingeniería diseñado para generar  vapor. En la Hacienda es la fuente de calor  (f (fue uent nte e de ener ergí gía a) para para el Reb Reboiler iler,, el combustible que se utiliza es el bagazo.  

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Img.03 Rueda Hidráulica.

 

 

CORTADORA DE CAÑA DE AZÚCAR. Cortadora o picadora de caña, que sirve para separar la caña de azúcar de sus hojas, las hojas sirven para alimentar al ganado de la hacienda yde lalcohol. a caña para el proceso de fabricación

Img.06 Cortadora de caña de azúcar.

TONELES. Un tonel es un barril de gran tamaño. Este Es te rec ecip ipie ien nte de fo form rma a cilín ilíndr dric ica a permit per mite e almace almacena narr dif difere erente ntess tipos tipos de sustancias, en la Hacienda lo usan para la fermentación del alcohol.

Img.07 Toneles para la fermentación.

PAILA. Una paila es una sartén de metal o de cerá erámi mica ca,, gra ran nde de,, re redo dond nda a y poc oco o profunda. Este utensilio en la Hacienda sirve para almacenar el mosto, después de haber pasado los procesos de filtración.

Img.08 Paila

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MEDIDOR DE GRADOS BRIX. Mide la de Mide dens nsid idad ad de dell alco alcoho holl para para corregir errores alcohol muy conc co ncen entr trad ado o o alco alcoho holl ag agua uado do,, el porcentaje alcoholde dellamosto que vimos en elde medidor Hacienda es de 45%.

Img.09 Medidor de grados Brix.

DEPÓSITO DE ALMACENAJE. Este depósito de almacenaje   es usado para guardar y/o preservar líquidos, en la Hacienda se encuentra al lado del medidor de grados Brix.

Img.10 Depósito de almacenaje.

ALAMBIQUE. Es un instrumento de metal utilizado para la evaporación y posteri rio or  cond co nden ensa saci ción ón de los los al alco coho hole less de dife di fere rent ntes es me mezc zcla las. s. Aq Aquí uí se da el in inte terc rca ambio mbio de cal alor or,, ag agua ua fr fría ía y alcoh alc ohol ol calien caliente te se cruzan cruzan los tubos tubos diferentes donde se enfría el alcohol y se calienta el agua. Img.11 Alambique.

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COLUMNA DE FRACCIONAMIENTO. Una co colu lum mna de fr fra acc ccio ion namie amien nto to,, también llamada columna de platos o columna de platillos, es un aparato que p ermite reUna alizadestilación r una fraccionada destilación fraccionada. es una técnica que permite realizar una serie completa de destilaciones simples en una sola operación ión sencilla y continua. Img.12 Columna de Fraccionamiento. Fraccionamiento.

REBOILER. Es el primer bloque de la columna, lugar donde va el mosto. Son equi eq uipo poss de pr prod oduc ucci ción ón de va vapo por  r  cuyo cu yo fu func ncio iona nami mien ento to pa part rte e de la transmisión de calor procedente de una fuente auxiliar de vapor y de la recuperación del condensado que se introduce directamente en el equipo. Img.13 Reboiler.

TAMIZ. Se encarga de retener los sólidos del zumo de la caña de azúcar que pasa a través de un tubo y dejar pasar el mosto a los siguientes filtros.

Img.14 Tamiz.

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FILTROS. Se en enca carrgan gan de re rete ten ner lo loss sól ólid idos os de pequeños y diminutos del zumo de la caña de azúcar y dejar pasar el mosto a la paila.

Img.15 Filtros.

MALVITA. Es una olla lla fo forr rrad ada a por ot otra ra enci en cima ma Re Reci cibe be fu fueg ego, o, pero pero el fuego no debe ser fuego directo, pero si uniforme.  Aquí se realiza la melaza, miel de caña, chancaca cada una con una determinada concentración, de acuerdo al grado de evap ev apo ora racció ión n o cont conte eni nido do de agua.

Img.16 Malvita.

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RECTIFICADOR. Es el segundo proceso de conde co ndensa nsació ción, n, si el alcoho alcoholl está está muy aguado, rectifica y regresa el agua. El alcohol sigue su proceso.

Img.17 Rectificador.

TINAS DE ACERO QUIRÚRJICO. Son tinas o fallos de concentración del alcohol para seguir con el proceso del producto terminado.

Img.18 Tinas de Acero Quirúrgico.

CAÑA DE AZÚCAR. La caña de azúcar que se produce en la Hacien ienda Cachigaga se dest de stin ina a ex excl clus usiv ivam amen ente te para para la elabor ela boraci ación ón de panela panela,, chanc chancac aca, a, aguardiente, néctar, etc.

Img.19 Caña de azúcar. TERMODINÁMICA APLICADA

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PROCEDIMIENTO EMPLEADO 1. MOLIENDA: Impulsado por la fuerza de la rueda hidráulica se introduce la caña de azúcar al trapiche ecológico, el cual va a triturar el producto y extraer el zumo para ser  llevado a la siguiente operación a través de tuberías. 2. TAMIZADO: Separa la parte sólida de la liquida que quedó después de la molienda a través de varios tamices.

3. COM COMBU BUS STIÓ IÓN: N: Se introduce el bagazo a las calderas para que pueda producir energía al reboiler. Si el humo es blanco es por la evaporación del agua debido a que el bagazo está húmedo, si el humo es plomo es una combustión incompleta y por  último si el humo es incoloro es una combustión completa.

4. RECT RECTIF IFIC ICAC ACIÓ IÓN N DEL BR BRIX IX:: Rectifica el nivel de dulzura ya sea añadir el líquido para que aumente el dulce o añadir agua para disminuirlo.

5. FOCUL CULAC ACIÓ IÓN: N: Consiste en añadir la levadura al líquido con el nivel de dulce correcto y la te tem mperat eratur ura a ade decu cua ada da,, es el med medio ade deccuad uado para que em emp pie iecce la fermentación en los toneles.

6. FERM FERMEN ENTA TACI CIÓN ÓN:: Tiene que pasar un tiempo aproximado, aproximadamente un mes para que se añeje en toneles de roble y alcance el punto adecuado.

7. DEST DESTIL ILAC ACIÓ IÓN: N: En este proceso se aprovecha los puntos de ebullición pues el agua ebulle a 100 ºC y el alcohol a 78 ºC con varios tamices para que al arrastrarse el agua se quede ahí. 8. RECTI RECTIFIC FICACI ACIÓN ÓN D DEL EL ALCOHO ALCOHOL: L: Fina inalm lme ente, el alcohol es embazado en botella lass de litr itro para su comercialización de este con un 45° de concentración, siendo uno de los aguardientes de la región de alta calidad.

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CÁLCULOS  

 

Ingresan 3000 lts de mosto al proceso de destilación de los cuales se salen 300 lts de mosto. Tienen una relación de 10 a 1 (Información dada por el operador). Porcentaje de alcohol después del proceso es de 45% (Información tomada del medidor de Brix):

 Agua=300 lts∗0.55=165 lts  Alcohol=300 lts∗0.45= 135 lts Q= m∗cp∗∆ t  Qt = Q1+ Q2+ Q 3

165 lts de agua 300 lts Mosto 3000 lts Bagazo

135 lts de alcohol 2700 lts de Agua

a) 165 lt ltss de de  H  O( l) 2

 a 25°C

 a 100°C

 a 100°C

Q 1 =Q a + Q b   Qa= m∗cp∗ ∆ t    cal cp =18.03 mol  m 165000 g n= = = 9166.67 mol ´  g  M  

18

mol

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    cal ∗( 373−298 ) mol

Qa= 9166.67 mol∗18.03

Qa= 12395625 cal =12395.63 kcal



  Qb= m∗∆ H vap

∆ H vap=9717   cal mol Qb= 9166.67 mol∗9717

  cal mol

Qb= 89072500 cal =89072.5 kcal Q1=12395.63 kcal + 89072.5 kcal Q1=101468.13 kcal

b) 135 llts ts de C   H  O( l) 2

6

Q2

 a 25°C Qc

a 78°C

Qd

 a 78°C

Q 2 =Q c + Q d   Qc =m ∗cp∗∆ t    cal −3 cp = 126∗10 t −11 mol 

m=135 lts∗ D=135 lts∗789

 g =130185 g lts

 m 130185 g = 2830.11 mol n= = ´  g  M  46 mol   cal ∗dt  Qc =2830.11 mol∗( 0.126 t −11 ) mol 351

Qc =2830.11 mol∗∫ ( 0.126 t −11) 298

  cal ∗dt  mol 351 cal

Qc =2830.11 mol∗( 0.063 t  −11 t )∨ 2

298

mol

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  Qc = 4482925.37 cal = 4482.93 kcal

  Qd =m∗∆ H vap   cal ∆ H vap=9220 mol 

Qd = 2830.11 mol∗9220

  cal

mol Qd =26093614.2 cal =26093.61 kcal Q2= 4482.93 kcal + 26093.61 kcal Q2=30576.54 kcal

c) 2700 lt ltss de de  H  O( l) 2

 a 25°C

 a 100°C

Q3

Q3= m∗cp∗∆ t    cal cp =18.03 mol  m 2700000 g =150000 mol n= = ´  g  M  18 mol   cal ∗( 373 − 298 ) Q3=150000 mol∗18.03 mol Q3=202837500 cal =202837.5 kcal

Qdest =Q 1+ Q2+ Q 3 Qdest =101468.13 kcal + 30576.54 kcal + 202837.5 kcal Qdest =334882.17 kcal

El calor de combustión es igual al calor de destilación: Qcomb= Q dest  Qcomb= 334882.17 kcal Qcomb= m∗cp∗ ∆ t  m bagazo=

  Q comb cp∗∆ t 

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La te temp mper erat atur ura a segú según n el co colo lorr ap apro roxi xima mada dame ment nte e es de 680° 680°C C (Información tomada por la observación al color de la llama). La llama era mayormente de color naranja con unas con bordes de rojo (Anexo 1). Usamos el cp del carbono ya que no tenemos el cp del bagazo y en mayor  parte el compuesto tiene carbono.   334882.17 kcal mbagazo= cal ∗∆ t  ( 4.10+ 1.02∗10− t −2.1∗10 t − )  mol 3

mbagazo = 953

5

2

334882.17 kcal

 

∫ ( 4.10 + 1.02∗10−

−2

5

3

t −2.1∗10 t 

) dt   cal

mol

298

mbagazo =

334882.17 kcal

 

(

mbagazo=

−3

4.10 t +

1.02∗10 2

334882.17 ∗1000 3210.4

2

t 

5

−1

+ 2.1∗10 t 

)

∨

1273 298

cal mol

mol

mbagazo =127863.50 mol moln n bagazo=127863.50 mol∗12

 g mol

mbagazo =1534362 g=1534 . 36 kg

La composición del bagazo es de 85% celulosa y resto de minerales. mbagazo =1534.36∗1.15mbagazo= 1764.52 kg

La cantidad de bagazo entrante dada por la empresa es de 3 toneladas (Información aproximada dada por un trabajador de la Hacienda). Llegamos a un valor no tan aproximado al valor práctico ya que se pi pier erde den n gr gran ande dess ca cant ntid idad ades es de baga bagazo zo al real realiz izar ar al algu guno noss otro otross procesos como para calentar el horno.

OBSERVACIONES Los puntos resaltantes que se observó en la visita:  

En la vis isitita a a la empr pres esa a pudimos imos deter eterm min ina ar que no ex exis iste ten n desperdicios de materiales, ya que lo utilizan como componente para otro proceso.

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Observamos que cuando el sumo es transportado por las tuberías y llegaba a la siguiente tarea, se notaba un color oscuro en la paila (Anexo 2).  

Pudimos observar cambios en el color del humo en la combustión del bagazo.

 

 

 

 

 

Se observó burbujas en el mosto (Anexo 3) de los barriles gigantes donde se almacenaba para la fermentación. Observamos que el bagazo esta almacenado para su secado (Anexo 4) y luego pasa al horno donde se quema para proporcionar fuego o energía. Observamos que hay hormigas en la Industria por la fabricación de productos dulces (Anexo 5). Se ob obse serv rvó ó con el los buen buen de dese semp mpeñ eño o de 6). su pe pers rson onal al de trab trabaj ajo o y la cooperación estudiantes (Anexo Y también se observó pequeñas fugas en las tuberías (Anexo 7).

CONCLUSIONES:

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Pudimos aprender más acerca de la combustión haciendo los cálculos con datos proporcionados por la industria.  

 

 Aprendimos sobre los procesos y operaciones que se lleva a cabo en la HACIEN HAC IENDA DA CACHIG CACHIGAGA AGA fijándonos paso a paso la producción del aguardiente ya que es uno de sus productos bandera. Pudimos darnos cuenta de lo importante que es esta industria ecológica en la región y que gracias al buen desempeño de los trabajadores su trabajo se ve reflejado en un buen producto.

RECOMENDACIONES:

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Tener un personal dedicado a la explicación del proceso de obtención del alcohol de la caña de azúcar, que guie y enseñe en las visitas a la Hacienda, y así dar más publicidad a sus productos (Anexo 8).  

 

 

Solución de algunos defectos como las pequeñas fugas en las tuberías. Ielmptrabajador lementar permanezca elementos libre dede los segriesgos uridad que y amenacen así logrsu ar vida quoe integridad física. Ofertar sus productos con mayor fuerza ya que tienen mucha calidad.

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 ANEXOS  ANEX OS ANEXO 1

ANEXO 2

ANEXO 3

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ANEXO 4

ANEXO 5

ANEXO 6

 

ANEXO 7

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ANEXO 8

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BIBLIOGRAFIA:  

https://www.mi https:// www.minube.pe/r nube.pe/rincon/l incon/la-hacienda a-hacienda-cachigaga -cachigaga-a3625749 -a3625749

 

Consultas a algunos trabajadores de la Hacienda Cachigaga. http://blog.st http:// blog.starperu. arperu.com/es/?p com/es/?p=180 =180 https://www.depe https:// www.deperu.com/ ru.com/centroscentros-poblados/h poblados/haciendaacienda-cachigagacachigaga-56462 56462 Fisicoquímica (Raymond Chang, Editorial: McGraw Hill Interamericana)

 

Santiago Herrerra Nova.2014.Informe de combustión. Recuperado de   https://es.scribd.com/document/25854602 cument/258546021/Informe-Combustion 1/Informe-Combustion.. https://es.scribd.com/do

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