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REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA MINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA DEFENSA UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITÉCNICA DE LA FUERZA ARMADA NACIONAL NÚCLEO PORTUGUESA - EXTENSIÓN ACARIGUA

Autor: Javier Yari Profesora: Diana D Abreu ING. AZÚCAR SEMESTRE VIII

30/07/2017

INTRODUCCIÓN La fabricación de azúcar en el mundo paso hace solo menos de 100 años de artesanal a la producción industrial y de allí en adelante a sufrido pocos cambios debido a lo ingenioso del sistema de aprovechamiento de los recursos, tanto de los subproductos de la materia prima como la utilización eficiente de la fuentes de energía y transferencia de energía. Tal es el caso de los tachos de cocimiento donde se da la formación del cristal de azúcar los cuales operan con parámetros mas eficientes que la antigua producción artesanal, ya que estos reducen el tiempo de cocción y de consumo de energía por el solo hecho de trabajar al vacio, lo que les permite evaporar el agua para saturar la solución a 65 ºC muy por debajo de los 100 ºC que se necesitan a 1 atmosfera. También se nos presenta el reto del aprovechamiento en el agote de las mieles gracias a los tipos de cocimiento en los tachos que generalmente son 3, los de A , B y C. Aunque los tachos sean evaporadores de simple efecto, estos pueden trabajar en un sistema cerrado con un conjunto de accesorios como bombas, válvulas, tuberías, cristalizadores e instrumentos electromecánicos.

TACHOS Son equipos que se utilizan en la Industria Azucarera para la cocción de la meladura y las mieles provenientes de las centrifugas para obtener los granos de azúcar, proceso que se llama cristalización. La cristalización del azúcar es un proceso demorado que industrialmente se aumenta introduciendo al tacho unos granos de polvillo de azúcar finamente molido. La función del tacho es la producción y desarrollo de cristales satisfactorios de azúcar a partir del jarabe del que se alimenta. Las cualidades deseables del azúcar crudo, están sujetas a la influencia de los tachos y de la forma en que se operan. La concentración inicial de los productos que se usan en tachos suele ser de 60 a 65 oBrix, y puede llegar a 74 oBrix en el trabajo de refinería. Las altas densidades disminuyen el consumo de vapor y la duración del ciclo, pero hacen que el control satisfactorio de las operaciones sea cuestión delicada que implica el peligro de la producción de conglomerados y falso grano. Diseño Son tanques cilíndricos de acero que trabajan al vacio para facilitar la evaporación a bajas temperatura, pueden trabajar bajo un régimen continuo o como una estación independiente. Los Tachos al Vacío están diseñados para una baja carga hidrostática; utiliza templas de alta y baja pureza; diseño de muy bajo volumen de pie de templa y amplia relación superficie calórica/volumen templa. Parámetros de Operación

MASA COCIDA “A”

Brix 93 – 94

Caída De Pureza 10 – 15

MASA COCIDA “B”

94 – 95

15 – 20

MASA COCIDA “C”

96 o más

30 –33

LIBRE DE FALSO GRANO LIBRE DE CONGLOMERADOS PUREZA MAGMA

85 – 90

VOLUMEN (PIE CARGA)

1/3 VOLUMEN TOTAL

TEMPERATURA AGUA INYECCIÓN

21 – 32 º C

VACIO

26 – 27 PULGADAS Hg

VAPOR DE ESCAPE

8 – 12 PSIG

TEMPERATURA DE EVAPORACIÓN

65 – 70 º C

Materiales de construcción de los Tachos Antiguamente, el material común para la fabricación de cuerpos de tachos era el hierro fundido, pero hoy en día se usa casi exclusivamente la lámina de hierro dulce. Los serpentines y tubos de cobre proporcionan la mejor superficie calórica, pero se siguen usando mucho los tubos de hierro. Los tubos de hierro se oxidan por el lado expuesto al vapor, los que disminuye notablemente la transmisión de calor. El procedimiento reciente en la construcción de tachos para azúcar refinado ha sido uso de materiales anticorrosivos, para evitar que dicho azúcar lleve manchas de óxido, especialmente después de las paradas. Patterson hizo un examen de los tachos de las refinerías norteamericanas, y encontró que aproximadamente la tercera parte de ellos estaban fabricados con láminas de hierro dulce y que de éstos, muchos llevaban tubos de acero. Si a esta cantidad se sumaban los cuerpos de hierro fundido existentes, el total ascendía a más de la mitad de todos los tachos examinados. Del azúcar blanco, eran de materiales anticorrosivos: lámina de hierro dulce con forro de acero inoxidable, la misma lámina con forro de níquel, lámina totalmente inoxidable, 6 lámina de acero con alto contenido de cobre, u otros caeros especiales. Para evitar la formación de óxido durante las paradas, es procedimiento bastante común en las refinerías el dejar las superficies calórica con la capa de jarabe de azúcar que queda si no se aplica vapor de barrido después de la última templa. El barrido (que frecuentemente se sustituye por una ebullición con agua) se hace precisamente antes de recomenzar el trabajo. Tipos de Tachos (Serpentín y Calandria) En general, predominan dos tipos de tachos: los de serpentín, que trabajan satisfactoriamente con vapor directo; y los de calandria, que trabajan con vapor de escape a baja presión o con vapores extraídos del primer cuerpo de un múltiple efecto, o de un pre−evaporador. La desventaja del tacho de serpentín es que restringe la economía de vapor que se puede lograr, ya que tiene que trabajar con vapor directo. Los tachos de calandria de diseño moderno son muchos más rápidos que los de serpentín, y trabajan mejor. En el Hemisferio Occidental, hace muchos años que nos e fabrican Tachos de Serpentín para ingenios azucareros, y en la actualidad muchas personas los consideran anacrónicos. Tachos de serpentín Los Tachos de serpentín son evaporadores verticales de simple efecto operados al vacío. Su superficie calórica se compone de 6 ó 7 serpentines de cobre a los cuales se admite vapor de 50 a 90 lbs.(3,5 − 3,6 kg/cm2) de presión. Estos serpentines son independientes, y se suelen construir de tubería de cobre de 4 pulgadas de diámetro, enrollada en forma de espiral cónico alto en la periferia exterior y bajo en el centro, con lo que se ajusta a lo forma del fondo del tacho y permite un buen drenaje del vapor

condensado. Los serpentines se apoyan y fijan sobre unos soportes, con piezas apropiadas en forma de silletas paras que el cobre no sea dañado por la vibración, expansión y contracción. Tachos de calandria Un tacho de calandria es un evaporador de simple efecto, de diseño especial, dotado de tubos cortos de gran diámetro y un tubo central grade, para facilitar la circulación de la masa cocida pesada y viscosa que se elabora en cochuras llamadas templas. EL jarabe y las melazas, en ciertas proporciones, desarrollan cristales de azúcar. Se comienza por la cobertura de la superficie calórica a un nivel apenas suficiente para lograr que haya circulación, y se termina con la carga completa que constituye la templa, cuyo volumen es el triple del volumen con que se comienza. 1. Fondos: El fondo tiene forma cónica, con la válvula de descarga situada en el centro. El ángulo que forman los lados con la horizontal no debe ser menor de 20a. Entre el cono y la calandria, que está colocada inmediatamente arriba, debe haber una sección cilíndrica corta, de no menos de 8 pulgadas de altura, que permita espacio suficiente para hacer la fijación de los tubos mediante expansión de sus extremos. 2. Alimentación: Si el tacho está provisto de circulación mecánica, la alimentación tiene que llegar hasta la válvula de descarga o cerca de esta válvula, para que sea proyectada hacia el centro, debajo del impelente. Si el tacho no tiene circulador, hay que poner cuidado especial en el logro de una distribución uniforme en el fondo, debajo de la calandria y lejos del tubo central. Un método satisfactorio de lograr esto es el que describimos a continuación. La alimentación entra en el tacho por encima de la calandria, y la tubería de alimentación penetra en el tacho hasta el centro del tubo central, donde hay un codo y una tubería vertical que llevan la boca hasta más debajo de la placa inferior. La tubería termina en conexión con la salida lateral de una cruceta. Las cuatro ramas horizontales de la cruceta tienen la mitad del diámetro de la tubería de alimentación, y se apoyan en abrazaderas soldadas a la parte inferior del tubo central. Los brazos llegan casi al envolvente, y sus extremos se cierran. Cada brazo tiene cuatro huecos de diámetro igual a la mitad del diámetro del brazo, situados del mismo lado, y dispuestos en forma tal que impartirán una rotación en el mismo sentido que las manecillas del reloj a la cocida en el fondo del tacho. Se logra una mejora considerable si se inyecta vapor de escape a la tubería de alimentación, entre la válvula de control de alimentación y el tacho; esta instalación constituye una adaptación de la asperjadota con la alimentación se deja siempre abierta, pero no tanto que interfiera con la alimentación del tacho. Cuando se cierra la alimentación para hacer la concentración final de la templa, la válvula de vapor se deja abierta, y no se cierra mas que cuando la templa está terminada. Cuando el tacho se vacía, la limpieza a vapor del fondo escoba puede ser auxiliada por esta conexión.

Accesorios para Tachos (Calandria como de Serpentín)  Una gran válvula de descarga situada al fondo, con un diámetro del octava a la sexta parte del diámetro del tacho.  Un Separador en el extremo superior del tacho, situado en el domo o cúpula, o entre el domo y el condensador. Este separador frena la velocidad de los vapores, y disminuye el arrastre de gotas de jarabe.  Un condensador de algunos de los diversos tipos apropiados, abastecidos de agua fría para condensar los vapores y mantener el vacío.  Una bomba de vacío conectada al condensador por tubería de 6 a 8 de diámetro. Esta bomba crea vacío para comenzar la templa y elimina los gases incondensables durante la cocción.  Una válvula para sacar el vacío conectada al cuerpo del tacho por un tramo corto de tubería, o montada sobre el tacho mismo. El vacío se saca precisamente antes de descargar el tacho.  Mirillas de observación, a través de las cuales se podrá observar el progreso de la templa; una sonda para tomar muestra de la masa cocida; un manómetro de vacío, un termómetro y un manómetro de presión de vapor. El operador del tacho puede variar la temperatura de la masa en ebullición mediante el aumento o disminución de la inyección de agua que la produce. Equipos auxiliares de los Tachos Utilizan bombas al vacio o eyectores capaces de producir un vacio en el cuerpo de los tachos. Válvulas. Bombas de meladura y masas cocidas. Instrumentación fundamentalmente medidores de presión y temperatura.

Esquemas de operación general de los Tachos Para organizar el trabajo de los tachos se debe tener en cuenta los siguientes aspectos tecnológicos:  El crecimiento volumétrico de la masa está definido por el del grano de azúcar, de ahí que se debe valorar el del crecimiento del grano para definir el número de cortes.  Todas las masa cocidas se realizarán con el mismo número de cortes y empleando iguales proporciones en el pie y el volumen final para garantizar la equidad de sus purezas y la uniformidad y tamaño del grano de azúcar que producirán.

 La cristalización se hará mediante semillamiento completo para obtener 4 masas cocidas utilizando los diversos métodos que existen.  La cristalización deberá prepararse en la medida que lo permita la pureza, con meladura virgen.  El empleo de meladura y mieles a los diferentes materiales que se fabrican en el proceso, deberá partir del principio de alimentarlos en el orden descendente de sus purezas. Tipos de cocimiento en los Tachos 1. Sistema de dos templas: Se llama así al proceso de operación en dos partes y consiste en formar dos tipos de masa cocida: a) Una masa cocida primera de 75 de pureza, formada por un pie de templa de meladura, con un retorno de mieles primeras de alta pureza y si es necesario con mieles primeras de baja pureza. b) Una segunda masa cocida de 60 de pureza, formada por un pie de templa de meladura y retornos exclusivamente de mieles de baja pureza. En las centrífugas la masa cocida primera puede tratarse con un purgado doble o por un purgado simple, separando las mieles pesadas (centrifugando sin lavar) y mieles ligeras de alta pureza (correspondientes al periodo de lavado con agua y vapor durante el cual cierta cantidad de azúcar disuelta por el agua o el vapor se une a las mieles). Las purezas que deben obtenerse se indican en el siguiente esquema;

2. Sistema de tres templas: Este es el sistema que se emplea más frecuentemente. Se cocen 3 tipos de masa cocida: a) Una masa cocida de pureza entre 80 u 85 que se obtiene, de acuerdo con la pureza de la meladura, ya sea enteramente de meladura virgen o de un pie de templa de meladura con una adición más o menos sustancial de mieles A hacia el final de la templa. b) Una masa cocida B de pureza entre 70 y 72, que se obtiene con un pie de templa de meladura virgen y que se complementa con mieles A. (c) Una masa cocida de pureza de alrededor de 60, que se obtiene con un pie de templa de meladura y que se complementa con mieles B. La purga en las centrífugas se lleva a cabo sin lavar con agua y sin separar en cada masa cocida mieles ricas y pobres (ligeras o pesadas). El uso del vapor en las centrífugas se restringe al purgado de las masas cocidas A y B Y da mieles con purezas que difieren un poco de las purezas de las mieles pobres o pesadas; habría muy poca ventaja y muchas complicaciones si se separan cuatro mieles diferentes (A ligera, A pesada, B ligera, B pesada) en lugar de dos (A Y B) Las purezas de la masa cocida adoptadas y las purezas obtenidas de las mieles varían de acuerdo con los descensos de pureza posibles o deseados. Veamos el sistema en la imagen siguiente:

3. Sistema de cuatro templas: Este sistema se usa únicamente en algunas fábricas cuando la miel madre posee una alta pureza (mayor a 90). Se cocen 4 tipos de masa cocida; (a) Masa cocida A que se forma con meladura. (b) Masa cocida AB que se forma con una tercera parte de meladura y dos terceras partes· de miel A. (c) Masa cocida B que se forma con una cuarta parte de meladura y tres cuartas partes de miel AB. (d) Masa cocida C que se forma con una octava parte de meladura y siete octavas de mieles B. El azúcar de las tres primeras masas cocidas forma el azúcar para encostalar con purezas de 99.5, 99 Y 98 respectivamente. Este procedimiento aumenta la cantidad de mieles que deben manejarse y consecuentemente tiende a aumentar su viscosidad de tal modo, que pueden perderse los beneficios obtenidos por este sistema complicado. Las purezas obtenidas según este esquema son las siguientes;

Principales problemas en los tachos 1. Disminución del vacío en el tacho: modérese la alimentación de material al tacho y la entrada de vapor  Revise volumen y temperatura del agua del condensador y situación en bombas de vacío.  Revisar si existe roturas que posibilite entrada de aire al sistema.  Sobrecalentamiento por alta razón de evaporación. 2. Disminución de la presión de vapor de escape. Redúzcase de inmediato la alimentación de mieles en proporción con la disponibilidad de vapor., evalúense las causas para la toma de una nueva decisión. 3. Formación de falso grano en una masa cocida (reproducciones).  Revisar si el Bx del material alimentado es alto.  Alta viscosidad materiales en proceso por deterioro o etc.  Observe la SS con que conduce la masa (Elimine sobrantes material alimentado).  Evitar dejar tachos parados y cargados.  Revisar licuación (dilución) de mieles.

CONCLUSIÓN Los tachos son el corazón de los ingenios azucareros, estos equipos han permitido la industrialización de la fabricación de azúcar, pudiendo controlar la formación y crecimiento de los cristales, reduciendo el tiempo de fabricación y el gasto de energía. Existen dos tipos de Tachos, unos de serpentín, que es un sistema de calentamiento muy poco utilizado en la actualidad y tachos de calandria que son los mas utilizados a nivel mundial ya que permiten una mejora en la eficiencia de la transmisión de calor por medio del uso del vapor producido en la etapa de evaporación del jugo de la caña. Estos tachos son utilizados para tres tipos de cocimiento, siendo el cocimiento de tres masas el mas utilizado, que son Masa “A” producida por la concentración de meladura virgen, Masa “B” producida por la concentración de1/3 de meladura y 2/3 de miel “A” del primer cocimiento y Masa “C” producida por la concentración de 1/8 de meladura y 7/8 de miel “B” resultante del segundo cocimiento y el producto de este tercer cocimiento es el Azúcar “C” y la miel final ya agotada de sacarosa llamada Melaza.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

ARCA, Manuel, El Consultor. Gia practica para solucionar problemas en fábricas de azúcar, Acra Corporation (1988). Caicedo, José, Calculos básicos en la industria azucarera. www.ingenieriaquimica.org HUGOT, E. manual del azúcar de caña para ingenieros, edición francesa CHEN, Jamez. Manual del azúcar de caña. Limusa, noriega editores

ANEXOS

TACHO Y SUS PARTES

TACHO VISTA EXTERIOR DEL TACHO

TACHO CON CORTE TRANSVERSAL (VISTA INTERIOR)