Ingeniería de la caña de azúcar PDF
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ÍNDICE A. INICIO B. COOPERADORES C. CONTENIDO D. LISTA DE SÍMBOLOS E. SUBÍNDICES F. ABREVIATURAS G. TERMINOLOGÍA CAPITULOS: 1 CAÑA DE AZÚCAR 2 EVALUACIÓN Y PAGO DE CAÑA 3 SUMINISTRO Y MANEJO DE CAÑA DE AZÚCAR 4 PREPARACIÓN DE CAÑA 5 MOLIENDA DE CAÑA 6 DIFUSIÓN DE CAÑA 7 CONDUCTORES INTERNOS DE MOLINO Y CONDUCTORES DE BAGAZO 8 MANEJO DEL JUGO 9 CALENTAMIENTO DEL JUGO 10 CLARIFICACIÓN 11 FILTRACIÓN 12 EVAPORACIÓN 13 CONDENSADORES Y EQUIPO DE VACIO 14 CLARIFICACIÓN DE LA MELADURA 15 CRISTALIZACIÓN 16 CRISTALIZADORES POR ENFRIAMIENTO 17 SEPARACIÓN EN MAQUINAS CENTRIFUGAS 18 AGOTAMIENTO DE LAS MIELES 19 SECADO Y ALMACENAMIENTO DE AZÚCAR CRUDO 20 CALIDAD DEL AZÚCAR CRUDO 21 MANIPULACIÓN Y ALMACENAMIENTO DE MIELES 22 REFINACIÓN DEL AZÚCAR 23 COLOR Y SISTEMAS DE DECOLORACIÓN 24 MANEJO Y ACONDICIONAMIENTO DEL AZÚCAR BLANCO 25 CONTROL QUÍMICO DE LAS FABRICAS 26 MANIPULACIÓN, ALMACENAMIENTO Y SECADO DEL BAGAZO 27 GENERACIÓN DE VAPOR 28 BALANCE DEL VAPOR DE FABRICA 29 AGUA Y SISTEMAS DE CONDENSADOS 30 ELECTRICIDAD 31 UTILIZACIÓN DE SUBPRODUCTOS 32 PROPIEDADES FÍSICAS H. INDICE Peter Rein lE DEL A Verlag Dr. Albert Bartens KG - Berlin 2012 4 Las cifras, las descripciones de métodos y la información presentada en este libro, han sido cuidadosamente verificadas buscando asegurar un buen nivel de precisión. No obstante, los autores y editores no se hacen responsables por errores de impresión, por planteamientos incorrectos o cualquier otra clase de errores. A las personas que pretendan manipular productos químicos o trabajar con base a información proveniente de este libro, se les recomienda consultar los documentos originales, al igual que las especificaciones y nomativas pertinentes con el fin de evitar posibles riesgos. ISBN 978-3-87040-142-9 www.ingenieriade1acanadeazucar.com 2012 © Verlag Dr. Albert Bartens KG Uickhoffstr. 16, 14129 Berlin, Alemania www.Bartens.com Teléfono: +49 (O) 30 8035678 Telefax: +49 (O) 30 8032049 E-Mail: [email protected] Derechos reservados (incluyendo los correspondientes a la traducción a otros idiomas). Está prohibida la reproducción total o parcial de esta obra, por cualquier medio, sin autorización escrita del editor. Los nombres registrados, marcas de fábrica, etc., utilizados en este libro y que no aparecen señalados como tales, no deben considerarse como desprotegidos. Composición: Verlag Dr. Albert Bartens KG, Berlin Impresión y encuadernación: Elbe Druckerei Wittenberg ·Impreso en Alemania 5 EL AUTOR El Profesor Peter W. Rein rosos aportes a libros y ha nació en Pretoria, Sudáfrica. En sido conferencista invitado 1965 obtuvo su grado B.Sc. en en varias instituciones. Ha Ingeniería Química de la Uni recibido varias distinciones versidad de Ciudad del Cabo entre las que se encuentran (Cape Town) y posteriormente las siguientes: en 1967, obtuvo el M.Sc. en la Galardonado en 1985, misma universidad. En 1973 por el Instituto Suda recibió el Ph.D. en Ingeniería fricano ele Proyectos Química en la Universidad de ele Ingeniería Mecánica Natal. y de Sistemas, como Entre 1967 y 1969, inició miembro del grupo que su ejercicio profesional como desarrolló el proyecto investigador en la De Beers Dia Felixton JI Sugar Mil l. mond Division y luego fue trans Galardonado en 1993 ferido al área de investigación e por el Instituto Sudafri ingeniería de producción de la Tongaat-Hulett Sugar cano ele Ingenieros Químicos con la distinción a donde laboró hasta 1979. En ese año fue promovi la innovación, como líder del grupo que trabajó do a la posición de Tecnólogo Consultor y en 1992 en el Desarrollo del Cristalizador Continuo. recibió el ascenso a Director Técnico, posición que El otogamiento del Sugar Crystal Awarcl 1997 ocupó hasta el año 2000. ele la Sociedad de Tecnólogos Azucareros (New En Febrero de este último año, aceptó una no York) por contribuciones meritorias a la tecno minación de Profesor en el Instituto del Azúcar de logía azucarera. Audubon del Centro de Agricultura de la LSU (Au Primer galardonado con la distinción del Ins dubon Sugar Institute, LSU AgCenter) en Batan tituto ele Investigación ele Procesos azucareros Rouge, Louisiana, EE.UU., alcanzando luego su (New Orleans) en 1998 por sus sobresalientes Dirección. aportes a la tecnología y los procesos azucare El Profesor Rein es reconocido como Ingenie ros. ro Colegiado (UK) y como Ingeniero Profesional Medalla ele oro ele la Sociedad S uclafricana ele (Sudáfrica). Es miembro del Instituto de Ingenieros Tecnólogos Azucareros. Agosto de· 2000. Químicos y de la Sociedad de Ingeniería Química Su elección como Miembro Honorario Vitalicio de Sudáfrica y miembro del Instituto Americano de de la Sociedad Internacional de Tecnólogos ele Ingenieros Químicos (American Institute of Chemi la Caña ele Azúcar. Febrero de 2005. cal Engineers). En el ámbito azucarero, el profesor Reines muy co El profesor Peter Rein ha contribuido en la ela nocido por sus destacadas publicaciones, su recepti boración y presentación de mas de 100 documentos vidad y liderazgo y es uno ele los tecnólogos azuca incluyendo patentes y artículos, ha efectuado nume- reros mas renombrado en los últimos 40 años. 7 Prefacio Aunque como autor, con el desarrollo de un libro ha sido diseñado buscando proporcionar infor nuevo libro sobre tecnología azucarera tuve cierto mación relevante y útil tanto al ingeniero de planta grado de nerviosismo, todo indica que este texto fue como al tecnólogo y a los encargados de los diseños presentado en el momento adecuado. La realidad es y optimización de equipos y procesos. Además se que la gran mayoría de textos sobre tecnología azu han colocado referencias para aquellos que requie carera práctica no están actualizados y el desarrollo ran profundizar en algún tema. tecnológico en los últimos 25 años en este campo ha El libro incluye la casi totalidad del material bá sido substancial. sico presentado en los cursos de ingeniería de pro Por sugerencia y persuasión del editor Dr. Jürgen cesos azucareros y diseño de plantas manufactureras Bruhns de Verlag Dr. Albert Bartens, quien se perca de azúcar que se dictan en la Escuela de Ingeniería tó de la necesidad de producir un libro de utilidad de la Universidad Estatal de Louisiana en los Esta práctica en esta área, me impuse la tarea de escribir dos Unidos de Norteamérica (Louisiana State Uni este libro. Muchos de los temas presentados en los versity College of Engineering). textos tradicionales han recibido un nuevo enfoque Sin lugar a dudas, el aporte dado por autores y tratamiento. Se ha introducido nuevo material en tradicionales corno Tromp, Honig, Meade, Hugot y cuanto a calidad de caña y su pago, preparación de Chen, constituye la base de importantes desarrollos la caña, difusores, clarificación y filtración, clarifi y conocimientos en la tecnología azucarera. Pero cación de mieles, cristalizadores continuos, agota por otra parte, la mayor parte de la información in miento de mieles, control químico de las fábricas, cluida en este libro proviene de literatura reciente calderas, generación de vapor y balances de vapor y de aquellos con los que he trabajado por muchos y agua. años y de quienes he adquirido la mayor parte de mis Los desafíos presentados han comprendido la conocimientos. Me identifico con la cita de Isaac combinación de la vieja y la nueva tecnología, llevar Newton: "Si he podido ver mas lejos es porque he a cabo una selección crítica del material publicado estado sostenido en hombros de gigantes". y producir un libro coherente en forma y contenido. He sido muy afortunado al recibir la ayuda de También se ha buscado mantener una perspectiva ba prominentes colaboradores que elaboraron alrede lanceada entre la Información empírica y la teórica. dor de una cuarta parte del libro. Son expertos en El ingeniero de planta para ser efectivo debe utilizar sus respectivos campos de trabajo y han añadido en ambas ya que en la mayoría de los casos un trasfon un alto grado su valor y utilidad. También estoy muy do teórico promueve un uso más productivo de la agradecido con aquellos que adelantaron la revisión información empírica. Hasta donde ha sido posible, de algunos capítulos, en particular con el Dr. Mike se ha seguido una estructura consistente en cada ca Inkson, Ian Smith, Dave Muzzell, Dr. Luis Bento, pítulo y de manera aproximada se estableció el si Dr. Ed Richard, Jirnmy Cargill, Dr. Regis Lima Ver guiente órden, presentación de objetivos, siguiendo de Leal, y el Dr. Dave Love. Sus comentarios y ase con aspectos teóricos y fundamentales, luego con soramiento han sido invaluables. De otra parte, John elementos de diseño y finalmente con detalles de los Dutton efectuó un diligente y cuidadoso trabajo de equipos y pautas de operación y control. edición. Realmente me siento muy complacido al Para cumplir con los objetivos del libro, tuve haber estado asociado durante mi desempeño profe que luchar entre la tentación de ser incluyente en sional con estos y otros tecnólogos en la comunidad extremo y el presentar un trabajo comprensivo. El azucarera internacional. 8 Buscando obtener un texto relevante se optó identificó errores y me ayudó a mantenerme en el por el uso de las unidades SI. Esta situación no es camino correcto cuando me estravié en los caminos extraña para la mayoría de las áreas de producción de la inconsistencia. en la industria azucarera. Sin embargo al adoptar la En trabajos de esta naturaleza es difícil que los notación ISO los símbolos utilizados pueden apa errores no estén presentes, pero considero que son recer poco familiares para algunos lectores. Consi pocos y que se hallan muy distantes entre si y me dero que con su familiarización se probará que en hago responsable de ellos. Espero qne los lectores realidad son fáciles de usar y menos propensos a la los puedan localizar para que no aparezcan en futu confusión. Realmente existe necesidad de estandari ras ediciones. zar esta área. A este respecto la industria azucarera Finalmente deseo agradecer a mi esposa Kath remolachera ha sido mas proactiva y el sistema uti por su incansable apoyo y a que nunca puso reparos lizado acá permitirá el acercamiento entre las tecno a las largas horas que empleé en este trabajo. No po logías de la caña y la remolacha. dría haber deseado una mejor compañía a lo largo de Debo hacer público mi reconocimiento al Cen mi carrera en el campo del azúcar. tro de Agricultura de la Universidad Estatal de Louisiana (Louisiana State University Agricultura! Peter Rein Center) por su apoyo. El Dr. .lürgen Bruhns fué mas Baton Rouge, EE.UU. que un editor, pnes aportó sugerencias constructivas, Diciembre de 2006. Prólogo a la edición en Español La acogida dada a la edición en Inglés ha sido Ingeniero Químico Marco Antonio Fuentes León, tan motivan te que se decidió presentar la actual edi Gerente de Gestión de la Calidad, Ingenio Mag ción en Español. Respecto a la edición original el dalena, S.A., Guatemala, que con anterioridad ha material presentado sigue siendo muy relevante y prestado sus servicios como traductor a la editorial no se efectuaron mayores innovaciones, excepto una Verlag Dr. Albert Bartens. Ellos merecen un especial pequeña adición que se hizo en la sección sobre Ge reconocimiento por tan excelente trabajo. neración de Vapor, relativa a la corrosión en compo La revisión total del texto traducido y de su or nentes de la caldera. Lo que se hizo fue aprovechar ganización y distribución estuvo a cargo de Carlos la oportunidad para corregir errores textuales y tipo Omar Briceño, Químico de la Universidad Nacional gráficos que habían sido identificados en la edición de Colombia y M.Sc. de la Universidad Estatal de en Inglés. Por fortuna estos no resultaron ni críticos Emporia, Kansas en Estados Unidos y que con ante ni numerosos. rioridad ocupó el cargo de Director del Programa de La traducción fue emprendida por el Dr. Luis Investigación en Procesos de Fábrica en Cenicaña. Fernando Echeverri, Ingeniero Mecánico, B.Sc. de Su cooperación ha constituido un aporte substancial la Universidad del Valle en Colombia, que con an y valioso. terioridad fue asistente de investigación del Centro Tengo la esperanza de que esta edición en Es de Investigación de la Caña de Azúcar de Colombia, pañol contribuirá al valor generado por la industria Cenicaña y posteriormente estudiante de postgrado azucarera mundial. Continúo creyendo que esta en el Instituto del Azúcar de Audubon de la Univer industria contribuirá. cada vez más a la sociedad a sidad Estatal de Louisiana en los Estados Unidos. través de cosechas productivas, procesos eficientes y Su talento unido a la atención al detalle permitie características sostenibles de la industria. ron mejorar la claridad, remover inconsistencias e identificar enores, con lo cual se realzó el valor del PeterRein libro. Tuvo a su cargo la traducción de dos terce Stone, Gran Bretaña ras partes del texto y el resto fue efectuado por el Diciembre de 20 11 9 Cooperadores R. G. ATTARD B. STC. MooR Químico de Producción Consultor Mackay Sugar Co-operative Bosch Projects Australia Antiguo Director Tongaat-Hulett Sugar (Capítulo 11) Sudáfrica (Capítulos 5 y 7) T. L. BosHoFF t Antiguo Ingeniero Consultor A.B. RAVNO Tongaat-Hulett Sugar Antiguo Director SMRI y Sudáfrica Director Técnico Illovo Sugar Group (Capítulo 30) Sudáfrica (Capítulo 20) N. MAGASINER Thermal Energy Systems P.G. WR!GHT Sudáfrica Consultor Principal (Capítulo 27) PGW ProSuTech Australia (Capítulos 10 y 11) D. M. MEADOWS Director Ejecutivo-Gerencia Tecnológica Tongaat-Hulett Sugar Sudáfrica (Capítulos 19 y 24) JO " Indice de anuncios Alpina Orion Tecnología Acucareira, 09844-150 Sao Paulo, Brasil 256 Anton Paar GmbH, 8054 Graz, Austria 68 Authomathika Sistemas de Controle, 14170-350 Sertaozinho, Brasil 36 Barriquand TechnologiesThermiques, 42334 Roanne, Francia 234 BetaTecHopfenprodukte GmbH, 90482 Niirnberg, Alemania 173 BMA Braunschweigische Maschinenbauanstalt AG, 38122 Braunschweig, Alemania portada interior Bosch Projects (Pty) Ltd., 4320 Durban, Sudáfrica 174 Bosch Rexroth, 895 80 Mellansel, Suecia 113 Thomas Broadbent & Sons Ltd., Huddersfield, West Yorksh HDI 3EA, Reino Unido 520 BWS Technologie GmbH, 41515 Grevenbroich, Alemania 519 Carbochem Inc., Ardmore, PA 19033-1228, EE.UU. 631 Car·boUA Ltd., Beverly Hills, CA 90210-5126, EE.UU. 586 Chemviron Cm·bon, 7181 Feluy, Bélgica 616 Dedini, 13412-900 Piracicaba, Brasil 255 De Smet S.A. Engineers & Conlractors, 1410Waterloo, Bélgica 464 Eurogear (Pty) LTD, 2060 Cramerview, Sudáfrica 172 Fourteam Eng. Assoc Ltd, 28015-200 Campos d. Goytacazes, Brasil 312 IMBIL Ind d Mande Bombas Tta. Ltda., 13971-045 Itapira-Sao Paulo, Brasil 115 ITECA SOCADEI, 13592 Aix en Provence Cedex 3, Francia 521 Keller & Bohacek GmbH & Co. KG, 40472 Düsseldorf, Alemania contraportada interior MAUSA S.A.Equipamentos Industriais, 13422-902 Piracicaba, SP, Brasil contraportada interior Neltec Denmark NS, 6541 Bevtoft, Dinamarca portada interior Groupe Novasep SAS, 54340 Pompey, Francia 615 Procknor Engenharia Ltda, 05406-050 Sao Paulo, SP, Brasil 116 pro/M/tec Theisen GmbH, 76275 Ettlingen, Alemania 408 Putsch GmbH & Co. KG, 58095 Hagen, Alemania señal del libro SIEMENS AG, I IA AS PA DS, 91056 Erlangen, Alemania 585 Sil ver Weibull Sweden AB, 28143 Hassleholm, Suecia 486 SKIL, Sugar Knowledgelnternational Ltd., Tonbridge, Kent TN9 1E P, Reino Unido 632 STI Sugar Technology International, Plano, Texas 75074, EE.UU. 569 Thermal Energy Systems, Ludo House, Orpington BR6 7LZ, Reino Unido 708 Verlag Dr. Albert Bartens KG, 14129 Berlin, Germanía 114, 255, 522 Vogelbusch Biocommodities GmbH, 1051 Wien, Austria 820 Wabash Power Equipment Co., Wheeling, IL 60090, EE.UU. 764 11 Contenido Sobre el author S 2 EVALUACIÓN Y PAGO DE CANA 51 2.1 Evaluación de calidad de caíia 51 Prefacio 7 2.1.1 Parámetros de calidad 51 2.1.2 Efecto en azúcar recuperable 51 Cooperadores 9 2.1.3 Efecto en la capacidad de molienda 53 2.1.4 Suelo del campo y suciedad 54 Lista de símbolos 25 2.1.5 Dextranas 54 2.1.6 Efecto en costos de fabricación 55 Lista de subíndices 29 2.2 Sistemas de pago de caña 55 2.2.1 Opciones de pago 55 Abreviaturas 31 2.2.2 Fórmula de azúcar recuperable para pago de caña 56 Terminología 32 2.2.3 Reparto de ganancias entre cultivadores y procesadores 57 2.3 Muestreo de caña 58 2.3.1 Sonda mecánica o CANA DE AZÚCAR 37 tubo muestreador de caña 58 1.1 Estructura de la caña 38 2.3.2 Compuerta de muestreo 59 1.1.1 Anatomía del tallo de caña 38 2.3.3 Muestreo con cuchara mecánica - 1.1.2 Ubicación de sacarosa e impurezas 40 'uñada' de caña 60 1.1.3 Definiciones de los componentes 40 2.3.4 Jugo de primera extracción 61 1.2 Composición de la caña 41 2.3.5 Seguimiento de la caña 61 1.2.1 Tallos limpios 41 2.4 Métodos de análisis 61 1.2.2 Hojas y cogollos 41 2.4.1 Método de prensado 61 1.2.3 Composición típica de 2.4.2 Método de desintegración caña entregada 42 por vía húmeda 62 1.2.4 Composición de la fibra 44 2.4.3 Jugo de primera extracción 63 1.2.5 No-sacarosas en caña 45 2.4.4 Medición precisa de sacarosa 1.2.6 Materia extraña 46 por cromatografía 63 1.2.7 Efecto de la tardanza entre 2.4.5 Mediciones NIR 64 cosecha y molienda 46 Referencias 65 1.2.8 Efecto de la variedad de caña 48 1.2.9 Cambios debidos a condiciones 3 SUMINISTRO Y MANEJO DE CANA DE AZÚCAR 67 climáticas y al momento de la zafra 48 3.1 Cosecha, transporte y almacena- Referencias 49 miento de caña 67
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