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• Maxi Salas Correa Lopez

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Universidad Tecnológica Nacional Facultad Regional Tucumán Departamento: Ingeniería mecánica Asignatura: Instalaciones industriales Trabajo Practico N° 1: Ingenio azucarero Grupo: Álvarez Gabriel, Gil Noelia, Olea Nicolás, Olivera Fernando, Salas Maximiliano.

Enunciado: Consideraciones generales que definen el emplazamiento de un ingenio azucarero. Diagrama de flujo del proceso productivo.

Para definir las consideraciones a tener en cuenta para el emplazamiento de un ingenio primero describiremos el proceso productivo para la obtención de azúcar de dicha fábrica:

Diagrama de flujo: ingenio azucarero

Descripción del proceso productivo:

1) Recepción, Descarga y Alimentación de las Cañas:

El transporte de la zafra a la fábrica se realiza por vías férreas o más comúnmente por camiones o por tractores con remolques. Normalmente la caña es entrega en atados que se aseguran con cadenas, usando 3 por cada atado. El pesaje generalmente se efectúa en la fábrica utilizando una báscula de puente, pesando luego de la descarga el vehículo y las cadenas del atado para establecer la cantidad neta de caña recibida. La descarga de caña sobre la mesa de alimentación se puede realizar mediante: Volteadores, grúas de hilo, puentes grúas, rastrillos. Finalmente la mesa de alimentación provee al conductor de caña para llevarla a la siguiente etapa.

Mesa de alimentación o descarga

2) Preparación y lavado: La caña se corta en pedazos más pequeño y se desfibra antes de entrar a los molinos, mediante cuchillas y desfibradoras para facilitar procesamiento. Es común la instalación de separadores magnéticos al sistema de conducción, debido a que es casi imposible evitar la entrada de pedazos de metal al sistema causando daños a los equipos de preparación y a las mazas de los molinos. Existen ventajas significativas al procesar caña limpia (menor desgaste y mantenimiento de las maquinas, reducción de consumo energético, mejor bagazo, mejor calidad de azúcar). Los sistemas en usos están preparados para remover unos o todos los elementos siguientes: hojas de caña, cogollos, raíces y rastrojos, arena o suelo de campo, bolas de arcillas y piedras.

3) Molienda: La extracción de jugo de caña se realiza por medio de un tandem de molinos (trapiche) el cual consiste en 4, 5 o 6 molinos marca Farval o Fulton, alineados por medio del cuerpo del molino que es llamado virgen, todas las alineaciones son realizadas con extremo cuidado, teniendo no más de 1/16” de tolerancia en posición horizontal entre vírgenes de bagacera a bagacera o de bagacera a cañera. Así mismo cuentan con las mazas las cuales son las que extraen el jugo de la caña al comprimirse entre ellas, estas se encuentran sobre las chumaceras dela virgen, dependiendo del sentido de giro de cada molino es la denominación de la masa, para molino izquierdo ( la alimentación es por el lado izquierdo), se denomina a la primera maza cañera, a la que se encuentra de lado derecho bagacera y a la última como su nombre lo indica se denomina superior, alguno sin genios cuentan con un sistema de cuarta, quinta o sexta maza, esto con el fin

de lograr una mejor extracción. Los molinos son accionados por medio de turbinas y reductores de baja velocidad, los cuales pueden tener hasta una relación de 6:1, 91.4:1 o 595:1.Después de haber pasado por cada uno de los molinos a través de conductores llamados donellys, la fibra de caña es llevada a la desfibradora, el jugo (guarapo) que es extraído en cada uno de los molinos cae sobre unas charolas o bateas de láminas de acero inoxidable, las cuales llevan por gravedad el jugo de la caña, el cual cae a un colador tipo pachaquil de lámina de acero inoxidable, con perforaciones que eliminan gran cantidad de sólidos y fibras arrastrados en el jugo de los molinos 1,2 y 3, el jugo extraído en los molinos 4, 5 y 6 es reciclado por bombas inatascables para realizar la ambición de agua, esto con el fin de disminuir el contenido de sacarosa en el guarapo.

4) Clarificación: Para la clarificación del jugo es necesario el uso del gas sulfuroso, este se produce quemando azufre en lajas, en un horno rotativo y se pasa por una cámara de enfriamiento antes de entrar a las torres. El uso de azufre produce azucares blancos. El jugo es mezclado, pesado y tamizado se bombea a un sistema de depuración química que comienza por la sulfatación, esta se lleva a cabo haciendo pasar una corriente de gas sulfuroso a través del jugo mezclado, esto con el fin de la decoloración del jugo, esto se realiza en las torres, una circular de acero inoxidable con interior de entrepaños verticales perforados colocados con inclinación, y otra de fibra de vidrio que donde circula el jugo. El gas sulfuroso entra por el primer entrepaño inferior, circulando a contracorriente por la acción de una chimenea, situada en la parte alta de la torre que induce a tiro forzado por medio de un chorro de vapor que obliga la circulación del gas. Así mismo se utiliza cal para neutralizar los jugos, del cual se forma un fóculo, compuesto de proteínas, gomas, algunos coloides y compuestos metálicos, que se eliminan por la formación de sales o compuestos insolubles de combinación básica de calcio. A fin de acelerar esta reacción se calienta hasta temperatura de ebullición (100 – 105°C) con lo que se asegura la buena reacción de la cal y la mejor vía para facilitar la separación de los lodos y demás materiales insolubles, en un compuesto conocido como cachaza .El calentamiento a que se someten estos jugos se lleva a cabo en los calentadores, que son intercambiadores de calor de superficie, donde el jugo circula por el interior de varios haces de tubo de cobre y el vapor circula por el exterior calentando el jugo, estos trabajan en serie, y lo usual es dar calentamiento primario con vapor extraído del doble efecto y un calentamiento sectario con vapor de escape de las turbinas.

Una vez sulfatado, alcalinizado y calentado, se envía a los clarificadores los cuales son tanques cilíndricos provistos de charolas cónicas de asentamiento y fondo cónico, donde se localiza el pesador de cachaza, se encuentran provistos de una flecha central que se encarga del movimiento de los barredores de cachaza de los platos, consistentes en paletas dotadas de rastrillos tangenciales que facilitan el arrastre de la cachaza al fondo del clarificador. Cuando se ha concentrado se evacua por medio de bombas de diafragma, enviando la cachaza al mingles de los filtros de vacío para su agotamiento por filtración y lavado. El precipitado floculado o lodo que se sedimenta en el clarificador contiene aproximadamente 25% de materia sólida, de este lodo se recupera azúcar por medio de los filtros ya mencionados. El filtrado turbio se regresa al sistema de clarificación y la cachaza seca se descarga por medio de una escrepa de hule enviándola por una corriente de agua al campo donde sirve de abono. El jugo clarificado fluye de forma constante hacia unos tubos colectores situados en la parte más baja de cada compartimiento que lo descarga hacia una bandeja colectora. El tiempo de retención del calificador se procura quesea los más corto para evitar pérdidas de sacarosa por el contacto prolongado con el calor, después de que sale de los dos clarificadores para por un coladora para la eliminación de partículas que pudieran salir con el efluente.

5) Evaporación: El jugo clarificado, pasa a los evaporadores en los cuales se elimina alrededor del 80% del agua contenida en el jugo, que con esta operación se convierte en meladura. Los evaporadores trabajan en múltiples efectos, que el vapor producido por la evaporación de agua en el primer efecto es utilizado para calentar el segundo y así, sucesivamente, hasta llegar al quinto efecto que entrega sus vapores al condensador. El condensador es enfriado por agua en recirculación desde el estanque de enfriamiento.

6) Cristalización: Se conoce como tacho al aparato de simple efecto, que se usa para procesar la meladura y mieles. Su propósito es producir azúcar cristalizada, mediante la aplicación de calor procedente del vapor de escape de turbinas. Los tachos necesitan para su funcionamiento algunos equipos auxiliares como son: A) Tanques de meladura y mieles B) Canales de descarga de masa cocida C)Semillero para guardar el grano de azúcar de pequeño tamaño, preparado en forma de magma .D)Graneros para guardar pies de templa a desarrollar posteriormente. E) Agitador tipo Morfin F) Estación de bombas, etc. Los tachos se alimentan con el pie de templa procedente del semillero o granero correspondiente, llenándole hasta cubrir el nivel de a calandria. Previamente se le ha hecho vació. A continuación, se admite vapor en la calandria para provocar la ebullición de la masa cocida, que en buenas condiciones de vacío (23” de Hg), tendrá lugar alrededor de 60°C. Se alimenta la meladura o miel correspondiente, que por evaporación alcanza la sobresaturación necesaria para depositar la sacarosa sobre los cristales de azúcar, para su conveniente desarrollo. En esta área se usa el sistema de tres templas con una de envase también conocido como “de doble semilla”. Las semillas de “C” se usa como o pie de templa para las masas “B” y la semilla de “B” se usa como pie de templa para las masas “A”. Los tres tipos de masas cocidas (o templas) se denominan masa “A”, masa “B” y masa “C”, respectivamente, y una vez elaboradas se envían al departamento de centrifugas. La descarga del tacho se hace cerrando el vapor de la calandria y las válvulas de alimentación de meladura, desconectando el sistema de vacío (cerrando el agua de condensadores y alimentando el vacío del tacho) y abriendo la válvula de descarga a los canales

que conducen la templa al mezclador. Terminada esta operación, el tacho se lava con vapor de escoba (vapor saturado entre 80y 100 lb/plg2) y queda listo para reiniciar la operación. El mezclador tiene como función mantener el movimiento la masa cocida por medio de un eje con paletas o aspas, para la alimentación de las centrifugas que son aparatos diseñados para separar los cristales de la miel madre de donde provienen.

7) Centrifugado: La masa se carga a las centrifugas cuando se tiene una velocidad moderada de 60 a 120 rpm por medio de compuertas situadas en el fondo del mezclador que, en operación semiautomática alimentan a la canasta. Una vez cargada la maquina se aumenta la velocidad hasta 700 u 800 rpm, dando margen a que la masa cocida permita fácilmente la salida de la miel. Hecho esto, la velocidad de régimen (1200 o 1800 rpm) se utiliza para el lavado y semi secado del azúcar. Para el lavado se utiliza agua pura de condensador manejada a través de un pre calentador con bomba que la pasa, controlada por una válvula solenoide y un sistema neumático, a unas toberas de riego que garantizan un buen lavado. Después de lavar el azúcar se seca parcialmente con ayuda de la fuerza centrífuga. El freno para parar la maquina es de aplicación electro neumática y se le ayuda con unas balatas montadas sobre los brazos del cabezal de la centrifuga para frenar sobre el tambor de la misma maquina; el tambor es enfriado por agua en la parte inferior. El azúcar (aun húmeda) se descarga por medio de los descargadores llamados para dos a un conductor helicoidal (gusano) que lleva el azúcar a un elevador que la lleva a una tobera que alimenta el granulador o secador. La miel desprendida en la centrifugación se envía a los tachos donde se recibe en tanque para continuar en una segunda cristalización. Los lavados también son bombeados al mismo piso para una posterior utilización, aplicados generalmente a las templas de B y C. La miel que sale de las centrifugas provenientes de la purga de las masas “C” se llama miel final y es un sub-producto muy importante de la elaboración de la azúcar, ya que la misma se usa como materia prima de otras producciones, entre ellas para la fabricación del alcohol etílico.

8) Secado y envasado: El azúcar comercial que sale de las centrifugas y que debe envasarse para su venta o exportación tiene generalmente una humedad entre el 0.5 y el 2%. Esta humedad disminuye la calidad de conservación del azúcar. Si el contenido de humedad del azúcar disminuye, su deterioración se hace más lenta, para esto se utiliza un secador. Este aparato se compone de un elevador de azúcar E; un secador rotativo S; que sirve al mismo tiempo como enfriador en su parte inferior; un calentador de aire R; un ventilador V; un ciclón C; un separador de polvo D; una chimenea Ch; un segundo elevador E’; una tolva T y una báscula automática B. Para conservar convenientemente el azúcar en el almacén, es necesario observar las siguientes precauciones: a) el azúcar debe encostalarse seco y no muy caliente. Si está a una temperatura superior a 38ºC se endurecerá. b) los sacos que están en contacto con el piso y que forman las estibas inferiores deben protegerse de la humedad, colocándolos sobre papel bituminado. c) los sacos deben colocarse en estibas grandes para disminuir la superficie relativa al volumen. d) las estibas deben cubrirse con papel bituminado a los lados y en la parte superior.

Ahora con conocimiento previo del proceso productivo podemos definir las consideraciones a tener en cuenta para el emplazamiento de un ingenio azucarero.

Condiciones generales para el emplazamiento de un ingenio azucarero: 

Producción de caña y transporte hasta la fábrica: La producción de caña de azúcar varía significativa mente de un área a otra, dependiendo de la variedad, factores climáticos, disponibilidad de agua, prácticas de cultivo y la duración del periodo de crecimiento. El valor de la caña para una fábrica depende de la cantidad de azúcar que pueda ser recobrada a partir de ella y el costo asociado con su procesamiento, por lo tanto es fundamental la disponibilidad de caña de buena calidad (cantidad de azúcar extraíble), utilizando para la determinación de ésta análisis por muestreo. Una fábrica de azúcar de caña funciona, generalmente y de manera continua del lunes en la mañana al sábado en la noche. Se detiene durante 36 horas, comprendiendo el domingo, para la limpieza del múltiple efecto y las reparaciones menores. La fábrica marcha, entonces, durante 132 horas por semana. En el curso del día, el transporte de cañas, se efectúa generalmente durante 12 horas, de las 6 a las 18 horas. Para que el molino no quede desprovisto de cañas en la noche es necesario que la fábrica reciba en 12 horas, el tonelaje que manipula en 24.

Hay que tener en cuenta la distancia de los campos al lugar donde se quiere poner la fábrica debido a los costos del flete de la caña. La caña se entrega usando muchos tipos de cargadores y vehículos: tractor y remolque, varios tipos de camiones, locomotoras ferroviarias y sistemas de tranvía más pequeños. Por lo general la fábrica está adecuada para manejar sólo uno o un número limitado de tipos de transportes. La opción optima del tipo de transporte depende de la distancia a la fábrica: El tractor/remolque de tiro directo son habitualmente elegidos para distancias cortas (