El Proceso de Fabricación de Azúcar en Los Tachos11

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DEPARTAMENTO DE ELABORACIÓN

ÁREA DE CRISTALIZACIÓN

EL PROCESO DE FABRICACIÓN DE AZÚCAR EN LOS

TACHOS

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ÍNDICE GENERAL

1. PROPIEDADES DE LA SOLUCIÓN DE SACAROSA I.1. Solubilidad de la sacarosa

I.2. Grado de sobresaturación

I.3. Solubilidad de la sacarosa en soluciones impuras I.4. Concentración de material

I.5. Nuevo concepto de grado de saturación I.6. Viscosidad

I.7. Otras propiedades de las soluciones de azúcar.

2. ESTABLECIMIENTO DE GRANOS EN SOLUCIONES IMPURAS DE SACAROSA 2.2. Generalidades.

2.2. Cristalización por semillamiento completo 2.3. Cristalización espontanea.

2.4. Cristalización por shock-semillamiento.

3. FACTORES DETERMINANTES DE LA VELOCIDAD DE CRECIMIENTO DE LOS CRISTALES DE MASA COCIDA.

3.1. Pureza de la miel de la masa cocida. 3.2. Temperatura de la miel

3.3. El movimiento relativo de los granos y la miel

3.4. Total de sacarosa que la MC cristaliza por unidad de tiempo 3.5. Manera de obtener el mayor rendimiento en azúcar de las templas 3.6. Sobre la densidad de la meladura.

4. LA TRANSMISIÓN DEL CALOR DURANTE EL COCIMIENTO. 5. LOS SISTEMAS MODERNOS DE DOS Y TRES MASAS COCIDAS 6. CÁLCULOS DE PRODUCCIÓN.

7. EMPLEO DEL MÉTODO DE LA CRUZ DE COBENZE EN LOS CÁLCULOS SOBRE MEZCLAS DE MATERIALES DE DISTINTAS PUREZAS

8. LA RECIRCULACIÓN DE MIEL FINAL Y SU INFLUENCIA EN LA FABRICA.(XII)

9. CALIDAD DEL AZÚCAR, AGOTAMIENTO DE LA MIEL Y CAPACIDAD DE LA ESTACIÓN DE TACHOS.(XIV).

10. CONTROL DE LAS VARIABLES QUE DETERMINAN EL TAMAÑO DEL GRANO EN LA FABRICACIÓN DEL AZÚCAR .(XV)

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I. PROPIEDADES DE LA SOLUCIÓN DE SACAROSA

SOLUBILIDAD DE LA SACAROSA define BRIX, PUREZA Y SACAROSA

Cuando se pone en contactos ciertos cuerpos (por ejemplo: cuando se hecha sal común en un vaso de agua, azúcar en agua) se observa que los sólidos van desapareciendo poco a poco, formándose un conjunto homogéneo a veces este fenómeno se le llama disolución.

En los ejemplos de disolución citados: la sal común y el agua son llamados solutos y sus solventes y disolventes respectivos son; el agua

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La experiencia demuestra que aumentando la calidad de solidos disueltos en un mismo volumen de líquido, llega un momento en el que al echar una porción más de solidos este no se disuelve, entonces se dice que la solución está saturada.

Al aumentar la temperatura aumenta generalmente la cantidad de solidos necesaria para saturar el líquido. En general, puede decirse por consiguiente que la solubilidad de los sólidos aumenta o disminuye con el aumento o la disminución de la temperatura y este es el caso de la sacarosa, aunque hay sustancias que constituyen una excepción de esta regla.

Una disolución (o solución, como comúnmente se dice) que este saturada a cierta temperatura, podrá contener, por enfriamiento de la misma, o por evaporación parcial del disolvente, una mayor proporción de sustancia disuelta que la correspondiente a su saturación, cuando esto sucede la solución se llama sobresaturada.

La meladura o miel con que se alimenta el tacho durante el cocimiento de una masa son materiales aun no saturados de sacarosa; estos materiales se convierten en sobresaturado al entrar en el tacho y perder una parte de su contenido de agua como consecuencia de la evaporación que continuamente realiza el tacho.

Si en los tachos, la miel de la masa cocida que se procesa no estuviera sobresaturada, los granos de la masa cocida empezarían inmediatamente a disolverse. Esto puede suceder si se alimenta mucha meladura o miel “floja” (de poca densidad) a la masa cocida.

En una solución sobresaturada exenta de cristales no siempre el exceso del cuerpo disuelto se deposita o se separa de la solución, pero si se agrega a la solución una porción de cristales, del soluto el exceso de la sustancia disuelta empieza a depositarse es decir a cristalizar.

Nucleación, granulación o sencillamente cristalización es el nombre con que se designa la operación que se hace en el tacho para que aparezcan los cristales de sacarosa. Esta operación generalmente se realiza introduciendo una cierta cantidad de polvillo muy fino de sacarosa en el material (que puede ser meladura, miel primera o mezcla de ambas) exento de granos y sobresaturado que hierve en el tacho.

Una vez formado los cristales de sacarosa en el seno de la solución sobresaturada, se admite en el tacho más material de alimentación con el fin de que los granos formados continúen desarrollándose durante el resto de cocción de la masa cocida. Usualmente mediante el control o regulación de la cantidad de material que alimenta y del ritmo de evaporación del tacho, se convierte, se consigue mantener el estado de sobresaturación de la miel, necesario para el desarrollo de los granos obtenidos por cristalización.

Si en una solución saturada que contenga cristales en suspensión la temperatura permanece fija, se produce un estado de equilibrio entre la llamada fase solida(constituida por los cristales) y la fase liquida ( la solución) . lo anterior significa que si cierto numerode moléculas de la solución llegasen a depositarse sobre los cristales el mismo numero de moléculas pasarían de los cristales a la solución, de manera que cuando una solución está saturada los cristales que contienen ni ganan ni pierden peso, o lo que es lo mismo: no se desarrollan ni se disuelven.

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La solubilidad de una sustancia se puede expresar diciendo los gramos de la sustancia que hay disueltos en 100 gr. De agua de su solución saturada.

A continuación ponemos la solubilidad de la sacarosa en agua a distintas temperaturas, en gramos de sacarosa por cada 100 g. de agua de la solución.

SOLUBILIDAD DE LA SACAROSA

TABLA II.

SOLUBILIDAD DE MATERIALES DERIVADOS DE LA CAÑA DE AZÚCAR A DISTINTAS PUREZAS REALES Y TEMPERATURAS

T° C PUREZA REALES T° C 100 98 96 94 92 90 88 86 84 82 80 78 76 74 72 70 68 66 64 62 60 58 56 54 52 50 48 46 44 42 40 38 36 34 32 30 26211209207205203201199197196194192190188186184182180178176174172170168166164162160158156154152150148146144143 26 28215213211209207205203201199197195193191188186184182180178176174172170163166164162160158156154152150148146145 28 30218216214212210208206204202200198195193191189187185183181179177175173171 2 169167164162160158156154152150148147 30 32222220218216214212210207205203201199197195193191189187185182180178176174172170168166164162160158156154152150 32 34226224222220218215213211209207205203201198196194192190188186184182180177175173171169167165163161159157156154 34 36230228226224222219217215213211209207204202200198196194192189187185183181179177174172170168166164163161159158 36 38234232230227225223221219217215212210208206204202199197195193191189186184182180178176174172170168166163163162 38 40238236234231229227225223221218216214212210207205203201199196194192190188186183181179177175173171170168167165 40 42243240238235233231229227224222220218216213211209207205203200198196194192190187185183181179177176174173172171 42 44248244242240238236233231229227225222220218216214211209207205203200198196194192189187185183181180178177176176 44 46252249247245243240238236234231229227225223220218216214211209207205203200198196194191189187186184183182181180 46 48257254252250247245243241238236234232229227223222220218216213211209207204202200198195193191190188187186185185 48 50262260258255253251248246244241239237234232230227223223220218216213211209206204202190197195194192191190190190 50 52268266263261258256254254249247244242239237235232230227225223220218215213211208206204202200198197196195194194 52 54274271269266264262259257254252249247244242239237234232229227224222219217215212210206206204202201200199199199 54 56280277275272270267265262259257254252249247244241239236234231229226224221219217214212210208207206205204203202 56 58286278281278275273270267265262259257254251249246244241238236233231228226223221218216214213211210209209208208 58 60293290287284282279276273270268265262259257254251248246243240237235232230227225222220218217213214213213213212 60 62300297294291288286283280277274271268265262259256254251248245242239237234231229227225223221220219218218218218 62 64307304301298295292289286283280277274271268265262259256252249247244241238236233231229227226223221223223222222 64 66315312309305302299296293289286283280277273270267264261257254251248245242240237 68323320316313309306303299296293289286282279276272269266262259256253250247244 70331328324320317313310306303299296292288285281278274271267264261 25 254251

El rendimiento en cristales de una templa, será mayor a medida que sea menor: 1. La cantidad de agua de la templa, o mayor el brix, que significa los mismo; 2. La temperatura de la templa;

3. La saturación del sirope al purgarse la templa.

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Grado de SS es el resultado de dividir los gramos de sacarosa disueltos en cada 100 g. de agua de una solución saturada (SS=1) y de la misma temperatura y pureza de la solución cuyo grado de SS se investiga. De modo que:

Fórmula 1. Grado de SS=

g . desarosa/100 g de agua del material que se investiga

gr . de sacarosa/100 g de agua de un material saturado(SS=1)de lamisma pza y Temp . del mat .que se investiga

El valor del numerador del quebrado anterior se obtiene mediante análisis del material en el laboratorio. El valor del denominador se busca en la tabla de solubilidad de la sacarosa, o se obtiene experimentalmente.

Problema 1.

El análisis de un licor de refinería de pureza =100 arroja 280 g de sacarosa por 100 g. de agua del licor y su temperatura es de 62°C ¿Cuál es el grado de SS?

Respuesta

Según la tabla de solubilidad de la sacarosa, una solución saturada (ss=1) y a 62°C contiene 300 g. de agua por lo tanto, el grado de SS del licor del problema será de 280/300=0,93. Como que el resultado es menor que 1, decimos que el licor estará subsaturado (o no subsaturado) y si le agregáramos granos de azúcar estos se disolverían.

Problema 2

¿Cuál será el grado de SS de ese mismo licor si su temperatura bajase a 56°

Respuesta. Según la tabla de solubilidad de la sacarosa, las soluciones saturadas a 56°c

contienen 280 g. de sacarosa/100 g. de agua de la solución, por consiguiente, el grado de SS del licor será entonces de 280/280=1,00. De modo que, a esa temperatura, el licor estará saturado y si le agregáramos granos de azúcar, estos ni se disolverían ni se desarrollarían.

Problema 3.

¿Cuál será la sobresaturación de ese mismo licor si su temperatura bajase hasta 50°C?

Respuesta. Entonces su grado de SS será de 280/262= 1,07. Bajo esta condición si a la

solución agregáramos granos de azúcar estos ganarían peso.

Conclusión: Al bajar la temperatura aumenta el grado de sobresaturación. Problema 4.

Si calentamos el mismo licor hasta 68° C, sin evaporar nada de su agua, ¿Qué grado de

SS tendrá entonces?

Respuesta: su grado de saturación será 280/323= 0,836.

Conclusión al subir la temperatura, el grado de SS disminuye 5.5 ½ temperatura.

Problema 5.

Si cargamos el tacho con ese mismo licor, le evaporamos un poco de agua, lo descargamos, anotamos su temperatura, que es de 68°C, y una muestra del mismo enviada al laboratorio arroja 355,3 gr de sacarosa/100 g de agua, ¿Cuál será su grado de SS

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Respuesta: Según la tabla de solubilidad de la sacarosa, a 68°C las soluciones saturadas

contienen 323 g de sacarosa/100 g de agua, de manera que el nuevo grado de SS será de 355,3/323=1.10

Para una misma pureza e igual temperatura, mientras mayor es el grado de SS de un material azucarado, mayor será el peso de sacarosa cristalizada que del mismo podrá obtenerse. Problema 10

Si el sirope de una MC (masa cocida) primera de refino tiene un grado de SS de 1.05 cuando está a 62°C. ¿Cuál será la temperatura máxima a que podrá purgarse sin riesgo de que sus granos empiecen a disolverse?

Respuesta

Según la tabla de solubilidad, a 62°c una solución saturada contiene 300 g de sacarosa/100 g. de agua de modo que, a SS = 1,05 su análisis (o concentración) será de 300 x 1,05 =315 g de sacarosa/100 g de agua. Mediante inspección de la tabla se observa a 66°c una solución saturada contiene 315 g de sacarosa/100 g de agua, y que esta concentración coincide con la de la templa de refino por tanto, la temperatura máxima a que podrá purgarse la templa sin que sus granos empiecen a disolverse será de 66°c que es la temperatura de saturación a esta concentración.

Este problema sirve para entender la razón por la cual, en general no ocurre disolución de granos cuando en los ingenios de azúcar crudo se calientan las MC finales en el mezclador de la centrifugas, durante la purga de las mismas, ya que dichas templas tiene sus mieles aun sobresaturadas y, por consiguiente, pueden ser calentadas hasta la temperatura de saturación sin que ocurra disolución de grano.

Con el calentamiento disminuye la viscosidad de la MC final y se obtiene una separación más rápida y completa del azúcar y de la miel, es decir se consigue una purga más eficiente.

4. SOLUBILIDAD DE LA SACAROSA EN SOLUCIONES IMPURAS

El guarapo, la meladura y las mieles son soluciones impuras de sacarosa en agua, porque además de sacarosa contienen muchas otras sustancias disueltas, tales como dextrosa levulosa, sales minerales de ácidos orgánicos etc.

Los investigadores científicos siempre han encontrado muchas dificultades para determinar la solubilidad de la sacarosa en soluciones impuras , a consecuencia de que la cantidad y la clase de las impurezas presentes en dichos materiales varían notablemente, según sea la calidad y clase de caña, su grado de madurez, el tipo de terreno en que se cultivó la caña, los fertilizantes empleados, el régimen de la lluvia, la eficiencia del proceso de clarificación y otros factores, todos los cuales contribuyen a hacer variar la composición de las impurezas y también la solubilidad de la sacarosa. No obstante se han hecho algunas investigaciones sobre solubilidad de la sacarosa en soluciones impuras, la tabla ll ofrece los resultados de una investigación publicada; del estudio de la tabla se deducen las conclusiones siguientes:

1. Que la solubilidad de la sacarosa aumenta con el aumento de la temperatura del guarapo, meladura o miel y viceversa;

2. Que disminuye a medida que es menor la pureza del material y viceversa;

3. Que cuanto menor es el grado de SS de una miel, tanto menor es la cantidad de sacarosa disuelta en ella y viceversa.

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Tabla ll. Solubilidad de la sacarosa en soluciones impuras.

De la tabla anterior se deducen las sig. conclusiones

1. La solubilidad de la sacarosa aumenta con el aumento de la temperatura del guarapo, meladura o miel y viceversa.

2. Que disminuye a medida que es menor la pureza del material y viceversa

3. Que cuando menor es el grado de SS de una miel, tanto menor es la cantidad de sacarosa disuelta en ella y viceversa

PROBLEMA 11

Al descargarse (botarse) una masa cocida de un tacho se toma su temperatura y esta es de 60°C y una muestra de la MC enviada al laboratorio en donde fue centrifugada para separar los cristales y la miel arrojando el sig. resultado;

En cuanto a su miel:

% de solidos obtenidos por desecación (0% de materia seca)= 82,5 % de sacarosa real , hecha por doble polarización (Clerget)= 44,55 Pureza real (verdadera) =44,55X 100/82,5 =54

Calcule con esos datos el grado de SS de la miel de MC.

Respuesta

En la miel 44,55 g de sacarosa están disueltos en 100 -82,5 =17,5 g de agua. Por cada 100 g de agua de la miele habrá disueltos 44,55X100/17,5 =254,5 g de sacarosa.

Según la tabla ll, un materia de 54 de pureza real y a 60°C está saturado (SS=1) cuando contiene 230 g de sacarosa/100 g. de agua del material, por tanto: grado de SS de la miel =254,5/230 =1,10 aproximadamente.

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Problema 12

Calcule el porcentaje de solidos por desecación (% de materia seca) de una miel final cuya pureza real es de 48 y que se purgo saturada (SS =1 ) a 64°C.

Respuesta

Según la tabla ll, una miel saturada (SS =1 ) a 64°C contiene 231 g de sacarosa disueltos por cada 100g de agua de la miel, cuando su pureza real es de 48. Esta pureza significa que cada 48 g de sacarosa (que la miel contiene) están acompañados de 100-48g = 52g de impurezas solubles, de modo que 231 g de sacarosa estarán acompañados por 231X52/48 = 250 g de impurezas. Habrá por tanto, un total de 250+231= 481 gr. de solidos disueltos por cada 100 gr. de agua de la MF. Si cada 100 gr. de agua de la miel contienen 481 gr. de solidos disueltos, habrá 481 g de sólidos en 481+100=581 g de la miel final (de la solución) y por consiguiente el porcentaje solidos desecados (% de materia seca) de la MF del problema será =481X100/581=82,7%.

Cabe señalar:

1) Que a una pureza real de 48 equivale, aproximadamente, a una pureza aparente de 34: 2) Que el bx de una MF es, aproximadamente, de 6 a 10 unidades más alto que su

porcentaje de materia seca.

4. Concentración de un material

Por concentración de un material del ingenio (guarapo, meladura o miel) debe entenderse: los gramos de sustancias solidas que contienen disueltos por cada 100 g de agua de material. La concentración se puede determinar de manera directa mediante análisis de material y puede calcularse indirectamente del % de solidos indicado por un refractómetro acoplado al tacho. Para calcular el grado de SS de un material es indiferente hacerlo aplicando la fórmula 1, ya conocida o la fórmula 2, que damos a continuación, pues con cualquiera de ellas se obtiene el mismo resultado, por ser equivalentes

Grado de SS=

concentraciondel material que se investiga

conc . de un material saturado ( SS=1 )de la misma pza real y temp . cuyo

grado de SS se investiha

(FORMULA 2) PROBLEMA 13.

¿Cuál será el grado de SS de una miel final cuya pureza real es de 54, cuyo % de materia seca es de 82,5% y cuya temperatura es de 60°C

Respuesta

Si su porcentaje de materia seca es de 82,5% su % de agua será de 100-82,5= 17,5% de donde su concentración será de 82,5 (100)/17,5 = 471,4.

Debemos señalar que, por lo regular para que una cristalización resulte satisfactoria, es muy conveniente que el puntista conozca el grado de SS del material que va a granular, a medida que este se concentra por evaporación en el tacho. L determinación del grado de SS mediante análisis del material es impracticable, debido al tiempo que las pruebas (análisis) requieren; por eso se recurre a los métodos rápidos, mediante instrumentos (unos, ópticos; otros térmicos, eléctricos, etc.) que estén acoplados al tacho y en los cuales se lee el grado de SS a medida que avanza el proceso de concentración del material.

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Definición del grado de saturación. Es una cifra que indica el número de veces que un material está más concentrado que otro de su misma pureza y temperatura y al estado de simple saturación (SS=1).

Que resultaran errores considerables cuando se pretenda calcular el grado de sobresaturación de un material partiendo de su análisis de pureza aparente y grado brix, en lugar respectivamente de su pureza real y “porcentaje de materia seca” además desde luego de la temperatura del material.

Cuando solamente se conoce la pureza aparente, el grado brix y la temperatura del material es posible calcular el grado de SS del mismo, aproximadamente mediante el método de conversiones (que se explica en el capítulo XVI.) GUEES MEDIANTE GRAFICAS

Por concentración de solidos de una solución o sencillamente concentración de una solución debe entenderse los gr. De solidos que hay disueltos por cada 100 g. de agua de la solución o, lo que es lo mismo, el peso de solidos % del peso del agua de la solución.

Por concentración de sacarosa de una solución de be de entenderse los g. de sacarosa que hay disueltos por cada 100 g. de agua de la solución lo que es lo mismo el peso de sacarosa % del peso del agua de la solución.

Por concentración de impurezas de una solución debe de entenderse los g. de impurezas que hay disueltos por cada 100 g. de agua de la solución o, lo que es lo mismo, el peso de impurezas %del peso de impurezas % del peso del agua de la solución.

Figura 1. % DE SOLIDOS DE MATERIAL SATURADOS (SS=1) de acuerdo con su purezas reales y temperaturas

5. Nuevo concepto de grado de saturación

Para la medida del grado de sobresaturación de las soluciones impurezas de sacarosa el comité internacional para la uniformidad de los métodos de análisis azucareros (ICUMSA) recientemente recomendó el empleo de la sig. formula

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g. de sacarosa /100 g de agua de un material saturado de la misma temperatura e igual relación impureza/agua del material que se investiga.

6. Viscosidad.

A esta resistencia a fluir (a correr) se llama viscosidad y se considera debido a la fricción o rozamiento interior entre las distintas capas del líquido. Podemos disminuir la viscosidad de los productos del ingenio por medio de la dilución con agua, o por el aumento de la temperatura. Desde luego ninguna de estas medidas es siempre recomendable en la práctica del ingenio, encontraron que la viscosidad disminuía a la mitad, al diluir la miel en 1,8%.

Cuando la concentración de la miel era grande, el efecto de la temperatura era muy significativo: un aumento de 6°C era suficiente para disminuir a la mitad la viscosidad de las mieles no diluidas.

En la fábrica la viscosidad influye desfavorablemente.

1. En la calidad de los azucares. A mayor viscosidad de las masas cocidas, más lento es el

flujo de la miel en las centrifugas al momento de purgarlas y a mayor cantidad de miel que se queda dentro del canasto de la centrifuga, junto con el azúcar, degradando la calidad de este.

2. En la velocidad de cristalización de las soluciones de sacarosa: disminuyéndola. 3. En la transmisión de calor: disminuyéndola

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El desfavorable efecto de la viscosidad sobre la transmisión de calor es mucho más marcado, desde luego, en la MC final.

Para los cálculos de esos coeficientes tomamos como diferencial o caída de temperatura la diferencia entre temperatura del vapor saturado correspondiente a la presión dentro de la calandria y la temperatura de la MC MARCADA POR EL TERMÓMETRO del tacho . para el cálculo de calor cedido a la MC por cada libra de vapor alimentado determinamos la diferencia entre el calor total de 1 lb. De vapor a la presión de la línea de escape y de calor sensible correspondiente a la presión existente dentro de la calandria.

PROBLEMA 15

Determine el coeficiente de transmisión de calor con los sig. datos Superficie calórica = 2250 pies2

Presión de escape = 8 lb/pulg2

Presión dentro de la calandria = 4 lb/pulg2 Temperatura de la MC = 150°F o 65.5°C

Razón (rate) de consumo de vapor según metro de flujo =12800 lb/h.

Respuesta

Calor total de una libra de vapor saturado a 8 lb. De presión por pulg2 Según tabla de vapor =1158.6 BTU

(13)

Calor sensible de u1 lb de agua condensada a la presión dentro de la calandria =192,5 BTU Calor cedido por cada lb de vapor alimentada a la calandria =1158,6-192,5=966,1 BTU. Calor cedido por hora =966,1X12800= 12366080 BTU

Temperatura del vapor a 4 lb/pulg2, según la tabla=224,4°F

Diferencial de temperatura entre la del vapor y la del MC 224,4-150= 74.4°F Coeficiente de transmisión de calor=

Total BTU cedidos por hora = 12366080 = 73,9 BTU/pie2 sc/h/°F (Pies2 de superficie calórica)(°F de diferencia) 2250X74,4

La viscosidad influye desfavorablemente:

4. En la filtración: decreciendo el flujo al aumentar la viscosidad 5. En el bombeo: dificultándolo y haciéndolo más lento

“Porque ciertos métodos de trabajo producen un aumento de la viscosidad de los materiales”

1. Por conducir mal la clarificación del guarapo. En general, el excesivo empleo de cal hace más viscoso el producto

2. Por trabajar el departamento de tachos siguiendo sistemas de masas anticuados en lo que hay que realizar un excesivo número de cocimientos.

3. Por la puesta en práctica de sistemas de masas cocidas que requieren una gran recirculación de miel de primera. En vez de usarse como material de alimentación de las templas de más bajo grado (segundas y terceras), es en parte utilizado para alimentar la MC de primera con el fin de disminuir la pureza de la templa.

Cuando una MC de primera ha sido alimentada exclusivamente con meladura, se denomina virgen.

4. Por una purga defectuosa de la templa final, que origina mucha recirculación de miel final hacia las templas que producen azúcar comercial.

7. Otras propiedades de las soluciones de azúcar

Las propiedades de la sacarosa se dan en este libro en dos formas: tablas y nomogramas para usar un nomograma los valores de cualesquiera de las propiedades se unen por medio de una línea recta, para lo cual puede utilizarse unas tiras de celuloide u otro material plástico transparente sobre el que se haya tirado una línea recta o se puede extender a lo largo del grafico un hilo fino estirado que una los valores de las propiedades conocidas. Los otros valores pueden leerse donde la línea recta corta la escala apropiada.

En el caso de los nomogramas, señalamos que algunos son “espurios”, o sea que no son matemáticamente exactos, sino aproximaciones

Las tablas son términos medios un numero de ejemplos sobre el uso de los nomogramas los ponemos a continuación por la fig. 8 podemos saber la elevación del punto de ebullición (EPE) y el vacío a que hierven las soluciones de azúcar la fig. 9 da el calor específico.

(14)

El calor total de la solución es la cantidad de calor que debe agregarse al agua a 0°C y al azúcar para disolver el azúcar. También a 0°C, para disolver el azúcar y llevar la solución hasta la temperatura fijada

Anexar fig. 8 y 9

EPE: Elevación del punto de ebullición, es la diferencia que existe entre la temperatura a que

hierve una solución y la temperatura de los vapores que se desprenden de ella. Igualmente: EPE es la diferencia entre la temperatura a la que hierve una solución y aquella temperatura a que lo hace el agua al hervirla al mismo vacío de la solución.

CHU, es la abreviatura de centigrado de heat unit (unidad de calor centígrada o libra-caloria) y es la cantidad de calor necesaria para aumentar 1°C la temperatura de 1 lb. de agua

1 pie3 de cristales de sacarosa pesa 100 libra.

II ESTABLECIMIENTO DE GRANOS EN SOLUCIONES IMPURAS DE SACAROSA

En este capítulo estudiaremos los tres principales métodos de cristalización en nuestro país, en el orden siguiente:

1. Semillamiento completo 2. Cristalización espontanea 3. Shock semillamiento.

1. Generalidades

La sacarosa al cristalizar forma cristales hemiédricos pertenecientes al sistema monoclínico que tiene un peso específico de 1.58 a 17, 5°C según Gerlach .

Para establecer granos por los métodos de semillamiento completo y por shock se utiliza una cierta cantidad de un polvo de azúcar muy fino, del tipo Fleischman, cuyas partículas tienen. Un tamaño de aproximadamente 10 micrones. (un micrón equivale a una milésima de milímetro) de dicho polvo se hace una suspensión con algún liquido de bajo punto de ebullición en el cual la sacarosa sea insoluble. Los líquidos más usados para este propósito son.

Punto de ebullición en °C

Alcohol etílico……….. 78,3 Alcohol isopropilico……..82,4 Gasolina*………..70-90

Se utilizan esos líquidos porque el azúcar es insoluble en ellos de manera que todo el polvillo que se pesa, para ser utilizado en la operación del establecimiento de granos permanece de manera en estado sólido, y porque como tienen un punto de ebullición bajo, al evaporarse súbitamente cuando se inyectan al tacho producen algo semejante a pequeñas explosiones que facilitan la diseminación de las partículas de polvillo en el líquido denso y viscos que se va a granular.

Ordinariamente se mezcla de medio litro a 1 litro de uno de esos líquidos por cada libra de polvillo. La suspensión así hecha debe de permanecer en agitación constante por lo menos durante 10 minutos antes de ser introducido al tacho.

La suspensión se introduce en el tacho por medio de un embudo cilíndrico, de 8” de alto por 8” de diámetro o aun mayor con fondo cónico, provisto de una tubería de ¾” para conectar el

(15)

embudo con el tacho. La conexión se hace a una altura de 2” a 3” por encima de la placa tubular superior de la calandria.

La suspensión de polvillo se aspira en el tacho cuando la carga que se va a cristalizar alcanza cierto grado de sobresaturación que, usualmente es indicado por algún instrumento cuya determinación del grado de SS generalmente se basa;

1. En el principio de la elevación del punto de la ebullición (EPE) de las soluciones, como es el caso en los instrumentos marca American, Fischer Porter y Honeywell de todos los cuales hay muchos instalados en los ingenios.

2. En el principio de la conductividad eléctrica de las soluciones , como en los aparatos llamados cuitometros.

3. En la determinación de la concentración de solidos de las soluciones: los refractómetros acoplados al tacho y

4. En la determinación de la transmisión de calor (e indirectamente de la sobresaturación) como en el aparato Ditmar Jansse.

Mantenimiento del nivel adecuado de la carga que se granula en el tacho

La primera operación consiste en cargar el tacho con el material que se va a granular y concentrarlo por evaporación de manera que adquiera cierto grado de sobresaturación cuando su volumen se reduzca a cierta altura (nivel) dentro del tacho. Ordinariamente dicha altura es de 1 pie lineal por sobre la placa tubular superior de la calandria.

Se admite solamente el volumen necesario para cubrir completamente la calandria del tacho y alimentarla después del material en forma continua para reponer el agua que se evapora. Cuando se concentra el material hay que evitar que se produzcan arrastres del mismo al condensador. Los arrastres pueden ocurrir a consecuencia de la gran transmisión de calor que tiene lugar cuando se carga el tacho con un material de baja densidad y no se controla debidamente la evaporación del tacho.

La transmisión de calor se debe a los siguientes efectos combinados: poca carga (head), poca

EPE y poca viscosidad del material al inicio de la concentración. En tachos provistos del

condensador individual, la velocidad de evaporación de tacho se puede mantener controlada graduando convenientemente la abertura de la válvula que admite vapor en la calandria y también la abertura de la válvula que deja pasar agua al condensador.

La operación de concentración debe conducirse de manera que no haya necesidad de alimentar el tacho después que el material haya rebasado el punto de saturación (SS=1), ya que una alimentación no suficientemente caliente, hecha después de que el material este sobresaturado puede originar granos por shock.

El objetivo de toda cristalización es obtener de una sola vez toda la cantidad de granos necesaria.

Cristalizaciones de mucho y poco grano. El tamaño de los granos al formarse es microscópico y se hacen visible por el operador cuando alcanzan un tamaño de 50 a 80 micrones. Según el aspecto visual que ofrece una porción del material extraída con la sonda a los pocos minutos de ser granulados, las granulaciones se consideran cerradas o de mucho grano y abiertas, llamadas también claras o de poco grano:

La expresión “se cristaliza para 2, 3, 4, 6 etc…pies de tercera” significa que se granula para derivar respectivamente, 2,3,4,6 etc… masas cocidas finales de cada cristalización.

(16)

2

. Cristalización por Semillamiento completo

Este método supera a las otras técnicas de cristalización por su mayor flexibilidad para poder hacer variar el tamaño de los granos de azúcar.

Cuando se cristaliza por este procedimiento, la solución de polvillo se introduce en el material sobresaturado, que está en ebullición dentro del tacho, cuando su grado de SS es ordinariamente, pero no necesariamente de 1,15 a 1,30. como que lo esencial de esta técnica consiste en conseguir que cada partícula de polvillo origine un grano de azúcar, habrá de ponerse especial cuidado en que no se produzcan variaciones notables en el vacío del tacho ni antes ni durante ni poco después de introducido el polvillo; especial cuidado también en garantizar que el material acabado de semillar circule dentro del tacho y que el grado de SS de la miel que rodea al grano recién establecido no rebase cifras de SS superiores a 1,40 a aproximadamente.

Lo aconsejable en todos los casos de cristalizaciones defectuosas es disolver con agua todo el grano existente y empezar de nuevo, repitiendo las operaciones con más cuidado

Una cristalización reproducida se conoce como cristalización con dos granos, lo cual hace referencia al tamaño distinto de los granos que la integran

La primera cristalización que se hace por este método generalmente tiene carácter experimental, o de tanteo y para la misma se puede emplear de una y media a 2 lb de polvillo por cada 1000 pies3 de masas cocidas finales derivadas de la cristalización.

Si el grano de azúcar final resulta muy grande se aumenta la cantidad de polvillo en las cristalizaciones posteriores y viceversa, hasta adecuar el tamaño del grano resultante a aquel tamaño que se considera satisfactorio.

La conclusión será que el volumen de la carga que se cristaliza no influye en cuanto al número de cristales que cada granulación origina. El volumen de carga si influye en cuanto al tiempo que hay que esperar para que el polvillo introducido (que se caracteriza por ser muy fino y porque tiene muy poco volumen) se desarrolle lo suficientemente hasta que haga desaparecer (por cristalización la sacarosa disuelta) la enorme desproporción que existe al principio entre el espacio ocupado por la miel. De manera que entre menor es el volumen de la carga que se cristaliza menor es el tiempo que se necesita para que el grano “recoja el

sobrante de miel”, y viceversa.

El semillamiento completo es de muy fácil realización en materiales de pureza relativamente altas. V. gr. De 77 para arriba.

En materiales de más baja pureza lo que más generalmente ocurre es una cristalización por shock-semillamiento.

Determinación del sobrante de miel % MC, en volumen

Gillet llama “fracción de lubricación” y también “fracción en exceso a lo que nosotros llamamos “sobrante de miel”, o sea : al volumen de miel que excede al necesario para llenar los espavios masa cocida.

Peso de la sacarosa cristalizada % del peso de los sólidos de la MC

Por sacarosa cristalizada deberá entenderse la constituida por los granos de la MC Completamente exentos de miel. Supuesto que no haya inclusiones de impureza dentro de los granos, la pureza de estos se considera igual a 100.

(17)

Solidos de la MC= 100 (pza MC- pza miel )

100 - pza miel form. 4

La deducción de esta fórmula esta al final del capítulo. Leyes que rigen el semillamiento completo

Los principales son dos:

1era. Para mantener constante el tamaño promedio de los granos de la templa (o templas) derivadas de la cristalización por semillamiento completo, al variar los pesos de sacarosa cristalizada que dicha templa (o templas) originan.

Si IV y IV” son los pesos de sacarosa cristalizada de dos templas semilladas con los pesos p y p´, respectivamente, de polvillo, para que se produzcan granos de igual tamaño promedio ha de cumplirse que:

P = W

P´ W´ form. 5

2da si el peso de sacarosa cristalizada de la templa (o templas) derivadas de la cristalización por semillamiento completo es mantenido constante, para variar el tamaño promedio de los granos resultantes del semillamiento hay que hacer pesadas del polvillo inversamente proporcionales a los cubos de los tamaños de grano que se desean obtener

Si el peso de polvillo p origina el tamaño de grano a y el peso p´ origina el tamaño a´, en templas semilladas que contienen el mismo peso de sacarosa cristalizada, la siguiente proporción se cumple:

P = a´ 3

P´ a3 Form. 6

La fórmula 5. La aplicamos muy a menudo en la práctica, por ejemplo si semillando para derivar 4 MC finales (caso A) se han pesado 10 libras de polvillo y se ha obtenido determinado tamaño de grano, para obtener ese mismo tamaño de grano es peciso pesar:

(CASO B)

10 2 =5 Lb de polvillo cuando se cristaliza para 2 MC, 4

10 3 = 7,5 lb de polvillo cuando se cristaliza para 3 MC, 4

10 6 = 15 lb de polvillo cuando se cristaliza para 6 MC.

4

Llamando p´ al peso necesario para el caso B y aplicando la fórmula 5 se tendrá:

10

p

´

=

4 W

2W

=

4

2

PROBLEMA 25

Semillando con 10 lb de polvillo obtenemos un azúcar final cuyos granos promedian 0.4 mm en tamaño cuando derivamos de la cristalización inicial 4 MC finales de 1250 pies cúbicos cada una y del siguiente análisis: Brix = 96, pureza = 60, pureza de la miel de la MC al purgarse =36.

(18)

Usando la misma clase de polvillo deseamos semillar para derivar de la cristalización solamente 2 MC de segunda de 1250 pies cúbicos cada una, las cuales tendrán, aproximadamente, el siguiente análisis: Brix = 93, pureza =74,pureza de la miel al purgarse =35 ¿Qué cantidad de polvillo habrá que pesar si deseamos obtener en las MC de segunda el mismo tamaño de grano, 0.40 mm, que tenían las templas finales?

Resolución. Peso de un pie cubico de MC de brix =96, según tabla Xlll 3,7472 arrobas. Peso de los sólidos contenidos en 1 pie3 de MC de Brix = 96:

3.7442X.96 = 3.60 arrobas

Peso de los sólidos contenidos en 4 MC de Brix 96 y de 1250 pies3 cada una =1250X4X3.6 = 18000 arrobas.

Aplicando la form. 4: Peso de la sacarosa cristalizada contenida en las 4MC finales =

1800

100

x

100(60−36)

100−36

= 6750

Peso de 1 pie3 de MC de brix 93 según la tabla Xlll = 3.69 arrobas

Peso de los sólidos contenidos en 1pie3 de MC de Brix 93 =3.69 x 0.93 = 3.43 arrobas.

Peso de los sólidos contenidos en 2 MC DE 93 brix y de 1250 pies3 cada una = 1250x2x3.43 =8575 arrobas.

Peso de los sólidos contenidos en 2 MC de 93 brix y de 1250 pies3 cada una = 1250 x 2 x 3.43 = 8575 arrobas.

Según la fórmula 5 para mantener constante en 0.4 mm el tamaño del azúcar, las pesadas de polvillo deberán hacerse directamente proporcionales a los pesos de sacarosa cristalizada contenidos en las templas derivadas. Por lo tanto.

Si p = peso del polvillo en el 1er caso =10 lb

W = peso de la sacarosa cristalizada del 1er caso = 6750 arrobas P’ = x lb de polvillo que deberá usarse en el 2da. caso

W’ = 3831 arrobas = Peso de la sacarosa cristalizada que se supone se obtendrá en el 2do. Caso. Se realizara que:

p

p '

=

w

w '

sustituyendo.

10

x

6750

3831

de donde:

Habrá que pesar, en el segundo caso, el valor de x de la anterior proporción: x = 10 x 3831/6750 = 5.67 lb de polvillo.

PROBLEMA 27. Empleando 12 lb de polvillo se obtiene un tamaño de grano en el azúcar final que promedia 0.5 mm y con el fin de disminuir su tamaño se duplica el peso del polvillo. Suponiendo que el peso de sacarosa cristalizada en ambos casos sea el mismo aproximadamente, ¿Cuánto promediara en tamaño el nuevo grano?

Respuesta

(19)

P

P

'

=

a '

3

a

3 Sustituyendo se tendrá:

24

12

=

a '

3

0.5

3

Y despejando a’ se verá que su valor es 0,4 mm. En este problema nótese que al duplicar la cantidad de polvillo el tamaño del grano de las MC terminadas solo disminuye una décima de milímetro

Cuando existen dudas al respecto o si el método de cristalización implantado es de semillamiento completo o de shock- semillamiento se debe ir aumentando progresivamente el peso del polvillo que se está utilizando, hasta llevarlo , si es posible, al doble del usual y después irlo disminuyendo progresivamente hasta llevarlo si es posible a la mitad del peso usual y establecer las relaciones entre el peso del polvillo a la mitad del peso usual y establecer las relaciones entre el peso del polvillo y los tamaños de los granos resultantes. Cuando se está haciendo semillamiento completo estas reacciones deben ser, aproximadamente las determinadas por la formula numero 6

Medidas que propician un mayor grado de uniformidad en el tamaño de los granos

Mientras más uniformes, en cuanto a su tamaño son los granos de una MC tanto más libres y rápidamente drenara la miel de la misma durante la operación de centrifugación (purga) y tanto mayor será la calidad (polarización y pureza) del azúcar que se produzca porque será menor la cantidad de miel que quedara retenida junto con el azúcar. Esto es así porque la miel es el material que degrada el azúcar ya que contiene los sólidos no-sacarosa (impurezas) y el agua de la MC.

las siguiente medidas contribuyen a producir uniformidad de tamaño:

1. Hacer cristalizaciones que originen de una sola vez el número más conveniente de granos.

2. Procurar que el vacío del tacho se mantengan lo más estables posibles. Una caída brusca del vacío, va seguida de una también brusca recuperación del vacío al cabo de poco tiempo. Al ocurrir esto último, el tacho evaporara rápidamente (por el efecto del flash) y la MC perderá temperatura y a consecuencia de ello la templa puede reproducirse. Cuando ocurren caídas de vacío de larga duración lo más recomendable, para no exponerse a riesgos, es cerrarles al tacho las llaves de vapor y de alimentación y no abrírselas hasta que el vacío se haya recuperado.

3. Alimentar la MC en forma continua y regulada y solo excepcionalmente por el método de cebas.

4. Evítese la alimentación de meladura y de miele extremadamente densas o que contengan granos procedentes de derrames de MC que se cuece en el tacho.

5. Cuando la semilla (azúcar final) no está limpia sino que viene acompañadas de granos finísimos originados por reproducciones que en ocasiones recurren en el cristalizador, es muy conveniente “lavarla” con agua en el tacho al principio de su cocción.

(20)

6. Mantener las MC durante su cocción con la debida consistencia: ni floja ni extremadamente “dura”. Mantenerla “recogida”, para usar el término azucarero. Esta medida evitara las reproducciones.

3

. Cristalización espontánea

El operario del tacho permite que el grado de SS del material que va a cristalizar avance hasta el punto que los granos se presenten espontáneamente y cuando por observación visual, considera que el número de cristales formados es el adecuado (determinación sumamente difícil dada la viscosidad del material y el tamaño casi microscópico de los cristales), contrarresta el nacimiento de más granos partiéndole el punto al material, operación está que consiste en alimentar (cebar) el tacho con una gran cantidad de meladura: la suficiente para que el grado de SS baje hasta los valores correspondiente al desarrollo y no reproducción del grano (SS=1 a SS=1,40).

Ordinariamente, antes de que los granos se hagan visibles, la sobresaturación adquiere valores de 1.6, 1.7, o más; en esos momentos la viscosidad es tan considerable que una muestra del material, tomada con los dedos pulgar e índice, puede extenderse, formando un puente entre dichos dedos hasta una longitud de 4 a 5 pulgadas.

Cuando se granula por este método:

1. Mientras más alto se cristaliza, mas grano se obtiene generalmente.

2. Mientras más sube la SS, mas grano se obtiene generalmente. En ocasiones cuando el grano no se presenta a tiempo, el operador admite en el tacho un poco de meladura (da una ceba corta) con cuya operación, por lo regular provoca el nacimiento de los granos por efectos del shock.

3. Mientras más tiempo se demora en partir el punto, una vez que los granos se han formado, se origina más granos por lo regular.

4

. Cristalización por shock-semillamiento

Con este nombre y también con el semillamiento parcial se designa la cristalización mixta en la que se obtienen granos tanto por el efecto shock (que se produce al introducir el polvillo) como por desarrollo de las partículas de polvillo introducidas. En muchos ingenios se realiza con mucho éxito este tipo de cristalización al granular materiales de baja pureza (purezas entre 70 y 74). La cantidad de polvillo que generalmente se utiliza es de 0.5 a 1 libra por cada 100 pies3 de la carga que se cristaliza. Los graneros son cristalizadores situados cerca del tacho o tachos que cristaliza y están destinados a recibir de dichos tachos, así como a entregarles determinados volúmenes de MC finales en proceso, mediante los graneros se facilita la fabricación de las MC finales por etapas.

Desarrollo volumétrico del grano cristalizado. Se da este nombre a la relación:

Volumen de la carga cristalizada Volumen total de MC finales derivadas de la cristalización

(21)

Debido a la abundancia de granos que normalmente se producen al granular mezclas de baja pureza, un desarrollo volumétrico de 1:18 es usualmente el necesario para que el grano obtenido tenga suficiente tamaño al ser purgadas las templas que de la cristalización se derivan, cuando el desarrollo volumétrico es pequeño, la templa o templas, derivadas de la cristalización, pueden resultar de muy alta pureza, además de que el grano puede resultar muy fino.

Problema 29. Se cristalizan 600 pies3 de cierto material y se prosigue a la cochura hasta la marca de 1800 pies3 del tacho. Se depositan 1200 pies3 en un granero y con un pie de 600 pies3 que queda en el tacho se hace una MC final de 1800 pies3. Luego se toman los 1200 pies3 depositados en el granero y se hace otra MC final de 1800 pies3. Se preguntan si el desarrollo de los granos que ambas MC tendrán el mismo tamaño promedio. Supóngase que las 2 MC originaron MF de igual pureza

Resolución.

A primera vista sin necesidad de cálculos se observa un desarrollo desigual: la primera MC saldrá con granos un poco mayores que los de la segunda. Trataremos de calcular cual es la relación entre los tamaños de los granos de ambas templas. Supongamos que n sea el número de cristales de la primera MC1, o MC2. como que la segunda MC1 o MC2 proviene de doble volumen de granulación, el numero de cristales que contien será = 2n

Sea w el peso de sacarosa cristalizada, el cual es el mismo en ambas MC. Sea P1 el peso de un cristal de la MC1 y P2 el peso de un cristal de la MC2.

P

1

=

W

N

P

2

W

2 n

De donde: P1 = 2 P2

Como que aproximadamente los pesos de cristales de distintos tamaños son directamente proporcionales a los cubos de sus tamaños, designando por a el tamaño del grano de la MC y por a2 el tamaño del grano de la MC1 y por a2 el tamaño del grano de la MC2 se tendrá que:

p

1

p

2

=

a

13

a

23

y como que p1 = 2p2 resultara que:

2 P

2

P

2

=

a

1 3

a

23 De donde: 2 =

a

1 3 De donde:

a

1

a

2

(22)

De donde:

a

1

a

2 3

2

=1.26

De modo que: aproximadamente, los granos de la primera MC será 1.26 veces mayores que los de la segunda.

En la elaboración del azúcar crudo, si el azúcar se obtiene con granos de muy distintos tamaños, esto entorpece la marcha de las centrifugas.

Entre los distintos aparatos y métodos propuestos para clasificar y medir los granos de azúcar el que se ha generalizado es el del tamizado.

Para azúcar refinado se usan las mallas Tyler Nos. 20, 28, 35,48 y 65. Para el azúcar crudo las mallas 14, 20, 28 y 35 son suficientes. Se considera que el grano del azúcar crudo es excelente cuando el total de ellos queda sobre las mallas 20 y 28.

Un azúcar de alto valor A.M (abertura media) y pequeño de C.V. (coeficiente de variacion) indica que su tamaño es grande y que la gama de variaciones de tamaño es pequeña.

Como base y asumiendo que la dimensión lineal de la cara de un cristal dado es equivalente a la abertura de la malla de la especifica clasificación de tamiz de cristal.

Volumen de cristales en la forma de:

V= 0.7 a3

Tamaño de malla como sigue:

W= 1.59X0.7 a3 = 1.11 a3

Relación entre el área superficial y el peso de un cristal determinado, se expresa por

f = 4.127 X W2/3

W = peso del cristal en miligramos Tabla XIV

Peso calculado, área superficial y volumen de los cristales de azúcar basados en la clasificación por malla

Malla Abertura malla mm a Peso del cristal mg P = 1.11 a3 Num. De cristales por mg 1/W Área superficial del cristal F=4.127 W2/3 Volumen del cristal Mm2 V= 0.7 a2 Área superficial por mg del cristal mm2 f/W 5 6 7 8 9 10 12 14 16 20 24 3.962 3.327 2.794 2.362 1981 1631 1397 1168 0991 0833 0701 69.1 40.9 24.2 14.6 8.65 5.00 3.02 1.77 1.08 0.642 0.382 0.014 0.024 0.041 0.068 0.116 0.20 0.33 0.56 0.93 1.56 2.62 69.5 49.0 34.5 24.7 17.4 12.1 8.63 6.03 4.34 3.08 2.17 43.6 25.7 15.2 9.25 5.45 3.16 1.91 1.12 0.681 0.405 0.241 1.01 1.20 1.43 1.69 2.01 2.42 2.86 3.41 4.02 4.79 5.68

(23)

28 32 35 42 48 60 65 80 100 115 150 170 200 250 270 325 0589 0495 0417 0351 0295 0246 0208 0175 0147 0124 0104 0088 0074 0061 0053 0043 0.227 0.134 0.0805 0.0479 0.0285 0.0165 0.0099 0.00595 0.00352 0.00212 0.00125 0.000755 0.000450 0.000252 0.000165 0.000088 4.40 7.46 12.4 20.9 35.1 60.6 100.0 168.0 284.0 472.0 800.0 1320.0 2220 3970 6060.0 11400.0 1.54 1.08 0.769 0.545 .385 0.267 0.191 0.135 0.0955 0.0681 0.0479 0.0342 0.0242 0.0165 0.0124 0.00817 0.143 0.0848 0.0508 0.0302 0.0180 0.0104 0.00630 0.00375 0.00222 0.00134 0.000788 0.000476 0.000284 0.000159 0.000104 0.0000555 6.79 8.06 9.54 11.4 13.5 16.2 19.1 22.7 27.2 32.1 38.3 45.3 53.7 65.5 75.1 93.0

En la misma proporción en que los granos de la MC ganan peso y tamaño, la miel Se empobrece o agota, es decir disminuye su concentración y pureza.

El proceso de cristalización (de desarrollo o crecimiento de los granos ) es muy lento a bajas purezas: por eso se recomienda que las MC permanezcan el mayor tiempo posible en los cristalizadores. En general a mayor de SS corresponde una mayor velocidad de cristalización (de desarrollo del grano)aunque hay caso en que una excesiva viscosidad hace muy lento el proceso de desarrollo. Al disminuir la viscosidad a la MC facilita una mas completa y rápida separación de los cristales y de la miel.

La temperatura a la que puede calentarse una MC final, sin que empiecen a disolverse sus granos es la temperatura de saturación de su miel, la cual varia de unas templas a otras. En general mientras más alto es el brix y más baja su pureza de una MC final , a más alta temperatura podrá calentarse antes de ser purgada, sin riesgo de disolución de granos.

La determinación exacta de la temperatura máxima de calentamiento se realiza con un aparato llamado saturoscopio. El saturoscopio es un equipo de laboratorio que consta de las sig. partes . un microscopio con un aumento de 300 de diámetro . una cámara de 4 pulgadas de diámetro exterior y una pulgada de espesor, se anota la temperatura a que los cristales empiezan a disolverse. Esta es la temperatura de saturación de la miel.

El agua que circula por el equipo de enfriamiento del cristalizador, según Payne no debe de tener mas de 2°C por arriba de la temperatura de saturación de la miel, a fin de evitar recalentamiento locales que pudieran producir alguna disolución de granos.

Para dar fluidez y poder manipular las masas cocidas de muy alto brix, Van der Linden* recomienda adicionarles 15% de miel final ligeramente diluida (MF de 83 a 85 brix) al salir las masas cocidas finales de los cristalizadores.

Nuestra experiencia respecto al enfriamiento y calentamiento de MC finales descargadas del tacho a una temperatura de aproximadamente 71°C (160°F). Circulando agua a la temperatura de la masa baja hasta aproximadamente a 43.3°C (110°F)

Se suspende el enfriamiento en los casos en que se note la tendencia de la MC a endurecerse demasiado tres o cuatro horas antes de empezar a correr la MC del cristalizador para el

(24)

mezclador se empieza se empieza a circular agua caliente (cuya temperatura se controla a 65-71°C o 150°-160°F).

El punto de viscosidad mínima ocurre a una temperatura de aproximadamente a 60°C . en otras familias de mieles ese punto de viscosidad mínima corresponde a una temperatura entre 50° y 60°C. la conclusión de importancia practica que se deduce de ese hecho es que “para asegurar que la separación de la miel final de los cristales de sacarosa (durante la operación de la curva de la MC final) se realice en el punto de viscosidad mínima (para cierta pureza), el método de calentar hasta saturación (con el fin de disminuir la viscosidad que la MC ha adquirido a consecuencia de haberse enfriado en el cristalizador hasta temperaturas de 35 a 40°C) es, en principio, superior al método de dilución con agua.”

Apéndice

Deducción de la fórmula 4 sea:

100 = peso de los sólidos contenidos en la MC X = peso de la sacarosa cristalizada en la MC (pza MC) = pureza de la MC

(Pza miel) = pureza de la miel de MC

100 = pureza de la sacarosa cristalizada en la MC

El peso de los sólidos contenidos en la miel será =100 – X.

Como que la sacarosa (o pol) contenida en la MC es igual a la suma de la sacarosa (o pol) que esta cristalizada más la sacarosa (o pol) contenida en la miel, se tendrá que:

Pza MC

¿

100

¿

¿

De donde:

100 (Pza MC ) = 100 X + (100-X) (Pza miel) De donde:

100 (Pza MC) -100 (pza miel) = X (100 – Pza miel) De donde:

100 (pza MC −Pza miel)

100−Pza miel

=

x

(25)

Considérense dos templas que han sido semilladas y que respectivamente originan los pesos W y W´ de sacarosa cristalizada. Las dos tienen granos del mismo tamaño. (a).

Designando por p y p´ los pesos de polillos de azúcar con que respectivamente fueron semilladas y por n y n´ los números de partículas introducidas, cada una de las cuales, se supone origina un grano en las templas terminadas. Sea d la densidad de la sacarosa y k una constante.

Los peso totales de sacarosa cristalizada, respectivamente serán:

W = k n a3 d (1) W´= k n’ a3 d (2)

Dividiendo (1) entre (2): W’ = n

W’ n’

Como el número de partículas en el polvillo empleado al semillar es directamente proporcional al peso del polvillo utilizado se tendrá:

n = p n’ p’ De donde: W = P W´ P’ Que es la fórmula 5:

Deducción de la fórmula 6 supóngase que dos templas han sido semilladas con los pesos p y p ´ de polvillo de azúcar y que al purgarse rindan el mismo peso (W´) de sacarosa cristalizada, sean a y a´ los tamaños que sus respectivos granos han alcanzado, n y n´ el número de partículas ( cada una de las cuales origina un grano) contenidas en los pesos p y p´ de polvillo utilizados, d la densidad de la sacarosa y k una constante.

En la primera templa, el peso total de sacarosa cristalizada (W) será: W = k n a3 d

En la segunda templa; ese mismo peso (W) sera: W = k n´ a3 d

De donde:

K n a3 d = k n´ a´3 d De donde

n/n´ = a´3/ a3

y como que los números de partículas n y n´ son directamente proporcionales a los pesos p y p´ de polvillo, introducidos en el tacho para semillar, por sustitución se llega a las siguientes proporciones:

(26)

p/p´ = a´3/ a3 de donde: 3

p

p ´

=

a ´

a

De la primera de las cuales es la fórmula 6.

3. FACTORES DETERMINANTE DE LA VELOCIDAD DE CRECIMIENTO DE LOS

CRISTALES DE LAS MASAS COCIDAS

Tan pronto como se forman granos en una solución sobresaturada de sacarosa (disuelta en la parte liquida) se depositaran sobre las caras de los cristales formados, haciéndolos aumentar de peso (y por consiguiente, crecer) a una velocidad variable que puede medirse en términos de gramos ( o miligramos) de sacarosa/metro cuadrado de superficie de gramos /minuto

La velocidad así expresada se denomina velocidad de cristalización y su valor depende de los siguientes factores:

1. Grado de sobresaturación de la miel. 2. Pureza de la miel

3. Temperatura de la miel

4. Movimiento relativo de los granos y la miel

Porque durante el cocinado, continuamente están variando los 4 factores (o quizás más) que influyen en dicha velocidad de cristalización.

“Las moléculas de sacarosa siempre se mueven hacia las partes con menos concentración de sólidos. Alrededor de todos los cristales. ¿de qué depende la velocidad del movimiento de la sacarosa hacia el cristal? Esta velocidad depende de la diferencia de concentración de solidos o lo que es lo mismo de la diferencia de sobresaturación entre las diferentes partes o capas de la solución.

“Tenemos dos soluciones sobresaturadas. En el primer caso el grado de SS es de 1..10 y la miel contiene granos. Sabemos que la SS de una solución saturada es de 1.10, entonces tenemos que hallar la diferencia entre estos dos grados de SS a fin de calcular el exceso de sacarosa que se precipita:

1.10- 1.0 =0.10

“En el segundo caso, el grado de SS es de 1.05 y la diferencia entre esta sobresaturación y la solución saturada será:

1.5 -1.00 =0.05

“Como se ve el exceso de saturación, o sea, la sobresaturación en el segundo caso es menor que en el primero”

“en el primer caso la diferencia es de 0.10”

Y en el segundo caso es de 0.05; si dividimos estas diferencias sabremos cuanto más rápido es el movimiento de la sacarosa hacia los cristales en el primero que en el segundo caso: 0.10 = 2

0.05

“El resultado es 2 lo cual significa que la velocidad de crecimiento de los cristales es, en el primer caso, el doble que en el segundo caso.

(27)

“al aumentar la velocidad de precipitación de la sacarosa también aumenta la velocidad del crecimiento de los granos.

“Se mantiene un equilibrio de sobresaturación en los tachos por medio de la evaporación de agua, pues si no hubiera evaporación la miel se convertiría en saturada (SS=1) y al no existir exceso de sacarosa de la misma esta no se precipitaría sobre los cristales y el desarrollo de los granos cesaría”.

El segundo factor de los cuatro que determinan la velocidad de cristalización de las soluciones de sacarosa.

2. Pureza de la miel de la masa cocida

Mientras mayor es la pureza de la miel que está en contacto con los cristales de una MC, mayor número de moléculas de impurezas estarán al alcance de los granos y como la sacarosa es la sustancia que se incorpora al grano. A mayor pureza corresponderá mayor incorporación y por consiguiente mayor velocidad de cristalización o crecimiento.

Ha reportado que trazas de sales de manganeso y de cobalto disminuyen la viscosidad de los siropes de azúcar concentrados, reducen los tiempos de evaporación y cocimiento, producen economías de vapor y reducen las perdidas por inversión. Las investigaciones sobre no electrolitos sustancias orgánicas ponen de manifiesto que todas retardan la velocidad de cristalización de las soluciones de sacarosa.

3. Temperatura de la miel

Por otra parte, la carencia de suficientes datos experimentales sobre la velocidad de cristalización de materiales derivados de la caña de azúcar nos obliga a tomar datos de investigaciones hechas en la industria de la remolacha, las cuales deben de manejarse con precaución porque sus propiedades no son exactamente iguales a los de los jugos de caña. La tabla XIX muestra valores que determinaron Mc Ginnis y Moore, determinaron las velocidades de cristalización para distintas temperaturas y grados de sobresaturación de las mieles de masas cocidas finales de la industria de la remolacha..

Temperatur a

°C

Velocidad de cristalización (gramos/metro3/hora)a sobresaturaciones de:

1.22 1.28 1.39 1.49 1.51 1.59 65 64 63 62 60 58 56 54 52 50 48 46 44 42 40 2.10 1.50 -1.17 1.02 .88 .76 0.63 0.54 0.42 -2.35 2.15 1.82 1.53 1.34 1.19 1.04 0.89 0.73 .58 0.44 -2.01 1.66 1.49 1.36 1.24 1.13 1.04 0.97 -2.49 2.46 2.43 2.40 2.38 2.35 2.32 2.29 2.26 2.24 2.21 -2.35 1.93 1.57 1.29 1.09 0.90 -1.61 1.32 1.06 0.84 0.66

(28)

38 36 34 33 -0.89 0.83 -2.18 2.14 2.11 2.09 0.76 0.64 0.55 -0.53 0.43

-Las cifras obtenidas en esta tabla muestran una óptima velocidad de cristalización a un grado de SS de aproximadamente 1.50. Esta velocidad optima de cristalización puede explicarse de dos maneras.

1. Si el proceso de cristalización está controlado por la velocidad de difusión, esta es proporcional al grado de SS e inversamente proporcional a la viscosidad de la solución (miel)

Para grados de SS superiores a 1.50 el aumento de la viscosidad será mayor que el incremento de la SS y la velocidad de cristalización decrecerá”.

2. “Si el proceso de cristalización está controlado por una reacción interracial, el valor optimo puede ser originado por una disminución de la “actividad” de la solución sobresaturada que se produce por el aumento de la concentración de sacarosa”.

Los valores de la tabla son de interés porque muestran que para cierta sobresaturación optima (que se puede mantener en los cristalizadores donde se depositan las masas cocidas finales) la velocidad de cristalización es verdaderamente apreciable a un a temperaturas bajas.

Los valores de la tabla XIX muestran que, permaneciendo constante el grado de SS, al aumentar la temperatura de la masa cocida crece la velocidad de cristalización de la miel.

4. El movimiento relativo de los granos y la miel

A consecuencias de las buenas características de su diseño, produce MC de circulación (en el interior del tacho durante el cocimiento) satisfactoria. Corrientemente de un tacho que posee buena circulación interior se dice que “revuelve” bien. Los tachos de buena circulación operan con coeficientes de transmisión de calor superiores a los de aquello que tiene circulación defectuosa, y con ellos, por lo general se obtiene velocidades de cristalización superiores. Las condiciones de buena circulación, alto coeficiente de transmisión calórica y de velocidad de circulación, corren parejas, de forma que con los tachos de buena circulación, los cocimientos se terminan más rápidamente, aumentándose sustancialmente la capacidad de la estación de tachos. Entre las características de buen diseño, por lo general, se toman en consideración las siguientes:

La relación de superficie calórica a volumen útil, del diámetro del tubo central, la altura y diámetro de los tubos de la calandria.

El ingeniero Rafael Pedrosa puertas en su libro titulado “fabricación de azúcar crudo y refino”, respecto al diseño del tacho dice: “nosotros opinamos que para que un tacho sea bueno debe reunir las siguientes condiciones.

a). Relación de superficie de calefacción a volumen útil de, por lo menos, 1,75=1

b). Relación de 1:3 entre el volumen hasta la placa superior de la calandria y el volumen útil

total.

c). Relación de 0.10 =1.0 entre el diámetro del tubo central y el diámetro de tacho, o sea: que el

(29)

d). que la altura de la calandria entre placa y placa no sea mayor de 3 pies, 6 pulgadas, más

bien menor.

e). que el sistema de drenaje de la calandria sea tal que nunca pueda acumularse agua en el

espacio de vapor

f). que el ángulo del cono del fondo nunca sea mayor de 30° con la placa de la calandria . g). que la extracción de gases de la calandria sea tal que nunca haya acumulación de gases en

la misma.

h). que en el trayecto que recorren los vapores hacia el condensador no existan áreas que

hagan aumentar la velocidad del vapor a más de 100 pies por segundo”.

Es indiscutible que en los tachos con eficiente circulación, el movimiento de los granos con respecto a la miel que los rodea, o viceversa, es mayor que en los tachos con circulación deficiente, principalmente por que en los primeros, la capa de miel agotada que se forma alrededor de los granos es más eficientemente renovada y sustituida por el material más puro que se alimenta al tacho, y que se incorpora a la MC en circulación, es decir: un más rápido crecimiento de los granos.

En los tachos de circulación no hay espacios muertos. Se da este nombre a los lugares o secciones del tacho en que por ser muy lenta o detenerse por completo la circulación, la MC permanece casi estacionaria, independizándose, por así decirlo, del resto de la masa circulante. En una solución de sacarosa, existe un equilibrio energético entre el solvente y el soluto. Es decir que hay un equilibrio entre la energía de la molécula de sacarosa y la energía del solvente.

El tacho al evaporar agua aumenta la sobresaturación de la solución y rompe el equilibrio energético, el cual para que se restablezca es necesario que aumente la energía de la molécula de sacarosa de la solución. Cuando una molécula de sacarosa de la solución a aumentado su energía a tal punto que tiene la suficiente como para unirse a otras moléculas para formar un núcleo o bien para depositarse sobre un cristal ya existente y hacerlo crecer, esta molécula constituye un “cristalon”.

Al aumentar la circulación, se aumenta el número de veces que el cristal cruza el camino del cristalon, es decir las probabilidades de que el cristal crezca serán, mayores. Se puede resumir entonces diciendo que en el crecimiento del cristal entra en juego otros dos factores ; el agua evaporada y la circulación.

Cuanto mayor sea el agua evaporada, mayor será la cantidad de cristalones producidos: y cuanto mayor sea la circulación, mayores serán las probabilidades de que esos cristalones llegan al cristal y se depositen.

Ocurre entonces que, cuando la evaporación es alta y la circulación es baja, los cristalones que en estos casos se producen en gran cantidad, gran parte de ellos no pueden llegar hasta el cristal y entonces se unen entre sí para formar un núcleo que dará origen a un nuevo cristal. Este es el caso de formación de “falso grano”.

Si este mismo fenómeno ocurre, pero en menor intensidad, los cristalones se agrupan formando núcleo en las proximidades del cristal en donde deberían depositarse. Cuando esto ocurre, se tiene el caso de formación “conglomerados” .

Figura 27. Esquema de los efectos “de la Evaporación, alimentación y cristalización sobre el grano de SS de la miel de una masa cocida.

(30)

Zona de crecimiento del

Grano zona reproducción Zona de disolución del grano

del grano

0.9 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5

Alimentación Evaporación Cristalización

5. Total de sacarosa que la MC cristaliza por unidad de tiempo.

El peso de sacarosa que la MC cristaliza en una cantidad de tiempo es el producto de dos factores:

1. La superficie total de los cristales de la MC (o superficie en grano) en el momento que se

considere, y.

2. La velocidad de cristalización de la miel de la MC en el momento que se considere.

Superficie en grano. En un momento dado del cocimiento de dos templas que tienen el mismo peso de sacarosa cristalizada (azúcar) en suspensión, aquella que esté formada de granos más pequeños tendrá más superficie total en granos en donde podrá depositársela sacarosa

Disuelta en la miel y si esta tiene la misma pureza, grado de sobresaturación, temperatura, viscosidad y circulación que la otra de grano mayor, la de grano más pequeño, por tener más superficie en granos podrá cristalizar por minuto un peso total de sacarosa mayor que la que cristaliza la templa de grano más tamaño.

Figura 28. Cristal de forma cubica que al cortarse origina 8 pequeños cristales también de forma cubica.

S.S. DE LA MIEL

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Referencias

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