DIPLOMADO
A B C de Operaciones
®
Talleres de Procesos de Fabricación
De Azúcar
Módulo
7
Temario
Introducción - Conceptos sobre cocimientos Recapitulación de Conceptos Básicos Solubilidad de la Sacarosa Coeficiente de Saturación Soluciones Sobresaturadas Coeficiente de Sobresaturación Nucleación Zonas de SS
Relaciones de Bx con Temperatura Velocidad de cristalización
Elevación del Punto de Ebullición Presión Hidrostática
Circulación de la Masa Cocida
Elementos básicos de un Tacho de cocimiento Análisis de un Tacho
Cálculos básicos - Ejemplos Sistemas de Cocimientos
Fábrica de Crudo
Sistema de Dos Templas Sistema de Tres Templas
Esquema de Doble Magma Regla 70 - 70 Refinería Sistemas de Cocimiento Observaciones generales Operación de Tachos Carga y concentración Cristalización Semillamiento Desarrollo del Cristal Ceñido de la Templa Tiempos de Tachos
Composición de los Cocimientos Balance de Productos Cálculos
Recirculación de productos Anexos
CONCEPTOS SOBRE COCIMIENTOS
Cuando una solución azucarada se concentra por evaporación del agua, aumenta el Brix (g sólidos solubles % g solución) y la viscosidad de la misma.
Esta concentración consigue, en una primera fase, alcanzar el Punto de Saturación de la solución y, manteniendo la evaporación, entrar en las fases de sobresaturación.
En determinado punto de concentración aparecen los cristales, cambiando la naturaleza del producto, ya que pasa de un estado líquido a una mezcla de una parte sólida (cristales) y una líquida (miel madre). Pero la mezcla contiene, además, Vapor y Gases Incondensables, además de sustancias orgánicas e inorgánicas.
Esto genera modificaciones en su fluidez, en su consistencia, en sus condiciones de temperatura, en el calor específico de las partes en la mezcla, etc.
Dado que el proceso consiste en evaporar el agua de la solución, inicialmente, y luego de la parte líquida de la mezcla, se requiere un equipo de evaporación con ciertas características que lo diferencian de los evaporadores propiamente conocidos como tales.
Se evapora en un solo efecto, en forma discontinua, por cada carga, en el equipo que se conoce como TACHO DE COCIMIENTO. Actualmente se operan tachos continuos aplicados principalmente en los cocimientos de bajo grado en la Fábrica de Crudo. La consistencia que adquiere el producto y que va en aumento en la medida en que se evapora, no facilita circularlo entre cuerpos, como en un múltiple efecto.
Además, se requieren tubos calefactores de mayor diámetro y menor largo, para el intercambio calórico entre el vapor y el producto y para facilitar la circulación de éste, así como para que tal intercambio sea rápido.
Vista de piso de Tachos Tacho continuo
El producto manejado en los Tachos se denomina Masa Cocida y la carga del tacho, Templa. La carga inicial que recibe un tacho, sea de productos para cristalizar o Magma, se denomina Pie. La carga de productos a agotar se denomina Alimentación. El Magma es una mezcla de cristales de azúcar de menores calidades (2ª y/o 3ª) mezclado con agua, mieles, meladura o jugo clarificado, que se prepara en mezcladores llamados “mingler” hasta obtener cierto brix (90-92ºBx) y es depositado en cristalizadores denominados Semilleros, de donde extraen los tachos un Pie, que representa el volumen hasta la placa superior de la calandria, para luego alimentar mieles que permitan el desarrollo de los cristales.
La transferencia de masa cocida entre tachos se denomina “corte” y se usa para incrementar el tamaño de los cristales. “Hacer Semilla” o “cristalizar” son términos usados para el proceso mediante el cual se obtienen los cristales.
Los productos azucarados que se deben manejar en una fábrica no son soluciones puras, sino que contemplan una mezcla de sacarosa, otros azúcares, sales inorgánicas y orgánicas y productos de reacción generados por los calentamientos y reacciones de descomposiciones térmicas y químicas que tienen lugar durante el proceso.
Trataremos de dar resumidamente actualizaciones de estas condiciones, de los equipos, consideraciones que sobre la operación en particular se ameriten y algunas otras que se consideren necesarias para refrescar o complementar conocimientos sobre el particular.
Así, iniciaremos recapitulando algunos conceptos básicos:
Brix: Son los gramos de Sólidos Solubles contenidos en 100 gramos de solución. Es un porcentaje peso/peso, con el que medimos la concentración de una solución. Los Grados Brix (ºBx) son referidos a la concentración de una solución a 20 ºC. Puede medirse con un hidrómetro, que es un densímetro calibrado con una solución de sacarosa pura, o con un refractómetro, que es un instrumento que mide la concentración en función de la desviación de un rayo de luz (refracción) al pasar de un medio a otro de diferente densidad.
Pol: es apócope de Lectura Polarimétrica, método instrumental que permite determinar el aparente contenido de sacarosa de una solución mediante la desviación del plano de la luz polarizada al atravesar un camino óptico definido, cargado con la solución. La Pol es más representativa de la Sacarosa cuanta más alta es la Pureza del producto.
Pureza: Es la relación porcentual entre la Pol y el Brix. Dado que la sacarosa (o la Pol como representación de la misma) es un sólido soluble, determina cuánto de ésta hay en 100 partes de sólidos solubles contenidos en la solución. El resto de sólidos solubilizados representarían la “impureza” de la solución respecto al azúcar. Estas son: Azúcares Invertidos, otros azúcares (almidón, hemicelulosa, oligosacáridos, etc.), Cenizas (componentes salinos) y otros componentes orgánicos (fenoles, dextrana, etc.)
Sacarosa: Es un disacárido formado por dos monosacáridos, una Glucosa (piranosa) y una Fructosa (furanosa). La primera es Dextrorotatoria, la segunda es Levorotatoria de la luz polarizada.
El Peso Molecular de la Sacarosa es: 342,296. Cristaliza en el sistema monoclínico, con cristales hemimórficos, con hábitos prismáticos altamente afectado por las impurezas. La Densidad de la Sacarosa cristalizada es de 1,5879 g/ml a 15 ºC, por lo tanto el Volumen Específico es de 0,63 ml/g. Punto de Fusión: 185,5ºC. Temperatura de caramelización: 83ºC en productos de alto Brix.
Calor específico del Azúcar:
C = 0,2775 + 0,00085 t = 0,28 Kcal/kg t: Temperatura del azúcarSOLUBILIDAD DE LA SACAROSA - COEFICIENTE DE SATURACIÓN
La Sacarosa es muy soluble en agua y esta solubilidad aumenta con el incremento de temperatura.
Si sólo tuviéramos Sacarosa en solución tendríamos un único peso de Sacarosa que sería capaz de disolverse en 100 g de agua, para cada temperatura determinada.
Este es el Punto de Saturación.
La Saturación es un estado de equilibrio estable, para cada temperatura, y es una propiedad física de cada sustancia.
Esta solubilidad es afectada por otras sustancias disueltas, así como ella afecta la solubilidad de las mismas.
Ello motiva a que la Solubilidad de la sacarosa en soluciones que contienen impurezas se determine no sólo por la temperatura sino también por la naturaleza de esas impurezas y el cociente de pureza del producto.
El Coeficiente de Saturación es la relación:
Sacarosa/agua en soluciones saturadas impuras a tºC
Sacarosa/agua en soluciones saturadas puras a tºC
En el estado de Saturación, podemos calcular, con bajo margen de error: Sw = g de agua % Sacarosa = 0,355 (158 – t)
Sz = g de Sacarosa % agua = 28162 / (158 – t)
s = g de Sacarosa % Solución = 10000 / 100 + 0,355 (158 – t) Donde:
t = temperatura de la Solución en ºC
SOLUCIONES SOBRESATURADAS - COEFICIENTE DE SOBRESATURACIÓN
Una solución saturada de sacarosa se hace sobresaturada cuando se enfría o se le evapora el agua. Por lo tanto se aumenta la concentración relativa del soluto respecto al solvente.
Sin embargo, aún saturada, los cristales no aparecen inmediatamente, el azúcar continúa en solución y pasa al estado de sobresaturación.
El Coeficiente de Sobresaturación "k" se expresa en la relación:
k = Sacarosa / agua en la solución a t ºC Sacarosa / agua en solución saturada a t ºC
En la medida en que disminuye el solvente por evaporación o se concentra el soluto por enfriamiento, las moléculas se aproximan y entran a jugar su influencia leyes físicas como: Gravitación: G = m / d2,
Fuerzas de atracción de Van der Walls,
Afinidad Química, y las del sistema cristalográfico de formación. Siendo estos dos últimos una propiedad de cada sustancia.
Al llegar a este punto ocurre la Nucleación, es decir, la aparición espontánea de Núcleos, conjuntos de moléculas que pasaron del estado de solución al estado sólido, los que, por las leyes físicas mencionadas, captan más moléculas, incrementando su tamaño, a una determinada velocidad de crecimiento o de cristalización, dada en mg / m2 *
min. M M M NUCLEACIÓN 5 M
Se encontró que las impurezas que se absorben en la superficie de los cristales inhiben su velocidad de crecimiento. Por ello, cualquier detención en el crecimiento de los cristales permitirá tales deposiciones y alterará la posterior recuperación del proceso. Las
impurezas tienen mayor efecto sobre la velocidad de cristalización que sobre la solubilidad.
Definimos sobresaturación como la relación del peso de sólidos disueltos en
un peso de agua con el peso de sólidos disueltos con que se satura el mismo peso de agua, a la misma temperatura.
Durante la Cristalización de la sacarosa y el desarrollo de los cristales, manejamos sobresaturaciones, cuya estimación es necesaria para llevar a buen fin la operación.
Es así que debemos medir (o comparar con tablas preestablecidas) la solubilidad de la sacarosa (su punto de saturación) bajo las condiciones prevalecientes para cada sitio (y a veces tiempos) y para cada situación particular.
Las principales variables que afectan este punto de saturación son: la temperatura (directamente proporcional a la presión) y la composición y cantidad de las impurezas disueltas, que condicionarán a su vez la viscosidad del medio.
La solubilidad aumenta rápidamente con la temperatura, como ya vimos y es afectada en diferente forma por los otros sólidos en solución. En módulos anteriores vimos que: - Los Azúcares Invertidos reducen la solubilidad de la sacarosa, al disminuir el peso de la misma capaz de solubilizarse, en presencia de invertidos y en relación directa a la proporción de éstos en la solución; - Las Sales normalmente incrementan la solubilidad, como vimos en los gráficos correspondientes; - Oligosacáridos, almidón, dextrana, gomas, etc. incrementan la viscosidad y, por consiguiente la tensión superficial de las mieles adheridas al cristal, afectando la difusión molecular y las reacciones superficiales, además de ocluir impurezas en los mismos.
Si el proceso de cristalización es analizado en detalle, los parámetros que influencian la difusión molecular (en la solución) y las reacciones superficiales (en los cristales) pueden identificarse.
La temperatura de cristalización juega un importante papel en lo tocante a la etapa límite de velocidad de crecimiento en la cristalización. Como se sabe, a baja temperatura, la cristalización es controlada por la reacción superficial, mientras que con altas temperaturas es la difusión la que controla la misma (Houghton at al., 1998; Van der Poel
et al., 1998).
La viscosidad es un factor dominante en la tecnología de la cristalización. La velocidad de desarrollo de los cristales es sensible a la variación en el tamaño de los cristales y está afectada por la integración superficial, con la etapa de difusión molecular en el crecimiento de los cristales como un factor determinante, afectado por la viscosidad (Gumaraes et al., 1995). Van Hook (ISI- Enero1989) demostró que la capa de miel que rodea al cristal es de unos 100 µ, y su viscosidad incrementa exponencialmente con la pérdida de moléculas de sacarosa.
Esta indeterminación realmente lleva a que se deben definir para cada caso los coeficientes “k” de sobresaturación.
Véanse algunos coeficientes reportados por textos técnicos:
Herzfeld: Poca sobresaturación: 1.00 – 1.25
Zona Operación tachos: 1.25 – 1.40
Zona de Formación de falso grano: >1.40 Webre: Límites de k para soluciones de sacarosa pura:
Zona Metaestable: 1.0 – 1.2
Zona Intermedia: 1.2 – 1.3
Zona Lábil: > 1.3
Gillett: Para masas cocidas de alta pureza de baja pureza
Zona Metaestable: 1.0 – 1.4 / 1.5 1.0 – 1.6
Zona Lábil: > 1.5 > 1.7
Es importante hacer una acotación para dejar claros los conceptos:
1.- Para cada temperatura hay un solo valor de saturación, es decir, un punto en un sistema de coordenadas cartesianas que representen en un eje la temperatura y en otro
los mg/l del soluto u otro elemento que lo represente. La unión de estos puntos dará una
línea que representa la frontera entre las zonas de insaturación y las de sobresaturación.
2.- Para cada temperatura hay múltiples valores de sobresaturación, definidos por las características de la migración y concentración molecular del soluto en el solvente, por lo que las definimos como zonas en similar conjunto de coordenadas.
ZONAS DE SOBRESATURACIÓN Metaestable:
En ella, a pesar de estar la solución sobresaturada, la relación de concentración, temperatura y movimiento de la masa del producto, permiten que las moléculas no precipiten como núcleos espontáneamente, pero sí son atraídas por núcleos ya formados (Afinidad Química, fuerzas de Van der Walls), depositándose como cristaloides sobre los mismos, en disposiciones específicas (Sistema Cristalográfico).
Es la zona de crecimiento de los cristales, cuya velocidad será mayor cuanto mayor sea la concentración (evitando introducirse en la zona siguiente) y menor la cantidad de impurezas presentes en la solución.
Cuando se practica la Cristalización por Semillamiento Integral, es la zona donde se inyecta la Semilla (azúcar finamente pulverizada, seca o en una mezcla alcohólica) en cantidades apropiadas al resultado final de volumen de granos que desea obtenerse, al lograrse el coeficiente de sobresaturación determinado para ese producto.
Se debe cuidar de mantenerse en el punto óptimo de concentración y con las condiciones del proceso lo más estables posibles y para ello se requiere disponer de control instrumental en los equipos, bastante sofisticados.
Intermedia:
En ésta pueden formarse nuevos cristales, pero sólo si ya hay cristales ya existentes.
Cuando se practica el Semillamiento por Choque, debe concentrarse la solución hasta valores de sobresaturación que estén dentro de la zona, inyectándose la Semilla (que obviamente puede ser similar a la anterior) al alcanzarlos.
Esta adición de azúcar excedente y normalmente a menor temperatura que la del material que se está procesando, crea dentro de la masa del producto “focos” de supersaturación que produce efectos de aparición de núcleos, por lo que esta práctica no está totalmente libre de peligros de reproducción.
El Operador debe ser lo suficientemente hábil y conocer a fondo su equipo, para dar sólo el tiempo suficiente a la dispersión de los mismos en el seno del producto, dando entonces una pequeña alimentación que regrese la sobresaturación del producto a la zona Metaestable, para evitar la formación de mayor cantidad de granos.
Esta zona es de peligro en la operación normal, por cuanto puede generar “reproducciones” o “falso grano”, si la alimentación al tacho no es continua y/o se concentra en exceso la miel madre.
Lábil o Inestable:
En química, se llama así a los compuestos fáciles de transformar a formas más estables.
Esta zona se reconoce justamente por ser altamente sobrepasable en condiciones de operaciones normales, por cualquier pequeño factor que altere las condiciones del medio.
Su nombre lo indica, el grado de concentración alcanzado hace que las moléculas “quiebren” la estabilidad de la solución y precipiten como sólidos, dando lugar a la formación espontánea de núcleos de cristales.
Esta operación es totalmente artesanal y depende sólo de cada individuo y su experiencia.
Esta práctica se conoce como Semillamiento por Espera. Es la más antigua de las prácticas de semillamiento. Sus resultados son totalmente irregulares. Lo típico era que al observarse en el vidrio de muestras el destello en el seno del producto, provocado por el movimiento browniano de los núcleos, se procediera a cortar la producción de éstos mediante una serie de alimentaciones o de adiciones de agua, que disminuyeran la concentración. El volumen de las mismas es totalmente arbitrario e irregular, por lo que podía suceder que no se bajara la concentración lo suficiente y continuara una reproducción, lo que generaría granos sumamente disparejos o que se bajara demasiado y se disolvieran los núcleos formados.
Determinación de datos de saturación y sobresaturación:
Así como la denominación de las zonas se tomó de Webre, para los coeficientes k se usan los de Herzfeld, situándose la zona de trabajo en los tachos entre 1.25 y 1.40, o valores que en la práctica se determinan para cada fábrica en particular.
Mi particular experiencia es manejar, una vez obtenidos los cristales, valores de k del orden de 1,10 – 1,20.
Para determinar el punto de saturación y las concentraciones correspondientes a las diferentes zonas de sobresaturación del producto que se maneja, se requiere un microscopio, un refractómetro y dedicación y paciencia.
Procedimientos:
Para definir el punto de saturación, se colocan cristales de azúcar seleccionados, de aristas agudas, en el receptáculo de la sonda y se someten a la acción del producto que se está concentrando.
Se retiran y renuevan los cristales en la sonda, midiendo el brix en cada etapa y observando en el microscopio los cristales. Cuando se determine que la acción del producto dejó de redondear las aristas de los cristales, se tiene el punto de saturación, para la temperatura a que se está trabajando. Considérese Bx, presión de vapor, temperatura del producto y vacío.
Para determinar la línea Metaestable, concéntrese la templa hasta que comiencen a aparecer núcleos nuevos (falso grano). El Bx correspondiente y la temperatura de operación nos darán el límite superior de la zona Metaestable.
Si no adicionamos semilla, sino que hacemos una cristalización por espera, hasta la aparición espontánea de los núcleos, definiendo el Bx y la temperatura, tendremos con mucha aproximación el punto de sobresaturación de la zona lábil.
COEFICIENTES “k” A TEMPERATURAS DE OPERACIÓN Temp.
ºC Coef. SS k g SAC/100gSol Veloc. Cristal.
1.00 74.18 0 1.01 74.92 720 1.02 75.66 2210 60 1.03 76.41 1.04 77.15 1.05 77.89 1.06 78.63 1.07 79.37 1.00 76.22 0 1.01 76.98 1700 1.02 77.74 4000 70 1.03 78.51 1.04 79.27 1.05 80.03 1.06 80.79 1.07 81.56 VELOCIDAD DE CRISTALIZACIÓN
La velocidad de cristalización, que es la velocidad de crecimiento del cristal por deposición de moléculas o grupos de ellas (cristalones), medida en mg / m2 * min, es la
que nos dará un efectivo rendimiento del cocimiento. Pero deben considerarse los siguientes factores que la afectan:
1.- Pureza de la miel madre. Recordemos que a mayor cantidad de impurezas, éstas pueden depositarse sobre las superficies cristalinas inhibiendo la adición de nuevas moléculas. Por otro lado, mayor cantidad de impurezas producen un correlativo aumento de viscosidad. Ambas actúan retardando la velocidad de cristalización, condición fácilmente observable entre las templas de diferente tipo.
2.- Viscosidad del producto. La acción de G (fuerza de gravitación) está asociada con el medio en el que deben desplazarse las partículas, lo que es válido también para las moléculas, por lo tanto, si éste es excesivamente viscoso, no permitirá la transferencia hacia los cristales.
3.- Sobresaturación. Está demostrado que la velocidad de absorción de moléculas por los cristales es proporcional al cuadrado de la sobresaturación. Para ello debe haber una concentración constante y proporcional del producto. No debe sobrepasarse el punto crítico, determinado en la práctica como k = 1,44, a partir del cual la concentración está fuera de control y se produce falso grano en exceso.
4.- Temperatura (que influye sobre la viscosidad y el grado de sobresaturación). Si hay una disminución de la temperatura, hay un aumento de la viscosidad, de la densidad y de la sobresaturación, por lo tanto se producen simultáneamente factores que afectan el control del cocimiento.
5.- Circulación de la masa cocida. El efecto, para este caso, es la renovación de la miel madre que circula el cristal, que va agotándose de sacarosa en la medida en que cede moléculas. Por ello se requiere que los cristales estén trasladándose constantemente.
6.- Cantidad de cristales. Debe tenerse la suficiente cantidad de los mismos para que haya la mayor adsorción de sacarosa posible.
ELEVACIÓN DEL PUNTO DE EBULLICIÓN (E.P.E.)
La E.P.E. es la diferencia entre la temperatura de una solución en ebullición y la temperatura de los vapores que ella produce.
Veamos las siguientes observaciones:
1.- E.P.E. aumenta a medida que la pureza disminuye.
2.- E.P.E. es directamente proporcional a los sólidos disueltos en 100 partes de agua, para determinadas pureza y temperaturas.
3.- E.P.E. disminuye a medida que baja la temperatura.
En base a éstas, es posible determinar, si se tienen los termómetros adecuados, el “k” en cualquier momento del proceso, conociendo el E.P.E. del punto de saturación, simplemente por la división del E.P.E. en el momento sobre el del punto de saturación.
Por ejemplo, EPE en punto de saturación: 13ºC; EPE en el momento de la medición: 16ºC;
k = 16 / 13 = 1,23
PRESIÓN HIDROSTÁTICA
Cuando se carga inicialmente el tacho su evaporación es similar a la de un Melador.
Una vez formado el grano, o cuando se toma un pie que ya contiene granos, se alimenta y lleva a ebullición y se levanta la carga, el material va aumentando su viscosidad y su densidad.
Imaginemos ahora al material saliendo por la parte superior de los tubos calefactores:
A medida que se incrementa el volumen de masa sobre él, el líquido que sale se ve Tv
frenado por ese peso extra, dificultando su salida, por lo que se retiene más en estos tubos, calentándose y modificando su coeficiente k.
Si no hubiera circulación, las capas sucesivas de masa tendrían temperaturas que aumentarían con la profundidad.
Sabemos que el grado de saturación de una solución azucarada se modifica
rápidamente con la temperatura, de modo que si la capa superior está sobresaturada, a medida que descendamos bajará k hasta insaturarse y redisolver cristales.
Se asume un aumento de presión en el orden de 150 g / cm2 / m de profundidad. Esto limita al diseñador la altura que puede alcanzar el producto dentro del tacho, definiéndolo como máxima altura hidrostática. En la actualidad se limita a 1,8 m. Sin embargo, la introducción de los circuladores mecánicos permite incrementar la misma. CIRCULACIÓN DE LA MASA COCIDA
Las cosas que ocurren dentro de un tacho en operación no son simples.
La MC está en circulación, lo que produce su mezcla y tiende a darle una temperatura media (no confundir con uniforme).
En ciertas zonas tendremos sobresaturación pero puede ocurrir que tengamos focos de insaturación.
Por ello es importante revisar que el diseño de los aparatos seleccionando favorezca el movimiento del producto y/o añadir accesorios que mejoren la circulación.
Entendamos el proceso:
La circulación se origina por el calentamiento de la MC que pasa a través de la superficie de calentamiento tubular.
Esto disminuye la densidad y la viscosidad, especialmente en las capas más cercanas a las paredes de los tubos (por mayor transferencia de temperatura) lo que genera una “lubricación” que facilita el desplazamiento del producto.
Al tener menor densidad, tiende a subir hacia la superficie, generando un empuje, que se incrementa por las burbujas de vapor que se forman en el seno del producto caliente y que suben arrastrando con ellas el material que las rodea.
Por otro lado, si hay un flujo ascendente, debe haber uno descendente, facilitado por la sección libre de restricciones del tubo central. La masa que ya estaba ya arriba, más densa, tiende a bajar.
La causa del movimiento es la diferencia de densidad que se origina por el calentamiento, siendo ésta la fuerza que produce la circulación, proporcional a la diferencia de temperatura entre las zonas más frías y más calientes de la masa cocida.
Cuando el producto es ligero, con poca contrapresión de carga hidrostática y aún no se ha “ceñido” la templa, los efectos de la circulación son poco notorios. Sólo al final de las templas es que se pueden observar las diferencias en rapidez de cocimiento, por una adecuada circulación. En la fase final de las templas, la superficie de calentamiento no trabaja como un evaporador, sino como un calentador que tiene que elevar la temperatura de la masa cocida que pasa en forma laminar a través de ella.
Con la templa en sus niveles más altos, tenemos las mayores cargas hidrostáticas sobre la salida de los tubos calefactores y la evaporación (la formación de burbujas de vapor) sólo ocurre notoriamente en el cuarto del volumen superior de la masa cocida
(entre unos 30 y 60 cm debajo de la superficie).
La masa cocida que sale de los tubos tiene muchos puntos de diferentes temperaturas. A medida que la masa asciende estos puntos llegan a un nivel de vacío
local que corresponde al punto de ebullición a esa temperatura, produciendo un flash que libera una burbuja de vapor. Este vapor, a su vez, calentará focos más fríos, tendiendo a producir un promedio de temperatura en la masa. Existen dos peligros:
1) que haya poca motilidad o puntos con temperaturas locales muy altas, lo que producirá coloración;
2) que se llegue a puntos de insaturación, con redisolución de los cristales.
Webre (1948) estudió extensamente el tema de la circulación de la masa cocida, su velocidad y relación de transmisión de temperatura en el producto. Así, encontró que la diferencia de temperatura entre la MC entre la que fluía por el centro del tubo y la de la periferia era, al inicio de la templa (50% del volumen del equipo) era de unos 4ºC, subiendo esta diferencia a medida que se desarrollaba la templa y la circulación era más lenta, hasta unos 30º al final de la misma. De igual manera, trabajando con MC de bajo grado, con 6 horas de cocción, determinó que las velocidades de circulación eran:
Hora m/seg 1ª 0,459 2ª 0,189 3ª 0,045 4ª 0,009 5ª 0,006 6ª 0,003
Ello llevó a la conclusión de que para que halla ebullición, requerimos una temperatura que corresponda a la del vacío, a la que se debe sumar la requerida por la presión hidrostática producida por el peso de la MC sobre el nivel de los tubos, más el efecto de aumento por incremento de la densidad y de la pureza de la MC.
Así, a medida que se debe aumentar la temperatura por estos efectos, la sobresaturación va disminuyendo, pudiendo llegar hasta el punto de saturación y hasta resultar insaturada, lo que redisolvería los cristales. Pero, al incorporarse en el seno de la
MC, más caliente, levantaría nuevamente, en forma brusca su nivel de sobresaturación, dando lugar a la formación de nucleaciones no controladas, formando “falso grano”.
Elementos básicos componentes de un Tacho de Cocimiento
Superficie calefactora, Calandria:
- Un haz tubular - Un tubo central - Dos placas
- La(s) entrada(s) de vapor
- Las salidas de aguas condensadas y gases incondensables Fondo: - Un sector cilíndrico - El fondo en sí mismo - Válvula de descarga Cuerpo: - Un sector cilíndrico
- Relación Superficie / volumen - Altura de Carga Hidrostática
- Mirillas o lunetas - Tubo de alimentación - Válvula para romper el vacío - Entrada de vapor para “escoba” - Separador de arrastres
Cono superior y domo:
- Separador de arrastres
Superficie calefactora, Calandria: Está formada por:
- Un haz tubular, dotada de tubos de igual diámetro, normalmente son de 3,5 a 4
pulgadas de diámetro, de cobre, acero inoxidable u otro metal que asegure una satisfactoria transmisión calórica, en una distribución que permita el mayor número de tubos posibles, la máxima resistencia constructiva y un adecuado flujo de vapor entre los mismos, asimismo se toma en cuenta la longitud de los mismos, para evitar sobrecalentamientos;
- Un tubo central, para descenso de la masa cocida en su circulación, cuyo diámetro se
define como un porcentaje del diámetro de la calandria y/o cuya sección tenga una adecuada relación con la sección total de los tubos;
- Dos placas circulares de espesores adecuados, agujereadas, para disponer en la
misma, adecuadamente repartidos, los tubos calefactores y el tubo central.
Los tubos normalmente se sujetan por mandrilado o soldadura y el tubo central se suelda. Todo el conjunto se sitúa dentro de un cilindro envolvente de lámina de acero de espesor correspondiente a la presión del vapor que se usará.
- La(s) entrada(s) de vapor, de diámetro adecuado para satisfacer el flujo requerido. - Las salidas de aguas condensadas y gases incondensables. Normalmente 2, 4 o 6,
la evacuación del agua condensada, se usan para fomentar el sentido del flujo del vapor calefactor. En las mismas cajas de adiciona un tubo colector de los gases incondensables más pesados, que se unen a un colector, que normalmente rodea el tacho. Los livianos requieren colocar horizontalmente dentro de la calandria, por debajo de la placa superior y hasta cerca del tubo central, un par de tubos de poco diámetro, agujereados por la cara inferior, que se conectarán al colector de gases incondensables que provienen de las cajas colectoras de agua.
Fondo:
Está formado por:
- Un sector cilíndrico. Situado inmediatamente bajo la calandria. Su altura debe permitir trabajar holgadamente en el mandrilado o soldadura de los tubos por debajo de la placa inferior. Es una zona de alto desgaste por abrasión.
- El fondo en sí mismo. Puede tener la forma de un cono truncado invertido, o ser semiesferoidal, o un doble cono o doble esferoide, con lo que se busca facilitar la circulación de la masa cocida y que no se formen zonas “muertas”.
- Válvula de descarga. La misma debe permitir una rápida evacuación de la templa, al
terminar el cocimiento. Se recomienda que su diámetro esté entre 1/6 y 1/8 del diámetro del tacho. Actualmente se usan con buenos resultados válvulas tipo mariposa.
Cuerpo:
Existen varias formas del cuerpo situado sobre la calandria, cuyo propósito es mejorar las características hidrodinámicas del equipo, para mejorar la circulación de la masa cocida dentro del mismo, disminuyendo los efectos de la carga hidrostática.
Analizaremos básicamente los de configuración cilíndrica.
Su diámetro y altura están supeditados a las siguientes condiciones:
1- Relación Superficie / volumen. Se requiere que la misma esté en el orden de 6 – 7 m2/m3 (1,9 – 2,2 pies2 / pies3), relaciones mayores son permitidas hasta un tope cercano a
10 m2/m3, pero no es usual. Relaciones menores generarán equipos de baja efectividad.
2- Altura de Carga Hidrostática: Actualmente se diseñan los equipos para que ésta sea lo más baja posible, normalmente no pasando de 1.6 – 1.8 m, sobre la placa superior de la calandria.
3- La fuerza motriz de la circulación. Que estará dada por el material de construcción, la altura final del cocimiento, la relación entre la sección de tubos y el tubo central, y como se dijo antes, el volumen final de la templa.
4- El volumen de vapor, que es la zona sin carga del cuerpo, donde las partículas arrastradas por el vapor pueden caer nuevamente sobre el producto, asegurando una baja velocidad del vapor producido.
Mirillas o lunetas. Se colocan en lo que se considera el frente del tacho, espaciadas
entre sí por cortas distancias o situadas a ambos lados de un eje longitudinal, para mantener siempre a la vista el nivel de la masa. Tienen importancia: la primera a partir de la calandria, porque ella definirá la observación del volumen de granado. Y las dos últimas, que se situarán de manera tal que la máxima carga hidrostática de operación corresponda al centro de la última, quedando la penúltima para establecer el volumen final de la templa, al romper el vacío.
Tubo de alimentación. Normalmente éste entra al tacho por sobre la placa superior de la
equipos que alimentan por varias tomas situadas por debajo de la placa inferior. Lo recomendable es disponer, en los tachos donde se debe semillar, de un tubo de alimentación de unas 8 pulgadas de diámetro para hacer rápidamente la primera carga a concentrar y tuberías para alimentación de 2 – 4 pulgadas, dotadas de válvulas que permitan estimar y regular el flujo. En el caso de tachos de uso de múltiples cocimientos, como suele suceder en la fábrica de azúcar crudo, es conveniente disponer de un manifold al que lleguen diferentes tipos de mieles, con válvulas que aseguren un perfecto cierre, para evitar posibles mezclas indeseadas de productos.
Válvula para romper el vacío. La misma se sitúa en la parte superior del cuerpo
cilíndrico y su diámetro debe permitir, una vez terminado el cocimiento, cargar el volumen de aire que corresponde a la parte superior del tacho, no ocupada con la masa cocida. Es importante que esta operación requiera entre 1,0 y 2,0 minutos para evitar una compresión excesivamente brusca.
Entrada de vapor para “escoba”. Se acostumbra montar sobre la zona superior del
cuerpo cilíndrico un anillo tubular o una cruz de tubos de 2 – 4 pulgadas, en ambos casos con agujeros de ¼ - ½ pulgadas, repartidos en forma equidistante y conectados a una línea del vapor seleccionado para esta operación.
Es práctica común que se considere que se dio suficiente “escoba” cuando se llega a cierta temperatura en el cuerpo del tacho. Ello no es totalmente errado, lo que sí lo es, es el concepto. La escoba, es decir, la disolución de restos de la templa que quedaron residuales, no se consigue específicamente con el calor, sino con la condensación del vapor usado, que disolverá este material. Además, al estar el tacho cargado de vapor, se facilita la nueva operación al conectarlo con el condensador barométrico, generando el vacío necesario, por condensación de este vapor, lo que en el mejor de los casos disminuye el tiempo para lograrlo, aliviando el trabajo de las bombas de vacío. En muchas fábricas, donde se da escoba con un vapor de baja presión (V1), no se rompe el vacío a la atmósfera, sino abriendo poco a poco la entrada del vapor escoba, que nivela la presión, rompiendo el vacío y va levantando ligeramente la presión en el cuerpo, empujando la masa hacia la descarga, condensando a la vez, con lo que se acortan sustancialmente los tiempos “muertos” del ciclo.
Separador de arrastres. Este aditamento normalmente se monta sobre la última parte
del cuerpo cilíndrico o sobre el inicio del cono de cierre superior, antes del separador del domo. Puede ser del tipo llamado “centrífugo”, que consta de una serie de deflectores que provocan el cambio de dirección del vapor. Otro tipo es una serie de láminas en zigzag. Ambos eliminan las gotas de líquido azucarado de la corriente del vapor por cambios de dirección, provocando su caída hacia el producto que se cocina.
Cono superior y domo.
En la parte superior del tacho, el cuerpo cilíndrico se cierra con un cono truncado o una semiesfera, que se corona con un cuerpo cilíndrico o domo.
Normalmente este último tiene en su parte interna otro separador de arrastres consistente en un par de cilindros de menores diámetros que obligan al vapor a cambios de dirección antes de salir por el tubo colector hacia el condensador barométrico.
También es práctica común situar otro separador de arrastres en el colector hacia el condensador barométrico, como elemento de seguridad, descargando por medio de un tubo que se conecta en la parte superior del cuerpo.
Análisis de un Tacho de Cocimiento:
Veremos a continuación dos ejemplos de cálculos de tachos.
El primero es para un manejo rápido de uno ya existente, determinar sus condiciones y sus parámetros.
El segundo está más referido a la construcción de un nuevo equipo.
En los Anexos se exponen nuevamente los dos casos de análisis de estos equipos, respecto a los cuales deben analizarse, entre otros, los siguientes factores:
- La relación diámetro del Tubo Central debe ser un 50% del diámetro de la calandria
- La relación Superficie / Volumen debe ser superior a 6,5 m2 / m3
- El volumen hasta la placa superior de la calandria debe ser inferior a un 35% del volumen de trabajo, siendo ideal tener un 30%. Ello implica disponer de un 65% o más del volumen para desarrollar el cristal.
- La altura de carga hidrostática no debe pasar de 1,8 m, a partir de la placa superior de la calandria, siendo ideal 1,5 m (si no existe circulador mecánico) - El volumen del cuerpo sobre el nivel de carga hidrostática, “volumen de vapor”,
debe ser alrededor de un 40% del volumen del cuerpo desde la placa superior de la calandria hasta el domo.
- Deben asegurarse diámetros adecuados a las tuberías de alimentación de vapor, salidas de condensados y gases incondensables y de descarga de producto.
- En los tachos que se usen para cristalizar, recomendamos una tubería anexa de alimentación de un diámetro no menor de 8”, para una carga rápida del volumen inicial.
- La tubería de “escoba” debe suministrar un vapor que condense con facilidad y distribuir adecuadamente el mismo hacia las paredes del cuerpo y el tubo central.
- Si se montarán sistemas de circulación mecánica deben colocarse de forma tal que “empujen” la masa cocida desde el tubo central hacia el fondo. Recomiendo que se sitúen de forma que el fondo de las paletas estén a unos 150 - 200 mm por sobre el borde inferior del tubo central.
- En los equipos usados para cristalizar debe colocarse la entrada de semilla por debajo de la calandria, lo más cerca posible del tubo central, buscando una distribución lo más homogénea posible.
- Igual consideración se debe hacer para la tubería de alimentación.
- La primera mirilla debe montarse lo más cercana posible a la placa superior de la calandria.
Primer Ejemplo:
Diámetro Cuerpo mm 3660
Secc. Cuerpo m2 10,5209
Diámetro Calandria mm 3660
Secc. Calandria m2 10,5209
Diámetro Tubo Central mm 1380
Diámetro Tubo Central Pulg. 54,33
Vol. Tubo Central m3 1,8248
Altura Cuerpo (desde Calandria) mm 3060
Vol. Total del Cuerpo Cilíndrico m3 32,1940
Vol. Cuerpo Cilíndr. por cm de altura m3 0,10521
Altura Calandria mm 1000
Altura cilindro bajo Calandria mm 300
Vol. Cilindro Bajo Calandria m3 3,1563
Altura fondo mm 500
Vol. Fondo (Aprox.) m3 1,7535
Altura Carga Hidrostática mm 1900
Numero Tubos # 590
Diámetro Tubos mm 101,6
Diámetro Tubos in 4,0
Secc. Total de los Tubos m2 4,7833
Vol. Tubos m3 4,7833
Vol. Hasta Calandria m3 11,5
Alturas en cm
Centro 1a. Mirilla (Altura sobre Caland.) mm 200,0
Centro 2a. ,, mm 475,0 Centro 3a. ,, mm 630,0 Centro 4a. ,, mm 850,0 Centro 5a. ,, mm 1030,0 Centro 6a. ,, mm 1400,0 Centro 7a. ,, mm 1680,0 Centro 8a. ,, mm 1890,0 Volúmenes
Al Centro 1a. Mirilla m3 13,6
,, Centro 2a. ,, m3 16,5 ,, Centro 3a. ,, m3 18,1 ,, Centro 4a. ,, m3 20,5 ,, Centro 5a. ,, m3 22,4 ,, Centro 6a. ,, m3 26,2 ,, Centro 7a. ,, m3 29,2 ,, Centro 8a. ,, m3 31,7
Relación Diam. Cal. / Diam. Cuerpo 1,000
Relación Diam. TC / Diam. Cal. 0,3770
Relación Secc. TC/ Secc. Cal. 0,1422
Relación H Carga Hidrost./H Cuerpo 0,6209
Relac. Secc. Total Tubos/Secc. Cal. 0,4547
Relación Secc. Total Tubos/ Secc.
TC 3,1980
Secc. Tubos /Secc. Cal. - Secc. TC 0,5300
Vol. Calandria % Vol. Operativo 36,33
Vol.1a. Mirilla %Vol. Operativo 42,97
Superficie Calefacción m2 188,3
,, ,, (Ft2) p2 2027,1
Vol. Operativo Total m3 31,7
,, ,, (Ft3) p3 1119,4
Relación Superficie / Vol. m2/ m3 5,94
Segundo Ejemplo:
DATOS DE ENTRADA
Volumen Útil del Tacho 28,0 m3
Diámetro Externo de los Tubos 101,60 mm
Espesor de Paredes de los Tubos 1,50 mm
Largo útil de los Tubos 1000,00 mm
Altura Máxima de Masa Cocida en el Cuerpo 1674,34 mm
Altura de Masa sobre la Placa Superior para cristalizar o Pié 50,00 mm
Coeficiente K (0,45 a 0,55) 0,50
Factor de Relación Volumen / Diámetro de Tacho (máximo 2,2) 2,09 Relación D/Δ (Diámetro do Tubo Central / Diámetro de Tacho) 37,70 %
Factor Altura del Cuerpo 134,63 %
Tasa de Evaporación 40,00 Kg./m2
Factor Consumo de Vapor 1,20
Número de Entradas de Vapor en la Calandra 2,00
Vapor de Alimentación V2
CÁLCULOS - DIMENSIONAMIENTO DEL TACHO
Volumen Útil del Tacho (V) 28,00 m3
Diámetro del Tacho (Δ) 3,660 mm
Diámetro Interno de los Tubos de calentamiento (di) 98,60 mm
Superficie del Tacho (Total) 10,52 m2
Superficie del Tubo Central 1,50 m2
Superficie Libre del Tacho (excepto superficie del tubo central) 9,03 m2
Superficie Interna Total de los Tubos de Calentamiento 4,51 m2
Coeficiente K (0,45 a 0,55) 0,499
Diámetro Interno del Tubo Central 1,380 mm Número de Tubos 590 tubos
Paso 116,68 mm
Superficie Interna de Calentamiento (SAI) - Si 182,76 m2 Relación Si / V 6,53 m2 / m3
Superficie Externa de Calentamiento (SAE) - Se 188,32 m2
Relación Se / V 6,73 m2 / m3
Altura de la Calandria (por lado vapor) 985 mm
Altura del Cuerpo (desde nivel de masa al separador de arrastre) 2,254 mm
Altura del Cuerpo (desde placa superior al separador de arrastre) 3,928 mm
Volumen Ocupado por la Masa - Tubos de Calefacción 4,51 m3
Volumen Ocupado por la Masa - Tubo Central 1,47 m3
Volumen Ocupado por la Masa - Calandria 5,98 m3
Volumen Ocupado por la Masa - Fondo 3,09 m3
Volumen Ocupado por la Masa - Cuerpo 17,62 m3
Volumen Útil del Tacho (V) 26,68 m3
Volumen de Masa sobre la Placa Superior (para cristalizar o pié) 0,53 m3
Volumen de Pié de Cocimiento 9,59 m3
% Volumen Pié de Cocimiento 34,25 % Relación Si / V 1,99 ft2/ft3
CÁLCULOS - DIMENSIONAMIENTO SISTEMAS DE VAPOR PRODUCIDO
Producción Másica de Vapor 7,310 Kg./h
Producción Volumétrica de Vapor 55,763 m3/h
Presión del Vapor producido 24,00 inHg
Volumen Específico del Vapor Producido 7,63 m3/Kg.
Velocidad del Vapor en Cuerpo (máximo 6,0 m/s) 4,23 m/s
Velocidad del Vapor en Boca de Salida del Cuerpo 60,00 m/s
Diámetro de la Boca de Salida 23,00 in
CÁLCULOS - DIMENSIONAMIENTO SISTEMAS DE VAPOR DE ALIMENTACIÓN
Consumo Másico de Vapor de Alimentación 8,772 Kg./h
Consumo Volumétrico de Vapor de Alimentación 10,808 m3/h
Volumen Específico del Vapor de Alimentación 1.23 m3/Kg.
Velocidad del Vapor en la Entrada de la Calandria 35,00 m/s
Diámetro de Entrada de Vapor a Calandria 10,00 in
CÁLCULOS - DIMENSIONAMIENTO SISTEMAS DE CONDENSADOS
Número de Drenajes de Condensado 2,00
Densidad del Condensado 0,80
Velocidad en el Tubo de Drenaje 0,50 m/s
Velocidad en el Colector Principal 0,60 m/s
Producción Total de Condensado 10,80 m3/h
Cantidad de Condensado por Drenaje 5,40 m3/h
Diámetro de Tubo de Drenaje 3,00 in Diámetro de Colector Principal 4,00 In
Tabla de Vapor
Vapor Presión P. Abs. Volumen Esp.
VE 1,50 Kg./cm2 2,48 bar 0,72 m3/Kg. V1 0,75 Kg./cm2 1,75 bar 1,00 m3/Kg. V2 0,40 Kg./cm2 1,41 bar 1,23 m3/Kg. V3 0,00 Kg./cm2 1,01 bar 1,67 m3/Kg. V4 10,00 inHg 0,67 bar 2,45 m3/Kg. V5 24,00 inHg 0,20 bar 7,63 m3/Kg. Cálculo del Volumen del Fondo Doble Cono
Cálculo del Tronco de Cono Invertido (Grande):
Ángulo (grados) 18,00 Grados
Factor Diámetro Menor 1,40
Tangente de α 0,32
Altura del Cono 280,73 mm
Diámetro Mayor 3660,0 mm
Diámetro Menor 1932,0 mm
Volumen 1,78 m3
Cálculo del Cono Recto (Pequeño)
Ángulo 16,00 Grados
Tangente de α 0,29
Altura del Cono 277,00 mm
Volumen 0,27 m3
Altura del Complemento 150,00 mm
Volumen Fondo Cónico 3,09 m3 SISTEMAS DE COCIMIENTO
FABRICA DE CRUDO
La concentración de la meladura o el licor en un tacho, produce una masa cocida, la que es sometida a la separación, mediante centrifugación, de los cristales formados en esa templa y la miel madre, que a su vez está diluida por el agregado de agua y/o vapor, para el lavado de los cristales y la eliminación de la capa de miel envolvente de los mismos.
Estas mieles contienen una cierta proporción de azúcares cristalizables, por lo que normalmente se almacenan y usan en cocimientos subsecuentes.
Esta operación puede repetirse unas pocas veces, tanto en la fábrica de azúcar crudo como en la refinería, limitándose por:
1.- Las mieles se agotan proporcionalmente al número de pases,
2.- Porque el descenso de pureza y/o el aumento de color, consecuencia de la remoción de azúcar, los cocimientos repetidos, los centrifugados, la concentración de no-azúcares, etc., aumentan la viscosidad y el contenido salino,
3.- No toda la sacarosa presente es cristalizable, como vimos antes, los no-azúcares tienen una marcada incidencia sobre ello.
Los sistemas de cocimiento se seleccionan de acuerdo, principalmente, con la Pureza de la Meladura disponible y/o conveniencias comerciales en uso de mieles respecto a destilerías de alcohol.
Normalmente, con purezas de Meladura menores de 76, se procede con un sistema de dos templas, siendo, sin embargo, predominante el manejo del sistema de tres templas.
Realmente la selección del sistema a emplear lo dará el rango de purezas que se dispone en la operación, pudiéndose usar alternativas, conforme se trabaja, con el mejor criterio de producción y productividad.
Veremos, en una breve descripción los dos Sistemas más usados y las condiciones bajo las que se decide su aplicación.
En la actualidad, casi todos los procesadores tienden a trabajar con el uso de Magmas para los pies de los cocimientos, lo que disminuye sustancialmente el uso de energía y de equipos.
Sistema de Dos Templas
Consiste en hacer dos tipos de cocimientos:
Cocimiento de Primera:
Los Pies de templa se cristalizan con meladura, pudiéndose completar con mieles de primera de alta pureza (miel de lavado)
necesario con mieles de baja pureza.
Se busca tener una Pureza de Templa del orden de 75% y una caída de pureza de
∆
p: 17 - 18 puntos.Cocimiento de Segunda:
Los Pies de templa se cristalizan con meladura, se completan con mieles de primera de baja pureza.
Las Templas toman pié y se alimentan con mieles de primera de baja pureza y se coronan, si es necesario con mieles de segunda, en un reciclaje de las mismas.
Se busca tener una Pureza de Templa del orden de 60% o menor y
∆
p: 22-24 puntos.Puede usarse la opción de cristalizar sobre meladura y usar este pie como semilla virgen, adulterando con las mieles respectivas, para ambos cocimientos.
El azúcar de segunda puede ser usado, previa afinación, para preparar magma a ser usado de pie de templa de primera o disuelto y adicionado a la meladura, lo que aumenta su pureza y desvirtúa el sistema.
Sistema de Tres Templas
Es el más usado. Se trabajan tres tipos de masas cocidas.
Cocimiento de Primera:
Los Pies de templa se cristalizan con meladura, pudiéndose completar con mieles de primera de alta pureza (miel de lavado) (miel final de refinería si ésta existe).
Otra alternativa, en el Sistema de Doble Magma, es que el Pie esté formado por Magma de 2ª.
Las Templas toman pié y se alimentan con meladura y si se mezclan con ésta mieles ricas de primera y final de refinería.
Los Bx adecuados para lograr una buena cantidad de cristales y mínimo de miel están entre 92,5 y 94,5
Se busca tener una Pureza de Templa del orden de 82% o superior.
∆
p: 15-18 Los Azúcares obtenidos luego de centrifugar la Masa Cocida (Blancos directos, Afinados o Crudos), son remitidos a procesos posteriores.
Las mieles son separadas como Miel Pobre o simplemente Miel de 1ª (o A) y Miel Rica o Miel de Lavado, por cuanto se practican durante la centrifugación dos lavados de la MC, con el fin de limpiar a los cristales de la miel residual, primero, y de la superficial con el segundo, por lo que se produce una cierta disolución de estos cristales.
Típicamente la miel rica retorna al mismo cocimiento de origen, mientras que la miel pobre se destina al cocimiento posterior, para agotar su carga de sacarosa.
Cocimiento de Segunda:
Las Templas toman pié y se alimentan con mieles de primera de baja pureza y se coronan, si es necesario con mieles de segunda, en un reciclaje de las mismas.
Los Pies de este cocimiento pueden ser originados en una cristalización similar a la de los cocimientos de MC 1ª (o A), o ser Magma de 3ª (o C) si se usa el sistema de Doble Magma.
Se busca tener una Pureza de Templa del orden de 70% o menor.
∆
p: 20-22Este cocimiento es neurálgico, salvo que se produzca Azúcar de 2da. para comercializar, ya que provee el azúcar para usarse como Magma para pie de MC 1ª o A, o para disolverlo, para completar el cocimiento de primera, adicionándolo a la Meladura, y genera la calidad de miel que se usará en el cocimiento siguiente, MC 3ª o C.
En la preparación de Magmas de 2ª y 3ª propongo disponer de una línea de Jugo Clarificado o Meladura para adicionar en lugar de agua.
Cocimiento de Tercera:
Es, quizás, otro de los puntos neurálgicos. Su manejo no debe restringir el propósito fundamental, que es producir azúcar y no melaza.
A veces se pierde de vista este objetivo y se producen recirculaciones que podrían obviarse, con el fin del agotamiento y la disminución de pérdidas en melaza, impactándose sobre la producción o calidad del azúcar del cocimiento de primera.
Los Bx recomendados están por arriba de 97,5 y, de permitirlo las instalaciones, siempre mayores a 98,0. Se recomiendan purezas en el orden de 50% y
∆
p: 20-24Los Pies de templa se cristalizan semillando sobre meladura, se puede añadir algún volumen de Miel de 1ª (si hay excesos de la misma) y se completa con Miel de 2ª. Este primer paso genera lo que llamamos Semilla Virgen.
Hay técnicas que usan la cristalización sobre Miel de 1ª o con una alimentación de Miel de 2ª añadida luego de obtener el cristal y para lograr la pureza de semilla deseada. Sin embargo, recomendamos la primera técnica expuesta, ya que lo que buscamos es un núcleo “limpio”, que induzca la Afinidad Química, y esto se logra con los materiales más ricos.
Es importante, si no disponemos de instrumental para un semillamiento integral, “formar el ojo” para definir la cantidad de cristalitos que requeriremos en el cocimiento y determinar si la disponibilidad observada en la Semilla, nos permitirá hacer 3, 4, 6 o más templas.
Hay esquemas de cristalización sobre mieles, como se mencionó, y con semillamiento para un alto número de templas. La selección de ello está en manos de cada Jefe de Fábrica y el concepto que aplicará en la operación, de acuerdo a su análisis de resultados.
La Semilla virgen, parte de la cual se descarga en un semillero apropiado, y lo que se deja remanente en el tacho donde se cristalizó, es alimentada con miel de 2ª, hasta un volumen predeterminado.
Parte de la misma se descarga como Semilla Adulterada en otro semillero.
El remanente en el tacho de esta Semilla Adulterada se alimenta con mieles de 2ª, pudiéndose, de acuerdo al criterio del Supervisor y del Puntista:
1- completar la templa para su descarga, alimentando con mieles de segunda; 2- completar un cierto volumen con mieles de segunda y cortar para otro tacho, llevando dos templas de tercera.
El criterio dominante es el volumen de cristales de que se dispone, dado que es la superficie cristalina el factor determinante de la velocidad de cristalización y del agotamiento de las mieles madres.
tercero, la necesidad de desalojar volúmenes de mieles retenidas en el proceso.
El sistema está conformado por los siguientes equipos:
-Tachos de cocimiento para MC1ª, para MC2ª, para MC3ª y para Cristalización de 3ª (y 2ª o 1ª, si no se trabaja con doble Magma).
-Cristalizadores: de MC1ª, de MC2ª, de MC3ª, o como sistema alternativo: Receptor de MC3ª, Torre de Enfriamiento de MC3ª, Cristalizador receptor de MC3ª fría.
-Recibidores de alimentación de centrífugas de MC1ª -Centrífugas automáticas de MC1ª
-Colector de alimentación de centrífugas de MC2ª -Centrífugas continuas de MC2ª
-Preparador de Magma de Azúcar de 2ª
-Mezclador calefactor de alimentación de centrífugas de MC3ª -Centrífugas continuas de 3ª
-Preparador de Magma de Azúcar de 3ª -Semillero para Semilla Virgen
-Semillero para Semilla Adulterada -Magmero de Magma 2ª
-Semillero de corte de MC1ª -Magmero de Magma 3ª -Semillero de corte de MC2ª -Disolutor de Magma de 2ª
-Tanques: de Meladura , de Miel Primera y de Miel Segunda -Tolva de Almacenamiento de Azúcar Crudo.
En el proceso de fabricación de azúcar de 1ª, Blanco Directo o Crudo, la Pureza se lleva a un nivel entre 83-86%, mezclando mieles de retorno de la Refinería, miel rica o Lavado del mismo cocimiento, magma de 2ª y meladura.
En el de 2ª, la pureza se lleva a un nivel entre 68-72%, usando magma de 3ª como piè y miel de 1ª como alimentación.
Por último el proceso de fabricación de 3ª se lleva a cabo a un nivel entre 48-52%, mezclando semillamiento de 3ª y miel de 2ª.
La centrifugación de la masa de 1ª, origina Miel de 1ª (miel pobre) que va al cocimiento de 2ª, y miel de lavado (miel rica), que retorna a la meladura (consecuencia de lavados con agua que se le hace a la carga de azúcar, al centrifugar, y a la malla, después de la descarga de cada centrifugación) y Azúcar Crudo (Pureza 98 - 99 %), que constituye el producto final de este proceso de fabricación de azúcares.
La centrifugación de la masa de 2ª, origina Miel de 2ª que alimenta los tachos de 3ª, y Azúcar de 2ª con la que se prepara Magma de 2ª que sirve para sembrar los cocimientos de 1ª.
En el proceso de 3ª la masa descargada a una serie de cristalizadores o es recibida en un cristalizador de donde se bombea a una Torre de enfriamiento y en los que se consigue el agotamiento de la miel, para recuperar la mayor cantidad de Sacarosa. La miel separada en la centrifugación de las masas de 3ª se denomina Miel Final o Melaza. Con el Azúcar de 3ª se prepara Magma de 3ª con el que se siembra el cocimiento de 2ª
REGLA 70 - 70:
La concentración de los productos iniciales que se trabajan en los tachos (Meladura, Mezclas de alimentación, Licor) está en el orden de 60 - 65ºBx, llegando con concentradores a unos 72-74ºBx. Sin embargo, el uso de mieles de recirculación posteriores, sin controles, hace que estos valores no se mantengan, desconociéndose en
la mayoría de los casos la densidad del producto que se está alimentando al cocimiento y muchas veces el material está ya saturado y aún sobresaturado.
Ello implica la necesidad de hacer una preparación de las mieles. En este sentido se recomienda usar lo que denominamos Regla 70 - 70, refiriéndonos a que las mieles, cualquiera sea ella, al momento de ser usadas para la alimentación del tacho tengan 70ºBx y 70ºC de temperatura.
Algunos autores llevan este número a valores de 75 - 75, como una manera de disminuir la cantidad de agua a evaporar y lograr una gran autoevaporación al ingresar la alimentación al tacho, donde las MC es casi seguro que se halla a menor temperatura, pero para nuestras condiciones de operación, sin o con escasos instrumentos que nos permitan controlarla, por densidad u otro indicador de la sobresaturación o concentración, es manejar un material con densidad muy cercana a los valores de sobresaturación. Un producto rico entrará en la fase Metaestable a unos 78,5 - 80,0ºBx. Una miel pobre se sobresaturará alrededor de 82,0ºBx.
Por lo tanto, requerirá de un Factor de Agua adicionado al cocimiento, para controlar la concentración, que puede ser muy alto.
Con la regla propuesta, conseguimos un flash, que mejorará la circulación y que, de por sí, concentrará la miel, pero con margen suficiente para no caer en sobresaturación excesiva.
REFINERÍA
Una vez logrado el Licor o Jarabe de la calidad y concentración adecuada, el trabajo de cristalización en los tachos es la operación clave para la calidad el producto final y la producción.
El manejo adecuado del cocimiento de refino, por su velocidad y altas purezas, es una exigencia crucial para la obtención de resultados de excelencia.
En términos generales, se manejan tres sistemas de cocimientos en una refinería, que se elegirán de acuerdo a las exigencias de producto planteadas.
Haremos una breve descripción de los mismos.
Todos inician con una primera templa de licor puro y difieren en el tratamiento subsecuente de las mieles.
Recordemos que en Refinería, a los efectos de estimaciones, del total de Sólidos que contiene una Templa (Peso de Brix), se considera que el 50% de los sólidos son Azúcar y el otro 50% son sólidos en la miel. Tal estimación no es necesariamente cierta, por cuanto en todos los casos ocurren recirculaciones generadas por el lavado de los cristales en la centrifugación.
Sistema In Line:
En el mismo se centrifuga la primera templa, obteniéndose Azúcar Refino y Miel. Esta miel es mezclada con licor, de acuerdo a ciertos parámetros analíticos previamente seleccionados (color, cenizas, etc.), y es el producto base para el cocimiento siguiente, procediéndose de la misma manera, con la mezcla de la miel obtenida y licor, en línea, a partir de allí.
Evidentemente la miel va agotándose y, por lo tanto la mezcla tiende a hacerse más pobre, por lo que hay que purgar hacia la fábrica de crudo una parte de la misma,
con el fin de mantener las condiciones requeridas para el cocimiento.
Sin embargo hay un límite práctico que obliga a liquidar los productos y reiniciar la operación luego de un cierto número de recirculaciones de miel.
Se produce así una única calidad de azúcar y un flujo continuo de miel de refino hacia la meladura.
Sistema In Boiling:
En el mismo se centrifuga la primera templa, obteniéndose Azúcar Refino y Miel. Igualmente, obtenida la primera miel, se cristaliza para la siguiente templa sobre pie de licor y se alimenta con la miel obtenida de la centrifugación de la templa precedente.
De hecho, las templas disminuyen su calidad en la medida en que vamos agotando las mieles.
Todas las templas se cristalizan sobre licor y se alimentan con la miel obtenida de la templa anterior.
Se consiguen normalmente unas 18 - 20 corridas antes de que la calidad de la miel amerite retornarla a la fábrica de crudo.
Los azúcares irán disminuyendo paulatinamente su calidad, por lo que se requiere disponer de un buen sistema de tolvas y sistemas de mezcla, para obtener calidades comerciales estándar.
Sistema de Agotamiento en Cascada o de Cuatro Templas:
En este sistema, igual que en los anteriores, las primeras templas son de licor (Templas A o Primeras).
TEMPLA A:
Se inicia introduciendo, en los Tachos de Refinería, una cantidad suficiente de Licor para cubrir el elemento de calentamiento. Se evapora el agua del Licor hasta lograr la sobresaturación. En este punto se disminuye la presión del vapor y se añaden los cristales de siembra.
Este Método se denomina Sembrado de Impacto (o semillamiento por shock), pues al añadir la semilla se induce la formación inmediata de núcleos de cristales en el seno del jarabe sobresaturado, al producirse una “supersaturación” focal.
Una vez formados los cristales, se aumenta su tamaño controlando la presión de vapor, vacío y velocidad de alimentación del Licor Pulido.
Los núcleos crecen hasta un tamaño de grano predeterminado.
Cuando el volumen de la masa alcanza la capacidad establecida de trabajo del Tacho, se suspende la alimentación del Licor Pulido, prosigue la evaporación hasta formar una masa espesa (88 - 90ºBx). Al considerar que la concentración de la masa es la adecuada, se suspende el vapor y el vacío, descargando la Masa Cocida A I un tanque de retención con agitación, donde se mantiene en movimiento hasta pasar a las Centrifugas de Refino.
El Azúcar Refinado A pasa al sistema de Secado y Enfriado, mientras que la Miel de refino A es enviada al Tanque de Miel A.
TEMPLA B:
Se requieren las mieles obtenidas de dos Templas A para obtener una Templa B. El procedimiento para obtener una Masa B es igual al aplicado en la Masa A, pero procesando miel A. Al pasar por las centrífugas se obtendrá Azúcar Refinado B y Miel B.
El Azúcar Refinado B pasa al sistema de Secado y Enfriado, mientras que la Miel B es enviada al tanque de Miel B.
TEMPLA C:
Se requieren las mieles obtenidas de dos Templas B para obtener una Templa C. El procedimiento para obtener una Masa C es igual al aplicado en la Masa A, pero procesando Miel B. Al pasar por las centrífugas se obtendrá Azúcar refinado C y Miel C.
El Azúcar Refinado C pasa al sistema de Secado y Enfriado, mientras que la Miel C es enviada al tanque de Miel C.
TEMPLA D:
Se requieren las mieles obtenidas de dos Templas C para obtener una Templa D. El procedimiento para obtener una Masa D es igual al aplicado en la Masa A. pero procesando Miel C. Al pasar por las centrífugas se obtendrá Azúcar Refinado D y Miel D.
El Azúcar refinado D Pasa al sistema de secado y Enfriado, mientras que la Miel D es enviada al tanque de Meladura en la Fábrica de Crudos.
Evidentemente, si consideramos que el 50% de los sólidos de una templa quedan en la miel, se requerirán 2 templas de cada cocimiento (excepto el último) para disponer de los sólidos necesarios para el cocimiento siguiente.
Con este criterio, se producirán: 8 Templas A, 4 Templas B, 2 Templas C y 1 Templa D, en total 15 Templas que conforman el esquema.
Sin embargo existen correlaciones para la producción de las templas, que hacen que se pueda manejar ad infinitum, sin necesidad de reiniciar el proceso. A este sistema de correlaciones se le denomina “reloj de templas”, porque se adopta un señalador circular, donde se inscriben la secuencia de templas, con un puntero, que señala al operador cual es la calidad que debe trabajar en la siguiente templa, a continuación de la que en ese momento está elaborando.
Otra ventaja relativa es que en éste último sistema se requieren sólo cuatro tolvas contentivas del azúcar producido y tres tanques de mieles.
