Función y descripción del sistema en estudio.

La función principal del proceso es la obtención de azúcar crudo a partir de la caña de azúcar. En esta etapa es necesario conocer detalladamente el proceso, las operaciones unitarias que la conforman y las conexiones de materiales y energía existentes entre ellas.

El sistema está en correspondencia al ciclo de vida del proceso de obtención de azúcar crudo que se divide en tres etapas: Agrícola, Industrial, Distribución y Consumo.

(Contreras, 2007; Pérez, 2004). En la Figura 2.1 se representa el modelo del ciclo de vida del proceso en estudio especificando las corrientes de entradas y salidas al

Análisis del Ciclo de Vida a la producción de azúcar crudo en el CAI Ecuador

sistema, referidas al consumo de materias primas, insumos, agua y energía, obtención de productos, subproductos y las emisiones al medio ambiente.

`` ` ` Recursos Energéticos Recursos Materiales Recurso Agua Recurso Suelo CAÑA DE AZÚCAR Producción de Fertilizantes Producción de Herbicidas Producción de Pesticidas Producción de Diesel ETAPA AGRÍCOLA Emisiones al Aire Energía Eléctrica Cenizas Producción de HCl Producción de Ca(OH)2 Producción de NaOH Producción de Floculantes Miel B Cachaza ETAPA INDUSTRIAL Emisiones al Agua Emisiones al Suelo ETAPA DISTRIBUCIÓN Y CONSUMO

Figura 2.1 Modelo del ciclo de vida de la producción de azúcar crudo en la Industria Azucarera.

En la Etapa Agrícola se realiza el cultivo de la caña de forma convencional, incluye diferentes operaciones como se observa en la Figura 2.2 (Anexo 3), las cuales se pueden resumir en: preparación de la tierra, atenciones culturales requeridas por la planta en su proceso evolutivo, cosecha y finalmente la transportación hacia el ingenio.

Análisis del Ciclo de Vida a la producción de azúcar crudo en el CAI Ecuador

Es importante destacar que en esta etapa se requieren diferentes productos como fertilizantes químicos u orgánicos, pesticidas, herbecidas, agua para regadío, combustibles fósiles para todas las actividades agrícolas, lo cual contribuye a elevar los impactos ambientales que tienen lugar en la misma.

La Etapa Industrial considera todo el proceso, desde la entrada de la caña al central hasta la obtención del azúcar crudo donde se destacan como etapas fundamentales: la extracción del jugo, purificación, concentración, cristalización y centrifugación. En la Figura 2.3 se detallan las operaciones de esta etapa con la identificación de sus respectivas corrientes de entradas y salidas.

Figura 2.3. Esquema de producción de azúcar crudo en la Empresa Azucarera Ecuador.

Análisis del Ciclo de Vida a la producción de azúcar crudo en el CAI Ecuador

La caña de azúcar arriba al central en camiones o vagones de ferrocarril, proveniente de los centros de acopio, esta es descargada en el patio y según las necesidades en el basculador. Desde aquí es elevada por esteras transportadoras de caña hasta los rompe bultos, los que acondicionan el colchón de la caña para pasar a los gallegos o niveladores, facilitándole el trabajo a las cuchillas, equipo encargado de fragmentar la caña. Esta operación tiene como objetivo fundamental romper la corteza exterior y llegar hasta las celdas donde se encuentra contenida la sacarosa para facilitar su extracción, pasando seguidamente a los molinos.

Este ingenio cuenta con seis molinos, cada uno tiene cuatro masas: alimentadora, cañera, bagacera y superior. El primer molino es la desmenuzadora donde se extrae de un 50-60% del jugo de la caña (jugo primario), luego a medida que se va moliendo, el jugo de los últimos molinos se recircula a los primeros y se añade además agua de imbibición para facilitar el proceso de extracción. El agua utilizada no es más que los condensados contaminados provenientes de los últimos vasos del múltiple efecto y de los tachos que son previamente recolectados. Toda el agua a consumir es añadida en los últimos molinos a una temperatura alrededor de los 70 0C para impedir el desarrollo de microorganismos patógenos, así como una mayor destrucción de los azúcares.

El bagazo generado en los molinos es transportado mediante los conductores de bagazo a la estación de generación de vapor. De acuerdo a las necesidades se tamiza bagazo y con la ayuda de un ventilador es conducido este bagacillo a la estación de filtración para ser utilizado en la misma como se explica más adelante.

El jugo extraído es filtrado en un colador rotatorio situado a continuación del tren de molinos con el objetivo de separar los sólidos groseros que contenga este (bagacillo, paja, etc). A este jugo se le incorpora el jugo que se obtiene en la filtración de la torta, operación que será abordada posteriormente, por lo que esta corriente se conoce como jugo mezclado.

El jugo mezclado es bombeado a los calentadores por medio de bombas centrífugas modelo Allis Chalmers, con las que se ha logrado, después de su instalación, una disminución considerable del tiempo de retención del guarapo en el tándem. El

Análisis del Ciclo de Vida a la producción de azúcar crudo en el CAI Ecuador

calentamiento del jugo es el primer paso dentro de la etapa de purificación del mismo. Las fábrica cuenta con una batería de calentadores onolulos (cuatros bancos, cada uno con cuatro calentadores) donde operan normalmente tres y uno se mantiene de limpieza. Todos trabajan con el vapor de extracción de los pre-evaporadores y los calentadores rectificadores de jugo claro (línea de 8-10 lbf/plg2). Los condensados son recuperados como no contaminados y se utilizan como agua de alimentación a calderas. En esta etapa se eleva la temperatura del jugo entre 102-105 ºC para pasar a la alcalización del mismo. Se necesita homogeneizar la temperatura del jugo y eliminar las burbujas de aire presentes en el seno del mismo, lo cual se logra mediante el flasheo hacia la atmósfera.

En esta fábrica la alcalización del jugo, mediante la adición de lechada de cal, se lleva a cabo de forma fraccionada, es decir, se alcaliza en frío, seguidamente de la etapa de extracción y luego se rectifica en caliente. La lechada de cal utilizada se prepara con cal viva en la planta de cal que existe en el ingenio, la cual debe tener un contenido de óxido de calcio mayor de 85%.

La alcalización en caliente se lleva a cabo en los tanques flash con el objetivo de neutralizar la acidez natural del jugo y favorecer el arrastre y sedimentación de las macropartículas presentes en el mismo mediante el fosfato de calcio [(Ca3(PO4)2], formado en la reacción entre el hidróxido de calcio y el ácido fosfórico presente en el jugo. El jugo alcalizado tiene como control fundamental el pH, el cual debe estar entre 7,7 y 8,1.

Es necesario mantener los valores indicados de temperatura y pH en el jugo para evitar efectos indeseados como la inversión de la sacarosa, destrucción de los reductores, limitaciones en la precipitación de los fosfatos y otros compuestos orgánicos, lo cual contribuye a aumentar el color del jugo, su viscosidad y disminución del rendimiento en sacarosa. Cualquier alteración de este tipo contribuye a ineficiencias en la etapa de clarificación que le precede e influye en la calidad del producto terminado con las pérdidas correspondientes para la fábrica.

Análisis del Ciclo de Vida a la producción de azúcar crudo en el CAI Ecuador

El jugo alcalizado pasa a los clarificadores de bajo tiempo de retención (BTR), los cuales tienen menor volumen y tiempo de retención del jugo en esta etapa en comparación a los que se empleaban anteriormente en la industria azucarera. La fábrica cuenta con dos clarificadores de este tipo en los cuales ocurre el proceso de sedimentación, obteniéndose un lodo y un jugo clarificado (jugo verde más claro y brillante). Por lo general se añaden floculantes para facilitar la operación.

Los lodos obtenidos en los clarificadores pasan al área de filtración con el fin de extraer el jugo residual retenido en la misma. Se les adiciona bagacillo para darle consistencia a la torta y formar así una mezcla filtrante que permita trabajar en los filtros rotatorios al vacío Oliver Cambell. La cachaza se debe obtener con un Pol aproximadamente igual a 2.7% y una humedad entre 70 y 76%. El agua de lavado utilizada proviene de los últimos tres vasos del quíntuple efecto y debe tener una temperatura entre 60 y 70 ºC.

El jugo clarificado es sometido a una rectificación de la temperatura con el fin de elevar esta debido a pérdidas de calor que se producen en las etapas anteriores y lograr mayor eficiencia en la etapa de evaporación que le precede.

El agua contenida en el jugo clarificado es extraída por evaporación, obteniéndose un jugo concentrado o meladura de color oscuro, mucho más densa y viscosa que la corriente de entrada, alrededor de 63 ºBx y pureza entre 82 y 86%. Esta etapa cuenta con dos pre-evaporadores y un quíntuple efecto. Una parte de las extracciones de los pre-evaporadores y de los dos primeros vasos son destinadas a la etapa de cristalización y el resto se condensa para ser usada como agua de reposición en las calderas. Los condensados de los vasos restantes son empleados en la etapa de filtración, como se abordó con anterioridad, como agua de lavado en las centrífugas y para alimentar a los molinos.

La cocción es la etapa que le sigue a la evaporación, donde se obtienen las diferentes masas cocidas. En este central solo se obtiene Masa Cocida A (MCA) y Masa Cocida B (MCB) para lo cual se cuenta con nueve tachos de crudo; seis tachos para elaborar la MCA y tres para la MCB. Todos trabajan con el vapor de extracción de los pre-

Análisis del Ciclo de Vida a la producción de azúcar crudo en el CAI Ecuador

evaporadores y de los dos primeros vasos mencionado anteriormente (línea de 8-10 lbf/plg2).

Las masas cocidas son descargadas en los cristalizadores y cristalizan por enfriamiento, formándose de esta forma los cristales de azúcar. Las masas cocidas ricas en cristales de tamaño adecuado, son centrifugadas con el objetivo de separar los cristales de sacarosa de las mieles. De la MCA se obtiene azúcar de primera (A) y como co- producto de la operación Miel A (MA) que sirve como base para la obtención de MCB. Al centrifugar la MCB se obtiene semilla B, la cual se usa como pie de templa para producir la MCA y Miel B (MB) que es comercializada por el central unida al azúcar de primera o comercial.

En esta área es fundamental controlar el Brix y la pureza tanto de las masas cocidas como de las mieles. En este central se alcanza MCA con 93 0Bx aproximadamente y valores de pureza entre 90 y 93%. La MCB alcanza valores de Brix entre 94 y 95 con pureza variable entre 74 y 78%. Para valores superiores de Brix en las masas cocidas las centrífugas no cargan parejo provocando deficiencias en la purga; si el Brix es bajo puede ocurrir la reproducción de las masas cocidas. Si la pureza de las masas cocidas es baja se producen dificultades en la purga trayendo como consecuencia el aumento de color y la disminución de su Pol. Se debe tratar de que no ocurran reproducciones de las masas cocidas para lograr uniformidad en el tamaño del grano.

También es importante controlar el agua de lavado para lograr obtener el azúcar comercial con los parámetros establecidos y no se produzcan pérdidas de sacarosa por dilución. El agua utilizada son los condensados contaminados provenientes de los tres últimos vasos del múltiple efecto como se señaló anteriormente y de los tachos.

Para lograr un desarrollo adecuado de cada una de las etapas del proceso es necesario diferentes sistemas auxiliares que complementen necesidades del proceso como: tratamiento de agua para calderas, vapor, electricidad y preparación de la Lechada de Cal, las cuales se abordan a continuación.

Análisis del Ciclo de Vida a la producción de azúcar crudo en el CAI Ecuador

Tratamiento de agua para calderas

El agua alimentada a calderas proviene de los condensados no contaminados de los calentadores de jugo mezclado y de agua cruda proveniente de pozos. Se necesita usar agua de una fuente externa pues no se suplen las necesidades con los condensados debido a inestabilidad en la molida por lo que es necesario un tratamiento de la misma para mejorar sus características físico-químicas antes de ser alimentada a las calderas.

Preparación de la Lechada de Cal.

La planta de preparación de la Lechada de Cal es otro sistema auxiliar presente en esta fábrica, en ella se disponen de tres tanques mezcladores de apagado, dos de 28,31 m3 de capacidad y uno de 41,31 m3.

Generación de vapor.

El vapor usado en el proceso es generado en la propia fábrica usando como combustible exclusivamente bagazo que es un co-producto de la etapa de extracción del propio proceso. El sistema de generación de vapor está compuesto por cinco generadores de vapor cuyas características se reportan en la Tabla 2.1 Anexo 4.

Generación de energía eléctrica.

En este sistema se genera toda la energía eléctrica necesaria en la fabricación y el excedente lo exporta al Sistema Electroenergético Nacional (SEN). El mismo cuenta con tres turbogeneradores que utilizan el vapor de alta presión producido en los generadores de vapor. El vapor sale de estos a una presión de 20 lbf/plg2 para ser reutilizado en equipos tecnológicos (pre- evaporadores y calentadores rectificadores de jugo claro). Las características de los turbogeneradores se resumen en la Tabla 2.2 Anexo 5