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• Ángel Linares

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CONSUMO ENERGÉTICO EN UNA FÁBRICA DE AZÚCAR DE CAÑA DE PEQUEÑA CAPACIDAD DE MOLIDA José M. Domínguez Estupiñan, Julio Limonta M., Franklin García C. Universidad de Oriente

El trabajo se realizó utilizando los resultados técnicos de una zafra y el balance de control. Se utilizaron los datos de equipos, extraídos de su documentación técnica y de los propios equipos y agregados, cuando lo anterior no fue posible. El comportamiento de los factores que inciden en el costo de producción de la fábrica fue analizado; y se realizaron comparaciones entre sus diferentes áreas. Los parámetros principales de los equipos en las diferentes áreas fueron tabulados, para de ahí determinar el área sobresaliente en cuanto a consumo de energía eléctrica. Con los resultados obtenidos, se llegó a importantes conclusiones, y se expresaron un cuerpo de recomendaciones derivadas de las mismas. Palabras clave: azúcar de caña, consumo energético. _____________________

This work is done using the technical results of a yearly fabrication campaign and the control balance. Data from the equipment catalogs were taken, and in some cases directly from the equipment when catalogs were not available. Behavior of factors involved in production cost was studied and comparisons were also done. Principal data of equipment of different sections were used in order to find out the most outstanding section in consumption of electrical energy. Finally using the results, important conclusions are found out, and they are expressed in the final recommendations. Key words: sugar care, energetic consumption.

Introducción Teniendo en cuenta que la gran mayoría de las industrias azucareras de nuestro país fueron construidas antes del 1959, y no contando con bibliografía que se encargue de recoger las transformaciones ocurridas en dichas fábricas, se ejecuta este trabajo con vistas a facilitar, en un momento determinado, la respuesta necesaria bajo cualquier interrogante. Por otra parte, algunos de los indicadores que afectan la producción azucarera no son lo suficientemente analizados técnicamente para determinar cuáles son las causas que los afectan y poder actuar sobre los objetivos y obtener resultados eficientes. Este trabajo es un intento de solucionar las dificultades antes mencionadas en una fábrica de capacidad de molida de 130 000 @ en una jornada de 24 h. La industria está en una edificación de paredes de bloques, tejas de acero galvanizado y piso de concreto.

TECNOLOGÍA QUÍMICA Vol. XXIII, No. 2, 2003

Las fechas de construcción de las naves de las diferentes secciones son: - Nave del basculador: Antes del 1900. - Nave de la planta moledora: Antes del 1900. - Nave de la casa de calderas: Antes del 1900. - Planta eléctrica: Posterior a 1990. - Taller de maquinado: Antes de 1950. - Almacén de cal: Posterior a 1990. La cosecha para abastecer a la fábrica es realizada por medios manuales y mecanizados, y el abasto de caña a la fábrica es por ferrocarril y por camiones. Los residuales de la fábrica se trasladan por gravedad a una fosa. El abasto de agua para el enfriamiento de los equipos industriales se toma de un río de poco caudal, y la potable es suministrada por gravedad a través de la red de tuberías, proveniente del tanque de almacenamiento situado en las afueras del poblado y llenado por bombeo. Conocidas las características generales de la fábrica nos trazamos los siguientes objetivos: - Mostrar organizadamente el equipamiento tec-

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nológico con que cuenta la fábrica en cada sección. - Realizar el trabajo basado en los aspectos técnicos estudiados.

Desarrollo Caracterización del proceso El flujo de producción del azúcar en la fábrica es similar al de toda industria dedicada a la fabricación de azúcar a partir de la caña de azúcar. La caña llega a la fábrica indistintamente por camiones o por ferrocarril, los que la descargan al basculador, siendo transportadas de ahí hasta la planta moledora por medio de transportadores de tablillas, durante este tránsito la caña es sometida a un proceso de preparación por medio de las cuchillas picadoras. El colchón de caña es alimentado al tándem de molinos, pasando en primer término por una desmenuzadora inclinada de dos masas y una alimentadora, donde se le extrae a la materia prima entre el 60 y el 70 % del jugo. Después de pasar por la desmenuzadora el colchón de caña pasa por los molinos (4 molinos tipo Fulton rectos, accionados por máquinas de vapor) encargados de la extracción del jugo remanente en la caña. Durante este proceso es utilizada la imbibición (agua a temperatura de 70 - 80 0 C) con el fin de extraer toda la sacarosa posible. El bagazo resultante del proceso de molienda se conduce al almacén para su preservación y poder ser utilizado parte de el como combustible en los hornos. El jugo procedente de los molinos se pasa por un colador y de ahí a un tanque de jugo (al cual fluye por gravedad) donde se aplica la alcanización para lograr un pH de 7,70 a 8,10. Posteriormente, se produce un calentamiento escalonado elevando la temperatura de 43 a 85 0 C, usando vapor de extracción primeramente y rectificándose después con temperatura de salida de los calentadores de 103 a 106 0 C, posteriormen-te pasa el jugo al tanque Flash, donde se iguala a temperatura a 100 0 C para poder ingresar al clarificador a temperatura constante. En el clarificador ocurre el proceso de decan-

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tación separándose el jugo claro de la cachaza, la cual se envía al mezclador donde se adiciona bagacillo como materia filtrante formándose una torta. Este proceso de agotamiento se produce en un filtro rotatorio al vacío, con la adición de agua caliente a 75 0 C, esto se hace con el fin de que este proceso sea total y obtener finalmente una cachaza con una pol de 1,20. El jugo procedente de este filtrado es devuelto al tanque de jugo alcalizado. El agua contenida en el jugo clarificado se elimina de entre un 73 y 75 % por medio de evaporadores a simple y múltiple efecto, siendo los esquemas empleados en la fábrica los siguientes: 1) Pre -cuádruple; 2) Quíntuple. Mediante el proceso de evaporación se logra elevar el Brix desde 15,5 a 65 0 . El agua evaporada en esta sección es recolectada como condensado y utilizada en la alimentación de las calderas y otros usos tecnológicos. Posterior a la evaporación se obtiene la meladura que es bombeada al área de cristalización, donde continua el proceso de evaporación más lentamente hasta la obtención de los granos de azúcar. A partir de este momento el proceso deja de ser continuo trabajándose en los tachos. Para la producción de azúcar se utiliza el sistema de tres masas cocidas para obtener un azúcar crudo con polarización mínima de 97,80 . La cristalización se realiza por el método de semillamiento completo utilizando el cristal 600. Las masas obtenidas en la cristalización pasan a la centrifugación, las masas cocidas (MCA y MCB) se centrifugan en máquinas discontinuas, separando el azúcar crudo que se envía a las tolvas de las mieles A y B que se reincorporan al proceso. La masa cocida C (MCC) se centrifuga en máquinas continuas, separando la semilla con pureza minina de 850 y la miel final con pureza de 32,50 como máximo.

Parámetros de la fábrica Molinos: Brix del jugo mezclado Pol en bagazo Temperatura del agua de imbibición Estabilidad de la molida horaria

14 -16 1,85 0 70 - 80 C 5 416 @/h

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Purificación: pH jugo alcalinizado

7,7 - 8,1

pH jugo clarificado

6,7 - 7,1

Caída de pureza jugo clarificado - mezclado

0,5 - 1,5

Caída de pureza jugo mezclado - filtrado

No > 5

Pol en cachaza

1,20 máximo

Evaporación: Bx de meladura

60 - 65

0

Cristalización: 0

Bx miel A

60 -65

Bx miel B

60 - 65

Pureza MCA

80 %

Pureza MCC

< 62

Pureza miel final

32,50

Pureza semilla

> 85

Caída pureza MCC - Miel madre A

Mínimo 15

Caída pureza MCC - Miel madre C

Mínimo 17

Tamaño de grano

65

0

Centrifugación:

Polarización del azúcar

98,50

Humedad

< 0,50

Color

< 30

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Equipos principales de la fábrica según distribución en las diferentes secciones Basculador: EQUIPOS

CANTIDAD

POTENCIA

Viradores

2

22,5

Alzadoras

2

20,0

Winche

1

7,5

Rompe bultos

1

22,0

Nivelador

1

17,0

Cuchilla picadora

1

250,0

Rastrillo de basura

1

5,5

Romana

1

-

Esteras

2

304,8

TOTAL

12

649,3

Tándem: EQUIPOS

POTENCIA NOMINAL

Conductor intermedio

3

16,5

Bomba colador parabólico

2

11,0

Bomba maceración

3

16,5

Bomba presión hidráulica molinos

1

11,0

Grúa viajera

2

46,0

Rastrillo de bagacillo

1

7,5

Bomba de baldeo

2

37,0

Bomba de lubricante al Farval

1

10,0

Bomba sistema de lubricación

2

1,5

Molinos

4

Desmenuzadora

1

TOTAL

58

CANTIDAD

17

1 118,55 119,312 1 394,862

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Generación de vapor: CANTIDAD

POTENCIA NOMINAL

Calderas (hornos)

3

-

Ventiladores

3

42,0

Conductores

4

55,6

Bombas de alimentar

3

145,0

13

242,6

EQUIPOS

TOTAL

Planta eléctrica: CANTIDAD

POTENCIA NOMINAL

Turbo generador

1

-

Bomba

1

5,5

TOTAL

2

5,5

EQUIPOS

Purificación: CANTIDAD

POTENCIA NOMINAL

Tanque de jugo prealcalinizado

1

-

Calentadores

4

-

Clarificador

1

-

Filtro

1

26,6

Mezclador

1

3,0

Tanque de jugo clarificado

1

-

EQUIPOS

Bombas Tanque Flash TOTAL

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15 1 25

122,7 152,3

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Evaporación: EQUIPOS

CANTIDAD

POTENCIA

Pre-evaporadores

1

-

Vasos evaporadores

4

-

Condensadores

1

-

Bombas

12

202,5

TOTAL

18

202,5

Cristalización: EQUIPOS

CANTIDAD

POTENCIA

Tachos

5

-

Condensadores

3

-

Tanques

8

-

Cristalizadores

5

10

Bombas de inyección

2

260

Bombas de rechazo

2

320

Enfriadero

1

-

Bombas de vacío

2

384

29

974

TOTAL

Centrifugación: EQUIPOS Centrífugas

POTENCIA NOMINAL

7

554,0

11

90,7

Conductores

3

16,5

Silos tolvas

3

-

Romanas

1

-

Mezcladores

3

22,5

Compresores

2

10,0

Ventiladores

1

12,6

Sin fín

2

13,0

TOTAL

33

719,33

Bombas

60

CANTIDAD

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Plantas auxiliares: SECCIÓN

EQUIPOS

Planta de cal

Tanque

Estación compresores

Taller de maquinado

CANTIDAD POTENCIA NOMINAL 2 9,5

Bombas

2

15,0

Subtotal

4

24,5

Compresores

2

92,0

Subtotal

2

92,0

Tornos

5

49,62

Recortadores

2

11,2

Taladros

2

14,0

Segueta

1

1,4

Cepillo longitudinal

1

4,0

Subtotal

11

80,22

TOTAL

17

196,72

Relación de mayores consumidores por área ÁREA

EQUIPOS

Basculador

Esteras

Tándem

Molinos

4

1 118,55

Generación de vapor

Bombas de alimentar

3

145,0

Purificación

Bombas

15

122,7

Evaporación

Bombas

12

202,5

Cristalización

Bombas

8

964,0

Centrifugación

Centrífugas

7

554,0

Plantas auxiliares

Compresores

2

92,0

53

3 503,55

TOTAL

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CANTIDAD POTENCIA NOMINAL 2 304,8

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Resumen de consumo de potencia por área ÁREA

POTENCIA NOMINAL

Basculador

649,3

Tándem

1 394,862

Generación de vapor

242,6

Fabricación de azúcar

2 048,13

Plantas auxiliares

196,72

TOTAL

4 255,30

Resultados de los análisis Comportamiento de los principales factores que intervienen en el costo de producción de la fábrica en una cosecha tipo y que representan del total:

FACTORES

% QUE REPRESENTA

Materia prima (caña)

62

Energía

02

Salarios

04

Seguridad social

01

Amortización medio básico

06

Otros medios amortizados (gastos diferidos)

12

Otros gastos

03

Áreas que más inciden en los costos de producción

ÁREA

62

% DE INCIDENCIA

Maquinaria

07

Fabricación

06

Transporte y acopio

07

Gastos generales

80

TOTAL

100

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Como se muestra, el área de gastos generales es la mayor incidencia; en ella se incluyen los gastos de materias primas, electricidad y los gastos diferidos. Los gastos en materias primas son los que representan el mayor por ciento, razón por la cual se hace necesario que la misma llegue a la fábrica en el tiempo reglamentado y en condiciones óptimas de limpieza, de manera que se le extraiga la mayor cantidad de azúcar posible para hacer que incida positivamente en el rendimiento industrial. Las reparaciones capitales previas a la zafra deben llevarse a cabo con calidad a fin de evitar o reducir las reparaciones en período de zafra (gastos diferidos), pues éstas forman parte del costo por tonelada de azúcar. Aplicar las medidas orientadas por el PAEC (Plan de Ahorro de Energía de Cuba); estas medidas revisten gran importancia en los aspectos del costo de producción de azúcar en lo que se refiere al consumo de energía, iluminación, combustibles y lubricantes.

Análisis de los resultados Los gastos generales son los mayores, pues en ellos están incluidos los de las materias primas, la electricidad y los diferidos. También se incluyen en ese rubro las compras de materiales auxiliares durante la zafra, compra de equipos y paradas largas previstas. Estos gastos generales pueden reducirse, sobre todo el de los gastos diferidos, haciendo las reparaciones más eficientes y rentables, planificando los trabajos de reparación, revisando que los parámetros técnicos de los equipos cumplan con las normas de reparación y eliminando las malas operaciones. En cuanto al consumo de energía eléctrica se deben aplicar las medidas establecidas por el PAEC para el ahorro.

y estudiar y analizar su comportamiento durante el período de trabajo en una zafra, se han arribado a las siguientes conclusiones y recomendaciones: - Que el presente trabajo sea una guía para el análisis del comportamiento del proceso de fabricación al finalizar cada cosecha. - La necesidad de actualizar la documentación técnica de cada equipo con todos sus parámetros técnicos. - Hacer esquema de cada área para facilitar trabajos posteriores. - Hacer mejores reparaciones en el período precosecha, y así evitar las paradas o interrupciones por reparaciones durante la misma, evitando así los gastos diferidos de esas reparaciones, aumentando por ellas los costos de producción del azúcar. - Insistir en que la materia prima (caña) llegue en condiciones óptimas, a fin de lograr un buen rendimiento. - Se obtuvieron los principales consumidores de energía por área y con ello se pudo trabajar en un acomodo de energía y cumplir de esa forma con el PAEC. - Se determinó el área de fabricación como la mayor consumidora de energía eléctrica, con un consumo de 2 048,13 kW. - Estudiar la posibilidad de aumentar la capacidad de molida para lograr una mayor generación de energía eléctrica.

Bibliografía -

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Conclusiones

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Después de revisar la existencia y parámetros de trabajo de los equipos y agregados de la fábrica,

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TECNOLOGÍA QUÍMICA Vol. XXIII, No. 2, 2003

Colectivo de autores, Manual de operaciones. Planta Moledora, MINAZ, 1996. Colectivo de autores, Balance de bagazo. Metodología para la determinación del consumo de vapor y combustible, MINAZ, 1998. Colectivo de autores, Manual de operaciones para la producción de azúcar crudo de caña, MINAZ, 1995. Revista Cuba Azúcar Número 1, MINAZ, vol XXVII, Enero - Marzo 1998. Hugot, E., Manual para ingenieros azucareros, t. I, México, Ed. Continental, 1978.

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