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Cálculos básicos en la industria azucarera y - Ingeniería Química

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<strong>Cálculos</strong> <strong>básicos</strong> <strong>en</strong> <strong>la</strong> <strong>industria</strong> <strong>azucarera</strong> y<br />

Proceso para obt<strong>en</strong>ción de azúcar b<strong>la</strong>nco directo<br />

Moli<strong>en</strong>da, procesos, <strong>en</strong>ergía e insumos.<br />

Nom<strong>en</strong>c<strong>la</strong>tura<br />

La base de los cálculos se refier<strong>en</strong> siempre a 100 de caña de moli<strong>en</strong>da o 100 partes de peso de<br />

caña...<br />

Brix o grados brix se refiere a % sólidos totales apar<strong>en</strong>tes,<br />

Pol 0_Po<strong>la</strong>rización = sacarosa apar<strong>en</strong>te %<br />

TS _ Sólidos totales ( sacarosa + otros sólidos )<br />

IG _ Grado intermedio se refiere a masa cocida, me<strong>la</strong>za o azúcar.<br />

LG_ Grado bajo<br />

HG _ Grado alto<br />

MC _ Masa cocida<br />

psig _ libras por pulg cuadra absoluta<br />

psig _ Libras por pulg cuadrada manométrica<br />

t/h _ tone<strong>la</strong>da por hora.<br />

Evaporador - La p<strong>la</strong>nta de evaporación completa que consiste <strong>en</strong> uno o más cuerpos de efecto<br />

único o evaporador de múltiple efecto.<br />

Capítulo 1<br />

Extracción de jugo.<br />

Ba<strong>la</strong>nce de materiales para <strong>la</strong> capacidad de moli<strong>en</strong>da de 100 ton de caña, para establecer<br />

el cálculo del proceso <strong>en</strong> % caña.:<br />

Ton moli<strong>en</strong>da Imbibic.<br />

% caña<br />

Imbibic<br />

%fibra<br />

Jugo Mixto<br />

% cana<br />

Jugo<br />

% caña<br />

Bagazo<br />

% caña<br />

Fibra %<br />

Bagazo<br />

Sacarosa %<br />

bagazo<br />

Agua %<br />

Bagazo<br />

100 25(30) 200 100 75 25(30) 12,5(15) 0,75(0.9) 11,75(14)<br />

Proceso de moli<strong>en</strong>da:<br />

Fig. 1<br />

25 ton de bagazo o<br />

(30) % caña<br />

12.5 fibra ó (15)<br />

100 ton de caña<br />

Molinos/hora.<br />

0.75 ton sacarosa ó (0.9)<br />

47% bagazo ( humedad)<br />

75 Jugo Nominal<br />

(70) % caña<br />

11.75 ton agua (14)<br />

ó 47% bagazo<br />

Fibra % Sacarosa% Agua%<br />

Bagazo/caña Bagazo/caña Bagazo/caña<br />

50 3 47<br />

25 agua imbibición o (30)<br />

200% fibra<br />

100 jugo mixto<br />

% caña<br />

Trabajo realizado por: Ing. José Caicedo C. Ing. Jorge Medina 1<br />

Ecuador. Trabajo facilitado para: www.ing<strong>en</strong>ieriaquimica.org


Nota importante:<br />

a) Las cifras sin paréntesis repres<strong>en</strong>tan <strong>la</strong>s condiciones <strong>en</strong> promedio y <strong>la</strong>s cifras <strong>en</strong><br />

paréntesis repres<strong>en</strong>tan <strong>la</strong>s cifras para propósitos de comparación.<br />

b) El término fibra significa verdadera fibra más otros sólidos, excepto sacarosa<br />

c) Una pérdida de sacarosa 3 % b , es alta como puede repres<strong>en</strong>tar una pérdida del 6 % o<br />

más de sacarosa pres<strong>en</strong>te <strong>en</strong> <strong>la</strong> caña.<br />

Sistema de carga y moli<strong>en</strong>da de caña.<br />

Es importante considerar los sigui<strong>en</strong>tes parámetros para obt<strong>en</strong>er alto r<strong>en</strong>dimi<strong>en</strong>to <strong>en</strong> <strong>la</strong> moli<strong>en</strong>da<br />

conservando <strong>la</strong> pureza de caña cosechada <strong>en</strong> el campo:<br />

-La caña <strong>en</strong> campo debe ser cosechada sin quemar para asegurar aus<strong>en</strong>cia de deterioro del tallo de<br />

caña debido a <strong>la</strong> destrucción de <strong>la</strong> cera protectora y por lo tanto <strong>en</strong>trada de hongos y bacterias,<br />

<strong>la</strong>s cuales aceleran <strong>la</strong> ferm<strong>en</strong>tación de <strong>la</strong> sacarosa transformándo<strong>la</strong> <strong>en</strong> reductores no cristalizables.<br />

-Debido a <strong>la</strong>s normas de control ambi<strong>en</strong>tal <strong>la</strong> zafra no deberá interv<strong>en</strong>ir <strong>la</strong> costumbre de quema<br />

porque destruye químicam<strong>en</strong>te el terr<strong>en</strong>o y los insectos b<strong>en</strong>eficiarios de <strong>la</strong> agricultura.<br />

-La caña sin quemar sin cogollo, antes de ingresar al canal de los corta cañas será sometida a una<br />

limpieza <strong>en</strong> seco con el objeto de separar <strong>la</strong>s impurezas sólidas: tierra, paja y sólidos extraños<br />

como piedras y residuos metálicos.<br />

-Se evitará el uso de agua para limpieza de <strong>la</strong> caña <strong>en</strong> razón de <strong>la</strong> contaminación que se produce<br />

por <strong>la</strong> disolución de azúcar y otras materias solubles, <strong>la</strong>s cuales incid<strong>en</strong> para <strong>la</strong> car<strong>en</strong>cia de<br />

oxíg<strong>en</strong>o <strong>en</strong> <strong>la</strong> vida animal de los ríos y luego adicionalm<strong>en</strong>te <strong>en</strong> el agua contaminada se pres<strong>en</strong>tan<br />

dificultades <strong>en</strong> el proceso para retirar los sólidos tierra, y paja.<br />

-La moli<strong>en</strong>da de caña debe ser realizada inmediatam<strong>en</strong>te, cada día repres<strong>en</strong>ta un 10 % m<strong>en</strong>or <strong>en</strong><br />

r<strong>en</strong>dimi<strong>en</strong>to debido al proceso de ferm<strong>en</strong>tación que se produce.<br />

-La limpieza de molinos será constante cada 8 horas con bioxidas y vapor.<br />

-La maquinaria para <strong>la</strong> moli<strong>en</strong>da compr<strong>en</strong>derá el sistema de control automático mediante célu<strong>la</strong>s<br />

fotoeléctricas para <strong>la</strong> dosificación de caña para asegurar una altura de colchón constante.<br />

- La preparación de caña constará de dos corta cañas, desfibrador y cinco molinos por lo m<strong>en</strong>os<br />

insta<strong>la</strong>da <strong>la</strong> quinta masa para asegurar alta extracción de sacarosa.<br />

-La imbibición será compuesta <strong>en</strong> re<strong>la</strong>ción al Brix inverso hacia el primer molino. El agua pura<br />

será puesta <strong>en</strong> el último molino para asegurar alta extracción de tal manera que el Brix del último<br />

molino no será mayor a 5 dep<strong>en</strong>di<strong>en</strong>do del valor del Brix de jugo primario y mixto.<br />

Conclusiones:<br />

De 100 ton de caña, 100 ton de jugo mixto es obt<strong>en</strong>ido si <strong>la</strong> imbibición corresponde a 200% fibra<br />

Una reducción de <strong>la</strong> tasa de imbibición a 180% (150 % f) reduce el jugo mixto <strong>en</strong> el 3%. Por lo<br />

tanto una reducción drástica de <strong>la</strong> imbibición dará un pequeño alivio al trabajo de los<br />

Trabajo realizado por: Ing. José Caicedo C. Ing. Jorge Medina 2<br />

Ecuador. Trabajo facilitado para: www.ing<strong>en</strong>ieriaquimica.org


evaporadores pero se increm<strong>en</strong>tará <strong>la</strong> pérdida de sacarosa <strong>en</strong> bagazo, traducido a pérdidas<br />

indeterminadas.<br />

Trabajo realizado por: Ing. José Caicedo C. Ing. Jorge Medina 3<br />

Ecuador. Trabajo facilitado para: www.ing<strong>en</strong>ieriaquimica.org


Capítulo II<br />

Jugo sulfitado <strong>en</strong> el proceso de azúcar b<strong>la</strong>nco directo.<br />

El jugo mixto <strong>en</strong> los molinos es pre <strong>en</strong>ca<strong>la</strong>do con lechada de cal <strong>en</strong> una unidad superior al jugo<br />

primario y además se añadirá al m<strong>en</strong>os 30 ppm de fosfato ácido de sodio para mejorar <strong>la</strong><br />

c<strong>la</strong>rificación del jugo...<br />

Luego el jugo mixto pre <strong>en</strong>cajado, antes de continuar con el proceso de c<strong>la</strong>rificación, se filtrar <strong>en</strong><br />

una o dos etapas, <strong>en</strong> un filtro inoxidable DSM (Door-Oliver) de 1 0.5 mm de abertura <strong>en</strong>tre<br />

barras cónicas convexo auto limpiante para separar el bagacillo con <strong>la</strong> corri<strong>en</strong>te de jugo<br />

mixto.<br />

-El filtrado de jugo mixto pre <strong>en</strong>ca<strong>la</strong>do pasa por un intercambiador de calor alterno hasta alcanzar<br />

los 60 o C. El jugo <strong>en</strong>ca<strong>la</strong>do <strong>en</strong> cali<strong>en</strong>te se sulfita a temperaturas no superiores a 60 oC. hasta un<br />

nivel de PH <strong>en</strong> una unidad superior del jugo mixto pre <strong>en</strong>cajado.<br />

Trabajo realizado por: Ing. José Caicedo C. Ing. Jorge Medina 4<br />

Ecuador. Trabajo facilitado para: www.ing<strong>en</strong>ieriaquimica.org


El consumo de azufre estará <strong>en</strong>tonces alrededor de una libra de azufre por ton de caña molida.<br />

Jugo <strong>en</strong>ca<strong>la</strong>do <strong>en</strong> proceso:<br />

Este proceso está bajo control automático, mediante <strong>la</strong> variable de PH para regu<strong>la</strong>r <strong>la</strong> cantidad de<br />

Leche de cal o regu<strong>la</strong>r el flujo de jugo mixto para obt<strong>en</strong>er un PH determinado por el setting.<br />

El consumo de CaO, de acuerdo a <strong>la</strong> calidad % estaría <strong>en</strong>tre, 1 libras a 2.2 libras /ton de caña<br />

molida o sea por hora para el ejemplo del proceso, corresponde a 0,05 y 0,1 ton por 100 ton de<br />

caña molida<br />

Para preparar leche de cal de 10 o Be (1,074 gr. espec.), el agua requerida es aproximadam<strong>en</strong>te<br />

10 veces el peso del CaO o al máximo 1 % caña .volum<strong>en</strong> del <strong>en</strong>ca<strong>la</strong>do de jugo es insignificante<br />

que el jugo mixto...<br />

Para obt<strong>en</strong>er una mejor dosificación de lechada de cal se deberá preparar <strong>la</strong> lechada no mayor<br />

al 8 % Be.<br />

El PH final se deberá mant<strong>en</strong>erse alrededor de 6.6. a 6.9 bajo observación del color amarillo<br />

naranja y aspecto bril<strong>la</strong>nte <strong>en</strong> el jugo c<strong>la</strong>ro del c<strong>la</strong>rificador.<br />

Trabajo realizado por: Ing. José Caicedo C. Ing. Jorge Medina 5<br />

Ecuador. Trabajo facilitado para: www.ing<strong>en</strong>ieriaquimica.org


Jugo c<strong>la</strong>rificado y me<strong>la</strong>dura.<br />

Capítulo III<br />

La cantidad de jugo c<strong>la</strong>ro es algo más grande que <strong>la</strong> cantidad de jugo mixto, considerando <strong>la</strong><br />

cantidad de agua introducida <strong>en</strong> el filtro al vacío y <strong>la</strong> eliminación de impurezas. Asumimos para<br />

el propósito de los cálculos sea 110 ton por 100 de jugo mixto. También asumimos que el jugo<br />

c<strong>la</strong>ro conti<strong>en</strong>e 12,5 % de sólidos totales, pero deseamos obt<strong>en</strong>er de los evaporadores me<strong>la</strong>dura de<br />

65 % de sólidos totales.<br />

La cantidad de me<strong>la</strong>dura sería: 110 x 0,125 /0,65 = 21/ton/hora<br />

Por lo tanto <strong>la</strong> cantidad de agua a evaporarse será 110-21 = 89 ton/hora<br />

Sulfitación y c<strong>la</strong>rificación de <strong>la</strong> me<strong>la</strong>dura<br />

La me<strong>la</strong>dura prov<strong>en</strong>i<strong>en</strong>te del cuarto cuerpo de evaporación pasa al c<strong>la</strong>rificador de me<strong>la</strong>dura donde<br />

se inyecta fosfato trisódico y luego al c<strong>la</strong>rificador donde se adiciona aire y flocu<strong>la</strong>nte y <strong>en</strong> <strong>la</strong> fase<br />

de cal<strong>en</strong>tami<strong>en</strong>to, nueva inyección de aire para provocar <strong>la</strong> c<strong>la</strong>rificación por flotación. Se obt<strong>en</strong>drá<br />

un jarabe c<strong>la</strong>ro y transpar<strong>en</strong>te. Estas condiciones g<strong>en</strong>eran un producto de azúcar b<strong>la</strong>nco y con alto<br />

r<strong>en</strong>dimi<strong>en</strong>to.<br />

En el Proceso del “C<strong>la</strong>rificador de Me<strong>la</strong>dura”, se incluye <strong>la</strong> inyección de soluciones de fosfato,<br />

deterg<strong>en</strong>te y ácido fosfórico y de acuerdo a <strong>la</strong>s pruebas de c<strong>la</strong>rificación se aconseja inyectar ácido<br />

graso vegetal. El tanque c<strong>la</strong>rificador ti<strong>en</strong>e equipami<strong>en</strong>to de un motor con eje y paletas colectoras<br />

de espuma del resultado del proceso de flotación.<br />

La temperatura de <strong>la</strong> me<strong>la</strong>dura varía de acuerdo al brix pres<strong>en</strong>te desde 80 oC. para 60 brix hasta<br />

Inyección<br />

F.D.A.<br />

Me<strong>la</strong>dura cruda<br />

Vapor<br />

Aire<br />

Inyección de<br />

flocu<strong>la</strong>nte y<br />

Ácido fosfórico<br />

Regu<strong>la</strong>ción de altura<br />

de me<strong>la</strong>dura por reboso<br />

Agitador<br />

Paletas<br />

de<br />

espuma<br />

Vapor<br />

Espuma<br />

Trabajo realizado por: Ing. José Caicedo C. Ing. Jorge Medina 6<br />

Ecuador. Trabajo facilitado para: www.ing<strong>en</strong>ieriaquimica.org


85 oC. Para me<strong>la</strong>duras sobre el 65 Brix..<br />

La espuma regresa al proceso de jugo pesado antes de <strong>la</strong> inyección de pre<strong>en</strong>cajado..<br />

El proceso compr<strong>en</strong>derá:<br />

1.- Adición de solución (FDA) fosfato, deterg<strong>en</strong>te y ácido fosforito.<br />

2. Aeración 1<br />

3.-Cal<strong>en</strong>tami<strong>en</strong>to<br />

4.-Aeración 2<br />

5.-Cal<strong>en</strong>tami<strong>en</strong>to y adición de flocu<strong>la</strong>nte aniónico.<br />

Trabajo realizado por: Ing. José Caicedo C. Ing. Jorge Medina 7<br />

Ecuador. Trabajo facilitado para: www.ing<strong>en</strong>ieriaquimica.org


Capítulo IV<br />

<strong>Cálculos</strong> para <strong>la</strong> cantidad de azúcar comercial y me<strong>la</strong>za final.<br />

Los sólidos como sacarosa e impurezas (c<strong>en</strong>iza, azúcares reducidos, agua, etc.) cont<strong>en</strong>idos <strong>en</strong> el<br />

jugo c<strong>la</strong>ro, se mant<strong>en</strong>drá durante todo el proceso, aum<strong>en</strong>tando <strong>la</strong>s pérdidas indeterminadas de<br />

sacarosa .Finalm<strong>en</strong>te aparecerá dos productos: azúcar comercial y me<strong>la</strong>za final ( LG)<br />

Los sólidos totales % correspond<strong>en</strong> a 110 x 12,5/100 = 13,75 TS <strong>en</strong> jugo c<strong>la</strong>ro.<br />

Si nosotros asumimos que <strong>la</strong> pureza del jugo es Pt ( pureza real) 86 Pa ( pureza apar<strong>en</strong>te) 83<br />

(jugo de alta pureza), <strong>la</strong> distribución aparece como sigue:<br />

Proceso:<br />

Fig. 2<br />

agua<br />

0.05<br />

Nota Importante:<br />

11.82 sacarosa<br />

11.25<br />

11.35 Azúcar comercial b<strong>la</strong>nco<br />

99.12 Pol<br />

13.75 Sólidos totales <strong>en</strong> jugo c<strong>la</strong>ro<br />

Pt 86<br />

0.05<br />

sólido<br />

s<br />

2.2 otros sólidos<br />

2.15 0.5<br />

a) Esta es una aproximación ideal no considerando <strong>la</strong>s pérdidas indeterminadas y otros factores<br />

b) El azúcar b<strong>la</strong>nco directo es aproximadam<strong>en</strong>te 99,2 de pol,<br />

c) La composición de LG me<strong>la</strong>zas no es correctam<strong>en</strong>te repres<strong>en</strong>tada, el cont<strong>en</strong>ido de sacarosa es<br />

mayor al 30, g<strong>en</strong>eralm<strong>en</strong>te fluctúa hasta el 40<br />

1.-Consideraciones: Este ejemplo de como el r<strong>en</strong>dimi<strong>en</strong>to de moli<strong>en</strong>da de 100 ton de caña se<br />

obt<strong>en</strong>drían 11,35 ton de azúcar y 3.22 ton de me<strong>la</strong>zas<br />

2.- Consideraciones <strong>en</strong> el jugo de alta pureza de 86, se obti<strong>en</strong>e más azúcar y m<strong>en</strong>os me<strong>la</strong>za. Con<br />

jugo de 80 % de pureza, el r<strong>en</strong>dimi<strong>en</strong>to bajará a 11 % y <strong>la</strong> producción de me<strong>la</strong>za aum<strong>en</strong>taría a<br />

3,35 tone<strong>la</strong>das.<br />

Trabajo realizado por: Ing. José Caicedo C. Ing. Jorge Medina 8<br />

Ecuador. Trabajo facilitado para: www.ing<strong>en</strong>ieriaquimica.org<br />

0.57<br />

3.22 Me<strong>la</strong>za<br />

30 % pureza.<br />

agua


Capítulo V<br />

<strong>Cálculos</strong> <strong>básicos</strong> para el sistema de cocimi<strong>en</strong>tos.<br />

Se practica una gran variedad sistemas de cocimi<strong>en</strong>tos de masas <strong>en</strong> tachos, como ejemplo<br />

pres<strong>en</strong>taremos el sistema de cocimi<strong>en</strong>tos con dos masas y con tres masas. Se aplicará <strong>en</strong> los dos<br />

casos el sistema moderno consiste <strong>en</strong> que ningún material del proceso intermedio recircu<strong>la</strong>rá<br />

para evitar pérdidas indeterminadas y bajar <strong>la</strong> capacidad de <strong>la</strong> P<strong>la</strong>nta.<br />

1.- Sistema de dos cocimi<strong>en</strong>tos para 13,75 de sólidos totales y 80 % de pureza <strong>en</strong> jugo c<strong>la</strong>ro<br />

Fig. 3<br />

10.9 Ton de azúcar<br />

Comercial 99.2 Pol<br />

Almac<strong>en</strong> azúcar<br />

Cocimi<strong>en</strong>to A<br />

13.75 Ton ( 80 % pureza) <strong>en</strong><br />

jarabe St /100 ton de caña molida<br />

5.57 ton de<br />

Miel A<br />

Pie AB Cocimi<strong>en</strong>to B<br />

2.85 ton para Pie de<br />

azúcar comercial<br />

Se obti<strong>en</strong>e 16.6 ton de masas cocidas, se obti<strong>en</strong>e 10,9 ton de azúcar comercial y 5,7 ton de miel<br />

A. Pureza del jugo mixto 80%.<br />

Esta miel A produce 5,7 ton de masa cocida B <strong>la</strong> misma que produce 2,85 azúcar LG para pie de<br />

azúcar comercial y 2,85 ton de me<strong>la</strong>za final.<br />

Este es un sistema de dos masas cocidas de alto r<strong>en</strong>dimi<strong>en</strong>to y capacidad no es posible por los<br />

altos r<strong>en</strong>dimi<strong>en</strong>tos exigidos (caídas de purezas muy altas) especialm<strong>en</strong>te <strong>en</strong> <strong>la</strong>s masas cocidas<br />

A de producción.<br />

Trataremos con dos simples casos y servirán de base para <strong>la</strong> distribución de los sólidos totales <strong>en</strong><br />

jugo c<strong>la</strong>ro. No se pondrá at<strong>en</strong>ción a <strong>la</strong> distribución de sacarosa y no sacarosa.<br />

Así como también <strong>la</strong> distribución de purezas <strong>en</strong> los productos intermedios<br />

2.85<br />

Me<strong>la</strong>za<br />

-Como se m<strong>en</strong>cionó considerando jugos de alta pureza, el sistema de dos cocimi<strong>en</strong>tos son<br />

impracticables<br />

:-Para el sistema de dos cocimi<strong>en</strong>tos todo el azúcar comercial es derivado de masas cocidas de<br />

alta pureza, <strong>en</strong> el sistema de tres masas cocidas, el cristal para azúcar comercial es derivado de<br />

Trabajo realizado por: Ing. José Caicedo C. Ing. Jorge Medina 9<br />

Ecuador. Trabajo facilitado para: www.ing<strong>en</strong>ieriaquimica.org


masas cocidas A para azúcar comercial y B para producción de azúcar para pie y producción de<br />

me<strong>la</strong>za.<br />

-Las cantidades de masas cocidas pued<strong>en</strong> ser acordadas como típicas <strong>en</strong> el proceso<br />

aunque variarán considerablem<strong>en</strong>te según <strong>la</strong> pureza del jugo mixto, sin embargo cualquier<br />

recircu<strong>la</strong>ción de los materiales serán increm<strong>en</strong>tadas <strong>la</strong> cantidad de masas cocidas.<br />

2.- Sistema de tres cocimi<strong>en</strong>tos para jugos de alta pureza.<br />

Fig. 4<br />

Masa Cocida A<br />

13.75 ton<br />

Conclusiones:<br />

7.75 ton<br />

Azúcar comercial<br />

Miel<br />

A<br />

10.9 ton<br />

azúcar comercial<br />

13.75 St <strong>en</strong> Jarabe<br />

86 % de pureza<br />

Masa Cocida B<br />

6.0 ton<br />

3.15 ton de<br />

azúcar comercial<br />

Masa Cocida C<br />

4.9 Ton<br />

4.9 ton para pie<br />

BC<br />

a).- La cantidad de masas cocidas <strong>en</strong> base a sólidos, será, para 100 ton de moli<strong>en</strong>da de caña:<br />

Sistema de dos cocimi<strong>en</strong>tos: A 16.6 + B 5.7 = 22.3 ton de material<br />

Sistema de tres cocimi<strong>en</strong>tos A13.75 + B 6.0 + C4,9 = 24.65 ton de material<br />

Se puede concluir que <strong>en</strong> el sistema de tres masas cocidas alrededor del 10 % de masas cocidas<br />

será mayor, lo cual implica mayor cantidad de líquidos y por consigui<strong>en</strong>te mayor cantidad de<br />

consumo de vapor.<br />

b).-Si asumimos por simplicidad, si todas <strong>la</strong>s masas cocidas son conc<strong>en</strong>tradas a un valor de 10%<br />

de agua <strong>en</strong>contraremos que el r<strong>en</strong>dimi<strong>en</strong>to de cristales de <strong>la</strong>s masas cocidas serán<br />

aproximadam<strong>en</strong>te:<br />

A Masa cocida A Pureza ------- 60 % R<strong>en</strong>dimi<strong>en</strong>to Bajo Pureza 45 %<br />

B Masa cocida A Pureza 51 % Intermedia Pureza 47 % Bajo Pureza 38%<br />

c).- En vista que el sistema de dos masas cocidas exige altos r<strong>en</strong>dimi<strong>en</strong>tos los cuales pued<strong>en</strong><br />

obt<strong>en</strong>erse mediante un trabajo cuidadoso y sistema por control de sobresaturación electrónico <strong>en</strong><br />

tachos y <strong>en</strong> cristalizadores.<br />

Con el propósito de obt<strong>en</strong>er el r<strong>en</strong>dimi<strong>en</strong>to alto de cristales <strong>en</strong> <strong>la</strong>s masas cocidas, es necesario<br />

increm<strong>en</strong>tar el cocimi<strong>en</strong>to de masas mediante el proceso de curado por sistema de lubricación.<br />

Este sistema ahorra <strong>en</strong>ergía vapor, aum<strong>en</strong>ta <strong>la</strong> capacidad de <strong>la</strong> P<strong>la</strong>nta y sobre todo aum<strong>en</strong>ta el<br />

r<strong>en</strong>dimi<strong>en</strong>to o sea recuperación de sacarosa a niveles superiores al 11 % sobre caña molida.<br />

Trabajo realizado por: Ing. José Caicedo C. Ing. Jorge Medina 10<br />

Ecuador. Trabajo facilitado para: www.ing<strong>en</strong>ieriaquimica.org<br />

Pie BC<br />

Miel<br />

B<br />

2.85<br />

Me<strong>la</strong>za


Alrededor de 1/3 a ½ de miel de <strong>la</strong> masa A o B según el cocimi<strong>en</strong>to que debe tratarse debe ser<br />

añadida, junto con <strong>la</strong> cantidad de agua para su des-sobresaturación, es gradualm<strong>en</strong>te añadida a <strong>la</strong><br />

masa cocida <strong>en</strong> el cristalizador, el r<strong>en</strong>dimi<strong>en</strong>to de <strong>la</strong> masa cocida como es curada puede reducir<br />

del 40 al 45 %, lo cual se fácilm<strong>en</strong>te manejable.<br />

d).- El líquido lubricante ti<strong>en</strong>e que ser añadido a todas <strong>la</strong>s masas lubricantes pero algunas ve3ces<br />

el agua de dilución ti<strong>en</strong>e que ser introducida d<strong>en</strong>tro de <strong>la</strong> masa cocida <strong>en</strong> adición al líquido<br />

lubricante.<br />

e).- Este criterio para <strong>la</strong>s masas cocidas de baja pureza es muy importante como sigue:<br />

Si <strong>la</strong>s me<strong>la</strong>zas de baja pureza conti<strong>en</strong><strong>en</strong> 15 % de agua y el azúcar de baja pureza conti<strong>en</strong>e 1% de<br />

agua, esta cantidad de agua sería (2.85/0.85-2.85) + ( 2.85/0.95-2.85) = 0,53<br />

Si <strong>la</strong> masa cocida es hervida hasta un cont<strong>en</strong>ido del 5% de agua , el agua cont<strong>en</strong>ida <strong>en</strong> <strong>la</strong> masa<br />

cocida intermedia será 5.7/0.95-5.7 = 0.3<br />

Así <strong>la</strong> masa cocida no conti<strong>en</strong>e <strong>la</strong> sufici<strong>en</strong>te agua <strong>en</strong> el cristalizador mediante <strong>la</strong> adición de agua<br />

sea separadam<strong>en</strong>te o junto con el lubricante madre. Así 0.4 ton o 9 GAL de agua ti<strong>en</strong>e que ser<br />

añadida por cada ton de masa cocida.<br />

d).- Considerando <strong>la</strong> cantidad de masas cocidas, <strong>en</strong>contraremos que de <strong>en</strong>tre nuestros ejemplos,<br />

nosotros t<strong>en</strong>emos que operar <strong>en</strong> tachos al vacío, de 60% a 80 % más sólidos que los introducidos<br />

con jarabe. Estas cantidades se increm<strong>en</strong>tarán cuando los materiales sean recircu<strong>la</strong>dos debido a<br />

fal<strong>la</strong>s <strong>en</strong> el proceso.<br />

Trabajo realizado por: Ing. José Caicedo C. Ing. Jorge Medina 11<br />

Ecuador. Trabajo facilitado para: www.ing<strong>en</strong>ieriaquimica.org


Capítulo VI<br />

Requerimi<strong>en</strong>tos de consumo de vapor para procesos<br />

-Importantes cantidades de vapor son usadas para el cal<strong>en</strong>tami<strong>en</strong>to de jugos, para conc<strong>en</strong>tración<br />

de jugos y para cocimi<strong>en</strong>tos de masas cocidas. Re<strong>la</strong>tivam<strong>en</strong>te pequeñas cantidades de vapor son<br />

usadas como vapor de escoba <strong>en</strong> los tachos, dilución y cal<strong>en</strong>tami<strong>en</strong>to de mieles y otros propósitos<br />

auxiliares.<br />

El vapor de baja presión (aproximado 1.5 Bares), usado para propósitos de cal<strong>en</strong>tami<strong>en</strong>to<br />

el cual es obt<strong>en</strong>ido del escape de <strong>la</strong>s máquinas de vapor ó mediante reducción de presión y<br />

temperatura del vapor vivo de los calderos hacia <strong>la</strong> P<strong>la</strong>nta..<br />

-Diseño y condiciones para el atemperador de vapor hacia P<strong>la</strong>nta:<br />

Para una p<strong>la</strong>nta provista de cuádruplo efecto, para 100 ton de moli<strong>en</strong>da de caña, los<br />

requerimi<strong>en</strong>tos de vapor serían los sigui<strong>en</strong>tes:<br />

Presión Psig Vacuum in.<br />

Hg.<br />

Temp. oF<br />

Calor <strong>la</strong>t<strong>en</strong>te<br />

BTU/lb<br />

Vapor de escape 12 --- 245 950<br />

1er. vapor 6 --- 230 958<br />

2do. vapor 0 --- 212 970<br />

3er. vapor -- 15 179 990<br />

Vapor a cond<strong>en</strong>sadores -- 27 114 1026<br />

A: Cal<strong>en</strong>tami<strong>en</strong>to para jugo:<br />

El calor específico del jugo es 0,96 UTU/Lbr./ oF de vapor, t<strong>en</strong>i<strong>en</strong>do 960 BTU de calor <strong>la</strong>t<strong>en</strong>te,<br />

es capaz de elevar <strong>en</strong> 1 oF, 1000 lb de jugo o 100lb de jugo <strong>en</strong> 10 oF. Es conv<strong>en</strong>i<strong>en</strong>te para<br />

nuestros propósitos expresar esto <strong>en</strong> <strong>la</strong> sigui<strong>en</strong>te forma:<br />

1 ton de vapor (de 12 Lbr. de presión) cal<strong>en</strong>tará 100 ton de jugo <strong>en</strong> 10 oF.<br />

El cal<strong>en</strong>tami<strong>en</strong>to se realiza desde los 80 oF ( 26.6 oC.) hasta <strong>la</strong> temperatura de c<strong>la</strong>rificación 220<br />

oF ( 104 oC.) , se t<strong>en</strong>drá que elevar <strong>la</strong> temperatura del jugo <strong>en</strong> 140 oF (77 oC) , se requiere 14 ton<br />

de vapor.<br />

El jugo c<strong>la</strong>rificado llegará a <strong>la</strong> estación de los evaporadores con una temperatura cercana a los<br />

200 oF (93 oC.) y cal<strong>en</strong>tar el jugo a <strong>la</strong> temperatura de ebullición de 230 oF ( 110 oC.), bajo 6 psig<br />

<strong>en</strong> el primer cuerpo para iniciar <strong>la</strong> evaporación. Este precal<strong>en</strong>tami<strong>en</strong>to de 30 oF (16.7 oC.)<br />

requiere 3,3 ton de vapor para 110 ton de jugo, puede ser realizado <strong>en</strong> el evaporador o <strong>en</strong> un<br />

precal<strong>en</strong>tador de jugo.<br />

Trabajo realizado por: Ing. José Caicedo C. Ing. Jorge Medina 12<br />

Ecuador. Trabajo facilitado para: www.ing<strong>en</strong>ieriaquimica.org


B Conc<strong>en</strong>tración de jugo.<br />

Se puede juzgar que una libra de vapor de escape puede dar lugar cond<strong>en</strong>sados con 950 BTU lo<br />

cual no es sufici<strong>en</strong>te para producir una Lbr. de vapor con 958 BTU. En forma simi<strong>la</strong>r, <strong>en</strong> cada<br />

cuerpo de evaporación 1 Lbr. de vapor aparece evaporar un poco m<strong>en</strong>os que un lb de agua.<br />

Sin embargo, nosotros tomamos <strong>en</strong> consideración el f<strong>la</strong>sh de evaporación del jugo al pasar de un<br />

cuerpo al sigui<strong>en</strong>te ( desde una alta a una baja temperatura), asumimos que <strong>en</strong> cada cuerpo de<br />

evaporación, una lb de vapor ( si el f<strong>la</strong>sh de vapor desde el cond<strong>en</strong>sado es propiam<strong>en</strong>te utilizado),<br />

el evaporador producirá realm<strong>en</strong>te un más que Lb por lb)<br />

Desde nuestras consideraciones nosotros concluimos<br />

1 ton de vapor evaporará 1 ton de agua.<br />

Si nosotros operamos el cuádruple efecto sin extracciones cada cuerpo de evaporación t<strong>en</strong>drá ton<br />

por ton de evaporación ósea el sistema t<strong>en</strong>drá el consumo de ¼ del vapor total requerido: 89/4<br />

0 22,25 ton de vapor de escape por 100 ton de caña molida.<br />

El consumo de vapor será sin embargo un poco difer<strong>en</strong>te cuando se diseña con extracciones<br />

como se demostrará más ade<strong>la</strong>nte.<br />

Cocimi<strong>en</strong>to de masas cocidas:<br />

Consideramos los requerimi<strong>en</strong>tos de vapor para un sistema de tres masas cocidas:<br />

La cantidad de masas cocidas sobre <strong>la</strong> base sólidos es de 24.65. ton Si asumimos que todas <strong>la</strong>s<br />

masas cocidas son hervidas a un cont<strong>en</strong>ido de 10 % de agua nosotros t<strong>en</strong>dremos 27,4 ton de real<br />

masa cocida.<br />

Se sume que <strong>la</strong> me<strong>la</strong>dura llegará a los tachos con 65 Brix ( 35 % agua) . También asumimos que<br />

<strong>la</strong> dilución de mieles será también a 65 brix. Los sólidos totales serán 24.65/,65 = 38 ton de<br />

líquidos y t<strong>en</strong>dremos que evaporar 38-27.4 = 10.6 ton de agua<br />

La evaporación <strong>en</strong> los tachos es realizada al bajo vacío con cal<strong>en</strong>tami<strong>en</strong>to con vapor de presión de<br />

12 psig que es alta <strong>en</strong> re<strong>la</strong>ción a 27 pulg de vacío apara considerar ton por ton de vapor a<br />

evaporar agua. Si consideramos <strong>la</strong> adición de 10 % de agua t<strong>en</strong>dremos que el vapor requerido <strong>en</strong><br />

los tachos es 11.7 ton<br />

D consumo de vapor <strong>en</strong> procesos: Cantidad de vapor requerido es calcu<strong>la</strong>do como sigue:<br />

-Cal<strong>en</strong>tami<strong>en</strong>to de jugo <strong>en</strong>ca<strong>la</strong>do antes de c<strong>la</strong>rificación 14,0 ton.<br />

-Cal<strong>en</strong>tami<strong>en</strong>to de jugo c<strong>la</strong>ro antes de evaporación 3,3<br />

-Conc<strong>en</strong>tración de jugos <strong>en</strong> evaporadores 22,3<br />

-Cocimi<strong>en</strong>to de masas cocidas 11,7<br />

- Total de consumo de vapor 51.3 ton de vapor<br />

Trabajo realizado por: Ing. José Caicedo C. Ing. Jorge Medina 13<br />

Ecuador. Trabajo facilitado para: www.ing<strong>en</strong>ieriaquimica.org


Fig. 5 Evaporadores de Cuádruplo efecto con extracción de vapor desde el pre-evaporador:<br />

100 t del<br />

jugo mixto<br />

14<br />

14<br />

calderos<br />

44.8<br />

3.3<br />

110 t del<br />

c<strong>la</strong>rificador<br />

41.5<br />

41.5<br />

15.8<br />

jugo<br />

11.7 tachos<br />

Evaporadores 4 efectos<br />

15.8 15.8<br />

Total evaporado: 41.5 + 15.8 + 15.8 + 15.8 = 88.9<br />

Este consumo de vapor puede ser reducido considerablem<strong>en</strong>te mediante extracciones de vapor.<br />

En el caso de extracciones de vapor del Pre-evaporador so<strong>la</strong>m<strong>en</strong>te para uso <strong>en</strong> cocimi<strong>en</strong>tos <strong>en</strong><br />

tachos y para cal<strong>en</strong>tami<strong>en</strong>to de jugo antes de c<strong>la</strong>rificación, se reduciría el consumo de vapor a<br />

44,8 ton /hora como se indica <strong>en</strong> el esquema de extracciones indicado anteriorm<strong>en</strong>te Fig. 5<br />

Como se observa, que el consumo de vapor con extracciones del pre-evaporador se reduce a 44.8<br />

<strong>en</strong> lugar de 51.3 ton <strong>en</strong> el caso de no extracciones, se reduce <strong>en</strong> 12.7 ton de vapor.<br />

Si consideramos <strong>en</strong> <strong>la</strong> Fig. 6 donde el cal<strong>en</strong>tami<strong>en</strong>to de jugo se considera <strong>en</strong> dos etapas, <strong>en</strong> el<br />

primer cal<strong>en</strong>tador usaremos el vapor segundo del primer cuerpo y <strong>en</strong> <strong>la</strong> segunda etapa usando el<br />

vapor del pre-evaporador para llegar a <strong>la</strong> temperatura de flocu<strong>la</strong>ción 100 oC, antes del<br />

c<strong>la</strong>rificador.<br />

Trabajo realizado por: Ing. José Caicedo C. Ing. Jorge Medina 14<br />

Ecuador. Trabajo facilitado para: www.ing<strong>en</strong>ieriaquimica.org<br />

15.8


Fig. 6 Evaporadores de cuádruplo efecto con dos extracciones de vapor primario y<br />

secundario:<br />

100 t del<br />

jugo mixto<br />

10<br />

42.3<br />

Caldero<br />

3.3<br />

Con <strong>la</strong> aplicación de segunda extracción desde el primer cuerpo de evaporación es posible reducir<br />

el consumo de vapor hasta 42,8 ton, esto repres<strong>en</strong>ta el 17.5% m<strong>en</strong>or a 51.3 ton de vapor<br />

requeridas sin extracción de vapor.<br />

Para el justificativo de <strong>la</strong> Fig. 6 :<br />

El agua evaporada del jugo <strong>en</strong> efecto singu<strong>la</strong>r sería 1 * (4 + 11.7) = 15.7<br />

El agua evaporada del jugo <strong>en</strong> doble efecto sería 2 * 10 = 20<br />

Esto deja 89-(15.7 + 20) = 53.3 ton a ser evaporadas <strong>en</strong> cuádruplo efecto, 53.3/4 = 13.3 ton <strong>en</strong><br />

cada cuerpo.<br />

Así el primer cuerpo ti<strong>en</strong>e que evaporar 4 + 11.7 + 13.3 = 39<br />

El segundo cuerpo 10 + 13.3 = 23.3<br />

El tercer y cuarto cuerpo 13.3 cada uno<br />

4<br />

110 t del<br />

c<strong>la</strong>rificador<br />

11.7Tachos<br />

39<br />

39<br />

23.3<br />

jugo<br />

Total evaporado: 39 + 23.3 + 13.3 + 13.3 = 88.9<br />

Total evaporado 39 + 23.3 + 13.3 + 13.3 = 88.9, lo cual concuerda con los 89 tone<strong>la</strong>s requeridas a<br />

evaporar para obt<strong>en</strong>er el jarabe de 60 ST (Brix).<br />

Como resum<strong>en</strong> <strong>la</strong>s necesidades de vapor de acuerdo a <strong>la</strong>s difer<strong>en</strong>tes condiciones de extracciones:<br />

Sin extracciones 51.3 ton/hora<br />

Con extracción del primer vapor (pre-evaporador) 44.8<br />

Con extracciones del primer y segundo vapor (Pre y primer cuerpo) 42.3<br />

Trabajo realizado por: Ing. José Caicedo C. Ing. Jorge Medina 15<br />

Ecuador. Trabajo facilitado para: www.ing<strong>en</strong>ieriaquimica.org<br />

23.3<br />

13.3<br />

13.3<br />

13.3


Si añadimos <strong>la</strong>s pérdidas de vapor <strong>en</strong> tuberías y pérdidas por requerimi<strong>en</strong>tos de procesos, evitando<br />

<strong>la</strong> recircu<strong>la</strong>ción de materiales, se puede concluir que <strong>la</strong>s necesidades de vapor estarían alrededor<br />

de 47 a 51 % caña molida.<br />

Trabajo realizado por: Ing. José Caicedo C. Ing. Jorge Medina 16<br />

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Capítulo VII<br />

Requerimi<strong>en</strong>tos de Pot<strong>en</strong>cia eléctrica y vapor.<br />

En P<strong>la</strong>ntas <strong>azucarera</strong>s <strong>la</strong> pot<strong>en</strong>cia requerida para accionar <strong>la</strong> maquinaria y para alumbrado es<br />

normalm<strong>en</strong>te obt<strong>en</strong>ido como un subproducto del proceso de g<strong>en</strong>eración de vapor, mediante el uso<br />

de vapor de alta presión y temperatura, lo cuales no consum<strong>en</strong> vapor, pero extra<strong>en</strong> <strong>en</strong>ergía del<br />

vapor que recib<strong>en</strong> y pasan todo el vapor como extracción para utilización <strong>en</strong> el proceso. Esto es<br />

un método altam<strong>en</strong>te efici<strong>en</strong>te comparado con <strong>la</strong>s p<strong>la</strong>ntas de g<strong>en</strong>eración de vapor donde los<br />

consumidores de vapor de escape van a los cond<strong>en</strong>sadores, de tal manera que el por de escape no<br />

está disponible.<br />

Asumimos que <strong>en</strong> <strong>la</strong> P<strong>la</strong>nta de azúcar donde se muel<strong>en</strong> 100 ton. de caña por hora, <strong>en</strong> el cual <strong>la</strong><br />

p<strong>la</strong>nta de moli<strong>en</strong>da incluye accionado de turbinas o motores reciprocan tés o pued<strong>en</strong> ser<br />

accionados por accionadores secundarios de una c<strong>en</strong>tral eléctrica con motores eléctricos para<br />

corta-cañas y desfibradoras<br />

Todos los accionadores primarios son de tipo de contrapresión de escape, cuyos accionadores con<br />

g<strong>en</strong>eralm<strong>en</strong>te turbinas de vapor.<br />

Se asume que <strong>la</strong> p<strong>la</strong>nta de moli<strong>en</strong>da necesitan para su normal operación alrededor de 1.500 HP y<br />

que <strong>la</strong> c<strong>en</strong>tral de <strong>en</strong>ergía eléctrica suministrará alrededor de 800 KW, lo cual es equival<strong>en</strong>te a<br />

800/.9 x 0,746 = 1.200 HP, así <strong>la</strong> pot<strong>en</strong>cia total requerida es 2.700 HP.<br />

Asumimos que los accionadores primarios son suministrados con vapor de 180 Lbr. y 500 Of. (<br />

268 o C), descargan contrapresión de 15 psig .Desde el diagrama de <strong>en</strong>tropía y calor total podemos<br />

<strong>en</strong>contrar que bajo estas condiciones 160 BTU/Lb es disponible para <strong>la</strong> conversión <strong>en</strong> <strong>en</strong>ergía<br />

mecánica <strong>en</strong> el accionador primario quedando <strong>la</strong> <strong>en</strong>ergía restante 1270 BT /Lb .Sin embargo,<br />

ningún accionador primario ti<strong>en</strong>e <strong>la</strong> efici<strong>en</strong>cia de 100% por lo tanto solo convertirá una fracción<br />

de <strong>la</strong> <strong>en</strong>ergía disponible de <strong>la</strong> <strong>en</strong>ergía calórica <strong>en</strong> <strong>en</strong>ergía mecánica, quedando <strong>la</strong> <strong>en</strong>ergía calórica<br />

reman<strong>en</strong>te <strong>en</strong> el vapor de escape ( excepto para <strong>la</strong>s pérdidas exteriores .<br />

Ahora una bu<strong>en</strong>a máquina reciprocante ti<strong>en</strong>e una efici<strong>en</strong>cia tan alta como 8) %, una turbina de<br />

multietapa ti<strong>en</strong>e una efici<strong>en</strong>cia de 7= % y una turbina ti<strong>en</strong>e una efici<strong>en</strong>cia tan baja como 40 % (<br />

calcu<strong>la</strong>do <strong>en</strong> efici<strong>en</strong>cia total) ti<strong>en</strong>e el significado de <strong>la</strong> combinación de efici<strong>en</strong>cia mecánica con<br />

<strong>la</strong> efici<strong>en</strong>cia térmica. Asumimos que <strong>la</strong> contrapresión de los accionadores ti<strong>en</strong>e un promedio total<br />

de efici<strong>en</strong>cia del 50 %. Por lo tanto nuestro accionador primario t<strong>en</strong>drá una efici<strong>en</strong>cia mecánica<br />

del 50 %.Nuestros accionadores por lo tanto convertirán el 5= % de <strong>la</strong> <strong>en</strong>ergía calórica<br />

disponible <strong>la</strong> cual es 160 BTU/lb de vapor <strong>en</strong> <strong>en</strong>ergía mecánica por ejemplo 80 BTU. Como el<br />

calor equival<strong>en</strong>te de 1 HP (un HP por hora) es 2545 BTU, nuestro accionador primario requerirá<br />

2545/80 = 31,5 lb de vapor por hora por cada HP <strong>en</strong>tregado <strong>en</strong> el eje. Así nuestro accionador<br />

primario, cuando trabaja con una carga de 2.700 HP, requerirá 2.700x 31.5 = 85000 lb.= 38 t de<br />

vapor por hora.<br />

Hemos demostrado <strong>en</strong> el proceso que se requiere con extracciones alrededor de 42 t/hora de vapor<br />

de 12-15 psig y por lo tanto <strong>la</strong> cantidad de vapor de escape, bajo condiciones normales, no es<br />

Trabajo realizado por: Ing. José Caicedo C. Ing. Jorge Medina 17<br />

Ecuador. Trabajo facilitado para: www.ing<strong>en</strong>ieriaquimica.org


sufici<strong>en</strong>te para el proceso.. La defici<strong>en</strong>cia ti<strong>en</strong>e que ser comp<strong>en</strong>sada con vapor vivo mediante <strong>la</strong><br />

válvu<strong>la</strong> reductora de presión desde <strong>la</strong> presión del g<strong>en</strong>erador de vapor.<br />

Si el marg<strong>en</strong> requerido de cantidad de vapor para el proceso requerida y <strong>la</strong> cantidad de vapor de<br />

escape es demasiado pequeña hay siempre el peligro de irregu<strong>la</strong>ridades del proceso, alguna<br />

cantidad de vapor ti<strong>en</strong>e que ser escapada a <strong>la</strong> atmósfera con <strong>la</strong> consecu<strong>en</strong>te pérdida de<br />

combustible, por lo tanto es deseable que los accionadores primarios y al m<strong>en</strong>os <strong>en</strong> <strong>la</strong> P<strong>la</strong>nta de<br />

g<strong>en</strong>eración debe ser de alta efici<strong>en</strong>cia más que el 50 % como asumimos arriba..<br />

G<strong>en</strong>eradores de vapor:<br />

En operación, el agua de alim<strong>en</strong>tación del caldero será cond<strong>en</strong>sada y el combustible el bagazo del<br />

último molino. En <strong>la</strong> suposición que el cond<strong>en</strong>sado 42.3 t de cond<strong>en</strong>sado está disponible de <strong>la</strong>s<br />

ca<strong>la</strong>ndrias que tomaron vapor de 12-15 lbs .Como nosotros hemos producido <strong>en</strong> el caldero al<br />

manos 47 t de vapor, t<strong>en</strong>dremos exceso de cond<strong>en</strong>sado del vapor de escape por cond<strong>en</strong>sado del<br />

primer vapor, del cual está disponible 39 t, muy lejos de <strong>la</strong>s necesidades ( todos los cond<strong>en</strong>sados<br />

juntos suman: 42.3 +39+23,3+= 117,9 t , más que dos veces <strong>la</strong>s necesidades de alim<strong>en</strong>tación del<br />

caldero.<br />

Aunque los cond<strong>en</strong>sados de escape ti<strong>en</strong><strong>en</strong> una temperatura de 245 oF y desde el primer cuerpo<br />

alrededor de 230 oF , nosotros sumimos que <strong>la</strong> temperatura del agua de alim<strong>en</strong>tación del caldero<br />

llegará a 212 oF.<br />

Con esta agua alim<strong>en</strong>tada al caldero g<strong>en</strong>eramos vapor a 180 psig y 500 oF, el calor total de 1.270<br />

BTU es desde 32 oF. Por cada lb de agua alim<strong>en</strong>tada <strong>en</strong> el caldero a 212 oF 1270- (212-32) =<br />

1090 BTU requerido para evaporación y sobrecal<strong>en</strong>tado a 500 oF.<br />

El valor calórico del bagazo <strong>en</strong> <strong>la</strong>s condiciones que sale desde el último molino puede ser tomado<br />

como promedio como 4.500 BTU/lb. Por lo tanto el calor obt<strong>en</strong>ible desde <strong>la</strong> combustión de una lb<br />

de bagazo <strong>en</strong> el caldero producirá 4500/1.090= 4.1 lb de vapor, si <strong>la</strong> combustión y calor de<br />

transmisión <strong>en</strong> el caldero pudiera llevarse a 100 % de efici<strong>en</strong>cia.<br />

Sin embargo los calderos usualm<strong>en</strong>te con hornos de bagazo sin economizadores y sin<br />

precal<strong>en</strong>tadores de aire, ti<strong>en</strong><strong>en</strong> una efici<strong>en</strong>cia de 60-65%, por lo tanto una libra de bagazo<br />

producirá 2.5 a 2.7 lb de vapor, bajo <strong>la</strong>s condiciones asumidas previam<strong>en</strong>te.<br />

Así, si nosotros g<strong>en</strong>eramos 50 ton de vapor, nosotros hemos combustionado 50/2,5 = 20 ton de<br />

bagazo.<br />

Como se ha supuesto 100t de caña con 12,5 % de fibra nos dará 25 t de bagazo, muy lejos del<br />

requerido para operación normal y además permiti<strong>en</strong>do algún escape de vapor durante los<br />

períodos irregu<strong>la</strong>res de operación. ( esto no sería posible si ninguna extracción de vapor es<br />

practicada).<br />

En comparación con bagazo, el valor calórico el cual es 4.500 BTU/lb, con el del fuel oil es<br />

alrededor de 19.000 BTU, por lo tanto si alguna ocasión se quema petróleo <strong>en</strong> nuestros caldero<br />

nosotros esperamos obt<strong>en</strong>er 10-11 lb de vapor por cada lb petróleo quemado).<br />

Trabajo realizado por: Ing. José Caicedo C. Ing. Jorge Medina 18<br />

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CALENTAMIENTO DE SUPERFICIES<br />

A.- Calderos de vapor.<br />

Capítulo VIII<br />

El diseño de calderos, <strong>en</strong> fábricas <strong>azucarera</strong>s, a <strong>la</strong> fecha responde a ciertos estándares<br />

internacionales, son de tubos de agua, de varios tipos, todos los cuales correspond<strong>en</strong> el mejor<br />

diseño de economía <strong>en</strong> combustibles y facilidad de mant<strong>en</strong>imi<strong>en</strong>to y control operacional.<br />

Normalm<strong>en</strong>te incluirán <strong>en</strong> el diseño los supercal<strong>en</strong>tadores de vapor, pero no incluirán los<br />

economizadores o precal<strong>en</strong>tadores de aire, pero necesariam<strong>en</strong>te estarán provistos de hornos para<br />

quemar bagazo equipados son v<strong>en</strong>ti<strong>la</strong>dores para mejorar <strong>la</strong> combustión.<br />

Los quemadores son de tipo parril<strong>la</strong>s viajeras o fijas . Los hornos son tipo membranas o sea <strong>la</strong>s<br />

paredes de tubos de agua unidas por p<strong>la</strong>tinas o so<strong>la</strong>pas. NO hay paredes de <strong>la</strong>drillo sino posterior<br />

a <strong>la</strong>s membranas t<strong>en</strong>drán ais<strong>la</strong>mi<strong>en</strong>to de <strong>la</strong>na de cerámica y cubierta metálica, pres<strong>en</strong>tan más<br />

duración y mejor efici<strong>en</strong>cia<br />

El diseño de calderos propone construcción vertical hacia arriba desde el domo inferior hasta el<br />

superior. Normalm<strong>en</strong>te pose<strong>en</strong> el horno, <strong>la</strong>s paredes de agua tipo membranas, los colectores,<br />

<strong>la</strong>terales, el block de tubos del caldero con <strong>la</strong> nariz donde aloja el sistema de sobrecal<strong>en</strong>tador de<br />

vapor, el tiro forzado para aire de combustión, el v<strong>en</strong>ti<strong>la</strong>dor para repartir el bagazo y el tiro<br />

inducido para establecer <strong>la</strong> circu<strong>la</strong>ción de gas cali<strong>en</strong>te, los ciclones separadores de c<strong>en</strong>iza y <strong>la</strong><br />

chim<strong>en</strong>ea.<br />

La extracción de c<strong>en</strong>izas del horno se realiza mediante parril<strong>la</strong>s bascu<strong>la</strong>ntes y luego por medio de<br />

corri<strong>en</strong>te agua se extrae <strong>la</strong> c<strong>en</strong>iza al dr<strong>en</strong>aje de <strong>la</strong> P<strong>la</strong>nta, no cumple con los requerimi<strong>en</strong>tos del<br />

control ambi<strong>en</strong>tal, también mediante parril<strong>la</strong>s bascu<strong>la</strong>ntes y luego tornillo sin fin con <strong>en</strong>friador<br />

para sacar <strong>la</strong> c<strong>en</strong>iza para luego extraer<strong>la</strong> con transportador de cinta y uso posterior , además se<br />

diseña con parril<strong>la</strong>s fijas provistas de pinhole para sop<strong>la</strong>do de c<strong>en</strong>izas cada cierto tiempo y luego<br />

extraer <strong>la</strong>s c<strong>en</strong>izas con agua o con tornillo sin fin.<br />

Además <strong>en</strong> el diseño puede ser previsto los economizadores para precal<strong>en</strong>tami<strong>en</strong>to de agua y<br />

posterior <strong>en</strong>trada de agua l caldero <strong>en</strong> un solo circuito y el precal<strong>en</strong>tador de aire mediante tubería<br />

intercambiador fija <strong>en</strong>tre el gas de salida y el aire de <strong>en</strong>trada, prov<strong>en</strong>i<strong>en</strong>te del tiro forzado.<br />

Se ha considerado a <strong>la</strong> P<strong>la</strong>nta una moli<strong>en</strong>da de 100t /h puede requerir alrededor de 50 Ton de<br />

vapor. Si nosotros tomamos <strong>en</strong> cu<strong>en</strong>ta que <strong>la</strong> tasa de evaporación de los calderos es de 7,5<br />

lb/sq.ft.h, necesitamos calderos con una superficie de cal<strong>en</strong>tami<strong>en</strong>to de 50 x 2.240/7,5 = 15.000<br />

sq.ft. Esta superficie de cal<strong>en</strong>tami<strong>en</strong>to será sufici<strong>en</strong>te con un factor de holgura para <strong>la</strong> superficie<br />

de cal<strong>en</strong>tami<strong>en</strong>to.<br />

B.-Cal<strong>en</strong>tami<strong>en</strong>to de jugos:<br />

Los modernos cal<strong>en</strong>tadores de jugo sean horizontales o verticales, son de multiplepaso, <strong>en</strong> los<br />

cuales aseguran que el jugo pasará a través del cal<strong>en</strong>tami<strong>en</strong>to de tubos a más o m<strong>en</strong>os alta<br />

Trabajo realizado por: Ing. José Caicedo C. Ing. Jorge Medina 19<br />

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velocidad. Este es un factor es<strong>en</strong>cial para asegurar una bu<strong>en</strong>a transmisión de calor. Otro factor<br />

es<strong>en</strong>cial es que <strong>la</strong> superficie de cal<strong>en</strong>tami<strong>en</strong>to debe mant<strong>en</strong>erse complem<strong>en</strong>te limpio, lo cual se<br />

facilita con <strong>la</strong> alta velocidad de pase del jugo. Otros factores es<strong>en</strong>ciales son bu<strong>en</strong>a distribución<br />

de vapor alrededor de los tubos y efectiva remoción de los cond<strong>en</strong>sados y gases incond<strong>en</strong>sables.<br />

-Calculo de superficies de cal<strong>en</strong>tami<strong>en</strong>to mediante monográficos gráficos y suministro de<br />

factores de transmisión de calor <strong>en</strong> <strong>la</strong>s variadas condiciones de una P<strong>la</strong>nta <strong>azucarera</strong>.<br />

C- Evaporadores:<br />

Las condiciones de transmisión de calor <strong>en</strong> <strong>la</strong>s ca<strong>la</strong>ndrias de los evaporadores son difer<strong>en</strong>tes a <strong>la</strong>s<br />

que prevalec<strong>en</strong> <strong>en</strong> los cal<strong>en</strong>tadores de jugo. Si los cuatro cuerpos de evaporación se ha diseñado<br />

para evaporar 22.5 t/h como es práctica común que <strong>la</strong> superficie de cal<strong>en</strong>tami<strong>en</strong>to <strong>en</strong> los cuatro<br />

cuerpos sean iguales y si el coefici<strong>en</strong>te de transmisión sean simi<strong>la</strong>res <strong>en</strong>tonces <strong>la</strong> caída de<br />

temperatura sean iguales ( 245-114= 131 oF sería igual dividido por cuatro pasos de 33 oF. Sin<br />

embargo ya asumimos que <strong>la</strong> caída de temperatura sea 245-230 = 15, ( 230-212 ) = 18, 212-179)<br />

= 33 y ( 179-114 = 65 oF (36 oC.).<br />

Estas caídas de temperatura desde un cuerpo a otro, <strong>en</strong> realidad no son predeterminadas, pero<br />

serán ajustadas automáticam<strong>en</strong>te de acuerdo al valor de coefici<strong>en</strong>te de transmisión de calor,<br />

preexist<strong>en</strong>te <strong>en</strong> cada cuerpo. Los coefici<strong>en</strong>tes aplicados al último cuerpo <strong>en</strong> el cual el jugo está<br />

altam<strong>en</strong>te conc<strong>en</strong>trado y el cual <strong>la</strong> formación de incrustación es alta.<br />

Medidas han demostrado que el C1, puede ser 6 a 8 veces tan alta como el C4, cuando alguna<br />

incrustación ti<strong>en</strong>e lugar <strong>en</strong> todos los cuerpos y <strong>la</strong> más alta incrustación <strong>en</strong> el último cuerpo. En<br />

efecto <strong>la</strong> proporción <strong>en</strong>tre los coefici<strong>en</strong>tes variarán sin predicción y <strong>la</strong>s temperaturas y presiones<br />

se ajustarán a <strong>la</strong> realidad.<br />

Nosotros podemos sin embargo contro<strong>la</strong>r <strong>la</strong> evaporación mediante el control de presión de vapor<br />

<strong>en</strong> <strong>la</strong> primera ca<strong>la</strong>ndria.<br />

Temperatura media dif. DeltaM = t2-t1/ Log e T-t1/ T-t2<br />

La capacidad de evaporación puede ser simplem<strong>en</strong>te expresada <strong>en</strong> libras por pie cuadrado por<br />

hora( lb/sq.h) y <strong>la</strong> experi<strong>en</strong>cia ha demostrado que para cuádruplo efecto operado con extracción<br />

de vapor de 10-12 psig y vacío de 26-27 in de Hg. , alrededor de 7 lb/sq.ft.h puede ser con<br />

seguridad expresada.<br />

Así el último cuerpo t<strong>en</strong>drá una superficie de cal<strong>en</strong>tami<strong>en</strong>to de 22.25 x 2240/7 = 7.150 sq.ft y<br />

hemos escogido hacer todos los cuatro cuerpos semejantes, <strong>la</strong> superficie total de cal<strong>en</strong>tami<strong>en</strong>to<br />

del cuádruplo efecto de evaporación estará alrededor de 29.000 sq.ft (2.695 M2)<br />

Si podemos fácilm<strong>en</strong>te indicar que el sistema de evaporación puede t<strong>en</strong>er mayor capacidad si se<br />

practica extracciones de vapor del primero y segundo cuerpo.<br />

Consideremos el último cuerpo de evaporación. Este ti<strong>en</strong>e so<strong>la</strong>m<strong>en</strong>te 13.3 t/h y si asumimos<br />

anteriorm<strong>en</strong>te que 7 lb/sq.ft, <strong>la</strong> superficie de cal<strong>en</strong>tami<strong>en</strong>to será 13.3 x 2240/7 = 4200 sq.ft.<br />

Trabajo realizado por: Ing. José Caicedo C. Ing. Jorge Medina 20<br />

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Como el tercer cuerpo ti<strong>en</strong>e que evaporar <strong>la</strong> misma cantidad como el 4to. Cuerpo, se diseñará<br />

también para 4.200 sq.ft aunque parezca que se m<strong>en</strong>or <strong>en</strong> requerimi<strong>en</strong>to. Para el 2do y primer<br />

cuerpo asumimos alta tasa de evaporación y de acuerdo a <strong>la</strong> experi<strong>en</strong>cia el sistema está bi<strong>en</strong><br />

diseñado para 9-10 lb/sq respectivam<strong>en</strong>te. Con estos datos <strong>en</strong>contramos que <strong>la</strong>s superficies de<br />

cal<strong>en</strong>tami<strong>en</strong>to del 2do y 1er cuerpo será 23.3 x 2240/9 = 6.100 sq.ft y 39 x 2240/10 = 8.700 sq.ft<br />

respectivam<strong>en</strong>te. Así el total de superficie de cal<strong>en</strong>tami<strong>en</strong>to para una bu<strong>en</strong>a operación será :<br />

8.700 + 6.100 + 4.200 + 4.200 = 23.200 sq.ft.<br />

Esto es el 20 % m<strong>en</strong>os superficie de cal<strong>en</strong>tami<strong>en</strong>to necesario para el diseño de un evaporador sin<br />

extracciones. Se establece que sistemáticam<strong>en</strong>te que <strong>la</strong> extracción de vapor no so<strong>la</strong>m<strong>en</strong>te mejora<br />

<strong>en</strong>ormem<strong>en</strong>te <strong>la</strong> demanda de vapor, pero también hace posible <strong>la</strong> economía del tamaño de <strong>la</strong><br />

P<strong>la</strong>nta.<br />

Con el propósito de operar el sistema con extracción de cond<strong>en</strong>sados, es necesario el control de <strong>la</strong><br />

presión del vapor <strong>en</strong> el primer cuerpo, digamos 6 psig para los usuarios del vapor del primer<br />

cuerpo t<strong>en</strong>gan <strong>la</strong> misma presión todo el tiempo, esto puede hacerse mediante el control automático<br />

de una válvu<strong>la</strong> de reducción, lo cual manti<strong>en</strong>e <strong>la</strong> presión de escape del primer cuerpo cuando <strong>la</strong><br />

presión ti<strong>en</strong>da a caer o <strong>la</strong> válvu<strong>la</strong> de alivio deja escapar a <strong>la</strong> atmósfera cuando <strong>la</strong> presión ti<strong>en</strong>de a<br />

elevarse<br />

Este diseño hace que <strong>la</strong> P<strong>la</strong>nta sea flexible y se adapte a <strong>la</strong>s grande variaciones de condiciones.<br />

Aun si el primer cuerpo fuera diseñado muy pequeño para satisfacer los requerimi<strong>en</strong>tos de todos<br />

los usuarios nunca carecerán del vapor del primer vapor.<br />

Los principales factores para mant<strong>en</strong>er una p<strong>la</strong>nta muy flexible con <strong>la</strong>s condiciones muy variables<br />

a pesar del sistema automático de control, pued<strong>en</strong> influ<strong>en</strong>ciar son <strong>la</strong>s incrustaciones y <strong>la</strong><br />

contrapresión de escape de vapor de los accionadores ( se asume que <strong>la</strong> tasa de evaporación es de<br />

10lb/sq.ft.h para el primer cuerpo y definitivam<strong>en</strong>te se presupone que el jugo <strong>en</strong>trando al primer<br />

cuerpo debe ser cal<strong>en</strong>tado <strong>en</strong> un precal<strong>en</strong>tador a una temperatura de un pocos grado sobre el punto<br />

de ebullición del jugo <strong>en</strong> el primer cuerpo.<br />

Para analizar los coefici<strong>en</strong>tes de transmisión consideramos <strong>la</strong>s sigui<strong>en</strong>tes tasas de evaporación<br />

10,9,7, y 7 lb.sq.ft.h y <strong>la</strong> temperatura de caída de 15,18,33 y 65 of para los cuatro cuerpos<br />

respectivam<strong>en</strong>te. Tomemos ahora de <strong>la</strong>s tab<strong>la</strong>s de vapor los valores del calor <strong>la</strong>t<strong>en</strong>te de<br />

evaporación para <strong>en</strong>contrar sin considerar <strong>la</strong> elevación de los puntos de ebullición), los sigui<strong>en</strong>tes<br />

coefici<strong>en</strong>tes de transmisión:<br />

1er cuerpo . 10 x 958/15 = 640 BTU/sq.ft.h. oF<br />

2do cuerpo 9 x 970/18 = 485 BTU/sq.ft.h.oF<br />

3er cuerpo 7 x 990/33 = 210 BTU/sq.ft.h.oF<br />

4to. cuerpo 7 x 1026/65 =110 BTU/sq.ft.h.oF<br />

Estos datos de coefici<strong>en</strong>tes son bu<strong>en</strong>os medidos <strong>en</strong> operación<br />

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CONDENSADORES<br />

Los cond<strong>en</strong>sadores normalm<strong>en</strong>te usados <strong>en</strong> <strong>la</strong> <strong>industria</strong> <strong>azucarera</strong> son cond<strong>en</strong>sadores mixtos, lo<br />

cual significa que el agua de <strong>en</strong>friami<strong>en</strong>to y el vapor a ser cond<strong>en</strong>sados deb<strong>en</strong> ser mezc<strong>la</strong>dos así<br />

que el agua cali<strong>en</strong>te resultante es removido a través de una pierna barométrica, este diseño es<br />

difer<strong>en</strong>te a los cond<strong>en</strong>sadores de superficie el cual el agua de <strong>en</strong>friami<strong>en</strong>to es mant<strong>en</strong>ida separada<br />

del vapor a ser cond<strong>en</strong>sado y los cond<strong>en</strong>sados son usualm<strong>en</strong>te removida por medio de una bomba.<br />

Para <strong>la</strong> moli<strong>en</strong>da de 100t /h de caña, el evaporador ti<strong>en</strong>e que tratar con 13,3t/h y el cond<strong>en</strong>sador<br />

de los tachos con 10.6t/h de vapor y <strong>en</strong> total t<strong>en</strong>emos que cond<strong>en</strong>sar 23,9 t/h de vapor a 27 pulg de<br />

Hg. de vacío y t<strong>en</strong>i<strong>en</strong>do el calor <strong>la</strong>t<strong>en</strong>te de BTU/lb y <strong>la</strong> temperatura de 114 oF, <strong>la</strong> temperatura del<br />

agua cali<strong>en</strong>te que deja el cond<strong>en</strong>sador.<br />

.En <strong>la</strong> práctica el agua de refrigeración alcance 104 oF ( 10 oF m<strong>en</strong>or que <strong>la</strong> temperatura del<br />

vapor). En este caso cada lb de vapor añadirá 1026 BTU +( 114-104 1036 BTU al calor <strong>la</strong>t<strong>en</strong>te<br />

del agua de <strong>en</strong>friami<strong>en</strong>to. Si el agua de <strong>en</strong>friami<strong>en</strong>to ti<strong>en</strong>e una temperatura de 80 oF, cada lb de<br />

agua tomará 104-80 = 24 BTU. Así 1036/24 = 43 lb de agua de <strong>en</strong>friami<strong>en</strong>to que ti<strong>en</strong>e ser<br />

introducida d<strong>en</strong>tro del cond<strong>en</strong>sador por cada lb de vapor. Por lo tanto para <strong>la</strong>s 23,9 t/h de vapor,<br />

t<strong>en</strong>emos que usar 43 x 23,9 = 1030 t/h (3850 GAL/mn) de inyección de agua a 80 oF.<br />

Si el agua de <strong>en</strong>friami<strong>en</strong>to disponible es de 90 oF(32 oC.) y necesitamos mant<strong>en</strong>er el vacío de 27<br />

pulg de Hg., <strong>en</strong>tonces cada lb de agua podría tomar so<strong>la</strong>m<strong>en</strong>te 14 BTU y <strong>la</strong> cantidad de agua de<br />

inyección requerida será 24/14,1,7 veces o 70 % mayor que antes. Si <strong>la</strong> cantidad de agua no está<br />

disponible, el vacío se caerá. Con un control automático podría ser posible operar los<br />

cond<strong>en</strong>sadores con una difer<strong>en</strong>cia de temperatura <strong>en</strong>tre el agua y el vapor de 10 oF para ahorro de<br />

agua, para t<strong>en</strong>er el alto vacío.<br />

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COMENTARIOS A LOS CALCULOS:<br />

1.- Vapor y bagazo:<br />

Capítulo IX<br />

Con fibra del 12,5 % <strong>en</strong> caña, obt<strong>en</strong>emos 25t de bagazo, lo cual es sufici<strong>en</strong>te para g<strong>en</strong>erar 60 ton<br />

vapor, considerando una adecuada extracción de vapor del primer y segundo cuerpo de<br />

evaporación y un mejorami<strong>en</strong>to de <strong>la</strong> efici<strong>en</strong>cia del caldero añadi<strong>en</strong>do economizador y<br />

precal<strong>en</strong>tador de aire. También se considera un error producir más vapor de lo necesario para<br />

botar el vapor a través de <strong>la</strong> inefici<strong>en</strong>cia de <strong>la</strong> P<strong>la</strong>nta. La adición de economizador y precal<strong>en</strong>tador<br />

de aire se justifica siempre para cumplir con el control ambi<strong>en</strong>tal para t<strong>en</strong>er mejor combustión y<br />

m<strong>en</strong>os consumo de bagazo.<br />

2.- Vapor y Pot<strong>en</strong>cia:<br />

De acuerdo con <strong>la</strong>s condiciones del vapor, los accionadores primarios constituy<strong>en</strong> el 50%<br />

de <strong>la</strong> efici<strong>en</strong>cia total requerida 31,5 hplb de vapor por hora. Este efecto no es compr<strong>en</strong>sible a<br />

varias presiones de vapor y temperaturas de sobre cal<strong>en</strong>tami<strong>en</strong>to.<br />

Anteriorm<strong>en</strong>te hemos escogido presiones de vapor a 180 psig y 500 oF con sobrecal<strong>en</strong>tami<strong>en</strong>to<br />

del vapor para t<strong>en</strong>er mejor calidad de vapor y m<strong>en</strong>or mant<strong>en</strong>imi<strong>en</strong>to de los accionadores de<br />

turbinas. Las turbinas t<strong>en</strong>drán mayor mant<strong>en</strong>imi<strong>en</strong>to <strong>en</strong> <strong>la</strong> operación con vapor saturado.<br />

Se tomará <strong>en</strong> cu<strong>en</strong>ta que se reducirá <strong>la</strong> cantidad de vapor de escape reduci<strong>en</strong>do <strong>la</strong> contrapresión<br />

de escape, se ha escogido <strong>la</strong> contrapresión de 15 psig para hacer posible que el primer cuerpo de<br />

evaporación puede t<strong>en</strong>er una tasa de evaporación de 10 lb/sq.ft.h y así reducir el tamaño del<br />

cuerpo de evaporación .<br />

3.-Utilización del f<strong>la</strong>sh de evaporación:<br />

Los cond<strong>en</strong>sados del vapor de escape están disponibles a <strong>la</strong> temperatura de 245 oF y <strong>en</strong> el<br />

primer vapor se <strong>en</strong>cu<strong>en</strong>tra a 230 oF, los cond<strong>en</strong>sados alim<strong>en</strong>tan a los calderos a 212 oF. Para<br />

llegar a estos valores, acumu<strong>la</strong>mos cond<strong>en</strong>sados <strong>en</strong> recipi<strong>en</strong>tes cerrados v<strong>en</strong>teados al segundo<br />

cuerpo principalm<strong>en</strong>te.<br />

La presión <strong>en</strong> el 2do cuerpo es 0 psig el vapor se expandirá a esta presión para ser utilizado <strong>en</strong> el<br />

segundo cuerpo. Con 43.3t de cond<strong>en</strong>sados a 245 oF y 39 ton a 230 oF, <strong>la</strong> cantidad de vapor<br />

resultante de <strong>la</strong> expansión será considerada como calor <strong>la</strong>t<strong>en</strong>te del vapor a 0 psig es 970 BTU/lb :<br />

Así: 245-212/970 x 42.3 + 230-212/970 x 39 = 2,2 Esta cantidad de vapor es considerable y su<br />

utilización reducirá el consumo de vapor calcu<strong>la</strong>do.<br />

El vapor de expansión, del jugo al pasar desde el 1er cuerpo, t<strong>en</strong>emos 110-29= 81t de jugo<br />

después del 1er cuerpo con una temperatura de 230 oF. A <strong>la</strong> <strong>en</strong>trada del segundo cuerpo <strong>la</strong><br />

Trabajo realizado por: Ing. José Caicedo C. Ing. Jorge Medina 23<br />

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temperatura se cae a 212 oF y cuando sucede es 230-212/970 x 81 = 1,5t de vapor del segundo<br />

cuerpo será expandido a vapor.( el calor específico del jugo es so<strong>la</strong>m<strong>en</strong>te alrededor de 0,94).<br />

Este vapor de expansión es sufici<strong>en</strong>te para justificar <strong>la</strong> lb x lb de evaporación asumida.<br />

4.- Evaporación<br />

Las tasas de evaporación asumidas para el cálculo de superficies caloricas de los cuerpos de<br />

evaporación son altas. Comparadas con <strong>la</strong>s P<strong>la</strong>ntas antiguas sin extracción de cond<strong>en</strong>sados, con<br />

precal<strong>en</strong>tami<strong>en</strong>to de jugo y alta contrapresión y <strong>la</strong>s diseñadas con extracción de cond<strong>en</strong>sados,<br />

precal<strong>en</strong>tami<strong>en</strong>to de jugo antes del primer cuerpo y contrapresión de escape tan bajos como 5<br />

psig.<br />

En nuestros cálculos se basan <strong>en</strong> 110 t de jugo por 100 t de caña molida y conc<strong>en</strong>tración de<br />

me<strong>la</strong>dura a 65 oBrix, con el efecto de expansión de cond<strong>en</strong>sados son evid<strong>en</strong>tes. Especialm<strong>en</strong>te el<br />

último cuerpo o los dos últimos cuerpos pued<strong>en</strong> ser diseñados sobredim<strong>en</strong>sionados para soportar<br />

<strong>la</strong>s severas incrustaciones antes que <strong>la</strong> limpieza sea necesaria.<br />

También existe un peligro de fal<strong>la</strong> de diseño si el agua de <strong>en</strong>friami<strong>en</strong>to es superior a 80 oF (26<br />

oC) con <strong>la</strong> consecu<strong>en</strong>te dificultad para mant<strong>en</strong>er el vacío a 27 pulg de Hg, Una superficie<br />

calórica sobredim<strong>en</strong>sionada para el último cuerpo será b<strong>en</strong>eficiosa porque<br />

comp<strong>en</strong>sará <strong>la</strong> caída de temperatura.<br />

Aparte de <strong>la</strong> incrustación severa y del inadecuado suministro de vapor, <strong>la</strong> causa única para un<br />

bu<strong>en</strong> diseño del evaporador es <strong>la</strong> fal<strong>la</strong> del operador qui<strong>en</strong> abre o cierra <strong>la</strong>s válvu<strong>la</strong>s<br />

indiscriminadam<strong>en</strong>te.<br />

El bu<strong>en</strong> operador debe facilitar que el flujo de jugo sea continuo. La admisión de vapor para el<br />

primer cuerpo será estable con variaciones muy ocasionales. La automatización completa de los<br />

controles de los cuerpos de evaporación es de gran importancia, incluido el mant<strong>en</strong>imi<strong>en</strong>to de los<br />

equipos de proceso.<br />

Un simple control de medida es el control de nivel del jugo <strong>en</strong> cada uno de los cuerpos de<br />

evaporación para conseguir un brix constante de <strong>la</strong> me<strong>la</strong>dura y <strong>en</strong> condiciones para iniciar el<br />

proceso de c<strong>la</strong>rificación antes de tachos.<br />

5.- Proceso del vapor sobrecal<strong>en</strong>tado.<br />

Es conocido que el vapor sobrecal<strong>en</strong>tado no permite altos coefici<strong>en</strong>tes de transmisión de calor y<br />

que ti<strong>en</strong>e que sufrir el <strong>en</strong>friami<strong>en</strong>to o des sobrecal<strong>en</strong>tado antes de <strong>la</strong> admisión <strong>en</strong> los<br />

intercambiadores de calor tales como los cal<strong>en</strong>tadores de jugo o <strong>en</strong> <strong>la</strong>s ca<strong>la</strong>ndrias de los<br />

evaporadores porque el vapor sobrecal<strong>en</strong>tado se comporta como gas cali<strong>en</strong>te y como<br />

consecu<strong>en</strong>cia se manifiestan los bajos coefici<strong>en</strong>tes de transmisión de calor. El calor de<br />

sobrecal<strong>en</strong>tami<strong>en</strong>to es muy pequeño <strong>en</strong> re<strong>la</strong>ción con el calor <strong>la</strong>t<strong>en</strong>te <strong>en</strong> el proceso del vapor.<br />

Vapor de 12psig con 50 o F sw sobrecal<strong>en</strong>tami<strong>en</strong>to (temperatura total de 295 o F) ti<strong>en</strong>e un calor<br />

total (desde 12 o F) de 1185 BTU/lb del cual so<strong>la</strong>m<strong>en</strong>te 22 BTU/lb es el calor de sobrecal<strong>en</strong>tado y<br />

Trabajo realizado por: Ing. José Caicedo C. Ing. Jorge Medina 24<br />

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950 BTU/lb es el calor <strong>la</strong>t<strong>en</strong>te. Así el calor de sobrecal<strong>en</strong>tado es so<strong>la</strong>m<strong>en</strong>te el 2 % del calor que va<br />

a ser transmitido y el cual es inmediatam<strong>en</strong>te absorbido cuando el vapor <strong>en</strong>tra <strong>en</strong> contacto con los<br />

tubos de <strong>la</strong> ca<strong>la</strong>ndria del primer cuerpo mediante <strong>la</strong> cond<strong>en</strong>sación del vapor lo cual permite altos<br />

coefici<strong>en</strong>tes de transmisión de calor.<br />

6.- Sistemas de cocimi<strong>en</strong>to:<br />

El sistema de cocimi<strong>en</strong>to ideal es por supuesto el “Sistema de un solo cocimi<strong>en</strong>to” con el cual se<br />

suministra cocimi<strong>en</strong>to de masa cocida desde <strong>la</strong> me<strong>la</strong>dura con alto r<strong>en</strong>dimi<strong>en</strong>to de cristales de<br />

azúcar y bajo r<strong>en</strong>dimi<strong>en</strong>to de <strong>la</strong>s me<strong>la</strong>zas <strong>en</strong> un solo paso, esto es práctico.<br />

El mejor sistema por lo tanto es de” dos masas cocidas” es práctico y también requiere el máximo<br />

control <strong>en</strong> el proceso de <strong>la</strong> P<strong>la</strong>nta. Requiere un cambio de control <strong>en</strong> el proceso de cristalización<br />

<strong>en</strong> los tachos y el agotami<strong>en</strong>to de mieles <strong>en</strong> los recipi<strong>en</strong>tes de cristalizadores. Especialm<strong>en</strong>te <strong>en</strong><br />

masas LG.<br />

La es<strong>en</strong>cia del sistema de dos masas cocidas es formar y obt<strong>en</strong>er alto r<strong>en</strong>dimi<strong>en</strong>to <strong>en</strong> azúcar tanto<br />

como sea posible. Para obt<strong>en</strong>er este objetivo es necesario el cocimi<strong>en</strong>to de <strong>la</strong> masa cocida a un<br />

alto Brix o d<strong>en</strong>sidad sin <strong>la</strong> formación de grano falso y <strong>en</strong> el <strong>en</strong>friami<strong>en</strong>to <strong>en</strong> los cristalizadores de<br />

tal manera que el grano formado al vacío <strong>en</strong> los tachos, debe crecer sin <strong>la</strong> formación de granos<br />

falsos, hasta que <strong>la</strong> pureza del licor madre o me<strong>la</strong>za t<strong>en</strong>ga una caída de pureza recom<strong>en</strong>dable para<br />

masas de LG., aproximadam<strong>en</strong>te de 35 % de pureza.<br />

Esto requiere un bu<strong>en</strong> vacío constante para los tachos y para los cristalizadores amplia capacidad<br />

y operadores compet<strong>en</strong>tes o automatización de los cocimi<strong>en</strong>tos. Es necesario que los operadores<br />

compr<strong>en</strong>dan el mecanismo de crecimi<strong>en</strong>to de los cristales a partir de los licores sobresaturados,<br />

deb<strong>en</strong> ser observadas <strong>la</strong>s sigui<strong>en</strong>tes recom<strong>en</strong>daciones.<br />

A) La masa cocida para {producción) de azúcar b<strong>la</strong>nco directo debe ser cocida a partir de una<br />

bu<strong>en</strong>a semil<strong>la</strong> (de alta pureza y con cristales bi<strong>en</strong> formados, sin polvo, sin conglomerados y<br />

sin twines), cual puede ser formada <strong>en</strong> el tacho mediante el uso de pies de temp<strong>la</strong> preparadas<br />

fuera del tacho.<br />

B) La masa cocida será descargada <strong>en</strong> los cristalizadores, los cuales no deb<strong>en</strong> cont<strong>en</strong>er residuo<br />

de antiguas masas cocidas.<br />

C) Los cristalizadores cuando reciban <strong>la</strong>s masas cocidas deb<strong>en</strong> cont<strong>en</strong>er agua cali<strong>en</strong>te o vacíos<br />

para evitar rápido <strong>en</strong>friami<strong>en</strong>to y luego <strong>la</strong> formación de grano falso al subir <strong>la</strong><br />

sobresaturación.<br />

D) Cuando el tacho ha sido descargado, <strong>la</strong> válvu<strong>la</strong> de descarga se cerrará y el agua de <strong>la</strong>vado<br />

no debe ser descargada <strong>en</strong> <strong>la</strong> masa cocida para evitar dilución de grano o sobresaturación.<br />

Trabajo realizado por: Ing. José Caicedo C. Ing. Jorge Medina 25<br />

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E) El agitador del cristalizador estará <strong>en</strong> operación sin agua de <strong>en</strong>friami<strong>en</strong>to, para evitar rápido<br />

<strong>en</strong>friami<strong>en</strong>to.<br />

F) El <strong>en</strong>friami<strong>en</strong>to con agua fría deberá iniciar muy despacio e increm<strong>en</strong>tar el flujo de agua<br />

poco a poco mediante el control <strong>en</strong>tre <strong>la</strong> temperatura del agua de <strong>en</strong>trada y <strong>la</strong> de salida.<br />

G) Como <strong>la</strong> Masa cocida se <strong>en</strong>fría llegar a ser m<strong>en</strong>os fluida y más viscosa tanto como crece el<br />

cont<strong>en</strong>ido de cristales y baja <strong>la</strong> pureza de <strong>la</strong> me<strong>la</strong>za. Es necesario mant<strong>en</strong>er <strong>la</strong> fluidez<br />

mediante <strong>la</strong> adición de lubricante (miel diluida correspondi<strong>en</strong>te más agua diluida a 65 Brix.<br />

H) Si <strong>la</strong> operación de <strong>en</strong>friami<strong>en</strong>to <strong>en</strong> el cristalizador ha sido llevado con juicio y con <strong>la</strong><br />

apropiada cantidad de lubricante, el proceso posterior consiste <strong>en</strong> <strong>la</strong> separación de los<br />

cristales y mieles <strong>en</strong> <strong>la</strong>s c<strong>en</strong>trífugas de canasta previo al control de <strong>la</strong> fluidez de <strong>la</strong> masa<br />

cocida para facilitar esta operación previa también al cal<strong>en</strong>tami<strong>en</strong>to para mant<strong>en</strong>er una<br />

re<strong>la</strong>tiva sobresaturación.<br />

El sistema moderno de tres masas cocidas es recom<strong>en</strong>dable cuando los jugos de molinos<br />

pres<strong>en</strong>tan alta pureza como 86-90 y deberá tomar <strong>la</strong>s sigui<strong>en</strong>tes recom<strong>en</strong>daciones:<br />

-Evitar que los materiales de pureza alta sean mezc<strong>la</strong>dos con materiales de baja pureza,<br />

-Evitar <strong>la</strong> recircu<strong>la</strong>ción de materiales lo cual significa mayor consumo de <strong>en</strong>ergía y manejo de<br />

mayor cantidad de materiales.<br />

-Evitar malos cocimi<strong>en</strong>tos <strong>en</strong> los tachos mediante el control de alto vacío, y constante presión del<br />

vapor a suministrarse.<br />

-Recom<strong>en</strong>dar el proceso para contro<strong>la</strong>r alta pureza de los materiales <strong>en</strong> los c<strong>la</strong>rificadores<br />

-Cristalizar los pies de temp<strong>la</strong> <strong>en</strong> materiales de alta pureza (jarabe) y con <strong>la</strong> m<strong>en</strong>or cantidad de<br />

impurezas.<br />

-Mant<strong>en</strong>er pies de temp<strong>la</strong> para cocimi<strong>en</strong>tos de producción con granos bi<strong>en</strong> formados y definidos.<br />

-Cumplir con el control ambi<strong>en</strong>tal mediante <strong>la</strong> descontaminación de contaminantes producidos <strong>en</strong><br />

<strong>la</strong> P<strong>la</strong>nta.<br />

- Mant<strong>en</strong>er limpieza y ord<strong>en</strong> <strong>en</strong> todas <strong>la</strong>s operaciones.<br />

-Practicar el mant<strong>en</strong>imi<strong>en</strong>to ci<strong>en</strong>tífico de equipos con procedimi<strong>en</strong>tos que asegur<strong>en</strong> un control<br />

perman<strong>en</strong>te de <strong>la</strong> contaminación.<br />

- Cumplir con todas <strong>la</strong>s prácticas necesarias para el control ambi<strong>en</strong>tal tratami<strong>en</strong>to de aguas<br />

negras, tratami<strong>en</strong>to de aguas residuales, uso de procesos que minimic<strong>en</strong> <strong>la</strong> contaminación del<br />

Trabajo realizado por: Ing. José Caicedo C. Ing. Jorge Medina 26<br />

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agua, c<strong>la</strong>sificación de residuos y su eliminación. Diseño efici<strong>en</strong>te de <strong>la</strong> ing<strong>en</strong>iería de recic<strong>la</strong>je de<br />

residuos como medio para g<strong>en</strong>erar trabajo a m<strong>en</strong>or costo.<br />

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