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Tecnicaña – 2005

TECNOLOGÍA DE LA CAÑA DE AZÚCAR CONOCIMIENTOS BÁSICOS

[email protected]

Antonio Carlos Fernandes

www.gatec.com.br

Engº Agrº - MSc AC Fernandes

Tecnicaña – 2005

COMPOSICION TECNOLÓGICA CAÑA JUGO ABSOLUTO

AGUA

SÓLIDOS SOLUBLES

SÓLIDOS INSOLUBLES

FIBRA BRIX

CAÑA = AGUA + BRIX + FIBRA 100 = HUMEDAD + BRIX + FIBRA AC Fernandes

Tecnicaña – 2005

COMPOSICION TECNOLÓGICA

RB72-454 Fibra 10,9

Jugo absoluto 89,1

SP87-396 Fibra 10,8

Jugo absoluto 89,2

AC Fernandes

Tecnicaña – 2005

COMPOSICION TECNOLÓGICA

RB72-454 Fibra 10,9

Brix 18,0

SP87-396 Brix 19,8

Fibra 10,8

C

Humedad 71,1%

Humedad 69,4%

AC Fernandes

Tecnicaña – 2005

COMPOSICION TECNOLÓGICA RB72-454 SP87-396 Fibra 10,9

Fibra 10,8

Sacarosa

15,5

Sacarosa

17,5

Humedad 71,1%

Non azúc. 2,0

G+F 0,5

Humedad 69,4%

Non azúc. 2,0

G+F 0,4

AC Fernandes

Tecnicaña – 2005

POL JUGO Solución pura de sacarosa 26g/100mL

100 ºS

S

20ºC

Luz polarizada

Tubo de 200mm

Jugo clarificado x g/100mL

+ + S+G+F 20ºC

Luz polarizada

100ºS LPol

LPol ºS

Tubo de 200mm

26 g sacarosa x g sacarosa

26*LPol x= 100

g/100 mL

La pol del jugo es una medida en porcentaje masa/masa AC Fernandes

Tecnicaña – 2005

POL JUGO Dj = densidad del jugo masa Dj = volumen

26*LPol g 100

kg m3

Dj * volumen = masa

100 mL

Pol jugo

Pol jugo=

100 * Dj (gramos) 100 (gramos)

260 * LPol

g/100g

Dj AC Fernandes

Tecnicaña – 2005

POL JUGO Ejemplo

Brix= 16,0% LPol= 55,2 ºS Dj = 1 062,421 kg/m3 Pol jugo=

260*LPol g/100g Dj

260 * 55,2 Pol jugo=

1062,421

g/100g

Pol jugo = 13,51% AC Fernandes

Tecnicaña – 2005

POL JUGO

Pol jugo=

260*LPol

g/100g

Dj

260 Factor de Schmidt = = factor de pol Dj Pol jugo = fp * LPol (g/100g) fp = factor de pol (Tabla de Schmidt)

La densidad del jugo tiene correlación con el brix Así como el “factor de pol” se correlaciona con el brix AC Fernandes

3

Densidad (kg/m ) 1.600

Correlación de la densidad del jugo con el brix Tabla ICUMSA - 2000

1.500

1.400

1.300

1.200

1.100

y = 0,0183x 2 + 3,6973x + 998,23 R2 = 1

1.000

900 0

10

20

30

40

50 Brix

60

70

80

90

100

Relação: 0,26 ÷ Densidade 0,27

Correlación del factor de pol con el brix 0,25

y = -0,0009x + 0,2595 R2 = 0,9994

0,23

0,21

0,19

0,17

0,15 0

10

20

30

40

50 Brix

60

70

80

90

100

Tecnicaña – 2005

POL JUGO

Pol jugo = fp * LPol (g/100g) Para el rango de brix de 1% a 26%:

Pol jugo = LPol * (0,260666 - 0,000995*Brix) LPol = Lectura de pol en sacarímetro Brix = Brix del jugo AC Fernandes

Tecnicaña – 2005

POL JUGO (g/100g) 260 * LPol Pol jugo= Dj Pol jugo = fp * LPol Para el rango de brix de 1% a 26%:

Pol jugo = LPol * (0,260666 - 0,000995*Brix) Dj = densidad del jugo (kg/m3) LPol = lectura de pol (ºS) fp = factor de pol (Tabla de Schmidt) Brix = brix del jugo AC Fernandes

Lectura sacarimétrica 100

12.963 datos de muestras analizadas de 1990 a 1997 Fuente: Copersucar

90 80 70 60 50

y = -0,0943x 2 + 8,6409x - 61,719

40

R2 = 0,9627

30 20 10

12

14

16

18 20 Brix del jugo

22

24

26

Tecnicaña – 2005

POL O SACAROSA ? Los ingenios de Sudáfrica emplean hace casi 20 años métodos cromatograficos para el control de las fábricas de azúcar. Motivo: la presencia de dextrana provoca aumento de la lectura sacarimétrica y aumenta artificialmente la pol del jugo y la pureza. AC Fernandes

Tecnicaña – 2005

SACAROSA versus POL Sacarosa determinada por cromatografía gaseosa

Sacarosa % jugo

2

R = 0,9807 18

16 Cox & Sahadeo (Post harvest deterioration of burnt cane in bundles) SASTA 1992 – África do Sul

14 Ensaio 1 Ensaio 2

2

R = 0,9952 12 12

14

16

18

Pol jugo AC Fernandes

Sacarosa 13,5 13,0 12,5

Jugo mixto (África del Sur, zafra 00/01)

Sacarosa > pol 1,13% y = 1,0113x

12,0

2

R = 0,9986

11,5 11,0 10,5

Relación glucosa/fructosa

Pol 13,0% -1,5 kg azúcar/t caña

10,0 9,5 9,0

Fonte: K.C. Koster, Illovo Sugar Ltd. “Practical experiences in raw sugar manufacture with reference to the quality of cane processed” Raw Sugar Quality Workshop, South African Sug. Assoc. Technol., 2000

8,5 8,0 7,5 7,5

8,0

8,5

9,0

9,5

10,0

10,5 Pol

11,0

11,5

12,0

12,5

13,0

13,5

Sacarosa

Melaza (África del Sur, zafra 00/01) 2

36

y = 0,0251x - 0,8161x + 33,495 2

R = 0,8523

34

32

30

28 Fonte: K.C. Koster. SASTA, 2000

26 22

24

26

28

30 Pol

32

34

36

Tecnicaña – 2005

PUREZA DEL JUGO Es el más importante indicador de calidad de la caña

AC Fernandes

Tecnicaña – 2005

PUREZA 

Mayor pureza  

 

 

Mayor pol de la caña Menor contenido de AR Menor cantidad de cogollos Probablemente: Caña madura Recién cortada Mejor agotamiento de la miel final Fermentación más rápida y eficiente AC Fernandes

Eficiencia cocimiento (% ) 89,0 88,5 88,0

y = 0,9846x + 3,7133 2

R = 0,9321

87,5 87,0 86,5 86,0 África del Sur, 1981 a 1997 85,5 85,0 83,0

83,5

84,0

84,5

85,0

Pureza del jugo mixto

85,5

86,0

86,5

Eficiência industrial ART (% ) 86

84

82

y = 4,4359x - 304,95 2

R = 0,5803

80

78 Fonte: Sistema PCTS do Estado de São Paulo, dados de 1983 a 1999 (17 anos)

76

74 85,5

86,0

86,5

87,0

Pureza do caldo (% )

87,5

88,0

Miel final 85º brix (kg/ t cana) 47 46

y = -2,7738x + 275,93

45

R2 = 0,9277

44 43 42 41 40 39 38

Sudáfrica Datos de 1993 - 1997

37 36 83,0

83,5

84,0

84,5 85,0 Pureza jugo mixto

85,5

86,0

86,5

Tecnicaña – 2005

PUREZA APARENTE O PUREZA REAL ?

La determinación de la sacarosa por cromatografía permite el cálculo de la pureza real de los materiales.

AC Fernandes

Pureza (sacarose/brix) 90

Caldo misto (África do Sul, safra 00/01)

89 88 y = 0,9237x + 7,4559

87

2

R = 0,944

86 85 84 83 Fonte: K.C. Koster. SASTA, 2000

82 82

83

84

85 86 87 Pureza aparente (pol/brix)

88

89

Pureza real (sacarose/matéria seca)

Melaço (África do Sul, safra 00/01)

47 45 2

y = 0,0201x - 0,7856x + 42,181

43

2

R = 0,8993

41 39 37 35 Fonte: K.C. Koster. SASTA, 2000

33 27

29

31

33 35 37 Pureza aparente (pol/brix)

39

41

43

Tecnicaña – 2005

POL CAÑA versus PUREZA

AC Fernandes

Pureza caldo 94

Pol cana

11 variedades, colmos inteiros, limpos e despontados

19 18

92

17

90

16 88

15

86

14

84

13 12

82

Pureza caldo R2 = 0,7538 2 R = 0,8401 Pol cana

80

11 10

78

9

76

8 1

2

3

4

5

6

7

8

9

Quinzenas

10

11

12

13

14

15

16

Pureza do caldo 89 y = -0,3044x 2 + 9,8981x + 8,1147 R2 = 0,9216

86 83 80 77 74 71

Fonte: Usina Alto Alegre Dados da análise pré-colheita da safra 2001/02 (26/02 a 14/03)

68 65 7

8

9

10

11 12 Pol na cana

13

14

15

Pol cana 20

Ensaios plantados em 1995 Resultados de cana-planta (1996)

18

IAC82-2045 RB835486

16

SP79-2312 SP79-1011

14

12

10

8 70

72

74

76

78

80 82 84 Pureza caldo

86

88

90

92

94

Fonte: Copersucar

96

Pol cana 20

Ensaios plantados em 1995 PUREZAResultados CALDO de E POL CANA cana-planta (1996) 2 IAC82-2045 R = 0,8928

18

16

RB835486

R2 = 0,9325

SP79-2312

R2 = 0,8902

SP79-1011

R2 = 0,9411

74

80 82 84 Pureza caldo

14

12

10

8 70

72

76

78

86

88

90

92

94

Fonte: Copersucar

96

Pol cana 20

18

16

Ensaios plantados em 1996 PUREZA CALDO E POL CANA Resultados de cana-planta (1997) SP80-1842 R2 = 0,5899 RB72454

R2 = 0,8596

SP87-365

R2 = 0,622

SP86-172

R2 = 0,9257

SP87-396

R2 = 0,6982

14

12

10

8 70

72

74

76

78

80

82

84

Pureza caldo

86

88

90

92

94

Fonte: Copersucar

96

Tecnicaña – 2005

AZÚCARES REDUCTORES La energía de la planta

AC Fernandes

Tecnicaña – 2005

AZÚCARES

SACAROSA GLUCOSA (C12H22O11)

(C6H12O6)

FRUCTOSA (C6H12O6)

AZÚCARES REDUCTORES

Reducen el óxido de cobre del estado cúprico a cuproso AC Fernandes

Tecnicaña – 2005

GLUCOSA

CHO

FRUCTOSA

C6H12O6

CH2OH

H

C

OH

HO

C

H

H

C

H

C

C

O

HO

C

H

OH

H

C

OH

OH

H

C

OH

CH2OH

CH2OH AC Fernandes

Tecnicaña – 2005

AZÚCARES REDUCTORES (Glucosa e fructosa) Determinación directa Lane & Eynon (1922) (Método oficial de la ICUMSA)

Somogy & Nelson (colorimétrico) (Bajas concentraciones)

Cromatografía (HPLC)

Estimativa Correlación linear con la pureza* *Sistema de pago de caña empleado en Brasil AC Fernandes

Tecnicaña – 2005

AZÚCARES REDUCTORES (Glucosa y fructosa) Determinación directa Lane & Eynon (1922) (Método oficial de la ICUMSA)

AC Fernandes

Tecnicaña – 2005 Utilizar pipeta volumétrica

Adicionar 15mL da solução da amostra no erlenmeyer com 10mL do licor de Fehling

Bureta de Mohr

Balão 100mL AMOSTRA Diluir a amostra (caldos, mosto, xarope, massas e méis) para que o volume gasto na titulação esteja entre 20 e 40mL

Aquecer até ebulição

A

11 12 1 10 2 9 3 8 4 7 6 5

B

Solução de Fehling

Volume de licor de Fehling suficiente para um turno de trabalho

Manter 2min sob ebulição

Pipetar 10mL do licor para outro erlenmeyer

AZÚCARES REDUCTORES Erlenmeyer 250mL

Completar o volume da bureta com a mesma solução em análise

Adicionar (Vq - 1) mL da solução em análise em outro erlenmeyer com 10mL de licor

3 gotas de azul de metileno 1% 11 12 1 10 2 9 3 8 4 7 6 5

Outro erlenmeyer limpo com 10mL licor de Fehling

Completar a titulação em 1 min. e anotar o volume gasto (Vq)

3 gotas de azul de metileno 1%

11 12 1 2 10 9 3 8 4 7 6 5

Manter 2min sob ebulição

Titular gota a gota até viragem para cor tijolo 11 12 1 10 2 9 3 8 4 7 6 5

Completar a titulação em 1 minuto e anotar o volume Var mL

AC Fernandes

Tecnicaña – 2005

AZÚCARES REDUCTORES

Azúcares invertidos (mg/100mL) en función del volumen y de la concentración de sacarosa en la solución mL 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30

0 336,0 316,0 298,0 282,0 267,0 254,5 242,9 231,8 222,2 213,3 204,8 197,4 190,4 183,7 177,6 171,7

1 333,0 312,0 295,0 278,0 264,0 251,0 239,0 228,2 218,7 209,8 201,6 193,8 186,7 180,2 174,1 168,3

5 317,0 297,0 280,0 264,0 250,0 238,0 226,7 216,4 207,0 198,3 190,4 183,1 176,4 170,3 164,5 159,0

10 307,0 288,0 271,0 256,0 243,0 230,5 219,5 209,5 200,4 192,1 184,0 176,9 170,4 164,3 158,6 153,3

25 289,0 271,0 255,0 240,0 227,0 216,0 206,0 196,0 187,0 179,0 171,0 164,0 158,0 152,0 147,0 142,0 AC Fernandes

AZÚCARES REDUCTORES 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50

166,3 161,2 156,6 152,2 147,9 143,9 140,2 136,6 133,3 130,1 127,1 124,2 121,4 118,7 116,1 113,7 111,4 109,2 107,1 105,1

163,1 158,1 153,3 149,9 144,7 140,7 137,0 133,5 130,2 127,0 123,9 121,0 118,2 115,6 113,1 110,6 108,2 106,0 104,0 102,0

153,9 149,1 144,5 140,3 136,3 132,5 128,9 125,5 122,3 119,2 116,3 113,5 110,9 108,4 106,0 103,7 101,5 99,4 97,4 95,4

148,1 143,4 139,1 134,9 130,9 127,1 123,5 120,3 117,1 114,1 111,2 108,5 105,8 103,4 101,0 98,7 96,4 94,3 92,3 90,4

Tecnicaña – 2005

137,0 132,0 128,0 124,0 121,0 117,0 114,0 111,0 107,0 104,0 102,0 99,0 97,0 94,0 92,0 90,0 88,0 86,0 84,0 82,0 AC Fernandes

Tecnicaña – 2005

AZÚCARES REDUCTORES Azúcares invertidos (mg/100mL) 340 320 300 Zero mg sacarosa/100 mL de la solución

280 260

1,0 mg sacarosa/100 mL de la solución

240

5,0 mg sacarosa/100 mL de la solución

220

10,0 mg sacarosa/100 mL de la solución

200

25,0 mg sacarosa/100 mL de la solución

180 160 140 120 100 80 15

17

19

21

23

25

27

29

31

33

35

37

39

41

43

45

47

49

Volumen gasto em la titulación (mL) AC Fernandes

AZÚCARES REDUCTORES

Tecnicaña – 2005

 0,26 * LPol  3 f * 5,2096  0,2625 *  f  AR j  Var * (0,00431 * B j  0,99367)

   

ARj

azúcares reductores % jugo

f

factor de dilución del jugo para titulación (1, 2, 4, 5 o 10).

LPol

lectura sacarimétrica del jugo (tubo de 200 mm).

Bj

brix del jugo

Var

volumen de jugo diluido gasto en la titulación (corregido pelo factor del licor de Fehling) de 10 mL do licor (mL).

Fuente: Fernandes, A.C. “Representación matemática de las tablas de Lane & Eynon”. Boletim Técnico Copersucar, 26:30-35, 1984.

AC Fernandes

Tecnicaña – 2005

EXTRACTO DEL DIGESTOR Azúcares reductores (AR) • AR da caña: 0,1% e 1,5% Asi: AR en el extracto: 0,03% e 0,70% (30 a 700 mg/100mL) • Para 10 mL del licor de Fehling (15 a 50 mL) Soluciones con AR entre 95 e 333 mg/100 mL • AR < 0,3%  volumen titulación > 50 mL • AR > 0,9%  volumen titulación < 15 mL AR < 0,3%  Adición de azúcares invertidos en el extracto.

AR > 0,9%  Dilución del extracto (25 mL ou 50 mL en balón de 100 mL) AC Fernandes

Tecnicaña – 2005

AZÚCARES REDUCTORES (Glucosa y fructosa) ESTIMATIVA Válido para sistema de pago caña en Brasil

AC Fernandes

Açúc. red. % jugo 2,5

ARj= 9,9408 – 0,1049*PUR

2,0 y = -0,1049x + 9,9408 2 R = 0,9244

1,5

1,0

Ensayos de variedades, tallos enteros, limpios y despuntados

0,5

0,0 70

75

80 85 Pureza jugo

90

95

AR jugo 2,2 2,0

Primera ecuación: de 1999 hasta inicio 2001 ARj = (9,9408 - 0,1049*PUR)

1,8 1,6

Diferencia de 2,4 kg AR/t caña

1,4 1,2

89,23

1,0 0,8

Ecuación actual (desde 2001) ARj = (3,641 - 0,0343*PUR)

0,6 0,4

98% de los promedios quincenales están entre 82 e 90% (SP)

0,2

0,0 77

79

81

83

85

Pureza jugo

87

89

91

93

Azúcares reductores % jugo 1,40

Safra 00/01 Pesquisa Consecana

1,30

Ingenio 01

CONCLUSIÓN

Ingenio 02

1,20

Ingenio 03

La ecuación para estimativa de los azúcares reductores en función de la pureza del jugo es adecuada para el sistema de pago de caña.

1,10 1,00 0,90

Ingenio 04 Ingenio 05 Consecana

0,80

Para el control de la fábrica, el uso de la ecuación puede resultar en errores significativos de cálculo de la eficiencia de la fábrica y en el balance de azúcares del proceso.

0,70 0,60

0,50 0,40 78

80

82

84 86 Pureza jugo (prensa)

88

90

92

Tecnicaña – 2005

ESTEQUIOMETRIA Es la parte de la química en que se investigan las proporciones de los elementos que se combinan o de los compuestos que reaccionan.

Para entender ART y conversión de azúcares en etanol son necesarios conocimientos básicos de estequiometría.

AC Fernandes

Tecnicaña – 2005

AZÚCARES REDUCTORES AR

AZÚCARES INVERTIDOS AZÚCARES REDUCTORES TOTALES ART “AZÚCARES TOTALES RECUPERABLES” ATR AC Fernandes

Tecnicaña – 2005

SACAROSA  AZÚCARES INVERTIDOS En la presencia de ciertas enzimas (invertasas) o bajo reacción ácida y temperatura adecuada, la sacarosa absorbe una molécula de agua y se desdobla (hidroliza) en una molécula de glucosa y otra de fructosa (azúcares invertidos).

Esta reacción ocurre en la planta en los dos sentidos (fotosíntesis e respiración), pero, después de la quema y/o corte, hay solamente desdoblamiento de la sacarosa (deterioro).

AC Fernandes

Tecnicaña – 2005

AZÚCARES INVERTIDOS C12 H 22 O11  H2 O  C6 H12 O6  C6 H12 O6 342 g

18 g

180 g

180 g

sacarosa

agua

glucosa

fructosa

342 g sacarosa + 18 g agua = 360 g azúc. invert. 100 g de sacarosa = 105,263 g de azúc. invert. 95 g sacarosa = 100 g de azúcares invertidos

Azúcares   Sacarosa*2*180  Sacarosa invertidos   342 0,95 AC Fernandes

Tecnicaña – 2005

AZÚCARES REDUCTORES TOTALES Los azúcares fermentecibles

AC Fernandes

Tecnicaña – 2005

AZÚCARES REDUCTORES TOTALES (“sacarosa”, glucosa e fructosa) 

Son todos los azúcares de la caña en forma de azúcares reductores.



La sacarosa debe estar en forma invertida para la suma.



Pueden ser determinados analíticamente



Pueden ser estimados con la pol jugo y AR % jugo.

AC Fernandes

Tecnicaña – 2005

AZÚCARES REDUCTORES TOTALES

ART Son los azúcares de la caña expresados en la forma de azúcares reductores.

Sacarosa ART=

+ Glucosa + Fructosa

0,95 Azúcares invertidos

Azúcares reductores AC Fernandes

Tecnicaña – 2005

AZÚCARES REDUCTORES TOTALES (ART) Determinación directa Lane & Eynon (1922) (Método oficial de la ICUMSA)

Somogy & Nelson (colorimétrico) (Bajos contenidos)

Cromatografía

Estimativa - Pol y AR

ART = PC/0,95 + ARC AC Fernandes

Tecnicaña – 2005

AZÚCARES REDUCTORES TOTALES (Sacarosa invertida + Glucosa e fructosa) Determinación directa Lane & Eynon (1922) (Método oficial de la ICUMSA)

AC Fernandes

Tecnicaña – 2005

Hidrólisis de la sacarosa

AZÚCARES REDUCTORES TOTALES Utilizar pipeta AMOSTRA

Pesar "Pm"g da amostra Balão 200mL

Completar o volume com água destilada e homogeneizar

Pipetar "Vm" mL Outro balão 200mL

Adicionar ±20mL água destilada

Balança

11 12 1 10 2 9 3 8 4 7 6 5

Aguardar 30min.

Adicionar 10mL de HCl 6,34N Agitar com movimentos circulares

Solução indicadora de fenolftaleína 1% ou papel de tornassol (indicador pH 7,0) Neutralizar com solução NaOH 20%

Introduzir termômetro 0-120ºC

Retirar o termômetro

Adicionar EDTA 4% (xarope, massas e méis)

Banho-maria até atingir 65ºC

Resfriar, completar o volume com água destilada e homogeneizar

Esta solução contém "m" g da amostra original

AC Fernandes

Tecnicaña – 2005

Titulación de los ART

Utilizar pipeta volumétrica

Adicionar 15mL da solução da amostra no erlenmeyer com 10mL do licor de Fehling

Bureta de Mohr

Balão 100mL AMOSTRA Diluir a amostra (caldos, mosto, xarope, massas e méis) para que o volume gasto na titulação esteja entre 20 e 40mL

Aquecer até ebulição

A

11 12 1 10 2 9 3 8 4 7 6 5

B

Solução de Fehling Erlenmeyer 250mL

Volume de licor de Fehling suficiente para um turno de trabalho

Manter 2min sob ebulição

Pipetar 10mL do licor para outro erlenmeyer Completar o volume da bureta com a mesma solução em análise

Adicionar (Vq - 1) mL da solução em análise em outro erlenmeyer com 10mL de licor 3 gotas de azul de metileno 1% 11 12 1 10 2 9 3 8 4 7 6 5

Outro erlenmeyer limpo com 10mL licor de Fehling

Completar a titulação em 1 min. e anotar o volume gasto (Vq)

3 gotas de azul de metileno 1%

11 12 1 2 10 9 3 8 4 7 6 5

Manter 2min sob ebulição

Titular gota a gota até viragem para cor tijolo 11 12 1 10 2 9 3 8 4 7 6 5

Completar a titulação em 1 minuto e anotar o volume Var mL

AC Fernandes

Tecnicaña – 2005

AZÚCARES REDUCTORES TOTALES Azúcares invertidos (mg/100mL) en función del volumen gasto en la titulación de 10 mL de licor de Felhing mL

mg*

15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26

336,0 316,0 298,0 282,0 267,0 254,5 242,9 231,8 222,2 213,3 204,8 197,4

mL

mg*

27 190,4 28 183,7 29 177,6 30 171,7 31 166,3 32 161,2 33 156,6 34 152,2 35 147,9 36 143,9 37 140,2 38 136,6

mL

mg*

39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50

133,3 130,1 127,1 124,2 121,4 118,7 116,1 113,7 111,4 109,2 107,1 105,1

* mg de ART por 100 mL de la solución AC Fernandes

Tecnicaña – 2005

AZÚCARES REDUCTORES TOTALES Azúcares invertidos (mg/100mL) 340 320 300 Zero mg sacarosa/100 mL de la solución

280 260 240 220 200 180 160 140 120 100 80 15

17

19

21

23

25

27

29

31

33

35

37

39

41

43

45

47

49

Volumen gasto em la titulación (mL) AC Fernandes

Tecnicaña – 2005

AZÚCARES REDUCTORES TOTALES

 10  496,4404 ARTm  *  0,605  n  Vart  ARTm

azúcares reductores totales en material (%)

Vart

volumen gasto en la titulación de ART (mL)

n

material de la solución utilizada en la titulación (g/L)

Fuente: Fernandes, A.C. “Representación matemática de las tablas de Lane & Eynon”. Boletim Técnico Copersucar, 26:30-35, 1984.

AC Fernandes

Tecnicaña – 2005

AZÚCARES REDUCTORES TOTALES (Sacarosa invertida + Glucosa y fructosa) ESTIMATIVA CON POL Y AR

AC Fernandes

Tecnicaña – 2005

AZÚCARES REDUCTORES TOTALES

ART Sacarosa ART=

+ Glucosa + Fructosa

0,95

Para materiales de alta pureza (>80%) o con bajos valores de azúcares reductores (até 1,5%).

POL ART  + AR 0,95 AC Fernandes

Tecnicaña – 2005

AZÚCARES REDUCTORES TOTALES

ART  Debido a la gran diferencia entre pol y sacarosa en algunos materiales, como la miel final, los ART no pueden ser estimados por la relación:

POL ART  + AR 0,95  Esta regla es válida para determinación de los ART en el mosto (mixtura de jugo, miel y agua) AC Fernandes

Tecnicaña – 2005

ATR AZÚCARES TOTALES RECUPERABLES kg/t caña

Consecana – SP 1998 AC Fernandes

Tecnicaña – 2005

ART EN CAÑA

Total de azúcares entregados con la caña

MENOS

Lavado de caña, bagazo, cachaza, multijatos ...

PÉRDIDAS DETERMINADAS

MENOS

ART en los productos fabricados

ART RECUPERADO AZÚCAR, ALCOHOL … IGUAL

Errores de mediciones de volumen, masas, muestreo y determinaciones analíticas

PÉRDIDAS INDETERMINADAS AC Fernandes

MATERIA PRIMA

ART = AZÚCARES REDUCTORES TOTALES

LAVADO

L= PÉRDIDA EN AGUA

MOLIENDA

B= PÉRDIDA EN BAGAZO

TRATAMIENTO JUGO

T= PÉRDIDA EN CACHAZA I= PÉRDIDAS INDETERMINADAS

MELADURA

ATR = AZÚCARES TOTALES RECUPERABLES

EVAPOCRISTALIZACIÓN AZÚCAR

MELAZA

DESTILERIA ALCOHOL PÉRDIDAS EN FERMENTACIÓN Y EN LA DESTILACIÓN

Tecnicaña – 2005

AZÚCARES TOTALES RECUPERABLES

ATR

PREMISA:

Pérdidas: 12% de los azúcares (PC y ARC):  Lavado de caña  Bagazo  Torta (cachaza)  Indeterminadas Eficiencia LBTI de 88% Estado de San Pablo, 1998 AC Fernandes

Tecnicaña – 2005

CÁLCULO ATR kg/t caña

ATR= 10*PC*1,0526*0,88 + 10*ARC*0,88 PC

Pol % caña

0,88

Eficiencia LBTI (88%) Azúcares reductores % caña

ARC

ATR= 9,26288*PC + 8,8*ARC AC Fernandes

Tecnicaña – 2005

CÁLCULO ATR kg/t caña PC

Pol % caña

0,88

Eficiencia LBTI (88%) Azúcares reductores % caña

ARC

ATR= 10*PC*1,0526*0,88 + 10*ARC*0,88 ATR= 10*0,88*(PC*1,0526 + ARC)

PC ATR= 8,8*( + ARC) 0,95 AC Fernandes

Tecnicaña – 2005

ART e ATR ART: AZÚCARES REDUCTORES TOTALES % CAÑA

PC ART= +AR 0,95 ATR: AZÚCARES TOTALES RECUPERABLES (kg/t caña) Cantidad de azucares totales de la caña recuperados después de las pérdidas LBTI

ATR= 8,8* (

PC

+ AR)

0,95 ATR= 8,8 * ART AC Fernandes

ATR (kg/t cana)

POL e ATR

170

160

150

140

130

Andrade Sta Maria Iturama

120

110

100 10,0

11,0

12,0

13,0

14,0

Pol cana

15,0

16,0

17,0

18,0

ART % cana 20

AR % ART 20

RB835486 R2 = 0,789

19

18

SP80-1842 2 R = 0,7111

18

16

17

SP70-1143

14

R2 = 0,7879 16

12

15

10

RB72454

14

8

13

RB72454 2 R = 0,7519

AR % ART

6

SP80-1842

12

4 abr

mai

jun

jul

ago

set

out

nov

FERMENTACIÓN La transformación de los azúcares en etanol

Alcohometría Estudios del alcohol.

Tecnicaña – 2005

GRADO DEL ALCOHOL Masa/ masa Los kilogramos de etanol para cada 100 kg de alcohol (mixtura etanol + agua) es conocida en Brasil como grados INPM (Instituto Nacional de Pesos e Medidas)

Ejemplos: Alcohol anidro  99,3º INPM  99,3%m/m Alcohol hidratado  93,2º INPM  93,2%m/m

AC Fernandes

Tecnicaña – 2005

GRADO DEL ALCOHOL Volumen/ volumen Grados GL (Gay Lussac) son los litros de etanol para cada 100 L de alcohol (mixtura etanol + agua). El resultado es expresado normalmente a 15 ºC

Ejemplos: Alcohol anidro  99,57º GL15  99,57%v/v Alcohol hidratado  95,54º GL15  95,54%v/v

AC Fernandes

Tecnicaña – 2005

GRADO DEL ALCOHOL Conceptos Los grados INPM (% m/m) y GL (% v/v) están consolidados en la industria alcoholera de Brasil: • En la fermentación, son empleados los grados GL. • Para control del alcohol y comercialización, se utiliza el grado % masa/ masa (INPM).

AC Fernandes

Tecnicaña – 2005

GRADO DEL ALCOHOL Conceptos La masa específica del alcohol (20 ºC/ 4 ºC) está relacionada con la graduación alcohólica. Massa específica (kg/m3) 815 810 805 800 795 790 785 92,0

y = -0,0012x 3 + 0,3107x 2 - 30,11x + 1866,3 R2 = 1 93,0

94,0

95,0

96,0

97,0

98,0

99,0

100,0

Grau INPM (%m/m) AC Fernandes

Tecnicaña – 2005

Transformación de los azúcares reductores totales en etanol.

ART EN ETANOL

C6H12O6  2*CH3CH2OH + 2*CO2 ART

 etanol + gas carbónico

180 g  2*46 g + 2*44 g AC Fernandes

Tecnicaña – 2005

ART EN ETANOL 180 kg ART = 92 kg de etanol 100 kg ART = 51,111... kg etanol

ME = masa específica (kg/L) 180 kg  2*46 kg ART

etanol



2*46 L etanol ME

2*46 L etanol 1 kg ART = ME*180 AC Fernandes

Tecnicaña – 2005

ART EN ETANOL 2*46 L etanol 1kg ART = ME*180 Masa específica del etanol= 789,3 kg/m3

1 kg ART =

2*46 789,3*180

L etanol

1 kg ART = 0,6475 L de etanol Transformación estequiometrica de los azúcares totales en alcohol absoluto (100%) AC Fernandes

Tecnicaña – 2005

ART EN ETANOL Alcohol anidro

2*46*100 L alcohol 1kg ART = ME*180*%m/m Ejemplo: el alcohol anidro a 99,3%m/m tiene masa específica de 791,5 kg/m3

1 kg ART =

2*46*100 L anidro 791,5*180*99,3

1 kg ART = 0,6503 L de alcohol anidro AC Fernandes

Tecnicaña – 2005

Ejemplo Variedad

Sacarosa

Glucosa + Fructosa

ART (kg/t cana)

RB72454

15,5

0,6

169,2

SP87-396

17,5

0,4

188,2

Rendimiento de alcohol anidro Eficiencia general de 100% 169,2 kg ART * 0,6503 = 110,0 L/t caña 188,2 kg ART * 0,6503 = 122,4 L/t caña AC Fernandes

Tecnicaña – 2005

Volumen de alcohol a diferentes graduaciones Un determinado volumen de alcohol puede ser teóricamente transformado en otro volumen de alcohol con diferente graduación considerando que la masa del etanol es la misma en las dos graduaciones:

V * ME * E = Vx * MEx * Ex m3 * kg/m3 * kg/kg = kg V= volumen del alcohol (m3) E= graduación alcohólica (%m/m) ME= mas específica (kg/m3) x= alcohol a ser obtenido AC Fernandes

Tecnicaña – 2005

Volumen de alcohol a diferentes graduaciones

V * ME * E = Vx * MEx * Ex

Vx = V *

E * ME Ex * MEx

V= volumen de alcohol conocido con graduación E y masa específica ME Vx= volumen de alcohol a ser obtenido con graduación Ex y masa específica MEx

AC Fernandes

Tecnicaña – 2005

Ejemplo Volumen de alcohol producido = 255.000 L Grado = 93,3%m/m y masa específica = 809,0 kg/m3 Cual es el volumen en correspondiente alcohol anidro ?

Alcohol anidro: grado = 99,3%m/m Masa específica = 791,5 kg/m3

Vx = 255.000 *

93,3*809,0 99,3*791,5

Vx = 240.088 L de alcohol anidro AC Fernandes

Tecnicaña – 2005

Para transformar:

Multiplicar por:

Anhidro en

• Etanol • Hidratado

• 0,99577 • 1,04361

Hidratado en

• Etanol • Anidro

• 0,95415 • 0,95821

• Anidro : 99,3%m/m e 791,5 kg/m3 • Hidratado: 93,0%m/m e 809,8 kg/m3 AC Fernandes

Tecnicaña – 2005

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