CONVENIO No. 277 DE 2013 INFORME FINAL INNOVACIÓN ... · LA PRODUCCIÓN DE PANELA EN EL...

CONVENIO No. 277 DE 2013

INFORME FINAL

PROYECTO

INNOVACIÓN TECNOLÓGICA E INVESTIGACIÓN

PARTICIPATIVA PARA EL MEJORAMIENTO DE LA

EFICIENCIA ECONÓMICA Y AMBIENTAL DE LOS SISTEMAS

PANELEROS DE ECONOMÍA CAMPESINA EN LOS

MUNICIPIOS DE ISNOS Y SAN AGUSTÍN EN EL SUR DEL

HUILA

VERSIÓN FINAL

EJECUTOR

Gobernación del Huila

INTERVENTORÍA

M.Sc. Albeiro Caicedo

OPERADOR

ONF ANDINA - Dirección Territorial Sur Colombia

Director del Proyecto: M.Sc. Juan Puentes

Autores: M.Sc. Hugo García

M.Sc. Evier Gaviria

15. 02. 17

Info

rme

Fin

al

Cv. 277 d

e 2013

2

CONVENIO No. 277 DE 2013

INFORME FINAL

TABLA DE CONTENIDO

1. INTRODUCCIÓN ...................................................................................................... 9

2. COMPONENTE MATERIALES GENÉTICOS Y MANEJO AGRONÓMICO

11

2.1. LINEA BASE ...................................................................................................... 12

2.1.1. Municipio de Isnos ........................................................................................ 12

2.1.2. Municipio de San Agustín ............................................................................. 16

2.1.3. Conclusiones de la información colectada en la Línea base ........................ 20

2.2. DETERMINACIÓN DE MICRORREGIONES .................................................. 21

2.2.1. Variables contempladas para la determinación de microrregiones ............. 21

2.3. SELECCIÓN DE PREDIOS ................................................................................ 27

2.4. INSTALACIÓN DE PARCELAS ....................................................................... 30

2.5. PROGRAMA DE FERTILIZACIÓN .................................................................. 31

2.5.1. Análisis de suelos .......................................................................................... 32

2.5.2. Resultados de análisis de suelos ................................................................... 32

2.5.3. Formulación del pan de fertilización ............................................................ 37

2.6. EVALUACIÓN DE PARCELAS EXPERIMENTALES .................................... 41

2.6.1. Recolección de información en estado de desarrollo de las parcelas .......... 41

2.6.2. Recolección de muestras para análisis de parámetros agronómicos ........... 42

2.6.3. Análisis agroindustrial .................................................................................. 43

2.6.4. Resultados investigación en validación de nuevos materiales genéticos

promisorios .................................................................................................................... 45

2.6.5. Resultados de investigación en sistemas de fertilización .............................. 54

2.6.6. Resultados de la investigación en optimización del periodo vegetativo ....... 57

2.6.7. Resultado de la investigación en sistemas de cosecha .................................. 60

2.7. CONCLUSIONES ............................................................................................... 62

2.8. RECOMENDACIONES ...................................................................................... 66

3. COMPONENTE DE INVESTIGACIÓN EN INFRAESTRUCTURA

PANELERA ........................................................................................................................ 67

3.1. LA PRODUCCIÓN DE PANELA EN EL DEPARTAMENTO DEL HUILA .... 69

3.2. ANALISIS DEL SISTEMA PRODUCTIVO DE LAS ASOCIACIONES DEL

PROYECTO. ..................................................................................................................... 70

3.2.1. Área cultivada en caña por las Asociaciones ............................................... 71

3.2.2. Producción de caña ....................................................................................... 72

3.2.3. Producción anual de cachaza ....................................................................... 75

3.2.4. Producción anual de panela ................................................................................ 78

3.3. CÁLCULO Y SELECCIÓN DE LOS EQUIPOS DE MOLIENDA. ................... 84

3.3.1. Características y selección del molino de caña. ........................................... 84

3.3.2. Determinación de la fuente motriz para accionar el molino ........................ 88

3

3.3.3. Selección de la correa para transmitir la potencia....................................... 92

3.3.4. Extracción de Jugo y Correlación de Variables de Proceso. ....................... 98

3.4. PARÁMETROS PARA EL DISEÑO DE LA HORNILLA .............................. 105

3.4.1. Aspectos teóricos de la combustión ............................................................ 106

3.4.2. Componentes de la Hornilla Panelera ........................................................ 110

3.4.3. Parámetros para el diseño del trapiche típico ............................................ 134

3.5. RESULTADOS PRINCIPALES ....................................................................... 136

3.5.1. Mejoramiento de la eficiencia térmica de las hornillas paneleras ............. 136

3.5.2. Desempeño térmico ambiental de las hornillas .......................................... 137

3.5.3. Producción de panela en los trapiches ....................................................... 139

3.6. UBICACIÓN Y DISTRIBUCIÓN EN PLANTA DEL TRAPICHE ................. 142

3.6.1. Distribución en planta ................................................................................. 143

3.6.2. Replanteamiento .......................................................................................... 145

3.7. CONCLUSIONES ............................................................................................. 152

4. IMPACTOS DEL PROYECTO ............................................................................ 153

5. BIBLIOGRAFÍA .................................................................................................... 154

6. TABLAS ADICIONALES ..................................................................................... 157

4

LISTA DE TABLAS

Tabla 1. Porcentaje del área de las Unidades productivas cultivadas en caña por MR en Isnos ___ 12

Tabla 2. Porcentaje del área de las Unidades productivas cultivadas en caña por Microrregión en el

Municipio de San Agustín ________________________________________________________ 16

Tabla 3 Testigos seleccionados a partir de la línea base _________________________________ 21

Tabla 4 Calificación de veredas productoras de caña panelera por MR _____________________ 23

Tabla 5 Productores y predios seleccionados para el desarrollo de la investigación ____________ 28

Tabla 6. Factores de eficiencia para nutrientes aplicados al suelo a través de la fertilización. ____ 38

Tabla 7 Rango óptimos de relaciones entre cationes. ___________________________________ 39

Tabla 8 Requerimientos nutricionales de la caña para una producción estimada de 180 t.ha-1. ___ 40

Tabla 9 Información registrada durante el desarrollo de las parcelas _______________________ 41

Tabla 10. Rendimiento, t/ha y Periodo vegetativo en las Asociaciones de San Agustín. ________ 73

Tabla 11. Rendimientos y periodo vegetativo de los cultivos de las Asociaciones de Isnos. _____ 73

Tabla 12. Composición química y nutricional del melote y la cachaza. _____________________ 76

Tabla 13. Tiempo de operación de los trapiches de Isnos y San Agustín ____________________ 85

Tabla 14. Determinación de la capacidad de molienda de caña ____________________________ 86

Tabla 15. Potencia nominal y requerida del motor según la capacidad de molienda ____________ 91

Tabla 16. Efecto de la extracción de jugo sobre los rendimientos de panela en bloque. _________ 99

Tabla 17. Efecto de la extracción sobre el rendimiento de panela granulada. ________________ 100

Tabla 18. Efecto de la extracción sobre las variables energéticas del Proceso. _______________ 101

Tabla 19. Variación de la Extracción en los molinos paneleros. __________________________ 104

Tabla 20. Potencial Calorífico (J/g) de algunos combustibles ____________________________ 106

Tabla 21. Variables de la geometría del ducto y de las pailas piroaleteadas. _________________ 128

Tabla 22. Balance de masa empleado para el diseño del trapiche típico ____________________ 134

Tabla 23. Balance de masa horario en el proceso en el trapiche típico _____________________ 135

Tabla 24. Balance de energía hornillas tradicionales y del proyecto _______________________ 136

Tabla 25. Comparación térmica ambiental de las hornillas ______________________________ 137

Tabla 26. Características de la producción en las Asociaciones de Isnos ___________________ 140

Tabla 27. Características de la producción en los trapiches de San Agustín _________________ 141

Tabla 28. Caracterización de las moliendas en el trapiche a vapor y tradicionales de Isnos _____ 141

Tabla 29. Caracterización de las moliendas en trapiches tradicionales de San Agustín ________ 142

Tabla 30. Impactos del proyecto __________________________________________________ 153

Tabla 31. Variables del sistema productivo de las Asociaciones del municipio de Isnos. _______ 157

Tabla 32. Variables del sistema productivo de las Asociaciones de San Agustín. _____________ 159

Tabla 33. Potencia transmitida por correas de algodón en función del número de lonas, de la

velocidad y el diámetro de la polea motora. __________________________________________ 161

Tabla 34. Factor de arco de contacto de sistemas de transmisión correa-polea _______________ 162

Tabla 35.-Factor de Servicio de las correas en función de la sobrecarga ____________________ 162

Tabla 36. Factor de servicio según el equipo accionado ________________________________ 162

Tabla 37.- Ficha técnica de la correa seleccionada para la transmisión de potencia ___________ 163

Tabla 38. Descripción de los elementos de diseño de la hornilla __________________________ 164

5

LISTA DE FIGURAS

Figura 1. Variedades cultivadas en el municipio de Isnos ________________________________ 13

Figura 2. Sistemas de corte utilizados en el municipio de Isnos. ___________________________ 13

Figura 3. Uso de fertilización en el municipio de Isnos _________________________________ 14

Figura 4. Fertilizantes utilizados en la fertilización en el municipio de Isnos. ________________ 15

Figura 5. Métodos de control de arvenses utilizados en el municipio de Isnos. _______________ 15

Figura 6. Trapiches utilizados en el beneficio de la caña en el municipio de Isnos _____________ 16

Figura 7. Variedades cultivadas en el municipio de San Agustín. __________________________ 17

Figura 8. Sistemas de corte utilizados en el Municipio de San Agustín _____________________ 18

Figura 9. Uso de Fertilización en el municipio de San Agustín. ___________________________ 18

Figura 10. Fertilizantes utilizados en el Municipio de San Agustín. ________________________ 19

Figura 11. Métodos de control de arvenses utilizados en el municipio de San Agustín. _________ 19

Figura 12. Trapiches utilizados en el beneficio de la caña en el municipio de San Agustín. ______ 20

Figura 13 Límites altitudinales del cultivo de caña en Isnos ______________________________ 22

Figura 14 Límites altitudinales del cultivo de caña en San Agustín. ________________________ 22

Figura 15. Unidades geomorfológicas sobre las cuales se desarrolla el cultivo de caña._________ 23

Figura 16. Localización de Microrregiones en el Municipio de Isnos _______________________ 25

Figura 17. Localización de Microrregiones en el municipio de San Agustín _________________ 26

Figura 18. Localización de parcelas experimentales en las microrregiones. __________________ 28

Figura 19. Diseño de boques al azar con 3 repeticiones para una parcela de evaluación de materiales

genéticos ______________________________________________________________________ 30

Figura 20. pH encontrados en los análisis de suelos. ____________________________________ 33

Figura 21. Contenido de MO en los análisis de suelos. __________________________________ 33

Figura 22. Contenido de Fosforo (P) en los análisis de suelos. ____________________________ 34

Figura 23. Contenido de Potasio (K) en los análisis de suelos. ____________________________ 34

Figura 24. Contenido de elementos mayores secundarios (Ca, Mg y S) en los análisis de suelos. _ 35

Figura 25. Contenido de elementos menores en los análisis de suelos. ______________________ 36

Figura 26. Saturación de Aluminio (Al) y relaciones catiónicas en los análisis de suelos _______ 37

Figura 27 Producción de Caña en t/ha en la MR 1 del Municipio de Isnos. __________________ 46

Figura 28 Producción de Panela en t/ha en la MR 1 del Municipio de Isnos. _________________ 46

Figura 29 Índice de conversión de Caña a Panela en t/ha en la MR 1 del Municipio de Isnos. ____ 46

Figura 30 Porcentaje de extracción según la variedad para la MR 1 de Isnos. ________________ 46



Figura 33 Índice de conversión de Caña a Panela en t/ha en la MR 2 de Isnos. _______________ 47




Figura 37 Índice de conversión de Caña a Panela en t/ha en la MR 3 del Municipio de Isnos. ____ 48


Figura 39 Producción de Caña en t/ha en la MR 1 del Municipio de San Agustín. _____________ 49

6

Figura 40 Producción de Panela en t/ha en la MR 1 del Municipio de San Agustín. ___________ 49

Figura 41 Índice de conversión de Caña a Panela en t/ha en la MR 1 del Municipio de San Agustín.

_____________________________________________________________________________ 49

Figura 42 Porcentaje de extracción según la variedad para la MR 1 de San Agustín. ___________ 49



Figura 45 Índice de conversión de Caña a Panela en t/ha en la MR 2 del Municipio de San Agustín.

_____________________________________________________________________________ 50

Figura 46 Porcentaje de extracción según la variedad para la MR 2 de San Agustín. ___________ 50

Figura 47 Edad óptima de cosecha de las variedades evaluadas en el municipio de Isnos para las tres

MR __________________________________________________________________________ 51

Figura 48. Edad óptima de cosecha de las variedades evaluadas en el municipio de San Agustín para

las dos MR ____________________________________________________________________ 52

Figura 49. Producción de panela por ha y por me en las tres MR del Municipio de Isnos _______ 53

Figura 50. Producción de panela por ha y por me en las dos MR del Municipio de San Agustín __ 53

Figura 51. Producción de caña por tratamiento en t/ha en la MR 1 del Municipio de Isnos.______ 54

Figura 52. Producción de Panela por tratamiento en t/ha en la MR 1 del Municipio de Isnos. ____ 54





Figura 57. Producción de caña por tratamiento en t/ha en la MR 1 del Municipio de San Agustín. 56

Figura 58. Producción de Panela por tratamiento en t/ha en la MR 1 del Municipio de San Agustín.

_____________________________________________________________________________ 56

Figura 59. Producción de caña por tratamiento en t/ha en la MR 2 del Municipio de San Agustín. 56

Figura 60. Producción de Panela por tratamiento en t/ha en la MR 2 del Municipio de San Agustín.

_____________________________________________________________________________ 56

Figura 61. Producción de caña en t/ha según en sistema de siembra en tres microrregiones del

Municipio de Isnos. _____________________________________________________________ 57

Figura 62. Producción de panela según el sistema de siembra en tres microrregiones del Municipio

de Isnos. ______________________________________________________________________ 57

Figura 63. Producción de caña en t/ha según en sistema de siembra en dos microrregiones del

Municipio de San Agustín. ________________________________________________________ 57

Figura 64. Producción de panela según el sistema de siembra en dos microrregiones del Municipio

de San Agustín _________________________________________________________________ 57

Figura 65. Edad óptima de cosecha según la variedad para cada MR en el Municipio de Isnos. __ 59

Figura 66. Edad óptima de cosecha según la variedad para cada MR en el Municipio de San

Agustín. ______________________________________________________________________ 59

Figura 67. Producción de panela por mes por hectárea según la variedad en las MR de Isnos. ___ 59

Figura 68. Producción de panela por mes por hectárea según la variedad en las MR de San Agustín.

_____________________________________________________________________________ 59

Figura 69. Producción de caña según la variedad por MR en el Municipio de Isnos. ___________ 59

7

Figura 70. Producción de Panela en t/ha, según la variedad en las MR de Isnos. ______________ 59

Figura 71. Producción de caña según la variedad por MR en el Municipio de San Agustín. _____ 60

Figura 72. Producción de Panela en t/ha, según la variedad en las MR de San Agustín. ________ 60

Figura 73. Producción de caña en t/ha según el sistema de cosecha por cada MR en el Municipio de

Isnos. ________________________________________________________________________ 61

Figura 74. Producción de panela según el sistema de cosecha por cada MR en el Municipio de

Isnos. ________________________________________________________________________ 61

Figura 75. Producción de caña en t/ha según el sistema de cosecha por cada MR en el Municipio de

San Agustín. ___________________________________________________________________ 61

Figura 76. Producción de panela según el sistema de cosecha por cada MR en el Municipio de San

Agustín _______________________________________________________________________ 61

Figura 77. Participación del Huila en Área, Producción y Rendimiento, % nacional. ___________ 70

Figura 78. Área cultivada en caña por las seis Asociaciones de San Agustín _________________ 71

Figura 79. Área cultivada en caña por las asociaciones de productores de Isnos ______________ 72

Figura 80. Producción anual de caña de las Asociaciones de Isnos _________________________ 74

Figura 81. Producción anual de caña de las Asociaciones de San Agustín ___________________ 75

Figura 82. Producción anual estimada de melote en los trapiches de Isnos ___________________ 77

Figura 83. Producción anual de melote en los trapiches de San Agustín _____________________ 77

Figura 84. Producción anual de panela, t, en las asociaciones de Isnos ______________________ 79

Figura 85. Producción de panela, t/año, en las Asociaciones de San Agustín _________________ 79

Figura 86. Diagrama descriptivo del proceso de elaboración de la panela. ___________________ 82

Figura 87. Diagrama de flujo del proceso de elaboración de panela. ________________________ 83

Figura 88. Isométrico de un molino típico para caña de tres mazas horizontales. ______________ 84

Figura 89. Montaje del molino seleccionado en uno de los trapiches. _______________________ 87

Figura 90. Potencia requerida en función de la capacidad y la extracción. ___________________ 89

Figura 91. Presión Atmosférica Local en función de la altitud del sitio. _____________________ 90

Figura 92. Temperatura ambiente de la región andina en función de la altitud ________________ 90

Figura 93. Motor de Combustión interna usado en el proyecto ____________________________ 92

Figura 94. Corte transversal de una correa plana. Fuente HABASIT _______________________ 93

Figura 95. Esquema de una transmisión de potencia mediante correas o bandas. ______________ 94

Figura 96. Correa de transmisión de potencia soldada. Ver el tensor para ajuste. ______________ 98

Figura 97. Rendimiento panela en función del Brix del jugo. _____________________________ 99

Figura 98. Bagazo Húmedo y Seco, kg/t caña, en función de la Extracción. _________________ 102

Figura 99. Variación del contenido de humedad del bagazo en función de la extracción. ______ 103

Figura 100. Bagazo disponible, kg por kg de panela en función de la extracción _____________ 103

Figura 101. Agua evaporada, kg/kg de bagazo seco, en función de la Extracción ____________ 104

Figura 102. Variación de la eficiencia térmica de equilibrio en función de la Extracción. ______ 105

Figura 103. Efecto de la humedad sobre el Valor Calorífico Neto del bagazo. _______________ 107

Figura 104. Efecto de la humedad sobre la temperatura adiabática del horno. _______________ 108

Figura 105. Efecto de la humedad del bagazo sobre la capacidad de la hornilla ______________ 109

Figura 106. Partes de una hornilla panelera __________________________________________ 110

Figura 107. Cámara de combustión plana en hornillas tradicionales _______________________ 111

8

Figura 108. Cámara plana Mejorada _______________________________________________ 112

Figura 109. Esquema de la Cámara de Combustión WARD CIMPA ______________________ 113

Figura 110. Parte frontal de la hornilla. _____________________________________________ 115

Figura 111. Parrilla de hornilla tradicional con rieles de ferrocarril _______________________ 116

Figura 112. Barrotes para configuración de las parrillas tipo CIMPA. _____________________ 116

Figura 113. Vista de la parrilla y de la puerta de alimentación de bagazo. __________________ 117

Figura 114. Vista de la parte anterior de una hornilla. __________________________________ 118

Figura 115. Principales tipos de pailas empleadas en la industria panelera __________________ 119

Figura 116. Corte longitudinal de la hornilla con detalle de los evaporadores. _______________ 120

Figura 117. Vista en planta del ducto de la hornilla ___________________________________ 120

Figura 118. Vista isométrica del ducto y de la hornilla del proyecto _______________________ 121

Figura 119. Geometría de la paila semiesférica y su ducto de gases _______________________ 122

Figura 120. Dimensiones del ducto y de la paila concentradora del proyecto. _______________ 123

Figura 121. Geometría de la paila semicilíndrica y de su ducto de gases ___________________ 124

Figura 122. Dimensiones del ducto y de la paila semicilíndrica. __________________________ 125

Figura 123. Geometría de la paila aleteada y de su ducto de gases ________________________ 126

Figura 124. Detalle del banco de aletas de una de las pailas del proyecto. __________________ 126

Figura 125. Dimensiones del ducto y de la paila aleteada _______________________________ 127

Figura 126. Esquema frontal e isométrico de la paila pirotubular aleteada. _________________ 127

Figura 127. Corte transversal del ducto y de la paila pirotubular aleteada. _________________ 129

Figura 128. Paila pirotubular funcionando como evaporadora después de la clarificación ______ 130

Figura 129. Cortes y vista de la chimenea. __________________________________________ 133

Figura 130. Válvula de control de tiro. Manivela de control (Derecha) ____________________ 134

Figura 131. Temperatura de los gases debajo de las pailas evaporadoras ___________________ 138

Figura 132. Distribución en planta de los trapiches ____________________________________ 143

Figura 133. Planta arquitectónica de los trapiches ____________________________________ 144

Figura 134. Replanteamiento para la construcción de los trapiches _______________________ 145

Figura 135. Corte y vista longitudinal del trapiche ____________________________________ 146

Figura 136. Corte transversal y vista frontal de los trapiches ____________________________ 147

Figura 137. Área de apronte ______________________________________________________ 148

Figura 138. Área de descargue del bagazo del molino __________________________________ 148

Figura 139. Cuarto de batido y moldeo _____________________________________________ 149

Figura 140. Vista externa del cuarto de batido y de los andenes. _________________________ 150

9

1. INTRODUCCIÓN

La Gobernación del Huila y su Sistema Departamental de Ciencia, Tecnología e Innovación,

ONF Andina Sucursal Colombiana de ONF International y La Federación Nacional de

Paneleros de Colombia - FEDEPANELA, presentan el informe final, con los resultados del

proyecto “Innovación tecnológica e investigación participativa para el mejoramiento de la

eficiencia económica y ambiental de los sistemas paneleros de economía campesina en los

municipios de Isnos y San Agustín n el sur del departamento del Huila” ejecutado en el

marco del Convenio Especial de Cooperación No. 0277 de 2013, financiado con recursos del

Sistema General de Regalías del Fondo CTeI.

El proyecto surgió por la necesidad de dar solución al bajo nivel tecnológico existente en el

manejo del cultivo de caña y en los procesos de producción de Panela en el sur del

departamento del Huila, que en parte se debe al uso de variedades tradicionales de bajo

rendimiento, a un manejo agronómico inadecuado y a trapiches e instalaciones ineficientes

en la extracción y transformación del guarapo de la caña.

En el presente informe final, se presentan los resultados de la investigación sobre el

comportamiento agroindustrial de ocho (8) variedades de caña panelera en las condiciones

agroecológicas de los municipios de Isnos y San Agustín en el Sur del Huila, durante los años

2014 al 2017. Investigación que incluyo cinco (5) nuevas variedades para la región reportadas

por Corpoica y Cenicaña y tres (3) existentes en el área de estudio, evaluadas a nivel

experimental durante el primer ciclo de producción, en cinco microrregiones (3 en Isnos y 2

en San Agustín) priorizadas especialmente por la altitud, entre los 1.600 y 2.050 msnm, así

como las variables agroecológicas.

De igual forma, se presentan los resultados de la evaluación participativa de 4 variables

agronómicas que impactan significativamente en los rendimientos de caña (Saccharum

officinarum L) y panela, por unidad de área, los cuales son, Sistema de siembra, Sistema de

corte, Fertilización y Optimización del periodo vegetativo, en las cinco microrregiones

priorizadas.

Finalmente, se presentan los resultados del mejoramiento de la infraestructura para la

agroindustria panelera y los efectos en la productividad, que ha conllevado a la optimización

de los procesos, la disminución del impacto ambiental y el mejoramiento de los ingresos de

los productores mediantes esquema asociativos.

La presente documento, es producto de un esfuerzo colectivo de investigadores, consultores

y técnicos de ONF Andina, Fedepanela, Secretaria de Agricultura Departamental del Huila,

Sena, Alcaldías y productores de caña de Isnos y San Agustín, el soporte técnico de Corpoica,

quienes contribuyeron y acompañaron el proceso de investigación participativa para validar

10

innovaciones tecnológicas en el manejo agronómico de los cultivos, como insumo para el

fortalecimiento de la producción panelera en el Sur del Huila.

Con la evaluación de nuevas variedades y la implementación de las prácticas agronómicas,

que presentaron los mejores resultados, se incrementan los rendimientos en caña y en panela

por hectárea; a estos resultados se suman las mejoras obtenidas con el establecimiento las 15

hornillas ecoeficientes, que se resumen en el incremento del porcentaje de extracción, el

incremento en las capacidades instaladas de producción, la sustitución del uso de leña y

llantas usadas como material combustible y la disminución de gases de efecto invernadero

emitidos al ambiente, definiendo de esta forma, a través de la investigación y la innovación,

la ruta para que el Departamento del Huila logre mayor productividad y menor impacto

ambiental en su producción Panelera.

11

2. COMPONENTE MATERIALES GENÉTICOS Y

MANEJO AGRONÓMICO

El Departamento del Huila aporta aproximadamente el 4,43% de la panela que se produce en

el país (Agronet, 2007). Con un total de 12.864 ha de caña cultivada y un rendimiento

promedio de 7.44 t de caña por hectárea. Los municipios de más representativos son Isnos,

con una participación del 33,3% del área cultivada y 39,4% de la panela producida y San

Agustín con una participación de 25,5% del área cultivada y 27,4% de la panela producida.

Los dos municipios con producciones promedio de 8 toneladas de panela por hectárea.

(Gobernación del Huila, 2014).

En total, los dos municipios, aportan el 66,7% de la producción de panela del departamento.

En cuanto a la productividad, el anuario estadístico del Huila reporta una producción de 8

toneladas de panela por hectárea lo cual es muy inferior al potencial productivo según la

oferta ambiental de la zona productora de caña. A partir de consultas con los productores, se

determinó que los bajos rendimientos obedecen al uso de materiales genéticos de bajos

rendimientos así como un bajo nivel tecnológico en el cultivo.

Se identificó que se realizan prácticas inadecuadas como la cosecha de la caña cuando esta

no ha alcanzado su madurez fisiológica adecuada y en otros casos cuando los tallos están

sobre maduros. Así mismo, se determinó que no se realiza un plan de nutrición del cultivo

que permita que las variedades manifiesten todo su potencial productivo debido al

desequilibrio de los suelos desde el punto de vista químico y a la aplicación de fertilizantes

sin un criterio técnico.

Por otro lado, se identificó aspectos de importancia a evaluar como los sistemas de siembra

y de cosecha que pueden afectar los rendimientos de los cultivos.

Si bien la zona productora de caña en el departamento es relativamente homogénea, las

condiciones edafoclimáticas presentan variaciones en términos espaciales y temporales. Con

el fin de evaluar la variabilidad espacial de los tratamientos y el comportamiento en general

de las variables que afectan la productividad del cultivo, se estableció una división de la zona

productora en 5 ambientes que se denominaron Microrregiones (MR).

En cada MR se estableció una parcela experimental por cada tratamiento donde se evaluó los

indicadores productivos de mayor interés por parte de los productores como la productividad

en toneladas de caña por ha (TCH) y la producción de panela por hectárea (TPH). Así mismo

se evaluó otras variables con potencial como la producción de cogollo y la producción de

cachaza entre otros.

12

2.1. LINEA BASE

Con el objetivo de determinar las prácticas realizadas por los productores de los Municipios

de Isnos y San Agustín que permitan identificar los testigos de los experimentos a realizar

dentro del marco del proyecto, se levantó información a una muestra de 200 productores en

los dos municipios que representan aproximadamente un 10% del total de los productores.

Se indagó sobre las áreas totales de las unidades productivas y las áreas dedicadas al cultivo

de caña, las variedades cultivadas en cada predio, el uso de la práctica de fertilización y tipo

de fertilizantes utilizados, el sistema de cosecha realizado, el sistema de siembra, el tipo de

manejo de arvenses y el tipo de trapiche donde benefician la caña.

2.1.1. Municipio de Isnos

2.1.1.1. Áreas dedicadas al cultivo de caña en las unidades productivas en el

municipio de Isnos.

Se consultó a 120 productores quienes reportaron un área de 548 ha de las cuales 354 ha se

encuentran cultivadas en caña con una distribución por microrregión como se muestra en la

(Tabla 1). Un 65% del área total de las Unidades Productivas se encuentran cultivadas en

caña.

Tabla 1. Porcentaje del área de las Unidades productivas cultivadas en caña por MR en

Isnos

Micro-región Área UP (ha) Área en Caña

(ha)

Área en Caña

(%)

MR 1, 2 y 3 548 354 65

MR 1 179 147 82

MR 2 318 174 55

MR 3 52 34 65

2.1.1.2. Variedades cultivadas en el Municipio de Isnos

Se consultó sobre las variedades cultivadas en las unidades productivas por cada

microrregión. Se encontró que para el total de los encuestados, la variedad Palmireña es la

más cultivada seguida por las variedades Rucia, Patepalomo y RD7511 respectivamente

(Figura 1).

13

Figura 1. Variedades cultivadas en el municipio de Isnos

No obstante, según comentarios de los encuestados, la variedad RD75-11, viene desplazando

a las variedades Rucia y Patepalomo, al presentar mayores rendimientos y un menor periodo

vegetativo. Esta variedad ha incrementado las áreas cultivadas especialmente en la

microrregión 1.

2.1.1.3. Sistema de corte utilizado en el Municipio de Isnos

En cuanto al sistema de corte, de manera general los productores encuestados reportan una

mayor área cosecha mediante el sistema de corte por parejo. En el caso de las microrregiones

la tendencia es igual para las microrregiones 1 y 2, en la número 3 se reporta cosecha

totalmente por el sistema de corte por parejo (Figura 2).

Figura 2. Sistemas de corte utilizados en el municipio de Isnos.

0

20

40

60

80

100

120

FREC

UEN

CIA

MR 1, 2 Y 3

MR 1

MR 2

MR 3

0

50

100

150

200

250

Corte parejo Corte entresaque

ha

MR 1, 2 Y 3

MR 1

MR 2

MR 3

14

2.1.1.4. Uso de fertilización en el municipio de Isnos

En cuanto al uso de fertilización, la gran mayoría de los encuestados reportan el uso de

fertilizantes en los cultivos (Figura 3). En cuanto a los productos comúnmente utilizados, el

de mayor uso es el de fórmula 15-15-15 y en un menor porcentaje la formulación 10-30-10

y formulaciones a partir de fuentes simples como DAP, KCL, Urea y Agrimins. (Figura 4)

Figura 3. Uso de fertilización en el municipio de Isnos

0

20

40

60

80

100

120

NO SI

PR

OD

UC

TOR

ES MR 1, 2 Y 3

MR 1

MR 2

MR 3

15

Figura 4. Fertilizantes utilizados en la fertilización en el municipio de Isnos.

2.1.1.5. Control de arvenses utilizados en el Municipio de Isnos.

El control de las arvenses se realiza de manera mixta en su gran mayoría mediante el uso de

herbicidas y controles manuales (Figura 5). La gran mayoría de los productores realiza una

o dos aplicaciones de herbicidas mezclados dos o tres productos y posteriormente realiza una

deshierba manual.

Figura 5. Métodos de control de arvenses utilizados en el municipio de Isnos.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Triple15 10-30-10 DAP 10-20-20 CAL KCL AGRIMIN Urea

PR

OD

UC

TOR

ES

MR 1, 2 Y 3

MR 1

MR 2

MR 3

0

20

40

60

80

100

120

MANUAL-QUIMICO MANUAL

PR

OD

UC

TOR

ES MR 1, 2 Y 3

MR 1

MR 2

MR 3

16

2.1.1.6. Tipo de trapiche Utilizado en el beneficio de la caña en el Municipio de

Isnos.

La gran mayoría de los productores beneficia su cultivo en trapiches particulares donde pagan

por el servicio. Un número menor lo hace en trapiches comunitarios ya sea de asociaciones

o familiares (Figura 6).

Figura 6. Trapiches utilizados en el beneficio de la caña en el municipio de Isnos

2.1.2. Municipio de San Agustín

2.1.2.1. Áreas dedicadas al cultico de caña en las unidades productivas en el

municipio de San Agustín.

Se consultó a 80 productores quienes reportaron un área de 515 ha de las cuales 207 se

encuentran cultivadas en caña con una distribución por microrregión como se muestra en la

(Tabla 2). De manera general, un 40% del área de las unidades productivas se encuentra

cultivada en caña, esta proporción es mayor en la MR 1 la cual presenta un 67 % respecto a

un 33% de la MR 2.

Tabla 2. Porcentaje del área de las Unidades productivas cultivadas en caña por

Microrregión en el Municipio de San Agustín

Micro-región Área UP (ha) Área en Caña

(ha)

Área en Caña

(%)

MR 1 y 2 515 207 40

MR 1 104 70 67

MR 2 411 137 33

0

20

40

60

80

100

120

PARTICULAR PARTICULAR-COMUNITARIO

COMUNITARIO

PR

OD

UC

TRES

MR 1, 2 Y 3

MR 1

MR 2

MR 3

17

2.1.2.2. Variedades cultivadas en el Municipio de San Agustín.

Se consultó sobre las variedades cultivadas en cada microrregión. Se encontró que para el

total de los encuestados, la variedad Palmireña es la más cultivada seguida por la variedad

Rucia, Patepalomo y Reina respectivamente (Figura 7).

Figura 7. Variedades cultivadas en el municipio de San Agustín.

2.1.2.3. Sistema de corte utilizado en el Municipio de San Agustín.

En cuanto al sistema de corte, los productores encuestados reportan una mayor área cosecha

mediante el sistema de corte por entresaque. En la microrregión 1, se reporta áreas muy

similares para cada sistema de cosecha. (Figura 8).

0

10

20

30

40

50

60

70

80

FREC

UEN

CIA

MR 1 Y 2

MR 1

MR 2

18

Figura 8. Sistemas de corte utilizados en el Municipio de San Agustín

2.1.2.4. Uso de fertilización en el municipio de San Agustín

En cuanto al uso de fertilización, la mayoría de los encuestados reportan utilizar fertilización

para los cultivos. Figura 9 En cuanto a los productos, el 15-15-15 es el que más se utiliza en

la fertilización, en un menor porcentaje la fertilización orgánica. Figura 10

Figura 9. Uso de Fertilización en el municipio de San Agustín.

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

Corte parejo Corte entresaque

HA

S MR 1 Y 2

MR 1

MR 2

0

10

20

30

40

50

60

70

SI NO

PR

OD

UC

TOR

ES

MR 1 Y 2

MR 1

MR 2

19

Figura 10. Fertilizantes utilizados en el Municipio de San Agustín.

2.1.2.5. Control de arvenses utilizados en el Municipio de San Agustín.

El control de las arvenses se realiza de manual en su gran mayoría el uso de herbicidas no es

muy común (Figura 11).

Figura 11. Métodos de control de arvenses utilizados en el municipio de San Agustín.

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45P

RO

DU

CTO

RES

MR 1 Y 2

MR 1

MR 2

0

10

20

30

40

50

60

70

MANUAL MANUAL-QUIMICO MECANICO

PR

OD

UC

TOR

ES

MR 1 Y 2

MR 1

MR 2

20

2.1.2.6. Tipo de trapiche Utilizado en el beneficio de la caña en el Municipio de

San Agustín.

La gran mayoría de los productores beneficia su cultivo en trapiches particulares donde pagan

por el servicio. Un número menor lo hace en trapiches comunitarios ya sea de asociaciones

o familiares (Figura 12).

Figura 12. Trapiches utilizados en el beneficio de la caña en el municipio de San

Agustín.

2.1.3. Conclusiones de la información colectada en la Línea base

La variedad más cultivada es la Palmireña tanto para el Municipio de Isnos como para San

Agustín. Seguidamente se encuentra la Rucia, no obstante, en el municipio de Isnos ésta

variedad está siendo reemplazada por la RD75-11 la cual ha incrementado las áreas

cultivadas en los últimos años.

En base a esto, las variedades testigo para los experimentos están entre Palmireña, Rucia y

RD 75-11. En cuanto a la fertilización, la gran mayoría utiliza 15-15-15 en los dos municipios

con aplicaciones de 7 bultos por hectárea en promedio.

El sistema de corte se realiza de manera equilibrada en Isnos y en el caso de san Agustín,

predomina el corte por entresaque.

El control de malezas se realiza de manera mixta mediante el uso de herbicidas y manual en

el caso de Isnos, y de manera manual mayormente en San Agustín.

En la (Tabla 3Tabla 3 Testigos seleccionados a partir de la línea base), se presenta los testigos

para cada variable por MR y por Municipio.

0

10

20

30

40

50

60

PARTICULAR COMUNITARIO C. VAPOR

PR

OD

UC

TOR

ES

MR 1 Y 2

MR 1

MR2

21

Tabla 3 Testigos seleccionados a partir de la línea base

Municipio MR Variedades de

mayor uso Fertilizante

Sistema

de

siembra

Sistema

de corte

Isnos

MR1 Palmireña, RD 75-

11 15-15-15 Mateado Parejo

MR2 Palmireña, Rucia 15-15-15 Mateado Parejo

MR3 Palmireña, Rucia 15-15-15 Mateado Parejo

San

Agustín

MR1 Palmireña, Rucia 15-15-15 Mateado Entresaque

MR2 Palmireña, Rucia 15-15-15 Mateado Entresaque

2.2. DETERMINACIÓN DE MICRORREGIONES

La oferta ambiental de cada región determina, junto con el potencial genético de las

variedades la productividad de los cultivos y la calidad del producto en el caso de la panela.

Las condiciones ambientales presentes en los Municipios de Isnos y San Agustín, presentan

variaciones en cuanto al relieve y altitud principalmente que hacen que se presentes

diferencias en la productividad de los cultivos de caña, en especial en el periodo vegetativo

el cual se incrementa en relación a la temperatura, la cual a su vez está condicionada por la

altitud.

Para la zonificación de los municipios en ambientes productivos o Microrregiones, se utilizó

principalmente la variable altitud la cual determina el periodo vegetativo del cultivo. Para

esto se estableció los límites altitudinales entre los cuales se encuentran los cultivos de caña

los cuales fueron de 1.600 a 2.050 msnm para el municipio de Isnos y de 1.600 a 1.900 msnm

para el municipio de San Agustín. A partir de esta información se estableció un rango de 150

m por microrregión obteniéndose 3 ambientes para el municipio de Isnos y 2 en el municipio

de San Agustín.

En cada ambiente delimitado se estableció una parcela experimental por cada variable a

evaluar propuesta por el proyecto; evaluación del periodo vegetativo y optimización de

cosecha, evaluación de sistemas de corte o cosecha, evaluación de prácticas agronómicas de

sistemas de siembra y fertilización y evaluación de 7 materiales genéticos promisorios de

caña panelera.

2.2.1. Variables contempladas para la determinación de microrregiones

2.2.1.1. Veredas con sistemas de producción de caña y panela

Para establecer la zona de estudio se tomó en cuenta las veredas sobre las cuales se

desarrollan los cultivos de caña. Aunque algunas zonas en los dos municipios presentan

22

potencial para la producción de caña, estás están dedicadas a otros cultivos como el café

sobre la zona más baja y frutales de clima medio en la zona más alta.

2.2.1.2. Altitud

Para establecer el rango altitudinal sobre el cual se encuentran los cultivos de caña en los dos

municipios y determinar los límites del estudio en cuanto a altitud, se generó curvas de nivel

a partir de un modelo digital de elevación obtenido a partir de las escenas

ASTGTM2_N02W077 y ASTGTM2_N01W077 de ASTER GDEM (NASA, METI, 2014)

mediante el software QGIS (QGIS, 2016). Una vez generadas las curvas de nivel fueron

sobrepuestas sobre el mapa de los municipios y las áreas de caña georreferenciadas1. De este

modo se estableció como límites de altitud del estudio los 1.600 y 2.050 msnm para el caso

de Isnos (Figura 13) y 1.600 y 1.900 msnm para San Agustín (Figura 14).

Figura 13 Límites altitudinales del cultivo

de caña en Isnos

Figura 14 Límites altitudinales del cultivo

de caña en San Agustín.

2.2.1.3. Unidades geomorfológicas sobre las cuales se desarrolla el cultivo de caña

Mediante el uso de herramientas SIG e información geográfica de las unidades

geomorfológicas identificadas en la región objeto del estudio, se determinó que los cultivos

de caña panelera se desarrollan principalmente sobre las unidades de Altiplanicie y Lomerío,

y en menor proporción sobre la unidad montaña (Figura 15). La región sobre la cual se

desarrollan los cultivos presenta un relieve ondulado con pendientes variables y lomas y/o

colinas con cimas del mismo nivel. La región está influenciada por los valles de los ríos

Magdalena y Mazamorras los cuales atraviesan la zona productora de caña.

1 Información suministrada por la Gobernación del Huila. (Formato Shape file).

23

Figura 15. Unidades geomorfológicas sobre las cuales se desarrolla el cultivo de caña.

Con base en el análisis de la información y las variables contempladas en la determinación

de las MR, se procedió a clasificar las veredas productoras de caña según la MR a la cual

pertenecen (Tabla 4). Es importante anotar que algunas veredas se hacen parte de dos MR

debido a que se encuentran localizadas en un rango actitudinal contemplado en dos MR.

Las Microrregiones por cada municipio se establecieron según se muestra en la (Figura 16)

y la (Figura 17).

Tabla 4 Calificación de veredas productoras de caña panelera por MR

MUNICPIO MR VEREDAS

ISNOS

MR1

Bajo Planes, La Muralla, Ciénaga Grande, Bajo Brisas, Alto

Brisas, La Florida, Mondeyal, San Lorenzo, La Marquesa,

Mortiño, Rodrigo Lara, Bajo Junín, Diamante.

MR2

Salto de Bordones, El Jardín, Alto Planes, Sinaí, Delicias, La

Florida, El Progreso, Plomadas, Ciénaga Chiquita, Alto

Mondeyal, Canastos, El Trébol, Primavera, Cañaveral, Los Ídolos,

Las Guacas, Betania, Salén, Porvenir, Bajo Junín, Capillas,

Diamante, Palmeiras.

MR3 Hornitos, Palmeiras, Yarumal, Alto Junín, Silvania, Yarumal, El

Progreso, Jerusalén, Sinaí, Rivera, Buenos Aires.

SAN

AGUSTÍN MR1

Platanares, Palmar, Obando, El Jabón, Cascajal, El Carmen,

Magdalena, Villa Fátima, Resinas, Aguadas, Chaquira, El Tablón,

Arauca2.

24

MR2

Palmar, Peñas Blancas, Agua Bendita, El Jabón, Cascajal,

Eucaliptus, La Magdalena, Villa Fátima, La Perdiz, Pradera,

Resinas, Quebradillas, Luis Carlos Galán, Arauca1, Saldaña,

Arauca2, Mesitas, La Candela, Nueva Zelanda, Purutal, Aguadas,

La Chaquira.

25

Figura 16. Localización de Microrregiones en el Municipio de Isnos

26

Figura 17. Localización de Microrregiones en el municipio de San Agustín

27

2.3. SELECCIÓN DE PREDIOS

El proyecto contempla que la investigación se realice con una participación activa de los

productores. En la práctica, los productores realizar aportes importantes en el desarrollo de

la metodología y a su vez, adquieren y apropian conocimientos garantizando una mayor

eficacia en la trasferencia del conocimiento y puesta en prácticas de la recomendaciones.

Esto se logra siempre y cuando los productores mantengan un compromiso hacia el proceso

de investigación y realicen con entusiasmo las labores en cada etapa del cultivo y evaluación

de las variables a evaluar.

La elección de los productores se realizó teniendo en cuenta la localización de sus predios

los cuales deben encontrarse dentro de las microrregiones establecidas y contar con

disponibilidad de terreno de características típicas de la microrregión y que permita el

establecimiento de las parcelas según el diseño experimental propuesto. En la (Tabla 5) se

presenta los productores y predios elegidos para el desarrollo de la investigación.

Adicionalmente el productor debe contar con la disponibilidad económica y de mano de obra

para realizar las labores agronómicas del cultivo y velar por su buen desarrollo. El proyecto

brindó apoyo en el suministro de semillas, fertilizantes y enmiendas, análisis de suelos, apoyo

parcial de mano de obra y el seguimiento y acompañamiento por parte del equipo técnico.

Por cada microrregión se eligió a 4 predios buscando una buena distribución que permitan

obtener resultados aplicables a toda la zona, y se instaló una parcela por cada variable a

evaluar. La distribución de los predios se muestra en la (¡Error! No se encuentra el origen

e la referencia.).

28

Figura 18. Localización de parcelas experimentales en las microrregiones.

Tabla 5 Productores y predios seleccionados para el desarrollo de la investigación

MICRORREGIÓN PRODUCTOR

NOMBRE

DEL

PREDIO

VEREDA PARCELA

EXPERIMENTO

MR 1 Isnos

1600 -1750 msnm

Linda Lucía Rojas Lote Alicia

Ciénaga

Grande Periodo vegetativo

Fenelón Bolaños Belén Mondeyal Fertilización

Fabio Gallardo Pensilvania Mondeyal Variedades

Armando Cerón

Bolaños La Lotería Bajo Brisas Sistema de corte

MR 2 Isnos

1750 -1900 msnm

José Ricardo Muñoz

Ortiz Patio Bonito Plomadas Periodo vegetativo

Jairo Tomás Cerón El Porvenir Ídolos Fertilización

Ricardo Cerón Buenavista Cañaveral Variedades

Eivar Muñoz

Rodríguez Los Laguitos Plomadas Sistema de corte

MR 3 Isnos

1900 -2050 msnm

Dagoberto Muñoz Campo Bello Alto Junín Periodo vegetativo

Joel María Muñoz El Edén Silvania Fertilización

Joel María Muñoz El Edén Silvania Variedades

Yubeli Muñoz Hueco Lindo Alto Junín Sistema de corte

29

MR 1 San Agustín

1600 -1750 msnm

Bety Quinayás

San

Cayetano Palmar Periodo vegetativo

Luz Elena Quinayás

La

Esperanza Palmar Fertilización

Asopromacol Asopromacol Obando Variedades

Clemente Quinayás El Naranjo Palmar Sistema de corte

MR 2 San Agustín

1750 -1900 msnm

Jorge Iván Muñoz El Cedro Quebradillas Periodo vegetativo

Jorge Iván Muñoz EL CEDRO Quebradillas Fertilización

Servio Tulio Bolaños La Florida El Jabón Variedades

Alfonso Bolaños

Gómez La Chinita El Jabón Sistema de corte

30

2.4. INSTALACIÓN DE PARCELAS

La instalación de las parcelas se realizó bajo la supervisión del equipo técnico del proyecto.

En cada predio elegido, se realizó el trazado de las parcelas localizando las unidades

experimentales según el diseño experimental de bloques al azar con tres repeticiones (Figura

19).

Figura 19. Diseño de boques al azar con 3 repeticiones para una parcela de evaluación

de materiales genéticos

La adecuación del lote se realizó según las prácticas particulares realizadas en cada MR y los

requerimientos de cada terreno, en algunos casos se realizaron preparación con arado de

bueyes y en otros, se realizó sólo el surcado o la excavación de cajuelas para la siembra por

el sistema mateado.

La siembra se realizó utilizando los métodos y distancias de siembra utilizados por los

productores en cada MR, salvo en el caso dónde se evaluaba el sistema de siembra el cual

fue determinado por el equipo técnico según el modelo experimental.

Durante el desarrollo del cultivo, se mantuvo un acompañamiento permanente y asistencia

técnica por parte del equipo técnico hasta el momento de la cosecha.

31

Fotografía 1 Siembra - sistema chorrillo

Fotografía 2 Preparación de terreno con

yunta de bueyes

2.5. PROGRAMA DE FERTILIZACIÓN

El cultivo de la caña presenta una alta extracción de nutrientes los cuales generalmente no se

encuentran disponibles en el suelo requiriendo de aportes mediante la aplicación de

fertilizantes para lograr una nutrición adecuada de cultivo que permita a las variedades

expresar su máximo potencial productivo (García, et al., 2007).

Los suelos utilizados para la producción de caña panelera en Colombia, presentan una

moderada a baja fertilidad natural por lo cual se requiere de la implementación de un

programa de fertilización basado principalmente aplicaciones de Nitrógeno (N), Fósforo (P)

y Potasio (K). También es importante determinar os requerimientos de los nutrientes

secundarios Calcio (Ca), Magnesio (Mg), Azufre (S) y menores Boro (B), Zinc (Zn),

Molibdeno (Mb) y Sílice (Si) (Gómez & Miranda, 2009).

Como se presenta en el capítulo de determinación de microrregiones, los cultivos de caña en

la zona de estudio se encuentran principalmente en las unidades geomorfológicas altiplanicie

y lomerío. Estos suelos presentan moderadas tasas de erosión y una fertilidad media

requiriéndose la aplicación de fertilizantes que permitan obtener rendimientos adecuados

según las variedades cultivadas. Adicionalmente los suelos presentan bajo pH y, en algunos

casos altos porcentajes de acidez especialmente por Aluminio (Al), requiriendo se la

aplicación de enmiendas encalantes para mejorar estas condiciones que permitan un

adecuado desarrollo de los cultivos.

32

2.5.1. Análisis de suelos

Con el fin de determinar los requerimientos de fertilización en cada una de las parcelas

experimentales, se realizó un análisis de suelos por cada parcela. Las muestras se tomaron

tomando varias sub-muestras por cada parcela haciendo un recorrido en zigzag para

finalmente obtener de la mezcla de las sub-muestras una muestra de aproximadamente 1 Kg.

de suelo. Cada sub-muestra se obtuvo cavando un hoyo en “V” de aproximadamente unos 30

cm. de profundidad del cual se tomó una tajada de unos 3 cm de una de las paredes teniendo

especial cuidado de que la muestra no contenga ningún residuo vegetal u otro contaminante

según la recomendación de (Gómez & Miranda, 2009).

Las muestras obtenidas fueron remitidas al laboratorio de Corpoica para su respectivo

análisis.

2.5.2. Resultados de análisis de suelos

2.5.2.1. Acidez (pH)

Como se observa en la (Figura 20), en las muestras analizadas se encuentran 4 resultados

entre 4,5 y 5 clasificados como Muy fuertemente ácido; 10 entre 5,1 y 5,5 Fuertemente ácido,

y sólo 6 lotes se encuentran en el rango óptimo para el cultivo entre 5,5 y 6,0 moderadamente

ácido. Esta condición presupone que el 70% de los suelos del área de investigación requieren

de la aplicación de enmiendas destinadas a la corrección de a acidez para lograr un óptimo

desarrollo de los cultivos. Los materiales a utilizar dependerán de las deficiencias que se

encuentren en los elementos Calcio (Ca) y Magnesio (Mg), así como los requerimientos para

la neutralización de Aluminio (Al).

2.5.2.2. Materia Orgánica (MO)

La materia orgánica (MO) determina en gran medida la fertilidad de los suelos al ser parte

fundamental en la dinámica de mineralización de nutrientes y generación de sustancias

requeridas en la nutrición vegetal. El contenido de MO está directamente relacionado con el

contenido de Nitrógeno, uno de los tres elementos mayores requeridos en mayor proporción

por el cultivo para su desarrollo óptimo.

En el cultivo de la caña, el nitrógeno estimula el crecimiento de la caña siendo el responsable

del macollamiento y la producción de biomasa. Sin embargo, aplicaciones excesivas y tardías

de este elemento ocasionan retardo en la maduración, formación de retoños y tallos acuosos

entre otros que ocasionan efectos negativos en la calidad de la panela. Por esta razón, cuando

se instala un cultivo en suelos con altos contenidos de materia orgánica, existe el riesgo de

obtener panela de baja calidad.

33

Figura 20. pH encontrados en los análisis

de suelos.

Figura 21. Contenido de MO en los

análisis de suelos.

Según los resultados de los análisis de suelos, sólo tres parcelas se eneuntran en un rango

optimo, uno presenta un nivel bajo y los demás presentan excesos. Esta condición se presenta

principalmente debido a que los lotes usados para la investgación son lotes provenientes de

rastrojos o potreros los cuales, generalmente mantienen altos contenidos de materia orgánica.

Esto supone que se debe precindir de las aplicaiones de Nitrógeno (N) para el plan de

nutrición de estas parcelas para evitar excesos que afecten la calidad de la panela salvo en lo

casos en los cuales se presenta bajos contenidos de MO.

2.5.2.3. Fosforo (P) y Potasio (K)

El fósforo y el Potasio, junto con el Nitrógeno son los elementos requerido en mayor

proporción por el cultivo. El fosforo en un elemento importante ya que se encuentra en los

puntos de crecimiento de la planta además de participar en la trasformación de azúcares

simples a sacarosa y en la asimilación de Nitrógeno. Por su parte el Potasio es el responsable

de la formación de almidones y azúcares, así como del uso óptimo de agua por el cultivo

(Osorio, 2007). Las deficiencias de Potasio ocasionan bajos rendimientos.

34

Figura 22. Contenido de Fosforo (P) en

los análisis de suelos.

Figura 23. Contenido de Potasio (K) en

los análisis de suelos.

Como se aprecia en la (Figura 22), los cometidos de Fósforo (P) en los suelos de todas las

parcelas se encuentran por debajo de las 10 ppm clasificado como un nivel muy bajo para el

método de extracción Bray II. Esta condición es normal en suelos derivados de cenizas

volcánicas como los presentes en la zona donde se desarrolla la investigación.

Por su parte, los contenidos de Potasio (K) (Figura 23) se encuentran en un rango bajo, o muy

cercano al límite inferior del nivel medio en 10 de las muestras analizadas, cinco presentan

un nivel medio y sólo cinco presentan niveles altos. Esto significa que un 75% de los suelos

analizados requiere de aplicaciones de este elemento para garantizar un óptimo desarrollo del

cultivo.

2.5.2.4. Elementos mayores secundarios (Ca, Mg, S)

Además de los elementos mayores principales (N, P y K), la caña requiere de otros elementos

denominados mayores secundarios como el Calcio (Ca), Magnesio (Mg) y azufre (S) para su

ben desarrollo y productividad.

El Calcio es fundamental en el desarrollo de los meristemos tanto en raíces como en los tallos.

Las deficiencias de calcio causan un desarrollo de tallos más delgados y débiles llegando

inclusive a detenerse el desarrollo de la planta hasta causar su muerte. Al igual que con el

Calcio, la deficiencia de Magnesio producen debilitamiento de los tallos y restricción en el

sistema radicular. Por su parte, las deficiencias de Azufre (S), interfieren en el buen

35

funcionamiento de la fotosíntesis, proceso vital de la planta para su desarrollo y producción

(Duran, 1995).

Figura 24. Contenido de elementos mayores secundarios (Ca, Mg y S) en los análisis

de suelos.

Como se observa en la (Figura 24), los contenidos de Calcio (Ca) en los suelos de las parcelas

experimentales se encuentran en el rango medio (7), bajo (8) y Muy bajo (5). Por su parte, la

gran mayoría de los suelos presenta deficiencia de Magnesio (Mg) con únicamente (2)

parcelas con contenidos medios del elemento, (1) con contenido muy bajo y (17 con

contenido bajo. Par el caso del Azufre (S), los contenidos de este elemento son bajos en el

95 % de los análisis con sólo (1) con contenido medio.

Los resultados de los análisis ponen de manifiesto la importancia de elaborar un plan de

fertilización que contemple los requerimientos de los elementos secundarios ya que, en la

gran mayoría de los suelos analizados se presentan deficiencias.

2.5.2.5. Elementos menores

Los elementos menos son requeridos por el cultivo en cantidades pequeñas. Estos elementos

son de gran importancia ya que participan de diferentes procesos enzimáticos, formación de

clorofila y trasporte de carbohidratos principalmente (Duran, 1995).

36

Como se muestra en la (Figura 25), de manera general, el contenido de cobre (Cu) se

encuentra en un rango medio, el contenido de Boro (B) presenta en todos los casos un rango

bajo, el contenido de Zinc (Zn) se encuentra en un rango medio en el 50% de los suelos y en

un rango bajo el otro 50%, los contenido de Hierro son altos en todos los casos, condición

que es muy normal en este tipo de suelos derivados de cenizas volcánicas, y finalmente el

contenido de manganeso se encuentra en un 50% con contenido bajo y el 50% restante con

contenido medio.

Según estos resultados, el plan de fertilización debe contemplar la aplicación de los

elementos menores, en especial B y Zn que son elementos de mucha importancia para el

desarrollo adecuado del cultivo.

Figura 25. Contenido de elementos menores en los análisis de suelos.

2.5.2.6. Saturación de Aluminio (Al) y relaciones catiónicas.

El Aluminio (Al), cuando se encuentra en grandes concentraciones en el suelo causa

fitotoxicidad en los cultivos. El principal efecto de la toxicidad se presenta por la inhibición

del desarrollo de las raíces a causa de la interferencia en diferentes procesos metabólicos

(Narvaez, 2001). Esto a su vez, ocasiona deficiencias en el desarrollo de las plantas.

La (Figura 26), muestra saturación de Aluminio mayor a un 20% que es la saturación máxima

que tolera el cultivo de la caña (Castro & Gómez, 2013), en (5) de los suelos de las parcelas

37

experimentales. Para lograr un buen desarrollo de las parcelas que presentas está

característica, se requiere de incluir en el plan de fertilización, la aplicación de encalantes

destinados a la neutralización del aluminio.

Como se observa en la (Figura 26), las relaciones catiónicas en la gran mayoría de los suelos

analizados se encuentran desbalanceadas con relaciones muy altas o muy bajas que generan

deficiencias de uno u otro elemento. Si se mantiene este desbalance al momento de la

fertilización, es muy probable que los nutrientes aplicados no sean aprovechados de manera

óptima. Por tal razón el primer paso, antes de iniciar con la formulación, debe ser la

corrección de la saturación de aluminio y el balance de las relaciones catiónicas.

Figura 26. Saturación de Aluminio (Al) y relaciones catiónicas en los análisis de

suelos

2.5.3. Formulación del pan de fertilización

2.5.3.1. Metodología

Para la determinación de los requerimientos nutricionales de los cultivos en las diferente

parcelas experimentales se utilizó el método de balance suelo – planta. Este método, mediante

cálculos matemáticos y trasformaciones y equivalencias químicas, compara la disponibilidad

de nutrientes en el suelo con los requerimientos del cultivo para una producción agronómica

38

óptima obteniendo la diferencia de nutrientes que se requiere aportar mediante la fertilización

(Castro & Gómez, 2013).

Los requerimientos de fertilización del cultivo para cada elemento se obtienen a partir de la

diferencia entre las cantidades reportadas por el análisis de suelos y los requerimientos de

cultivo para un rendimiento estimado. Adicionalmente el método toma en cuenta la eficiencia

de la fertilización la cual varía para cada nutriente y condición de suelo.

La fórmula general para determinar los requerimientos según (Castro & Gómez, 2013) se

presenta en la (Ecuación 1).

NF =Rpp − S

E x 100

Ecuación 1

Donde:

NF = Necesidades de fertilización para un nutriente determinado (Kg.ha-1/cosecha).

Rpp = Requerimiento nutricional ponderado para un potencial de producción

estimado (Kg.ha-1/cosecha).

S = Disponibilidad del nutriente en el suelo (Kg.ha-1/cosecha).

E = Eficiencia de la fertilización (%).

Para determinar la eficiencia en la fertilización se utilizó como referencia los valores

reportados por (Guerrero, 2001, citado por (Castro & Gómez, 2013)) como se observa

en la (Tabla 6).

Tabla 6. Factores de eficiencia para nutrientes aplicados al suelo a través de la

fertilización.

N 60 – 80% Mg 55 – 60% Mn 5 – 20%

P 10 – 45% S 60 – 70% Cu 10 – 20%

K 60 – 75% B 25 – 30% Zn 10 – 20%

Ca 55 – 75% Fe 5 – 20% Mo 2 – 5%

Como se mencionó anteriormente, el porcentaje de acidez intercambiable el cual en los suelos

de estudio corresponde básicamente a saturación de Aluminio (Al), puede afectar de manera

negativa la productividad de los cultivos. Debido a esto, es importante corregir esta condición

del suelo mediante la aplicación de productos básicos como Calcio (Ca) y Magnesio (Mg).

Para neutralizar 1 Meq de Al+3.100-1 g de suelo se requiere de la aplicación de 400 Kg de

Calcio equivalente a 1 t.ha-1 de CaCO3. (Castro & Gómez, 2013).

Sin embargo, los cultivos presentan tolerancia a ciertos niveles de acidez por Aluminio por

lo cual se requiere neutralizar una porción del Aluminio presente. Para el caso de cultivo de

la caña, la tolerancia es de un 20% aunque de manera general se usa como referencia un 15%

39

(Castro & Gómez, 2013). De este modo, es posible estimar los requerimientos de encalado a

partir de la (Ecuación 2) sugerida por (Castro & Gómez, 2013).

𝑡. ℎ𝑎−1CaCO3 = 1.5 (Al − RAS) (CICE)

100

Ecuación 2

Donde:

t.ha-1 CaCO3 = Toneladas de Carbonato de calcio requeridas para la neutralización

Al = Porcentaje de saturación de aluminio reportado en el análisis de suelos

RAS = Porcentaje de saturación de Aluminio deseado

CICE = Capacidad de Intercambio de Cationes Efectiva

Las relaciones entre los cationes (Ca, Mg y K), permiten un óptimo aprovechamiento de los

nutrientes. Por el contrario, un desbalance entre los cationes propicia el antagonismo de

algunos nutrientes dificultando la absorción de ciertos elementos que ocasiona deficiencias

en el cultivo pesar de que el elemento se encuentre disponible. La disponibilidad de estos

nutrientes, no está relacionada solamente con su contenido en el suelos, sino, además con la

proporción relativa de estos frente a los demás (Siavosh, 2012).

Este aspecto se tuvo en cuenta al momento de la elección y formulación de los minerales

formulados tanto como nutrientes como en la corrección de la saturación de acidez

intercambiable. La determinación de las cantidades a aplicar se basó en simples ecuaciones

aritméticas para determinar los balances más adecuados.

Existe diferencia en los valores reportados por varios autores como óptimos para las

relaciones catiónicas. Para efecto del presente trabajo se ha tomado como base los valores

reportados como óptimos por el laboratorio de suelos, aguas y foliar de Corpoica (Tabla 7).

Tabla 7 Rango óptimos de relaciones entre cationes.

Relación de Cationes Rango óptimo2

Ca/Mg 3 - 5

(Ca+Mg)/K 12 - 20

(Mg/K) 4 - 6

2.5.3.2. Requerimientos del cultivo

Para determinar los requerimientos nutricionales del cultivo, se usó como base las

recomendaciones de (Manrique & Ramirez, 2012) quienes proponen como requerimientos

2 Adaptado de los valores de interpretación de análisis de suelos reportados por el laboratorio de suelos, aguas y foliar de Corpoica.

40

nutricionales en el cultivo, con una producción proyectada de 180 t de caña/ha, las registradas

en la (Tabla 8).

Tabla 8 Requerimientos nutricionales de la caña para una producción estimada de 180

t.ha-1.

Elemento Kg.ha-1

Nitrógeno (N) 161

Fosforo (P) 56

Potasio (K) 195

Calcio (Ca) 63

Magnesio (Mg) 204

Azufre (S) 41

Cobre (Cu) 0,13

Boro (B) 0,52

Zinc (Zn) 0,60

Hierro (Fe) 3,20

Manganeso

(Mn) 2,80

2.5.3.3.Tratamientos de fertilización orgánica

La tendencia de los mercados de alimentos se dirige hacia la demanda de alimentos inocuos

por lo cual es importante evaluar alternativas de fertilización que permitan la producción de

alimentos ecológicos, al tiempo que se mantengan los rendimientos de los cultivos y no afecte

su rentabilidad.

Dentro de la zona de estudio se encuentra un sector productivo que ha iniciado un proceso

de conversión desde hace ya varios años hacia la agricultura orgánica y actualmente cuenta

con 30 ha certificadas y un comercio de su producto hacia mercados internacionales. En vista

de esto, dos parcelas experimentales que se encuentran dentro de su zona de influencia, han

sido manejadas mediante un programa nutricional basado en fuentes de origen natural como

extractos de rocas, cenizas de trapiches, elementos simples y materia orgánica.

Así mismo, y envista de la tendencia hacia la producción sostenible y ecológica de los

cultivos, se implementa un tratamiento con base en fuentes naturales de fertilización en la

evaluación de sistemas de fertilización que se desarrolla en todas las microrregiones.

La metodología para determinar las cantidades de fertilizante a aplicar, fue similar a la

utilizada en las recomendaciones de fertilización convencional. La diferencia radicó,

únicamente en los insumos utilizados.

41

Las recomendaciones hechas a las parcelas con tratamientos orgánicos, se basaron

principalmente en el uso de fosforita como fuente de Fosforo, dolomita como fuente de

Calcio y Magnesio, y Carbonato de calcio como fuente de Calcio y corrector de acidez. No

fue necesaria a aplicación de material orgánica como aporte de Nitrógeno, ya que los

resultados obtenidos en el análisis de suelos reportaron cantidades altas de materia orgánica.

Uno de los objetivos de la investigación, además de generar conocimiento sobre el manejo

de la nutrición en el cultivo, es que las fuentes utilizadas en las recomendaciones sean de uso

frecuente en la región y de fácil acceso por los productores. En vista de esto, y ante la

dificultad de encontrar fuentes de nutrientes avaladas por las normas de la agricultura

orgánica, se optó por utilizar los productos que más se acercaran a los requerimientos y

presenten menor proceso de síntesis. Esto tanto para las parcelas con manejo orgánico, como

para los tratamientos orgánicos en la evaluación de sistemas de fertilización.

2.6. EVALUACIÓN DE PARCELAS EXPERIMENTALES

2.6.1. Recolección de información en estado de desarrollo de las parcelas

Una vez establecidas las parcelas y, durante el desarrollo de las mismas se realizó el muestreo

de parámetros de importancia en la producción de la caña como germinación a los 45 días,

altura de los tallos, diámetros de tallos, número de tallos/ha, la afectación por barrenador, el

estado general del cultivo y el índice de madurez.

La (Tabla 9¡Error! No se encuentra el origen de la referencia.) muestra los parámetros

que fueron medidos durante el desarrollo de las parcelas y la edad del cultivo en la que se

realizó el muestreo.

Tabla 9 Información registrada durante el desarrollo de las parcelas

Edad del cultivo Información colectada

1.5 meses Germinación después de la siembra

6 meses Índice de infestación de barrenador

10 meses Afectación por enfermedades Foliares.

Altura y diámetro de tallos

15 meses Comportamiento agronómico, floración, volcamiento.

Altura y diámetro de tallos

Del mes 14 hasta la cosecha Índice de madurez

42

Fotografía 3 Medición del diámetro de tallos en

parcela experimental

Fotografía 4 Medición de altura de tallos en

parcela experimental

2.6.2. Recolección de muestras para análisis de parámetros agronómicos

Para determinar el efecto de cada tratamiento y su comportamiento respecto a los testigos, se

realizó un análisis agroindustrial que permitiera comparar los rendimientos en cuanto a

producción de caña y panela, así como la evaluación de características de importancia como

la susceptibilidad al ataque de barrenador, la producción de cogollo y palma y la producción

de cachaza, además de algunas características morfológicas como el largo y diámetro de los

tallos, el número de entrenudos.

Para determinar la productividad de los distintos tratamientos en cada parcela, se realizó la

colecta de muestras en un sitio al azar por cada unidad experimental. En cada sitio se cosechó

los tallos de 2 metros lineales de surco, a los cuales les fueron medidos los siguientes

parámetros: número de tallos, peso total de tallos, peso de palma y cogollo. Del total de los

tallos colectados se tomó una muestra de 5 tallos al azar y en cada tallo se midió: largo de

tallo molible, diámetro del tallo, número de entrenudos, número de entrenudos afectados por

barrenador e índice de madurez.

Los parámetros evaluados fueron:

• Producción de caña t/ha

• Producción de Cogollo t/ha

• Índice de infestación de Barrenador (%)

• Población de tallos No./ha

• Largo de tallos (cm)

• Diámetro de tallos (cm)

43

• Edad de cosecha (IDM)

Los datos obtenidos de la muestra fueron extrapolados según la densidad de siembra de cada

unidad experimental lo cual permitió estimar la producción por ha.

Este procedimiento se realizó en cada unidad experimental de cada variable evaluada en las

cinco microrregiones de los dos municipios.

La información colectada fue registrada en los libros de campo para su posterior análisis.

Fotografía 5 Pesaje de caña obtenida del

muestreo

Fotografía 6 Medición del largo de tallos.

2.6.3. Análisis agroindustrial

Una vez se cosecho las muestras de cada unidad experimental, esta fue sometida a pruebas

de rendimientos industrial. Las pruebas fueron realizadas en el trapiche Los Ídolos – molino

4C con capacidad nominal de 1.500 Kg de caña por hora accionado por un motor Diésel tipo

Lister de 16 HP-. De cada unidad experimental se tomó una muestra de 50 Kg de caña la cual

fue molida y posteriormente pesado el jugo obtenido y el bagazo. De este modo se obtuvo el

porcentaje de extracción en peso (Ep) el cual relaciona el peso del jugo obtenido (Pj) con el

peso de la caña (Pc) según la (Ecuación 3), (García, et al., 2007)

𝐸𝑝 = 𝑃𝑗

𝑃𝑐 𝑥 100

Ecuación 3

Al jugo obtenido le fue medido el pH y la concentración de sólidos solubles totales. Se tomó

una muestra de 6 L la cual fue llevada al fuego donde se sometió al proceso de clarificación,

44

concentración y punteo. Cuando las mieles alcanzaron los 25 °C, se retiró del fuego para

iniciar el proceso de enfriamiento y granulación hasta obtener la panela. Para determinar el

índice de conversión de caña a panela se procedió según la (Ecuación 4).

𝐼𝐶 =

𝑃𝑝𝑃𝑚𝑐⁄

𝑃𝑚𝑗𝑃𝑗⁄

𝑥 100

Ecuación 4

Donde:

IC: Índice de conversión (% de panela obtenida a partir de una cantidad de caña)

Pp: Peso de la panela obtenida

Pmc: Peso de la muestra de la caña molida

Pmj: Peso de la muestra del jugo utilizado para la obtención de la panela

Pj. Peso del jugo obtenido a partir de la muestra de caña molida.

Mediante el mismo procedimiento se obtuvo el índice de producción de cachaza para cada

tratamiento.

Como agente aglutinante se utilizó extracto de balso (Ochroma lagopus) a razón de 2.5% del

volumen del jugo o según el requerimiento de cada muestra. El 75% de la solución se aplicó

cuándo los jugos alcanzaron los 60 °C y el 25% restante luego de retirar la cachaza negra a

los 85 °C, para retirar la cachaza blanca y lograr la limpieza de los jugos.

Como antiespumante se utilizó aceite vegetal según el requerimiento de cada tratamiento.

45

Fotografía 7 Procesamiento de muestras

Fotografía 8 Control de T° en mieles de

muestras

Los parámetros evaluados en el proceso industrial fueron:

• Extracción (%)

• pH

• SST (Grados Brix)

• Conversión a panela (%)

• Conversión Cachaza (%)

• Producción de panela /mes/ha (Kg)

2.6.4. Resultados investigación en validación de nuevos materiales

genéticos promisorios

2.6.4.1. Resultados de la evaluación en la MR1 del municipio de Isnos

En la MR 1 del Municipio de Isnos las tres variedades de mayor producción de caña fueron,

en su orden, la RD 75-11, CC84-75 y Palmireña (Figura 27). Sin embargo, los rendimientos

en panela fueron diferentes posicionándose por encima de RD75-11 las variedades CC84-75

y Palmireña (Figura 28). Este fenómeno es debido a que el índice de conversión de caña a

panela fue superior para Palmireña y CC 84-75 sobre RD 75-11 (Figura 29). Si bien el índice

de conversión es similar para estas dos variedades, y Palmireña presentó una menor

productividad en rendimientos en caña (Figura 30), la extracción de Palmireña es superior lo

cual permite mejorar su índice de conversión e incrementar la producción de panela.

Con base a los resultados obtenidos en producción de panela, se puede concluir que la

variedad CC 84-75 mantiene producciones similares a las de las variedades testigo. Así

46

mismo, la variedad CC91-1555, presentó producciones en caña y panela considerables que

la potencian como una variedad promisoria para esta MR. Por otra parte, las tres variedades

restantes, presentaron producciones muy por debajo de las de mayor producción por lo cual

no es recomendable implementarlas en producciones comerciales.

Figura 27 Producción de Caña en t/ha en la

MR 1 del Municipio de Isnos.

Figura 28 Producción de Panela en t/ha en la


Figura 29 Índice de conversión de Caña a

Panela en t/ha en la MR 1 del Municipio de

Isnos.

Figura 30 Porcentaje de extracción según la

variedad para la MR 1 de Isnos.

2.6.4.2. Resultados de la evaluación en la MR 2 del municipio de Isnos

Los resultados obtenidos en la producción de caña (Figura 31) y panela (Figura 31), obtenidas

en esta MR, son consistentes para las dos variables siendo las de mayor producción RD 75-

11, CC91-1555, y CC93-7711.

Si bien el índice de conversión de caña a panela es superior para la variedad CC84-75, ésta

variedad presentó producciones de caña muy inferiores a la reportadas por la de mayor

productividad (Figura 33). La mayor extracción fue obtenida en las variedades Palmireña y

CC 93-771 (Figura 33). A pesar de tener una menor extracción y un índice de conversión

relativamente bajo, CC91-1555, presentó una alta producción de panela /ha debido a su alta

producción de caña/ha.

47






Panela en t/ha en la MR 2 de Isnos.



Según los resultados obtenidos, podemos inferir que las variedades CC91-1555 y CC93-

7711, presentan potencial como variedades promisorios en esta MR con producciones muy

cercanas al testigo RD75-11 y muy superiores al Palmireña. Al igual que en la MR1 del

municipio de Isnos, la variedad CC93-7510, presentó los rendimientos más bajos por lo cual

no se recomienda su uso en cultivos comerciales.

2.6.4.3. Resultados de la evaluación en la MR3 del municipio de Isnos

La productividad en las MR 1 y 2 del municipio de Isnos presentaron altas producciones de

caña y panela, en contraste, la MR 3 presentó producciones modestas en todos los

tratamientos debido posiblemente al efecto de la altitud al encontrarse entre los 1950 y 250

msnm.

Bajo estas condiciones, la variedad que presentó mayor productividad fue la variedad Rucia,

seguida de CC93-7711 (Figura 35). Sin embrago, la productividad en producción de panela

presentó otro orden siendo la de mayor productividad CC93-7711 (Figura 36). Esta condición

se presenta debido a que CC93-7711 presentó un mejor comportamiento en la extracción

48

respecto a Rucia (Figura 38), lo cual repercutió en un incremento en el índice de conversión

(Figura 37).



Figura 36 Producción de Panela en t/ha en

la MR 3 del Municipio de Isnos.

Figura 37 Índice de conversión de Caña a Panela

en t/ha en la MR 3 del Municipio de Isnos.



Con base en lo anteriormente expuesto, es posible concluir que las variedades CC93-7711 y

CC84-75, presentan potencial como variedades promisorias en la MR3. Por su parte, la

variedad CC 93-7510, al igual que en las MR 1 y 2 presentó los menores rendimientos por lo

cual no se recomienda para establecer cultivos comerciales. Algo similar ocurre con la

variedad CC93-714 la cual ha presentado rendimientos muy por debajo de las variedades de

mayor productividad.

2.6.4.4. Resultados de la evaluación en la MR1 del municipio de San Agustín

El comportamiento productivo para caña (Figura 39) y panela (Figura 40) en esta MR

presentó consistencia siendo las variedades de mayor productividad en su orden Rucia y C93-

49

7711. La demás variedades siguieron la misma tendencia con producciones inferiores

mostrando productividades relativamente similares Palmireña y CC91-1555.

En esta MR, las variedades de CC93-7711 y Palmireña (Figura 42) presentaron el mejor

comportamiento en la molienda, aunque en el índice de conversión las de mejor

comportamiento son Palmireña y Rucia, las dos variedades testigo (Figura 41).}


MR 1 del Municipio de San Agustín.

Figura 40 Producción de Panela en t/ha en

la MR 1 del Municipio de San Agustín.



San Agustín.


variedad para la MR 1 de San Agustín.

Con base en los resultados se puede inferir que para esta MR, la variedad que se presenta

como alternativa a las variedades regionales es la CC 93-7711. Las variedades de menor

rendimientos son la CC93-714 y 93-7510 por lo cual no es recomendable su implementación

en cultivos comerciales.

2.6.4.5. Resultados de la evaluación en la MR2 del municipio de San Agustín

Al igual que en la MR 1 de San Agustín, en esta MR la variedad de mayor producción en

caña y panela es la variedad regional Rucia (Figura 43), seguida de la CC 91-1555 con

rendimientos muy cercanos (Figura 44).

50

A pesar de presentar mejores resultados en extracción y conversión, la variedad Palmireña

ocupó el tercer lugar en producción de panela.

Nuevamente la variedad CC 91-1555, es la variedad con potencial productivo que la

convierte en alternativa a las variedades regionales en esta MR. Nuevamente las variedades

CC93-714 y CC93-7510, presentaron los rendimientos más bajos por lo cual no se

recomiendan para la instalación de cultivos comerciales.







San Agustín.


variedad para la MR 2 de San Agustín.

2.6.4.6. Edad óptima de cosecha para las variedades de la investigación

En el Municipio de Isnos las edades de cosecha de las variedades evaluadas variaron desde

los 20 hasta los 26 meses de edad, tiempo en el cual alcanzaron un índice de madurez igual

a 1. La variedad más precoz fue la CC93-714 con 20 meses y la de mayor periodo vegetativo

la variedad Rucia.

51

Las otras variedades evaluadas presentaron periodos vegetativos de entre 22 y 24 meses

presentándose periodos más cortos en la MR 2. Y mayores en la MR3. Es posible que la MR1

presenté periodos vegetativos más largos que la MR2 debido a que la parcela de esta MR

sufrió afectación por causa del fenómeno del niño que se presentó durante la época de

desarrollo del cultivo inicialmente con un periodo de lluvias atípico y luego con una sequía

prolongada e intensa.

Para el caso del municipio de San Agustín, el comportamiento de las edades de cosecha

presenta una tendencia muy similar para las dos MR siendo la MR1 donde se presenta mayor

precocidad en todas las variedades salvo en la variedad CC91-1555 donde el periodo

vegetativo fue similar. Al igual que en el Municipio de Isnos, la variedad de mayor

precocidad fue la CC93-714 y a de mayor precocidad la variedad regional Rucia.

Figura 47 Edad óptima de cosecha de las variedades evaluadas en el municipio de

Isnos para las tres MR

52

Figura 48. Edad óptima de cosecha de las variedades evaluadas en el municipio de San

Agustín para las dos MR

2.6.4.7. Rendimientos en panela/ha/mes para los materiales evaluados

Para determinar la productividad de cada variedad tomando en cuenta la producción de caña,

la edad optima de cosecha y el índice de conversión que, a su vez, relaciona el efecto de la

extracción, se determina los rendimientos en la producción de panela/ha/mes.

Esta variable nos permite establecer una comparación real de la productividad de cada

material.

Para el caso de Isnos, la variedad que presentó mayores rendimientos en las MR 1 y 2 fue la

variedad RD 75-11 y la variedad CC93-7711 para la MR3. Sin embrago las variedades CC91-

1555 y CC84-75, presentaron producciones aceptables que las proyectan como variedades

promisorias para este municipio.

En el caso de San Agustín, la variedad Rucia presentó los mayores rendimientos y las

variedades CC93-7711 y CC91-1555, presentaron rendimientos considerables que las

posicionan como variedades con potencial para este municipio.

53

Figura 49. Producción de panela por ha y por me en las tres MR del Municipio de Isnos

Figura 50. Producción de panela por ha y por me en las dos MR del Municipio de San Agustín

54

2.6.5. Resultados de investigación en sistemas de fertilización

2.6.5.1. Rendimientos en caña por cada tratamiento de fertilización

En la MR 1 del municipio de Isnos la mayor producción de caña se presentó en el tratamiento

Fertilización química más materia orgánica, seguido del tratamiento de fertilización química

según análisis de suelos. Sin embargo, la mayor productividad en panel se presentó en el

tratamiento fertilización química.

En el caso de la MR 2, los mayores rendimientos en caña y panela se presentaron en el

tratamiento de fertilización química más materia orgánica seguida del tratamiento de

fertilización química según el análisis de suelos.

Por su parte, el tratamiento de fertilización química más Materia orgánica no tuvo la misma

respuesta que en las MR 1 y 2 siendo los de mayor productividad los tratamientos de

fertilización química según el análisis de suelos y la fertilización del productor.

Este comportamiento puede deberse a que los contenidos de materia orgánica en la MR 3

fueron elevados en tanto que el las MR 1 y 2, los contenidos presentaron un nivel medio.

Figura 51. Producción de caña por

tratamiento en t/ha en la MR 1 del

Municipio de Isnos.

Figura 52. Producción de Panela por


Municipio de Isnos.

55



Municipio de Isnos.



Municipio de Isnos.



Municipio de Isnos.



Municipio de Isnos.

En el caso del Municipio de San Agustín, los tratamientos Fertilización química y

fertilización del productor presentaron los mayores rendimientos para la MR1 en tanto que

los mayores rendimientos en la MR 2 para caña y panela fueron los de los tratamientos la

fertilización química más materia orgánica seguido de fertilización orgánica.

Es posible que este comportamiento se deba a que los contenidos de MO en el MR1 fueron

superiores que los reportados en la MR2 ocasionando un efecto positivo en la adición de la

MO junto con el tratamiento químico.

56



Municipio de San Agustín.










2.6.5.2. Productividad según el sistema de siembra por cada MR

El comportamiento en la productividad de las parcelas donde se evaluó el efecto del sistema

de siembra presentó resultados aleatorios que suponen el sistema de siembra no afecta de

manera significativa la productividad en caña y panela.

En el caso de Isnos en la MR 1, la mayor productividad en caña se obtuvo en el sistema

mateado pero la productividad en panela se mantuvo prácticamente igual para los dos

sistemas de siembra. En el caso de la MR 2 El sistema de chorrillo presentó mayores

rendimientos en la producción de caña, pero en la producción de panela, fue el sistema

mateado el que presentó un mayor rendimiento. La MR 3 fue la única que presentó

consistencia en la productividad de caña y panela siendo el sistema a chorrillo el que presento

las mayores productividades.

57

En el caso de san Agustín ocurre algo similar con producciones de caña y panela superiores

en el sistema mateado para las dos MR pero con un diferencial mínimo en la producción de

panela en la MR1.

Figura 61. Producción de caña en t/ha

según en sistema de siembra en tres

microrregiones del Municipio de Isnos.

Figura 62. Producción de panela según el

sistema de siembra en tres microrregiones del

Municipio de Isnos.


según en sistema de siembra en dos

microrregiones del Municipio de San

Agustín.


sistema de siembra en dos microrregiones del

Municipio de San Agustín

2.6.6. Resultados de la investigación en optimización del periodo vegetativo

2.6.6.1. Edad optima de cosecha de las variedades de mayor uso por cada MR.

El resultado de la evaluación del periodo vegetativo en el municipio de Isnos arrojó la edad

óptima de cosecha para las variedades evaluadas (Figura 65). Así mismo, al comparar la

productividad teniendo en cuenta el efecto de la edad de cosecha óptima, se encontró que la

variedad RD 75-11 presenta una mayor productividad en toneladas de panela por mes

respecto a la variedad Palmireña debido a su menor periodo vegetativo en la MR 1 y 2. Sin

58

embrago, en la MR 3, la variedad Rucia presentó la mayor productividad por hectárea por

mes a pesar de presentar el periodo vegetativo más prolongado.

En el caso de San Agustín, se estableció las edades óptimas de cosecha para las variedades

regionales (Figura 66). En la MR 1 los rendimientos por ha por mes fueron superiores en la

variedad Rucia a pesar de presentar el periodo vegetativo más largo. Lo mismo ocurrió en la

MR2 donde la variedad Palmireña presentó el periodo vegetativo más largo y una mayor

productividad respecto a RD 75-11.

59

Figura 65. Edad óptima de cosecha según la

variedad para cada MR en el Municipio de

Isnos.

Figura 66. Edad óptima de cosecha

según la variedad para cada MR en el


Figura 67. Producción de panela por mes

por hectárea según la variedad en las MR de

Isnos.

Figura 68. Producción de panela por

mes por hectárea según la variedad en

las MR de San Agustín.

Figura 69. Producción de caña según la

variedad por MR en el Municipio de Isnos.

Figura 70. Producción de Panela en

t/ha, según la variedad en las MR de

Isnos.

60

Figura 71. Producción de caña según la

variedad por MR en el Municipio de San

Agustín.

Figura 72. Producción de Panela en t/ha,

según la variedad en las MR de San

Agustín.

2.6.7. Resultado de la investigación en sistemas de cosecha

2.6.7.1.Producción de caña por MR según el sistema de cosecha

Se evaluó los dos sistemas de cosecha utilizados por los productores en los dos municipios,

el primero consiste en realizar el corte de todos los tallos presentes en el lote denominado

corte por parejo, y el segundo consiste en la cosecha selectiva de los tallos que han alcanzado

su punto de madurez conocido como entresaque.

El sistema de corte por parejo permite cosechas de mayor volumen pero requiere de un

periodo de maduración completo lo cual supone cosechas en intervalos del total del periodo

vegetativo. Por su parte, el sistema por entresaque, permite realizar dos o tres cosechas por

año con producciones de menor escala.

En todos los casos evaluados se encontró que el sistema de cosecha por parejo, presentó los

mayores rendimientos. Esto se debe a que se cosechó la totalidad de los tallos, en tanto que

en el sistema por entresaque, sólo se cosechó lo tallos que alcanzaron la madurez fisiológica

quedando varios tallos inmaduros en el lote.

Si bien los resultados muestran mayores producciones en el sistema de corte por parejo

(Figura 73 a la Figura 76), se debe tener en cuenta que los tallos inmaduros que no fueron

cosechados en el sistema por entresaque, madurarán en un tiempo de 4 a 6 meses

incrementando la producción mientras el sistema de corte por parejo requiere de un periodo

completo de maduración tiempo en el cual se habrán realizado varios cortes en el otro

sistema.

61

Lo anterior supone que no es posible realizar la comparación entre los dos sistemas en un

solo periodo de cosecha requiriéndose de al menos dos periodos para comparar la

productividad de los dos tratamientos.

Por consiguiente, con la información obtenida de la investigación, no es posible generar una

recomendación de uno u otro sistema. Adicionalmente, el sistema de cosecha se realiza de

manera cultural, siendo utilizado el sistema de corte por parejo por productores con áreas

considerables y de carácter comercial, en tanto que el sistema por entresaque es utilizado por

productores con áreas pequeñas y de economías de subsistencia.


según el sistema de cosecha por cada MR

en el Municipio de Isnos.


sistema de cosecha por cada MR en el

Municipio de Isnos.


según el sistema de cosecha por cada MR

en el Municipio de San Agustín.


sistema de cosecha por cada MR en el

Municipio de San Agustín

62

2.7. CONCLUSIONES

Evaluación materiales genéticos

Según los resultados obtenidos en la investigación, las variedades CC 93-7711, CC 91-

1555 y CC 84-75, son materiales promisorios para el clúster panelero del sur del

Departamento del Huila.

Las variedades CC 93-714 y CC 93-7510, presentaron bajos rendimientos en caña y

panela respecto a los testigos por lo cual no es recomendable su uso en plantaciones

comerciales.

Las variedades regionales presentan productividades iguales o superiores a las de las

variedades objeto de la investigación, sin embargo, estos materiales son susceptibles a

problemas fitosanitarios que eventualmente pueden generar pérdidas económicas a los

productores.

El periodo vegetativo de las variedades CC 93-7711, CC 84-75 y CC 91-1555, se

mantuvo en el mismo rango de las variedades testigo RD 75-11 y Palmireña, y fueron

menores a los reportados por la variedad Rucia.

De manera general, el periodo vegetativo de las variedades evaluadas, se incrementa de

manera proporcional directa respecto a la altitud.

El comportamiento de las variedades es diferente de acuerdo a la oferta ambiental de cada

MR, encontrándose que algunas variedades presentan mejor desarrollo y productividad

según las condiciones de cada MR en particular.

Evaluación Sistemas de Siembra

En las microrregiones 1, 2 y 3 del Municipio de Isnos, el sistema de siembra a Chorrillo,

incrementó el rendimiento en 6, 11 y 20 t/ha de caña y en 0,6, 1,2 y 2,2 toneladas de

panela por hectárea, respectivamente, con relación al sistema de siembra mateado. Según

el precio promedio de marzo a abril del 2017, representarían 1,96, 3,93 y 7,2 millones de

pesos de incremento en el ingreso por hectárea de caña beneficiada.

En las microrregiones 1 y 2 de San Agustín, el sistema de siembra mateado registró un

mayor rendimiento en caña 6 y 5 t/ha respectivamente, que representan 0,66 y 0,55 t/ha

63

de panela, que incrementarían el ingreso en 2,16 y 1,8 / millones/ha con relación al

sistema de siembra a chorrillo.

La tendencia en Isnos es el incremento de la productividad con el sistema de siembra a

chorrillo y en San Agustín con el mateado.

Evaluación Tratamientos de Fertilización

Los máximos rendimientos obtenidos en los 5 experimentos de fertilización, de 25 y 22,9

t/ha de panela, se registraron como respuesta al tratamiento de fertilización química +

materia orgánica, en la microrregiones 2 de Isnos y San Agustín respectivamente,

comparados con los obtenidos en los otros 4 tratamientos evaluados.

Hubo mejor respuesta al tratamiento de fertilización química, en las microrregiones 1 y

3 de Isnos y en la MR1 de San Agustín, evidenciada en los mayores rendimientos de 17,3

y 15,7 t/ha y 15,6 t/ha de panela obtenidos y comparados con los correspondientes a los

otros tratamientos evaluados en cada ensayo, en las microrregiones referidas

respectivamente.

Con base a los rendimientos de caña y panela/ha, registrados en cada unidad experimental

sin fertilizar, en los ensayos establecidos en las microrregión 2 de Isnos y San Agustín,

se concluye que la fertilización química + materia orgánica, incrementa los rendimientos

en 13 y 9,2 t/ha de panela respectivamente. De igual forma la fertilización química

incrementa el rendimiento en panela en 2,8, 5,2, t/ha en la microrregiones 1 y 3 de Isnos;

y 6,9 t/ha en la microrregión 1 de San Agustín. Por lo anterior, se puede afirmar que la

práctica de fertilización con base en el análisis de suelo es la alternativa más viable e

inmediata para aumentar la productividad del clúster panelero de Isnos y San Agustín.

El incremento promedio de los rendimientos de panela, obtenido con fertilización

química + materia orgánica o la química sola, en los 5 experimentos establecidos en la

región objeto de la investigación, con la relación a los registrados sin aplicar ningún

fertilizante, representan un valor promedio de 24.31 millones de pesos por hectárea

adicionales, si se fertiliza con base en los resultados del análisis del suelo, tomando el

precio promedio obtenido por los productores, en los municipios de Isnos y San Agustín,

en marzo y abril del 2017.

En la microrregión 1 del municipio de San Agustín se obtuvo el mayor rendimiento (20,7

t/ha) de panela con fertilización orgánica, con relación a todos los experimentos

establecidos en Isnos y San Agustín.

64

En la MR1, MR2 y MR3 del municipio de Isnos se obtuvo un incremento de 1,5; 5.0 y

0,8 t/ha de panela con fertilización orgánica respectivamente, sobre los rendimientos de

las parcelas sin fertilizar. En San Agustín el incremento fue de 1,5 t/ha en la MR1 y 7,0

t/ha en la MR2. Comparativamente los rendimientos del tratamiento de fertilización

orgánica, frente al tratamiento de mejor respuesta y mayor rendimiento en cada

microrregión, son inferiores en 1,3; 8,0 y 2,4 t/ha en las MR1, MR2 y MR3 de Isnos y

5,4 y 2,2 t/ha de panela en la MR1 y MR2 de San Agustín.

Con respecto a la fertilización orgánica, se presenta un decremento promedio en toda el

área de 3,86 t/ha, frente a los mejores tratamientos en cada microrregión de Isnos y San

Agustín (química + materia orgánica y química), que al precio del producto final en la

región (marzo y abril de 2017), tiene un valor de 12,64 millones de pesos/ha. Lo que

indica que el precio de la panela orgánica y el cambio de la divisa deberían compensar

ese valor, si se orienta la producción a satisfacer la demanda nacional e internacional de

este producto.

En San Agustín en la MR2 e Isnos en la MR1 y MR2 se obtuvo la mejor respuesta al

tratamiento orgánico con rendimiento de 20,7, 16 y 17 t/ha de panela respectivamente, lo

que puede constituirse en una alternativa para especializar y zonificar la producción.

Se evidencia, por los rendimientos obtenidos por cada tratamiento especialmente sin

fertilización (8,7, 12,5 y 8,7 t/ha), que la MR3 de Isnos y MR1 de San Agustín, tienen los

suelos de más baja fertilidad, ratificando la importancia del estudio por microrregiones.

Evaluación Periodo Vegetativo

De las variedades regionales evaluadas la más precoz fue la RD75-11 con 19,2 meses y

la más tardía la Rucia con 26 meses.

En Isnos el índice óptimo de cosecha de las variedades de mayor área sembradas, es entre

19,2 y 21,7 meses para la RD75-11, la Palmireña lo obtiene entre los 22,5 y 23,7 meses

y Rucia a los 26 meses. En San Agustín la RD75-11 a los 21,1 meses, Palmireña entre

22.2 a 23,3 meses y la Rucia a los 25,2 meses; según la microrregión donde se siembre.

En los ensayos/parcelas establecidas para hacer el seguimiento al índice de madurez

fisiológica, se concluye que en la MR3 de Isnos y MR1 de San Agustín se obtuvieron los

mayores rendimientos de la variedad Rucia con 243 y 271 t/ha de caña y, 25 y 28 t/ha de

panela respectivamente.

65

Evaluación Sistema de Corte

En Isnos y San Agustín el sistema de corte parejo permite obtener mayor rendimiento en

caña y panela por hectárea.

En los ensayos/parcelas establecidos para evaluar los sistemas de corte se obtuvo el

mayor rendimiento en panela 28,2 t/ha, 470 bultos con la variedad Palmireña en la

microrregión 1 de San Agustín.

Análisis comparativo de rendimientos mensuales de panela (variedades regionales e

introducidas)

En la MR1 del Municipio de Isnos las variedades CC84-75, Palmireña y RD75-11

fueron las de mayores rendimientos de panela con 983, 955 y 951 Kg de panela/ha/mes.

En la MR2 del Municipio de Isnos, la variedad RD75-11 presentó el mayor rendimiento

por mes 1008 Kg de panela/mes/ha seguida de las variedades CC91-1555 y CC93-7711

con producciones de 907 y 852 Kg de panela/ha/mes.

En la MR3 del Municipio de Isnos, las variedades CC93-7711, Rucia y CC84-75

presentaron los mejores rendimientos con 487, 453 y 436 Kg de panela/ mes/ha.

En la MR1 del Municipio de San Agustín las variedades Rucia y CC93-7711 presentaron

los mayores rendimientos con producciones de 961 y 942 Kg/mes/h seguidas de las

variedades Palmireña y CC91-1555 con 773 y 718 Kg de panela/mes/ha.

En la MR2 del Municipio de San Agustín las variedades Rucia, CC91-1555 y Palmireña

presentaron los mayores rendimientos con 732, 717 y 683 Kg de panela por mes por ha.

Conclusiones Generales

La fertilización química según el análisis de suelos presentó rendimientos superiores

a los obtenidos mediante la fertilización tradicional del productor y sobre el testigo

sin aplicación. En el caso donde los niveles de MO fueron medios o bajos, el

tratamiento de fertilización química más MO presentaron rendimientos superiores a

los testigos.

La fertilización orgánica presentó rendimientos superiores al testigo sin fertilización

lo cual permite presentar una primera aproximación a un sistema de nutrición de

cultivos encaminado a mejorar la productividad de sistemas de producción orgánica.

66

La información obtenida en la investigación en sistemas de siembra, no permite

concluir cuál de los dos sistemas presenta ventajas debido a que se obtuvieron

resultados aleatorios de productividad.

Los resultados obtenidos en la investigación permiten afirmar que el periodo

Vegetativo influye de manera directa en la productividad de los cultivos en términos

de toneladas de caña y panela por hectárea por mes incrementándose los rendimientos

en las variedades con periodos vegetativos más cortos.

La información obtenida en la evaluación de sistemas de cosecha no permite

determinar cuál de los dos sistemas es más productivo debido a que se requiere de

evaluaciones en un periodo de por lo menos, dos ciclos de cosecha en el corte por

parejo.

2.8. RECOMENDACIONES

La evaluación en cultivos de plantilla no permite conocer el comportamiento de los

materiales evaluados en cosechas posteriores. Siendo que el comportamiento en socas

es un factor de importancia en la productividad debido que el costo de instalación es

representativo en los costos generales de producción, se recomienda realizar

evaluaciones del comportamiento productivo de los materiales en cultivos de socas.

Se recomienda realizar la valoración de las variedades identificadas como

promisorias, en cultivos comerciales.

Se recomienda realizar evaluaciones en sistema de cosecha en periodos de por lo

menos dos ciclos del cultivo para comparar la productividad de los dos sistemas.

Es importante continuar con la investigación en prácticas agronómicas en cultivos de

socas ya que la mayor parte de los lotes de caña en el Departamento se encuentran en

este estado.

67

3. COMPONENTE DE INVESTIGACIÓN EN

INFRAESTRUCTURA PANELERA

El diseño de las plantas para el procesamiento de la caña para las quince Asociaciones de

Productores objeto del proyecto se realizó a partir del establecimiento de la producción de

caña, que fue definida en los estudios realizados por ONF ANDINA y FEDEPANELA sobre

el área cultivada por los integrantes de las Asociaciones de los municipios de San Agustín e

Isnos, el rendimiento por unidad de área y el periodo vegetativo. Luego, la producción se

correlacionó con variables culturales y socio económicas, tales como las jornadas de

tradicionales de trabajo y restricciones establecidas en la región (jornadas de trabajo de 12 a

14 horas por día y de 3 a 4 días por semana de molienda), distribución geográfica de la

producción, que divide al municipio de Isnos en dos sectores, que pueden moler cada dos

semanas para regular la producción, en procura de estabilizar el mercado.

Lo anterior resultó en una producción continua de panela durante el año, distribuida

teóricamente en unas 24 semanas de molienda, de 3 a 4 días de trabajo por semana de

molienda y entre 12 y 14 horas por día laborado, en promedio.

Con la información anterior se calculó la Capacidad teórica de molienda, en toneladas de

caña por hora, dato que sirvió para la selección del molino en el mercado nacional. Una vez

se seleccionó el molino más adecuado, se hicieron los cálculos para establecer condiciones

de operación que permitieran obtener el mayor nivel de extracción con el menor consumo de

potencia, para de acuerdo con las condiciones atmosféricas de la localidad calcular la

potencia requerida y seleccionar el motor más adecuado y la banda que transmitiera la

potencia con el menor nivel de pérdidas y con el mayor nivel de seguridad para las personas

y para los equipos. El análisis de la información llevó a un equipo de molienda con

Capacidad de 1.500 a 1.800 kg de caña por hora, Extracción en peso de 60 kg de jugo por

cada 100 kg de caña y un consumo de potencia de 12 a 15 kW.

Establecido lo anterior, mediante balances de masa y energía, se determinó que el horno para

concentrar los jugos y producir la panela debería tener una capacidad de 120 a 150 kg/h y

una eficiencia térmica superior al 45% para que funcionara exclusivamente con el bagazo

producido por la misma caña durante la molienda. Realizado esto se hizo un análisis del

desempeño de diferentes tipos de evaporadores, de acuerdo con las fases del proceso, y así

se establecieron las dimensiones y la geometría de cada evaporador, mediante un proceso

iterativo donde se calcula el flujo de energía al evaporador y la energía residual en los gases

antes de entrar al siguiente evaporador.

68

Al final la geometría y las dimensiones se recalculan con base en la capacidad global y la

eficiencia requerida en el horno como un sistema global. Bajo estas condiciones el diseño

requirió de cinco evaporadores: 2 pailas concentradoras semiesféricas para llevar las mieles

desde los 65⁰B hasta la concentración de punto de panela; Una paila semiesférica

evaporadora; una paila plana aleteada evaporadora y; una paila piro tubular aletada para

llevar el jugo desde la temperatura ambiente hasta la temperatura de ebullición, realizar la

clarificación y funcionar como evaporadora. Para el diseño del sistema de evaporación se

tuvo como meta el lograr una eficiencia en la transferencia de calor superior al 50%.

Definidas las dimensiones y la geometría de los evaporadores, se pasó a definir las

dimensiones y la geometría del ducto, de manera que se logrará la mayor exposición de los

evaporadores al flujo de gases, a la velocidad adecuada de los gases y con las menores caídas

de presión posibles.

Mediante el balance de masa y energía se estableció la energía requerida para el proceso

térmico y la cantidad de bagazo a quemar para producirla. Establecidas las cargas térmicas y

másicas se definieron las dimensiones y geometría de la parrilla y de la cámara de combustión

teniendo como meta que la eficiencia de combustión fuera superior al 90%.

Con base en las condiciones atmosféricas del lugar, la masa y densidad de los gases y las

caídas de presión del sistema evaporador y características del material a emplear en la

construcción, se realizaron los cálculos para definir las dimensiones y geometría de la

chimenea.

Otros requerimientos tenidos en cuenta para el diseño del horno fueron:

Disminuir al máximo el esfuerzo físico de los trabajadores para aumentar la eficiencia

de la mano de obra y obtener un diseño amigable para las personas que realizan la

labor. Para esto, más del 50% de los jugos se pasa por gravedad, abriendo una válvula

de paso. De esta forma, se ahorra un punto de operación en el trabajo, o sea, cerca del

13% dela mano de obra del proceso.

Disminuir al máximo posible la exposición a temperaturas elevadas al atizador del

horno, mediante paredes y recomendaciones de operación que aíslen las fugas de

calor.

Dimensionar las pailas con alturas adecuadas para evitar riesgos de accidentes, pero

con el menor esfuerzo físico posible.

Disminuir al máximo posible las emisiones térmicas y de gases de efecto invernadero

(GEI) para contribuir al beneficio general de tener un ambiente sano.

Utilizar materiales que permitan obtener una vida útil prolongada de los equipos e

implementos y que cumplan con las exigencias de las Buenas Prácticas de

Manufactura de un producto alimenticio como es la panela. Por eso todos los

69

evaporadores e implementos como bateas y otros en contacto con el producto se

diseñaron en acero inoxidable grado alimenticio.

Establecidas la capacidad, las dimensiones y la geometría de los equipos de molienda y de

concentración de los jugos y el volumen de caña a procesar en cada molienda, se pasó al

diseño de las áreas periféricas del proceso como son el cuarto de batido y moldeo, la bodega

y las bagaceras. Así se realizó la distribución en planta de acuerdo con las dimensiones y los

diagramas de flujo de cada área de proceso, hasta obtener la geometría global del trapiche o

planta de procesamiento de caña para producción de panela.

Una vez realizados los planos, elaboradas y adquiridas las listas de materiales, implementos

y equipos se procedió a contratar la construcción de cada una de las 15 plantas, de acuerdo

con una programación temporal establecida por los representantes de las Asociaciones de

Productores, quienes tenían que aportar el terreno y la mano de obra para adecuarlo. El equipo

de profesionales de ONF ANDINA procedió, en la construcción de cada trapiche, a

supervisar la calidad de los materiales, implementos y equipos suministrados por los

proveedores; a codirigir la construcción (Agronet, 2.03) y a recibir las instalaciones

terminadas.

Durante la puesta en marcha y en las primeras moliendas de cada trapiche se realizó un

programa de capacitación individualizado a los trabajadores de los trapiches para obtener el

máximo beneficio de cada planta.

Posteriormente y durante dos años, en los primeros casos, se ha realizado una supervisión

continua de todos los trapiches, se han solucionado los problemas técnicos que se han

presentado y se ha venido acompañando el programa de mantenimiento y reparación de los

equipos. Como complemento se han trabajado aspectos de mejoramiento de la calidad del

producto y capacitación en aspectos administrativos para reducir los costos de producción.

3.1. LA PRODUCCIÓN DE PANELA EN EL DEPARTAMENTO DEL

HUILA

Según las últimas cifras reportadas por el Ministerio de Agricultura y Desarrollo Rural, en

su página de Agronet, en el año 2013 el área sembrada en caña panelera en Colombia fue de

212.999 ha; la producción nacional de panela fue de 1’332.988 t y el rendimiento promedio

anual fue de 6.258 kg/ha. Entre tanto, las cifras en el departamento del Huila fueron: Área:

5.951 ha; Producción: 44.932 t/año y; Rendimiento 7.550 kg/ha.

En ese año 2013, el Huila participó con el 3,55% al total del área de caña cosechada y al

4,99% de la producción nacional de panela. En la Figura 77 se observa cómo, entre 1.987 y

2013, la participación del área y de la producción muestran una tendencia decreciente a través

70

del tiempo. Como se observa, existen marcadas variaciones en las cifras y no se explica cómo

puede cambiar tanto el área de un año a otro en un cultivo que se puede considerar

permanente.

Cuando se comparan los rendimientos de panela sobre caña, departamental y nacional, el

rendimiento departamental es mayor (actualmente es 21% más alto) y con tendencia al alza.

Figura 77. Participación del Huila en Área, Producción y Rendimiento, % nacional.

Según el listado de trapiches registrados ante INVIMA-FEDEPANELA (2013) en Isnos

existen 492 trapiche, 368 en San Agustín y 30 en Pitalito y 1.300 en todo el departamento

del Huila.

3.2. ANALISIS DEL SISTEMA PRODUCTIVO DE LAS ASOCIACIONES

DEL PROYECTO.

En el proyecto se construyeron las plantas para el procesamiento de la caña para producción

de panela en seis asociaciones de productores del municipio de San Agustín: Aproane,

Asopromac, Aprocapis, Asopromacol, Aproycasa y Asoinagro y las nueve asociaciones de

productores del municipio de Isnos: Asoprpadi, Mondeyal, Asopaju, Los Ídolos, Fermajoc,

Asopabi, Cañadulce, Asopaem y Apassi. En una primera fase del proyecto se hizo una

caracterización de las Asociaciones en cuanto a: Número de Productores Asociados,

Productores vecinos que usan los trapiches para beneficiar la caña, Área cultivada por los

productores y Rendimiento. El Periodo vegetativo se obtuvo por experiencia de los

productores y de los técnicos institucionales.

71

3.2.1. Área cultivada en caña por las Asociaciones

En la Figura 78 se observa el área cultivada en caña en las seis Asociaciones de San Agustín.

Se observa que el área varía entre 20 y 85 ha por Asociación, para un total de 335 ha y un

promedio de 56 ha por Asociación. Además, el área posible de los productores vecinos no

asociados, es de 275 ha, para un total de 620 ha de caña potencialmente procesadas en los 6

trapiches, o sea 103,3 ha por trapiche.

Figura 78. Área cultivada en caña por las seis Asociaciones de San Agustín

En Isnos el área cultivada en caña varía entre 33 y 85 ha por Asociación, para un total de 424

ha y un promedio de 49 ha.

Si se suma el área de los productores vecinos no asociados, el potencial es de 662 ha

beneficiadas en los 9 trapiches, esto es 73,6 ha/trapiche, en promedio. Como se observa en

la Figura 79, hay 8 Asociaciones con un área en caña muy similar (entre 33 y 47 ha) y una

que se aleja bastante de la media. Esta última ya posee un trapiche con sistema a vapor y por

ese motivo la caña beneficiada en el trapiche propuesto puede ser equivalente al de las otras

asociaciones de productores.

20

40

50

60

8085

30

80

20

35

20

90

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Aproane Asoproomac Aprocapis Asopromacol Aproycasa Asoinagro

Áre

a en

cañ

a G

rup

os,

ha

Socio

NS

72

Figura 79. Área cultivada en caña por las asociaciones de productores de Isnos

Al sumar el área cultivada en caña por los productores de las Asociaciones de Isnos y San

Agustín se llega a un total de 759 ha de los socios y con los vecinos a 1.322 ha. Si se comparan

estos datos, con las 5951 ha reportadas por AGRONET para el departamento del Huila, se

tiene que el proyecto beneficiará entre el 12,75% del área departamental, teniendo en cuenta

los productores socios o el 21,54%, si se consideran los vecinos como beneficiarios del

proyecto

De todas maneras, para calcular la capacidad de los equipos y el tamaño de la infraestructura,

solo se consideró el área cultivada en caña por los productores registrados como miembros

activos.

3.2.2. Producción de caña

La producción anual de caña corresponde al resultado de multiplicar el área cultivada por el

rendimiento para obtener la cantidad de caña cosechada y luego relacionarla con el periodo

vegetativo para obtener la cantidad de caña a cosechar anualmente.

𝑷𝒂 = 𝑷𝒄 ∗𝟏𝟐

𝑷𝒗

Ecuación 5

Dónde:

Pa= Producción anual de caña, t/ha

Pc= Producción de caña por cosecha, t/ha

33 35 35 35 3540

45 47

85

38

24

15

25

15

30

60

20

45

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90Á

rea

cañ

a, h

a

Socios

NS

73

Pv= Periodo vegetativo, meses.

Cuando se trata de corte por entresaque o desguíe, el periodo vegetativo se reemplaza por la

frecuencia de corte. Por ejemplo, cada 4 meses.

Con base en la información suministrada por los productores, en la Tabla 10 se observa que

el rendimiento varía entre 90 y 120 toneladas de caña por hectárea cosechada en San Agustín,

para un promedio de 105 t/ha. El periodo vegetativo presenta una variación entre 21 y 23

meses, para un promedio de 21,8. En estas condiciones el rendimiento promedio es de 58 t/ha

por año, en promedio.

Tabla 10. Rendimiento, t/ha y Periodo vegetativo en las Asociaciones de San Agustín.

ASOCIACIÓN Aproane Asoproomac Aprocapis Asopromacol Aproycasa Asoinagro Prom

Producción

Cosecha, t/ha

100 90 100 120 100 120 105

Periodo

vegetativo, mes

22,5 23 20,5 21 21,5 22 21,75

Producción

Anual, t/ha

53 47 59 69 56 65 58

En el municipio de Isnos el periodo vegetativo fue reportado como variable entre 18 y 22

meses y los rendimientos se estimaron entre 85 y 130 t/ha, para un promedio de 109 t/ha. El

rendimiento anual es de 66t/ha, como se puede ver en la Tabla 11.

Tabla 11. Rendimientos y periodo vegetativo de los cultivos de las Asociaciones de

Isnos.

Monde

yal

Asop

aju

Asoa

bi

Asopro

padi

Los

Ídolo

s

Asopae

m

Apas

si

Caña

dulce

Ferma

joc

Prome

dio

Producción

Cosecha,

t/ha

130 85 130 85 120 120 85 120 110 109

Periodo

vegetativo

18 a 22 meses

Producción

Anual, t/ha 78 51 78 51 72 72 51 72 66 66

El análisis lleva a un rendimiento de la caña promedio de 4,83 t/ha y por mes en San Agustín

y a 5,5 t/(ha*mes) en Isnos.

La baja producción mensual es causada porque los cultivos se encuentran a gran altura sobre

el nivel del mar (1.600 a 2.000 m.s.n.m) lo cual ocasiona periodos vegetativos muy largos,

74

de 18 a 24 meses y por el uso de variedades tardías y, posiblemente, por una fertilización

inadecuada de los cultivos. La mayor parte de los cultivos de caña en el mundo se encuentran

en pisos cercanos al nivel del mar, máximo a 1.000 de altura, con una cosecha por año. La

mayor parte de los cultivos para producción de panela en Colombia se encuentran entre 1.100

y 1.500 m.s.n.m y el periodo vegetativo fluctúa entre los 14 y los 16 meses. En los cultivos

donde el corte se hace por entresaque, la caña se corta cada 4 meses y la producción debe ser

la suma de los tres cortes realizados por año.

Los datos reportados por las cifras oficiales del Ministerio de Agricultura corresponden al

área cosechada y a la panela producida anualmente.

Una vez conocida la producción de caña por hectárea cosechada y el área cultivada en caña

por cada uno de los asociados, se establece la cantidad de caña a beneficiar anualmente en

cada Asociación usando la Ecuación 1 y los datos de la Tabla 10 y la Tabla 11.

Figura 80. Producción anual de caña de las Asociaciones de Isnos

Como se observa en la Figura 80, la producción anual de caña en las Asociaciones de Isnos,

varía entre 1.530t/año en Asopropadi y 3.941 en Apassi, con promedio de 2.790 y un total de

25.107 t/año. En la Figura 81 se muestra la producción de caña en las Asociaciones de San

Agustín, la cual varía entre 1.067 y 5.564 t/año, con un promedio de 3.336 y un total de

20.015 t/año. Las Asociaciones de los dos municipios producen 44.189 t/año de caña.

1530

2730

1700

2520

2009

3120 32403384

3941

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

Pro

du

cció

n C

aña,

t/a

ño

75

Figura 81. Producción anual de caña de las Asociaciones de San Agustín

3.2.3. Producción anual de cachaza

La cachaza es el subproducto obtenido durante la clarificación, al remover las impurezas de

los jugos, por acción combinada del calentamiento y de los mucílagos vegetales.

La cantidad de cachaza producida a partir de una determinada de caña molida, depende de la

limpieza de la caña, de la variedad y del nivel de extracción del jugo. En las regiones donde

la caña llega limpia al trapiche (Antioquia, Eje Cafetero, Cundinamarca, Huila, Tolima y

Nariño, entre otras) se pueden esperar entre 1 y 2 kg de cachaza por cada 100 kg de caña, con

una extracción de 60 kg de jugo por cada 100 kg de caña. En las regiones donde la caña llega

con mucha hoja y basura, como la Hoya del río Suárez en Boyacá y Santander, la relación de

cachaza se puede duplicar, esto es llegar a 2 ó 4 kg por cada 100 kg de caña, a esa misma

extracción. Así mismo, la cantidad de cachaza, con caña limpia como con caña sucia, se

puede duplicar cuando el nivel de extracción alcanza 65 kg de jugo por cada 100 kg de caña.

Por otra parte, del prelimpiador se retira una cantidad de bagacillo equivalente al de la

cachaza y el dato de cachaza y bagacillo se tienen que tener en cuenta en los balances de

masa para calcular los rendimientos de panela con respecto a la caña molida.

En las pruebas de molienda realizadas en los equipos instalados en el proyecto se encontró

que la extracción en peso variaba entre 58 y 59,5 kg de jugo crudo por cada 100 kg de caña,

con un promedio de 59 y; la cachaza variaba entre 1,0 y 2,0 kg por 100 kg de caña molida,

con una cantidad equivalente de bagacillo.

Se espera que los 9 trapiches de Isnos produzcan entre 50 y 130 t de cachaza por año, para

un promedio de 84 t/año/trapiche y un total de 753 t/año para los nueve trapiches. En San

Agustín la producción de cachaza varía entre 24 y 87 t por trapiche y por año, para un total

de 532 t anuales y 62 t/trapiche y por año, en promedio.

1067

1878

2927

41144465

5564

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000


Pro

du

cció

n d

e ca

ña,

t/a

ño

76

La cachaza tiene un alto valor nutricional pues recoge la mayor parte de nutrientes de la caña

y de los mucílagos vegetales, tales como aminoácidos, minerales, gomas, fosfolípidos,

azúcares y fibra, entre otros, Tabla 12. Sus principales desventajas para establecerla como

base para un programa de nutrición animal son la estacionalidad de la producción y la

facilidad con que se deteriora, con lo cual se pueden causar intoxicaciones a los animales.

Tabla 12. Composición química y nutricional del melote y la cachaza.

Componente Melote Cachaza

La Mesa Villeta Barbosa

Humedad, % 48,4 59,8 46,1 74,84

Proteína cruda, % 5,7 4,9 5,4 2,83

Extracto etéreo, % 0,27 0,40 1,81 1,18

Fibra, % 1,45 1,56 4 1,54

Sacarosa, % 35,4 38,1 29,1 17,09

Azucares Reductores, % 2,96 10,59 6,35 2,52

Cenizas, % 4,8 5,04 5,3 1,53

Calcio, % 0,52 0,61 0,36 -

Fósforo, % 0,24 0,15 0,16 -

Potasio, % 0,26 0,34 0,32 -

Energía bruta, MCal/kg. 4,188 3,876 4,320 -

PH 4,75 4,60 5,57 4,98

Fuente: Programa de Procesos Agroindustriales, CORPOICA, C,I, TIBAITATA, 2000

Para dar una mayor estabilidad a la cachaza y tener un producto con mayor vida útil, el

CIMPA desarrolló la metodología para deshidratarla, mediante el cocimiento en la hornilla,

llevando su humedad promedio de 25%, base humedad (b.h.) a cerca de un 50%b.h., con lo

cual adquiere una característica pastosa cuando se enfría y se puede conservar por periodos

de 2 a tres meses. Como la cachaza tiene cerca de 25% de humedad y el melote cerca de 50%,

al deshidratar la cachaza se obtiene un melote con la mitad del peso inicial.

Al convertir la cachaza en melote, por las pérdidas de humedad los nutrientes se concentran

y, al poder guardar el producto por más tiempo, se pueden hacer programas de alimentación

animal y el melote se puede vender entre $200 y $300 por kilogramo, con lo cual se generan

ingresos adicionales a la panela para el trapiche y se obtiene una materia prima de gran valor

nutricional para los programas de producción animal en el nivel regional.

En la Figura 82 se muestra la cantidad de melote que se podría producir anualmente en los

trapiches de las Asociaciones de Isnos.

77

Figura 82. Producción anual estimada de melote en los trapiches de Isnos

En la Figura 83 se muestra el estimativo de producción de melote en los trapiches de las

Asociaciones de San Agustín.

Figura 83. Producción anual de melote en los trapiches de San Agustín

17

30

19

28

22

34 3637

43

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

Pro

du

cció

n d

e m

elote

, t/

añ

o

12

21

32

4549

61

0

10

20

30

40

50

60

70


Pro

du

cció

n d

e m

elo

te, t

/añ

o

78

3.2.4. Producción anual de panela

La producción de panela es una función de la cantidad de caña molida, la extracción de jugo

en el equipo de molienda, la cantidad de cachaza producida por cada 100 kg de caña molida

y la concentración de sólidos en el jugo y en la panela. Para el presente caso y de acuerdo

con la evaluación de los equipos de molienda, la extracción fluctúa entre 58 y 59,5 kg de jugo

por cada 100 kg de caña, con un promedio de 59.

Así mismo, se tomó para los cálculos un promedio de 18°B para el contenido de sólidos

solubles totales en el jugo y 94°B para la panela en bloque y 98°B para la panela granulada.

El promedio de cachaza y bagacillo fueron de 2,2kg cachaza por cada 100 kg de caña.

Para los cálculos se siguió la metodología (CIMPA, 1.991) :

3.2.3.1.Cálculo de la extracción en peso:

𝑷𝒋 = 𝑷𝒄 ∗𝑬𝒑

𝟏𝟎𝟎𝒌𝒈 Ecuación 6

Dónde:

Pj: Peso de Jugo obtenido o Jugo crudo, kg

Pc: Peso de la caña molida, kg

Ep: Extracción en peso, kg de jugo por cada 100 kg de caña molida.

3.2.3.2.Cálculo del jugo clarificado

𝑷𝑱𝒄𝒍 = 𝑷𝒋 − 𝑷𝒄𝒛 Ecuación 7

Dónde:

PJcl: Peso jugo clarificado, kg

Pcz: Peso cachaza por cada 100 kg de caña, kg

3.2.3.3.Cálculo de la panela obtenida

𝑷𝒑 = 𝑷𝑱𝒄𝒍 ∗ °𝑩𝒋/°𝑩𝒑 Ecuación 8

Dónde:

Pp= Peso de panela obtenida, kg

PJcl=Peso jugo clarificado, kg

°Bj= Contenido de solidos solubles totales del jugo, °B.

°Bp= Contenido de sólidos solubles de la panela, °B

79

3.2.3.4.Producción anual estimada de panela en las Asociaciones Isnos

En la Figura 84 se muestra la cantidad de panela que pueden producir las nueve asociaciones

del municipio de Isnos. Esta podría variar entre 166 t/año en Asopropadi y 429 en el trapiche

de Apassi, para un total de 2.629 t y un promedio de 308 t/año y por trapiche.

Figura 84. Producción anual de panela, t, en las asociaciones de Isnos

3.2.3.5. Producción estimada de panela en las Asociaciones de San Agustín

En la Figura 85 se muestra la producción de panela en las seis asociaciones de productores

del municipio de San Agustín, la cual podría variar entre 116 en Aproane y 605 t/año en

Asoinagro, para un total 2.177 t/año y un promedio de 464 t/año y por trapiche.

Figura 85. Producción de panela, t/año, en las Asociaciones de San Agustín

166

297

185

274

218

339 352 368

429

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

Pro

du

cció

n P

anel

a, t

/añ

o

116

204

318

447486

605

0

100

200

300

400

500

600

700

APROANE Asoproomac Aprocapis Asopromacol Aproycasa Asoinagro

Pro

du

cció

n P

anel

a, t

/añ

o

80

3.2.3.6.Producción anual esperada de panela en Isnos y San Agustín

Al sumar la cantidad de panela que se espera y estima producir anualmente en las nueve

asociaciones de Isnos y las seis de San Agustín, se podría llegar a 4.806 t/año, o sea el 10,70%

de la producción del departamento del Huila.

En el Tabla 31 se muestra, de manera detallada las características de las Asociaciones del

municipio de Isnos y en el ¡Error! No se encuentra el origen de la referencia. las del

municipio de San Agustín

Si bien los rendimientos en panela por hectárea en el departamento del Huila superan

ligeramente el promedio nacional, en el 21%, este promedio es muy bajo y los productores

del Huila tienen la capacidad para aumentar sus rendimientos, mejorando para ello las

prácticas agronómicas, que permitan obtener mayor cantidad de caña por unidad de área y

reducir el periodo vegetativo, mediante la introducción de variedades más precoces y el uso

de prácticas de fertilización y control de malezas que aceleren el desarrollo de los cultivos.

Por las condiciones agroecológicas del Sur del Huila, la panela presenta unas características

organolépticas, en términos de sabor y aroma, que le permitirá posicionarse en los mercados

con una marca y una calidad que los identifique.

Así mismo y por esas condiciones agroecológicas, la panela del Sur del Huila presenta

facilidad para granular y la panela granulada permite obtener mejores precios en el mercado,

logrando un mayor valor agregado en términos de ingreso para los productores.

Dadas estas ventajas, de características organolépticas y de forma de presentación, se debe

trabajar con los productores en la Buenas Prácticas de Manufactura, BPM, y en la

organización de los productores en una asociación de segundo nivel que reúna la producción

de las Asociaciones de este proyecto y de otros productores que han venido avanzando

tecnológicamente y de esta manera, presentarse al mercado con una marca que identifique

las características especiales de la panela del Sur del Huila.

3.2.3.7.Proceso de elaboración de la Panela

La tendencia del consumo de productos biológicos provenientes de una agricultura orgánica

libre de residuos químicos, es un reto tecnológico para lograr niveles adecuados de

producción y no se afecte la competitividad de los agricultores. En el caso de la producción

de panela, la producción más limpia está orientada a la implementación de buenas prácticas

agrícolas, buenas prácticas de manufactura, el uso sostenible de los recursos y el

81

reconocimiento por parte del productor de los principios de gestión empresarial como

elementos básicos para participar en los mercados de manera competitiva.

La Figura 86, tomada de (Guía Tecnológica para el manejo integral del sistema productivo

de la caña panelera, 2.007) presenta el mapa de proceso para la producción de panela. En él

se observan los flujos de materia y energía del sistema y las operaciones de extracción y

transformación de la materia prima, desde el corte de la caña hasta la obtención de panela.

La Figura 87 presenta el diagrama de flujo de la producción de mieles, panela granulada y

bloque.

El trapiche panelero es la planta de proceso para la producción de panela o miel a partir de la

caña. Comprende las instalaciones donde se ubican los equipos necesarios para realizar las

operaciones que permiten transformar la caña en panela. Una vez la caña alcanza su punto

de madurez, se cosecha y transporta para su beneficio. El trapiche se puede dividir en cuatro

grandes áreas:

Recepción y almacenamiento de la caña

Obtención de Jugos (Extracción y Prelimpieza)

Obtención de mieles (Clarificación y evaporación del agua de los jugos)

Elaboración de la Panela (Batido de la miel y moldeo o granulación de la panela)

Un área adicional muy importante en los trapiches tradicionales es la de Almacenamiento y

Secado del bagazo, en bodegas abiertas llamadas bagaceras, donde el bagazo húmedo o

verde, que sale de la molienda, se almacena en arrumes en un tiempo que varía entre dos

semanas y tres meses para el secado. En las bagaceras se reduce la humedad de un 55% b.h.

hasta un 30%, en promedio; que es como se usa en la mayor parte de las hornillas del país.

Esta área es muy pequeña en los trapiches con cámara WARD-CIMPA que queman bagazo

oreado, con humedades cercanas al 45%.

82

Figura 86. Diagrama descriptivo del proceso de elaboración de la panela.

Figura 87. Diagrama de flujo del proceso de elaboración de panela3.

3 Fuente: Guía Tecnológica.

84

3.3. CÁLCULO Y SELECCIÓN DE LOS EQUIPOS DE MOLIENDA.

Una vez se conoce la cantidad de caña a moler anualmente y la cantidad de panela a producir

se procede a seleccionar los equipos para la molienda y a diseñar el equipo térmico para la

evaporación del agua de los jugos y concentración de las mieles. El equipo de molienda,

molino y motor, se selecciona de acuerdo con la cantidad de caña a moler por hora; la hornilla

se diseña en función de la panela a obtener por hora y; las dimensiones de las instalaciones

en función de los espacios ocupados por los dos anteriores equipos.

3.3.1. Características y selección del molino de caña.

El molino de caña es la máquina encargada de extraer la mayor cantidad de jugo posible de

la caña. La mayor parte de los molinos empleados en la producción panelera colombiana

corresponden a equipos de 3 mazas o rodillos, construidos en hierro fundido y dispuestos en

forma horizontal. Poseen transmisión de potencia por piñones, que, junto con la relación del

diámetro de las poleas, permite reducir la velocidad del motor, Figura 88.

Figura 88. Isométrico de un molino típico para caña de tres mazas horizontales.

85

3.3.1.1. Determinación de la capacidad de molienda de los equipos

La cantidad de caña molida por hora se establece en función de la caña a moler por año y el

tiempo de trabajo de los equipos en semanas por mes, días por semana y horas por día.

Desde el punto de vista financiero, lo ideal sería que los equipos trabajarán el mayor tiempo

posible: 12 meses por año, 4 semanas por mes, por lo menos 5 días por semana y 24 horas

por día. Sin embargo, existen condiciones culturales regionales que definen las condiciones

de operación. Por ejemplo, en la Hoya del río Suárez los trapiches operan entre 2 y 3 semanas

por mes, durante las 24 horas y de lunes a sábado. En Nariño, trabajan de lunes a jueves, con

un número variable de horas por día, hasta moler la caña suficiente para llenar 29 “botijas” o

tanques de jugo que presentan un volumen determinado para cada municipio. En el municipio

de Isnos, existe una división en dos áreas, donde cada una de esas áreas muele en estricto

turno una semana cada 15 días; esto es, los trapiches solo pueden operar dos veces por mes

para tratar de mantener cierto orden en el mercado.

El estudio de caracterización del sistema productivo de la panela en los dos municipios

muestra que en Isnos los trapiches de las Asociaciones trabajaban, antes del comienzo del

proyecto, entre 5 y 11 días por mes y 15 horas por día, en promedio y, en San Agustín

trabajaban entre 9 y 16 días por mes y 15,3 horas por día. El análisis de la caracterización,

Tabla 13, indica que los trapiches de Isnos trabajaban dos semanas por mes, 3,6 días por

semana y 15 horas por día, en promedio. En San Agustín aparece una mayor intensidad de

uso de los trapiches, con 3 ó 4 semanas de trabajo por mes y entre 3 y 4 días por semana,

según el caso y, 15,3 horas por día en promedio.

Tabla 13. Tiempo de operación de los trapiches de Isnos y San Agustín

ISNOS SAN AGUSTÍN

Asociación Días/mes Horas/día Asociación Días/mes Horas/día

Asopaem 5 15 Aproane 9 15

Asopaju 6 14 Aprocapis 13 15

Cañadulce 6 15 Aproycasa 14 16

Mondeyal 7 14 Asoinagro 14 15

Asopabi 7 15 Asoproomac 14 15

Los Ídolos 7 15 Asopromacol 16 16

Fermojoc 7 15

Asopropadi 10 16

Apassi 11 16

Promedio 7,3 15 Promedio 13,3 15,3

Total, horas/mes 110 Total, horas/mes 204

El análisis de los datos también muestra que en las Asociaciones de Isnos se trabajan cerca

de 110 horas por mes, en promedio y, en San Agustín, alrededor de 204 horas por mes. Como

86

en estos dos municipios la producción se realiza durante todo el año, entonces los trapiches

de Isnos trabajan cerca 1320 horas y los de San Agustín 2453 horas por año. El tiempo de

uso de los trapiches de Isnos se consideró bajo. Esto causa una subutilización alta, con

equipos de muy alta capacidad y difíciles de amortizar desde el punto de vista financiero. Por

eso se propuso elevar el número de días de trabajo por semana y así tener 180 horas de trabajo

mensual y 2.160 horas por año.

3.3.1.2. Capacidad de molienda de los trapiches de Isnos y San Agustín

La Tabla 14, construida con la cantidad global de caña a moler y el número total de horas de

trabajo propuesta para los trapiches, permite establecer que la capacidad teórica del equipo

de molienda debe estar en el orden de los 1.300 kg de caña por hora, en promedio.

Tabla 14. Determinación de la capacidad de molienda de caña

Municipio Trapiches, N° Caña a moler,

t/año

Tiempo molienda,

h/año Caña a moler, t/h

Isnos 9 25.107 2.160 1,29

San

Agustín 6 20.015 2.453 1,36

Cómo la operación del molino es intermitente, por tratarse de una actividad manual y las

características físicas y químicas de la caña son variables, entonces la capacidad del equipo

de molienda debe sobreestimarse entre un 25 y 30%. En esta forma, el equipo de molienda a

comprar debe dar una capacidad de molienda cercana a los 1.800 kg de caña por hora.

3.3.1.3. Determinación de las dimensiones del molino.

Una vez establecida la capacidad de molienda se determinaron las dimensiones del molino

(diámetro y longitud de las mazas) y se contactó a los proveedores de equipos para obtener

la oferta disponible en el mercado. Una vez se definió el molino y sus características de

diseño, se establecieron las condiciones de operación y la potencia requerida para seleccionar

el motor.

Para seleccionar el molino, en función de la capacidad, se usó la siguiente ecuación,

establecida por (Abarca P. J.A., García B. H. R., Moreno P.F., 1.984)

𝑪 = −𝟐. 𝟐𝟕𝟐 + 𝟔𝟓𝑫 + 𝟓𝟒𝑳 + 𝟕𝟒𝑽 + 𝟒𝟖𝑨𝒆 + 𝟏𝟐𝟎𝑨𝒔 Ecuación 9

Dónde:

87

C: Capacidad teórica, kg/h

D: Diámetro de las mazas, cm

L: Longitud de molienda de las mazas, cm

V: Velocidad periférica de las mazas, m/min

Ae: Abertura de entrada o distancia entre mazas par quebrador, mm

As: Abertura de salida o distancia entre mazas par repasador, mm

3.3.1.4. Selección del molino

Las investigaciones realizadas por el ICA sobre extracción (García B. H.R., Abarca P.J.A.,

Moreno P.F., 1.984), capacidad y consumo de potencia de los molinos paneleros (García B.

H.R., Abarca P.J.A., Moreno P.F., 1.984), permitieron encontrar que la velocidad de las

mazas recomendable es de 6 a 8 m/min; la Abertura de Entrada de 11 a 15 mm, dependiendo

del diámetro de las cañas y; la Abertura de Salida de 0,5 mm.

Reemplazando estos valores en la Ecuación 5, se llega a equipos comerciales con mazas del

orden de los 25 a 30 cm (10 a 12”) de diámetro por 25 a 30 cm de longitud (10 a 12”).

Revisando el mercado nacional se encontraron molinos de las marcas El Panelero de

Metalagro (Panelero R14); JMESTRADA (Tipo Apolo 4c) y FUNDIMAQ. Por

características técnicas de las dimensiones de las mazas, de la transmisión de potencia y

robustez de la máquina, se seleccionó el equipo ofrecido por JMESTRADA de Medellín.

Figura 89.

Figura 89. Montaje del molino seleccionado en uno de los trapiches.

El molino modelo tipo Apolo 4C tiene una maza mayal de 24,76 cm (9¾”) de diámetro por

28,89 cm (113/8”) de longitud, según los manuales suministrados la empresa (JMESTRADA,

2.016). Además, tiene una relación interna de transmisión por piñones de 22,75 a 1. La

88

velocidad de rotación de mazas adecuada para las mazas de esta máquina debe estar entre 6

y 8 r/min. Para este caso se tomó una velocidad de 7 r/min, que equivale a 6,83 m/min, que

coincide con las recomendaciones de García et al, que recomiendan que la velocidad de

mazas de los molinos paneleros debe fluctuar entre los 6 y los 8 m/min. El molino trae una

polea volante de 39” (99,06 cm) de diámetro por 6” (15,24cm) de ancho.

3.3.2. Determinación de la fuente motriz para accionar el molino

La principal fuente de potencia para accionar los molinos paneleros son los motores de

combustión interna, diésel especialmente, motores eléctricos y ruedas hidráulicas. La

variable fundamental para seleccionar la fuente motriz es la potencia consumida por el

molino, pero es importante tener en cuenta la velocidad de rotación y el torque.

3.3.2.1. Determinación de la potencia consumida por el molino

La potencia consumida por el molino es una función directa de la capacidad de la máquina,

de la extracción y de las pérdidas por fricción. En general el consumo de la potencia, según

estudios realizados en el ICA, es función de las dimensiones y velocidad de las mazas, de la

abertura de los pares quebrador y repasador y del contenido de fibra de la caña (García B.

H.R., Abarca P.J.A., Moreno P.F., 1.984).

Las cañas con mayor contenido de fibra son más duras y exigen más potencia para poder

extraerles el jugo. En las anteriores condiciones, la potencia consumida puede ser calculada

utilizando la siguiente ecuación:

𝑷 = −𝟏𝟐, 𝟏𝟏 + 𝟎, 𝟐𝟐𝒇 + 𝟎, 𝟑𝟗𝑫 + 𝟎, 𝟑𝟏𝑳 + 𝟎, 𝟑𝟒𝑽 + 𝟎, 𝟐𝟑𝑨𝒆 − 𝟏, 𝟑 𝑨𝒔 Ecuación 10

Dónde: f: Contenido de fibra de la caña, %

D, L, V, Ae y As: definidas en la ecuación 5

Como las variables de diseño y operación de la máquina intervienen en la capacidad, en la

extracción y en el consumo de potencia de la máquina, se puede hacer una correlación directa

para establecer el consumo de potencia en función de la extracción y la capacidad, tal como

se muestra a continuación en la ecuación desarrollada por García B. H.R. (2.015)

P = -6,23466+4,82608*C+0,0130482*EXP(0,108159*Ep) Ecuación 11

Dónde:

P= Potencia consumida, kW

C= capacidad del molino, t/h

Ep= Extracción en peso, kg de jugo por 100 kg de caña

89

Figura 90. Potencia requerida en función de la capacidad y la extracción.

Con base en la Ecuación 7 se dibujó la Figura 90 que muestra el consumo de potencia para

la capacidad promedia del trapiche (1,3 t/h de caña) y para la capacidad de operación de la

máquina (1,8 t/h) y para una Extracción en peso esperada de 60 kg de jugo por cada 100 kg

de caña molida. En estas las condiciones el consumo de potencia puede estar entre 8,3 kW

(11 H.P) para 1,3 t/h y 10,6 kW (14 H.P) para 1,8 t/h.

Para seleccionar el motor se deben tener en cuenta las pérdidas de potencia por altitud y

temperatura en motores de combustión interna de aspiración natural y sin sistemas

correctores, en función de la presión ambiental, pues la altitud sobre el nivel del mar tiene un

notable efecto sobre la densidad del aire y su composición.

(García B. H.R., 1.983), desarrolló, por regresión, una ecuación para calcular la Presión

Atmosférica Local, en función de la altura sobre el nivel del mar para las condiciones de las

regiones de la franja ecuatorial. La Presión Atmosférica Local es la que define la densidad y

su inverso, el peso volumétrico del aire y de los gases de la combustión. Estas variables tienen

gran importancia en el diseño y desempeño de las maquinas térmicas del trapiche, motor de

combustión interna y hornilla.

𝑷𝒂𝒕𝒎 𝑳𝒐𝒄𝒂𝒍 = 𝑬𝑿𝑷(−𝟎, 𝟎𝟎𝟎𝟏𝟏𝟓𝟖 ∗ 𝑨𝒍𝒕) Ecuación 12

Dónde:

Patm, Presión Atmosférica Local, Atm

A: Altura del sitio sobre el nivel del mar, m.s.n.m

Se observa en la Figura 91 que la Presión Atmosférica en Isnos y San Agustín, con altitudes

entre los 1.600 y 2.000 m.s.n.m., puede estar entre 0,79 y 0,83 Atmosferas.

0,0

5,0

10,0

15,0

20,0

51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65

Po

ten

cia

con

sum

ida,

kW

Extracción en Peso, kg jugo/100 kg de caña

1,3 t/h

1,8t/h

90

Figura 91. Presión Atmosférica Local en función de la altitud del sitio.

También, la temperatura del medio ambiente es una función de la altura del sitio sobre el

nivel del mar y tiene gran influencia en las máquinas y equipos térmicos.

(Pabón, J., Eslava A., Gómez R., 2.001) establecieron la siguiente ecuación para calcular la

temperatura ambiente de la región Andina colombiana en función de su altitud:

𝑻 = 𝟐𝟗, 𝟑 − 𝟎, 𝟎𝟎𝟔𝟏𝟑 ∗ 𝑨 Ecuación 13

Dónde:

T=Temperatura promedia del medio ambiente, °C

A= Altitud, m.s.n.m

Figura 92. Temperatura ambiente de la región andina en función de la altitud

10,97

0,940,92

0,890,87

0,83 0,820,79

0,770,75

0,730,71

0,65

0,7

0,75

0,8

0,85

0,9

0,95

1

1,05

0 250 500 750 1000 1250 1600 1750 2000 2250 2500 2750 3000

Pre

sió

n A

tmó

sfe

rica

loca

l, at

m

Altitud, m.s.n.m.

29,327,8

26,224,7

23,221,6

19,5 18,617,0

15,514,0

12,410,9

0

5

10

15

20

25

30

35

0 250 500 750 1000 1250 1600 1750 2000 2250 2500 2750 3000

Tem

per

atu

ra l

oca

l, C

Altitud, m.s.n.m.

91

Con base en la ecuación 9 e elaboró la Figura 92, donde se observa que a los 1.600 m.s.n.m

se tiene una temperatura ambiente promedio de 19,5°C y a los 2.000 una de 17°C.

En el Manual del Ingeniero Mecánico (1.967) se afirma que la Potencia de las máquinas de

combustión se afecta de acuerdo con la siguiente expresión:

𝑷

𝑷°= (

𝝏

𝝏°)

𝒂

(𝑻

𝑻° )𝒃 Ecuación 14

Dónde P=Potencia; 𝜕=Densidad del aire; T=Temperatura del aire comparadas con

las mismas variables a 0 m.s.n.m (°)

Lizhong et al. (1995), citados por (Lapuerta M., Armas O., Agudelo R. J., Sánchez C.A.,

1.995) realizaron ensayos en un motor diésel de inyección directa, aspiración natural, de 3,3

litros de cilindrada total y cuatro cilindros. Dejando constante el dosado relativo, obtuvieron

una disminución del 24% en la potencia efectiva y un incremento del consumo específico de

combustible cercano al 4% al operar a 2000 msnm. Lo anterior significa una pérdida de

potencia del 12% por cada mil metros de altura. En la mayor parte de los catálogos, los

fabricantes recomiendan sobreestimar la potencia de los motores en 11% por cada 1.000 m

de altitud para compensar las pérdidas.

Para el caso de los municipios Isnos y San Agustín, la zona productora de caña se encuentra

entre los 1.600 y los 2.000 m.s.n.m. Por tanto, las pérdidas de potencia pueden estar entre el

18 y el 24%, o sea cerca de un 25% en promedio, según lo mencionado anteriormente. Esto

es el motor debería tener una potencia global debería ser de:

Tabla 15. Potencia nominal y requerida del motor según la capacidad de molienda

Capacidad, kg/h Potencia requerida, H.P Potencia Motor, H.P

1.300 11 14 a 16

1.800 14 16 a 20

La potencia del motor a adquirir, de acuerdo con la Tabla 15, debe estar entre los 16 y 17

Caballos de Fuerza (H.P.) y se recomienda un motor diésel que tiene un par más alto que los

motores a gasolina y por eso son ideales para este tipo de máquinas. En caso de usar un motor

eléctrico se recomienda adquirir un motor de 18 a 20 H.P., de acuerdo a las existencias

comerciales en el mercado. Hay que tener en cuenta, que además de la capacidad de diseño

del trapiche, el consumo de potencia es para una extracción en peso, Ep, de 60 kg de jugo

por cada 100 kg de caña. Si se quiere un nivel más alto habrá que adquirir un motor de mayor

potencia disponible.

92

3.3.2.2. Selección del motor

Para los trapiches del proyecto, atendiendo los requerimientos de diseño y la disponibilidad

presupuestal, se adquirió un motor Hindú, tipo Lister, de 2 pistones, de 16 HP, refrigerado

por agua y que funciona a 850 r/min.

Figura 93. Motor de Combustión interna usado en el proyecto

La contaminación auditiva, por gases y por aceites producida por motores tipo Diesel, en

fábricas de alimentos, como son los trapiches, puede ser disminuida usando motores

eléctricos. En el proyecto no se previeron usar por falta de instalaciones eléctricas con líneas

trifásicas en los puntos de construcción de los trapiches.

3.3.3. Selección de la correa para transmitir la potencia.

La forma más adecuada y barata para transmitir la potencia del motor al molino es mediante

correas o bandas. Las correas se usan para transmitir, mediante un movimiento de rotación,

potencia entre árboles normalmente paralelos y, entre los cuales no es preciso mantener una

relación de transmisión exacta y constante.

3.3.3.1. Clases de correas empleadas en los equipos de molienda

Las transmisiones por medio de correas son denominadas de tipo flexible pues absorben la

mayor parte de las vibraciones y choques. De acuerdo con la sección de la correa, se pueden

clasificar en correas o bandas planas y correas en V. Las correas planas son adecuadas para

distancias entre ejes relativamente grandes, actuando bajo condiciones adversas de trabajo

(polvo, humedad, calor, etc.). Tanto las correas planas como las en V son silenciosas y tienen

una larga vida útil sin averías ni problemas de funcionamiento.

93

Inicialmente las correas se construían en cuero y luego se pasó a elaborarlas en telas de

algodón recubiertas de caucho. Actualmente se construyen en materiales sintéticos como

poliéster, rayón, poliamidas, permitiendo gran capacidad de transporte de potencia, marcha

silenciosa y segura y bajas cargas sobre los rodamientos de las maquinas.

Figura 94. Corte transversal de una correa plana. Fuente HABASIT4

Las correas de algodón y las de materiales sintéticos se construyen en varias capas sucesivas

para aumentar la capacidad de transporte. En la Figura 94 se observa el corte transversal de

una correa de una sola capa, con superficie de tracción por ambos lados: Las capas 1 y 3

corresponden a la superficie de fricción en contacto con las poleas y la capa externa.

En el caso de las correas fabricadas por HABASIT estas capas se construyen en Goma de

Acrilnitrilo-Butadieno (NBR) y presentan un grabado rugoso. La capa de tracción, 2, es

construida en Poliamida (PA)

3.3.3.2. Partes del sistema de transmisión de potencia por correa

La Figura 95 muestra un esquema de transmisión típica de un trapiche, la cual consta de:

1. Una polea motora, con diámetro d y arco de contacto α

2. Una polea receptora, con diámetro D y arco de contacto β

3. Una correa con dos ramales: Tracción o tenso y el de empuje o flojo

4 Habasit. Ficha de datos del producto SP-330/30. Para otros datos Tabla 37.- Ficha técnica de la correa seleccionada para la

transmisión de potencia.

94

Figura 95. Esquema de una transmisión de potencia mediante correas o bandas.

3.3.3.3. Determinación de las dimensiones de la polea motora

Inicialmente se determina la relación de transmisión en función de la velocidad de rotación

del eje del motor y de la polea volante del molino y de los diámetros de las dos poleas. La

siguiente igualdad, tomada del Manual del Ingeniero Mecánico de Marks se usa para explicar

la relación de transmisión:

𝑽𝒎𝒕 ∗ 𝒅𝒎𝒕 = 𝑽𝒎𝒍 ∗ 𝑫𝒎𝒍 Ecuación 15

Dónde:

Vmt: Velocidad de rotación de la polea motora=850 r/min

dmt: Diámetro de la polea motora, mm

Vml: Velocidad de la polea o volante del molino, r/min

Dml: Diámetro de la polea o volante del molino=99,06cm

La velocidad de la polea volante del molino se establece a partir de la velocidad de rotación

de las mazas y la relación de transmisión interna del molino (6,8 r/min, como fue visto

anteriormente):

𝑽𝒎𝒍 = 𝑹𝒕𝒎𝒍 ∗ 𝑽𝑴𝒛 Ecuación 16

Dónde:

Rtml= Relación de transmisión interna del molino: 22,75:1

VMz=Velocidad de rotación de las mazas, r/min: 6,8

Vml=22,75*6,8=154,7r/min

Transformando la igualdad:

𝑽𝒎𝒕 ∗ 𝒅𝒎𝒕 = 𝑽𝒎𝒍 ∗ 𝑫𝒎𝒍 Ecuación 15

95

Se calcula el diámetro de la polea reemplazando así:

𝑑𝑚𝑡 =154,7𝑟/𝑚𝑖𝑛 ∗ 99,06𝑐𝑚

850𝑟/𝑚𝑖𝑛= 18,0𝑐𝑚 ≅ 7"

De esta forma la polea debe tener un diámetro de 18,0 cm, aproximadamente 7” para que se

cumpla con la velocidad de rotación de las mazas del molino de 6,80 r/min, cuando el sistema

es accionado por un motor cuyo eje gira a 850 r/min. Para estandarizar las dimensiones de

las poleas se recomienda que el ancho de la polea motora sea equivalente al de la polea

volante del molino; o sea 15,24 cm (6”). Esto da un indicativo del ancho de la correa, que

debe ser por lo menos dos cm menos que el ancho de las poleas para alinearla en el centro de

las poleas y para evitar el deterioro en los lados de la correa.

3.3.3.4. Calculo de la longitud de la correa

La longitud de la correa, partiendo del esquema de la Figura 95 y de las pérdidas por la

disminución del “Arco de Contacto” o de abrazamiento de la polea motora.

(D-d)

cm 200 250 300 350 400 450 500

40 0,97 0,98 0,98 0,99 0,99 0,99 0,99

50 0,96 0,97 0,98 0,98 0,99 0,99 0,99

60 0,96 0,97 0,98 0,98 0,98 0,98 0,98

70 0,95 0,96 0,97 0,98 0,98 0,98 0,98

80 0,94 0,95 0,97 0,97 0,98 0,98 0,98

90 0,93 0,95 0,97 0,97 0,97 0,97 0,97

FACTOR DE ARCO DE CONTACTO SEGÚN LA DISTANCIA ENTRE EJES Y

LA DIFERENCIA DE LOS DIÁMETROS DE LAS POLEA (D-d)

Como se muestra en el ¡Error! No se encuentra el origen de la referencia., a medida que

la diferencia de los diámetros es mayor y la distancia entre centros de las poleas es menor,

las pérdidas por deslizamiento, producto de la disminución del arco de contacto, se

incrementan y es necesario aumentar el ancho de la correa o el número de lonas para

compensar dichas pérdidas. Una solución es usar distancias entre centros muy grandes, pero

en este caso se aumenta el peso de la correa, que genera daños en los rodamientos de las

máquinas y los costos. Marks sugiere para iniciar el ensayo y error usar una distancia entre

centros cercana a tres veces el diámetro de la polea mayor. Para una diferencia de diámetros

de 81 cm (99cm-18cm) y un diámetro de la polea mayor de 99 cm, sería: 99cm*3=297 cm.

96

Dada la poca diferencia en las pérdidas por arco de contacto entre 250 y 300 cm se optó por

una distancia entre centros de 250 cm.

Basado en la anterior se calcula la longitud de la correa usando la ecuación citada por Marks

𝑳 = 𝟐𝒄 +𝝅(𝑫

𝒎𝒍+𝒅𝒎𝒕)

𝟐+

(𝑫 𝒎𝒍

−𝒅𝒎𝒕)𝟐

𝟒𝒄 Ecuación 17

Dónde:

L=Longitud de la correa, cm

c=Distancia entre centros, cm

Reemplazando:

𝐿 = 2 ∗ 250𝑐𝑚 + 𝜋(99 + 18)𝑐𝑚

2+

(99 − 18)2

4 ∗ 250𝑐𝑚= 690𝑐𝑚

Esto es, para una distancia entre centros de 250 cm y las poleas de 99 y 18 cm de diámetro

se requiere una correa de 690 cm.

3.3.3.5. Velocidad de la correa

Conocidos los diámetros de la polea motora (18cm) y su velocidad de rotación (850 r/min)

la velocidad de la correa (Vc) se calcula con:

𝑽𝒄 = 𝝅 ∗ 𝒅𝒎𝒕 ∗ 𝒗𝒎𝒕 Ecuación 18

Reemplazando

𝑉𝑐=𝜋 ∗ 18𝑐𝑚 ∗ 850 𝑟/𝑚𝑖𝑛 = 48.066 𝑐𝑚/𝑚𝑖𝑛 = 8,01 𝑚/𝑠

3.3.3.6. Potencia transmitida por la correa

La potencia transportada o transmitida por una correa depende de la velocidad lineal de la

correa y del material de fabricación (las de algodón- caucho transmiten el doble o triple de

potencia que las de cuero y las de materiales sintéticos entre 2 y 4 veces la potencia de las de

algodón), del ancho y del número de capas.

Dado que en el país panelero predominan las correas de algodón-caucho, en el Anexo 3 se

muestra la potencia transmitida, en Caballos de Fuerza por centímetro de ancho y número de

lonas en este tipo de correas. Este Anexo es interesante porque permite ver la velocidad

máxima de la correa en función del número de lonas y del diámetro de la polea motriz, que

generalmente es la más pequeña.

Según la ficha técnica de la correa, ¡Error! No se encuentra el origen de la referencia.,

elaborada por HABASIT, la correa puede transmitir 14 N/mm para tener un estiramiento o

97

alargamiento inferior al 1% y la Fuerza Periférica Nominal por unidad de ancho es de

40N/mm.

La potencia transmitida por la correa de poliamida suministrada por HABASIT, se calcula:

𝑷𝒖 = 𝑭𝑵

𝒎𝒎∗ 𝑽𝒄

𝒎

𝒔= 𝟒𝟎

𝑵

𝒎𝒎∗ 𝟖, 𝟎𝟏

𝒎

𝒔= 𝟑𝟐𝟎, 𝟒

𝑵

𝒎𝒎.

𝒎

𝒔= 𝟑𝟐𝟎, 𝟒

𝑾

𝒎𝒎 Ecuación 19

Dónde:

Pu: Potencia transmitida por unidad de ancho, W/mm

F: Fuerza periférica nominal por unidad de ancho, N/mm

3.3.3.7. Cálculo del ancho de la correa

Después de establecidas las dimensiones de las poleas, la distancia entre centros o ejes de las

máquinas (molino-motor), la longitud y velocidad periférica de la correa, solo resta calcular

el ancho para finalizar el proceso de selección.

𝑨 =𝑷𝒎∗𝑭𝒔

𝑷𝒖∗𝑭𝒂𝒄 Ecuación 20

Dónde:

A= Ancho de la correa, mm

Pm=Potencia generada por el motor, menos las pérdidas=16HP-21,6%=12,54HP=9.226W

Fac=Factor de arco de contacto=0,95 Según ¡Error! No se encuentra el origen de la

referencia.

(D-d)

cm 200 250 300 350 400 450 500

40 0,97 0,98 0,98 0,99 0,99 0,99 0,99

50 0,96 0,97 0,98 0,98 0,99 0,99 0,99

60 0,96 0,97 0,98 0,98 0,98 0,98 0,98

70 0,95 0,96 0,97 0,98 0,98 0,98 0,98

80 0,94 0,95 0,97 0,97 0,98 0,98 0,98

90 0,93 0,95 0,97 0,97 0,97 0,97 0,97

FACTOR DE ARCO DE CONTACTO SEGÚN LA DISTANCIA ENTRE EJES Y

LA DIFERENCIA DE LOS DIÁMETROS DE LAS POLEA (D-d)

Fs= Factor de Servicio, según la sobrecarga instantánea y el tipo de máquina=2 según

¡Error! No se encuentra el origen de la referencia.

Reemplazando:

𝐴 =9.226𝑊 ∗ 2,5

320,4𝑊/𝑚𝑚 ∗ 0,95= 75,8𝑚𝑚

98

De todas maneras, para mayor seguridad y mayor vida útil, se seleccionó una correa de

101,6mm (4”) de ancho. Así mismo, en caso de que los productores decidan cambiar el motor

esta correa les servirá para un motor eléctrico de 18 a 20 HP o diésel de 21 a 25 HP.

Figura 96. Correa de transmisión de potencia soldada. Ver el tensor para ajuste.

3.3.4. Extracción de Jugo y Correlación de Variables de Proceso.

Usando las ecuaciones 2, 3 y 4 se realizaron los balances que permiten establecer la

producción de cachaza, bagacillo y panela a partir de una tonelada (1t) de caña molida. Los

resultados se compararon con los estudios realizados por Mendieta y García (2.010) que

encontraron en San Agustín e Isnos, equipos de molienda que daban una extracción en peso

que variaba entre 55 y 59 kg de jugo por cada 100 kg de caña, dependiendo del estado

mecánico de los mismos.

3.3.4.1. Rendimiento de panela en función de la extracción de jugo

Durante las pruebas de puesta en marcha y en evaluaciones realizadas en los trapiches del

proyecto, se encontró que la extracción de jugo variaba entre 58,5 y 59,5 kg de jugo por cada

100 kg de caña. Se encontró también que se producían cerca de 40 kg de cachaza y bagacillo

por tonelada de caña. En la Tabla 16 se muestran los rendimientos de caña a panela en bloque

99

y de cachaza y bagacillo en función de la extracción en peso y para un contenido de sólidos

de 18°B en jugo y 95°B en panela.

Con base en estos datos se muestra que el rendimiento promedio del proceso, para cañas con

jugos de 18°B, que se toma como estándar de comparación, es de 104,2 kg por tonelada de

caña y se requieren 9,6 kg de caña por kg de panela.

Tabla 16. Efecto de la extracción de jugo sobre los rendimientos de panela en bloque.

Caña a procesar, kg 1000

Extracción, kg jugo/100 kg Caña 53 55 57 59 61 63 65

Producción jugo crudo, kg/t caña 530 550 570 590 610 630 650

Relación cachaza y bagacillo/caña, % 2,0 2,5 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0

Jugo clarificado, kg/t caña 510 525 540 550 560 570 580

Cachaza y bagacillo, kg 20 25 30 40 50 60 70

Sólidos Solubles Jugo, °B 18,0

Sólidos Solubles panela, °B 95,0

Panela obtenida, kg/t caña 96,6 99,5 102,3 104,2 106,1 108,0 109,9

Caña/Panela, kg/kg 10,35 10,05 9,77 9,60 9,42 9,26 9,10

Rendimiento panela por caña, % 9,66 9,95 10,23 10,42 10,61 10,80 10,99

Sin embargo, durante los dos años del proyecto se han presentado cañas con jugos con mayor

contenido de sólidos solubles, casos como Mondeyal y Diamante, 20 y 23°B, donde el

rendimiento podría superar los 115 kg de panela por tonelada de caña, como se ve en la

Figura 97 donde se muestra el efecto de la concentración del jugo sobre el rendimiento a

panela.

Figura 97. Rendimiento panela en función del Brix del jugo.

y = 5,7895x + 92,632

90,0

95,0

100,0

105,0

110,0

115,0

120,0

125,0

130,0

135,0

140,0

17,0 18,0 19,0 20,0 21,0 22,0 23,0

Pan

ela

/Cañ

a, k

g/t

Contenido de Solidos Solubles en el jugo, °B

100

Las condiciones agroecológicas de San Agustín e Isnos son ideales para la producción de

panela granulada y durante el desarrollo del proyecto se ha venido incrementando el número

de productores y la producción de este tipo de panela.

La panela granulada tiene un nivel de deshidratación mayor que la panela en bloque y alcanza

una concentración de sólidos solubles cercana a los 98°B y para que su vida de anaquel sea

superior a los 6 meses debe tener un contenido de humedad inferior al 1,5%

aproximadamente. El remover esta humedad en el proceso lleva a unos mayores gastos

energéticos y a un menor rendimiento en masa del producto. En la Tabla 17 se presentan los

rendimientos de panela granulada en función del nivel de extracción de jugo en el molino,

para un jugo con contenido estándar de 18°B.

Comparando el rendimiento de panela de las dos tablas anteriores, se puede calcular que con

la misma cantidad de caña se obtiene un 3,16% menos de peso de panela granulada de 98°B,

que de panela en bloque de 95°B.

Tabla 17. Efecto de la extracción sobre el rendimiento de panela granulada.

Caña a procesar, kg 1000

Extracción, kg jugo/100 kg Caña 53 55 57 59 61 63 65

Cachaza y bagacillo, kg 20 25 30 40 50 60 70

Sólidos Solubles Jugo, °B 18,0

Sólidos Solubles panela, °B 98,0

Panela obtenida, kg 93,7 96,4 99,2 101,0 102,9 104,7 106,5

Caña/Panela, kg/kg 10,68 10,37 10,08 9,90 9,72 9,55 9,39

Rendimiento panela por caña, % 9,37 9,64 9,92 10,10 10,29 10,47 10,65

Como se ve en la Tabla 16 y en la Tabla 17, la extracción en peso y el contenido de sólidos

solubles del jugo y de la panela son muy importantes en los rendimientos del proceso y

pueden llegar a definir la viabilidad económica de la producción de panela. De igual forma

este par de variables influyen directamente en los balances energéticos del trapiche, como se

verá a continuación y medidas tan sencillas como el pesaje de la caña o la medición del brix,

para tener una relación de los rendimientos, nunca se hacen en los trapiches de los pequeños

productores de panela.

3.3.4.2. Correlación de la Extracción con las variables energéticas del proceso

Una vez extraído el jugo de la caña en la operación de molienda, este pasa al área de la

hornilla donde se realizan dos grandes operaciones del proceso: La clarificación y la

evaporación del agua de los jugos para la obtención de las mieles concentradas, que al batirse

se convertirán en la panela, Figura 86 y Figura 87.

En la Tabla 18, elaborada para las condiciones estándar de caña con un contenido de fibra

promedio del 13% y jugo con contenido de sólidos solubles de 18°B, se observan las

101

variaciones que sufren los balances de masa de las variables que intervienen en la generación

y consumo de energía del proceso de elaboración de panela y de las cuales se hace un breve

análisis:

Tabla 18. Efecto de la extracción sobre las variables energéticas del Proceso.

Extracción, kg jugo/ 100 kg de caña 53 55 57 59 61 63 65

Peso caña, kg 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000

Peso bagazo verde, kg/t caña 470 450 430 410 390 370 350

Peso Bagazo seco, a 0% h.b.h 191 188 184 180 177 173 170

Humedad del bagazo verde, % b.h. 59 58 57 56 55 53 52

Fibra en el bagazo, kg/ t caña 130 130 130 130 130 130 130

Fibra en el bagazo, % 28 29 30 32 33 35 37

Jugo en el bagazo, kg/t caña 340 320 300 280 260 240 220

Sólidos solubles en el bagazo, °B 13 13 13 12 12 12 11

Materia seca bagazo kg 191 188 184 180 177 173 170

Humedad bagazo, kg 279 262 246 230 213 197 180

Agua evaporada, kg/t caña 413 426 438 446 454 462 470

Bagazo seco/panela, kg/kg 1,98 1,89 1,80 1,73 1,67 1,60 1,54

Agua evaporada/bagazo, kg/kg 2,16 2,27 2,38 2,47 2,57 2,67 2,77

Balance de masa del bagazo en función de la extracción

En la medida en que la Extracción en Peso aumenta, la cantidad de Bagazo Húmedo o Verde

(tal como sale del molino) disminuye de manera significativa, obteniéndose 470 kg/t Caña,

con una extracción de 53 kg Jugo/ 100 kg de caña, hasta cerca de 350 kg/t caña, con 65 de

extracción. Pero no solo se remueve agua, sino que también se extrae materia seca (azúcares,

principalmente) por lo cual la cantidad de bagazo seco, a 0% h.b.h., baja significativamente,

desde 191 kg de bagazo seco por tonelada de caña a 170, como se muestra en la Tabla 18 y

en la Figura 98.

102

Figura 98. Bagazo Húmedo y Seco, kg/t caña, en función de la Extracción.

Desde el punto de vista del rendimiento del proceso, en términos de producción de panela,

esta reducción de la materia seca en el bagazo, es muy positiva, pues es panela que se pierde

en los molinos con baja extracción; pero, desde el punto de vista energético, significa que se

tiene menos combustible para desarrollar el proceso y se requiere tener un horno con mayor

eficiencia térmica o suministrar combustibles que substituyan la energía aportada por los

azúcares removidos en la mayor extracción.

Efecto de la Extracción sobre el contenido de humedad del bagazo

Si la composición de la caña, en términos de contenido de fibra, humedad y solidos solubles

del jugo no cambia, en la medida en que se aumenta la extracción, se aumenta la recuperación

de jugo crudo y el bagazo queda más seco en el momento de salir del molino, tal como se

muestra en la Figura 99.

150175200225250275300325350375400425450475500

53 55 57 59 61 63 65

Bag

azo

Hu

me

do

y s

eco

, kg/

t ca

ña

Extracción en peso, kgJugo/100 kg de caña

PBH

PBS

50

52

54

56

58

60

53 55 57 59 61 63 65Co

nte

nid

o d

e H

um

ed

ad, %

h.b

.h

Extracción en Peso, kg Jugo/100 kg de caña

103

Figura 99. Variación del contenido de humedad del bagazo en función de la extracción.

Desde el punto de vista del uso del bagazo como combustible, a medida que se aumenta la

extracción, se reduce la cantidad de agua y del tiempo para el secado y aumenta la porosidad

para que el aire penetre y pueda retirar la humedad durante el secado.

Bagazo disponible para evaporar el agua del proceso

El balance realizado permite mostrar que la cantidad de agua a evaporar para producir 1 kg

de panela y la cantidad de bagazo seco para generar la energía para evaporar el agua, en la

medida en que varíe la extracción, Tabla 18. En la Figura 101 se muestra la cantidad de

bagazo disponible para producir 1 kg de panela. Con una extracción de 53, se tienen casi 2

kg de bagazo para producir 1 kg de panela, Pero, con una extracción de 63 solo se cuenta con

1,6 kg de bagazo seco.

Figura 100. Bagazo disponible, kg por kg de panela en función de la extracción

En igual forma y proporcionalmente, aparece la cantidad de agua a evaporar, con el bagazo

seco disponible, en función de la Extracción en peso realizada por el molino, Figura 101. Se

observa que a medida que aumenta la extracción, se tiene que evaporar mayor cantidad de

agua con el bagazo disponible.

1,51,55

1,61,65

1,71,75

1,81,85

1,91,95

22,05

53 55 57 59 61 63 65

Bag

azo

/pan

ela,

kg

/kg

Extraccón en peso,Jugo kg/100 kg de caña

104

Figura 101. Agua evaporada, kg/kg de bagazo seco, en función de la Extracción

Como se deduce, en la medida que aumenta la extracción se requiere una mayor eficiencia

térmica en el horno, porque se requiere evaporar mayor cantidad de agua, con una cantidad

de combustible cada vez más pequeña.

Los anteriores datos de los balances de masa teóricos se ven afectados en la realidad de los

trapiches por las pérdidas físicas del bagazo que se escurre de las bagaceras y del que se

llevan como combustible para iniciar los fogones de leña de los hogares de los vecinos. Así

mismo, otra pérdida significativa es la de los azúcares, por fermentación, durante el secado

del bagazo. Es notorio el calentamiento que se produce en las bagaceras durante los primeros

días de secado por las reacciones químicas de la fermentación. También se nota, que cuando

los arrumes quedan muy apretados y la humedad no puede salir, el bagazo se quema y se

pudre por la fermentación anaeróbica.

3.3.4.3. Evolución dela extracción en los molinos paneleros

En los últimos años se ha presentado un mejoramiento significativo en el diseño y

construcción de los molinos para caña panelera, con materiales estructurales de mayor

resistencia y el uso de motores con mayor potencia disponible y esto se ha traducido en un

aumento en la extracción y una reducción significativa de las pérdidas de panela. El IIT,

calculaba en la década del 70 que por cada tonelada de caña se obtenían unos 70 kg de panela.

Actualmente y en promedio, se pueden estar obteniendo unos 105 kg. En la Tabla 19, se

muestra como se ha incrementado la extracción en los molinos con el pasar de los años.

Tabla 19. Variación de la Extracción en los molinos paneleros.

Año Extracción, Ep Fuente

1974 45-50 IIT

1982 50-54 ICA

1992 56-60 ICA (cimpa)

2

2,1

2,2

2,3

2,4

2,5

2,6

2,7

2,8

2,9

53 55 57 59 61 63 65

Agu

a/B

agaz

o,

kg/k

g

Extracción en Peso, Jugo kg/100 kg de caña

105

2008 60-65 CORPOICA

Fuente (García B. Hugo R., 2.010)

Este aumento en la eficiencia de extracción implica necesariamente el incremento, en forma

proporcional, de la eficiencia térmica de los hornos, para compensar el aumento en la masa

de agua a evaporar y la merma del combustible disponible. Si se mantiene la misma eficiencia

térmica, será necesario aumentar los combustibles adicionales al bagazo.

Como se ve en la Figura 101, con una Extracción de 45 kg de jugo/100 kg de caña, se requiere

un horno con 30% de eficiencia térmica para lograr el equilibrio entre el bagazo producido

por el molino y el consumido por la hornilla. Cuando se instale un equipo de molienda con

una extracción de 65, se requiere un horno con casi 50% de eficiencia térmica. Si no se hace

así, el aumento del consumo de combustibles adicionales al bagazo, será altamente

significativo.

Fuente: García (Diseño y operación de hornillas paneleras, 2.010)

Figura 102. Variación de la eficiencia térmica de equilibrio en función de la Extracción.

3.4. PARÁMETROS PARA EL DISEÑO DE LA HORNILLA

Inicialmente se hará una breve descripción de la hornilla, presentando sus partes y

características principales, luego se mostrarán los cálculos y parámetros de diseño para el

equipo a usar en proyecto y, finalmente, se presentarán las especificaciones técnicas de cada

uno de sus componentes.

El horno usado en la elaboración de la panela, generalmente llamado hornilla panelera, es el

equipo del trapiche encargado de transformar la energía del combustible (bagazo, leña,

carbón) en energía calórica para evaporar el agua de los jugos extraídos de la caña, hasta

lograr el producto final, la panela, (Manual Para el diseño y operación de las hornillas

paneleras, 1.992).

30,0 35,0

39,0 44,8

49,5

56,7

0,0

10,0

20,0

30,0

40,0

50,0

60,0

45 50 55 60 65 70

E

f

i

c

i

e

n

c

i

a

%

Extracción del molino, kg jugo/100 kg de caña

106

3.4.1. Aspectos teóricos de la combustión

La combustión es el proceso de oxidación rápida de una sustancia, acompañado de un

aumento de calor y frecuentemente de luz. En las hornillas, el carbono del bagazo se combina

con el oxígeno de la atmósfera que lleva a la formación de dióxido de carbono, monóxido de

carbono y agua. Cuando se quema llantas o carbón, se forman otros productos como dióxido

de azufre y óxidos nitrosos. El término combustión, también engloba el concepto de

oxidación en sentido amplio.

3.4.1.1. Liberación de energía

La mayoría de los procesos de combustión liberan energía (casi siempre en forma de calor),

que se aprovecha en procesos industriales, para obtener fuerza motriz y/o para la iluminación

y calefacción domésticas. La energía obtenida de un combustible depende de la cantidad

utilizada y de su poder calorífico, que se define como la energía liberada, por unidad de masa

de un material, en el momento de su combustión.

En los combustibles sólidos, la energía liberada es función de la composición química y de

su contenido de humedad. Se definen dos valores caloríficos: Superior (VCS) e inferior o

neto (VCN). El VCS corresponde a la energía teórica producida por la combustión de una

unidad de masa de combustible bajo condiciones estándar. Esto significa que el agua de

composición y la que se forma en la combustión se condensan. Cómo esto no ocurre en la

realidad, se considera entonces que un indicativo más preciso es el Valor Calorífico Neto,

donde el agua, presente y formada, permanece como vapor.

En la Tabla 20 se encuentra el valor del Valor Calorífico Neto de algunos combustibles

usados en la producción de panela (bagazo, leña, carbón mineral, llantas y aceite usado).

Otros, como el gas, se usa en procesos industriales y domésticos y el hidrógeno que es uno

de combustibles con mayor potencial. La Tabla 20 también muestra la cantidad de esos

combustibles equivalente a la cantidad de bagazo.

Tabla 20. Potencial Calorífico (J/g) de algunos combustibles

Combustible Poder calorífico (J/g) Equivalente, kg/kg

Bagazo (30% humedad) 11.700 1,00

Leña (20% humedad) 14.600 0,80

Leña seca 19.000 0,62

Carbón (Lignito) 28.400 0,41

Carbón (Hulla)

Caucho de llantas usadas

30.600

34.000

0,38

0,33

Gas natural 39.900 0,29

Aceite usado 41.800 0,28

Hidrógeno 120.000 0,10

107

Fuente (Departamento Nacional de Planeación, DNP., 1.982). Estudio Nacional de Energía.

Para determinar el Valor Calorífico Neto del bagazo de los trapiches paneleros, en función

del contenido de humedad, después de analizar muestras de bagazo de diferentes regiones,

(Barba A., Pedraza T., García H., 1.978) encontraron la siguiente ecuación:

..%*5,203850.17 hbHVCN Ecuación 21

Dónde:

VCN: Valor calorífico neto del bagazo, kJ/kg

H: Contenido de humedad, % base humedad.

Figura 103. Efecto de la humedad sobre el Valor Calorífico Neto del bagazo

Como se ve en la Figura 103, elaborada con base en la Ecuación 17, el aumento de la

humedad del bagazo incide negativamente en el potencial calorífico del bagazo. Por eso es

tan importante el diseño de las bagaceras para lograr la deshidratación, hasta el contenido de

humedad más bajo posible, en el menor tiempo. El secado rápido evita la descomposición de

los azúcares presentes en el bagazo, lo cual permite obtener mayor energía disponible.

4000

6000

8000

10000

12000

14000

16000

18000

20000

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60

Val

or

calo

rífi

co N

eto

, kJ/

kg

Contenido de humedad del bagazo, %b.h.

108

Figura 104. Efecto de la humedad sobre la temperatura adiabática del horno

En la Figura 104, citada por (Mendieta O., García H, 2.010), se observa cómo se reduce la

temperatura adiabática de los gases de la combustión en una hornilla tradicional del Huila

que quema bagazo en una cámara con 70% de eficiencia de combustión y con 50% de Exceso

de Aire. Durante la combustión una parte de la energía del combustible se gasta en evaporar

el agua intersticial y de composición del bagazo. Por ejemplo, si se usa bagazo con 15%, que

es un punto cercano al de Humedad de Equilibrio para la mayor parte de las regiones

paneleras de Colombia, la temperatura adiabática de los gases estaría en el orden de los

1.200°C, pero con bagazo con 35% de humedad, la temperatura se reduce a cerca de 1.050°C.

Lo anterior sin contar las pérdidas por las paredes y la parrilla de la hornilla y sin calentar los

mayores excesos de aire, que hacen que la temperatura real de los gases en las hornillas

tradicionales se encuentre entre los 800 y los 850°C.

El efecto de la humedad del bagazo sobre el potencial energético se resume en el desempeño

de la hornilla, como se muestra en Figura 105, establecida por García (Diseño y operación

de hornillas paneleras, 2.010)

800

850

900

950

1000

1050

1100

1150

1200

1250

1300

1350

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60

Tem

pe

ratu

ra a

dia

bat

ica

de

l ho

rno

, °C

Contenido de humedad del bagazo, %b.h

109

Figura 105. Efecto de la humedad del bagazo sobre la capacidad de la hornilla

3.4.1.2. Aire requerido para la combustión

El aire es la fuente de oxígeno más barata para la combustión. Pero, el nitrógeno, al constituir

tres cuartos del aire, causa una temperatura de combustión considerablemente inferior que

con oxígeno puro. El aire teórico requerido se obtiene mediante un balance estequiométrico

que calcula la cantidad de oxígeno para que reaccione con el carbón del combustible. Dado

lo anterior, la cantidad de aire teórico requerido para quemar un kg de carbón bituminoso es

mucho mayor (en el orden de 11kg) que el necesario para quemar un kg de bagazo (cerca de

6 kg). Sin embargo y sobre todo en los combustibles sólidos, la mezcla del aire con el

combustible es muy difícil, principalmente cuando las partículas son de gran tamaño y; ante

una mezcla defectuosa, se presenta una combustión incompleta con una gran proporción de

monóxido de carbono (CO) y de sólidos no quemados, que aparecen en forma de humos.

Para disminuir este problema se debe agregar una mayor cantidad de aire que el requerido

para la combustión. Esto se conoce técnicamente como “EXCESO DE AIRE” y se expresa

en porcentaje, en función del aire mínimo requerido. Por otra parte, un exceso de aire reducirá

la temperatura final y la cantidad de energía liberada. En consecuencia, habrá que establecer

la relación aire-combustible en función del nivel de combustión y temperatura deseadas.

110

3.4.2. Componentes de la Hornilla Panelera

La hornilla, Figura 106, está compuesta por: A) Una cámara de combustión donde se quema

el combustible y se genera la energía térmica; B) Un conjunto o tren de evaporadores

(denominados pailas o tachos), donde se realiza la clarificación y evaporación del agua de

los jugos y; C) Una chimenea que produce el tiraje suficiente (diferencia de presión) para que

los gases salgan de la cámara, atraviesen el ducto de gases y transfieran parte de su energía a

los evaporadores, antes de ser arrojados al ambiente.

Figura 106. Partes de una hornilla panelera

3.4.2.1. Cámara de Combustión

La cámara de combustión es un espacio confinado que se encuentra ubicado en la parte baja

de la hornilla donde ocurre la reacción del aire con el combustible para la transformación de

la energía en calor. Las especificaciones técnicas de las cámaras en cuanto a materiales de

construcción, dimensiones, volumen, etc., dependen del tipo de cámara. Las cámaras de

combustión predominantes en las hornillas paneleras se pueden clasificar en: a) Plana

Tradicional b) Plana Mejorada y C) Ward CIMPA.

Cámara Plana Tradicional

Es una cámara, figura 107, empleada en las hornillas tradicionales, con parrillas, construidas

con rieles de ferrocarril, de áreas muy grandes, que permiten la entrada de aire falso. Estas

cámaras tienen un volumen muy reducido para la combustión, pues la primera paila se

encuentra encima de la parrilla y los gases se tocan con una superficie relativamente fría (la

de la paila) produciendo la fractura en la combustión y la reacción termina en monóxido de

111

carbono (CO), en lugar de CO2, con lo cual se reduce la temperatura final de los gases y la

eficiencia térmica. En las hornillas con estas cámaras se debe usar bagazo muy seco; la

temperatura de los gases de combustión alcanza los 800°C y el CO puede sobrepasar las

100.000 partes por millón (ppm).

Figura 107. Cámara de combustión plana en hornillas tradicionales

Normalmente las hornillas tradicionales tienen pailas evaporadoras con un área de

transferencia de calor relativamente pequeña, que no es capaz de absorber la energía de los

gases y, por tanto, estos salen por la chimenea con temperaturas superiores a los 600°C. La

combinación de una baja eficiencia de combustión, con una baja eficiencia de transferencia,

lleva a un consumo exagerado de combustibles adicionales al bagazo en este tipo de hornillas

(a veces hasta de 3 kg de leña por kg de panela).

Cámara Plana Mejorada

El Centro de Investigación para el Mejoramiento de la Agroindustria Panelera (CIMPA),

desarrolló cámaras para la combustión, con el objeto de hacerlas más eficientes y poderlas

operar con bagazo con mayor contenido de humedad.

112

Figura 108. Cámara plana Mejorada

La cámara plana mejorada, Figura 108, es un rediseño de las cámaras convencionales, donde

se logran incrementos significativos en la eficiencia de la combustión con cambios

relativamente pequeños. El primer cambio es aumentar el volumen de la cámara alejando la

primera paila del frente de combustión. De esta manera se reduce el enfriamiento de los gases

y se logra una reacción de combustión más completa, con lo cual se aumenta el nivel de CO2

y se reduce el de CO a niveles que varían entre 20.000 y 40.000 ppm (2 a 4%) y la eficiencia

de la combustión puede llegar a valores del 80 al 90%.

Otro cambio importante se da en el diseño de la parrilla, donde se reemplazan los rieles de

ferrocarril (que presentan espacios para entrada del aire del orden del 25% del área de la

parrilla) por tramos de parrilla en hierro fundido, con áreas de entrada de aire hasta del 50%.

Con este diseño, se pueden usar parrillas más pequeñas, con una carga térmica mayor y, más

cortas que limitan la entrada de aire falso, que tumba la temperatura de los gases de

combustión. Además, como el espacio para entrada de aire es más estrecho, que el queda

entre los rieles de ferrocarril, la caída de bagazo y, por tanto, la pérdida de material no

quemado, son menores.

Cámara Ward CIMPA

Este es un tipo de cámara, ajustada por el CIMPA para hornillas paneleras a partir de una

cámara Ward diseñada originalmente para calderas. En la hornilla con cámara Ward se

aumenta el volumen de la cámara de combustión y se incorpora una entrada de aire

secundario, ubicada de manera estratégica en el punto de mayor turbulencia de la cámara. De

esa manera se logra que el oxígeno tenga mayores posibilidades de reaccionar con el carbón

del combustible y llegar a CO2 para aumentar la eficiencia de la combustión a valores

superiores al 90% y cercanos al 100%. Cuando se opera bien se pueden alcanzar temperaturas

113

hasta de 1.100°C, aunque normalmente opera entre 950 y 1.000°C. Así mismo, el contenido

de CO es inferior a las 10.000 ppm y se han encontrado valores tan bajos como 1.700 ppm.

Para facilitar la combustión del bagazo, la cámara cuenta con una rampa de presecado, donde

se remueve parte de la humedad del bagazo antes de que este caiga a la parrilla. De esta

forma, se puede usar bagazo hasta con contenidos de humedad del 45%, es decir con unas 6

a 10 horas de aireación dentro del mismo trapiche.

Figura 109. Esquema de la Cámara de Combustión WARD CIMPA

Sin embargo, el uso de la cámara WARD CIMPA se encuentra restringido por factores

económicos y culturales de la producción de panela. Esta cámara funciona bien cuando el

proceso de elaboración de la panela se hace de manera continua día y noche y ojalá durante

toda la semana, pues requiere de entre 8 y 10 horas de calentamiento con bagazo seco para

alcanzar las temperaturas adecuadas para presecar el bagazo. También requiere que el nivel

de extracción de jugo en el molino sea superior a los 63 kg por cada 100 kg de caña y

preferible por encima de los 65, para que el bagazo salga con contenidos de humedad

cercanos al 50% y alcance el 45% con el oreado en el trapiche. Desde el punto de vista

económico, la inversión de capital es más alta pues requiere de ladrillo refractario (y en

mayores cantidades) para la construcción de la cámara y se necesitan chimeneas más altas

para lograr el tiro que venza la resistencia al paso de los gases dentro de la cámara. De

acuerdo a los estudios realizados por García (2.010) los trapiches con hornillas con Cámara

Ward Cimpa deben tener una capacidad superior a los 150 kg de panela por hora y moler

entre 3.000 y 5.000 t de caña por año para recuperar la inversión económica.

114

El uso y selección de una u otra cámara depende de factores como el tiempo de operación

continuo de la hornilla, de los niveles de extracción del molino y de la capacidad de inversión

de capital para la construcción de la hornilla.

3.4.2.2. Partes constitutivas de la cámara de combustión

La cámara de combustión está compuesta de 4 partes o elementos: La boca de alimentación

del combustible, la parrilla, el cenicero y la bóveda o cámara, propiamente dicha, donde se

desarrolla la combustión.

Puerta de alimentación del bagazo

Es una abertura por donde el operario introduce el bagazo a la cámara de combustión. Puede

ser de diversas formas y materiales; comúnmente es de forma cuadrada, rectangular o

rectangular terminada en bóveda en forma de arco. Actualmente las puertas se construyen en

hierro fundido, principalmente y mantienen unas medidas aproximadas a 25x25 cm; 30x30

cm y/o 40x40 cm. Figura 110.

Las dimensiones tratan de acomodarse a la carga de bagazo en kg/h de tal manera que no

queden espacios muy grandes en el momento de alimentar el bagazo, pues la puerta

permanece pues no tiene una hoja para cerrarla y hay que mantenerla tapada con bagazo para

que no entre aire falso a la combustión. Por otra parte, si la puerta es muy pequeña se dificulta

la carga del bagazo, cuando se trata de volúmenes muy grandes y el operario se cansa por el

esfuerzo físico que tiene que realizar para mantener una carga uniforme de combustible.

La hornilla del proyecto se construyó con una cámara principal, para el tren de pailas

evaporadoras y una cámara auxiliar para la paila concentradora. Cada cámara tiene su puerta

para alimentación, como se muestra en la Figura 110.

115

Figura 110. Parte frontal de la hornilla.

Parrilla

La parrilla es una rejilla horizontal que sirve de lecho para el bagazo; permite la entrada de

aire para la combustión y el paso de las cenizas hacia el cenicero. Antiguamente la parrilla

se construía en ladrillo y los maestros de hornillas las llamaban “clavellinas” y consistía en

hacer un piso de ladrillo dejando un espacio vacío por cada espacio ocupado por un ladrillo

puesto de canto. Posteriormente las parrillas se comenzaron a construir con rieles de

ferrocarril colocando la base ancha del riel hacia arriba para soportar el bagazo y dejando

espacios de 3 a 5 cm entre rieles para el paso del aire y de las cenizas. La mayor parte de las

hornillas tradicionales colombianas utilizan tramos de riel de ferrocarril para las parrillas,

con rieles paralelos al flujo de los gases o perpendiculares a los mismos como se muestra en

la Figura 111.

El principal inconveniente de las parrillas de rieles es la baja proporción de área libre para

entrada de aire en relación al área total (menos del 20%) que genera problemas de combustión

incompleta y deformación y torcedura de los rieles por sobrecalentamiento. Para tratar de

solucionar este problema, los maestros dejan espacios mayores, por donde se pasa el bagazo,

aumentando las pérdidas por material no quemado.

116

Figura 111. Parrilla de hornilla tradicional con rieles de ferrocarril

La parrilla ideal es aquella que permite el contacto total de las partículas de combustible con

el aire y en algunos materiales granulares, el combustible se quema en la corriente de aire.

Para solucionar los problemas y la ilegalidad de las parrillas de rieles, el CIMPA desarrolló

unas parrillas especiales para hornillas paneleras, con 50% de área libre, compuesta de

barrotes normalizados de 50, 75, 100 y 125 cm de largo por 15,2 cm de ancho, Figura 112.

Figura 112. Barrotes para configuración de las parrillas tipo CIMPA.

En la Figura 113 se observa la cámara de combustión de una de las hornillas del proyecto

con sus respectivas parrillas y puerta de alimentación del bagazo.

117

Las dimensiones y el tipo de parrilla deben ser proporcionales a la carga de bagazo e inciden

directamente en la eficiencia térmica de la hornilla. Para una parrilla tipo CIMPA el área se

calcula de acuerdo con la siguiente ecuación:

𝑨𝒑 =𝑷𝒐𝒕 𝑯

𝑪𝒈 Ecuación 22

Dónde:

Ap=Área parrilla, m²

Cg=Carga Energética, kW/m²

En las hornillas se trabaja con cargas que van desde los 600 a los 1.200 kW/m². Las cargas

bajas se usan en las hornillas con baja eficiencia térmica, pues queman mayores cantidades

de bagazo, emplean excesos de aire superiores al 100% y tienen chimeneas muy bajas porque

las caídas de presión del aire al pasar por las parrillas son muy bajas. En la cámara principal

de la hornilla del proyecto se usó una parrilla de 4 tramos de 15,5 cm por 120 cm cada uno.

y en la cámara auxiliar una parrilla de 3 tramos de 15,5 cm por 75 cm, cada uno

Figura 113. Vista de la parrilla y de la puerta de alimentación de bagazo.

Las hornillas con eficiencia térmica superior al 40%, emplean cargas energéticas, para el

diseño de la parrilla, superiores a los 1.000 kW/m², excesos de aire que van del 40 al 60% y

chimeneas muy elevadas para vencer las grandes resistencias al paso del aire a través de la

118

parrilla, (CIMPA, 1.991). La resistencia al paso del aire se incrementa proporcionalmente

con la carga de la parrilla y para vencer las pérdidas se requieren chimeneas más altas.

Cenicero

El cenicero, Figura 114, es un compartimiento construido en ladrillo, que se encuentra

ubicado debajo de la parrilla; en este se almacenan las cenizas que se originan de la

combustión, las cuales se deben remover frecuentemente para evitar la formación de escoria

y por tanto, el bloqueo del paso de aire a través de ella.

En el cenicero se acaba de completar la combustión del carbono no quemado del bagazo que

cae a través de la parrilla. De esta manera el aire se precalienta para la combustión y se mejora

la eficiencia térmica del sistema. Por esto es muy importante erradicar la costumbre de

muchos trapiches de lavar y arrastrar las cenizas con agua, porque además de la

contaminación de las corrientes de agua y de la perdida de una fuente de nutrientes para los

cultivos, se pierde una cantidad significativa de energía, que, a la larga, es una pérdida de

bagazo que hay que reemplazar con leña.

Figura 114. Vista de la parte anterior de una hornilla.

3.4.2.3. Sistema de evaporación

El sistema de evaporación está compuesto por las pailas evaporadoras y por el ducto que

conduce los gases de la cámara de combustión a la chimenea.

119

Las pailas evaporadoras son intercambiadores de calor, a través de las cuales se realiza la

transferencia de energía de los gases de combustión a los jugos ó mieles, para llevar a cabo

las operaciones de clarificación, evaporación y concentración en el proceso de elaboración

de la panela. El tamaño, forma y material de los evaporadores puede variar según las

necesidades propias de cada trapiche y el desarrollo tecnológico. Antiguamente se fabricaban

en cobre, aluminio o hierro y actualmente se están construyendo en acero inoxidable

laminado, principalmente.

La forma de las pailas puede ser: semiesférica, semicilíndrica, plana, aleteada, pirotubular y

aleteada–pirotubular, Figura 115. Las tres últimas fueron desarrolladas, con el fin de

aumentar la relación volumen de jugo sobre área de transferencia de calor de la paila, y así

aprovechar mejor la energía generada por la combustión. En las hornillas tradicionales la

relación de las áreas de transferencia de las pailas y la de la parrilla puede variar entre 6 y 8

a 1 y con las pailas desarrolladas por CIMPA y García puede variar entre 24 y 30 a 1.

Figura 115. Principales tipos de pailas empleadas en la industria panelera

3.4.2.4. Diseño del sistema de evaporación de la hornilla del proyecto

En la Figura 116 se muestra el esquema general de la hornilla construida en los 15 trapiches

del proyecto. Esta hornilla consta de una paila pirotubular aleteada, que funciona como

clarificadora y evaporadora; una paila evaporadora plana aleteada; una paila evaporadora

semiesférica y semicilíndrica; una paila evaporadora semiesférica y; una paila concentradora

semiesférica, donde se obtiene el punto de la panela

120

Figura 116. Corte longitudinal de la hornilla con detalle de los evaporadores.

La hornilla del proyecto se diseñó bajo el modelo a contraflujo (la dirección de los gases es

totalmente opuesta al flujo de los jugos, donde el jugo entra en la parte más fría de los gases

y fluye hacia la parte más caliente, donde se obtiene el punto de panela.

Figura 117. Vista en planta del ducto de la hornilla

Además, como se muestra en la Figura 117, la hornilla es de las denominadas en L, porque

lleva la paila concentradora al lado, sobre la cámara de combustión.

Este diseño permite obtener niveles de eficiencia térmica más elevados porque lleva las

evaporadoras con mayor área de transferencia (aleteada y pirotubular aletada) en el sector

donde los gases llevan la menor temperatura y el fenómeno de transferencia de calor

121

predominante es el de convección. Así mismo, la paila concentradora, al ser semiesférica,

ofrece la menor relación volumen sobre área, para manejar los menores volúmenes de miel

en esta fase del proceso, donde ya se ha evaporado la mayor cantidad de agua. Cómo la paila

se ubica en los puntos de temperatura, se requiere tener una gran experticia de los obreros

para evitar que las mieles se quemen.

En la Figura 118 se muestra una vista isométrica de la hornilla sin las pailas en un corte 3D

y a la derecha se muestra cómo se instalaron las pailas en la hornilla del proyecto.

Figura 118. Vista isométrica del ducto y de la hornilla del proyecto

Características técnicas de las pailas semiesféricas

Las pailas semiesféricas ó semicilíndricas se utilizan cuando se manipulan mieles (fluidos

con una concentración de sólidos solubles superiores a 70ºB), ya que por su viscosidad el

movimiento debe hacerse manualmente, facilitándose el trabajo de retirar las mieles de la

hornilla con los implementos utilizados (remellones, cazos, etc.) por la forma de la paila.

Área de transferencia de calor en la paila semiesférica

122

De acuerdo con lo establecido en la Figura 119, el área de transferencia de calor, en los

evaporadores semiesféricos, se puede calcular utilizando la ecuación 19. Esta área depende

exclusivamente de las medidas de la paila evaporadora, las cuales se determinan de acuerdo

con cálculos de área requerida para lograr la transferencia de energía necesaria para evaporar

el agua de los jugos.

2

cos12 2 rAs Ecuación 23

Figura 119. Geometría de la paila semiesférica y su ducto de gases

123

Figura 120. Dimensiones del ducto y de la paila concentradora del proyecto.

Área transversal del ducto en pailas semiesféricas

El área transversal del ducto de gases, debajo del evaporador semiesférico, se calcula en

función de las dimensiones de la paila y de la altura que hay entre el fondo de la paila y el

piso del ducto. Las medidas de la paila provienen del numeral anterior y las medidas del

ducto dependen del volumen de gases que pasan por él y de la capacidad de tiraje de la

chimenea. En estas condiciones el área del ducto

2

)

2

2 arDrDHA dt

Ecuación 24

2cos

22

22

senr

rDHA dt

Ecuación 25

Donde,

2

2 rsenD

2

cos1 ra

º136

Diámetro hidráulico de la paila semiesférica

El diámetro hidráulico, Dh, es un término comúnmente utilizado en hidráulica cuando se

manejan fluidos en canales y tubos no circulares. Utilizando este término se puede estudiar

el comportamiento del flujo de la misma forma como si fuera una tubería de sección circular.

En las pailas semiesféricas el diámetro hidráulico se calcula con la Ecuación 22

rHD

senrr

DH

Dd

d

h

2

2cos

224 2

2

Ecuación 26

Características técnicas de las pailas semicilíndricas

Las pailas semicilindricas, como las semiesféricas, se caracterizan por ser evaporadores para

jugos de mediana y alta concentración, (50 a 75°B). Estos evaporadores, comparados con los

semiesféricos tienen una mayor área de transferencia de calor, relacionada con el área total

de la paila (incluida la falca). De esta forma el costo por m² de área de transferencia de calor

es más bajo en este tipo de paila.

https://es.wikipedia.org/wiki/Hidr%C3%A1ulica

https://es.wikipedia.org/wiki/Tuber%C3%ADa

124

Figura 121. Geometría de la paila semicilíndrica y de su ducto de gases

En la paila semicilíndrica el área de transferencia de calor se puede calcular usando la

Ecuación 23, donde M es la longitud de la paila.

rMrAs 2

Ecuación 27

El área transversal del ducto se calcula con la Ecuación 24

2

2rDHA dt

Ecuación 28

El diámetro hidráulico se calcula con la Ecuación 25

rHD

rDH

Dd

d

h

2

24

2

Ecuación 29

Y el volumen mínimo de jugo se calcula usando la Ecuación 26

2

2MrV j

Ecuación 30

125

Figura 122. Dimensiones del ducto y de la paila semicilíndrica.

Características técnicas de las pailas planas aleteadas

Las pailas o evaporadores planos aleteados fueron desarrollados por el CIMPA, con el fin de

obtener un evaporador con mayor eficiencia de transferencia de calor, con el mismo volumen

de jugo de las pailas planas del ítem anterior. En estas condiciones se desarrollaron unas

pailas donde se adhieren unas aletas, con soldadura de penetración. Los estudios realizados

en el CIMPA mostraron que la transferencia de calor del área de las aletas varía entre el 15

al 30% del área plana equivalente.

En las pailas aleteadas el área de transferencia de calor se calcula usando la siguiente

ecuación:

bMnaBMAs 2

Ecuación 31

Donde,

n =número de aletas y M longitud de la paila

El Área transversal del ducto se calcula con la siguiente ecuación:

nabDHA dt

Las dimensiones de altura Hd y ancho D de dicho ducto se establecen para que los gases

fluyan con una velocidad que fluctúe entre 3 y 10 m/s.

El Diámetro Hidráulico de las pailas aleteadas se calcula con:

126

naBHD

nabDHD

d

d

h22

4

Ecuación

32

El volumen de mínimo de jugo se calcula con la misma ecuación empleada para la paila plana

y depende de la altura de llenado.

Figura 123. Geometría de la paila aleteada y de su ducto de gases

Figura 124. Detalle del banco de aletas de una de las pailas del proyecto.

127

Figura 125. Dimensiones del ducto y de la paila aleteada

Características técnicas de las pailas piro tubulares-aleteadas

Este tipo de paila fue desarrollada exclusivamente por García B. Hugo R. y pretende

incorporar los elementos de diseño que permiten aumentar el área de transferencia de calor

y por ende la eficiencia térmica de las hornillas. En estos evaporadores la energía fluye de

los gases a los jugos provenientes de las aletas, de las paredes laterales, frontales y del fondo

de la paila y de los tubos que atraviesan la masa de jugo. Fuera de los tubos, estas pailas se

diferencian en que llevan una buena parte del casco o fondo (paredes laterales, frontales y

pisos) inmersas en el caudal de gases.

El área de transferencia de calor de una paila de estas puede llegar a ser de 10 a 20 veces el

área de una paila semiesférica y por ese motivo se debe instalar en aquellas áreas de la

hornilla donde los gases ya han cedido parte de su energía y llevan una menor temperatura y

el fenómeno predominante para la transferencia de energía es el de convección.

Figura 126. Esquema frontal e isométrico de la paila pirotubular aleteada.

128

En el momento de diseñar las pailas se deben tener elementos constructivos y de operación,

pertinentes, tales como:

La altura del fondo de la paila debe variar entre 25 y 40 cm

La distancia entre las aletas debe ser la mínima posible para la introducción del

electrodo de la soldadura.

La distancia entre tubos debe ser tal que permita meter las manos para el lavado de

los tubos y del área que queda debajo.

El área de los tubos debe guardar factores de proporcionalidad con el área del ducto

para que los gases se distribuyan entre los tubos y el ducto de gases. Esto es, la

velocidad de los gases debe ser igual dentro de los tubos que dentro del ducto.

En la Tabla 21 se presenta la nomenclatura de las diferentes variables de diseño y de las

ecuaciones empleadas en el cálculo del ducto y de las pailas pirotubulares aleteadas.

Tabla 21. Variables de la geometría del ducto y de las pailas piroaleteadas.

Del ducto De la paila De los tubos De las aletas

AnD=Ancho AnP=Ancho nT= Número NAle= Número

hD=Altura Lp=Longitud Dt=Diámetro hAle=Altura

hfon=Altura fondo Lt=Lp=Longitud espAle= Epesor

hfl=Altura falca LAle=Lp=Longitud

El Diámetro hidráulico, Ecuación 37, se calcula considerando la relación entre el Área de

flujo y el Perímetro de flujo.

A su vez, el Área de flujo, Ecuación 36, corresponde a la diferencia de áreas del ducto

(Ancho*Alto del ducto, en este caso) menos el Área Frontal de la Paila

El Área Frontal de la Paila, Ecuación 35, se calcula con base en las dimensiones frontales

de la paila (Largo*Ancho) menos el área ocupada por los tubos, más la ocupada por las aletas,

𝑷𝒆𝒓𝒊𝒎𝒆𝒕𝒓𝒐 𝒅𝒆 𝑭𝒍𝒖𝒋𝒐 = 𝟐 ∗ 𝑨𝒏𝑫 + 𝟐 ∗ 𝒉𝑫 + 𝟐 ∗ (𝒉𝒇𝒐𝒏) + 𝟐 ∗ 𝒉𝑨𝒍𝒆 ∗ 𝑵𝑨𝒍𝒆 Eción 33

𝑨𝒓𝒆𝒂 𝑭𝒓𝒐𝒏𝒕𝒂𝒍 𝑷𝒂𝒊𝒍𝒂 = [(𝒉𝒇𝒐𝒏) ∗ (𝑨𝒏𝑷)] − (𝝅∗𝑫𝒕𝟐

𝟒∗ 𝑵𝒕) + (𝒉𝑨𝒍𝒆𝒕 ∗ 𝑬𝒔𝒑𝑨𝒍𝒆 ∗

𝑵𝑨𝒍𝒆) Ecuación 34

𝑨𝒓𝒆𝒂 𝒅𝒆 𝑭𝒍𝒖𝒋𝒐 = 𝒉𝑫 ∗ 𝑨𝒏𝑫 − 𝑨𝒓𝒆𝒂 𝑭𝒓𝒐𝒏𝒕𝒂𝒍 𝑷𝒂𝒊𝒍𝒂 Ecuación 35

𝑫𝒊𝒂𝒎𝒆𝒕𝒓𝒐 𝑯𝒊𝒅𝒓𝒂𝒖𝒍𝒊𝒄𝒐 =𝟒∗𝑨𝒓𝒆𝒂 𝒇𝒍𝒖𝒋𝒐

𝑷𝒆𝒓𝒊𝒎𝒆𝒕𝒓𝒐 Ecuación 36

129

El Área de Transferencia de Calor de la Paila, Ecuación 38, corresponde a la sumatoria de

las áreas de: a) las caras delantera y trasera de la caja de la paila b) las dos caras laterales c)

el área expuesta de las aletas, el piso de la caja de la paila y el desarrollo de los tubos.

𝑨𝒓𝒆𝒂 𝑻𝒓𝒂𝒏𝒔 𝑷𝒂𝒊𝒍𝒂 = [𝟐 ∗ 𝑨𝒓𝒆𝒂 𝒇𝒓𝒐𝒏𝒕𝒂𝒍 𝑷𝒂𝒊𝒍𝒂 + 𝟐 ∗ 𝑳𝒑 ∗ 𝒉𝒇𝒐𝒏 + (𝟐 ∗ 𝑵𝑨𝒍𝒆𝒕 ∗

𝒉𝑨𝒍𝒆 ∗ 𝑳𝑷) + 𝑨𝒏𝑷 ∗ 𝑳𝒑 + (𝝅 ∗ 𝑫𝒕 ∗ 𝑳𝑷 ∗ 𝑵𝒕)]

En la Figura 127 se muestran las dimensiones del ducto y de la paila pirotubular aleteada, así

como un detalle del montaje en la hornilla.

Figura 127. Corte transversal del ducto y de la paila pirotubular aleteada.

130

Figura 128. Paila pirotubular funcionando como evaporadora después de la

clarificación

131

3.4.2.5. Parámetros para el diseño de la chimenea

El diseño de la chimenea se basa principalmente en el establecimiento de las condiciones

requeridas para generar la diferencia de presión que permita vencer la resistencia al paso del

aire a través de la parrilla y de los gases en el ducto de los evaporadores y, así, transportar la

energía de la combustión al jugo para obtener las mieles concentradas. De acuerdo con las

condiciones psicrométricas del lugar donde se va a instalar el trapiche, se determina el tiro

teórico o disponible y con base en las características del diseño de los componentes de la

hornilla se establecen las caídas o pérdidas de presión para establecer el diseño de la

chimenea.

Determinación del tiro teórico para la chimenea

Se considera el tiro o, tiraje, como la diferencia de presión asociada con el movimiento de

los gases a través la chimenea. Está determinado, principalmente, por las dimensiones de la

chimenea, la temperatura y el flujo de gases. En menor proporción, se afecta por la densidad

y la temperatura del aire exterior y el grado de rugosidad de las paredes, Así mismo, se

desprecian las pérdidas de calor a través de las paredes de la chimenea.

El tiro disponible o teórico es la diferencia de presión que puede producir una chimenea bajo

determinadas condiciones de flujo y temperatura de los gases y geometría de la chimenea

(Marks L., Baumeister T, 1.967). El tiro corresponde a todas aquellas presiones, que obligan

a los gases a moverse dentro del ducto y, en términos generales, es la suma de la presión

ejercida por el tiro natural de la chimenea más la presión generada por elementos mecánicos

tales como ventiladores. En las hornillas paneleras se trabaja con el tiro ejercido por la

chimenea, es decir tiro natural, se expresa:

chatmh

chg

ch

ch

a

aatmdisp

PD

fLTmX

TT

HPxP

5

26

6

67,4915

910604,5

67,4915

967,491

5

910691,4559

Ecuación 37

El primer término corresponde al tiro teórico y el segundo término expresa las pérdidas por

fricción. Nótese que el tiro disponible depende de algunas variables conocidas; sin embargo,

unas tienen un nivel de incidencia mayor como la temperatura y el flujo de los gases, la altura

y el diámetro hidráulico de la chimenea. La temperatura es una propiedad de los gases,

mientras que el flujo es una característica de diseño, que varía en función de la alimentación

de bagazo. La temperatura y el flujo de los gases varían durante el funcionamiento de la

hornilla, mientras que las otras dos corresponden a la geometría de la chimenea, por lo cual,

se mantienen constantes durante el funcionamiento. La temperatura ambiente y la presión

atmosférica son condiciones propias del sitio de ubicación de la hornilla y serán tenidas en

cuenta en el factor de seguridad de la chimenea. La densidad de los gases depende de la

132

temperatura de estos y se calcula según la ecuación de estado (Perry, Chemical Engineering

Handbook, 1.997):

TR

Ps Ecuación 38

Donde:

R = 0,2778 kJ/kg-ºK, para unas composiciones típicas de los gases y 0,287 kJ/kg-ºK para el

aire.

Tiro requerido

El tiro requerido es la diferencia de presión necesaria para evacuar los gases del ducto de

humos y depende de la restricción que ofrezca su geometría. En otras palabras, depende de

la suma de las pérdidas de presión debidas a diversos factores, principalmente de forma. El

tiro requerido corresponde a la suma de todas las caídas de presión del gas en el trayecto

desde la cámara de combustión hasta la chimenea, debidas las obstrucciones generadas por

cambios de las áreas transversales del ducto y por la fricción.

ireq PP Ecuación 39

En términos generales las caídas de presión parciales iP , se pueden expresar según la

siguiente expresión:

2

2

1igTi vKP

ii

Ecuación 40

Donde iTK , es el coeficiente total de pérdidas para cada sección y corresponde a la suma de

los coeficientes de pérdidas por fricción (if

K ), por cambios de dirección (idK ), por

contracciones o expansiones (iaK ) y por tipo de paila de cada sección (

ipK ) si los tiene.

iiiii padfT KKKKK Ecuación 41

En la Figura 129 se observan el corte longitudinal, la vista trasera y una vista isométrica de

la chimenea. La chimenea se construyó en ladrillo tolete y para las condiciones de flujo de

gases y altura sobre el nivel del mar, se diseñó con una sección cuadrada, de abajo a arriba

de 0,67 m de lado y una altura de 12 m, a partir del nivel del piso del ducto de gases. Los

primeros 8 m de altura se construyeron en pared doble y los últimos 4 en pared sencilla.

Para controlar el tiraje de los gases, se instaló una válvula de control de tiro tipo “mariposa”,

construida en hierro fundido. Sobre un eje de hierro de 1” de diámetro se fundió una plancha

de 0,60 m de sección y un espesor de 0,03 m, en promedio, Figura 130.

133

Figura 129. Cortes y vista de la chimenea.

134

Figura 130. Válvula de control de tiro. Manivela de control (Derecha)

3.4.3. Parámetros para el diseño del trapiche típico

Una vez preestablecidos los elementos teóricos de la combustión, de la transferencia de calor

y del desempeño de los evaporadores, de la caída de presión en el ducto de gases y de los

parámetros para el cálculo de las dimensiones de la chimenea, se establecieron los parámetros

de diseño, la geometría y las dimensiones de cada uno de los componentes, a partir de los

balances de masa y energía correspondientes a los requerimientos de la hornilla para el

trapiche propuesto.

En la Tabla 14 se estableció que el equipo de molienda de los trapiches debería dar una

capacidad de molienda mínima de 1.300 kg/h de caña y que debería alcanzar una extracción

de 60 kg de jugo por 100 kg de caña. En Tabla 22 se presentan las condiciones de producción

para el trapiche típico propuesto por el proyecto a las Asociaciones de Productores de Isnos

y San Agustín. Obviamente, los resultados se ajustarán a las condiciones reales de cada

Asociación en función de la caña aprontada, de la concentración de sólidos de los jugos y de

la pericia de los operarios.

Tabla 22. Balance de masa empleado para el diseño del trapiche típico

Área caña, ha 33

Rendimiento, t/ha 120

Periodo vegetativo, mes 22,0

Producción anual caña, t 2184

Extracción, kg jugo/100 kg Caña 60

Relación cachaza y bagacillo sobre caña, %m 4,0

Cachaza y bagacillo producidos anualmente, t 87

Sólidos solubles totales del Jugo, ⁰B 18,0

Sólidos solubles totales de la panela, ⁰B 95,0

Panela producida anualmente, t 232

Meses de trabajo por año, N⁰ 12

Panela producida mensualmente, t 19

Semanas de trabajo por mes, # 2,0

Panela producida semanalmente, t 10

Días de trabajo por semana, # 5,0

Panela producida diariamente, kg 1931

Horas de trabajo por día, # 14,0

Panela producida por hora, kg 138

Caña molida por hora, kg 1300

Kg de caña por kg de panela, # 9,42

135

Rendimiento panela por caña, % 10,61

Inicialmente se había propuesto un trapiche con capacidad de producción de 100 a 120 kg/h

de panela, pero el análisis de la Tabla 22, originó un diseño de mayor capacidad y donde la

hornilla podría estar en el orden de los 138 kg/h de panela en promedio.

3.4.3.1. Balance de masa por hora del trapiche típico

A partir del balance global del trapiche, a continuación, se presenta el balance de masa por

hora, que es el que define los parámetros para el diseño.

Tabla 23. Balance de masa horario en el proceso en el trapiche típico

Capacidad de producción de panela, kg/h 138

Extracción, % 60

Caña molida, kg/h 1300

Jugo crudo obtenido, kg/h 780

Bagazo verde producido, kg/h 520

Cachaza cruda producida, kg/h 52

Jugo clarificado, kg/h 728

Fibra en el bagazo con base en caña con 13% de fibra, kg/h 169

Contenido de Fibra en el bagazo verde, % 33

Jugo residual en el bagazo, kg/h 351

Sólidos solubles Totales en el bagazo, kg/h 63

Sólidos Solubles Totales en el bagazo, % 12

Materia seca bagazo= (Fibra + Sólidos Solubles Totales), kg/h 232

Agua en bagazo= (Bagazo verde-Materia seca Bagazo), kg/h 288

Humedad del bagazo verde= (Agua Bagazo/Bagazo verde*100) % 55

Azúcar perdido en el bagazo por fermentación, kg/h 15

Peso final del bagazo verde, kg/h 505

Humedad del bagazo seco, % 30

Bagazo “seco” (a 30% de humedad b.h.) producido, kg/h 322

Agua evaporada, kg/h 590

Potencia de la hornilla, kW 940

En la Tabla 23 se muestra el balance detallado, en kg/h de los flujos del proceso. Esto es, de

los 1.300 kg de caña molidos por hora, se obtienen 780 kg de jugo crudo y 520 kg de bagazo

húmedo, que contiene un 55% de humedad (en base húmeda). Después de realizar la

clarificación o descachazado, se obtienen 52 kg/h de cachaza y 728 kg/h de jugo clarificado

y en la hornilla se evaporan 590 kg/h de agua para obtener los 138 kg/h de panela.

Por otra parte, de los 520 kg/h de bagazo húmedo, después de las pérdidas de humedad y por

fermentación durante el secado, 322 kg/h de bagazo a 30% de humedad.

136

El balance de energía muestra que para calentar el jugo crudo hasta temperatura de ebullición

y evaporar el agua del jugo clarificado para obtener la panela, se requieren 590 kJ/s (kW).

3.5. RESULTADOS PRINCIPALES

Los resultados se presentan en términos de mejoramiento de las eficiencias térmicas,

ambientales y humanas. Los resultados de las hornillas tradicionales se obtuvieron mediante

balances de masa y energía, basados en la producción de panela y en los consumos de

insumos de 3 trapiches representativos de San Agustín y tres de Isnos.

3.5.1. Mejoramiento de la eficiencia térmica de las hornillas paneleras

Al comparar la potencia de las hornillas tradicionales se observa, en la Tabla 24,como con

una potencia similar de 940 kJ/s (kW) en las hornillas del proyecto se producen 138 kg/h de

panela contra 90 kg/h con 931 kW. Estas potencias son el requerimiento energético para

calentar los jugos desde la temperatura ambiente hasta el punto de ebullición y luego de la

clarificación, para concentrar el jugo desde los 18, hasta los 95°B, correspondientes al punto

de panela en bloque o hasta los 98°B de la panela granulada.

El mejoramiento de la eficiencia térmica es producto de aumentar la eficiencia de la

combustión y de la transferencia de calor de manera combinada.

Tabla 24. Balance de energía hornillas tradicionales y del proyecto

VARIABLE/TIPO DE HORNILLA Tradicional Proyecto

Capacidad de la hornilla kg/h 90 138

Eficiencia 30 45

Caña Molida, kg/h 884 1.291

Bagazo Verde Obtenido, kg/h 380 517

Cachaza Producida, kg/h 27 52

Bagazo Seco Obtenido, kg/h 220 312

Agua Evaporada, kg/h 387 586

Potencia de la hornilla, kW 931 940

Bagazo requerido, kg/h 333 298

Balance de bagazo, kg/h -113 14

Leña equivalente, kg/h 103,1 0

Consumo de leña, t/año 44,6 0

$2´673.000

137

Después de hacer los balances respectivos, se observa que las hornillas tienen un déficit de

1,26 kg de bagazo por kg de panela, que equivalen a un déficit de 103,1 kg de leña por hora.

En la mayor parte de los casos y por la escasez de leña, se emplean carbón mineral o caucho

de llantas usadas para complementar el bagazo en el proceso de elaboración de la panela.

De acuerdo con el valor promedio de panela producida en los trapiches de Isnos, San Agustín

y Pitalito, un trapiche consume en promedio 44,6 t/año de leña, que pueden costar $2´673.000

anualmente.

Lo anterior significa que los 492 trapiches de Isnos, los 368 de San Agustín y los 30 de

Pitalito están consumiendo 36.694 t/año de leña o su equivalente en carbón o caucho. El costo

de estos combustibles adicionales al bagazo se acerca a los $2.381´640.000

Si se estima un costo promedio de mejoramiento de las hornillas de $20´000.000 por

hornilla, empleando algunos de los evaporadores que tienen los productores, se establece que

con los costos del combustible adicional se podrían arreglar 119 hornillas anualmente.

3.5.2. Desempeño térmico ambiental de las hornillas

Desde el punto de vista de los productores, el mal funcionamiento de las hornillas se traduce

en el hecho del gasto que tienen que realizar para comprar la leña, el carbón o las llantas para

poder producir la panela. Pero desde el punto de vista ambiental los costos se traducen en la

tala de los árboles y en la emisión de gases de efecto invernadero, por la mayor cantidad de

bióxido de carbono y energía arrojados al ambiente y por la emisión de gases azufrados que

afectan la salud del medio ambiente y de la comunidad en general.

3.5.2.1. Emisión de gases de efecto invernadero en las hornillas

Tabla 25. Comparación térmica ambiental de las hornillas

VARIABLE TRAD PROY VAR, %

Capacidad, kg/h 90,4 138,0 51,5

¿Eficiencia, % 30 45 50,0

Agua evaporada, kg/kg de bagazo 1,54 2,30 49,4

Bagazo requerido, kg/kg de panela 2,79 1,83 -34,4

Monóxido de carbono (CO), kg/kg de panela 0,71 0,32 -54,9

Bióxido de carbono (CO2), kg/kg de panela 1,71 1,46 -14,9

Calor Total Generado, kJ/kg panela 35.097 23.110 -51,9

Calor Aprovechado, kJ/kg 10.513 10.496 -0,16

Calor Perdido en la chimenea, kJ/kg de panela 16.402 7.062 -56,94

138

Calor Perdido por paredes, combustión incompleta y

material no quemado, kJ/kg de panela

8.182 5.555 -32,11

Continuando con lo anterior, en la Tabla 25 se muestra como la capacidad, la eficiencia

térmica y el agua evaporada por kg de bagazo se aumentan en las hornillas propuestas en

cerca del 50%, comparadas con las tradicionales. Y, el bagazo requerido se reduce en 34,4%

pasando de 2,79 a 1,83 kg/kg de panela

La reducción del consumo de bagazo lleva a una reducción del 54,9% en el monóxido de

carbono (CO) producto del mejoramiento de la eficiencia de combustión y a una reducción

del bióxido de carbono (CO2), que pasa de 1,71 a 1,46 kg de CO2 por kg de panela.

3.5.2.2. Reducción de las pérdidas de calor en las hornillas

Uno de los mejores indicadores del mejoramiento de la eficiencia de térmica en las hornillas

implementadas por el proyecto es la temperatura de los gases de la chimenea. En la Figura

131 se muestra la temperatura de los gases debajo de cada una de las pailas evaporadoras en

los dos tipos de hornillas. El orden se establece partiendo de la cámara de combustión hacia

la chimenea. La paila 1, donde se encuentra la temperatura más elevada corresponde a la

evaporadora que se encuentra sobre la cámara y la paila 5 es la más cercana a la chimenea,

Figura 116.

Figura 131. Temperatura de los gases debajo de las pailas evaporadoras

833

767714

657617

947

836

743

602

367

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

1 2 3 4 5

Tem

pera

tura

gas

es, °

C

Paila evaporadora, N°

Trad

Proy

139

En la Figura 131 se observa como en las hornillas del proyecto la temperatura de bajo de la

paila 1, que se puede asimilar como la temperatura de combustión, es un poco más de 100°C

más alta que en las hornillas tradicionales.

Y al final, la temperatura de los gases que salen por la chimenea al ambiente, es cerca de

250°C más baja, lo que da un diferencial de aprovechamiento de 580°C en la hornilla

propuesta por el proyecto contra 233°C en las tradicionales.

La gráfica muestra como las dos últimas pailas, que corresponden a la plana aleteada y a la

plana aleteada tubular, son las que más tumban la temperatura de los gases, principalmente

la piro tubular aleteada. También la gráfica muestra que, si se instala una paila evaporadora

de alta eficiencia de transferencia de calor en las hornillas tradicionales, esta podría ayudar a

mejorar la eficiencia térmica global de la hornilla de manera significativa.

El mejor uso de la energía de la combustión del bagazo, lleva a una reducción global del calor

empleado de 35.097 kJ/kg de panela a 23.110, esto es un 51,9%, producto de la reducción de

las pérdidas de energía en los gases de la chimenea, por las paredes del ducto de gases y por

combustión incompleta y material no quemado, como se observa en la Tabla 25.

La energía empleada, requerida o usada en el proceso es similar en los dos tipos de hornilla

y corresponde al calor sensible o energía requerida para calentar el jugo desde la temperatura

ambiente hasta la temperatura de ebullición y la energía requerida para evaporar el agua de

los jugos para convertirlos en mieles a punto de panela.

3.5.3. Producción de panela en los trapiches

Los trapiches del proyecto comenzaron a operar a finales del 2.015 y durante el 2.016 se dio

un proceso de entrega gradual, donde se terminaron y entregaron 8 trapiches de Isnos y 4 de

San Agustín. En los primeros meses del 2.017 se terminaron los restantes hasta completar los

nueve trapiches de Isnos y 6 de San Agustín.

La entrega consistió no solo en la recepción formal de las plantas de beneficio con todos los

equipos, sino también la puesta en marcha y capacitación de productores y trabajadores. En

la mayor parte de los trapiches la capacitación fue del tipo “Aprender haciendo” contando

con el concurso de los trabajadores y productores que habían sido capacitados en los trapiches

previamente entregados.

Además, el proceso gradual de entrega permitió ir ajustando las metodologías y diseños y

solucionando problemas de construcción de las plantas y de diseño de los equipos. También

se ajustó el modelo operativo de los trapiches y se optimizó el empleo de la mano de obra.

3.5.3.1. Resultados de la producción en los trapiches del proyecto en Isnos

La adopción y aceptación de la tecnología propuesta fue extremadamente rápida en los

trapiches de las asociaciones del municipio de Isnos. Los resultados, Tabla 26, que son el

140

promedio hasta de 10 moliendas en algunos trapiches, muestran que, en algunos parámetros,

como es la producción por molienda se llegó a cerca del 80% en lo propuesto como objetivo

de uso del trapiche. En promedio se alcanzaron 7.204 kg de panela por molienda en un tiempo

promedio de 39,7 horas por molienda, producto de una jornada promedio de 3,1 días de

aproximadamente 12 horas de trabajo por día de molienda.

Tabla 26. Características de la producción en las Asociaciones de Isnos

TRAPICHE/ Concepto Aspaem Los

Idolos

Asopabi Caña

dulce

Asopro

padi

Fermaj

oc

Mondey

al

Isnos

Prom

Días de trabajo por

molienda, #

4 3 2 3 2 4 4 3,1

Horas de trabajo por

molienda, #

51,5 37,3 22,9 41,5 27,5 46 51 39,7

Producción panela,

Bulto/sem, #

121 110 67,5 138 90 152 162 120,1

Peso bulto, kg 60 60 60 60 60 60 60 60,0

Producción panela, kg/sem 7260 6600 4050 8280 5400 9120 9720 7204

Producción panela, kg/h 141,0 176,9 176,9 199,5 196,4 198,3 190,6 182,8

Mano de Obra en proceso,

Kg panela/H-H

20,1 25,3 25,3 28,5 28,1 28,3 27,2 26,1

La experticia de la mano de obra empleada en el proceso, la capacidad administrativa de los

productores y la concentración de azúcar de los jugos de la caña, llevó los trapiches a una

capacidad promedia de 182,8 kg de panela por hora, cuando estaba diseñado para una

capacidad promedio de 138 kg/h. Esto muestra la elasticidad del modelo del trapiche a sobre

cargas producto de las variaciones de los parámetros de entrada en los balances de masa y

energía.

Un factor bien importante es la eficiencia de la mano de obra en el proceso. Como se muestra

en la Tabla 26, la producción de panela por Hora-Hombre fluctúo entre los 20,1 kg hasta los

28,5 kg, con un promedio de 26,1 kg/H-H

Algunos de los limitantes para aumentar la producción de panela por semana de molienda

han estado relacionados con la disponibilidad de caña, por bajas en la producción de campo

por el fenómeno del Niño y por el exagerado precio de la panela. Si se aumenta el número de

horas trabajo por molienda, bien sea por mayor número de días o de horas de trabajo, se

puede sobrepasar fácilmente las 10 t por molienda.

3.5.3.2. Resultados de la producción en los trapiches de San Agustín

En la Tabla 27 se presentan los resultados de la producción de tres de los trapiches que están

en funcionamiento actualmente en San Agustín.

141

Tabla 27. Características de la producción en los trapiches de San Agustín

TRAPICHE/ Concepto Aproycasa Asopromac Aprocapis San Agustín

Promedio

Días de trabajo por molienda, # 2 3 2 2,33

Horas de trabajo por molienda, # 29,7 42,67 20 30,79

Producción panela, Bulto/sem, # 75,4 92,25 49 72,22

Peso bulto, kg 60 60 60 60,00

Producción panela, kg/sem 4524 5535 2940 4333

Producción panela, kg/h 152,3 129,7 147,0 143,0

Mano de obra proceso, kg/H-H 21,8 18,5 21,0 20,4

Como se observa en la Tabla 27, la adopción y puesta a punto de equilibrio con lo propuesto

ha sido mucho más lenta en los trapiches de las Asociaciones de San Agustín. Hasta el

momento solo se ha llegado a una producción promedia del orden de los 4,333 kg de panela

por molienda y la capacidad horaria de los trapiches apenas, sobrepasa la capacidad de diseño

con 143 kg/h de panela. El principal limitante es que los productores no acopian suficiente

cantidad de caña para las moliendas y por eso el tiempo operacional de los trapiches es

demasiado corto y no se compensa el tiempo perdido en el calentamiento de las pailas.

Asopromac presenta una capacidad más baja porque solo produce panela granulada dónde se

requiere más tiempo de hornilla para obtener la panela.

En cuanto a la eficiencia de la mano de obra en proceso, se alcanzan 20,4 kg/H-H que es un

valor relativamente alto y se podría aumentar este valor si las moliendas fueran más

prolongadas para mejorar la eficiencia del proceso.

3.5.3.3. Resultados de la producción en los trapiches tradicionales de Isnos

La Tabla 28 presenta las características de la producción de panela en el trapiche a vapor de

Salém y en tres trapiches tradicionales de las veredas de Mondeyal, Diamante y Plomadas

del municipio de Isnos.

Como se observa en la tabla el trapiche a vapor fue diseñado con unas características

similares a los del proyecto ONF Gobernación del Huila en términos de capacidad y

producción de panela y es así como presenta molienda de 7.980 kg, durante 55 horas, en

cuatro días de trabajo. En estas condiciones la mano de obra produce 18,1 kg de panela por

Hora-Hombre.

Tabla 28. Caracterización de las moliendas en el trapiche a vapor y tradicionales de

Isnos

TRAPICHE/ Concepto Vapor Mondeyal Diamante Plomadas Prom

Días de trabajo por molienda, # 4 2 2 3 2,3

Horas de trabajo por molienda, # 55 22,5 29 41 30,8

142

Producción panela, Bulto/sem, # 133 32 40 58 43,3

Peso bulto, kg 60 60 60 60 60,0

Producción panela, kg/sem 7980 1920 2400 3480 2600

Producción panela, kg/h 145,1 85,3 82,8 84,9 84,3

Mano de obra en proceso, kg/H-H 18,1 12,2 11,8 12,1 12,0

Los trapiches tradicionales, por su parte, trabajan entre 2 y 3 días por molienda, 2,3 días en

promedio, para un total de 30,8 horas por molienda. En esa forma, la producción varía entre

1.920 y 3.480 kg de panela por molienda para un promedio de 2.600 kg. Los equipos

presentan una capacidad de producción promedia de 84,3 kg de panela por hora. La eficiencia

de la mano de obra en proceso se encuentra en el orden de 12 kg de panela por Hora-Hombre.

3.5.3.4. Resultados de la producción en los trapiches tradicionales de San Agustín

En San Agustín las moliendas son de más corta duración, entre 1 y 2 días, con una duración

de 11 a 33 horas por molienda y un promedio de 20,0 horas.

Tabla 29. Caracterización de las moliendas en trapiches tradicionales de San Agustín

TRAPICHE/ Concepto El Palmar El Jabón Obando Promedio

Días de trabajo por molienda, # 1 2 1 1,3

Horas de trabajo por molienda, # 11 33 16 20,0

Producción panela, Bulto/sem, # 15,5 46 26 29,2

Peso bulto, kg 60 60 60 60,0

Producción panela, kg/sem 930 2760 1560 1750

Producción panela, kg/h 84,5 83,6 97,5 88,6

Mano de obra en proceso, kg/H-H 12,1 11,9 13,9 12,7

Estos trapiches se encuentran inmersos en un modelo económico de economía familiar, con

un gran número de trapiches y cultivos de poca extensión. En estos trapiches, la producción

de panela por molienda es proporcionalmente baja, con una variación entre 930 y 2.760 kg

por molienda y un promedio de 1.750 kg. Sin embargo, los equipos presentan una producción

aceptable de 88,6 kg/h de panela, en promedio y una eficiencia de la mano obra de 12,7 kg

de panela por Hora-Hombre.

3.6. UBICACIÓN Y DISTRIBUCIÓN EN PLANTA DEL TRAPICHE

Como se vio en el numeral 2.4.7, el trapiche panelero es la planta de proceso para la

producción de panela o miel a partir de la caña. Comprende las instalaciones donde se ubican

los equipos y las áreas de proceso para transformar la caña en panela.

143

3.6.1. Distribución en planta

El trapiche se puede dividir en cuatro grandes áreas:

Recepción y almacenamiento de la caña

Obtención de Jugos (Extracción y Prelimpieza)

Obtención de mieles (Clarificación y evaporación del agua de los jugos)

Elaboración de la Panela (Batido de la miel y moldeo o granulación de la panela)

En la Figura 132 se presenta la distribución en planta de los trapiches con las 4 áreas

mencionadas. El área cubierta de cada trapiche es de 18,30 m de largo por 15,76 m de ancho.

Figura 132. Distribución en planta de los trapiches

144

Figura 133. Planta arquitectónica de los trapiches

La Figura 133 muestra la planta arquitectónica de los trapiches donde se observan las

divisiones de las áreas de proceso y el área de servicios para hombres y mujeres. Las

dimensiones de cada una de las áreas se establecieron a partir del área ocupada por la hornilla,

como eje central del trapiche, del área ocupada por el equipo de molienda y de las áreas,

volúmenes y alturas requeridos para el cuarto de batido y moldeo, para el apronte de la caña

y para la bodega para el almacenamiento de la panela.

Las Asociaciones de productores aportaron un lote de 2.500 m², aislado de viviendas e

instalaciones pecuarias, con disponibilidad de energía eléctrica y agua y acceso a vías

carreteables. Se solicitó que el lote debería tener una pendiente promedia del 15% para poder

realizar los trasiegos del jugo del molino a la hornilla y, dentro de la hornilla, por gravedad

y no tener que emplear equipos de bombeo.

145

3.6.2. Replanteamiento

Una vez recibido el lote con las especificaciones establecidas y requeridas se procedió a

realizar el replanteamiento para definir la mejor ubicación del trapiche dentro del lote y

definir las excavaciones a realizar para la cimentación de la estructura. Estas excavaciones

fueron realizadas con apoyo de la maquinaria del municipio y la mano de obra de los

productores de la asociación.

Figura 134. Replanteamiento para la construcción de los trapiches

A continuación, se muestran los cortes constructivos y las vistas del trapiche

146

Figura 135. Corte y vista longitudinal del trapiche

147

Figura 136. Corte transversal y vista frontal de los trapiches

148

Figura 137. Área de apronte

Figura 138. Área de descargue del bagazo del molino

149

Figura 139. Cuarto de batido y moldeo

150

Figura 140. Vista externa del cuarto de batido y de los andenes.

152

3.7. CONCLUSIONES

Con los trapiches establecidos por el proyecto, se incrementó el porcentaje de extracción del 40

al 65%, en cuanto a la eficiencia térmica de las hornillas se presentó un incremento del 50%,

evidenciado en la disminución de la temperatura de los gases emitidos al ambiente, los cuales

fluctúan entre los 280 y 400°C, mientras que en las hornillas tradicionales son superiores a los

600°C. Lo anterior se traduce en incremento de la capacidad de producción, pasando de 80 a 180

kg de panela/hora.

La reducción del consumo de leña de 1,1kg/kg de panela equivale a unos $66/kg de panela y el

ahorro en los trapiches tradicionales podría estar en cerca $2´600.00 por trapiche y por año.

Debido a que las hornillas pueden ser alimentadas con el bagazo de la caña como único

combustible, gracias a su alta eficiencia energética, se redujo a cero el consumo de combustibles

adicionales. En cuanto a emisiones de CO2, se logró una reducción de hasta el 43%, debido a que

los trapiches tradicionales emiten 4,54 t CO2 por cada tonelada de panela, frente a 2,58 t emitidas

en los establecidos por el proyecto.

153

4. IMPACTOS DEL PROYECTO

Tabla 30. Impactos del proyecto

VARIABLE LÍNEA BASE CON

PROYECTO IMPACTO

Producción caña (t/ha) 80 180 125%

Rendimiento panela (t/ha) 7,9 18 128%

Ingresos ($ Mill.) panela/ha

(PV $3.300 Kl a Mar/7/17) 26,4 59,4 125%

Extracción trapiches (%) 30 - 45 60 - 65 67%

Capacidad Instalaciones (kg

panela /hora) 80 150 - 180 88%

Consumo leña (t/t panela) 1,2 0,0 -100%

Consumo Llanta o Carbón (t/t

panela) 0,22 0,0 -100%

Costo por leña, llanta o carbón

($/t panela) 122.000 0,0 -100%

Producción CO2 (t/ton panela) 4,54 2,58 -43%

Costos de producción – Proceso

($/ kg de panela) 1.439,2 1.116,9 -22%

154

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6. TABLAS ADICIONALES

Tabla 31. Variables del sistema productivo de las Asociaciones del municipio de Isnos5.

ASOCIACIONES/VARIABLE Monde-

yal Asopaju Asopabi Asopropadi

Los

Ídolos Asopaem Apassi Cañadulce Fermaoc Promedio

Área en caña de los socios, ha 35 35 40 33 35 47 85 45 35 43

Rendimiento, t/ha 130 85 130 85 120 120 85 120 110 109

Periodo vegetativo, mes 20,0 20,0 20,0 20,0 20,0 20,0 20,0 20,0 20,0 20

Producción anual caña, t 2730 1785 3120 1683 2520 3384 4335 3240 2310 2790

Cachaza por año, t 82 54 94 50 76 102 130 97 69 84

Producción anual de melote, t 41 27 47 25 38 51 65 49 35 41,8

Panela anual, t 303 198 347 187 280 376 481 360 257 310

Productividad, tp/ha/año 8,7 5,7 8,7 5,7 8,0 8,0 5,7 8,0 7,3 7,3

Peso del bulto de panela, kg 60 60 60 60 60 60 60 60 60 60

Bultos de panela anuales, Nº 5053 3304 5775 3115 4665 6264 8024 5997 4276 5164

Precio cja de panela, $1000 90 90 90 90 90 90 90 90 90 90

Ingreso Anual panela, $1000 454806 297373 519779 280381 419821 563760 722193 539770 384836 464747

Meses de trabajo por año, 12 12 12 12 12 12 12 12 12 12

Panela mensual, t 25 17 29 16 23 31 40 30 21 26

Semanas de trabajo por mes, 3,0 2,0 3,0 2,0 3,0 4,0 3,0 4,0 3,0 3,0

Panela producida t/ semana 8 8 10 8 8 8 13 7 7 8,6

Panela por semana, Bultos 140 138 160 130 130 131 223 125 119 144

Días de trabajo por semana, 4,5 4,5 5,0 4,5 4,5 4,5 5,5 4,0 4,5 4,6

Horas de trabajo por día, 16,0 16,0 16,0 16,0 16,0 16,0 20,0 16,0 16,0 16,4

Panela producida por hora, kg 117 115 120 108 108 109 122 117 99 113|

Horas de trabajo por semana, Nº 72,0 72,0 80,0 72,0 72,0 72,0 110,0 64,0 72,0 76

Obreros Molienda, Nº 7,0 7,0 7,0 7,0 7,0 7,0 7,0 7,0 7,0 7

Horas-Hombre/kg de panela 16,7 16,4 17,2 15,5 15,4 15,5 17,4 16,7 14,1 16,1

5 Datos obtenidos por modelación matemática a partir de la información dada por los productores

158

Horas Hombre, Molienda, Nº 504,0 504,0 560,0 504,0 504,0 504,0 770,0 448,0 504,0 534

Caña molida por hora, kg 1053 1033 1083 974 972 979 1095 1055 891 1015

Horas Hombre/Año, Nº 18144 12096 20160 12096 18144 24192 27720 21504 18144 19133

Caña molida Total, t/ semana 76 74 87 70 70 71 120 68 64 78

Kg de caña por kg de panela, Nº 9,00 9,00 9,00 9,00 9,00 9,00 9,00 9,00 9,00 9

Rendimiento panela por caña, % 11,11 11,11 11,11 11,11 11,11 11,11 11,11 11,11 11,11 11

159

Tabla 32. Variables del sistema productivo de las Asociaciones de San Agustín6.

ASOCIACIÓN/VARIABLE Aprocapis Asopromacol Aproy

casa Asoinagro Cascajal

Asoproo

mac Promedio

Área caña, ha 50 60 80 85 30 40 58

Rendimiento, t/ha 100 120 100 120 100 90 105

Periodo vegetativo, mes 20,5 21 21,5 22,0 22,5 23,0 21,8

Producción anual caña, t 2927 4114 4465 5564 1600 1878 3425

Cachaza por año, t 88 123 134 167 48 56 103

Panela anual, t 325 457 496 618 178 209 380

Productividad, tp/ha/año 6,5 7,6 6,2 7,3 5,9 5,2 6,5

Peso del bulto de panela, kg 60 60 60 60 60 60 60

Bultos de panela anuales, # 5418 7616 8265 10299 2962 3477 6339

Precio Bulto de panela, $1000 90 90 90 90 90 90 90

Ingreso Anual panela, $1000 487597 685422 743869 926878 266553 312910 570538

Meses de trabajo por año, 12 12 12 12 12 12 12

Panela mensual, t 27 38 41 51 15 17 32

Semanas de trabajo por mes, 4,0 4,0 4,0 4,0 2,0 2,0 3,3

Panela producida semanalmente, t 7 10 10 13 7 9 9

Panela por semana, Bultos 113 159 172 215 123 145 154

Días de trabajo por semana, 4,0 5,0 5,0 5,5 4,0 4,5 4,7

Panela producida diariamente, kg 1693 1904 2066 2341 1851 1932 1964

Horas de trabajo por día, 15,0 16,0 18,0 20,0 16,0 18,0 17,2

Panela producida por hora, kg 113 119 115 117 116 107 114

Horas de trabajo por semana de molienda,

Nº 60,0 80,0 90,0 110,0 64,0 81,0 81

Obreros Molienda, 7,0 7,0 7,0 7,0 7,0 7,0 7,0

6 Datos obtenidos por modelación matemática a partir de la información dada por los productores

160

Horas-Hombre/kg de panela 16,1 17,0 16,4 16,7 16,5 15,3 16,3

Horas Hombre/ semana de Molienda, Nº 420,0 560,0 630,0 770,0 448,0 567,0 566

Caña molida por hora, kg 1016 1071 1034 1054 1042 966 1030

Horas Hombre, Molienda/Año, # 20160 26880 30240 36960 10752 13608 23100

Caña molida Total, t/Semana 61 86 93 116 67 78 83

Cargas de caña de 150 kg, N° 407 571 620 773 444 522 556

Jornal Alce 20 29 31 39 22 26 28

Jornaleros/día 4 6 6 8 4 5 6

Kg de caña por kg de panela, # 9,00 9,00 9,00 9,00 9,00 9,00 9

Rendimiento panela por caña,% 11,11 11,11 11,11 11,11 11,11 11,11 11

Tabla 33. Potencia transmitida por correas de algodón en función del número de lonas,

de la velocidad y el diámetro de la polea motora.

650 850 1200 1700 2000 2600 3600

10,16 0,42 0,54 0,74 1,02 1,2 1,54 1,99

12,7 0,51 0,66 0,91 1,27 1,48 1,83 1,44

15,24 0,61 0,78 1,07 1,51 1,71 2,11 2,46

17,78 0,7 0,9 1,25 1,7 1,95 2,31

20,32 0,79 1,02 1,43 1,9 2,14 2,43

22,86 0,89 1,15 1,6 2,09 2,3 2,48

25,4 0,98 1,27 1,77 2,23 2,4

27,94 1,07 1,39 1,85 2,34 2,47

30,48 1,17 1,55 1,99 2,42

10,16 0,51 0,71

12,7 0,67 0,92 1,33 1,66

15,24 0,83 1,12 1,57 2,13 2,33

17,78 0,99 1,31 1,81 2,4 2,69 3,11

20,32 1,14 1,49 2,04 2,64 2,91 3,27

22,86 1,28 1,66 2,25 2,88 3,09 3,34

25,4 1,42 1,82 2,46 3,01 3,23

27,94 1,56 1,98 2,61 3,15 3,32

30,48 1,69 2,13 2,76 3,25

15,24 1,04

17,78 1,23 1,62

20,32 1,82 1,85 2,49

22,86 1,6 2,06 2,77

25,4 1,77 2,26 3

27,94 1,93 2,45 3,21 3,49

30,48 2,09 2,63 3,39 3,93

25,4 2,05

27,94 2,24 2,84 2,9

30,48 2,43 3,05 3,7

33,02 2,61 3,25 3,9

3 LONAS

4 LONAS

5 LONAS

6 LONAS

POTENCIA TRANSMITIDA (HP)/CM DE ANCHO EN CORREAS DE 3,4,5 Y 6 LONAS DE ACUERDO

CON LA VELOCIDAD (RPM) Y EL DIÁMETRO DE LA POLEA MOTORA (CM)

CORREA

DIÁMETRO

DE LA

POLEA CM

VELOCIDAD POLEA (RPM)

162

Tabla 34. Factor de arco de contacto de sistemas de transmisión correa-polea

(D-d)

cm 200 250 300 350 400 450 500

40 0,97 0,98 0,98 0,99 0,99 0,99 0,99

50 0,96 0,97 0,98 0,98 0,99 0,99 0,99

60 0,96 0,97 0,98 0,98 0,98 0,98 0,98

70 0,95 0,96 0,97 0,98 0,98 0,98 0,98

80 0,94 0,95 0,97 0,97 0,98 0,98 0,98

90 0,93 0,95 0,97 0,97 0,97 0,97 0,97

FACTOR DE ARCO DE CONTACTO SEGÚN LA DISTANCIA ENTRE EJES Y LA

DIFERENCIA DE LOS DIÁMETROS DE LAS POLEA (D-d)

Fuente Manual del Ingeniero Mecánico de Marks

Tabla 35.-Factor de Servicio de las correas en función de la sobrecarga

SOBRECARGA INSTANTANEA

% 0 25 50 100 150

Fs 1 1,1 1,2 1,4 1,6


Tabla 36. Factor de servicio según el equipo accionado

Tipo de maquinaria o equipo accionado FS

Ventiladores pequeños hasta 10CV; Bombas centrífugas; Agitadores

de líquidos 1,1-1,2

Compresores centrífugos; Cintas transportadoras; Árboles de

transmisión; Cizallas y prensas 1,2-1,4

Máquinas herramientas; Compresores de pistón; Bombas de pistón;

Maquinaria de aserraderos 1,4-16

Maquinaria textil; Elevadores de cangilones; Maquinaria para hacer

ladrillos; Molinos de bolas; montacargas. Este es el más parecido a los

molinos de caña alimentados manualmente.

1,6-1,8

Nota: Para servicio continuo de 24 horas aumentar 0,2 al factor


163

Tabla 37.- Ficha técnica de la correa seleccionada para la transmisión de potencia

164

Tabla 38. Descripción de los elementos de diseño de la hornilla

DESCRIPCION UND CANT.

Paila redonda de 82 * 30 cm *5/16", inox 304, falca inox 439 cal 20, Altura falca

50 cm UN 1

Paila Redonda 115*40 cm *3/16", inox 304, falca inox 439 cal 20 UN 1

Paila semicilíndrica 132 * 110 cm, profundidad 40cm, inox 439 cal 14, falca inox

439 cal 20 UN 1

Paila aleteada de 200 cm de largo por 122 cm de ancho. Piso, frentes y laterales

en lámina inox 304 ó 439 calibre ¼". Con descarga en Niple NPT de 2½" de

diámetro por 40 cm de longitud. 21 aletas de ¼"x4" en HR. Enterrada 20 cm y

pestaña lateral en las 4 caras, de 3"x¼" a esa altura para poner la paila sobre el

muro. Falca en lámina inox 439 calibre 16 que abre hacia los lados con ángulo de

22°. Altura de la Falca 67 cm; soldada a la paila.

UN 1

Paila Piroaleteada de 122 cm de ancho por 244 cm de largo. Piso, frentes o

espejos y laterales en lámina inox 304 ó 439 calibre ¼". 3 tubos cilíndricos de 19

cm de diámetro por 244 cm de largo, ubicados a 5 cm de altura del piso de la

paila. Con descarga en Niple NPT de 2½" de diámetro por 40 cm de longitud.

21 aletas de ¼x4" en lámina HR. Enterrada 30 cm y pestaña lateral de 3"x¼",

ubicada a 30 cm, para poner paila sobre el muro. Falca en lámina 304 ó 439

calibre 16 que abre 22° hacia los lados y baja recta en la parte trasera y delantera.

Altura de la falca 50 cm. Debe llevar un Niple soldado para entra de jugos,

ubicado encima de la línea de la soldadura. Ese niple debe ser NPT de 2½"x4"

UN 1

Paila melotera 100x100 cm, Piso HR 1/4"; Falca HR 3/16; 15 aletas HR 1/4" UN 1

Puerta hornilla, Hierro fundido (35x35 cm y 28x28 cm) UN 2

Tramo parrilla fundida de 125x15,5 cm tipo CIMPA UN 4

Tramo parrilla fundida de 75x15,5 cm tipo CIMPA UN 3

Ángulo en hierro de 2"x2"x6m Tiro 10

Válvula de control de tiro tipo Media mariposa, en hierro fundido, ubicada

después de la paila melotera; Ala colgante de 20x85 cm; Manivela de control

externo, con máscara con perforaciones cada 10°

UN 1

Válvula de paso de bola, full paso, acero inox tipo 3/16 de 2½" diámetro. Anillos

en teflón UN 2

Niple de acero calibre 40 de 2½" x 20 cm; roscado en ambas puntas UN 2

Niple de acero calibre 40 de 2½" x 10 cm; roscado en ambas puntas UN 4

Codo de acero inox de 2½" NPTx150 psi de 90° UN 2

Codo de acero inox de 2,5 NPTX150 PSI de 45° UN 1

Manguera para radiador de 2¾" m 1

Abrazadera para manguera de radiador de 2¾" UN 4

Ladrillo para hornilla UN 2.500

Ladrillo tolete común, 26 cm * 12 cm * 7 cm UN 4.000

Tubo de acero sanitario calibre 18" de 2½" m 1

CONVENIO No. 277 DE 2013 INFORME FINAL INNOVACIÓN ... · LA PRODUCCIÓN DE PANELA EN EL...

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