“UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTIN DE AREQUIPA”

FACULTAD DE PRODUCCION Y SERVICIOS

CURSO:

“SISTEMAS DE CONTROL DE

PROCESOS”

TEMA:

“REFINACION DE AZUCAR”

DOCENTE:

Ing. Germán Echaiz Espinoza

REALIZADO POR:

Mamani Ccasa Walter

CUI: 20082080

Arequipa – Perú

2012

PROCESO DE REFINACION DEL AZUCAR:

1.-explicacion de todo el proceso usando el flow sheet del P&ID.

2- explicacion de la instrumentacion que lleva el P&ID: medidores, sensores, controladores, valvulas, etc ESTRATEGIA DE CONTROL QUE LLEVAN LOS LAZOS DE CONTROL

3- Explicar cada uno de los equipos y principio de funcionamiento. En el caso de concentracion

5- hacer el modelamiento matematico si en caso se puede (no es obligatorio para procesos que no sean de simulacion)

7- Historia del proceso, propiedades y aplicaciones del producto que se esta fabricando

ÍNDICE

INTRODUCCION

1.1RESUMEN

1.2 KNOW HOW

I. INTRODUCCION

1.1 RESUMEN

El azúcar es un endulzante de origen natural, sólido, cristalizado, constituido esencialmente por cristales sueltos de sacarosa, obtenidos a partir de la caña de azúcar (Saccharum officinarum) o de la remolacha azucarera (Beta vulgaris) mediante procedimientos industriales determinados.

La caña de azúcar contiene entre 8 y 15% de sacarosa. El jugo obtenido de la molienda de la caña se concentra y cristaliza al evaporarse el agua por calentamiento. Los cristales formados son el azúcar crudo, o de ser refinados, el azúcar blanco. En las refinerías el azúcar crudo es disuelto y limpiado y cristalizado de nuevo producir el azúcar refinado.

El Azúcar, comercial y general, es Sacarosa de diferentes grados de pureza. El azúcar refinado es una de las sustancias orgánicas más puras que se conocen. Contiene 99,96% de sacarosa, siendo el resto humedad, por lo que también se le llama simplemente sacarosa, para distinguirla de los demás azúcares.

El azúcar que comemos es exactamente el mismo que existe en la caña de azúcar, las frutas y vegetales. Es una fuente de energía eficiente, económica, pura y a la vez un alimento muy útil. Pocas veces se

consume en forma directa siendo lo usual adicionarlo a otros alimentos para mejorar su sabor, textura y cuerpo (bebidas, jugos, helados), utilizarlo como preservante (leche, frutas, jamones) y como mejorador de la apariencia (panadería, pastelería). Ningún otro edulcorante puede realizar todas las funciones del azúcar con su costo y facilidad, características que lo hacen indispensable para muchos de nuestros alimentos más populares.

Cuando consumimos azúcar la enzima invertasa, presente en la saliva y en el tracto digestivo, descompone la sacarosa en sus dos moléculas constituyentes glucosa y fructosa haciendo muy rápida su asimilación por el organismo, a esta descomposición se llama hidrólisis o inversión de la sacarosa.

Se puede obtener azúcar desde dos materias primas: La Caña de Azúcar y la Remolacha, variando al inicio del proceso, en algunas operaciones, la obtención de azúcar de remolacha con respecto a la de caña.

1.2 KNOW HOW

La Sacarosa es un carbohidrato (disacárido) , de fórmula C12 H 22O11 , formado por dos monosacáridos:

Glucosa (Dextrosa) y Fructuosa (Levulosa) que, siempre se ha empleado como alimento, pero también, desde hace mucho tiempo, se emplea como materia prima para obtener muchos productos derivados. (CHE, 1997)

En un entorno global se considera que la fabricación de azúcar está compuesto por los siguientes componentes: el ingreso al sistema de caña y agua, la salida de cachaza, agua,bagazo y melaza (como productos de desechos y/o sub-productos para otro proceso) y azúcar como producto final.

El proceso de refinación de Azúcar se lleva a cabo en dos etapas, en las cuales se obtiene productos diferentes (Azúcar Rubia o Cruda y Azúcar Blanca o Refinada), la primera etapa se denomina obtención de azúcar de caña y se considera el ingreso de la caña con agua, una limpieza del jugo, concentración, formación de cristales, separación de cristales y secado del azúcar, dando como producto final el azúcar rubia y la melaza; la segunda etapa, se denomina refinación de azúcar, donde se produce la disolución y limpieza del licor, formación y separación del cristal y el secado, dando como producto final el azúcar blanca o refinada y un jarabe.

La caña ingresa por lo general con un 12% de Sacarosa, dependiendo de la variedad de la caña, obteniéndose un azúcar rubia con un 85 a 95°Brix y un azúcar refinado con 99,9°Brix.

Los productos que son reutilizados en este proceso son: cachaza, como abono para las plantaciones de caña; bagazo, para producir calor y energía en el caldero; melaza que pasa a la segunda etapa para hacer la disolución del azúcar que será refinada. La calidad final del producto de mide mediante la Pureza del cristal de azúcar, el cual se calcula con los grados Brix y grados Pol.

A continuación veremos un breve resumen y diagrama de la obtención del azúcar:

1.3 PROCESO DE ELABORACION DEL AZUCAR:

El proceso productivo del azúcar, comienza con la llegada al Central de la caña que es transportada en camiones, con pesos que oscilan entre 10 y 20 toneladas, esta debe ser pesada antes de ir a la molienda en una Romana que se encuentra equipada con una computadora y un pesaje digital que imprime el ticket de pesaje automáticamente, de ahí esta se dirige a la sonda, la cual es un equipo que permite el muestreo individual de los envíos de caña de azúcar a la fabrica con velocidad suficiente que asegura un alto porcentaje de análisis realizados y que influyen directamente en la representabilidad y exactitud en el pago equitativo de la materia prima.Una vez pesada, la caña se dirige a las cuchillas cañeras que se encuentra conformada por 48 hojas, de ahí pasa a la desfibradora que tiene 24 hojas, la cual alimenta los molinos en forma continua y constante, en este punto se separa el jugo o guarapo que se dirige a la fabrica para su procesamiento y el bagazo que va a la caldera para ser quemado y convertido en energía.Para obtener azúcar refinado consta de dos grandes etapas; obtención de azúcar crudo y la otra de refinación, para ello es necesario pasar por los siguientes procesos.

1.3.1.- Etapa de Crudo

En esta etapa se inicia con la molienda o extracción del jugo de la caña ya preparada con anterioridad, esta operación se realiza con un tandem de molienda, compuesta por cinco (5) molinos, de cuatro (4) mazas cada uno con alimentación forzada del tipo conductor, el cual

tiene una capacidad nominal de 1200 toneladas de caña diarias. La caña desfibrada pasa por el tandem de molinos, donde cada uno hace una extracción ayudado por el jugo del molino siguiente, excepto por el primero; para ayudar a la extracción a la salida del tercer y cuarto molino se le agrega agua a 80°C aproximadamente a esta operación se le llama imbibición. En el segundo molino se aplica una biocida que puede ser amonio cuaternario o tricarbamatos, que sirven para evitar la descomposición del jugo. Este jugo antes de ser enviado a fábrica es tamizado en unos coladores del tipo DSM.En el proceso de extracción se obtiene, en los molinos bagazo que se utiliza como combustible en las calderas y jugo mixto que es la mezcla de los diferentes jugos obtenidos en cada molino, el cual es enviado a fabricación.

1.3.2.- Alcalización y Calentamiento

El jugo mixto proveniente de los molinos pasa a un tanque llamado de encalado, donde es tratado con una solución cal (5°Baumé) con la finalidad de aumentar el pH desde 4.5 hasta 7.2 y 7.4 aproximadamente, este producto reacciona con los fosfatos contenidos en el jugo formando un compuesto con el nombre de fosfato tricalcico, que forma sales precipitables de gran superficie de contacto y por ende de gran poder en la clarificación de los jugos. De esta manera también se resguarda el jugo de la alta temperatura y retención que causan deterioro debido a la inversión de los azúcares, así como su ayuda en la separación de los sólidos suspendidos. Inmediatamente después de encalado el jugo, se bombea hacia los calentadores multi etapa, elevándose a una temperatura de 105 °C aproximadamente, con la finalidad de disminuir la tensión superficial del líquido y lograr una mejor separación de las partículas sólidas.

1.3.3.- Clarificación

El jugo ya calentado es descargado en un tanque conocido como tanque flash, con la finalidad de llevar el líquido a una velocidad laminar, separando el vapor y gases que vienen con el jugo por un auto evaporación debido a la alta temperatura y baja de presión. Después del tanque flash el jugo entra a un equipo llamado clarificador a la menor velocidad posible o laminar, en el trayecto entre el tanque flash y el clarificador se dosifica una pequeña cantidad (7ppm) de floculante aniónico, compuesto principalmente por poliacrilamidas de alto peso molecular que aglomeran las partículas sólidas y decantan al fondo del clarificador. El tiempo de retención en este equipo es de aproximadamente cuatro (4) horas que es lo necesario para lograr una buena clarificación.En este punto salen dos productos; la cachaza que es un producto de desecho con trazas de jugo y el jugo clarificado que pasa al siguiente paso del proceso.

1.3.4.- Cachaza

Este desecho es producto de la clarificación, está compuesto por: residuo de jugo, lodos, bagacillo y materia extraña separada en la clarificación. Como este producto contiene parte de jugo, se pasa a un tanque con movimiento donde se mezcla con un 15 % de bagacillo colado proveniente de los molinos, luego pasa a la bandeja de alimentación de unos filtros rotativos

llamados OLIVER, que trabajan al vacío, donde se separan los lodos y el jugo clarificado va al tanque de encalado.

1.3.5.- Evaporación

Consiste en concentrar el jugo clarificado desde 12 °Brix hasta 65 °Brix de densidad aproximadamente, eliminando gran parte del agua que contiene, ya que poseen una densidad muy baja, el jugo clarificado se bombea hasta los evaporadores múltiple efecto, el concentrado que se obtiene del ultimo cuerpo recibe el nombre de meladura. Para esta operación el central cuenta con dos (2) calentadores de jugo, dos (2) pre-evaporadores y el cuádruple efecto que operan alternadamente con vapor de escape proveniente del turbogenerador.El trabajo que se realiza en esta área es transferencia térmica, por lo que el paso del jugo deja depósitos formados principalmente por sales de calcio y magnesio en la tubería interna de los equipos, que es necesario removerlos cada 17000 toneladas de caña molida. Para este trabajo es necesario utilizar soda cáustica liquida y consiste en el calentamiento de una solución al 20% aproximadamente a 100°C durante 8 horas, esta soda es reusable hasta que su concentración baje a menos del 10% donde se regenera con soda nueva. La segunda parte del tratamiento consiste (en una vez enjuagado el equipo es decir que el pH de sus enjuagues sea neutro) en hacer el mismo procedimiento anterior, pero esta vez con una solución de ácido clorhídrico al 2% del volumen de calandria del equipo a 90°C durante dos horas.

1.3.6.- Clarificación de Meladura

El jugo concentrado obtenido de la evaporación aún contiene muchas impurezas, por lo que se somete a una nueva clarificación tratándolo con ácido fosfórico, solución de cal, agua oxigenada, floculante y aumento de temperatura. Esta clarificación a diferencia de la del jugo es por fosflotación, la meladura es calentada entre 70 y 80 °C por contacto directo con vapor y luego pasa por un aireador tipo submarino descargándose en el clarificador donde se separan las impurezas que retornan al tanque del jugo de encalado y la meladura clarificada se envía a la siguiente etapa (cocimiento de crudo). El central cuenta con un clarificador para meladura tipo de capacidad.

1.3.7.- Cristalización

Esta operación se lleva a cabo en equipos de transferencia térmica que trabajan al vacío (26” de Hg), conocidos como tachos, calentando con el vapor proveniente de los evaporadores. Su temperatura de trabajo es de 65°C. El vacío es producido por condensadores barométricos de cortina, alimentados por agua de pozo profundo y auxiliados por una bomba extractora de aire, el central adopta un sistema de tres(3) templas, conocido como doble magma, para esto cuenta con tres (3) tachos, dos (2) de 42.34 m3 y uno (1) de 30.20 m3.Este sistema consiste en agotar el contenido de sacarosa agotando la miel madre en cocimientos escalonados, iniciándose con la cristalización, que consiste en concentrar la miel madre hasta alcanzar su punto de saturación e inyectar una mezcla de alcohol isopropilico y azúcar pulverizado, provocando la aparición de núcleos de cristales y se alimenta hasta completar el nivel de trabajo, luego se hacen cortes y llenados consecutivos hasta alcanzar el

tamaño de cristales requeridos, separándose estos cristales de la miel agotada con máquinas rotativas llamadas centrifugas.Las cristalizaciones se hacen solamente para masas cocidas de tercera de la forma antes descrita, cristalizando sobre la meladura y alimentando con miel obtenida de la centrifugación de la masa cocida de primera y/o de segunda. Esta masa cocida se centrifuga para separar los cristales de la miel, siendo esta ultima un residuo del proceso llamado melaza y se almacena en tanques para su posterior venta. Este azúcar se mezcla con miel de primera o agua y se obtiene la semilla para el cocimiento de segunda (magma C).

1.3.8.- Masa Cocida B

Su semilla proviene de la manera antes descrita y se alimenta con la miel primera, hasta completare el cocimiento. Esta se centrifuga para separar los cristales de la miel, obteniéndose la miel segunda para alimentar los cocimientos de tercera y el azúcar que es mezclado con meladura es la semilla para los cocimientos de primera.Una vez que el central esta en operación completa, los cocimientos de primera provienen de la semilla formada por el azúcar producida de cocimientos de segunda y meladura, de su centrifugación se obtiene el azúcar de primera o afinado que pasa a la refinería y miel de primera para alimentar los cocimientos de segunda. En conclusión el sistema consiste en el agotamiento progresivo de la miel madre en tres tipos de templas A, B y C.

1.3.9.- Centrifugación

Consiste en la separación de los cristales en masas cocidas de la miel madre utilizando máquina rotativas llamadas centrifugas, aplicando lavados para eliminar las capas de miel que recubren dichos cristales para esto el central cuenta con tres (3) centrifugas manuales marca WESTERN STATES del tipo ROBERTS, una (1) centrifuga automática maraca BROAD BENT, dos (2) centrifugas continuas marca WESTERN STATES del tipo CC6, una (1) centrifuga continua marca BMA tipo K-1000.

2.-EXPLICACION DEL FLOW SHEET(DIAGRAMA DE FLUJO) Y DEL DIAGRAMA P&ID:

DIAGRAMA DE FLUJO DE LA REFINACION DE AZUCAR:

DIAGRAMA P&ID

Una central azucarera tiene una capacidad instalada en la refinería para 150 toneladas de azúcar por día, su finalidad es extraer las impurezas restantes del azúcar afinado con el fin de elevar su contenido en sacarosa de 98.60% a 99.80% y llevarla a parámetros requeridos para la comercialización del azúcar de refino.La refinería tiene dos períodos uno de molienda, donde el azúcar viene directo de la cristalización del jugo extraído y otro de refinación de azúcar crudo importado, donde la primera corresponde a la descripción hecha anteriormente y la segunda debe pasar la operación conocida como afinación.

2.1.- Afinación

Es solamente aplicado al azúcar importado, con el fin de prepararla para su refinación, eliminando el contenido de miel alrededor del cristal. Esta operación consiste en mezclar el azúcar crudo con miel de alta pureza (94%) se conoce como minglado luego se pasa por las centrifugas de primera para la separación y lavado de los cristales.

2.2.- Disolución

Esta etapa consiste en disolver el azúcar con agua caliente, aplicando vapor directo en un tanque disolutor hasta preparar un disuelto entre 65 y 70 °Brix, a una temperatura de 80°C, esto se conoce como licor disuelto. En este punto se adiciona un decolorante y cuenta con un control de densidad y flujo para evitar que la variación afecte el proceso de refinación.El licor es enviado a un tanque de reacción donde se aplican los productos químicos: acido fosfórico, agua oxigenada y cal en disolución al 1° Baumé, su finalidad es resguardar el licor de los efectos de alta temperatura y bajo pH, así como su ayuda para la separación física de las impurezas, pasando a un tanque pulmón de donde es bombeado a un aireador tipo submarino, luego pasa por un calentador de varios pases elevando la temperatura a 90°C aproximadamente y descarga a la entrada del clarificador. En este trayecto, se aplica un

floculante aniónico de bajo peso molecular compuesto principalmente de poliacrilamida.

2.3.- Clarificación del Licor

En este proceso se procede a la separación de las impurezas contenidas en el licor por el método de fos-flotación, en el cual las impurezas flotan y el licor clarificado se extraer por la parte inferior del clarificador con ayuda de los productos químicos, la acción de la temperatura y aireación ya mencionados. El Central cuenta con dos clarificadores para licor, rectangulares de 27.000 pies3, cada uno.En este punto salen dos productos: cachaza, la cual pasa al desendulzadora de espuma y el licor clarificado que pasa a la siguiente etapa. En zafra la desendulzadora de espuma trabaja en una etapa y sus residuos se descargan en el tanque de encalado, en época de refino los residuos se descargan en un tanque sedimentador.

2.4.- Filtración

El licor clarificado es pasado por tres (3) auto filtros marca Suchar revestidos con tierra infusoria que operan en paralelo y se descarga en un tanque para luego ser bombeado a unos filtros trampa marca DUAL tipo E-2127. De este punto el licor refiltrado pasa a los tanques de alimentación de los tachos de refino.

2.5.- Cristalización

El Central cuenta con dos (2) tachos para refino adoptando un sistema de cuatro cocimientos (A, B, C y D). Este proceso consiste en agotar el licor madre a través de cocimientos escalonados hasta bajar la pureza de la miel a donde el material lo permita, para que al mezclar los diferentes tipos de azúcares se obtengan los colores permitidos en la comercialización del producto.

2.6.- Templa A

Se prepara concentrando la miel madre o licor filtrado hasta su punto de sobresaturación, se agrega una mezcla de azúcar pulverizado y alcohol con el fin de provocar su cristalización, una vez cristalizado se alimenta con el mismo licor hasta llevarlo al nivel de trabajo del tacho; luego se descarga en un mezclador para separar los cristales por centrifugación. De esta centrifugación se obtiene dos materiales; la miel utilizada en el siguiente cocimiento y el azúcar húmedo “A” que es enviado a una tolva donde es almacenado para preparar las mezclas.

2.7.- Templa B

Cada dos templas A dan miel para la preparación de una B y así sucesivamente con los demás cocimientos, se procede al igual que el anterior descargado y centrifugado se obtiene el azúcar húmedo “B” que es separado en una tolva para este tipo de azúcar y la miel B que es utilizada para el siguiente cocimiento.

2.8.- Templas C y D

Se procesan de la misma manera consecutivamente al igual que las anteriores utilizando los mismos equipos, los azúcares húmedos “C” y “D” se envían a las tolvas para el almacenamiento de estos azúcares y la miel retorna para el siguiente cocimiento, a excepción de la miel “D” que es enviada a los cocimientos de crudo debido a su alto color. Para esto el Central cuenta con dos tachos uno de 16.30 m3 y otro de 17.30 m3.

2.9.- Centrifugación

Consiste en la separación por este método físico de los cristales de azúcar aplicando lavados de acuerdo al cocimiento que sé este centrifugando. El Central cuenta con dos (2) centrifugas manuales marca WESTERN STATES y una (1) automática marca BROAD BENT.

2.10.- Mezcla y Secado

Se cuenta para esta operación con cuatro (4) tolvas para separar los azucares provenientes de los cocimientos A, B, C y D. Estos azucares se mezclan entre sí, por medio de sinfines de velocidad variable haciendo las mezclas de acuerdo a los colores que se este manejando para lograr un color final de acuerdo a las normas establecidas para la comercialización.El azúcar mezclado pasa a través de conductores hasta la tolva de alimentación del secador. El

central cuenta con un secador horizontal, su función es llevar el producto de 0.90% a 0.07% de humedad aproximadamente, la operación consiste en aplicar aire caliente y seco el lecho de azúcar a través del secador, luego es enfriado por un extractor de aire al final del secador. Luego de salir del secador es llevado por conductores hasta las tolvas receptoras de azúcar seco que alimentan el envase.

2.11.- Envase

En la sala de envase existe una envasadora de aproximadamente siete (7) sacos por minuto; el envase es de 50 Kilogramos.

Laboratorio y Control de CalidadPara control de calidad se cuenta con un laboratorio general con suficientes equipos para realizar análisis en tratamiento de aguas industriales y control de aguas en calderas, análisis de materia prima, control general de las etapas del proceso, control de calidad en el producto terminado. También se cuenta con un Laboratorio Microbiológico equipado para realizar control microbiológico del producto terminado, control en los efluentes y afluentes y agua del consumo humano.

3.-INSTRUMENTACION USADA EN LA REFINACION DE AZUCAR:

3.1EN LA AFINACION:

O lavado, consiste en eliminar la película de mieles que se adhiere a la superficie de los cristales del azúcar crudo. La película de mieles finales tiene una pureza de 65 o menos, mientras que el cristal consta de casi sacarosa pura.

Esta separación implica mezclar el crudo con jarabe concentrado (de cerca de 75 Brix ),después se purga el jugo en centrifugas y lavar con agua caliente(80ºC) después de la centrifugación del jarabe. Puesto que el principal propósito de la afinación es desprender la película adherida de melaza,la viscosidad se reduce mejor calentando el jarabe y el magma.

Es necesario calentar separadamente el jarabe por calentamiento rápido (2-3 min)y luego se mezcla a temperauras de 72ºC.Alrededor del 8 al 10% de los solidos se van al sirope(jarabe de afinacion) que tiene una pureza de 75 a 80 y de 75 Brix cuando se bombea al resto del proceso.

Todas las centrifugas modernas son automáticas y generalmente de 48*30*6 o 7 pulgadas, todas son de alta velocidad y giran entre 1100 a 1200 rpm,estas maquinas de alto factor de gravedad producen un azúcar lavado de alta pureza con un mínimo de agua para lavar .Los ciclos menores de 3 min. Con 9 a 11 kg de agua de lavado son usuales para obtener crudos de calidad. De ordinario se usa agua caliente para lavar (80ºC).

Esta etapa de la refinación de azúcar no se encuentra en el diagrama dado por el Corripio,por lo tanto solo explicaremos que es lo que entra,lo que sale y las variables que se desean controlar:

INSTRUMENTACION USADA EN LA AFINACION

3.2EN LA DISOLUCION:

En esta etapa el azúcar lavado obtenido de la centrifugación se va a disolver en aproximadamente la mitad de su peso en agua en un tanque conocido como fundidor provisto de un dispositivo para mezclar, mientras se le aplica vapor de escape para facilitar la formación de la solución,Los jarabes se diluyen hasta 54º Brix con aguas dulces y la solucion se envía a la clarificacion .Si se mantiene la pureza del licor de azúcar lavado en 99 o mas , esto ayudara a la clarificacion y mejora el grado de los licores filtrados por carbón animal.

Esta etapa consiste en disolver el azúcar con agua caliente, aplicando vapor directo en un tanque disolutor hasta preparar un disuelto entre 65 y 70 °Brix, a una temperatura de 80°C, esto se conoce como licor disuelto. En este punto se adiciona un decolorante y cuenta con un control de densidad y flujo para evitar que la variación afecte el proceso de refinación.

El licor es enviado a un tanque de reacción donde se aplican los productos químicos: acido fosfórico, agua oxigenada y cal en disolución al 1° Baumé, su finalidad es resguardar el licor de los efectos de alta temperatura y bajo pH, así como su ayuda para la separación física de las impurezas, pasando a un tanque pulmón de donde es bombeado a un aireador tipo submarino, luego pasa por un calentador de varios pases elevando la temperatura a 90°C aproximadamente y descarga a la entrada del clarificador. En este trayecto, se aplica un floculante aniónico de bajo peso molecular compuesto principalmente de poliacrilamida.

Se piensa que es importante controlar las siguientes variables:

1. Temperatura en el tanque de disolución.

2. Temperatura en el tanque de preparación.

3. Densidad del jarabe que sale del tanque .de preparación.

4. Nivel en el tanque de preparación.

3.3 EN LA CLARIFICACION O DEFECACION:

El principal objetivo de la clarificación es eliminar la máxima cantidad de impurezas del jugo en la etapa más temprana del proceso, que permitan las otras consideraciones del mismo, tales como la claridad y reacción del jugo claro. En la fabricación de azúcar cruda, la cal y el calor son prácticamente los únicos agentes que se utilizan con este fin, aunque generalmente se añade una pequeña cantidad de fosfato soluble. La fabricación de azúcares para consumo directo (es decir, azúcar blanca, “granulado de plantación”, “azúcar morena ”, o cualquier otro tipo de azúcar no refinada que se destina al consumo), requiere el uso de otras sustancias químicas además de la cal.

Proceso de defecación

La clarificación con cal y calor, conocida como proceso de defecación simple, es el método más antiguo para purificar el jugo y en muchos sentidos el más efectivo. El procedimiento varía ampliamente en las diferentes localidades y en las diferentes condiciones.

Por lo general, se añade la cal suficiente para neutralizar los ácidos orgánicos que contiene el jugo, y después se eleva la temperatura a 95 ºC (200 ºF) o más. Este tratamiento con cal y calor forma un precipitado denso de composición compleja, en parte más ligero y en parte más denso que el jugo, que contiene sales insolubles de calcio, albúmina coagulada y proporciones variables de ceras, grasas y gomas. El precipitado por floculación arrastra consigo la mayor parte del material fino que está en suspensión en el jugo y que no ha sido extraído por el tamizado mecánico. La separación del precipitado del jugo que lo rodea se efectúa casi universalmente mediante la sedimentación y la decantación. Los diferentes tipos de defecadores y clarificadores están diseñados para llevar a cabo esta separación tan completa y rápidamente como sea posible.

El grado de clarificación que se logra tiene un efecto importante sobre los siguientes departamentos de la fábrica dentro del ingenio azucarero: afecta la ebullición en los tachos, el centrifugado, la calidad de los productos y, lo que es más importante, el rendimiento del azúcar crudo. La velocidad de filtración y la facilidad de elaboración del azúcar en la refinería también resultan afectadas en grado notable por las cualidades del azúcar crudo atribuibles a la clarificación.

Sistemas de clarificación

El proceso de clarificación, sólo con cal y calor, era antiguamente uniforme en todo el mundo, pero se han efectuado muchas modificaciones, no sólo por la importancia que se da actualmente al logro de una clarificación más eficiente , sino también por la necesidad de dar tratamiento especial a los jugos refractarios o difíciles de tratar que producen ciertas variedades de caña.

Las etapas del proceso y las modificaciones o variantes de cada una son las siguientes:

1. Método de añadir la cal: como lechada, en forma discontinua o continua; como sacarato.

2. Regulación de la cantidad de cal: pruebas periódicas; registro continuo del pH; alimentación automática mediante el control del pH.

3. Momento en que se añade la cal: antes de calentar el jugo; “alcalización demorada” (aumento del tiempo de reacción antes de calentar); después de calentar; en fracciones, antes y después de calentar.

4. Temperaturas: ebullición, sobrecalentamiento; calefacción en dos etapas.

5. Tratamiento de los jugos procedentes de diferentes molinos; clarificación simple; clarificación compuesta y clarificación separada.

6. Método de decantación: decantadores abiertos; decantadores continuos y cerrados.

7. El tratamiento de espumas: filtración simple; filtración doble; retorno a los molinos; redefecación por separado, o con jugos diluidos, como en la clarificación compuesta.

Resulta evidente que la combinación de las anteriores modificacioneshace posible una gran variedad de procedimientos. El procedimiento ya bastante generalizado de añadir algún tipo de fosfato soluble, generalmente al jugo crudo pero a menudo en una etapa posterior, y la innovación más reciente que consiste en el uso de poli electrólitos como agentes floculadores han complicado todavía más los procesos de defecación. La sulfitación, que también se emplea en cierta medida en la elaboración de crudos, se emplea de manera más general como un procedimiento para la producción de azúcar blanco.

Descripción de sistemas de clarificación

Circulación de la adición de la cal

La mayoría de las instalaciones modernas poseen sistemas de circulación de la cal, que consisten esencialmente en dos tanques para mezclar la cal equipados con agitadores y en los cuales puede mezclarse la cal con el agua a la densidad deseada, la que suele ser de 15 Baumé (148 g de CaO por la densidad de 1 litro, 1.116 g/ml). Sin embargo, sucede con frecuencia que el contenido de cal es menor, especialmente cuando se emplea la alcalización automática. Se puede utilizar cal viva en trozos, cal hidratada pulverizada, o cal viva en polvo, la que resulte más conveniente desde el punto de vista económico. La lechada de cal así preparada se bombea por el sistema de circulación a aquellos lugares de la fábrica donde sea necesaria. Se llena uno de los tanques mezcladores, y en él se apaga la cal, mientras se vacía el otro.

Para apagar la cal y diluirla se deben utilizar condensados del tercero y cuarto vaso del evaporador. Los efectos de estas precauciones sobre la calidad de la lechada pueden ser tan grandes como los de la calidad de la cal original.

Control del pH

El pH óptimo al que se debe llevar el jugo mediante la alcalización depende de muchas condiciones y varía según la localización de la fábrica, la variedad y madurez de la caña, la capacidad del equipo de decantación y otras condiciones locales

En general, resulta deseable agregar el mínimo de cal que produzca un jugo claro con una reacción final cercana a un pH de 7.0. En las áreas donde la caña no está completamente madura al cosecharse, los ácidos orgánicos del jugo mantienen el pH por debajo de 7.0 en el jugo claro. Si el pH de los jugos claros llega a 7.0 puede haber una adición excesiva de cal.

Intervalos de temperatura

La temperatura final a la que se calientan los jugos en la clarificación varía entre 194 y 238 ºF (90 – 115 ºC), a pesar de que el procedimiento más común consiste en calentar el jugo hasta un punto ligeramente superior a la ebullición.

Por lo general, se piensa que el sobrecalentamiento no resulta ventajoso y que las temperaturas ligeramente superiores a la ebullición, por ejemplo, 218 ºF (130 ºC) son las máximas admisibles para una buena práctica.

Función del fosfato y los floculantes en el proceso

Las pruebas acumuladas indican que el contenido de fosfato en el jugo es el factor más importante para una clarificación eficiente. En la caña de azúcar, los fosfatos son de naturaleza inorgánica y orgánica. Los fosfatos inorgánicos existen como iones de fosfato libres, mientras que los fosfatos inorgánicos existen en formas variadas.

Es comprensible que sólo los iones de fosfato libres tomen parte en la clarificación del jugo. Por lo tanto, los jugos con una cantidad adecuada de fosfatos inorgánicos son los más deseables.

Las pruebas sugieren que la cantidad de fosfato inorgánico que se deja en el jugo clarificado no debe ser menor de 10 ppm; ya que de otra forma, existe el riesgo considerable de que el jugo se alcalice en exceso, condición acompañada de un alto contenido de no azúcares en el jugo clarificado, mayores número de sales de calcio y azúcares crudos resultantes de baja calidad.

Varios polímeros sintéticos solubles en agua con diversos nombres comerciales se han incorporado al uso general en los ingenios. La acción de estos poli electrólitos es la de producir la floculación secundaria. Por lo general, un buen floculador mejora la floculación, aumenta la velocidad de decantación, reduce el volumen de cachaza, disminuye la Pol en la torta, y lo que es más importante, aumenta la transparencia del jugo clarificado.

SE PIENSA QUE ES IMPORTANTE CONTROLAR LAS SIGUIENTES VARIABLES:

1. La fuerza del ácido al 50 %; la fuerza del ácido al 75 % se puede suponer constante.

2. El flujo de jarabe y ácido al 50% que entran al tanque de mezclado.

3. El pH de la solución en el tanque de mezclado.

4. La temperatura en el tanque de mezclado.

5. En el tanque de mezclado se requiere únicamente una alarma de nivel alto.

El proceso de clarificación de jugo de caña en el que se basa la propuesta consiste en los siguientes pasos:

1. Aumento de la temperatura del jugo de caña, bajo la condición de flujo constante y suficiente jugo de caña en el tanque pulmón.

2. Liberación de impurezas para la dosificación de ácido fosfórico.

3. Nivelación del p H mediante dosificación de cal en solución.

4. Precipitación y flotación de impurezas mediante dosificación de floculante o aniónico.

INSTRUMENTACION PARA UNA DEFECACION DE REFINERIA CONTINUA:

Para tal efecto se utilizan los siguientes elementos de campo o señales :

· Medidor de flujo de jugo de caña de tipo magnético de diámetro igual al de la tubería de descarga que típicamente es de 4 pulgadas con un rango de medición de 0 a 100 metros

cúbicos por hora , con display local para referencia de los operadores en el punto de medición, con una salida de control de 4 a 20 mA. y que se describirá como FT100

· Válvula para control de flujo de jugo de caña del tipo globo segmentado de 4 pulgadas con sellos de teflón, con diafragma de 3 a 15 psig y conexión al proceso bridada de 4 pulgadas clase 150 que se describirá como FCV100

· Convertidor I/P para control de la válvula de control de jugo de caña con entrada de 4 a 20 mA y salida de 3 a 15 psig que se describirá como IP100

· Sensor de nivel para tanque pulmón de jugo de caña consistente en un medidor de presión diferencial con conexión al proceso del lado de alta por medio de una brida ANSI clase 150 con diafragma extendido de 3” de acero inoxidable para evitar taponamientos o incrustaciones y con la conexión del lado de baja abierta hacia el ambiente ya que es un tanque abierto. El sensor se identificará como LT100

Este lazo de control opera a un valor fijo, pero por seguridad debe de limitarse su operación cuando no exista flujo de jugo de caña para evitar daños en las paredes del clarificador producidos por el vapor de entrada.

Para tal efecto se utilizan los siguientes elementos de campo o señales.

· Sensor de temperatura tipo RTD de 3 hilos de 6 o 7 pulgadas de longitud con termopozo de acero inoxidable y conexión al proceso de 3/4” NPT para fácil desconexión del proceso que se identificará como TW102

· Válvula de control de flujo de jugo de caña del tipo globo segmentado de 3 pulgadas para la alimentación del vapor de entrada con sellos de metal, diafragma de 3 a 15 psig y conexión al proceso flangeada de 3 pulgadas Clase 150 que se identificará como FCV102

· Convertidor I/P para control de la válvula de vapor con entrada de 4 a 20 mA y salida de 3 a 15 psig que se describirá como IP102

· Sensor, señal o comunicación del flujo de jugo de caña proveniente de la estrategia de control del flujo que se describirá como FT102

Este lazo de control dosifica el químico proporcionalmente a la medición de flujo de jugo de caña y a la cantidad de partes por millón que se desean obtener. También para evitar un disparo por sobrecarga de los motores de las bombas dosificadoras se debe de tener un mínimo de flujo de jugo de caña diferente de cero. Para tal efecto se utilizan los siguientes elementos de campo o señales :

· Sensor, señal o comunicación del flujo de jugo de caña proveniente de la estrategia de control del flujo que se describirá como FT104

· Válvula de control del tipo globo segmentado para control del flujo de ácido que se describirá como FCV104

· Medidor de flujo de ácido fosfórico para convertirlo en lazo de control que se designará con FE 104-A

· Relé de paro y arranque del motor

· Tabla de datos de señal de salida requerida versus flujo de bomba para lograr la dosificación requerida por el proceso

Este lazo opera en un valor fijo. De la misma manera ya que este es dosificado por medio de una bomba, debe de cumplirse con un mínimo de flujo de jugo de caña para proteger al sistema contra sobrecargas del motor de la bomba.

Para tal efecto , se utilizan los siguientes elementos de campo o señales.

· Sensor de pH que se designará con NT108

· Válvula del tipo de globo segmentado para control de cal en lechada que se designará con NCV108

· Sensor, señal o comunicación del flujo de jugo de caña proveniente de la estrategia de control del flujo que se designará con FE-108

· Relé de paro y arranque del motor de la bomba.

3.4 EN LA EVAPORACION:

Consiste en la eliminación de agua. La concentración lleva a meladura el jugo claro, el producto es líquido. Los evaporadores están constituidos esencialmente por una calandria tubular que intercambia la temperatura. El vapor de calentamiento baña los tubos y estos al jugo por evaporar.

El punto de cristalización de jugo de caña se encuentra entre los 78 y los 80° brix (41 a 42°Be). Teóricamente podría llevarse la evaporación hasta 72 o 75° brix. En la práctica se tiene la necesidad de tener una meladura capaz de disolver cristales para el caso en que se formen falsos granos al principio de la templa; esta condición es indispensable para obtener un buen cocimiento, por ello no se pasa de 70°brix, se ajusta el brix de la meladura para azúcar crudo de 60 a 70° brix (32 a 37°Be).

La temperatura máxima esta en relación a pérdidas de azúcar, con la acidez normal del jugo que circula en un múltiple efecto (6.6 a 7.2). las pérdidas de sacarosa por inversión no son mayores del 0.1% por hora a 110°C. Es conveniente mantener el vacío entre 62 y 65 cm (58 a 53°). Se calcula 55°C y 64cm en operación. La meladura que se encuentra en el último cuerpo llega a él con un brix cercano a 40 y sale con 60 ó 65, el brix medio estará entre 50 y 55°. La elevación del punto de ebullición correspondiente a este brix y a este vacío es de aproximadamente 2°C. Sumando a estos 2°C la elevación del punto de ebullición debida a la presión hidrostática. Así, los 55°C en el último cuerpo corresponden a 58 o 60°C en la meladura.

Las principales partes de un evaporador de múltiple efecto son el cuerpo, calandria, mirillas. Todo el vapor que se usa para calentar el jugo se transforma en condensados dentro de la calandria, que se extrae por gravedad en algunos casos con trampas de vapor. Las aguas del primer cuerpo se utilizan en la alimentación de las calderas, las del 2 o

cuerpo como complemento de la alimentación de las calderas, las de los últimos cuerpos se usan en la imbibición, lavado de las tortas de los filtros, dilución de mieles.

3.5 EN EL COCIMIENTO Y CRISTALIZACION:

El cocimiento comienza antes de que los granos aparezcan en la meladura y que continúa hasta la concentración máxima. El material pierde su fluidez progresivamente con mayor viscosidad y de 77 a 80°brix (masa cocida). Evaporación en un solo efecto. Cuando se fabrica azúcar blanco la meladura recibe entre el evaporador y los tachos un tratamiento de decantación o de filtración en este caso la meladura sólo debe llegar a los 50-55°brix; si la concentración se aumenta, la rapidez de decantación de los precipitados y su rapidez de filtración disminuye.

Una solución saturada contiene el total de sacarosa que es capaz de disolver, la saturación es un estado de equilibrio estable, las soluciones azucaradas no llegan rápida y fácilmente. Si se concentra y los cristales de azúcar no aparecen en el material inmediatamente, la solución esta sobresaturada. La sobresaturación de licor disminuye en la proporción en que los cristales se forman y crecen. Para ello se mantiene la evaporación del agua y el aprovisionamiento del material azucarado.

3.6 EN LA CENTRIFUGACION:

Consiste en la separación de cristales y mieles (aguas madres) a partir de la masa cocida en una centrifuga. El equipo consiste de un tambor perforado o canasta que gira sujeto a una flecha vertical o eje. La canasta gira dentro de una envoltura metálica llamada cubierta o caja que recoge las mieles expelidas por la fuerza centrífuga. La canasta tiene paredes verticales perforadas revestidas hacia el centro, primero con una malla de sostén de alambre de latón y después con una lámina perforada conocida como revestimiento.

La centrifugación o purgado continúa hasta que los cristales de azúcar o grano queda lo más posible libre de mieles, después de lo cual los cristales pueden continuar siendo purgados de mieles mediante el rociado de la pared de azúcar con una cantidad conocida de agua. Además del llenado, purgado y lavado, el ciclo incluye la descarga del azúcar, que se hace abriendo la abertura de descarga en el fondo de la centrífuga. Enseguida, el descargador, manual o automático, baja mientras la canasta gira lentamente y el azúcar cae en un transportador helicoidal situado en la parte inferior de la fila de las centrífugas.

Las canastas giran desde 1200 a 2000rpm, la introducción de descargadores mecánicos o paletas automáticas aumenta la producción, así las centrífugas con descarga automática tienen una capacidad de alrededor de 130ton por máquina cada 24h, por lo general el control totalmente automático incrementan la capacidad en un 50%. El ancho de ranura entre 0.1 a 0.15mm da mieles de mayor pureza con la máquina continua. Las máquinas de autodescarga son adecuadas para masas cocidas de alto grado y magmas de afinación en la refinería.

Se ha encontrado que el rompimiento de cristales se debe a: aumento de la velocidad, ángulo de impacto (a mayor ángulo mayor rompimiento). 5% más de mieles reduce en 70% la rotura, la pérdida se incrementa físicamente por presencia de grano falso o una distribución incorrecta en el tamaño del grano. También la reducción en la temperatura de lavado disminuye la pureza de las mieles.

La unidades intermitentes mantienen predominio sobre las centrifugas continuas para azúcar de alta pureza.

Se recomienda cubrir la malla y añadir agua en la alimentación, debido a que la viscosidad de las mieles disminuye antes de que la masa cocida alcance el área efectiva de la malla, asi se evitan las áreas vacías e la malla por los cambios bruscos en la velocidad de los cristales. Para evacuar mieles alrededor de cristales puede iniciarse con una aceleración lenta y gradual (2 a 3 minutos hasta 1500rpm).

La filtración de masa cocida es un nuevo concepto para separar los cristales de las aguas madres. Consistente de una malla que se mueve lentamente sobre un recipiente conectado a dos cámaras con diferente presión de vacío una a 60-65cmHg y la otra a 30 a 35cmHg, por las cuales recorre las mieles de entrada v salida; cuenta con dispositivos de lavado y aplicación de vapor.

3.7 EN EL SECADO Y ENVASADO:

El azúcar se seca a velocidades de aire entre 1 a l,4m/s, (Figura 30) la temperatura oscila entre 40 a 50°C y la diferencia de presiones del lecho es de 2 a 2.5kpa. El promedio de azúcar tratada es de 35ton/h; la humedad de entrada de 0.38 y la humedad de salida de 0.11 y 0,16.

El enfriamiento particularmente se realiza con énfasis ya que el almacenamiento a temperatura alta aumenta el color del crudo tanto en la miel superficial como en el interior del cristal.

Empaque

Por medio de transportadores, el azúcar se envía a las tolvas de empaque. Pueden ser de banda en espiral o de tomillo, consisten de una banda metálica en espiral o rosca que gira dentro de mi canal, arrastrando el azúcar. Recubiertas de hule y algunas tiene aleaciones resistentes a la corrosión. Se llenan a un tercio de su capacidad.

Durante el empaque el azúcar crudo suele enfriarse (y evaporarse) durante el transporte hasta la tolva por medio de un elevador, durante el cual el azúcar cae en un esparcidor o ventilador que lo mezcla con aire, esta practica se hace sobre todo si el azúcar sera puesta en sacos (cuyo peso oscila entre 60-133kg en diferentes paises)

Se distribuye directamente en los almacenes o bodegas de transporte. Se obtienen mejores resultados con el almacenamiento a granel en silos o depósitos de acero de gran capacidad que en costales ,El deterioro es mucho que en el azúcar encostalado, por la menor superficie expuesta, falta de aire y menor costo de mantenimiento.

4.EQUIPOS Y PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DE LOS MISMOS:

Equipos y procedimientos especiales de clarificación

4.1 Antecedentes históricos

Se acepta que el hombre primitivo utilizó el principio básico de clarificación al tratar el agua turbia que usaría diariamente al dejarla reposar en una cueva sobre la tierra. Él se dio cuenta que el agua tratada de este modo se separaba en dos productos distintos, siendo ellos: una superficie de agua clara potable y el fango que se depositaba en el fondo.

En el siglo XVI, se descubrió que las operaciones de espesamiento y clarificación se habían vuelto una unidad importante en la explotación de minerales de cobre en las montañas. Los obreros tuvieron alimentación y rebalse continuos, pero la descarga del lodo era discontinúa.

En general, los métodos usados por aquella época eran una pequeña mejora de aquellos logrados por el hombre primitivo.

Esta unidad de tipo “por tandas” de separación continuaría siendo usada hasta finales del siglo XIX hasta que se encontraron métodos más eficientes para lograr la clarificación.

4.2 Funcionamiento de los clarificadores discontinuos y su evolución

Los sedimentadores intermitentes eran de diferentes formas y tamaños dependiendo del proceso, sin embargo predominaban los tipos rectangulares y cilíndricos. Se colocó después un medio conveniente para remover el sedimento del fondo del tanque. El líquido clarificado se retiraba por medio de un sifón de salida movible o por conexiones de desalojo colocadas a varias profundidades en los lados de los sedimentadores.

En general, la operación de tal unidad consiste en llenarlo con la solución que debe ser clarificada y, después permitiéndole alcanzar un estado de reposo hasta que haya transcurrido el tiempo necesario para que el asentamiento de sólidos se efectúe.

La capa superior de la solución clarificada puede removerse hasta la capa intermedia entre la parte clarificada y los lodos. La decantación se detiene y el lodo se desaloja. El ciclo se repite cuantas veces sea necesario. Varios tanques de asentamiento intermitente se operan conjuntamente, dando como resultado llenados y descargas simultáneas que originan una clarificación más rápida.

4.3 Funcionamiento de los clarificadores continuos y su evolución

El depósito continuo “no mecánico” y el cono de asentamiento evolucionaron antes del siglo XX. Estos se utilizaron antes del proceso de cianuración del proceso de obtención del oro en Sudáfri ca, Australia y Estados Unidos, ya que permitía una operación continua porque el depósito fue equipado para tener un rebalse continuo del líquido clarificado y una descarga continua de los lodos del fondo. Los conos de asentamiento patentados por Allen y Callow son ejemplos de esta categoría .

Para ilustrar el proceso descrito anteriormente se utilizará la operación de un cono Callow como se muestra en la figura 1.

La alimentación entraba a través de un tubo central al tanque. La canal periférica de rebalse para la recolección de la solución clarificada, fue formada por una tira metálica ajustable a través de toda la periferia. El lodo del fondo era descargado por una válvula o por medio de un sifón ajustable; el sifón tenía como propósito el controlar la densidad de descarga; a mayor elevación del sifón sobre la punta del cono, mayor era el flujo de descarga y viceversa.

El orificio de salida de estos clarificadores se obstruía a causa de los grumos formados por los sólidos liberados en las paredes del clarificador. Este efecto necesariamente restringía su uso, pero nuevas técnicas mecánicas fueron usadas para mejorar la clarificación continua. La evolución de este tipo de unidad comenzó a principios de este siglo. Un método simple para obtener continuidad se propuso en 1902. Consistía en colocar deflectores en el compartimiento de asentamiento de la unidad.

En 1906, Dorr incorporó a un clarificador un conjunto de raspadores que giraban lentamente como se muestra en las figura 2. Estos raspadores removían en forma continúa los lodos del fondo hacia un tubo central, sin interferir en la zona superior de asentamiento. Esta forma de remover el lodo evitaba la obstrucción en la salida del tanque.

Figura 2. Sistema de raspadores del clarificador Dorr

Para aliviar la resistencia que el sedimento acumulado presentaba a los raspadores, se adicionó un elevador en la parte superior de la unidad que se operaba manualmente. Esto permitía al operador elevar 30 centímetros o un poco más los raspadores, aliviando la tensión entre ellos.

Un gran adelanto se alcanzó cuando se aplicó el concepto de torque a los raspadores, ya que se levantaban en forma automática por medio de un mecanismo cuando se experimentaba una sobrecarga, y luego retornaba a suposición normal cuando la sobrecarga desaparecía.

En 1920, se introdujo un clarificador con un nuevo método para remover el lodo. El clarificador contenía un pozo de lodos en el centro, el sedimento pesado se forzó a pasar a través de este pozo por medio de presión hidrostática. En la parte superior del pozo se colocó un medio adecuado para la expulsión de este lodo.

Se desarrolló otro método para accionar los raspadores. El cual destacaba la aplicación de la fuerza motriz a lo largo del brazo por medio de un carrito accionado por un motor eléctrico que circulaba alrededor del clarificador en su parte superior. También se incluyó un dispositivo de seguridad que accionab auna válvula de compuerta en el tubo de alimentación cuando ocurría una sobrecarga. La introducción de un brazo raspador con aletas verticales mejoró las características de espesamiento del tanque convencional.

Recientemente se utilizó raspadores fijos para ayudar en el espesamiento y clarificación, este equipo de proceso se denominó “Gelsol Process”, cada raspador tenía una inclinación de aproximadamente 25º respecto a la horizontal, lo que produce un componente de fuerza vertical como resultado de su movimiento. El efecto de este componente vertical se añade a la fuerza de empuje gravitacional, lo cual ayuda al engrosamiento en la fase de sedimentación.

Los clarificadores rectangulares o cuadrados requerían un tipo diferente de raspadores, éstos fueron reformados de unidades circulares y cilíndricas.

Uno de los brazos rígidos en el mecanismo del clarificador, estaba equipado con raspadores especiales los cuales alcanzaban las cuatro esquinas del tanque y movían el lodo asentado hacia el centro donde era recogido por un mecanismo corriente de raspadores.

Además de los métodos previamente mencionados para sacar el lodo, también se introdujo un medio de transferencia de sedimento por un conductor de tornillo sinfín. El lodo generalmente se acumulaba en la garganta del conductor, localizado en el fondo del tanque, y era expulsado a un desagüe como resultado del empuje del tornillo.

Un adelanto significativo en el diseño de clarificadores ocurrió con la llegada en 1915 del sedimentador de bandejas múltiples; este tipo era similar en principio a la unidad de un solo compartimiento. De cualquier forma éste preveía una capacidad máxima por unidad de área de piso. Como la capacidades proporcional a la superficie de decantación, y como cada compartimiento actúa como una unidad individual, el sedimentador de bandejas múltiples incrementa en 100% el compartimiento original simple. La ventaja económica de este tipo de construcción en sus costos fijos y de operación es reconocida fácilmente.

Estos clarificadores fueron subdivididos en una serie de compartimentos de sedimentación de bajo fondo, por medio de una serie de bandejas cónicas. Estas bandejas estaban adheridas a los lados del tanque por medio de un anillo hecho de un perfil angular. Los compartimentos individuales tenían sus propias conexiones de alimentación y recolección de jugo clarificado. Los sólidos asentados en cada bandeja eran descargados, a través de un desagüe central,al fondo del tanque por gravedad donde podían removerse fácilmente.

4.4. Aplicación de la cal como sacarato

El manejo de la lechada de cal en bombas, tuberías, tanques y válvulas requiere una limpieza frecuente y un mantenimiento constante. La cal se disuelve en las soluciones de sacarosa formando sacarato de calcio, una verdadera solución, misma que puede manejarse sin ninguno de los problemas de la lechada.

El método de operación consiste en mezclar 10% del jugo mezclado o mixto frío con toda la cal que se utilizará en la clarificación; esta mezcla se aplica a su vez al 90% restante del jugo mixto calentado. (Este procedimiento es para el encalado continuo en caliente, pero es igualmente aplicable a la alcalización intermitente en frío.) Se requiere un poco más de 5 minutos de contacto entre el jugo mixto frío y una lechada de cal de buena calidad paraformar cuantitativamente sacarato de calcio.

Para aplicar la alcalización por sacarato al jugo mixto, se compara un desarrollo práctico del sistema de alcalización por sacarato con el método convencional de encalado en caliente. En vez de utilizar jugo mixto, se utiliza jarabe crudo, de 68º Brix, para mezclarlo con la lechada de cal de 15º Bé en una proporción de 7:1, durante un tiempo de retención de 5 minutos.

La solución resultante de sacarato tiene un pH de 11.0 a 11.5. A continuación, el sacarato es dosificado al jugo mixto en un punto anterior a la bomba intermedia después de la etapa primaria de calentamiento. Los resultados de la comparación muestran que el proceso de alcalización por sacarato produce un jugo de claridad superior y mejora la caída de pureza a lo largo de la estación de clarificación. Más aún, las soluciones de sacarato se manejan más fácilmente que la suspensión de lechada de cal, lo que mejora el control del pH del jugo alcalizado.

4.5. Alcalización continua

Muchos de los sistemas descritos anteriormente emplean propulsores para obtener una mezcla rápida, tanques de retención de tamaño variable, a fin de asegurar una reacción completa entre la cal y el jugo y un mecanismo de válvulas para regular la cantidad añadida. El ajuste de la cal de acuerdo con el pH se realiza en forma manual. Es obvio que tales regulaciones manuales dependen de la habilidad del operador. Los dispositivos automáticos de alcalización continua controlados por el pH del jugo encalado constituyen la forma más satisfactoria para controlar la reacción.

4.6. Sistemas de control para la adición de la cal

La adición de la cantidad correcta de cal es la base de una buena clarificación. Una cantidad demasiado baja de cal producirá una decantación deficiente y un jugo turbio con posibles pérdidas por inversión, y un exceso de cal produce oscurecimiento de los jugos, aumento de sustancias gomosas en productos de baja pureza, aumento en las cenizas a causa de las sales de calcio disueltas, y una alta producción de mieles.

Los papeles indicadores y las titulaciones que antes se utilizaban en el trabajo de los ingenios, han sido completamente sustituidos por el control delpH. El pH indica la acidez efectiva, mientras que la titulación indicaba la acidez total. No existen relaciones sencillas entre el pH y

la acidez del jugo de caña. Es importante recordar que por lo general el pH se determina en la práctica a la temperatura ambiente y que no es igual al pH determinado a la temperatura de trabajo.

4.7Control del pH

El pH óptimo al que se debe llevar el jugo mediante la alcalización depende de muchas condiciones y varía según la localización de la fábrica, la variedad y madurez de la caña, la capacidad del equipo de decantación y otras condiciones locales.

En general, resulta deseable agregar el mínimo de cal que produzca un jugó claro con una reacción final cercana a un pH de 7.0. En las áreas donde la caña no está completamente madura al cosecharse, como ocurre en Luisiana, los ácidos orgánicos del jugo mantienen el pH por debajo de 7.0 en el jugo claro. Si el pH de los jugos claros llega a 7.0 puede haber una adición excesiva de cal. Es necesario evitar la alcalización excesiva, y si no es posible obtener un jugo claro por defecación simple sin tener que alcalizarlo hasta un pH muy alto, debe añadirse fosfato o emplearse alguna otra modificación del proceso. La adición de polímeros floculantes ha demostrado ser útil como auxiliar del proceso de cal y calor. Asimismo, debe evitarse alcalizar el jugo mixto a un pH de 8.5 o mayor. Entre las desventajas reconocidas de lo anterior se incluyen: la presencia de una cantidad excesiva de sales solubles de calcio, descomposición de los azúcares reductores con el consecuente aumento de color y que nuevamente se pongan en solución algunos cuerpos nitrogenados.

Por consiguiente, son necesarias algunas pautas para el control efectivo del pH; se ha llegado a la conclusión que la operación efectiva de: 1) el control del flujo del jugo, 2) la preparación del jugo y 3) la dilución de la cal para la inyección pueden controlar el pH dentro de una precisión de +/- 0.05 de unidad.

4.7.1 Control automático del pH en el proceso de clarificación

Control automático de la alcalización por medio del Ph

Muchos fabricantes de instrumentos de Estados Unidos y otros países construyen sistemas que incorporan aparatos que indican y registran el pH, así como mecanismos de mando que controlan la aplicación de cal al jugo mixto.

La figura 3 muestra un ejemplo de uno de estos equipos. La muestra del jugo pasa a través de una cámara de flujo que encierra un electrodo de vidrio para medición y referencia que detecta un voltaje proporcional al pH del jugo alcalizado. Esta señal de milivoltaje que se desarrolla a través de la membrana de vidrio de alta resistencia es alimentada a un amplificador indicador adecuado y de aquí a un servo registrador potenciométrico que incluye un control de resistencia de cursor que cambia de posición debido a un cambio en el pH, de tal manera que se añade suficiente cal a fin de mantener el pH final óptimo del jugo encalado que sale del tanque mezclador.

4.7.2 Disminución del pH durante la clarificación

Durante el calentamiento y la decantación, siempre tiene lugar una disminución del pH. Muchos atribuían este descenso del pH a la acción microbiológica; pero el cambio constituye de hecho una función de la cantidad de P2O5 contenida en el jugo; mientras más alto sea el contenido de fosfato, más notable será la diferencia entre el pH antes y después del calentamiento del jugo. La cal reacciona con los fosfatos para originar varios fosfatos básicos de calcio; los fosfatos cálcicos son más insolubles y se precipitan en el lodo, dejando la solución más ácida (es decir con un pH más bajo).Una alcalización elevada, por arriba de un pH de 8.5, produce una disminución del pH debido a la formación de ácidos por la acción del exceso de cal sobre los azúcares reductores. De igual manera, tiene lugar un descenso del pH en todos los casos debido a la destrucción de los azúcares por el calor. Un descenso similar del pH ocurre en la defecación en las refinerías.

4.7.3 Control manual con registradores del pH

Los registradores electromecánicos del pH con control manual de la aplicación de la cal resultan menos costosos que los equipos totalmente automáticos, pero no resultan tan satisfactorios ya que dependen de la destreza y cuidado del operador. El registrador, se debe de colocar en un sitio en el que el operador lo pueda ver en todo momento, preferiblemente en el caudal de jugo después de la mezcla completa con la cal. En el caso de los métodosdiscontinuos de alcalización, este sistema da resultados bastante satisfactorios ya que el factor tiempo permite que el operador cambie la dosificación de cal de acuerdo con las lecturas del pH. La instalación de un registrador del pH en el afluente del jugo clarificado sería un refinamiento posterior, de modo que la comparación del pH antes y después de la

clarificación permitiría la disminución del pH. Existen interruptores de electrodos múltiples que permiten la utilización de varios pares de electrodos con un solo registrador.

4.7.4 Control automático del calentamiento

Sin importar si el proceso de alcalización es en frío o en caliente, la temperatura puede controlarse mediante sensores de temperatura, cuyas señales son transmitidas a reguladores neumáticos o electrónicos, los cuales se encargan de modular una válvula de vapor para controlar el calentamiento a los valores predeterminados por el operador, los cuales pueden ser modificados en cualquier momento por medio de un ajuste mecánico o de instrucción a través del panel frontal del equipo.

2.3 Dosificación de fosfato y los floculantes en el proceso

2.3.1 Parámetros a considerar para la dosificación del fosfato

La función del fosfato en la clarificación es de gran importancia debido a que ayuda a disminuir la cantidad de sales de calcio en el jugo, una decantación más rápida, filtración más rápida de las cachazas, mejores azúcares y mejor calidad de trabajo de los materiales de bajo grado en el ingenio. Para determinar la cantidad necesaria de fosfato en partes por millón (ppm) que se aplicaran al jugo es necesario considerar las condiciones de la caña de azúcar tales como el tipo, humedad y acidez. La adición de fosfatos se puede efectuar no sólo en la defecación simple sino también en las modificaciones como la alcalización en caliente, la alcalización fraccionada o la alcalización retardada o en la sulfatación. El tipo de fosfato que se utiliza en el proceso de clarificación es importante para determinar la cantidad adecuada que debe ser agregada para lograr la proporción óptima en el jugo, ya que la concentración que tienen los diferentes tipos de fosfato es dependiente en muchas oportunidades del fabricante o proveedor del mismo.

2.3.2 Dosificación del floculante

Por lo general, la dosificación óptima se halla en el intervalo de 2 a 4 ppm. El exceso de la dosificación puede tener un efecto adverso.

La proporción de jugo puede controlarse mediante un medidor magnético de flujo instalado en la línea del jugo, el cual transmite señales a un registrador de flujo y a una estación de relación, que a su vez envía señales a una unidad propulsora de velocidad variable que controla la bomba que envía la solución madre del floculante a la línea del jugo. El sistema de circuito abierto opera satisfactoriamente para dosificación entre 1.6 y 4.0 ppm.

Al aumentar la dosificación, algunos floculantes pueden ayudar a incrementar la velocidad de sedimentación, pero los sólidos en suspensión en el jugo pueden también aumentar. El nefelómetro resulta un buen auxiliar para la indicación y control de la clarificación del jugo.

MEDIDORES DE TEMPERATURA:

Introduccion:

La sensación fisiológica de calor y frío es el origen del concepto primario de temperatura. Se pueden apreciar variaciones de temperatura de acuerdo con las variaciones de intensidad de estas sensaciones, pero el sentido del tacto carece de la sensibilidad y alcance necesarios para dar una forma cuantitativa a esta magnitud.

De todas las magnitudes físicas, sin duda la temperatura es la de medida más frecuente. Posiblemente sea la variable que determine de forma más decisiva las propiedades de la materia, bien dependiendo de ella como función continua (tal es el caso de la resistividad eléctrica, presión, etc.) o bien presentando características muy diferentes según que su temperatura sea superior o inferior a una bien definida (caso de los cambios de fase, punto de Curie, etc.). Por ello es por lo que la medida de la temperatura es vital tanto en la industria como en la investigación.

No obstante, asignar un valor numérico a una temperatura plantea un problema importante. En efecto, la mayoría de las magnitudes físicas suelen estar definidas por un valor numérico obtenido por comparación con otra tomada como referencia. A éstas se las conoce con el nombre de magnitudes extensivas, pues a partir del patrón de la unidad se pueden definir de forma sencilla, al menos conceptualmente, múltiplos y submúltiplos de ella. Este no es, evidentemente, el caso de la temperatura, que pertenece al grupo de las llamadas variables intensivas. Multiplicar o dividir por un número el valor de una temperatura no tiene significado físico alguno. Esto nos lleva a plantearnos el estudio de las bases físicas en las que se funda el establecimiento de una escala de temperaturas.

Tipos de termómetros

En física se utilizan varios tipos de termómetros, según el margen de temperaturas a estudiar o la precisión exigida. Todos se basan en una propiedad termométrica de alguna sustancia: que cambie continuamente con la temperatura (como la longitud de una columna de líquido o la presión de un volumen constante de gas).

Termómetros de resistencia

La medida de temperatura utilizando sondas de resistencia depende de las características de resistencia en función de la temperatura que son propias del elemento de detección.

El elemento consiste usualmente en un arrollamiento de hilo muy fino del conductor adecuado bobinado entre capas de material aislante y protegido con un revestimiento de vidrio o de cerámica. El material que forma el conductor se caracteriza por el llamado "coeficiente de temperatura de resistencia" que expresa, a una temperatura especificada, la variación de la resistencia en ohmios del conductor por cada grado que cambia su temperatura.La relación entre estos factores puede verse en la expresión lineal siguiente:

En la que:R0 = Resistencia en ohmios a 0°C.Rt = Resistencia en ohmios t °C.a = Coeficiente de temperatura de la resistencia

Detectores de temperatura de resistencia

El detector de temperatura de resistencia (RTD) se basa en el principio en el cual la resistencia de todos los metales depende de la temperatura. La elección del platino en los RTD de la máxima calidad permite realizar medidas más exactas y estables hasta una temperatura de aproximadamente 500 ºC.Los RTD más económicos utilizan níquel o aleaciones de níquel, pero no son tan estables ni lineales como los que emplean platino.

Medidas de caudal

Medidores volumétricosLos medidores volumétricos determinan el caudal en volumen del fluido, bien sea directamente (desplazamiento), o indirectamente por deducción (presión diferencial, área variable, velocidad, fuerza, tensión inducida, torbellino).

Hay que señalar que la medida del caudal volumétrico en la industria se efectúa principalmente con elementos que dan lugar a una presión diferencial al paso del fluido. Entre estos elementos se encuentran la placa de orificio o diafragma, la tobera y el tubo Venturi.

Si P1, P2 y V1, V2 son las presiones absolutas y velocidades en la zona anterior a la placa donde el fluido llena todo el conducto y en la vena contraída respectivamente, y S1, S2 son las secciones correspondientes, resulta:

siendo ϒ la densidad (masa por unidad de volumen) del fluido, habiendo supuesto que no varía en toda la longitud estudiada de la vena. Después de operar matemáticamente las expresiones anteriores para relacionarlas, se puede llegar a la siguiente fórmula:

en la que H es la diferencia de alturas de presión del fluido, y K es una constante que involucra el diámetro de la tubería en metros, la altura h, P1 y P2 en pascal, y la densidad en Kg/m³. Estas expresiones están limitadas a fluidos ideales incompresibles, y son bastante aproximadas. En la práctica se consideran factores de corrección que tienen en cuenta el reparto desigual de velocidades, la contracción de la vena del fluido, las rugosidades de la tubería, el estado del líquido, del gas, del vapor, etc.El principio básico de estos medidores es que cuando una corriente de fluido se restringe, su presión disminuye por una cantidad que depende de la velocidad de flujo a través de la restricción, por lo tanto la diferencia de presión entre los puntos antes y después de la restricción puede utilizarse para indicar la velocidad del flujo. Los tipos más comunes de medidores de presión diferencial son el tubo Venturi, la placa orificio y el tubo de flujo.Medidores ultrasónicosConsta n de unas sondas, que trabajan por pares, como emisor y receptor.La placa piezo-cerámica de una de las sondas es excitada por un impulso de tensión, generándose un impulso ultrasónico que se propaga a través del medio líquido a medir, esta señal es recibida en el lado opuesto de la conducción por la segunda sonda que lo transforma en una señal eléctrica.El convertidor de medida determina los tiempos de propagación del sonido en sentido y contrasentido del flujo en un medio líquido y calcula su velocidad de circulación a partir de ambos tiempos. Y a partir de la velocidad se determina el caudal que además necesita

alimentación eléctrica. En la siguiente figura se muestra un moderno medidor de flujo ultrasónico para montaje en tubería.

Medición de nivel3.3.1 IntroducciónDentro de los procesos industriales la medición y el control de nivel se hace necesario cuando se pretende tener una producción continua, cuando se desea mantener una presión hidrostática, cuando un proceso requiere de control y medición de volúmenes de líquidos ó; bien en el caso más simple, para evitar que un líquido se derrame, la medición de nivel de líquidos, dentro de un recipiente parece sencilla, pero puede convertirse en un problema más ó menos difícil, sobre todo cuando el material es corrosivo ó abrasivo, cuando se mantiene a altas presiones, cuando es radioactivo ó cuando se encuentra en un recipiente sellado en el que no conviene tener partes móviles ó cuando es prácticamente imposible mantenerlas, el control de nivel entre dos puntos, uno alto y otro bajo, es una de las aplicaciones más comunes de los instrumentos para controlar y medir el nivel, los niveles se pueden medir y mantener mediante dispositivos mecánicos de caída de presión, eléctricos y electrónicos.En la industria, la medición de nivel es muy importante, tanto desde el punto de vista del funcionamiento correcto del proceso como de la consideración del balance adecuado de materias primas o de productos finales. Instrumentos de medida directa

Medidor de sondaConsiste en una varilla o regla graduada, de la longitud conveniente para introducirla dentro del depósito. La determinación del nivel se efectúa por la lectura directa de la longitud mojada por el líquido. En el momento de la lectura el estanque debe estar abierto a presión atmosférica.Se utiliza generalmente en estanques de gasolina. Otro medidor consiste en una varilla graduada, con un gancho que se sumerge en el seno del líquido y se levanta después hasta que el gancho rompe la superficie del líquido. La distancia desde esta superficie hasta la parte superior del estanque representa indirectamente el nivel como se muestra en la figura 28. Se emplea en estanques de agua a presión atmosférica.

Medidor de cinta y plomadaEste sistema es parecido a los anteriores, consta de una cinta graduada y un plomo en la punta. Se emplea cuando es difícil que la regla tenga acceso al fondo del estanque.

Medidor de cristalConsiste en un tubo de vidrio con sus extremos conectador a bloques metálicos y cerrados por prensaestopas que están unidos al estanque generalmente mediante tres válvulas, dos de cierre de seguridad en los extremos del tubo para impedir el escape del líquido en caso de rotura del cristal y una de purga como se muestra en la figura 29. El nivel de cristal normalse emplea para presiones hasta 7 bar. A presiones más elevadas el cristal es grueso, de sección rectangular y está protegido por una armadura metálica.

Medidor de flotadorConsiste en un flotador ubicado en el seno del líquido y conectado al exterior del estanque indicando directamente el nivel sobre una escala graduada. Es el modelo más antiguo y el más utilizado en estanques de gran capacidad tales como los de petróleo y gasolina. Tiene el inconveniente de que las partes móviles están expuestas al fluido y pueden romperse, además el flotador debe mantenerse limpio. Hay que señalar que en estos instrumentos, el flotador puede tener formas muy variadas y estar formados por materiales muy diversos según sea el tipo de fluido.Los instrumentos de flotador tienen una precisión de 0,5 %. Son adecuados en la medida de niveles en estanques abiertos y cerrados a presión o a vacío, y son independientes del peso específico del líquido. Por otro lado, el flotador puede agarrotarse en el tubo guía por un eventual depósito de lossólidos o cristales que el líquido pueda contener y además los tubos guía muy largos pueden dañarse ante olas bruscas en la superficie del líquido o ante la caída violenta del líquido en el estanque. En la figura siguiente se muestran varias aplicaciones para los instrumentos de flotador.

Medidor de nivel ultrasónicoSe basa en la emisión de un impulso ultrasónico a una superficie reflectante y la recepción del eco del mismo en un receptor como se muestra en la figura 36. El retardo en la captación del eco depende del nivel del estanque.Los sensores trabajan a una frecuencia de unos 20 KHz. Estas ondas atraviesan con cierto amortiguamiento o reflexión el medio ambiente de gases o vapores y se reflejan en la superficie del sólido o del líquido. La precisión de estos instrumentos es de ± 1 a 3%. Son adecuados para todos los tipos de estanques y de líquidos o fangos pudiendo construirse aprueba de explosión. Presentan el inconveniente de ser sensibles a la densidad de los fluidos y de dar señales erróneas cuando la superficie del nivel del líquido no es nítida como es el caso de un líquido que forme espuma, ya que se producen falsos ecos de los ultrasonidos. La utilización de la computadora permite, a través de un programa, almacenar el perfil ultrasónico del nivel, y así tener en cuenta las características particulares de la superficie del líquido, tal como la espuma, con lo cual se mejora la precisión de la medida.

Sistema de medición de nivel radiactivoConsiste en un emisor de rayos gamma montado verticalmente en un lado del estanque y con un contador que transforma la radiación gamma recibida en una señal eléctrica de corriente continua. Como la transmisión de los rayos es inversamente proporcional a la masa del líquido en el estanque, la radiación captada por el receptor es inversamente proporcional al nivel del líquido ya que el material absorbe parte de la energía emitida como se muestra en la figura 37.

Medición del pHLa medición del pH proporciona una indicación del grado de acidez o alcalinidad de las soluciones acuosas. La razón de iones positivamente cargados de hidrógeno a los iones negativamente cargados de hidróxido decide el pH de una solución en una escala de 0 a 14 pH. Si la concentración de cada ión es igual, entonces se dice que el pH es neutral (con un valor de pH de 7), es decir ni ácido ni alcalino. Mientras más iones positivos hay presentes, la solución se vuelve más ácida (con valores de pH menores a 7), y, análogamente, mientras más iones de hidrógeno hay presentes, más alcalinase vuelve la solución (con valores de pH mayores a 7). El pH se ha vuelto un parámetro de medición extremadamente común en la industria, tanto en pruebas de laboratorio como en línea. Muchas industrias de manufactura y químicas utilizan agua en alguna parte del proceso, o a veces tienen impacto en las aguas de superficie o subterráneas y en el ambiente . Básicamente, donde el agua es usada, es frecuentemente esencial que el pH sea determinado en algún punto del proceso.Una indicación a grandes rasgos del pH puede ser obtenida utilizando papeles de pH o indicadores líquidos, que cambian su color mientras el pH varía. Estos indicadores tienen una precisión limitada: la discriminación es difícil de interpretar en muestras coloreadas. Son también inaplicables para cualquier tipo de monitoreo en línea del pH o control. Una aproximación electroquímica que se ha establecido durante los últimos cincuenta años, está basada en un sensor conocido como electrodo de pH de vidrio. Este electrodo es usado enconjunto con un segundo dispositivo conocido como electrodo de referencia para completar el circuito eléctrico. El arreglo del electrodo básico para medición del pH es mostrado en la figura 42.

Elementos finales de controlVálvulas de controlLa válvula de control es básicamente un orificio variable por efecto de unactuador. Constituye el elemento final de control en más del 90 % de las aplicaciones industriales. En la figura siguiente se ve una válvula de globo con un actuador neumático de diafragma en donde se indican las diversas piezas que la constituyen:

Esta válvula utiliza una señal externa que puede ser neumática o eléctrica y posteriormente transformada en una de tipo neumática que incide el cabezal.Estos elementos se pueden considerar constituidos por dos partes:·-Actuador: recibe la señal de controlador y la transforma en un desplazamiento (lineal o rotacional) merced a un cambio en la presión ejercida sobre el diafragma.-Cuerpo: el diafragma está ligado a un vástago o eje que hace que la sección de pasaje del fluido cambie y con ésta el caudal. Con un diagrama en bloques se puede representar a la válvula como un sistema en serie como se muestra en la figura 48.

Desde el punto de vista estático el actuador es moderadamente lineal y la dinámica más significativa es la de llenado del cabezal con una constante de tiempo del orden de los segundos. El cuerpo carece de retardo y la ganancia viene determinada por la característica de flujo como se verá.Especificación de válvulasEspecificar una válvula de control implica determinar las característicassiguientes:· Cuerpo e internos: indicando el tipo, material y serie que se fija de acuerdo al servicio que debe prestar. También hay que indicar el diámetro que está relacionado con la capacidad y a esto se lo denomina dimensionamiento. Por último, algunos tipos de válvula permiten elegir laCaracterística de Flujo.· Actuador: una vez conocidos los detalles del cuerpo se debe elegir el tipo de motor (neumático de cabezal o pistón, eléctrico, etc.), la acción ante falla y el tamaño.· Accesorios: corresponde a elementos adicionales como transductores I/P o V/P, volante para accionamiento manual, posicionador, etc.Tipos de válvulas de controlExisten diversos tipos de cuerpos, que se adaptan a la aplicación. Los que más se emplean en la práctica industrial se muestran en la tabla siguiente.Teóricamente el tipo debe adoptarse en función de las necesidades del proceso, aunque a veces hay razones, económicas por ejemplo, que obligan a usar un tipo aunque éste no sea el más adecuado.

5.- MODELAMIENTO MATEMATICO:

TANQUE DE FUNDICION DE REFINERIA:

El proceso de refinería comienza, fundiendo el azúcar blanco con agua y vapor de escape, este por contacto directo. La solución resultante es conocida como licor. El modelado de este tanque contiene las siguientes ecuaciones.

BALANCE DE MATERIA:

Donde:

S: Flujo de azúcar a fundir [lb/h]

A: Flujo de agua al tanque de fundición [GPM]

ρA: Densidad del agua [lb/gal]

Fv: Flujo de vapor de calentamiento [lb/min]

L: Flujo de licor [GPM]

ρL: Densidad del licor [lb/gal]

Vf: Galones acumulados en el tanque de fundición

BALANCE DE BRIX:

Donde:

bS: Brix del azúcar

bL:Brix del licor

BALANCE DE ENERGIA:

Donde:

HS: Entalpía del azúcar [Btu/lb]

hA: Entalpía del agua [Btu/lb]

hv: Entalpía del vapor de calentamiento [Btu/lb]

hL: Entalpía del licor [Btu/lb]

• Densidad relativa de las soluciones de sacarosa (Chen, 1993)

Donde:

ρrel: Densidad relativa del jugo

B: brix del jugo(porcentaje en peso)

• Capacidad calorífica del licor

Donde:

Cp: Capacidad calorífica del jugo[Btu/lb°R]

• Ecuación de Antoine

Donde:

Tv: Temperatura del vapor de calentamiento a la presión Pv [°F]

Pv: Presión del vapor [Psia]

• Calor de latente de condensación

Donde:

λ: Calor latente de condensación [Btu/lb]

• Ecuaciones de control

En la fundidora, se controla el brix del licor mediante dos flujos, el de azúcar y el de agua. Además hay un control de temperatura del licor, manipulando el flujo de vapor de calentamiento.

CONTROL DE BRIX :

CONTROL DE TEMPERATURA:

Grados de libertad.

Al contar el número de ecuaciones y variables, del sistema de fundición se tiene:

Para el estado estable, las variables a fijar son:

Para la solución en el estado dinámico, se debe contar con los parámetros de control; como ya se ha indicado anteriormente.

INTERCAMBIADOR DE CALOR PARA JUGO:

Las ecuaciones desarrolladas en esta sección, son aplicables para los intercambiadores de calor que calientan jugo, en las distintas etapas de fabricación del azúcar. Estos intercambiadores son: calentador primario, calentador rectificador y calentador de placas.

BALANCE DE ENERGIA EN EL INTERCAMBIADOR:

Donde:

Fj: Flujo de jugo [GPM]

ρJ: Densidad del jugo [lb/gal]

ρHj: Cambio de entalpía del jugo [Btu/lb]

Fv: Flujo de vapor de calentamiento [lb/min]

DENSIDAD RELATIVA DE LAS SOLUCIONES DE SACAROSA:

Donde:

ρrel: Densidad relativa del jugo

B: brix del jugo(porcentaje en peso)

CAPACIDAD CALORIFICA DEL JUGO:

Donde:

Cp: Capacidad calorífica del jugo[Btu/lb°R]

CAMBIO DE ENTALPIA DEL JUGO:

ECUACION DE ANTOINE:

Donde:

Tv: Temperatura del vapor de calentamiento a la presión Pv [°F]

Pv: Presión del vapor [Psia]

CALOR DE CONDENSACION:

Donde:

λ: Calor latente de condensación [Btu/lb]

CALOR MAXIMO CEDIDO POR EL INTERCAMBIADOR:

Esta ecuación se refiere a que, por las limitaciones físicas del equipo, existe una máxima cantidad de calor que puede ser cedido por el intercambiador. Si la energía del vapor de calentamiento es menor al calor máximo, entonces “sobra” área para el proceso de condensación del vapor. Caso contrario, si la energía del vapor de calentamiento excede al calor máximo, entonces solo una parte del vapor se condensa (es decir solo esta parte cede su energía para el intercambio de calor); el resto saldrá como vapor en la línea del condenso.

Donde:

Qmáx: Calor que puede ser cedido por el intercambiador [Btu/h]

U: Coeficiente de transferencia de calor [Btu/h*ft2*°R]

MLDT: media logarítmica de la diferencia de temperatura

La media logarítmica de la diferencia de temperaturas pede ser calculada mediante la siguiente expresión.

ECUACION DE CONTROL

Control de temperatura de jugo a la salida del intercambiador:

Grados de libertad

Analizando las ecuaciones anteriores se tienen:

Las variables a fijar son:

Qj ,To, T, Bj, Pv, U, A,

La variable Qj, es el valor calculado en el modelo de los molinos. Lo mismo se aplica para la variable BJ.

EVAPORADORES:

En la etapa de evaporación del ingenio, se cuenta con un sistema de cuatro efectos. El primer efecto cuenta con cinco evaporadores, el segundo y tercer efecto con cuatro; y el cuarto efecto tiene tres evaporadores, conocidos como meladores. Para simplificar la nomenclatura, las siguientes ecuaciones son válidas para cualquier efecto:

BALANCE DE MATERIA:

Donde:

jei: Flujo de jugo a la entrada del i-ésimo efecto [GPM]

pei: Densidad del jugo a la entrada del i-ésimo efecto [lb/gal]

ji:Flujo de jugo a la salida del i-ésimo efecto [GPM]

pi: Densidad del jugo a la salida del i-ésimo efecto [lb/gal]

Fvvi: Flujo de vapor vegetal que se produce en el i-ésimo efecto [GPM]

pvvi: Densidad del vapor vegetal en el i-ésimo efecto[lb/gal]

Vi: Galones de jugo acumulados en el i-ésimo efecto

BALANCE DE BRIX:

Donde:

bei: Brix a la entrada del i-ésimo efecto (porcentaje en peso)

bi: brix a la salida del i-ésimo efecto

BALANCE DE ENERGIA:

Donde:

hei: Entalpía del jugo a la entrada del i-ésimo efecto [Btu/lb]

hi:Entalpía del jugo a la salida del i-ésimo efecto [Btu/lb]

Hi: Entalpía del vapor vegetal [Btu/lb]

Fvi: Flujo de vapor de calentamiento en el i-ésimo efecto [GPM]

λ: Calor latente de condensación [Btu/lb]

DENSIDAD RELATIVA DE LAS SOLUCIONES DE SACAROSA:

Donde:

ρrel: Densidad relativa del jugo

b: brix del jugo (porcentaje en peso)

CAPACIDAD CALORIFICA DEL JUGO:

Donde:

Cpj: Capacidad calorífica del jugo [Btu/lb°R]

ENTALPIA DEL JUGO:

Donde:

h:Entalpía del jugo [Btu/lb]

Tref: Temperatura de referencia (32°F)

DENSIDAD DEL VAPOR:

Las condiciones en los evaporadores son de , presiones bajas y temperaturas altas por lo que, se puede considerar la fase vapor como gas ideal.

Donde:

ρv: Densidad del vapor [lb/ft3]

P: presión del vapor [Psia]

M: peso molecular del vapor. 18 lb/lbmol

T: temperatura del vapor [°R]

R: Constante de los gases ideales. 10.73 Psia*ft3*lbmol-1*R-1

CAPACIDAD CALORIFICA DEL VAPOR:

Donde:

Cpv: Capacidad calorífica del vapor [Btu/lb°R]

CAPACIDAD CALORIFICA DEL AGUA:

ECUACION DE ANTOINE:

Donde:

Tebi: Temperatura de ebullición del agua en el i-ésimo efecto [°F]

Pi: Presión de operación del i-ésimo efecto [Psia]

Esta ecuación también es aplicable para, el vapor de calentamiento en el primer efecto pero,

evaluado a la presión del vapor, Pv.

AUMENTO DE EBULLICION:

ΔTebi: Aumento del punto de ebullición en el i-ésimo efecto [°F]

ENTALPIA DEL VAPOR SOBRECALENTADO:

CALOR MAXIMO CEDIDO POR EL EVAPORADOR:

Donde:

Qmáx: Calor máximo que puede ser cedido por el evaporador [Btu/h]

U: Coeficiente de transferencia de calor [Btu/h*ft2*R]

Tv: Temperatura del vapor de calentamiento [°F]

T: temperatura del jugo en el evaporador [°F]

ECUACIONES DE CONTROL:

En los evaporadores, se controla el nivel de cada uno de ellos mediante el flujo de alimentación. En los meladores, es decir los evaporadores del cuarto efecto, se controla el brix con la estrategia de retorno a los terceros efectos. Entonces las ecuaciones de control quedan así:

OTRAS ECUACIONES PARA LA EVAPORACION:

Además de los evaporadores, el sistema de evaporación del ingenio cuenta, con dos tanques, un tanque para jugo claro y otro tanque para el jugo que sale de los primeros efectos. Por simplificaciones del modelo, se ha considerado que el tanque de jugo claro responde de manera instantánea, a las cargas de jugo.

Para el tanque de los primeros efectos, son aplicables las siguientes ecuaciones:

BALANCE DE MATERIA:

Donde:

JeI: Flujo de jugo a la entrada del tanque de los primeros efectos [GPM]

JI: Flujo de jugo a la salida del tanque de los primeros efectos [GPM]

ρI: Densidad del jugo de los primeros efectos [GPM]

Vp: Galones de jugo a cumulados en el tanque de primeros efecto

CONTROL DE NIVEL:

El nivel en el tanque de jugo de los primeros efectos, es controlado por los flujos de salida de cada evaporador del primer efecto. Por lo que la notación de esta ecuación hace mención, a dichos flujos.

Además de estos dos tanques, es necesario hacer balance en el punto de unión a los terceros efectos y en la separación del melador. En el punto de unión (o de retorno), se tiene:

Los valores primados, se refieren justo a la salida del segundo efecto

Del punto de separación, el flujo de meladura obtenido del proceso de evaporación, se obtiene por la siguiente ecuación de válvula:

Donde:

Fmel: Flujo de meladura(GPM)

Cv(x): Coeficiente de válvula, como una función del porcentaje de abertura

ΔP: Caída de presión por la válvula [Psia]

ρrel: Densidad relativa de la meladura

Con el flujo de meladura y el retorno, es posible obtener el flujo de meladura justo a la salida del melador así:

Donde:

Fmels: Flujo de meladura, justo a la salida del melador(GPM)

Grados de libertad:

El conteo de ecuaciones y variables para el sistema de evaporación, queda de la siguiente manera:

Para el estado estable, los datos a fijar son:

La variable Jc y bc provienen del cálculo de la simulación de los molinos. La variable Tc, proviene de la simulación en los calentadores. Para el estado dinámico, se debe contar con la resolución del estado estable y los parámetros de control.