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1 CRISTALIZACION EN TACHOS. John G. Ziegler. Traducción y complementariòn: Jaime Peñaranda. Selección de temas de cristalización en tachos correspondientes a papeles del Ing. John G. Ziegler complementados por Jaime Peñaranda a la luz de las últimas experiencias. TABLA DE CONTENIDO.                        

Introducción. Sobresaturación. Hechos o fantasías? Zona Intermedia de Sobresaturación? La entrada de aire incontrolada a un Tacho forma Grano Falso? La Circulación Mecánica forma grano falso? Una temperatura mas alta de cristalización forma cristales mas duros? La velocidad de crecimiento del cristal aumenta con el aumento de temperatura? Alimentar agua al tacho borra el grano falso? Alimentar una porción de agua o sirope o meladura borra el grano falso? Llevar una Templa apretada produce mejor cristal? Deben apretarse las templas gradualmente a medida que suben de nivel? Es el Semillamiento por Choque, una realidad? El sueño imposible. Tamaño Uniforme de Cristal. Circulación en Tachos. Enfrentando las posibilidades. Conglomeración. Semillamiento. Grano Falso. Centrifugación. Medición de la Sobresaturación. Buenas Prácticas. Vale la pena mejorar el Cocimiento de Templas?

INTRODUCCION Hace algunos años un amigo mío me comento que la cristalización y el cocimiento de azúcar deberían ser muy fáciles, pues en caso contrario no seriamos capaces de hacerlo. No hubo mucho desacuerdo entre los que oyeron el comentario, pero después de haber observado cientos de templas fabricadas en tachos de todo tipo en muchas partes del mundo y con toda clase de siropes, no es difícil concluir que la cantidad de azúcar de buena calidad representa lastimosamente una pequeña proporción de la cantidad producida.

2 El azúcar, para venderse, necesita no solamente ser dulce y tener características aceptables como color y pureza. El azúcar bien manufacturado se vende al mismo precio que la que se ha cristalizado de manera irregular. La recompensa por un buen trabajo en tachos reside en los menores costos de producción. La economía en el uso del vapor tiene cada vez mayor importancia y cada tonelada de azúcar que innecesariamente se reprocesa representa un desperdicio de energía. No tan obvio, pero de la mayor importancia económica, es la mejor utilización de los equipos para aumentar la capacidad en tachos y reducir los días o semanas de una zafra. Los valores tangibles que representan cada día innecesario de zafra justifican el tiempo empleado en planificar la manera en que debe manejarse el piso de tachos. Con estas recompensas en ciernes desde el punto de vista del manejo optimizado de tachos, revisemos algunos de los pasos que deben tomarse para lograr en mejor trabajo. Las recomendaciones siguientes se basan en observaciones críticas, experiencia práctica y razonamiento. No pretenden ser la última palabra puesto que cada año trae nuevas experiencias pero viniendo de un ingeniero con experiencia pueden tener la ventaja de un enfoque diferente. Después de todo, los principios de medición y control se han usado con resultados positivos en las industrias químicas, de petróleo y aun en la aeroespacial. Entonces, porque no reversar el proceso y usarlos en la industria azucarera? Vale la pena intentarlo. SOBRESATURACION La variable de mayor importancia es el grado de Sobresaturación, de tal manera que hagamos una breve revisión. Un sirope o jarabe de una Pureza determinada, a una temperatura dada, se dice que esta saturado cuando su concentración es tal que, los cristales de sacarosa en contacto, no se disuelven ni crecen. Aumentando la concentración del jarabe o bajando la temperatura producirá una sobresaturación que hará que los cristales suspendidos crezcan. El grado de Sobresaturación se expresa usualmente como el Peso de Sólidos disueltos por peso de agua, dividido por el mismo peso que tendría en una solución saturada. La relación vale 1.0 en la saturación. Puesto que los valores por debajo de la saturación son de poco interés en la práctica del cocimiento de templas, cuando el objetivo es el crecimiento de cristales, una unidad mas sencilla de entender es el grado de Extrasaturaciòn; una solución de 1.2 de Sobresaturación presenta una Extrasaturaciòn del 20 %. El crecimiento de la rata de cristalización aparece casi directamente proporcional a la Sobresaturaciòn del jarabe que rodea los cristales, según muchos investigadores. Pero hay un límite superior a la Sobresaturación por encima del cual hay una fuerza directriz demasiado intensa para que haya un crecimiento ordenado de los cristales; unos cristales finos se forman en el licor que rodea a los cristales existentes. Esta es una formación de “grano falso” que debe evitarse en todas las etapas del proceso de cocimiento si se desea obtener un buen grano y un buen rendimiento. El rango útil de la Sobresaturación se llama “Zona Metaestable” que cae entre la Saturación y la concentración en la cual se forma el grano falso; cualquier valor por

3 encima cae en la Zona Lábil en la cual es inevitable que se forme el grano nuevo. Usando los últimos datos de Saturación y de Elevación del Punto de Ebullición, el límite aparece en una Sobresaturación de 1.20, dependiendo de la temperatura, la cual se toma como 60oC. HECHOS O FANTASIAS? En la copiosa literatura sobre la cristalización del azúcar, se encuentran ideas recurrentes que no resisten un análisis juicioso bajo una investigación rigurosa. Se presenta un análisis en forma individual para llegar a conclusiones que nos permitan optimizar las técnicas de cristalización. ZONA INTERMEDIA DE CRISTALIZACION? Hay una idea muy repetida de que hay una zona muy tenue de Sobresaturación entre las Zonas Metaestables y Lábil, un área en la cual se puede formar nuevo grano en presencia de granos existentes pero que no se forma ninguno si solamente hay sirope. Es posible que este estado se pueda producir en el Laboratorio, pero no se ha podido establecer en ningún tacho. Se ha hecho pruebas repetidas con varios jarabes y bajo observaciones continuas al microscopio y se ha comprobado que la nucleación se presenta a la misma concentración, sea que haya o no haya cristales presentes. La idea ha persistido probablemente debido a la dificultad de observar nuevos núcleos. Varias fuentes han informado que la partícula más pequeña que se puede observar a simple vista tiene una tamaño de 40 micrones. En un portaobjetito colocado contra una fuente de luz pueden observarse cristales más pequeños, con tamaños de 25 micrones o 0.001”. Observaciones al microscopio revelan que en jarabes de alta Pureza crecen a una rata de 0.015” por hora, en la dimensión media cuando los jarabes presentan una Sobresaturación de 1.65. Esto equivale a una rata de cristalización de 375 micrones/Hora/m2, cifra que concuerda bien con datos de otros investigadores. A esta rata se demoraría unos 4 minutos visualizar un cristal nuevo, a simple vista, pero solamente 5 segundos con un microscopio de 50 aumentos. Se ha logrado una verificación consistente en experiencias repetidas: cuando se exceden los límites de la Sobresaturación, los nuevos núcleos se observan en forma casi instantánea al microscopio en el tacho, pero el tachero no podrá estar seguro y no estará de acuerdo en que hay nuevos granos en las muestras que toma con la sonda del techo. CONCLUSION: No existe Zona Intermedia de Sobresaturación. LA ENTRADA DE AIRE INCONTROLADA A UN TACHO FORMA GRANO FALSO? Hay instrucciones que alertan sobre el peligro de que entre aire al tacho en el momento de semillar porque se forma grano falso. La falacia de esta afirmación se comprueba fácilmente manteniendo una carga de jarabe por debajo de la Zona Lábil mediante la adición de agua y permitiendo la entrada de aire sea por una válvula de entrada de semilla

4 o a través de la sonda. Se puede alimentar aire al jarabe, por minutos, sin que se observe la aparición de cristales en el microscopio del tacho. Tampoco se forman cristales nuevos por la entrada de vapor vivo al jarabe. CONCLUSION: Solamente la Sobresaturación excesiva forma nuevo grano. LA CIRCULACION MECANICA FORMA GRANO FALSO? Ocasionalmente se ha informado que en templas sucesivas fabricadas en tachos con Circuladotes Mecánicos, en una templa si pero no en otra, se producirá invariablemente grano fino en el tacho con Circulador Mecánico, manteniendo cuidado en la cristalización y usando las mismas cantidades de semilla. La conclusión simple es que el Circulador Mecánico forma núcleos adicionales. El análisis de varios casos ha revelado razones totalmente diferentes. El alto grado de agitación que se presenta en la etapa inicial de la templa sencillamente reduce el número de cristales de semilla que se unen para formar grano conglomerado. La mayoría de los cristales de la semilla sobreviven, de tal manera que el tamaño promedio de los cristales es menor en la templa terminada. CONCLUSION: No hay evidencia de que los Circuladores Mecánicos formen grano falso.

UNA TEMPERATURA MAS CRISTALES MAS DUROS?

ALTA

DE

CRISTALIZACION

FORMA

La prueba de la hebra entre los dedos del tachero puede a veces detectar la diferencia en la calidad del azúcar; podrá afirmar si es grano suave o grano duro. El microscopio del tacho revela que el grano duro es solamente grano limpio en contraposición a los cristales conglomerados. Los cristales limpios pueden producirse a cualquier temperatura. Debe existir una razón para que se afirme que las temperaturas más altas son preferibles. La Zona Metaestable de Sobresaturación cubre un rango considerablemente amplio de concentración a altas presiones de operación. Así que, en su experiencia, el tachero encuentra que era más fácil producir templas de grano mas duro a altas presiones que a bajas. CONCLUSION: Las altas temperaturas de operación en Tachos no producen granos más duros, LAVELOCIDAD DE CRECIMIENTO DEL CRISTAL AUMENTA CON EL AUMENTO DE TEMPERATURA?

5 Las pruebas realizadas por Kamoda y Yamane y otros indican que la rata de crecimiento de los cristales aumenta algo con el aumento de temperatura a valores altos. Los resultados de las pruebas ni aprueban ni desaprueban estas afirmaciones. En cualquier tacho y con cualquier jarabe, las restricciones de equipo y de facilidades no permiten el cocimiento de un tacho en un rango amplio de presiones absolutas. En el lado bajo hay el limite de la temperatura del agua de inyección y de la capacidad del condensador que penalizan la capacidad de evaporación del tacho. Por el lado alto, la diferencia disponible de temperatura entre el vapor y la masacocida o las consideraciones relacionadas con la formación de color limitan la operación. En general, la variación permisible de temperatura de ebullición es bastante limitada en cualquier situación. Quizás la pregunta puede contestarse por reducción al absurdo. La mayoría de los procesos de difusión se aceleran con el aumento de la temperatura, simplemente porque la fluidez aumenta con el aumento de temperatura. Si el mecanismo que gobierna la rata de migración de las moléculas de sacarosa para crecer las caras del cristal es la fluidez, lo que parece probable, debe señalarse que la fluidez de un jarabe dado a 10” de Hg. Absolutas, cerca del limite superior de la Zona Metaestable, tiene una fluidez solamente un 60% que la que tendría bajo la misma condición a 4” de Hg. Absolutas. Estas presiones representan casi los limites exteriores que se usan en la practica del trabajo en tachos, de tal manera que se puede concluir que las variaciones tolerables en cualquier situación, tiene solamente un efecto despreciable en la rata de cristalización. CONCLUSION: Hay consideraciones de mayor importancia. ALIMENTAR AGUA AL TACHO BORRA EL GRANO FALSO? Esta afirmación se ha hecho con bastante frecuencia porque es una suposición lógica – que un cristal mas pequeño en una masacocida debe disolverse rápidamente por contacto con una corriente de agua que se alimente al tacho para mantener la misma condición de concentración del jarabe durante intervalos de alimentación inadecuada del mismo o cuando es necesario disponer de tiempo para propiciar crecimiento de los cristales. Si, en cualquier momento la concentración de un jarabe cae por debajo de la saturación, los cristales comienzan a disolverse y esto se nota en forma clara en el microscopio porque se observan esquinas redondeadas en los cristales. Pero las observaciones al microscopio en tachos que se han mantenido con agua por periodos extensos nunca han revelado un solo cristal mostrando esta irregularidad. Aparentemente, el grueso de la masacocida permanece, de alguna manera, sobresaturado. El agua que entra simplemente no puede penetrar la película viscosa de jarabe que rodea los cristales, antes de que se mezcle con el licor mas concentrado del tacho. CONCLUSION: El agua que se alimenta al tacho probablemente no disuelve el cristal falso.

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ALIMENTAR UNA PORCION DE AGUA O SIROPE O MELADURA BORRA EL GRANO FALSO? Cuando una muestra de la sonda revela la presencia de grano falso la mayoría de los tacheros aumentan la rata de alimentación del jarabe o la miel o agregan agua por un minuto a algo así. Unos minutos después el problema parece haber desaparecido. El agua puede haber regresado la concentración a la Zona Metaestable segura, pero hasta que la concentración o se haya rebajado a la zona no saturada, no hay disolución de ningún cristal. El microscopio del tacho revela lo que realmente ha ocurrido. Los nuevos cristales, en pocos minutos, crecen al tamaño en donde la conglomeración ocurre. Forman granos de “bola” que se aproximan al tamaño de un cristal regular. Al ojo del tachero, aparece que ha borrado el grano fino pero en realidad ha producido un gran porcentaje de grano de inferior calidad. Se requiere de una gran cantidad de agua para reducir la Sobresaturación del jarabe por debajo del nivel de Saturación. Por ejemplo, si una templa de 93.0 % de Pureza se esta operando a 7” de Hg. Absolutos, a 1.30 de Sobresaturación. Si la templa se encuentra a 700 pies cúbicos, se necesitarían aproximadamente 87 pies cúbicos de agua para reducir el contenido del tacho a nivel de saturación, mas el agua que se evapora durante el tiempo que se gasta en introducirla. La cantidad de licor a 70 % Brix que se requiere es 250 pies cúbicos. La única forma de eliminar el grano falso en una templa es agregar suficiente agua para rebajar la concentración por debajo del nivel de saturación. Cuando todo el cristal falso se ha borrado y los cristales originales muestren las esquinas redondeadas, se puede retornar el tacho a su operación normal y se puede continuar con la templa. Pero, aunque esta operación sea exitosa, se han perdido muchos minutos de trabajo útil. CONCLUSION: El falso grano no puede eliminarse por la adición de una porción de agua o sirope. LLEVAR UNA TEMPLA APRETADA PRODUCE MEJOR CRISTAL? Otra noción recurrente es que una templa “apretada” (alta relación de Cristal a Licor) hace mejor grano que una templa floja porque los cristales adyacentes se frotan unos con otros y mejoran su forma y la velocidad de crecimiento. Esto no se ha confirmado experimentalmente. Por otra parte, las templas que se llevan flojas muestran una mejor formación de cristales al microscopio, posiblemente porque las masas con menor consistencia mejoran la circulación total del tacho, promoviendo menos variación en los cristales finales. La creencia probablemente surgió porque los tacheros, a través de los años, descubrieron que las posibilidades de producir mejor azúcar mejoraban si manejaban la templa apretada. Esto es lógico, porque el resultante menor Coeficiente de Transferencia de

7 Calor minimiza las posibilidades de exceder las concentraciones seguras de Sobresaturación. Pero, los experimentos hechos en templas sucesivas no fueron concluyentes, mostraron que la mejor formación de cristales y la uniformidad de los mismos se obtienen si los rendimientos de cristales se mantiene en el rango del 15 % al 20 % durante el periodo de crecimiento y hasta la etapa final de concentración hasta llegar a la consistencia de descarga de las templas. CONCLUSION: Es una conclusión no confirmada. DEBEN APRETARSE LAS TEMPLAS GRADUALMENTE A MEDIDA QUE SUBEN DE NIVEL? El tiempo requerido para elaborar una templa desde la granulación hasta la descarga se determina por el tiempo necesario para evaporar el agua y por el tiempo necesario para el crecimiento de los cristales hasta el tamaño deseado. Con bajos Coeficientes de Transferencia de Calo o bajos valores de Brix se ahorra tiempo al manejar bajas consistencias para obtener altas transferencias de calor y mejor circulación. Por otro lado, cuando la transferencia de calor es buena, la concentración del jarabe o la miel es alta y se requieren granos de mayor tamaño, se desea entonces manejar valores altos de Sobresaturación para acelerar el crecimiento del cristal y permitir el crecimiento del grano y aumentar la consistencia, penalizando la circulación. CONCLUSION: Depende de las condiciones de operación. ES EL SEMILLAMIENTO POR CHOQUE UNA REALIDAD? Esta afirmación se presta a controversia. En donde no se practica el Semillamiento Completo, se usa el método llamado de Semillamiento por Choque para iniciar la granulación. Se concentra una cantidad de material y se introduce una pequeña cantidad de azúcar. El cocimiento se continúa hasta que una muestra tomada de la sonda parece que tenga suficiente grano. Entonces se inicia la alimentación con jarabe, usualmente se adiciona entonces una porción, para detener la nucleación. Supuestamente, el azúcar por su sola presencia “choca” el jarabe inestable para generar una nucleación espontánea para generar la mayoría del grano necesario. Pero, como lo notábamos antes, parece que no existe la llamada Zona Intermedia de Sobresaturación en la cual la nucleación se presenta solamente en presencia de cristales existentes. Entonces, de donde provino la noción de Semillamiento por Choque? Fue una conclusión razonable pero basada en observaciones y pruebas hechas sin ayudas visuales apropiadas. Luego mediante numerosas observaciones al microscopio se llegò a la conclusión de que tal semillamiento no era cierto. Generalmente, cuando el tachero llevaba el jarabe hasta la Zona Lábil, se formaba grano pero muy pequeño para poder ser

8 detectado. En un corto tiempo el tachero podía observar partículas de mayor tamaño provenientes del semillamiento por choque y llegaba a la conclusión de que había juzgado correctamente la concentración del jarabe, o de lo contrario no habrían aparecido los cristales. Usualmente, al continuar la templa podía penetrar aun más en la Zona Lábil y entonces se formaban una multitud de núcleos, fácilmente visibles al microscopio. A medida que aumentaban de tamaño, la tendencia de las masascocidas de autocorregirse se detenía y los cristales se conglomeraban dando origen a aglomerados de cristales. Cuando esto ocurría, el tachero podía revisar la masa al microscopio y cuando juzgaba que la templa estaba lista, adicionaba una cierta cantidad de jarabe que colocaba la concentración de nuevo en la Zona Metaestable. Se observaban otras templas en donde el azúcar de “choque” se introducía más temprano cuando el jarabe se encontraba en la Zona Metaestable. Pero la ebullición pronto concentraba el material al punto en que la nucleación ocurría como en el caso anterior y el tachero notaba que en uno o dos minutos aparecía el grano. El gran mito del Semillamiento por Choque se perpetuó por los informes que acreditados investigadores hicieron mediante elutriaciòn de muestras de azúcar en polvo usado para la nucleación. El resultado era que se requería una cantidad cualquiera de azúcar fino para semillar pues los análisis mostraban que la cantidad de azúcar en polvo que se usaba solamente contenía el 19% de núcleos del tamaño requerido, lo que equivalía a decir que el 90% restante se generaba por choque en los jarabes inestables. Experimentos cuidadosos demostraron que había algo equivocado. Los tachos se semillaban hasta cerca del limite de la Sobresaturación con una cantidad pesada de azúcar pulverizada (fondant) mediante un molino de martillos y llevada a la maduración para evitar nucleación posterior. Se determino la Abertura Media de los cristales finos y se semillaron templas sucesivas con la misma cantidad de polvillo, manteniendo la concentración bien debajo del límite de Sobresaturación hasta que el peligro de nucleación posterior se consideraba que había pasado. Sorprendentemente, la Abertura Media era esencialmente idéntica a aquellas templas semilladas a mayor Sobresaturación. Los cristales deberían ser sobre el doble de tamaño si en realidad hubiera solo el 19% como mucho. La única explicación posible fue que todo el grano requerido se había introducido con el polvillo. Para este experimento, el polvillo había sido analizado en un Laboratorio universitario. Informaron de cierto numero de partículas con tamaño de 0 a 5 micrones, otro cierto numero con partículas de 5 a 10 micrones, y así sucesivamente, todas por gramo, de tal manera que no había problema en calcular el numero total de núcleos por gramo. Pero, aparentemente, solamente el 10% estaba presente en la cantidad de polvillo fondant usado. De donde venía el adicional 90 %? Un ejercicio de regla de cálculo indicó la explicación más lógica para aclarar la discrepancia. Cualquier partícula de azúcar es un núcleo apto para el crecimiento de un cristal en una solución sobresaturada. Supóngase que algunas partículas con un tamaño promedio de 0.2 micrones que habían estado presentes en el polvillo y en las pruebas de

9 elutriaciòn hubieran sido removidas por un excesivo tiro en estas pruebas o no hubieran sido contadas en las primeras pruebas de microscopio. Cuantas de estas finas partículas se necesitarían para completar el restante 90 % que faltaba? En un tacho de 1500 ft3 que produce azúcar con Abertura Media de 0.015” (0.4 mm) se producen aproximadamente 3.5 x 1011 cristales con un rendimiento razonable de 55 % en base a sólidos. Asumiendo que los cristales fueran cúbicos para facilitar el calculo, la cantidad de cristales de 0.2 micrones necesarios para suplir el 90 % faltante, seria de solamente 4.4 mg. Esta pequeña cantidad puede estar presente en 1 kilogramo o algo parecido de polvillo seco. CONCLUSION: No existe el llamado Semillamiento por choque. EL SUEÑO IMPOSIBLE En el trabajo de tachos el objetivo final es elaborar cada templa en el minimo de tiempo y obtener el máximo rendimiento posible de cristales, todos uniformes y del tamañp deseado y cada cristal perfectamente formado, completamente libre de conglomerados. Esta masacocida seria muy fluida aun con altos rendimientos, purgaría rápidamente en las centrifugas y requeriría un mínimo de lavado. El azúcar secaría con facilidad y se almacenaría muy bien. Desafortunadamente, aun la mejor operación en un tacho convencional no produce tales granos perfectos. Algunos tachos son mejores que otros pero todos están lejos de ser perfectos. El propósito es señalar los factores que están implicados en la operación de tachos, e imperfectos como puedan ser, pueden mejorar la calidad de su trabajo para aproximarse a la ideal. TAMAÑO UNIFORME DE CRISTAL Uno de los primeros objetivos en el cocimiento de azúcar es producir cristales con la menor variación posible de tamaño. El cristal uniforme purga rápidamente en las centrifugas porque los poros a través de la torta presentan un área grande. Pero, si hay cristales pequeños, llenan los intersticios de la torta y retardan el flujo de miel. Entre mayor sea la variación de tamaño, peor será la calidad de la purga. Una buena medida de la variación de la uniformidad del cristal es el llamado “Coeficiente de Variabilidad”, Cv, el cual, aunque arbitrario, cuantifica una variable y permite la comparación entre azucares con respecto a la variación en tamaño. Se define como el producto del numero 100 multiplicado por la diferencia entre las aberturas de malla que retienen 16 % y 84 % de la muestra, dividido por 2 veces la Abertura Media, MA, que es aquella que retiene el 50 % de la muestra. Un buen bien operado producirá azúcar con un Cv en los rangos del 20 %, que se considera excelente. Aun tachos con diseños deficientes pueden manejar valores de Cv por debajo de 30, lo que no es malo. Un Cv de 40 representa un trabajo inferior y si fuera mayor indicaría un trabajo definitivamente malo.

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CIRCULACION EN TACHOS Si todos los cristales en un tacho estuvieran sometidos a las mismas condiciones de sobresaturación del jarabe durante el transcurso de una templa, crecerían prácticamente a la misma rata y alcanzarían casi el mismo tamaño final. Pero, el patrón de circulación en un tacho es tal que existen gradientes de sobresaturación y aquellos cristales que permanecen durante mayor tiempo en las zonas de baja sobresaturación crecen menos que aquellos que están sometidos a una mayor fuerza directriz. El patrón de circulación de un tacho limita el valor de Cv que puede obtenerse. La imagen convencional de la circulación en un tacho de calandria presenta la masacocida caliente ascendiendo de manera ordenada por los tubos hacia la superficie de la calandria y descendiendo por el tubo central para ser calentada de nuevo. Sin embargo, observaciones criticas han demostrado que la masacocida ebulle con mayor frecuencia cerca del centro y la masa fluye hacia fuera en la superficie. Esta corriente fluye hacia abajo y se encuentra con material que sube por los tubos por lo que devuelve el material hacia el tubo central, donde puede bloquear el flujo descendente de este tubo sin que pueda emerger y autoevaporarse a la presión que exista en ese punto. Asi que la sección transversal del flujo adquiere mas una figura de un ocho. La menor temperatura se encuentra en la superficie de la masa en donde la presión es la menor y el material que hace cortocircuito hacia el centro estará más caliente y por consiguiente a menor sobresaturación. Con bastante frecuencia se observan temperaturas entre 2o y 4o C en la masa encima de la placa de la calandria por encima de la temperatura en la superficie de la templa. Esto representa una caída considerable en la sobresaturación puesto que el rango entero de la Zona Metaestable de un jarabe desde la saturación hasta el limite superior requiere de solamente un cambio de 4o a 6o C dependiendo de la Pureza. Los Circuladotes Mecánicos mejoran el patrón de circulación pero no son la solución definitiva pues la circulación mecánica es solamente efectiva por unas pocas pulgadas por encima de la calandria. El efecto de precolación de la ebullición es la única fuerza real de mezcla por encima de la calandria. Debido a la baja velocidad del material, adicionar mezcladores estáticos denominados louvers no parecen tener efecto ninguno y no mejoran el Cv. De los muchos tachos que existen los de paredes rectas consistentemente han tenido mejor desempeño que los llamadas de “baja cabeza” que poseen un cuerpo mayor en diámetro que el diámetro de la calandria. Esta afirmación ha sido confirmada por Rogers. Los patrones de circulación pueden mejorarse en los tachos manteniendo la temperatura de los jarabes o mieles a elevadas temperaturas, introduciendo los materiales por medio de distribuidores adecuados para tomar ventaja del flash que se produce por la diferencia de temperaturas. La alimentación a través de varios puntos alrededor de la periferia, por

11 debajo de la placa inferior de la calandria induce una mayor circulación que cualquier otro esquema. La circulación también puede mejorarse trabajando a una menor presión absoluta para aumentar el volumen del vapor, pero el limite se encuentra en el momento en que la rata de evaporación debe reducirse para acomodarse a las condiciones de operación determinadas por la capacidad del condensador para manejar mayores volúmenes de vapor. Los condensadores que trabajan a menor temperatura deben ser de mayor tamaño. No se hace mención respecto a tachos con calandrias flotantes u horizontales pues hay muy poca información relacionada con el tema. ENFRENTANDO LAS POSIBILIDADES De acuerdo con todo lo expuesto, se puede pensar que no es posible elaborar una templa perfecta con los tachos actualmente en uso o con los que se diseñen en el futuro próximo. Pero hay técnicas que pueden aplicarse a los equipos existentes que pueden aplicarse a los equipos existentes y que pueden aproximarse al sueño imposible pero que optimizan la presente tecnología del cocimiento del azúcar. Una vez que se han reconocido los procedimientos idóneos y se han puesto en practica los beneficios son inmediatos, No hay necesidad de invertir en modificaciones costosas. La presente exposición necesariamente debe ser limitada en su enfoque y será dirigida primariamente a las áreas de mayor interés que tengan el mayor retorno, que incluyen la elaboración de templas de alta pureza. Los principios aplican bien, sea a las templas de baja pureza. Lo que es importante es lograr una buena administración del área de tachos. CONGLOMERACION En materiales de baja pureza hay una tendencia de los cristales a pegarse y crecer formando lo que se conoce como cristal conglomerado. Pero en las altas problemas si es un problema muy definido. Un cristal conglomerado es de menor calidad que un cristal individual y limpio por varias razones que serán expuestas, por lo que es deseable que haya el mayor numero de cristales limpios. Aumentar la conglomeración en una templa que se ha semillado en forma correcta, reduce el numero de cristales finos o mejor, reduce el numero de cristales producidos, de tal manera que el Cv aumenta. Dicho de otra manera, el Cv aumenta porque los cristales conglomerados aumentan de tamaño a expensas de los cristales individuales limpios. Los cristales conglomerados aumentan y lo hacen reduciendo el número de cristales limpios, aumentando el Cv, afectando la calidad de purga. No hay evidencia concluyente de que las impurezas queden incluida en las caras del cristal conformando el cristal conglomerado, pero si es cierto que son inferiores a los cristales limpios en la calidad de purga, lavado y características de secado. Un cristal limpio presenta grandes ángulos entre sus caras pero, un conglomerado tiene a menudo

12 ángulos menores en donde los cristales se unen y es en estas esquinas en donde se puede esconder una cantidad de miel por efecto de la tensión superficial. Se requiere mayor cantidad de agua para obtener el color y la pureza apropiados, lo que significa una mayor cantidad de mieles de lavado que se reprocesan. También, después del lavado, las mieles adheridas a los conglomerados presentan problemas de secado. Una película de miel se adhiere a los cristales que luego atrapa humedad que eventualmente se difunde a través del bolsillo seco de miel. En el almacenaje, la humedad liberada se difunde a través del azúcar y se presentan serios problemas de compactación. Kamoda y Yamane hicieron un meticuloso estudio de los factores que afectan la conglomeración y sus resultados se han comprobado ampliamente mediante los microscopios de tachos. Las conclusiones se enumeran a continuación:     

La formación de grano conglomerado es directamente proporcional a la sobresaturación de la miel que rodea al cristal. La formación de conglomerado es inversamente proporcional al espacio medio que existe entre los cristales en crecimiento. La conglomeración es inversamente proporcional al grado de agitación de la miel y los cristales; no es una relación lineal pero si hay una reducción por el aumento de agitación. La conglomeración aumenta con la Pureza del jarabe o la miel. La conglomeración se afecta por el tamaño del cristal; parece ocurrir en un rango relativamente estrecho alrededor de 0.01” (25 micrones) y se reduce abruptamente a ambos lados de este rango.

Desde el punto de vista mecánico no hay razón para no estar de acuerdo con los factores de conglomeración anotados. Ciertamente, las caras de los cristales que se pongan en contacto tienen mayor tendencia a pegarse en una solución altamente sobresaturada que en una de menor grado de sobresaturación. El estrecho rango en el que se presenta la conglomeración no fue fácil de predecir pero no fue ilógico. Las probabilidades de colisión de los cristales es mayor en cuanto el tamaño aumenta. La razón de que disminuya con un aumento adicional de tamaño se debe probablemente a una combinación de factores: el área aumentada sometida a las fuerzas de agitación puede separar los cristales antes de que se suelden entre ellos. Entonces, también, los cristales pequeños presentan unas caras limpias pero un patrón irregular de crecimiento que los hace mas rugosos cuando aumentan de tamaño. Así que la posibilidad de acoplar las caras de los cristales disminuye con el aumento de tamaño. La conglomeración debería minimizarse pero un reexamen de los factores que la afectan muestran que las posibilidades son limitadas en número. Res poco lo que puede hacerse para aumentar la distancia media entre cristales, excepto aumentar el volumen. Este es una paso atrás porque deja menos volumen para la alimentación durante el periodo de crecimiento y reduce el tiempo disponible para el crecimiento. Duplicar la carga de semilla solamente reduce la distancia media en el cubo del 26 %, lo cual es despreciable.

13 La pureza tiene alguna posibilidad. Unos pocos pies cúbicos de miel de baja pureza puede semillarse con azúcar fina (fondant) y centrifugada con excelente agitación por un periodo razonable de tiempo de tal manera que los cristales crezcan por encima del tamaño de la conglomeración. Esta suspensión introducida como semilla, aun en templas de alta pureza tendría un efecto despreciable en la pureza total de la templa, pero reduciría la conglomeración hasta el punto en que desaparecería. Sin embargo, la manipulación requerida indudablemente agregaría complejidad al proceso. Así que, prácticamente las únicas variables que pueden manejarse son la agitación y la sobresaturación. En interés de reducir la conglomeración se recomienda mantener el máximo de agitación (agitación mecánica + máxima rata de evaporación) hasta que el grano haya pasado la etapa de conglomeración, pero esta mas o menos fijo por las facilidades del equipo. Eso deja solamente la Sobresaturación como la única variable que puede manejarse. Un tachero que solamente disponga de su cruda observación mediante la detección con sus dedos, tiende a mantener la concentración muy alta para evitar la disolución de los cristales recién formados. Pero con una buena medición de esta variable no hay problemas para el semillamiento y para mantener la sobresaturación por unos minutos, hasta que el peligro de conglomeración desparezca. De esta manera se prepara la base para un buen cristal limpio. Con una buena operación es posible eliminar de manera sensible el cristal conglomerado en el azúcar final. Dentro del tiempo total de la templa, bien vale la pena gastar un tiempo para establecer un buen pie de templa en donde la Sobresaturación pueda mantenerse en el máximo aceptable para obtener unos buenos resultados en la calidad del azúcar. SEMILLAMIENTO La formación del grano puede iniciarse en varias formas. El método de choque se ha explorado y se ha visto que solamente representa una excursión en la Zona Lábil para formar los núcleos. Se han hecho experimentos buscando el procedimiento para establecer un método reproducible que genere cristales iniciales con regulación precisa en el tiempo y en la penetración que se haga en la Zona Lábil. Los esfuerzos han sido infructuosos. El único método exitoso a la fecha es el de semillar en un jarabe o miel sobresaturada con una cantidad medida de azúcar finamente molida en forma de suspensión con algún agente no solvente de la sacarosa. No se recomienda usar azúcar en polvo tamizada puesto que su tamaño puede variar diariamente y es posible que se necesiten cantidades excesivas. El mejor sistema consiste en una molienda húmeda con algún medio como el Alcohol Isopropìlico. Se usan molinos ordinarios de Laboratorio con una mezcla de azúcar y alcohol en proporción 2/1 por volumen y con tiempos de 12 horas o mas, hasta alcanzar un contenido de cerca de 2.5 x 109 partículas o núcleos por mL. Hay molinos mas sofisticados como el Ditmar o el Sweco que obtienen el mismo resultado en menos tiempo. En todos los eventos las suspensiones son estables a través del tiempo y si el procedimiento de molienda se normaliza se obtienen resultados que varían muy poco de templa en templa.

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Otros vehículos con el aceite de linaza, el aceite de algodón o el aceite de castor. No se debe usar el Alcohol Etílico hidratado pues el 3.5 % de agua que contiene disuelve las partículas más finas y hace crecer las mayores. El Alcohol Etílico anhidro puede usarse con facilidad, ya que es un medio que se consigue prácticamente en toda parte. La cantidad de azúcar en suspensión se puede calcular con entera facilidad. Para el semillamiento usaremos el sistema de 4 templas C con el desarrollo de los pies de Semilla o Cristal en sus dos fases, denominadas Cristal Primitivo o P y Cristal Desarrollado o D. Usaremos para estas notas el sistema de cristalización de Doble Magma o Doble Einwurf como también se le conoce, que ha probado su bondad para la fabricación del Azúcar Blanco Especial de alta calidad. El Sistema de Doble Magma es apropiado para la producción de Azúcar Blanco Especial o Crudo de Bajo Color. En este sistema se manejan los siguientes principios: I.

Esquema de cocimientos.

1. La Templa A se fabrica exclusivamente a partir de Magma B y Meladura. No hay un límite superior para la Pureza. 2. El Magma B debe tener una Pureza Aparente entre 94.5 y 95.5 %. Este es un valor critico. 3. La Templa B se elabora con Semilla o Magma C y Miel A. 4. La Pureza de la Miel B es un dato que es crítico. Debe mantenerse entre 52.0 y 54.0 %. Cuando la Caída de Pureza de la Templa B es superior a 28.0 puntos, puede admitirse una Elevación en las centrifugas hasta de 8 puntos, con lo que se logra una Magma B de alta Pureza y no se pierde el nivel de Pureza de la Miel B. 5. La Pureza de la Templa B se debe mantener alrededor de 72.0 %. Para esto es necesario efectuar una retrogradación ó boiling back. Esta retrogradación se puede conocer en términos de la fracción de sólidos que se recirculan en la Miel B hacia la Templa B en el Programa de Doble Magma. 6. La Templa C se elabora a partir de Cristal y Miel B. 7. La Pureza del Magma C debe mantenerse entre 86.0 % y 88.0 %. Este valor mantiene la Recirculación % de Miel Final % en Magma C en límites aceptables, aunque para la fabricación de Azúcar Blanco no es un factor critico. La Recirculación % de Miel Final en el Magma C se calcula según la siguiente expresión: (100 - Pza Magma C ) Brix Magma C x 100 % Rec = ----------------------------------------------------------( 100 - Pza Miel Final ) x Brix Final Este valor debe estar comprendido entre 22.0 y 30.0 %. 8. El Cristal se semilla a partir de una mezcla de Miel A y Miel B con semillamiento mediante una suspensión de polvillo y algún no solvente.

15 II.

Esquema de trabajo de Bajas Purezas.

El ciclo de Bajas Purezas se basa en la cristalización de semilla para Templas C con las siguientes condiciones:   

   

Se semilla para cuatro Templas de C. La Pureza del Cristal tiene un valor final de 61.0 a 62.0 %. El Semillamiento se hace con material cuya Pureza aparente está entre 70.0 y 72.0 %. Es aconsejable disponer de un tanque adicional para hacer la mezcla de mieles A y B y preparar el material antes de alimentar el tacho. Se puede preparar la mezcla a un Brix de 75.0 % con un volumen mayor al pié de Templa, de tal manera que cuando el pié tenga 82.0 % de Brix el volumen concentrado se encuentra a nivel de la placa superior de calandria y de esta manera no se pierde tiempo y, lo más importante, la Pureza es siempre la misma. Y hemos de anotar que la variación en la Pureza introduce mayor variación que la variación en la Temperatura. Ver Información relacionada en el anexo “Determinación de la sobresaturación en soluciones impuras de Sacarosa para calibrar los equipos de nucleación”. Es aconsejable semillar en un tacho en el cual se inicie la primera templa de Masa C. Es aconsejable disponer de dos tachos para la fabricación de Masa C. Se debe disponer de dos semilleros de Cristal cuando se semilla para cuatro pies y de tres semilleros cuando se hace para seis pies de Templa C. Las tuberías de pase de Cristal Primitivo y Desarrollado deben ser totalmente independientes y deben estar provistas de tuberías de diámetro de 2” para la limpieza por succión con aire.

III. Determinación de peso de azúcar fina (fondant) necesario para semillar para cuatro templas C. Se toma como base de operación el Tacho No. 1 de 1800 ft3, 51 m3 aproximadamente, cuyo pié de templa es igual a 33.0 % del volumen total, o sea 600.0 ft3. En caso de el tacho tenga un volumen diferente simplemente se calcula en forma proporcional. Para cuatro templas C el volumen total de la semilla es: Volumen de semilla = 1800 x 4 x 0.33 = 2400.0 ft3. El procedimiento es el siguiente: 1. Tomar el 50 % del volumen de los pies de Templa: 2400.0 x 0.50 = 1200.0 ft3. 2. Porcentaje de volumen respecto al Tacho No.1: 1200.0 x 100/1800 = 66.6 %. 3. Se semilla para cuatro pies tomando un pié de Miel A de 70.0 a 72.0 % con promedio de 71.0 % de Pureza al nivel de 33.0 % de volumen, o sea 600.0 ft3.

16

4. Se debe tomar el pié de la mezcla previamente preparada a 71.0 % de Pureza Real en el tanque especial. Esta mezcla se prepara a 75.0 % Brix y se alimenta el Tacho de 1800 pies cúbicos hasta el 37.6 % de su volumen. Ver cálculo mas adelante. Es necesario establecer el análisis de Pureza aparente puesto que este valor es el de rutina. Por consiguiente se debe conocer la diferencia entre los dos tipos de Pureza mediante una serie de análisis. Finalmente, se trabajará con la Pureza aparente cuando ya se tenga una buena serie de datos. En general, al nivel de 70.0 % - 72.0 % la diferencia entre la Pureza Aparente y la Real es despreciable. 5. Se concentra hasta llegar al 33 %, tomando muestras del material por debajo del Tacho mediante un dispositivo que consta de doble juego de válvulas. Hay que anotar las condiciones de temperatura y la señal que emita el equipo de semillamiento en este momento. Puede ser una medida de Conductividad, un valor de Brix, etc. La muestra que se toma se tapa herméticamente para evitar la evaporación y se lleva al Laboratorio. En el Laboratorio se procede a efectuar el siguiente análisis. Tomaremos unos datos para ilustrar mejor el ejemplo: Brix al refractómetro Pureza Real % Agua Sacarosa Real

: : : :

Sacarosa/100 gr agua :

75.0 % = 750 grs para 1000 grs solución. 72.0 % (Aparente: 71.0 %) 1000 – 750 = 250 gr 750 gr x 0.72 = 540.0 gr en 1000 grs de solución. 540.0 x 100/250 = 216

El valor de saturación a 60°C y 72.0 % de Pureza Real en la Tabla 5 mencionada es: Saturación = 254.0 gr Sacarosa/100 gr agua por interpolación. Por lo tanto, la SS es: SS = 216/254.0 = 0.85 Evidentemente está por debajo de la Saturación. Para encontrar el valor de Brix y de Sacarosa Real con una SS de 1.2, necesitamos calcular: Grs de Sacarosa/100 grs de agua a 1.2 SS = 254.0 x 1.2 = 304.8 ~ 305.0 La Pureza Real es 72.0 % (Aparente 71.0 %). Por consiguiente, los gramos de Sólidos se calculan como:

17 Grs sólidos = 305.0 / 0.72 = 423.6 Los gramos totales son: Agua Sacarosa Sólidos

= = =

100.0 305.0 423.6

Solución

= 423.6 + 100 = 523.6

Brix = 423.6 x 100 / 523.6 = 80.90 % De esta manera, cuando el pie llegue a 80.90 % de Brix, la SS será de 1.20 siempre y cuando se mantengan las condiciones de Pureza (71.0 %) y de temperatura (60°C). Este es un ejemplo de la manera como se puede conocer a priori el valor del Brix para tener una idea del valor aproximado. Obviamente, en el experimento no se dispone del dato sino después del análisis. Se deben tomar al menos 30 muestras anotando las condiciones de la operación, para luego hacer una Gráfica de SS vs. Brix. La operación se hará entonces marcando los valores de SS entre 1.15 y 1.20 para conocer los valores de Brix. Como el valor de la variable que es el Brix depende de manera importante de la Pureza se recomienda manejar la Pureza del pié como una constante. Para ello se necesitará calcular el % de Miel A que se debe tomar en el Tanque de Mezcla, usando la fórmula correspondiente: (Pureza deseada del pie – Pureza Miel B) % Miel A = ------------------------------------------------------- ., (2) (Pureza Miel A – Pureza Miel B) Esta fórmula se deduce haciendo un balance de Purezas, bajo el supuesto de que los valores de Brix son iguales entre sí para las dos Mieles A y B. Sea X la fracción de Miel A y ( 1 – X ) la fracción complementaria de Miel B. Si la Pureza deseada del Pié tiene una Pureza de 71.0 %, y la Mieles A y B tuvieran Purezas de 73.0 % y 54.0 % respectivamente, entonces debe cumplirse: X. 73.0 + ( 1 – X ) . 54.0 = 71.0

Por lo que:

73.0 X – 54.0. X = 71.0 - 54.0 X. ( 73.0 – 54.0 ) = 71.0 - 54.0

18

(71.0 – 54.0) X = ---------------------- = 0.8947 ~ 89.47 % (73.0 - 54.0) Lo que es igual a la fórmula (2) anterior. por lo que: % Miel A = 89.47 % y el % de Miel B es (100 - 89.47 ) = 10.53 % Esta es la proporción de Mieles A y B en el momento de semillar. Si el Brix es igual para las dos Mieles y en este caso debe ser 80.90 % según se deduce del cálculo anterior, entonces es necesario calcular el volumen que debe tener la mezcla de Mieles A y B diluidas en el Tanque de Mezcla, cuando el Brix es 75.0 %. Las densidades de las mezclas son las siguientes: Brix 75.0 % ., Densidad = 1.37797 Brix 80.90 %., Densidad = 1.41604 Si se dispone de un Tacho de 1800 pies cúbicos con un Pié de Templa de 600 pies cúbicos, el peso de Sólidos en este pié es igual a: Sólidos @ 600 ft3 = 600 ft3 x 28.32 L/ft3 x 1.41604 kg/L x 0.8090 = 19466 kg Estos son los sólidos en el pié de 600 ft3 en el momento en que el Brix es 80.90 % y está listo para semillar. El peso de estos Sólidos es constante y para conocer el volumen cuando el Brix es 75.% y por evaporación se reduzca al 33 % o sea 600 ft3 se requiere un balance de Sólidos: 19466 kg = Volumen pié diluido x 28.32 x 1.37797 x 0.75 Volumen pié diluido = 665.0 ft3 Esto significa que se deben tomar 665 ft3 de la mezcla de Miel A y Miel B a 75.0 % de Brix con una Pureza ponderada de 72.0 % en el Tacho y luego concentrar hasta 80.90 % de Brix para alcanzar 1.20 de SS. y 600 ft3. Esto significa que se deben tomar las siguientes proporciones de Miel A y Miel B en el tanque de mezcla a 75% Brix: Miel A = 665 x 0.8947 = 594.9 ft3 ~ 595 ft3 Miel B = 665 - 595 = 70 ft3.

19 Obsérvese que el volumen de la mezcla de Miel A y B, se puede calcular con facilidad conociendo los valores de Brix y sus respectivas densidades, para 600 ft3 de pié de templa, según la siguiente expresión: 600 ft3 x miel concentrada x Brix miel concentrada Volumen, ft3 = ------------------------------------------------------------------- miel diluida x Brix miel diluida En el momento de semillar el volumen de este material se ha reducido a 600 ft3. El valor de 665 ft3 equivale a un porcentaje de 36.94 % del total del Tacho y por consiguiente, es necesario que se marca en la regla de % de Templa externamente, el volumen igual a 37.0 % aproximadamente. Las ventajas de este sistema son las siguientes: 1. Elimina la incertidumbre que se presenta en el momento en que se pretende preparar la mezcla de las dos Mieles con una Pureza promedia de 71.0 %. Los análisis de Pureza se hacen por el método de “prontos”. 2. Elimina la pérdida de tiempo que se presenta cuando el tachero pretende preparar la mezcla directamente en el Tacho tomando porciones de las mieles. Es imposible que el tachero evalúe en forma correcta el % de Miel A o Miel B, sobre todo porque el pié se toma por encima de la placa superior de la calandria. El resultado es que la Pureza nunca es igual en los sucesivos semillamientos y seguramente se ha calibrado el equipo de medición de la Sobresaturación bajo unas condiciones precisas de Pureza y Temperatura. 3. Una vez que la mezcla se ha completado, el Laboratorio debe analizar la Pureza del material y de esta manera se tiene la certeza de que se está trabajando bajo condiciones controladas en términos de Brix y Pureza. Cuando la mezcla se alimente al Tacho, bastará manejar en forma controlada la evaporación y cuando el volumen se reduzca al nivel del pié de templa, se tendrá un Brix correspondiente a la Sobresaturación de 1.20. No será necesario trabajar por error y ensayo para lograr el pié de Templa. Por lo tanto se debe disponer de un Tanque adicional de preparación de la mezcla de las Mieles A y B, con un volumen total mayor a 666 ft3, presumiblemente del orden de 800 ft3, unos 22700 litros. Preferiblemente debería contarse con un tanque de un volumen igual al doble o sea 1332 ft3 para llevar el Cristal hasta el 66.0 % con la misma Pureza aparente de 71.0 %. Este tanque recibe las Mieles por medio de una tubería derivada de los Tanques de Preparación de Mieles A y B. Solamente se requiere que tenga agitación por medio de un mezclador mecánico para reducir la entrada de aire (gas incondensable) al Tacho. Este gas causa un aumento innecesario de carga al Condensador Barométrico. El tanque debe tener una regla exterior dividida en porcentajes del volumen y señalar claramente el % del volumen con subdivisiones de 5%.

20

6. Este volumen se sube a 1200.0 ft3 con Miel A ó con material cuya Pureza Aparente sea 70.0 a 72.0 %. En este momento existen cuatro Pies Primitivos, con suficientes núcleos para las cuatro Templas pero con un volumen del 50 % solamente. La Pureza de estos Pies Primitivos es 71.0 % si se ha suministrado el material preparado previamente en el Tanque especial. 7. Se corta el 50 % del volumen, o sea 600.0 ft3 y se depositan en el Semillero de Cristal marcado como P (Primitivos). En este semillero quedan depositados dos pies Primitivos y los otros dos están en el Tacho.

8. Se suben los dos pies Primitivos del Tacho con Miel B de 52.0 % de Pureza al 66.6 %. La Pureza final de esta operación se calcula como el promedio aritmético de las dos fracciones: Pureza Pies Desarrollados = 71.0 * 0.5 + 52.0 * 0.5 = 61.5 % Cuando se termine la operación, se tienen dos pies Desarrollados en el Tacho. Se baja el 50 % de estos dos pies al Semillero de Cristal marcado como D (Desarrollados). También se puede pasar a otro tacho con tal de que su capacidad sea de 1800 ft3. En este momento se tienen dos pies Primitivos en el semillero P, uno Desarrollado en el Tacho y otro Desarrollado en el semillero D ó en el Tacho No.2. 9. Se inicia la primera Templa C en el tacho No.1. tomando como base el pié de Templa que ha quedado cargado en el mismo. A continuación se inicia la segunda Templa de C en el Tacho No.2 si se ha ocupado este Tacho. Cuando la primera templa se termina en el Tacho No.1. y si no se usó el Tacho No.2 se toma el pié Desarrollado del Semillero D y se carga el Tacho No.1 de nuevo. Es recomendable siempre disponer de dos Tachos para Masa C, así sea que no se termine la segunda Templa C en este tacho auxiliar. De esta manera se evitan los llenos de Mieles B cuando se para el tacho único para descargar y cargar una nueva templa. La Pureza de esta primera Templa C se calcula de la siguiente manera: Pureza Templa C = 61.5 * 0.33 + 52.0 * 0.67 = 55.13 % Este valor se obtiene con la menor Pureza parametrica de la Miel B. Si se toma una Miel B de 54.0 % de Pureza, la Pureza promedia de la Masa C es: Pureza Templa C = 56.47 %.

21 10. Una vez que se han consumido los dos pies Desarrollados, se toman los dos Primitivos del semillero y se repite el paso No.6. para cerrar el ciclo de las cuatro templas C.

IV. Cálculo de la cantidad de polvillo. Sean 4 templas de 1800 ft3 cada una para un total de 7200 ft3. El peso de este material es el siguiente: Peso, kilos = 7200 ft3 x 28.32 L/ft3 x 1.50 kg/L = 305856 El % de cristales en estas templas es 40 %. Se toma un tamaño de 0.010 mm para el polvillo y 0.30 mm para el cristal desarrollado en las templas C. Para determinar la cantidad de polvillo de 0.010 mm necesario para el semillamiento se hacen las siguientes aclaraciones Sean: nc = Número de cristales. Volc = Volumen de un cristal asimilado al volumen de una esfera = (4 / 3) x ( . R3 ) en donde R es el radio de la esfera equivalente. c = Densidad del cristal de sacarosa. Peso de cristales polvillo = nc x volc x c

., (1)

 De igual manera, el peso de cristales en las 4 Templas C es el siguiente: Peso cristales en 4 Templas = nt x vol t x t

.,

(2)

Dividiendo (1) entre (2): Peso de cristales polvillo nc x volc x c -------------------------------------- = ------------------------- ., (3) Peso cristales en 4 Templas nt x volt x t En el Semillamiento Completo se cumple que el número de cristales en el pié de templa es igual al número de cristales en las 4 templas. Por consiguiente: nc = nt

., (4)

Y la densidad de los cristales de Sacarosa es igual en el pié de Templa y en las 4 templas C. Por consiguiente:

22 c

= t

., (5)

Haciendo las necesarias simplificaciones se tiene:

Peso cristales polvillo volc -------------------------------- = --------Peso cristales 4 templas volt

., (6)

Por consiguiente, el Peso de los cristales de sacarosa en el polvillo es: volc Peso cristales polvillo = Peso cristales 4 Templas x ( ------- ) volt Por consiguiente, dado que los volúmenes se expresan como una esfera equivalente, los valores (4/3).. se simplifican y solamente quedan como variables los valores de los diámetros equivalentes que en este caso son los tamaños de los cristales elevados al cubo. Si los tamaños son 0.010 mm y 0.300 mm para el polvillo y para el cristal C, entonces se tiene: 0.010 Peso cristales polvillo = Peso cristales 4 Templas x ( --------- )3 ., (7) 0.300 Para el caso de 4 Templas elaboradas en un Tacho de 1800 ft3, el peso de los cristales se calcula de la siguiente manera: Peso cristales 4 Templas = Peso Templas x Brix x % Contenido cristales base Brix. Por consiguiente:

Peso 4 Templas = 305856 kilos según cálculo anterior. Asumiendo que el Brix de las Templas C sea 96.5 %: Peso de sólidos = 305856 x 0.965 = 295151 kilos Y tomando como 40 % el contenido de cristales: Peso de cristales = 295151 x 0.40 = 118060 kilos Por consiguiente, el peso de polvillo será:

23 Peso de polvillo = 118060 x (0.010/0.300)3 = 4.373 kilos

Se requiere disponer de un molino que produzca 4.373 kilos de azúcar finamente molida, con un tamaño promedio de 0.010 mm. Se requiere adicionalmente de un vehículo no solvente de la sacarosa para suspender esta azúcar. Se recomienda el uso de Alcohol Isopropílico ó de Aceite de Castor y en ningún caso Alcohol Etílico hidratado. Los requerimientos adicionales del sistema son los siguientes:     

V.

Dos semilleros para los Cristales Primitivos y Desarrollados, cada uno con capacidad mínima de 600.0 ft3 para el caso de cuatro pies de Cristal. Se requiere de tres de igual capacidad si se requieren seis pies. Los cristales se elaboran exclusivamente para las Templas C. Las Templas B se elaboran con pies de semilla de Magma C. El Tacho de elaboración de Cristal será el No.1. Debe conectarse con los semilleros de Cristal Primitivos y Desarrollados por tuberías independientes. Las tuberías de corte deben disponer de una tubería de menor diámetro, 2”, para limpieza de las tuberías de corte cada vez que se usen.

Relación entre el peso de los cristales en el Pié de Templa, en la Templa y los tamaños de los mismos. La Ec. (7) dice: 0.010 Peso cristales polvillo = Peso cristales en las 4 Templas x (-----------)3 0.300 que expresada en forma general aparece como:

Peso cristales Pié

Tamaño cristal Pié = Peso cristales en Templas x (--------------------------------)3 Tamaño cristal Templas Ti Mp = MT x ( ------- )3 ., (8) Tf

Definiendo la relación MT/Mp como la “Razón de Crecimiento, rc” puesto que es la relación entre el peso de los cristales en las Templas y el peso de los cristales en el Pié de Semilla, se puede expresar la Ec.(8) como: Tf

=

Ti x ( MT / Mp ) 1/3 = Tp x ( rc )1/3

Con esta relación se puede calcular cualquiera de los valores.

.

., (9)

24

Si un Tacho tiene un Pié de Templa que es el 33 % del Volumen Total del Tacho la Razón de Crecimiento es: rc = 100/33 = 3.0303 En este caso, el Tamaño Final del cristal en las Templas, Tf, se calcula a partir del Tamaño Inicial, Ti, como: Tf = Ti x (3.0303)1/3 = Ti x 1.45 Presentamos distintos valores de rc para calcular el efecto de la variable en el tamaño final del cristal: Volumen del Pié

Volumen de la Templa

rc

30 33 40 50

100 100 100 100

3.3333 3.0303 2.5000 2.0000

Tamaño del cristal en la Templa Ti x 1.49 Ti x 1.45 Ti x 1.36 Ti x 1.26

% de aumento 49 45 36 26

A partir de un tamaño de cristal C de 0.300 mm. fabriquemos las Templas de B tomando un pié de Templa de 33 % en el Tacho y subiendo la Templa al 100 %. El tamaño final del cristal B es: Cristal B, Tf = 0.300 x 1.45 = 0.435 mm Este cristal de B es la semilla o Pié de Templa para la Templa A. Si en esta Templa, el pié es del 33 %, la razón de crecimiento es entonces 1.45 también y el Tamaño Final, Tf, del Azúcar A es: Cristal A, Tf = 0.435 x 1.45 = 0.63 mm. La conclusión que se tiene es que con 0.300 mm de cristal C, el tamaño final del Azúcar A es 0.63 mm. Esto sugiere que debería tomarse un Pié de Templa de B mayor que el que se está tomando para evitar que el cristal crezca demasiado. Esto si se requiere que el cristal de A sea menor de 0.63 mm. Para efectos de visualizar el efecto, tomemos una razón de crecimiento de 2.500, que equivale a tomar un Pié de Templa del 40% y subir la Templa al 100%. En este caso, el tamaño del cristal B será: Cristal B, Tf = 0.300 x 1.36 = 0.408 mm Y siguiendo el mismo procedimiento para las Templas A, el Tamaño Final del cristal A será:

25

Cristal A, Tf = 0.408 x 1.36 = 0.555 mm Si se toman proporciones mayores de Pié de Templa, es natural que se consuma mayor cantidad de Semillas B y C, por lo que hay menor cantidad de sobrante y finalmente deja de disolverse este material. Así hay menor cantidad de retorno y la molienda efectiva aumenta. Hay algunas implicaciones importantes que es necesario conocer. Entre ellas, la relación entre el peso del polvillo y el tamaño del mismo. Para el caso presente, la cantidad de polvillo de 0.300 mm que es necesario para producir las 4 templas de 1800 pies cúbicos que equivalen a 118060 kilos de azúcar C es igual a 4,373 kilos. Calculemos que ocurre si en lugar de usar 4,373 kilos solamente se usan 2.0 kilos. En este caso, tenemos: 0.010 Peso cristales polvillo = Peso cristales 4 Templas x ( ------------ )3 0.300 Si el tamaño del polvillo es 0.020 mm, entonces la cantidad necesaria cambia en una potencia de 3.

El peso del polvillo se calculó anteriormente como: 0.010 Peso cristales polvillo = 118060 x (----------- )3 = 4.373 kilos. 0.300 Si en esta ecuación se toma 0.020 mm en lugar de 0.010 mm. como tamaño de los cristales del polvillo, la expresión se puede expresar como: 0.020 0.010 x 2 3 Peso polvillo = 118060 x ( ---------- ) = 118060 x ( ------------- )3 = 4.373 x 8 = 35 k. 0.300 0.300 Esto significa que se sigue semillando con los mismos 4.373 kg y no con 35 kilos y el resultado es que el semillamiento es escaso y la templa se reproduce. Una variable que debe ser considerada como de la mayor importancia es la Sobresaturación prevaleciente en el momento de efectuar el semillamiento y en los momentos que siguen. Se ha señalado que la sobresaturación del material es variable de un punto al otro del tacho. Cuando se semilla y hay una gran ebullición, la masa del jarabe o la miel pueden ser muy uniformes en sobresaturación, pero hay algunas areas en donde el clima es de disolución antes que de crecimiento, en particular en las zonas adyacentes a los tubos. El grado de sobresaturación es de la mayor importancia que se mantenga tan estable como sea posible. Es aun más importante que la cantidad de núcleos

26 agregados. Cuando se tienen estos cuidados es sorprendente observar que la Abertura Media, MA, varía de una templa a la otra en menos de 0.001”. GRANO FALSO Una vez que una templa se ha semillado y se ha establecido un pie libre de conglomerados, se está en terreno seguro. Pero la falta de cuidado de aquí en adelante puede causar daños que no pueden corregirse sin una excesiva perdida de producción y de economía en el piso de tachos. La formación de grano falso en cualquier etapa de la templa afecta la calidad del azúcar final. Es cierto que en ciertas etapas causa menos daño que en otras, pero es algo que nunca debe pasar. Cuando se semilla inicialmente, el área disponible para depositar azúcar es de 200 pies cuadrados en un tacho de 1800 pies cúbicos y a lo mejor se deposita solamente una fracción de una libra por minuto en los cristales existentes. Durante la concentración final el área es del orden de millones de pies cuadrados y la velocidad con que se deposita el azúcar puede ascender a una tonelada por minuto. En la etapa inicial, el agua que se evapora debe suministrarse con el agua de la alimentación de la miel o el jarabe para elevar la concentración a la requerida para mantener la sobresaturación. A medida que el área de los cristales aumenta se necesita mayor evaporación para liberar azúcar que se deposita en los mismos cristales. Se espera en las etapas finales que haya suficiente área cristalina para absorber todo el azúcar que se libera por la evaporación solamente del jarabe o la miel que se alimenta. El grano falso formado en las etapas iniciales constituye simples conglomerados que se asocian para formar los llamados granos de “bola” como se ha mencionado. A menos que se disuelvan a expensas de tiempo y vapor, continuaran creciendo con el resto de cristales, afectando la Abertura Media, MA, y rebajando la calidad del azúcar en varias formas. Si se forman en las etapas finales de la templa se rebajara aun mas el MA y se aumentara el Cv para causar aun mayor reducción en la calidad y rendimiento del azúcar. Existe el peligro real de que el grano falso formado en la etapa intermedia de la templa no crezca suficientemente y solamente alcance el tamaño para bloquear las aberturas de las telas de las centrífugas, de tal manera que la templa no purga. Este es un verdadero problema. Una templa típica, elaborada en la forma correcta desde la etapa de semillamiento y las etapas tempranas de crecimiento manejando la sobresaturación acelera el crecimiento de los cristales al aumentar la consistencia. Esta fase se denomina corrientemente “recoger la templa”. La relación de cristal/licor aumenta hasta el punto en que la viscosidad total es mayor que la del jarabe o la miel solos, debido a la presencia de un 15 % a 20 % de rendimiento de cristales. Para prevenir un aumento inmoderado de la consistencia que afectaría la circulación de la templa y el Coeficiente de Transferencia del sistema, se aumenta la alimentación del jarabe o la miel para mantener la consistencia con lo que la Sobresaturación disminuye lentamente.

27 Cuando se alcanza el nivel máximo de templa y se detiene la alimentación del jarabe o la miel, aumenta la consistencia ye igualmente la sobresaturación. En este momento es definitivo que la templa no este escasa de grano. Si estuviera con extrema facilidad se generan los granos falsos y no hay nada que se pueda hacer en esta etapa. Hay tacheros que recurren a disminuir el vacío para aumentar la temperatura y con ello entrar de nuevo a la Zona Metaestable, con lo que el cristal falso desaparece. Sin embargo, cuando se descargue la templa vuelven y aparecen los cristales falsos, dado que la cristalización es un “proceso de camino”, es decir, solamente depende de los puntos inicial y final y no del camino recorrido. Los tacheros presionados por el tiempo a menudo forzan la concentración final de tal manera que puedan descargar la templa para dar inicio a otra nueva. Esta es una tontería increíble. Los granos falsos formados durante los últimos minutos del ciclo aceleran la consistencia para la descarga de la templa. Los millones de granos falsos que se han formado aumentan la viscosidad de la miel, de tal manera que parece que la templa ha alcanzado la consistencia usual para la descarga. Pero no es una producción de cristales útiles, solamente son un grano muy fino que pasará a través de las centrifugas para ser fundidos y entrar a recristalizaciòn, afectando el equilibrio de tachos. Agregan viscosidad y reducen la velocidad de purga de los cristales buenos. Y estos cristalitos se adhieren a los cristales limpios, dificultando el secado y generalmente constituyen buena parte del polvillo que se escapa del ciclón de la secadora. Así que es mejor permanecer por debajo de la concentración segura de sobresaturación durante la etapa final, tomando unos minutos adicionales para recuperar unas toneladas extras de azúcar sobre los cristales presentes y no dejando que salgan con la miel para ser recirculados una y otra vez en el piso de tachos. Es mejor mantener los jarabes y las mieles en la Zona Metaestable, segura, reduciendo la evaporación o agregando un poco de agua con miel. CENTRIFUGACION Esta operación debe ser cuidadosamente monitoreada pues cuando hay un manejo inadecuado se pierde parte de lo que se ha logrado recuperar en los tachos. En la actualidad se emplean muestreadores denominados Bombas Nutsch que sirven para determinar la Pureza de las mieles contenidas en las templas desde el momento en que se descargan del tacho hasta que son purgadas para separar el azúcar de la miel. La muestra de la templa se toma cuando el volumen del tacho ya ha descargado un 50 % de la templa. Esta muestra se tapa para impedir la evaporación y se pasa a un muestreador Nutsch en donde se analiza solamente para Pureza, igual a como se hace el análisis denominado “Pronto” o “Ciclón”. Este análisis se denomina Nutsch No.1 de la Templa A, B o C. Luego se espera a que se purgue la templa y cuando se tenga la seguridad de que la templa bajo observación se esta purgando en las centrifugas, se toma la muestra de la Miel producida en las máquinas. Esta es la misma muestra que debe tomar en forma rutinaria el Laboratorio para el análisis de Brix, Sacarosa y Pureza. Se dispone entonces de dos valores de Pureza de Miel. La diferencia entre la Pureza de la Templa y el Nutsch No.1 se denomina “Caída de Pureza de la Templa”. Para la templas de A debe ser

28 mínimo 17 puntos, para las de B debe estar entre 26 y 30 puntos y para las de C debe ser 25 puntos como mínimo. Estas caídas representan el agotamiento de las diferentes templas en los tachos. Se debe identificar el tachero para cada templa. Luego se calcula la diferencia entre la Pureza de la Miel producida en las maquinas y la Pureza Nutsch y esa diferencia se conoce como “Elevación de Pureza en la purga”. Debe ser de 3 puntos máximo en las Templas A, entre 6 y 10 puntos en las Templas B y un máximo de 2 puntos en las Templas C. De tal manera que las Caídas Netas de Pureza de las Templas A y B deben ser 14 y 20 puntos. Las templas C deben tener una nueva muestra Nutsch a la salida del equipo de cristalizadores. Estos cristalizadores presentan Caídas de Pureza de 5 a 6 puntos en los equipos tipo batch, y de 10 puntos en los cristalizadores continuos. De tal manera que para estas templas tenemos dos casos, según el tacho sea continuo o sea de batch. Los continuos generalmente presentan una caída de solamente 5 a 6 puntos pero los cristalizadores continuos pueden reducir la Pureza en 7 a 8 puntos, de tal manera que la Caída desde el Tacho hasta la entrada a la purga que se conoce como Pureza Nutsch No.2 es según el tipo de tacho y de cristalizadores como sigue:

Pureza Templa Nutsch No.1 Nutsch No.2 Cristalizador batch Cristalizador Continuo Elevación en centrifugas Pureza Miel Final

Templas C: Valores paramètricos Tacho batch Tacho Batch 58.0 % 58.0 % 33.0 % 33.0 %

Tacho continuo 58.0 % 38.0 %

28.0 %

-

-

-

25.0 %

29.0 %

2.0

2.0

2.0

30.0 %

27.0 %

31.0 %

Es interesante introducir un concepto que permite evaluar con mucha rapidez el grado de eficiencia del agotamiento de la Miel Final. Este concepto se define como la Retención. Esta Retención es igual a los kilos de Sacarosa perdida en la Miel Final por cada kilo de No Azucares. El valor parametrito es 0.40 que corresponde a una Pureza de 28.57 %. La Retención se calcula tomando el valor de la Pureza de la Miel Final según la siguiente formula: Pureza Retención = ----------------100 – Pureza Para los casos parametritos, los valores de la Retención son: Pureza 30.0 27.0 31.0

Retención 0.43 0.37 0.45

29 Estos son datos que corresponden a la práctica industrial de Ingenios de Colombia, que se pueden comprobar. Existe restricción en aquellos ingenios en donde la relación de Azucares Reductores/Cenizas es baja, en el orden de 1.0 o menos. La falta de control en la purga constituye una de las fallas en el proceso conjunto de cristalización y centrifugación. Se puede demostrar que si la Caída Neta de Purezas en la Masa A es menor de 14 puntos, la recirculación de Mieles A representa una cantidad apreciable de materiales que retornan a presionar el equilibrio en los tachos, haciendo ineficiente esta importante fase de la operación. Esa recirculación en la práctica equivale a una “molienda fantasma”, por lo que la principal medida de control del proceso debe dirigirse a lograr que la Caída Neta de pureza de la Miel A con respecto a la Masa A sea al menos de 14 puntos. MEDICION DE LA SOBRESATURACION De acuerdo con los conceptos expresados en estas páginas, la Sobresaturación es la variable más importante en la práctica de la cristalización del azúcar. Si la Sobresaturación se mantiene en el nivel correcto durante la primera etapa del crecimiento del cristal, se produce una base de cristales limpios e individuales que constituye el primer paso en la producción de templas de alto rendimiento de azúcar de buena calidad. Después de pasar el riesgo de la formación de conglomerados se consiguen alta ratas de deposito de cristales simplemente manteniendo el jarabe o la meladura o la miel justamente por debajo de la Zona Lábil hasta llegar a la consistencia de descarga, sin propiciar la formación de cristales falsos, logrando que el Brix final se obtenga en el mínimo de tiempo. La presión absoluta o el vacío tienen una menor importancia relativa si se mantiene dentro de límites razonables de variación sin permitir alteraciones abruptas, con tal de que la Sobresaturación se mantenga en los puntos deseables. La consistencia debe mantenerse cuidadosamente en la parte media de la templa después de que el grano se ha “recogido” o sea la fase en que se ha terminado la granulación y la templa se ha “abierto” mediante la admisión de agua mezclada con Miel o Jarabe, según sea el caso. Un tachero puede juzgar el grado de Sobresaturación por diversos medios pero todos se basan en la viscosidad del material, que varía entre límites muy amplios desde la Saturación hasta el limite entre las Zonas Metaestable y Lábil. Se han hecho seguimientos con tacheros experimentados y se han rechequeado con medidores de Saturación y se ha llegado a la conclusión de que es muy dudoso que tengan la habilidad de juzgar la Sobresaturación a ojo y que las mejores aproximaciones están en un rango de precisión de un 25 %, de más o de menos. Esta variación solamente produce una calidad muy regular de granulación. Su sentido se opaca cuando hay cristales presentes pues estos aumentan la viscosidad de los materiales. Se han desarrollado muchos equipos de medición para suplementar el juicio del tachero en la determinación del punto de nucleación. Uno de ellos actualmente usado aun hoy es el equipo de medición de la Conductividad eléctrica, conocido como Cuitómetro. Es una

30 medición útil en el momento de semillar pero luego pierde precisión pues su lectura depende de la población de cristales, del contenido de electrolitos solubles en el jarabe o la miel, etc. El refractómetro se ha usado también pero hay algunas dificultades relacionadas con el mantenimiento de los equipos y con el tiempo que demora para cambiar la carga viscosa en la película de jarabe adyacente a los prismas de medición. Por muchos años se ha usado la medición de las diferencias en el punto de ebullición con éxito. A una presión dada el punto de ebullición del jarabe o la miel cambia en forma predecible con la concentración y esta propiedad puede usarse para medir la sobresaturación con una adecuada precisión si se aplica apropiadamente. El cambio de temperatura en la Zona Metaestable es de solamente 4o a 6o C. pero esta pequeña diferencia se puede detectar hoy día con los equipos neumáticos o electrónicos disponibles. Se requiere igualmente una buena medición de la presión absoluta para determinar la Sobresaturación por la combinación de estas variables. El método de presión-temperatura no se adapta en forma universal y como a veces se aplica sin suficiente análisis, está sujeto a fallas. En primer lugar, la presión absoluta debe controlarse precisamente y no es fácil a menos que los condensadores barométricos tengan un diseño eficiente y sean capaces de obedecer a un control muy estrecho y muchos no cumplen este requisito. Las plantas que disponen de un sistema central de condensación son imposibles de regular dentro de los estrechos limites que varían, cada vez que se conecta o se desconecta un tacho. Los condensadores de chorro no tienen suficiente flexibilidad para manejar las cargas variables de evaporación a través de la templa haciendo imposible mantener una presión constante y precisa. La compensación de la lectura de temperatura por cambios en la presión es muy compleja debido a la considerable curvatura de la curva de presión de vapor en el rango normal de presiones de operación, adicional al cambio de pendiente de los valores de Sobresaturación a varias presiones. La mayor dificultad y limitación asociada con las mediciones de los puntos de ebullición fue el problema de medir la temperatura en el punto de la máxima sobresaturación. Convencionalmente el bulbo se había localizado en el pozo central de circulación cerca de la placa superior de la calandria, de tal manera que estuviera inmerso aun en la etapa de la carga del pie de semilla. Era una excelente localización durante la etapa temprana de la templa, pero a medida que el nivel subía se establecía un cortocircuito en el flujo y las lecturas eran arbitrarias haciendo que no tuvieran sentido e inútiles para el resto de la templa. Como se mencionó anteriormente, la menor temperatura y por consiguiente la máxima sobresaturación en el tacho debe encontrarse en la superficie de la templa que es donde hay la menor presión. El problema de mantener mecánicamente un bulbo de medición en este punto o disponer de múltiples bulbos es extremadamente complejo. Pero, el vapor que abandona la superficie de la templa esta sobrecalentado de tal manera que colocar un bulbo sensible en un punto de buena velocidad del vapor ofrecía una medida de la mínima temperatura de ebullición, sin importar el nivel variable. Ese punto de colocación fue cerca del separador de arrastres del tacho. Este sistema se ha usado por años y ha

31 contribuido a la buena práctica en los tachos. Parece que la mejor alternativa para determinar el valor de la Sobresaturación es la medición de la temperatura del vapor a una presión conocida. En donde se pueda controlar la presión absoluta, se puede entrenar a los tacheros para que siempre se mantengan debajo de una temperatura especificada a fin de evitar la formación de grano falso. Pero en donde hay fallas en este control de presión es difícil disponer de una carta o tabla que le permita correlacionar los limites de temperatura en función de la presión variable. Y hacerlo con suficiente velocidad y precisión para evitar errores. Los puntos de ebullición típicos para jarabes de Caña (Cane) y Remolacha (Beet) aparecen en la Figura No.1 a 1.65 de Sobresaturación para varias presiones absolutas. Aunque el cambio de temperatura con la Pureza aparece ser muy pequeño, es apreciable comparado con el rango total dentro de la Zona Metaestable. Los puntos marcados con “X” representan los puntos de ebullición de jarabes saturados a 20 cm. de Hg absolutos.

80

70

60

PUREZA %

OC

32 Un equipo corrientemente comercializado utiliza dos mediciones de temperatura: la del vapor que emerge de la superficie de la masa y la de agua hirviendo o la de agua condensada que cubre un segundo bulbo en interconexión a la presión absoluta existente. Un puente electrónico calcula la diferencia entre las dos temperaturas y las combina con la temperatura del agua para dar una salida de lectura calibrada directamente en Sobresaturación o Extrasaturación. Aun los tacheros que poseen mínima experiencia han sido entrenados con rapidez y han producido azúcar de calidad superior, a pesar de que haya variación en la presión absoluta. BUENAS PRÁCTICAS Toda templa bien elaborada en el piso de tachos reduce la carga de recirculación, permitiendo disponer de más tiempo para mejorar el trabajo en los otros tachos. Esta actividad puede tomar el camino de trabajar a una sobresaturación mas baja y más segura o reducir el volumen de la semilla para producir un cristal de mayor tamaño que se purgue mejor. También puede usarse el sistema en que los cristales de azúcar C crezcan a un tamaño de 0.300 mm para lograr que no sobre semilla. Al usar este tamaño es factible lograr un tamaño de azúcar B de 0.43 mm y luego un azúcar A de 0.60 mm. De esta manera, los tacheros toman mayor cantidad de semilla B y de semilla C para elaborar las templas A y B respectivamente, por lo que no debe sobrar nada de semilla de ninguna clase. Esta es una gran ventaja porque sencillamente no hay necesidad de fundir o disolver nada de azucares B o C. El crecimiento debe ejecutarse en las Templas C exclusivamente. Si hay sobrantes de semilla b o C es una clara señal de que el tamaño de esas semillas esta por debajo de los parámetros establecidos. De vez en cuando sucede que el trabajo de tachos se acelera tratando de descargar templas de bajos rendimientos para poder recibir el jarabe o meladura y manejar los llenos que si se trabaja con templas bien elaboradas, desaparece ese lleno en forma milagrosa. Es importante recapitular las acciones que deben ejercerse para lograr la fabricación de templas bien elaboradas que reduzcan la cantidad de material recirculado.  

Nivel de semillamiento. Mantener bajo el nivel (por encima justamente de la placa superior de la calandria) para dar tiempo al crecimiento de los cristales hasta el nivel de la templa. Semillamiento. La molienda húmeda es la mejor alternativa. Hay que manejar procedimientos normalizados de molienda y conservarlos. Revise la cantidad de azúcar inicial y efectúe una clasificación previa entre tamices mesh 40 y 50. Recoja la fracción contenida sobre la malla 50 y trabaje con esta en el molino. Periódicamente ajuste la cantidad de suspensión o jalea mediante la correlación con el valor de MA del azúcar final. Si se preparan porciones de azúcar suspendida con anticipación a su uso, use el mismo molino para dispersar los posibles conglomerados que hayan podido generarse por la quietud de la suspensión, moliendo por un corto tiempo de nuevo la suspensión.

33 









Sobresaturación en el momento de semillar. Es muy importante semillar con la suspensión en condiciones siempre constantes. Para los 4 pies de Cristal de Masa C con 71.0 % de Pureza Aparente, se debe semillar a 1.20 / 1.25 de Sobresaturación, a una temperatura de 60oC y con una volumen igual al pie de semilla, con una pulgada por encima de la placa superior de la calandria. Por esto es importante preparar el pie de mezcla de Miles A y B en forma separada mediante un tanque auxiliar y mezclando las mieles de acuerdo a sus Purezas para lograr que la mezcla tenga 71.0 % de Pureza Aparente. Cuando el Brix de esta mezcla es 75.0 %, el volumen a llenar en el tacho es el 37% del total, de tal manera que cuando se evapore al 30.0 / 33.0 %, el Brix de la mezcla ha subido a 82.0 % y en ese momento se tiene una Sobresaturación entre 1.20/1,25. Revisar el calculo de la cantidad de polvillo. Determinar por medio del equipo de medición de cristales que el polvillo o fondant tenga un tamaño de 0.010 mm. Si se usan Sobresaturaciones de menor valor, se asegura que no hay presencia de conglomerados pero se corre el riesgo de perder núcleos por disolución con el agua de la mezcla de mieles. La Sobresaturación es el principal factor en el semillamiento. Si se dispone además de suficientes núcleos se puede demostrar que a medida que ocurre el depósito de sacarosa en las caras de los pequeños cristales, la Pureza del jarabe o miel que rodea cada cristal baja de Pureza y con esto se aleja el peligro de semillar espontáneamente por espera. Esto significa en términos de tachos que es necesario que el pie de templa no sea escaso en cristales. Una vez que se ha pasado de la etapa de semillamiento es necesario cortar el número de núcleos. Esto se logra mediante ensayos que determinen el momento en que aparecen los cristales y se decide que el número es suficiente. En ese mismo momento se detiene la nucleación alimentando el tacho con una mezcla de 71.0 % de Pureza y agua. No emplear agua solamente. En este momento se puede empezar a alimentar la mezcla de 71.0 % de Pureza y se puede llevar la Sobresaturación por encima de 1.20 pero siempre por debajo de la Zona Lábil. Los cristales crecen con rapidez pero con seguridad. Consistencia. El rápido crecimiento de los cristales hace que ocupen más volumen dentro de la templa y cuando llegan a un rendimiento del 15 % comienzan a influir sobre la viscosidad del material, por encima de la del jarabe o la miel propia. Este efecto se conoce como “recoger la templa”. Si se sostiene una sobresaturación alta, la consistencia se eleva afectando la fluidez y la circulación de la masa en el tacho. Es aconsejable entonces alimentar jarabe o miel adicionalmente para reducir la sobresaturación en preparación de la concentración final para alcanzar la consistencia para descargar la templa. Concentración final. Obsérvese cuidadosamente la sobresaturación. Si esta se aproxima al limite superior cerca de la Zona Lábil alimente algo de miel + agua o cierre un poco el vapor. Unos pocos minutos que se gasten en esta operación es dinero en el banco. Descargue a la máxima consistencia posible, de acuerdo a las facilidades de descarga del equipo. Se recomiendan los siguientes valores de Brix: Templa A

Brix % 92.0 – 92.5

34 B C 

 

94.0 – 94.5 96.0 – 96.5

Descarga del soplo o escoba de tachos. Los enjuagues de los diferentes tachos no deben descargarse encima de las templas. Para ello debe instalarse una tubería de buen diámetro (6 a 8”) para llevar todos estos materiales al tanque de Jugo Clarificado pues la Pureza de ellos es similar a la del Jugo. Descargar encima de las templas es desandar lo que se hizo en el último periodo de la concentración final. Estas tuberías de descarga deben limpiarse periódicamente con agua caliente y vapor porque siempre se taponan con la masa. General. Si los tachos están muy adelante del suministro de jarabe o meladura es mejor detener tachos que mantenerlos con agua. Para el azúcar blanco esto es causa de problemas. Mantenga la temperatura del jarabe o meladura y las mieles siquiera a 60oC. Esto evita la cristalización en los tanques y da ventaja en la evaporación y en el tiempo de templa de los tachos.

VALE LA PENA MEJORAR EL COCIMIENTO DE TEMPLAS? Ciertamente que si. Siguiendo las reglas prácticas expuestas en el presente estudio se ha logrado reducir en forma dramática la recirculación en tachos. Si se tiene en cuenta que las templas A constituyen entre el 55 % y el 60 %, las de B el 30 % y las de C el 15 %, es claro que hay que hacer un esfuerzo para disminuir la recirculación en tachos y especialmente en los de Masa A, Si bien, estamos reconociendo que las templas de A mal elaboradas son responsables de la recirculación de materiales, no es menos cierto que el proceso siguiente como es la purga en las centrifugas tiene una cuota de responsabilidad en el tema. Una pregunta simple pueda dar idea del nivel de supervisión y control del Departamento de Tachos de cualquier Ingenio, y esta pregunta es: cual es la Caida de Purezas del Tacho de Masa A o sea el valor de la diferencia entre la Pureza de la Masa A y la Pureza Nutsch y si se quiere profundizar un poco mas, cual es el valor de la Elevación de Pureza de las centrifugas? Estas son preguntas que deben tener respuestas. El trabajo de cristalización en tachos es mas bien un proceso especializado. Una vez que se han expuesto los hechos a la luz de la tecnología moderna y se han eliminado los mitos y leyendas, es perfectamente factible optimizar el proceso y reducir el tiempo perdido y las perdidas de sacarosa en la Miel Final.

Jaime Peñaranda Cali, Junio de 2015.