Universidad de San Carlos de Guatemala Facultad de Ingeniera Escuela de Ingeniera Qumica ELABORACIN DEL PERFIL DE COLOR DE AZCAR REFINO, EN LA ESTACIN DE CENTRFUGAS DE LA REFINERA DE AZCAR DEL INGENIO LA UNIN S.A. Juan Diego Regalado Reyes Asesorado por la Inga. Claudia Mara Barrientos Guatemala, mayo de 2013 UNIVERSIDAD DE SAN CARLOS DE GUATEMALA FACULTAD DE INGENIERA ELABORACIN DEL PERFIL DE COLOR DE AZCAR REFINO, EN LA ESTACIN DE CENTRFUGAS DE LA REFINERA DE AZCAR DEL INGENIO LA UNIN S.A. TRABAJO DE GRADUACIN PRESENTADO A LA JUNTA DIRECTIVA DE LA FACULTAD DE INGENIERA POR JUAN DIEGO REGALADO REYES ASESORADO POR LA INGA. CLAUDIA MARA BARRIENTOS AL CONFERRSELE EL TTULO DE INGENIERO QUMICO GUATEMALA, MAYO DE 2013 UNIVERSIDAD DE SAN CARLOS DE GUATEMALA FACULTAD DE INGENIERA NMINA DE LA JUNTA DIRECTIVA DECANOIng. Murphy Olympo Paiz Recinos VOCAL IIng. Alfredo Enrique Beber Aceituno VOCAL IIIng. Pedro Antonio Aguilar Polanco VOCAL IIIInga. Elvia Miriam Ruballos Samayoa VOCAL IVBr. Walter Rafael Vliz Muoz VOCAL VBr. Sergio Alejandro Donis Soto SECRETARIOIng. Hugo Humberto Rivera Prez TRIBUNAL QUE PRACTIC EL EXAMEN GENERAL PRIVADO DECANOIng. Murphy Olympo Paiz Recinos EXAMINADOR Ing. Otto Ral De Len De Paz EXAMINADOR Ing. Federico Guillermo Salazar Rodriguez EXAMINADOR Ing. Carlos Salvador Wong Davi SECRETARIOIng. Hugo Humberto Rivera Prez ACTO QUE DEDICO A: DiosPorque nada podemos si no viene de l. Mis padresJulio Elmer Regalado y Claudia Dinora Reyes. Por ser ejemplosdeperseveranciayresponsabilidad,pilares defortalezaycimientosdemivida.Estelogroes nuestro. Mis hermanosJosu,RomeoyEmmanuelRegalado.Porser ejemplos de perseverancia y trabajo. Mi noviaKatherineCisneros.Poraparecer,creerenmy convertirse en un noble amor y fuerte apoyo. AGRADECIMIENTOS A: DiosPornoabandonarmeydarmefuerzasalolargodel camino de la vida. Mis padresJulioRegaladoyClaudiaReyes.Porsuesfuerzoy sacrificio por nuestra familia. Mis hermanosJosu, Romeo y Emmanuel Regalado. Por su apoyo y consejo a lo largo de estos aos. Mi primoWalter Hernndez. Por su solidaridad y aprecio para conmigo y mi familia. Mis amigosJavierAlejandroMuralles,DaniloCastillo,David Eugenio Torres. Por demostrar que an en contra de la corriente se puede salir adelante. Mis compaerosPorcompartirestecaminoymostrarmesu solidaridad. Inga. Claudia Barrientos Gracias por su apoyo y asesora. Ingenio La Unin y sus colaboradores Gracias por permitirme llevar a cabo este proyecto. I NDICE GENERAL NDICE DE ILUSTRACIONES ........................................................................... V LISTA DE SMBOLOS ...................................................................................... IX GLOSARIO ....................................................................................................... XI RESUMEN...................................................................................................... XV OBJETIVOS/HIPTESIS .............................................................................. XVII INTRODUCCIN ........................................................................................... XIX 1.ANTECEDENTES ................................................................................... 1 2.MARCO TERICO .................................................................................. 5 2.1.Aspectos generales del proceso de refinera de azcar .............. 5 2.1.1.Disolucin .................................................................. 6 2.1.2.Clarificacin ............................................................... 6 2.1.3.Filtracin .................................................................... 7 2.1.4.Cristalizacin .............................................................. 8 2.1.5.Centrifugacin ............................................................ 8 2.1.6.Secado y enfriado ...................................................... 9 2.1.7.Tamiz vibratorio ROTEX y control de peso .............. 10 2.1.8.Almacenamiento en silo ........................................... 11 2.1.9.Envasado de sacos y jumbos ................................... 11 2.2.Aspectos generales de la centrfuga ......................................... 12 2.2.1.Definicin de la centrfuga ........................................ 12 2.2.2.Funcionamiento de la centrfuga .............................. 13 2.2.3.Descripcin de centrfugas batch ............................. 14 2.2.4.Centrfugas instaladas en la estacin ....................... 17 II 2.2.4.1.Sistema de amortiguadores .................. 17 2.2.4.2.Cabezal de baleros ............................... 18 2.2.4.3.Centrador de descarga ......................... 18 2.2.4.4.Descargador ......................................... 18 2.2.4.5.Disco distribuidor de masa .................... 19 2.2.4.6.Cono de cierre de descarga .................. 20 2.2.4.7.Tamiz o tela de trabajo ......................... 20 2.2.4.8.Canasta ................................................ 20 2.2.4.9.Unidad de control y convertidor de frecuencia ............................................. 21 2.2.4.10.Repuestos ............................................ 21 2.3.Aspectos generales de la medicin de color 2.3.1.Mtodo ICUMSA para la medicin de colorGS2/3 9 (2005) ..................................................... 24 2.3.1.1.Transmitancia de la solucin ................. 24 2.3.1.2.Transmitancia ....................................... 24 2.3.1.3.Absorbancia .......................................... 25 2.3.1.4.ndice de absorbancia ........................... 25 2.3.1.5.Color ICUMSA ...................................... 25 2.3.1.6.Principio ................................................ 25 2.3.1.7.Procedimiento ....................................... 26 2.3.2.Medidor de color Neltec ColourQ ............................. 26 3.DISEO METODOLGICO .................................................................. 31 3.1.Variables .................................................................................. 31 3.2.Delimitacin de campo de estudio ............................................ 34 3.3.Recursos humanos disponibles ................................................ 34 3.4.Recursos materiales disponibles .............................................. 34 3.4.1.Equipo y cristalera .................................................. 35 III 3.4.2.Reactivos ................................................................. 35 3.5.Tcnica de investigacin cualitativa y cuantitativa .................... 36 3.6.Recoleccin y ordenamiento de la informacin ......................... 41 3.7.Tabulacin, ordenamiento y procesamiento de datos ............... 41 3.8.Anlisis estadstico ................................................................... 41 3.9.Plan de anlisis de resultados .................................................. 42 3.9.1.Mtodos y modelos de anlisis ................................ 42 3.9.1.1.Mtodos ICUMSA .................................. 42 3.9.1.2.Determinacin de media para datos de muestreo ............................................... 43 3.9.1.3.Determinacin de errores de muestreo . 43 3.9.1.3.1.Varianza ........................... 44 3.9.1.3.2.Desviacin estndar ......... 44 4.RESULTADOS ...................................................................................... 47 4.1.Perfil de color para cada capacidad de carga de las mquinas centrfugas ................................................................................ 47 4.2.Relacin entre los datos de color de la medicin de color en lnea y los datos obtenidos por el laboratorio de gestin de la calidad ...................................................................................... 51 4.3.Evaluacin de las 4 mquinas centrfugas para determinar cul presenta menor remocin de color ........................................... 53 4.4.Acciones operativas propuestas para casos con medicin de color en lnea fuera de parmetros de control establecidos ...... 57 4.5.Influencia de la variacin de los lavados en el jarabe obtenido como subproducto de la centrifugacin ..................................... 61 5.INTERPRETACIN DE RESULTADOS ................................................ 65 IV CONCLUSIONES ........................................................................................... 71 RECOMENDACIONES ................................................................................... 73 BIBLIOGRAFA ............................................................................................... 75 APNDICES ................................................................................................... 77 ANEXOS ......................................................................................................... 85 V NDICE DE ILUSTRACIONES FIGURAS 1.Diagrama de carga y descarga de una centrfuga por lote .................... 15 2.Distribucin de carga en una centrfuga con plato distribuidor (izquierda) y distribucin de carga en una centrfuga tradicional (derecha) ............. 19 3.Partes de las centrfugas utilizadas en la refinera ................................ 23 4.Despliegue de resultados del medidor de color ..................................... 28 5.Perfil de color para cada capacidad de carga en la centrfuga No.1 ...... 47 6.Perfil de color para cada capacidad de carga en la centrfuga No.2 ...... 48 7.Perfil de color para cada capacidad de carga en la centrfuga No.4 ...... 59 8.Perfil de color para cada capacidad de carga en la centrfuga No.5 ...... 50 9.Datos de medicin de color obtenidos en laboratorio de control de la calidad en funcin de los datos de color obtenidos en lnea................. 52 10.Resultado de color obtenido en lnea para las cuatro centrfugas a capacidad de carga No. 4,0 ( 67 %) ...................................................... 53 11.Resultado de color obtenido en lnea para las cuatro centrfugas a capacidad de carga No. 4,5 (75 %) ....................................................... 54 12.Resultado de color obtenido en lnea para las cuatro centrfugas a capacidad de carga No. 5,0 (83 %) ....................................................... 55 13.Resultado de color obtenido en lnea para las cuatro centrfugas a capacidad de carga No. 5,5 (92 %) ....................................................... 56 14.Resultado de color obtenido en lnea para las cuatro centrfugas a capacidad de carga No. 6,0 (100 %) ..................................................... 57 15.Comportamiento del Brix de jarabe en funcin de los tiempos delavado ................................................................................................... 61 VI 16.Comportamiento del Pol de jarabe en funcin de los tiempos delavado ................................................................................................... 62 17.Comportamiento del color del jarabe en funcin de los tiempos delavado ................................................................................................... 63 TABLAS I.Propiedades del azcar producido en el ingenio................................. 5 II.Partes de la centrfuga batch......................................................... 16 III.Partes de la centrfuga ...................................................................... 22 IV.Variables en la operacin de centrfugas .......................................... 33 V.Equipo y cristalera que se utiliz para la realizacin de la fase experimental ..................................................................................... 35 VI.Reactivos que se utilizaron para la realizacin de la faseexperimental ..................................................................................... 36 VII.Media aritmtica, varianza y desviacin estndar para los colores obtenidos para cada mquina centrfuga en cada capacidad decarga ................................................................................................ 45 VIII.Media aritmtica, varianza y desviacin estndar para los valores de Brix y Pol de jarabe obtenidos por la variacin de los tiempos de lavado. .............................................................................................. 46 IX.Correlaciones obtenidas para los perfiles graficados y coeficientesde correlacin en la centrfuga No. 1 ................................................ 48 X.Correlaciones obtenidas para los perfiles graficados y coeficientesde correlacin en la centrfuga No. 2 ................................................ 49 XI.Correlaciones obtenidas para los perfiles graficados y coeficientesde correlacin en la centrfuga No. 4 ................................................ 50 XII.Correlaciones obtenidas para los perfiles graficados y coeficientesde correlacin en la centrfuga No. 5 ................................................ 51 VII XIII.Relacin matemtica obtenida entre los datos de medicin de color de azcar refino en laboratorio y la medicin en lnea ....................... 52 XIV.Acciones operativas propuestas para las mediciones de color fuera de parmetro ..................................................................................... 58 VIII IX LISTA DE SMBOLOS SmboloSignificado gpmGalones por minuto BrixGrado Brix CGrado Celsius gGramo kgKilogramo lbLibra lb/h Libra por hora lb/TonLibra por tonelada mMetro mLMililitro mmMilmetro MMolar (concentracin) X NmNanmetro NNormal (concentracin) %Porcentaje pHPotencial de hidrgeno rpmRevoluciones por minuto UIUnidades de Color ICUMSA XI GLOSARIO AzcarSedenominaasalcristal,incluyendolamiel adheridaal,obtenidadelacentrifugacinde la masa cocida. BrixExpresindelaconcentracindeslidos disueltosenunasolucin,indicadasporun hidrmetro Brix u otro dispositivo densimtrico. CaaEs la materia prima que se utiliza en un ingenio, mslasmateriasextraasyelaguaquela acompaan. CentrfugaMquinautilizadaparasepararloscristalesde azcardelamiel,enunamasacocida,por mediodelafuerzacentrfugaproducidaalgirar a altas velocidades. ColormetroInstrumentoelectrnicoutilizadoparamedirel colordelazcarenlnea,esdecir,sin necesidadderealizarmuestreoodetenerla lnea de produccin. Jarabe

Eselcoproductoobtenidodelaseparacinde los cristales de azcar de la masa cocida, en la estacin de centrfugas. XII Licor

Esazcardisueltaenagua,queseutilizaen todoelprocesoderefineraparaluego cristalizar el azcar recuperable. Licor clarificado

Esellicorclaroqueseobtienedespusdel procesodeclarificacinyquesealimentaala estacin de filtros. PolTrmino utilizado en la industria azucarera para denotarlacantidaddeazcarcontenidaenun material azucarado. Pureza realEslaproporcindeporcentajedesacarosaen la materia seca. SacarosaAj. Qum. Azcar, disacrido compuesto por una molculadeglucosayotradefructosa. Conocidoenqumicacomocomoazcarde caa y cuya frmula es: C12H22O11. TachoVasodecoccinenvaco,enelcualse cristalizalasacarosacontenidaellicor clarificado. Turbidez Es la falta de transparencia de un lquido debida alapresenciadepartculasensuspensin. Cuantosmsslidosensuspensinhayaenel lquido, ms sucia parecer esta y ms alta ser XIII laturbidez.Laturbidezesconsideradauna medida de la calidad, cuantoms turbia, menor ser su calidad. XIV XV RESUMEN En este trabajo se elabor la relacin entre la medicin de color a la salida delascentrfugasylostiemposdelavado,paramantenerelazcardentrode losparmetrosdecontrolaceptablesydisminuirlosproblemasdecalidad ocasionados por mal control en la estacin. Para establecer un control adecuado del color final del azcar, se elabor el perfil de color, graficandoel colordel azcar refinoen funcindel tiempo de lavado para cada capacidad de las mquinas. Tomando en cuenta nicamente masasdeentradaconparmetrosdecolor,tamaodegranoycoeficientede variacin dentro de rangos. Pormediodelamedicindecolorvariandolostiemposdelavadoentre 10, 11, 12 y 13 segundos para la misma masa cocida, se obtuvieron datos para elaborar el perfil dentro de este rango de tiempos. Con estos mismos datos y la comparacinentreellostambinsepudodeterminarquetodaslascentrfugas presentancondicionesderemocindecolorsimilares,exceptuandopocos casosaisladosenlosquelacentrfugaNo.1eslaquepresentamenor remocin,siendoaparentementeinfluenciadaporlamenorcantidadde vibracin que reporta esta mquina en comparacin con las otras 3. Losdatosdecolorobtenidosenlneasecompararonconlosdatosde colorobtenidosporellaboratoriodecontroldelacalidadparaobtenerla relacinrealentreambosvalores.Ambasmedicionesseencuentranenlas mismas unidades y escalas dimensionales. XVI Por otro lado, se tomaron datos de los valores obtenidos para color, Brix, y Pol de jarabe reportando variaciones mnimas de color, 0,6 unidades en Brix, y 0,4 en Pol por cada segundo que se incrementa innecesariamente el lavado en las mquinas. Despus de todo lo anterior se propusieron acciones operativas, buscando mejorar la produccin y optimizar el rea por medio de acciones concretas para casos especficos. XVII OBJETIVOS General Elaborarelperfildecolordelaestacindecentrfugasdelarefinerade IngenioLaUninS.A.,pormediodelarelacinentrelosdatosdecolor obtenidos por la medicin en lnea y el ajuste de los tiempos de lavado.

Especficos 1.Establecerlarelacinentrelosdatosdecolordelamedicinenlneay losdatosobtenidosporlasmedicionesdelaboratoriodegestindela calidad. 2.Evaluar cul de las 4 centrfugas utilizadas presenta mayor reduccin de color en relacin al color de la masa cocida. 3.Proponeraccionesoperativasparaloscasosdemedicionesdecolor fueradelosparmetrosestablecidoscomolmitesuperiorylmite inferior. 4.Evaluarlainfluenciadelavariacindellavadoeneljarabeobtenido como subproducto de la centrifugacin. XVIII HIPTESIS Es posible elaborar el perfil de color de color ptimo de azcar refino en la estacin de centrfugas de la refinera de azcar de Ingenio La Unin S.A., por medio de la relacin entre los datos de color obtenidos por la medicin en lnea y el ajuste de los tiempos de lavado. XIX INTRODUCCIN Elcoloresunodelosparmetrosdecalidadmsimportantesparael azcar.Cuantomenorseaelcolormayoreslacalidadyloscostosde produccinsonmsaltos.Azcarconmscolordeloacordadopodrser rechazada por el cliente y devuelto a un costo enorme, pero azcar con el color demasiado baja no obtiene premio. Paralasempresasquecompranazcarcomoingredienteenproductos propios,lagrantoleranciaenlosparmetrosdeespecificacinrepresenta ajustesasusprocesosparaabsorberlasvariacionesdecalidad.Mientrasque paralosfabricantesdeazcar,mantenerlosmrgenesdetrabajoabiertos representaunriesgodecostoporunamayorprobabilidaddequejase inconformidades,inclusiveenalgunoscasoslaprdidadeclientesmuy importantes, o tambin agregar un exceso innecesario en la calidad al producto final, sin recibir mejores beneficios al entregarlo. Sedebebuscarmanteneruncontrolsobreelcolorfinalyeltiempode lavadoutilizadoenlascentrfugasparaevitarentregarazcarquenocumpla los parmetros de control establecidos, o de calidad sobredimensionada que no espremiadanirequeridaporelcliente,yqueimplicacostosmselevados,tanto as, comomayor cantidad de subproductoymayoresprdidas de azcar por dilucin al usar ms agua de la necesaria. Para la produccin de azcar refino se ha construido e implementado una plantarefinera.Estaplantarefineratieneunacapacidadnominalde900 toneladasmtricaspordahasta1300yconstadevariasestacionesde operacin,entrelascualesseencuentralaestacindecentrfugas XX discontinuas, donde se establecielpunto de control final parael colorazcar por medio de la graduacin de los tiempos de lavado del grano. Desdeelpuntodevistaoperativoelprocesodelarefineradebede esforzarse pormantener el color pordebajo del lmiteacordado superior de 35 unidades ICUMSA, pero sin reducirse por debajo del lmite acordado inferior de 25unidadesICUMSA,elltimoajusteesenlostiemposdelavadodela estacin de centrfugas. En este proyecto se elabor el perfil de color ptimo a partir de la relacin entreelcolorfinaldelazcarylostiemposdelavado,permitiendoelcontrol adecuadodeunodelossubprocesoscrticosparalacalidaddelproducto (centrfugas) y la propuesta de acciones operativas para cuando el control falle. Lainvestigacinsellevacaboenlaestacindecentrfugasdela refineradeazcaryellaboratoriodegestindecalidaddefbricadeIngenio La Unin S.A. 1 1.ANTECEDENTES Ingenio La Unin S.A., comenz en la Finca Beln, situada en Santa Luca Cotzumalguapa, Escuintla el 20 de enero de 1970. Actualmente forma parte de los ingenios azucareros dentro la agroindustria azucarera de Guatemala. Elingeniosecaracterizaporlainnovacinylapromocindela investigacincomoherramientasparalamejoradesusprocesosyel crecimientodelosmismos.Paralazafra2011-2012,sedecidiampliarel mercadoalcualseproyectaIngenioLaUninS.A.iniciandooperaciones,por primeravez,larefineradeazcarconcapacidadde900a1300TMporda. Procesocomplejoqueconstadevariasestacionesatravsdelascualesse modifican las caractersticas de azcar crudo o azcar blanco, segn se decida utilizar como materia prima, para obtener azcar refino como producto final. El azcar que se busca como producto final se caracteriza principalmente porelcolordebajode35UI,muybajoencomparacinconelazcarblanco estndarycrudo.Porestaraznlaestacindecentrfugas,enlacualse separaelazcarrefinocomoproductofinaldeljarabedeazcarquese reprocesacomosubproducto,representaunpuntoimportantedecontrolpara manejarlascaractersticasquesedeseanobtenerenelazcar.Tomandoen cuenta que la duracin de los ciclosde operacin de losequipos noes igual a los usados comnmente en la produccin de otros tipos de azcar dentro de la fbrica del ingenio. 2 En el proceso de produccin de azcar refino en Ingenio La Unin S.A., se aplicanvariasdelasoperacionesunitarias,querepresentanuncampo importante de aplicacin de la ingeniera qumica. Una de esas operaciones es laseparacindelamasaconcristalesdeazcarensuspensin,atravsde centrfugas discontinuas de tela metlica. Desdeelarranquedeoperacionesdelarefineradeazcar,lostiempos delavadodelascentrfugasseestablecieronentre10y13segundos,y variaban con base nicamente al resultadode la pruebade colorimetra que el laboratorio realiza,implicandoundesaprovechamientodelmedidor de color en lneadealtatecnologa,elcualgraficadatosenunapantallacolocadaenla estacincentrfugasalalcancedeloperador,elcualpuedeguiarlaoperacin de las mquinas a partir de los resultados desplegados en la misma. Enlaestacindecentrfugassecuentaconunapantallaquegraficalos resultadosdecolordelmedidorenlneaysuproyeccinporbatch.Peroel operador no contaba con ningn criterio ni relacin slida para laoperacin de laestacinquelepermitieraconjugarlosresultadosobtenidosporel colormetro, los resultados obtenidos por laboratorio de gestin de calidad y las variables de operacin de las mquinas. Cuandoeloperadorobservabaunatendenciaalaumentodecolor procedainmediatamenteaincrementarlostiemposdelavado,sinteneren cuenta la relacin del colormetro con el resultado del anlisis de laboratorio con base al cual se toman decisiones operativas y de clasificacin del producto final, implicando en ocasiones aumento innecesario de la cantidad de agua utilizada, aumento del tiempo de operacin, prdidas de azcar por dilucin y aumento de jarabe como subproducto para la estacin de tachos. 3 Cuandoobservabaunatendenciadecolormsbajadelparmetro superior, sin importar que fuera ms baja que el parmetro inferior no aumenta lacargadelascentrfugas,lacualnormalmentesehautilizadoaun66% desperdiciandoascapacidadyaumentandoeltiempodeoperacindela estacin.

4 5 2. MARCO TERICO 2.1.Aspectos generales del proceso de refinera de azcar Muchaspersonasalescucharlafraserefineradeazcar,relacionan rpidamente el proceso a la disminucin del tamao del cristal, pero en realidad estos trminos se refieren a la reduccin del color en el cristal final. Enlasiguientetablasemuestranalgunascualidadesdetrestiposde azcarmanejados en Ingenio La Unin S.A. Tabla I.Propiedades del azcar producido en el ingenio PropiedadAzcar crudo Azcar blanco estndar Azcar Refino Tamao de cristal (m)600600600 Color (ICUMSA)900201 35035 Humedad mxima (%)0,15 0,500,080,04

Fuente: parmetros ingenio. Para alcanzar los parmetros de clasificacin del azcar refino, el proceso de refinera consta de las siguientes estaciones o subprocesos: 6 2.1.1. Disolucin El objetivo en esta estacines diluirel azcar que ingresade fbrica a la refineraenunasolucindetemperaturayBrixcontrolado.Sepesaelazcar que se enva de fbricahacia refinera que cumple con requisitos de color, por mediodeunabscularomana,lacualdescargadirectamenteenunatolvade alimentacin.Latolvaasuvez,dosificasucontenidopormediodeuntornillo sinfinhaciaeltanquedisolutorNo.1,enelcualserealizaelprocesode disolucin del azcar con agua dulce calentada por medio de uncalentador de placas verticales. El tanque disolutor No. 1 por rebalse alimenta el tanque disolutor No. 2, en elcualellicor(solucindeazcar)conunBrixadecuadoparaelprocesose bombeahaciauntanquepulmn,dondeseretieneparasertrasladadoala siguiente estacin. 2.1.2.Clarificacin En esta estacin se busca reducir la turbidez del licor en un 80 % y el color en un50% pormedio de clarificadores tipo rpido con un tiempode retencin de45minutos.Enestosclarificadoresseadicionadecolorante,floculante, sacaratodecalcioycidofosfricoconelpropsitodeformarflculos atrapando impurezas, que por medio de inyeccin de aire en el fluido llegan a la superficieypuedenserseparadosporlosbarredoresydesviadosabasculas deespuma,enlascualessecuantificaparadeterminarlacantidadde subproducto y azcar aun recuperable en l. 7 2.1.3.Filtracin Sepasaellicorclarificadoporfiltrosdepresinhorizontalesdeplacas verticales,alascualesselesformaunaprecapadetierradiatomceaque funciona como medio filtrante. Paragarantizarunamejorremocindecoloreimpurezasseagrega carbnactivadoenpolvoallicorclarificadoreteniendopartculasqueaportan coloreimpurezasquealpasarporlaestacindefiltrosquedanatrapadasen lasprecapas,obteniendoaslicordecoloryturbidezmsbajaypurezams alta a la salida. Duranteel proceso de filtracin, el licor atraviesa dedos a tresetapas de filtracin.Enlaprimerafiltracinseremuevelamayorcantidaddecolory turbidez, 30 % dellicor clarificado, siendo los filtros enesta funcin losque se saturan a mayor rapidez, requiriendo un proceso de desendulce y limpieza para formarunanuevaprecapa.Lasegundafiltracintienelamismafuncin,pero losfiltrosenestafuncinpresentanmayortiempodeoperacindebidoaque recibe el licor de primera filtracin y lo vuelve a filtrar para obtener licor final libre deimpurezasyconelcolormsbajoqueselograalascondicionesde operacin establecidas. La tercera etapa es necesaria en ocasiones que el licor final o de segunda filtracin an puede ser pulido, para lo cual se cuenta con un filtro horizontal de cuatro cartuchos cilndricos, antes de llegar al tanque de licor final para tachos. 8 2.1.4.Cristalizacin Enestaestacinseconcentraellicorhastaunpuntodesaturacinenel cualalsembrarunasolucinsaturadadealcoholconcristalesdeazcar,se promueve la formacin de cristales que se alimentaran con una combinacin de licoryjarabe(subproductodecentrfugas)paraincrementarsutamaoyla purezadeloscristalesgenerados.Sebuscaobtenerunacantidad,tamaoy coeficiente de variacin ptimo en la mezcla de cristales y jarabe llamada masa cocida. Laestacincuentaconuntanquedejarabe,untanquedelicoryuno doblefuncinparaalimentarcuatrotachos.Cadatachocuentaconbombade vaco tipo anillo lquido y condensador baromtrico para obtener condiciones de vaco y temperatura ptimas para trabajar con vapor de primer efecto producido en el rea de evaporadores en fbrica y no directo de calderas. Cada tacho es de simple efecto y tiene capacidad de 2 000 pies cbicos. 2.1.5.Centrifugacin Lafinalidaddelacentrifugacineslaseparacindelasmasascocidas, obteniendocomoproductoazcarhmedaycomosubproductojarabe.El jarabeseparadosedescargaaotrotanquehorizontalenelcualsediluyecon agua para bajar Brix. Ya diluido el jarabe se bombea al tanque en la estacin de cristalizacinparaalimentarlostachos.Mientrasqueelazcarhmedoes conducido por medio de un transportador vibratorio, en el cual se cuenta con un medidor de color en lnea que se debe utilizar como gua para el control de los parmetros de operacin de las centrfugas. 9 Laestacincuentaconcuatromquinascentrfugasquetrabajanpor batch,conectadasalrecibidordemasasyaltanquehorizontaldejarabe. Durantelaoperacinlasmquinasrecibencargadelrecibidoryhacengirara gran velocidad una canasta interna hecha de tela perforada sobre un eje central fijo. Aprovechandolafuerzacentrfugaproducidaporlarotacin,lamasa crudacargadaenlacanastasepegaalasparedesdelamismadondelos cristalespermanecenretenidosyeljarabepasaatravsdelasperforaciones descargndosealtanquehorizontal.Luegodeladescargadeljarabe,se inyectaaguaaaltapresindurante10a13segundosparalavarloscristales que retienen jarabe en sus paredes. Al estar completamente lavado el cristal la mquinacontinaconsurotacinparasecarelexcesodeaguaydespus descargar el lote de cristales en el transportador vibratorio donde el medidor de colordetectaelnmerodedescarga,elnmerodemquinayobviamenteel color de azcar obtenido. Delrecibidordemasassehacepasaramquinasgiratoriasllamadas centrfugas. Aqu se separan los cristales de azcar de la miel restante. La miel pasaatravsdelastelas,loscristalesquedanatrapadosdentrodelas centrfugasy luego se lavan conagua. Lasmieles vuelven a los tachos obien se utilizan como materia prima para la produccin de alcohol en las destileras. 2.1.6.Secado y enfriado Elcontenidodehumedaddelazcaralfinalizarlaseparacincentrfuga nomantieneunnivelapropiadoparasumanipulacinyalmacenamiento.La funcin de secado busca reducir el contenido de humedad del azcar al mnimo paraimpedireldesarrollodemicroorganismosquepuedanocasionarel 10 deteriorodelproductooenelpeordeloscasos,suprdida.Lahumedad relativadelazcarrefinoproducidodebesermenorde0,04%auna temperatura de 32 C para evitar aterronamientos dentro del silo. Elsecadoyenfriadoserealizaenunasecadora-enfriadoradecilindro inclinado rotatorio. El secado es realizado por la primera parte del cilindro por la cualsealimentaelazcarenlapartesuperioreingresaairedelambiente calentado por un radiador conectado a una tubera de vapor, por el extremo del cilindro.Elenfriadoserealizaporlasegundapartedelcilindro,descargael azcar seca y enfriada por la parte inferior y succiona aire por ese extremo del cilindro, el cual cuenta con un panalconectadoa la tubera de enfriamiento de un chiller, porel cual elaire delambiente se enfra a la temperatura necesaria para enfriar el azcar secada. 2.1.7.Tamiz vibratorio ROTEX y control de peso EltamizvibratorioROTEXesunacajarectangularenlacualsealimenta elazcarquesaledelaenfriadora,yseparalosgranosdetamaopequeo quenoseconsiderancomocristalyseclasificancomopolvilloypuede presentar problemas por su inflamabilidad y explosividad en el transporte, tanto as como funcionar como pegamento y aterronar el azcar en el almacenaje. El medio de separacin es una malla que no permite el paso de granos mayores a 180micronesdeslizandoestospormediodelmovimientogiratorioquele transmiteunmotorubicadoenunodelosextremos.Mientraselgranose deslizaporlapartesuperiordelamallaysaledeunextremodelequipo,el polvillo atraviesa la malla y sale por la parte baja del equipo. 11 El control de peso se realiza en una bscula romana como la mencionada paralaestacindedisolucin,estacuantificalaproduccindeazcarrefino comoproductofinal.ElazcarquesaledelROTEXsepesayluegoes transportada por medio de un conductor neumtico al silo de almacenaje a 300 m de la refinera. 2.1.8.Almacenamiento en silo Paraconservarcondicionesambientalesadecuadasdealmacenamiento se cuenta conun silo domo de forma semiesfrica con capacidadpara 30000 toneladas. El tiempo para que los cristales de azcar alcancen sus condiciones decolorytemperaturafinalesdedosdasdentrodelsilodomo.Elazcares conservada a granel dentro del silo domo. El silo domo es acondicionado por medio de un sistema de tratamiento de airequeconservalaspropiedadesdetemperatura,humedadypresindentro del mismo. La semiesfera se alimenta desde la parte superior y se descarga por mediode tolvas ubicadas en fila alolargodeldimetro enla parte inferior, las cuales descargan directamente sobre una banda que transporta el azcar hacia las tolvas del envasado. 2.1.9.Envasado de sacos y jumbos Sedeberealzarenunambientehiginicoylibredecualquierpartcula extraa que se pueda mezclar con el producto final. El azcar luego de los dos dasdemaduracindentrodelsilodomoesextradadelmismo,porun transportadorsubterrneoquelatrasladahastaunelevadorquealimentaun tornillo sin fin que llena 3 tolvas, una para envasado de jumbos y otras dos para envasado de 50 kilogramos. 12 Para el empacado de sacos, 2 mquinas de costura industriales realizan el cierre del saco, que est listo para el almacenaje o distribucin. El azcar refino esalmacenadoensacosde50kilogramosojumbosde10001400 kilogramosenlugarespreviamentedeterminados,facilitandoelcontrolde calidad. 2.2.Aspectos generales de la centrfuga Una vez que la masa cocida ha sido agotada y concentrada en los tachos, hayqueprocederasepararloscristalesdeazcardelamielojarabe.Para hacer esta separacin, se utilizan las centrfugas. 2.2.1.Definicin de la centrfuga Esunamquinaqueaplicafuerzaporrotacin,amaneraqueempujala materiacontenidaensuinteriorhaciaafueradelcentroderotacin.Este principioseutilizaparasepararpartculasenunmediolquidopormediode sedimentacin.Sonlosequiposmsutilizadosporlaindustriaazucareraen Guatemala para separacin slido-lquido, el grano de azcar de la miel. Enlosequiposgiratoriossegeneraunafuerzacentrfugamuchomayor queenlosequiposestacionarios(canastasoperadasenformamecnicaque giranenelinteriordeunacarcasaestacionaria).Alrotaruncilindroaalta velocidad,seintroduceunesfuerzodetensinconsiderableenlapareddel mismo. Esto limita la fuerza centrfuga que puede generarseen unaunidad de tamaoymaterialdeconstruccindado.Porlotantosolopuedengenerarse fuerzas muy intensas en centrfugas pequeas. 13 La base fsica dela separacin es la accinde la fuerzacentrfuga sobre las partculas en rotacin, que aumenta con el radio del campo rotacional y con lavelocidadderotacin.Lavelocidaddesedimentacinsedeterminaporla densidad de partculas. Las partculas densas sedimentan primero, seguidas de laspartculasmsligeras.Enalgunascondicioneslaspartculasmuyligeras pueden incluso permanecer en la fase lquida. Lafuerzacentrfugarelativaguardarelacinconelnmerode revoluciones del rotor por minuto conforme a la frmula:

[Ecuacin No. 1] En donde: FR, es la fuerza centrfuga relativa (g). r,eselradioenmilmetrosdesdeelpivotedesdeelpivotedelacentrfuga hasta el punto analizado.n, es el nmero de revoluciones por minuto. 2.2.2.Funcionamiento de la centrfuga Aliniciarseelmovimientodelacentrfuga,lacargaseaade inmediatamenteabriendolacompuertadelmezcladorylamasacocidase levantadentrodelacanastadebidoalafuerzacentrfugageneradaporla rotacindelamisma.Deestemodolamasacocidasedistribuyesobreel revestimientoperforado,lamielojarabesondespedidashacialaenvolventey loscristalessonretenidos.Lacentrfugacontinahastaqueloscristalesde azcar quedan los ms libre posible de mieles, despus de lo cual los cristales pueden continuar siendo purgados mediante el rociado de agua.

14 Ademsdelllenado,purgadoylavado,elcicloincluyeladescargadel azcar, que se hace levantando la vlvula de descarga ubicada en el fondo de lacentrfuga.Enseguida,eldescargadorneumticobajamientraslacanasta giralentamenteyelazcarqueesraspadadelatelaporunacuchilla,caeen untransportador.Ellavadonosiempreseaplicaenlafabricacindeazcar crudo, pero en la produccin de azcar refino es esencial. 2.2.3.Descripcin de centrfugas batch Estascentrfugaspuedenserautomticasosemiautomticas,aunque predominanlasqueseoperanautomticamente.Estacentrfugaconsisteen unacanastacilndricaconagujerosymallas,sujetadeunaflechacentralo huso.Tienecostadosperforadosqueestnforradosdetelasmetlicas,que contienen de 400 a 600 perforaciones por pulgada cuadrada Lacanastaestdiseadaparacargarlamasacocidaygirarsobrela flechacentralqueestunidaalmotorubicadoenlaparteexternasuperiory que mueve la mquina. Lacanastaestperforadaconnumerososorificiosquepermitenelpaso delasmieles,loscualessonde7milmetrosdedimetroyestnseparados aproximadamente22milmetrosdepitch.Estprovistadeanillosqueresisten lafuerzacentrfuga,lamalladelacanastapermiteelpasodelasmielesy retieneloscristales.Elgruesodelacanastadependedeldiseo,ysecalcula con base a la fuerza centrfuga que estar sujeta. Lacanastaseencuentraabiertaensupartesuperiorparapermitirel ingreso de lamasa cociday en el fondo para descargar los cristales cuando la mquina se detiene. Cuando la mquina est trabajando antes de la descarga, 15 estasemantienecerradaporunatapaderaenformadeconoinvertido, fabricado de lmina delgada. La canasta est fija al eje por un tubo que ocupa la apertura del fondo, pero que deja espacio suficiente para realizar la descarga. Figura 1.Diagrama de carga y descarga de una centrfuga por lote.

Fuente: REIN, Peter. Ingeniera de la caa de azcar. p. 488. La canasta est rodeada por una envoltura para recibir lasmielesypara separar al operador de las partes mviles. La envoltura cuenta con una apertura en la parte superior que coincide con la de la canasta y que puede cerrarse por dosmediastapasqueformanunanilloalcerrarsepermitiendoelpasodeleje por el centro. Generalmenteseempleaunabateradecentrfugasconectadasen paraleloalrecibidordetemplas,paraacelerarelprocesodeseparacin.La tabla a continuacin describe las partes de las centrfugas automticas por lote. 16 Tabla II.Partes de la centrfuga batch ParteDescripcin Compuerta de alimentacin Esta permite la entrada de la masa cocida que se encuentraenelmezcladoralinteriordela centrfuga. Canasto Es cilndrico y perforado gira sujeto al eje o flecha en el fondo del canasto.Tela Latelaesdecobreconperforacionesde4mm de largo x 0,3 mm a 0,7 mm de ancho. Contra tela Malla que recubre el canasto. Sostn de alambre #8odosde#5y#8(l#eselnmerode agujeros por metro cuadrado). Manifold de lavado DentrodelcanastoestelManifolddellavado quecontienevariosrociadoresoatomizadores, sonde5a9dependiendodeltamaodela mquina,estoslavandeformaparejaconagua caliente la masa cocida. Envolvente Esunconoinvertidoconcntricoalcanasto,es por donde sale el azcar hacia el conductor. Cabezal Este es el que acopla el eje del motor y el eje del canasto,contieneloscojinetesquelossoportan, unamortiguadordehuleevitalavibraciny estabiliza la mquina. Freno y motor Elfrenopuedeserdezapatasradialesode discos y el motor de velocidad variable o de dos o tres velocidades. 17 Continuacin de la tabla II. Temporizadores y controles Lostemporizadoressonloquecontrolanlos tiemposdelavado,cargaydescarga,purga, separacindemieles,entrelavados,secado, aplicacin del freno regenerativo, parada y puesta enmarchaatrsyarranqueautomtico.Los controlesautomticosgeneralmenteestn instaladosenunpanelelectrnicocon transformadoresyequiposparavariarla velocidad gradualmente. Fuente: REIN, Peter. Ingeniera de la caa de azcar. p. 488. 2.2.4.Centrfugas instaladas en la estacin Acontinuacinsedescribelacentrfugaporlotesutilizadaenelproceso de refinera de Ingenio La Unin S.A. 2.2.4.1. Sistema de amortiguadores Presentalaposibilidaddeajustarocambiarelsistemadeamortiguacin del cabezal de valeros desde la parte exterior de la centrfuga sin necesidad de desarmar y deshabilitar la conexin elctrica del motor principal, adems de que eltiempoqueseutilizaparareemplazaroajustarunjuegodeamortiguadores es extremadamente corto (mximo 1 hora). 18 2.2.4.2. Cabezal de baleros Siguiendolasinstruccionesdelmanualdelubricacinsobrelostiposde grasa y perodos de lubricacin, la vida til de los baleros es aproximadamente de 6 aos, por lo que se evita desarmar el cabezal durante los primeros 5 aos. 2.2.4.3. Centrador de descarga En el proceso de descarga, la flecha principal de la canasta est sujetada porundispositivoderodilloscircularesquedesplazansobreunaguaenla flechaprincipal.Estedispositivoesposicionadopordoscilindrosneumticos duranteelprocesodedescarga,permitiendounajusteexactodeladistancia entre elarado de descargay la telade trabajo en todala altura. Esto dacomo resultadounatelamslimpiaconunmnimoderesiduosdeazcar.Conel sistema tradicional estos residuos de azcar causan problemas de desbalanceo y se funden en la etapa de prelavado del siguiente ciclo aumentando la cantidad de azcar en las mieles. 2.2.4.4. Descargador Todosloselementosdeaccionamientoydemandoparaelmovimiento horizontalestnubicadosfueradelacanasta,evitandoqueelazcarsea contaminadaporlalubricacindelaspartesenmovimiento.Elaradode descarga cubre toda la altura interiorde la canasta, por lo tanto no se requiere de un movimiento vertical para descarga el azcar, a diferencia de los modelos tradicionales. 19 2.2.4.5. Disco distribuidor de masa Durante la carga toda la masa debe caer sobre el disco distribuidor, de tal formaqueladistribucinseauniformeentodalapareddelacanasta,delo contrariolamasanopuededistribuirseadecuadamente,provocandofuertes desbalances durante la aceleracin de la centrfuga. En la figura II. El plato distribuidor es el cono truncado en la parte superior, lamasadistribuidaseencuentrarepresentadaporlasseccionesrectangulares sombreadas a los bordes. Otras marcas no cuentan con este plato distribuidor, por lo que la capa que se adhiere a la tela no queda distribuida uniformemente. Figura 2.Distribucin de carga en una centrfuga con plato distribuidor (izquierda) y distribucin de carga en una centrfuga tradicional (derecha) Fuente: MALGOYRE, R. Centrfugal washing optimisatio. p. 12. 20 2.2.4.6. Cono de cierre de descarga El cono de cierre de descarga se ubica por debajo del piso de la canasta y esaccionadoporunsistemaneumticoporlaparteinferiordelacanasta. Graciasaestacaractersticasumantenimientoesmnimo,yaquesu accionamientonorequierederesortesespecialesuhorquillasdeizaje,que siempre se traban por falta de lubricacin. 2.2.4.7. Tamiz o tela de trabajo Las telas de trabajo son de unin sin lengetas, sujetas por aros delgados de apriete. Este nuevo sistema permite un cambio de telas rpido y fcil. 2.2.4.8. Canasta Lascanastassondealtaseguridad.Elclculoylafabricacinsehacen conformealasnormasdelaAsociacinProfesionaldelaIndustriaAzucarera Alemana.Estnfabricadasdeaceroinoxidabledelamsaltacalidad, resistente a la corrosin por fisuras de tensin e iones de cloro.

Debido a la alta calidad de los materiales y riguroso control de fabricacin, elproveedornofabricacanastasconanillosderefuerzoenelcuerpodela carcasa, lo que la hace ms segura, ya que en las canastas con anillos se corre elriesgoderoturaslargasyestrechasporlacristalizacinenelacero inoxidable en las diferentes partes donde se pueda haber aplicado soldadura. 21 2.2.4.9. Unidaddecontrolyconvertidorde frecuencia Estosjuntoconelmotorprincipalsonelementosdesarrolladosconla tecnologadepuntadeSiemens.Lasetapasdefuncionamientoyfallasson indicadasconimgenesytextospermitiendounaeficazsupervisindela centrfuga. Cuando se llev a cabo la etapa del ciclo regenerativo de la centrfuga, el convertidordevuelvelaenergaalaredo,encasodeexistirotracentrfuga, esta se retroalimenta mutuamente logrando un considerable ahorro de energa. Otracaractersticatcnicaconquecuentaelconvertidoresquecuando existen dos centrfugas, estas se pueden secuenciar entre s, sin necesidad de equipo adicional. 2.2.4.10. Repuestos Los repuestos para una centrfuga de batch son mnimos. En los primeros 5 aos solo se necesitan las piezas de mayor desgaste y que estn en contacto directoconelazcar,talcomolastelas,lapuntadelaradoylos amortiguadores. Lasiguientetablaindicalaspartesmencionadasanteriormentey sealadas en la figura III. 22 Tabla III.Partes de la centrfuga ParteDescripcin AMotor principal BSistema de amortiguadores CCabezal de baleros DCentrador de descarga EUnidad de control y convertidor de frecuencia FDisco distribuidor de masa GDescargador HTela ICono de cierre de descarga JCanasta Fuente: REIN, Peter. Ingeniera de la caa de azcar. p. 487. 23 Figura 3.Partes de las centrfugas utilizadas en la refinera Fuente: MALGOYRE, R. Centrifugal washing optimisatio. p. 16. 24 2.3. Aspectos generales de la medicin de color Acontinuacinsedetallanlosconceptosrelacionadosconelmtodo oficialpararealizarelanlisisdecolordeazcarrefinodeacuerdoalos estndares latinoamericanos de azcar, as como se presenta la descripcin del equipo utilizado para la medicin de color en lnea. 2.3.1.MtodoICUMSAparalamedicindecolorGS2/39 (2005) Este mtodo sepuedeutilizar para todos losazcares blancos cristalinos opulverizados,conlacondicinqueunasolucinpruebafiltradapuedaser preparadaporelprocedimientoespecificadoenelmtodo.Elmtodonoes adecuado para azcares que contienen materia coloreada, turbidez o aditivos, a tal grado que la filtracin no sea viable. 2.3.1.1.Transmitancia de la solucin Si I1 representa la energa radiante que incide sobre la primera superficie de la solucin e I2 representa la energa radiante que deja la segunda superficie de la solucin. Entonces: T = I2 / I1 = transmitancia de la solucin[Ecuacin No. 2] 2.3.1.2.Transmitancia Se representa Tsoln como la transmitancia de una celda que contiene la solucinyserepresentaTsolvcomolatransmitanciadelamismaocelda duplicada que contiene el solvente puro. Entonces: 25 Ts = Tsoln / Tsolv = transmitancia de la solucin[Ecuacin No. 3] 2.3.1.3.Absorbancia Eslacantidaddeintensidaddeluzqueabsorbelamuestra.Parael propsito se define por la ecuacin: As = -log 10Ts = absorbancia de la solucin[Ecuacin No. 4] 2.3.1.4.ndice de absorbancia Siserepresentacomoblalongitudencentmetrosdelpasode absorbancia entre las dos superficies de la solucinyc comola concentracin en gramos por mililitro de la solucin de azcar, se tiene: as = As / (b c) = ndice de absorbancia de la solucin [Ecuacin No. 5] 2.3.1.5.Color ICUMSA El valor del ndice de absorbancia multiplicado por 1 000 se reporta como colorICUMSA.Losvaloresresultantessondesignadoscomounidades ICUMSA (IU). 2.3.1.6.Principio El azcar se disuelve en una solucin buffer para ajustar la solucin a pH 7,0 despus se filtra a travs de un filtro de membrana para remover la turbidez. La absorbancia de la solucin filtrada es medida a una longitud de onda de 420 nanmetros y el color de la solucin es calculado. 26 2.3.1.7.Procedimiento Para la preparacin se debe mezclar la muestra de azcar vigorosamente. Pesar 50 gramos de azcar y 50 mililitros de la solucin buffer de TEA/HCl, en unmatrazcnicode250mililitrosydisolverporagitacinatemperatura ambiente. Filtrar la solucin muestra por medio de vaco a travs de un filtro de membrana,enunmatrazcnicolimpioyseco.Silassolucionesfiltran lentamente utilizar ayuda filtrante. Desgasificar la solucin filtrada por 1 hora en unhornodevaco.Alternativamentedesgasificarporinmersindelmatraz cnico,quecontienelasolucindeazcar,enunbaoultrasnicopor3 minutos. Paralamedicinsepreparaelinstrumentodemedicindecolorde acuerdoalasinstruccionesdelfabricanteyajustarlalongituddeondaa420 nanmetros.Enjuagarlaceldademedicinconsolucindeazcarydespus llenar.Determinarlaabsorbanciadelasolucinutilizandosolucinbuffer TEA/HCl desgasificada y filtrada como estndar de referencia para color cero. 2.3.2.Medidor de color Neltec ColourQ Estecolormetromideelcolordelazcarentiemporeal.Tienela sensibilidad adecuada para medir pequeos cambios en el color. El instrumento trabajaconunmtodoindirectoparamedirlosmismosresultadosqueseran obtenidosenellaboratorioconelmtodoICUMSAdecolorensoluciones. Muchas pruebas han documentado que el error del instrumento es insignificante respecto a los resultados de laboratorio 27 El instrumento puede seraplicado alazcar seco, despus del secadoro en la estacin de carga (centrfugas) donde varias calidades de azcar pueden haber sidomezcladas para obtener un ciertogrado de calidad requerida por el cliente.Alutilizarelcolormetroenlaestacindecarga,puedemedir,de manera secuencial, todas las centrfugas de la misma batera. Desdeelmomentoqueelazcaralcanzaelinstrumento,tomasoloun segundoobtenerelresultadodelamedicindecolor.Porlomenos1500 mediciones por hora son obtenidas. Paracadacentrfuga,elinstrumentomideelcolordeladescargaen muchospuntos,desdeelprincipiodeladescargahastaelfinal.Enlapantalla del instrumento, cada centrfuga cuenta con su propia ventana. En esta ventana unperfildecolordecadadescargaesrepresentadoporunacurva.Enla ventana superiorde la figura 4. Cada punto representa una medicin. La lnea negraenestaventanamuestraelperfildecolordeladescargaprevia.El nmero arriba de cada ventana indica el promedio de color de esa descarga. En la ventana inferior, un punto representa el promedio de color de una descarga. Aqusepuedecomparareldesempeodelascentrfugasenmuchashorasy dar seguimiento al color. 28 Figura 4.Despliegue de resultados del medidor de color Fuente: Nielsen. On-line measurement of colour in refined sugars. p. 57. El mtodo convencional de laboratorio para determinar el color del azcar noproporcionasuficienteinformacinparacontrolarelproceso.Estopuede apreciarse en la figura anterior. Ya que esta grfica se obtuvo un poco despus delainstalacindelinstrumentoyantesdequelosoperadoresdelas centrfugasempezaranausarlosresultadosparaoptimizarelfuncionamiento deestas.Losperfilesdecolordecadacentrfugamuestranquepartedela descarga tiene cierto nivel de color bajo, lo cual demuestra que con la masa que ese momento se est procesando se pueden lograr niveles de color de ese tipo conellavadoadecuado.Perohastaquenosetengaunperfildecolordel proceso,nosepodrconocersipartedeladescarganoestsiendolavada 29 adecuadamente, que parte de esta descarga es la que tiene el problema, o que centrfuga descarga con mayor color que otras. En resumen la medicin de color, en tiempo real y con precisin, es capaz dehacerresaltarerroresysituacionesfactiblesdemejoraquenoson detectables por otros mtodos. El instrumento puede prevenir que azcar fuera deespecificacinlleguealalmacnoalcliente.Elperfildecolordecada centrfuga es una poderosa herramienta para detectar incluso pequeos errores enunacentrfuga.Conestaherramienta,eloperadorpuedeoptimizarel desempeo de cada centrfuga. 30 31 3.DISEO METODOLGICO 3.1.Variables LarefineradeIngenioLaUninS.A,cuentaconinstrumentosde medicindealtatecnologainstaladosenlalnea,conloscualessepueden medirlasvariablesdelprocesoentiemporeal.Lasqueseanalizaronenla estacin de centrfugas son:

Color(UI):serealizlamedicindecolorparacadadescargadecada centrfuga, desde el principio hasta el final de las mismas. Carga(porcentaje):semidilacantidaddemasacocidacargadaen cada centrfuga. Tiempodelavado(s):semidieltiempodelavadoaplicadoparacada centrfuga. Tambinsecontrolaronotrasvariablesparamantenerelprocesode centrifugacin estable y lograr una buena calidad en el color del azcar: Temperatura(F):semidilatemperaturadelaguaqueseutilizapara lavados, debe tener una temperaturamayor a150gradosFahrenheit, si el agua no llega a esta temperatura, el lavado no es totalmente eficiente, de acuerdo al diseo de las mquinas. 32 Presin(psi):semidilapresindeaguaalacuallasboquillasdelacentrfuga realizan los lavados. Apertura de la vlvula de carga: esta se regul amanera que el disco de distribucindelamasasecubrierauniformementeylacargaenla canasta fuera uniforme. Paradeterminarelperfildecolordelascentrfugassevarieltiempode lavado para cada mquina desde 10 hasta 13 segundos para cada carga desde 4a6.Seutilizaronestostiemposdelavadoycargasporquesonlos establecidos como rango de operacin para el proceso. Esmuyimportantetomarencuentaquelastemplasproducidasenlos tachosestuvierondentrodelosparmetrosdecontroldelproceso,ylas condicionesdentrodeltanquemezcladordetemplasfueronlasnormalesde operacin,paraevitarerroresenlosdatosdesalidaporcausasajenasala modificacin de las variables. 33 Tabla IV.Variables en la operacin de las centrfugas No.VariableDimensin Tipo de variable FACTOR POTENCIAL FACTORPERTURBADOR ConstanteVariableControlable No Controlable 1 Carga de la masa KgIndependienteXX 2 Tiempo de lavado SIndependienteXX 3 Presin de agua PsiNAXX 4TemperaturaFNAXX 5 Apertura de la vlvula de carga %DependienteX X 6Color UIDependienteXX 7 Color de la masa cocida UIIndependienteXX 8 Nivel del tanque recibidor de masas. %DependienteXX 9 Vibracin de la centrfuga %DependienteXX Fuente: elaboracin propia. 34 3.2. Delimitacin del campo de estudio Elestudioqueserealizfuedetipocuantitativoyaquerelacionla cantidad de color con el tiempo de lavado en forma numrica, de tal forma que, posterioralosresultadosyconclusionesobtenidas,sepuedeoptimizarla estacindecentrfugas,pormediodeunaautomatizacindelavariablede lavado. Seevaluarandosaspectosimportantesdelaoperacindelaestacin, que influyen en el color del azcar obtenido despus de la centrifugacin: La carga de masa cocida que ingresa a la centrfuga. El tiempo de lavado que se aplica para cada ciclo. Eluniversodelestudiosonlascentrfugasyelcolormetroenlneaenel rea de recuperacin de sacarosa en la refinera de Ingenio La Unin S.A. 3.3. Recursos humanos disponibles Investigador: Juan Diego Regalado Reyes Asesora: Inga. Claudia Mara Barrientos Operador de centrfugas Operador de secadora Analista de laboratorio 3.4 . Recursos materiales disponibles LosrecursosfsicossonproporcionadosporlarefineradeIngenioLa Unin S.A. y el laboratorio de control de calidad. 35 3.4.1. Equipo y cristalera Losequiposylacristalerautilizadoseneldesarrollodelainvestigacin, fueron los siguientes: Tabla V.Equipo y cristalera que se utiliz para la realizacin de la fase experimental EQUIPOCRISTALERA DescripcinDescripcinCaractersticas 1.Polarmetro 2.Refractmetro 3.Potencimetro 4.Agitador magntico 5.Balanza analtica 6.Bomba de vaco 1.Termmetro 2.Beakers 3.Probetas 4.Varillas de Agitacin 5.Pizetas 6.Recipiente de muestreo 7.Embudo Buschner 8.Kitasato 9.Celda de vidrio. De -10 C a 140 C 250ml 10, 50, 100 ml Vidrio Plstico Plstico con tapadera Porcelana 250 ml Fuente: elaboracin propia. 3.4.2.Reactivos Enlasiguientetablaselistanlosreactivosutilizadosparalaspruebas analticas: 36 Tabla VI.Reactivos que se utilizaron para la realizacin de la fase experimental REACTIVOESPECIFICACIONES HCl 0,1M Solucindecidoclorhdricoauna concentracin de 0,1 MolalTEA 0,1 M Solucindetrietanolaminaauna concentracinde0,1Molal.Disolver7,460g detrietanolaminalquidaenagua,transferira unmatrazvolumtricode500mlyaforarcon agua. Solucin buffer de Trietanolamina / cido Clorhdrico (TEA/HCl) Prepararlasolucinbufferundaantesde usaryguardarenunrefrigeradora aproximadamente4C.Estabilizarlasolucin atemperaturaambienteantesdeusar.Mida elpHdelbufferantesdeusaryajuste,sies necesario,apH7,0consolucindecido clorhdrico. Fuente: elaboracin propia. 3.5.Tcnica de investigacin cualitativa y cuantitativa Latcnicadeinvestigacinfuecuantitativayanaltica,permitiexaminar los datos de forma numrica, y establecer la relacin entre los datos de salida y las variables para probar la hiptesis.

37 Determinacin de Brix (Mtodo 1123): se determinan grados Brix en el jarabe, por el mtodo refracto-mtrico, con el fin de obtener el color final del azcar a partir de una solucin de la misma. Mtodorefractomtrico:pormediodelavariacindelndicede refraccindeunhazdeluz,alatravesarunasolucindeazcar,ala longitud de onda del sodio. oPesar 150 gramos de muestra; oDisolver completamente en 450 gramos de agua (dilucin 1:3) oPrepararun embudo de filtracin con aproximadamente 2 gramos de ayuda filtrante; oAdicionaraproximadamente100centmetroscbicosdela solucin a analizar; oFiltrar la solucin y descartar los primeros centmetros cbicos del filtrado; oColocarenlaunidadpticadelrefractmetro,eljugofiltrado requerido para hacer la determinacin; oRegistrar el porcentaje de Brix que indica el refractmetro; oMultiplicar el valor por el factor de dilucin; Ensayo para determinar el color (Mtodo ICUMSA) Esteanlisisesempleadoparacontrolarenelprocesolasvariablesque influyendirectamenteenelcolordelproductofinal.Entremejorseaelmanejo dellicorolasustanciaenproceso,mejorsernlosresultadosysetendrun azcar ms blanca. 38 oPesar30 +/- 0,1 gramos deazcarcrudoy agregarles 70 +/- 0,1 gramosdeaguadestilada,siocurreproblemasconelfiltradose puedeprepararlasolucincon10+/-0,1gramosdeazcary90 +/- 0,1 gramos de agua destilada; oColocarlasolucinenunaplanchadeagitacinmagnticahasta disolver el azcar A la solucin ajustar el pH a 7,0 0,1 con NaOH o HCl 0,1 Normal; oFiltrarlasolucinconunfiltromillipore;usandolabombade vaco;siesnecesarioagregaralasolucin1gramodeayuda filtrante; oAjustar el pH a 7,0 +/- 0,1 agregando solucin de cido clorhdrico 0,1Molalohidrxidodesodio0,1Molal.Agitarlasolucin continuamentehasta6,95luegodejarenreposopor aproximadamente 2 minutos; oColocar la solucin en un bao ultrasnico por 3 minutos.; oLeerenelrefractmetrolacantidaddeslidossolubles,BRIX, anotar el dato; oEncenderelespectrofotmetroyseleccionarelmodode absorbancia, cambiar la longitud de onda a 420 nanmetros; oLlenarunaceldade10milmetrosconaguadestiladafiltrada(la cual debe colocarse en el bao ultrasnico al igual que la muestra) 39 ycolocarenceroelequipo.Llenarnuevamentelaceldaconla solucin y leer la absorbancia; Se obtiene el color de la muestra mediante la siguiente frmula: Color ICUMSA (UI)=

Nota: las caractersticas de receptibilidad para anlisis de azcares crudos de500a2000unidadesdecolor,nodebenexcederunadiferenciade110 unidades,yencondicionesdereproducibilidad,ladiferenciaparaunamismamuestra no debe ser mayor de 380 unidades. Ensayo para determinar la turbiedad del jarabe: oSeobtienelaturbiedaddelamuestramediantelasiguiente frmula: Turbiedad=

Donde:A1 = Absorbancia de la muestra sin filtrar A2 = Absorbancia de la muestra filtrada b = Longitud de la celda en cm c =Concentracin de la solucin en g/cc Pol (sacarosa aparente, mtodo GS1/2/3/9-1) 40 oPesar en una cpsula 26,9 0,002 gramos de azcar y agregarlos a un baln, realizar tres lavados con agua destilada; oAadiralbalnaguadestiladahastaunvolumende6570 mililitrosydisolvermanualomecnicamente.Verificarquese disuelva el azcar completamente; oAgregar a la solucin de 3 a 5 esptulas de tierra filtrante u octapol activado,aproximadamente1a2gramosparaazcarde polarizacin menor de 99.3 grados Z y para polarizacin arriba de 99.3 grados Z, mezclar con agitacin leve; oLuegocompletarelvolumendelbulbodelbaln,conagua destilada,mezclar con agitacin levey permitir que la solucin se enfre (dejar aproximadamente 2 minutos de reposo); oAforar,asegurarsedequetodoelcuelloestlavado,cuidarque ninguna burbuja de aire est atrapada; oSellar el baln con un tapn limpio, seco y agitar vigorosamente; oDejarlasolucinporlomenos2minutosenreposoparaasentar elprecipitado.Filtrarlasolucinutilizandounnicopapelfiltro, descartarlosprimeromldefiltrado,luegorecolectarunvolumen aproximado de 50 a 60 mililitros; oEnjuagareltuboconlasolucinydescartar.Llenareltubode polarizarnuevamente(evitarlaformacindeburbujas),colocarlo en el polarmetro y esperar que se estabilice la lectura y anotar. 41 3.6.Recoleccin y ordenamiento de la informacin Se tuvieron variables manipuladas en la estacin de centrfugas y datos de salida como resultado delamanipulacinde lasmismas. Tambin informacin obtenidademedicionesdeinstrumentosenlneaymedicionesdelaboratorio. La informacin se organiz en tablas para analizarla. Para los datos de color obtenidos por el laboratorio de gestin de calidad, se recolect lamuestraen la estacin de la secadora, a la salidade lamisma, ya que es el punto de muestreo del proceso del cual se determina el anlisis de color. Losdatosobtenidosseencuentranenelapartadodedatoscalculados, apndice 3. 3.7.Tabulacin, ordenamiento y procesamiento de datos Toda la informacin obtenida de la investigacin fue organizada y tabulada entablas.Lastablasseelaboraronparadiferentesensayoscondiferentes variables. Este ordenamiento facilit el procesamiento de datos y el anlisis que se realiz en cada ensayo. 3.8.Anlisis estadstico El experimento se llev a cabo utilizando un diseo enbloques (carga de lascentrfugas)contratamientos(tiempodelavado)yresultados(variables dependientes).Elanlisisestadsticosebasenunacomparacinsimplea partir de las variables dependientes. 42 Losresultadosseorganizaronyserelacionarongrficamentebuscando realizar un ajuste parauna ecuacinmediante el anlisis de regresin. Para el manejodelosdatossehicierontrescorridasysetomcomomedida representativa el promedio, teniendo por objetivo la reduccin de imprecisiones en los datos obtenidos. 3.9.Plan de anlisis de resultados El plan de anlisis de resultados que se utiliz en la investigacin fue: 3.9.1.Mtodos y modelos de anlisis

Se realiz una investigacin y un estudio a fondo de laliteratura referente altema,sellevaronacabopruebas,calibracionesyajustesdeinstrumentos para obtener la informacin a analizar. 3.9.1.1.Mtodos ICUMSA Para el anlisis de las muestras se utilizaron los mtodos establecidos por laComisinInternacionaldeMtodosUniformesparaelAnlisisdelAzcar (ICUMSAporsussiglaseningls),queesunorganismointernacionalde normalizacin,quepublicaprocedimientosdetalladosdelaboratorioparael anlisis de azcar. EllibrodemtodosICUMSAcontieneinstruccionesdetalladaspara analizar caa, azcar cruda, blanca y refinada, remolacha, melaza, entre otros. ElmtodoICUMSAparalamedicindecoloreselGS2/39(2005)descrito previamente. 43 3.9.1.2.Determinacindemediaparadatosdemuestreo Para el anlisis de los datos se utiliz la media aritmtica para determinar elvalorpromediodelresultadodecadacondicindeoperacin,apartirde estosresultadosserealizunanlisiscompleto.Lamediaaritmticadeun conjunto no infinito de nmeros, es igual a la suma de todos sus valores dividida entre el nmero de valores. 1 [Ecuacin No. 6] EnlatablaVIIyVIIIsepresentanlosvaloresdelasmediascalculadas paralasvariablesenlamedicindecolordeazcaryjarabe,estosvalores fueron los utilizados para figuras y anlisis de resultados. 3.9.1.3.Determinacin de errores de muestreo Para un mejor anlisis de resultados se utiliz un anlisis de dispersin de datos para representar la distancia de los valores de la variable de una medida detendenciacentraleidentificarelrangodelosdatosenunciertosectordel recorrido de la misma. La precisin se utiliz para describir la cercana entre s, delosresultadosobtenidosexactamenteenlamismaformayenlasmismas condiciones.Paradescribirlaprecisindelosconjuntosdedatosseutilizaron tres trminos: la desviacin estndar, la varianza y el coeficiente de variacin. 1 JOHNSON, Robert. Estadstica elemental. p. 24. 44 3.9.1.3.1.Varianza La varianza identifica la diferencia promedio que hay entre cada uno de los valores respecto a su media. [Ecuacin No. 7] En este caso, se determin varianza para valores de color, al ser estos las variables de anlisis que permiten identificar el comportamiento de la reduccin de color en el proceso de lavado. 3.9.1.3.2.Desviacin estndar La desviacin estndar da como resultado un valor numrico que presenta elpromediodediferenciaquehayentrelosdatosylamedia.Paracalcularla desviacin estndar basta con hallar la raz cuadrada de la varianza.

[Ecuacin No. 8] 45 Tabla VII.Media aritmtica, varianza y desviacin estndar para los colores obtenidos para cada mquina centrfuga en cada capacidad de carga Centrfuga No. 1 Tiempo Carga 4,0Carga 4,5Carga 5,0Carga 5,5Carga 6,0 XSSXSSXSSXSSXSS 1019,90,080,2729,60,210,4633,90,370,6139,60,050,2244,10,090,37 1118,90,130,3625,00,210,4632,00,230,4837,60,050,2241,02,191,81 1216,40,030,1821,20,210,4628,50,240,4931,50,630,7935,51,501,50 1315,00,080,2720,20,110,3426,50,700,8430,30,110,3434,60,731,05 Centrfuga No. 2 Tiempo Carga 4,0Carga 4,5Carga 5,0Carga 5,5Carga 6,0 XSSXSSXSSXSSXSS 1022,00,080,2729,10,790,8933,70,340,5840,10,020,1344,20,130,37 1120,80,140,3726,30,110,3432,60,080,2939,20,050,2240,22,551,60 1216,10,140,3721,10,050,2228,50,240,4933,00,190,4435,46,242,50 1315,40,010,1020,00,050,2226,50,700,8430,90,110,3433,01,171,08 Centrfuga No. 4 Tiempo Carga 4,0Carga 4,5Carga 5,0Carga 5,5Carga 6,0 XSSXSSXSSXSSXSS 1022,10,080,2728,40,050,2231,60,160,4039,70,110,3441,40,360,60 1122,00,520,7225,60,210,4630,70,230,4839,10,110,3438,60,750,87 1216,60,270,5220,70,190,4428,50,240,4933,40,210,4637,11,001,00 1315,30,130,3618,50,000,0026,50,700,8430,90,110,3435,61,861,36 Centrfuga No. 5 Tiempo Carga 4,0Carga 4,5Carga 5,0Carga 5,5Carga 6,0 XSSXSSXSSXSSXSS 1025,10,660,8131,00,050,2230,90,080,2939,81,891,3743,40,060,24 1122,50,130,3626,00,190,4429,60,040,1938,50,190,4441,80,130,37 1218,10,210,4521,70,110,3428,50,240,4933,20,050,2238,10,080,28 1316,60,290,5419,40,210,4626,50,700,8430,20,110,3436,50,400,63 Fuente: elaboracin propia. 46 Tabla VIII.Media aritmtica, varianza y desviacin estndar para los valores de Brix y Pol de jarabe obtenidos por la variacin de los tiempos de lavado

Tiempo BrixPol XSSXSS 1076,420,0040,0533,240,0010,027 1176,670,0040,0533,430,0010,027 1277,020,0040,0533,610,0010,027 1377,170,0040,0533,740,0010,027 Fuente: elaboracin propia. 47 4.RESULTADOS 4.1.Perfil de color para cada capacidad de carga de las mquinas centrfugas Acontinuacinsepresentanelperfildecolorobtenidoparalas capacidadesdecargade4,0(67%),4,5(75%),5,0(83%),5,5(92%)y6,0 (100%). Las cuales son las capacidades de trabajo definidas por el fabricante. Figura 5.Perfil de color para cada capacidad de carga en la centrfuga No. 1 Fuente: datos calculados. 10.0015.0020.0025.0030.0035.0040.0045.0050.009 10 11 12 13 14Color (UI) Tiempo de lavado (s) Limite superiorLmite inferiorCarga 5.0Carga5.5Carga 6.0Carga 4.5Carga 4.0 48 Tabla IX.Correlaciones obtenidas para los perfiles graficados y coeficientes de correlacin en la centrfuga No. 1 Capacidad de cargaRelacin MatemticaR 4.0y = -19,49ln(x) + 65,030,97 4.5y = -37,13ln(x) + 114,50,95 5.0y = -39,12ln(x) + 134,170,95 5.5y = -39,02ln(x) + 129,850,93 6.0y = -29,26ln(x) + 101,560,98 Fuente: datos calculados. Figura 6.Perfil de color para cada capacidad de carga en la centrfuga No. 2 Fuente: datos calculados. 10.0015.0020.0025.0030.0035.0040.0045.0050.009 10 11 12 13 14Color (UI) Tiempo de lavado (s) LimitesuperiorLmite inferiorCarga 5.0Carga5.5Carga 6.0Carga 4.0Carga 4.5 49 Tabla X.Correlaciones obtenidas para los perfiles graficados y coeficientes de correlacin en la centrfuga No. 2 Capacidad de cargaRelacin MatemticaR 4.0y = -37,27ln(x) + 114,980,95 4.5y = -27,94ln(x) + 86,6810,92 5.0y = -29,18ln(x) + 101,460,95 5.5y = -38,32ln(x) + 129,220,92 6.0y = -44,03ln(x) + 145,540,98 Fuente: datos calculados. Figura 7.Perfil de color para cada capacidad de carga en la centrfuga No. 4 Fuente: datos calculados. 10.0015.0020.0025.0030.0035.0040.0045.0050.009 10 11 12 13 14Color (UI) Tiempo de lavado (s) Limite superiorLmite inferiorCarga 5.0Carga5.5Carga 6.0Carga 4.0Carga 4.5 50 Tabla XI.Correlaciones obtenidas para los perfiles graficados y coeficientes de correlacin en la centrfuga No. 4 Capacidad de cargaRelacin MatemticaR 4,0y = -19,49ln(x) + 65,0350,97 4,5y = -37,13ln(x) + 114,50,95 5,0y = -19,84ln(x) + 77,6840,96 5,5y = -36,74ln(x) + 125,340,92 6,0y = -21,88ln(x) + 91,5320,98 Fuente: datos calculados. Figura 8.Perfil de color para cada capacidad de carga en la centrfuga No. 5 Fuente: datos calculados. 10.0015.0020.0025.0030.0035.0040.0045.0050.009 10 11 12 13 14Color (UI) Tiempo de lavado (s) LimitesuperiorLmiteinferiorCarga 5.0Carga5.5Carga 6.0Carga 4.0Carga 4.5 51 Tabla XII.Correlaciones obtenidas para los perfiles graficados y coeficientes de correlacin en la centrfuga No. 5 Capacidad de cargaRelacin MatemticaR 4,0y = -34,58ln(x) + 104,90,97 4,5y = -44,84ln(x) + 133,80,98 5,0y = -16,26ln(x) + 68,530,98 5,5y = -38,77ln(x) + 129,90,95 6,0y = -28,14ln(x) + 108,60,97 Fuente: datos calculados. 4.2. Relacinentrelosdatosdecolordelamedicinenlneaylos datos obtenidos por el laboratorio de gestin de la calidad Acontinuacinsemuestralagrficaquerelacionalosdatosdecolordel azcar refino para la zafra 2011-12 obtenidos por el laboratorio de control de la calidad,enfuncindelamedicindecolorobtenidaenlneaysemuestrala correlacin matemtica que mejor los representa. 52 Figura 9.Datos de medicin de color obtenidos en laboratorio de control de la calidad en funcin de los datos de color obtenidos en lnea Fuente: datos calculados. Tabla XIII.Relacin matemtica obtenida entre los datos de medicin de color de azcar refino en laboratorio y la medicin en lnea Relacin MatemticaRY = Color de laboratorio X = Color en lneay = 1,1446x - 0,04740,94 Fuente: datos calculados. 10.20.30.40.50.60.10. 15. 20. 25. 30. 35. 40. 45. 50. 55.Color en laboratorio (ICUMSA) Color obtenido en linea (ICUMSA) Datos de color Correlacin lineal 53 4.3.Evaluacin de las 4 mquinas centrfugas para determinar culpresenta menor remocin de color Acontinuacinsepresentanlosgrficosqueseobtuvieroncomo resultado de la evaluacin para determinar lamquinacentrfuga que presenta colores de azcar refino ms bajos en su descarga. Figura 10.Resultado de color obtenido en lnea para las cuatro centrfugas a capacidad de carga No. 4 (67 %) Fuente: datos calculados. 10.015.020.025.030.035.040.045.050.09 10 11 12 13 14Color (UI) Tiempo de lavado (s) Lmite inferior25UICentrifuga No. 1Centrifuga No. 2Centrifuga No. 4Centrifuga No. 5 54 Figura 11.Resultado de color obtenido en lnea para las cuatro centrfugas a capacidad de carga No. 4,5 (75 %) Fuente: datos calculados. 10.015.020.025.030.035.040.045.050.09 10 11 12 13 14Color (UI) Tiempo de lavado (s) Lmite inferior25UILimite superior35UICentrifuga No. 1Centrifuga No. 2Centrifuga No. 4Centrifuga No. 5 55 Figura 12.Resultado de color obtenido en lnea para las cuatro centrfugas a capacidad de carga No. 5,0 (83 %) Fuente: datos calculados. 10.015.020.025.030.035.040.045.050.09 10 11 12 13 14Color (UI) Tiempo de lavado (s) Lmite inferior25UILimite superior35UICentrifuga No. 1Centrifuga No. 2Centrifuga No. 4Centrifuga No. 5 56 Figura 13.Resultado de color obtenido en lnea para las cuatro centrfugas a capacidad de carga No. 5,5 (92 %) Fuente: datos calculados. 10.015.020.025.030.035.040.045.050.09 10 11 12 13 14Color (UI) Tiempo de lavado (s) Lmite inferior25UILimite superior35UICentrifuga No. 1Centrifuga No. 2Centrifuga No. 4Centrifuga No. 5 57 Figura 14.Resultado de color obtenido en lnea para las cuatro centrfugas a capacidad de carga No. 6,0 (100 %) Fuente: datos calculados. 4.4. Accionesoperativaspropuestasparacasosconmedicinde color en lnea fuera de parmetros de control establecidos En la siguiente tabla se resumen las acciones operativas propuestas para casosenqueseobtenganmedicionesdecolorenlneapordebajode25 ICUMSAyporarribade35ICUMSA,despusdehaberseajustadolas mquinasauncontrolautomticodeacuerdoalosperfilesdecolor encontrados. 10.015.020.025.030.035.040.045.050.09 10 11 12 13 14Color (UI) Tiempo de lavado (s) Lmite inferior25UILimite superior35UICentrifuga No. 1Centrifuga No. 2Centrifuga No. 4Centrifuga No. 5 58 Tabla XIV.Acciones operativas propuestas para las mediciones de color fuera de parmetro CasoAccin operativa propuesta Medicin de color por debajo de 25UI al iniciar la purga. Revisarquelapresindeaguanoseasuperiora90 psig,ylatemperaturaseencuentrepordebajode 80C,deserasajustarlavlvuladeaguahacia centrfugasyrevisarquelatemperaturadetrabajode los tachos est dentro de rango. Medicin de color por debajo de 25UI para una masa cocida completa y rica en grano. Cambiarlaoperacinautomticadelascentrfugasa operacinmanualyaumentarlacargadelas mquinasde0,5en0,5hastallegaralcolordeseado, hasta terminar la purga de la templa. Medicin de color por debajo de 25UI para una masa cocida completa y pobre en grano Cambiarlaoperacinautomticadelascentrfugasa operacin manual y disminuir los tiempos de lavado de un segundo en un segundo, hasta terminar la purga de la templa. Medicin de color por debajo de 25UI cuando los colores de licor y/o jarabe son bajos. Corregiroaumentarlarelacinjarabe/licorenla estacindetachosparaincrementarelcolordela masa cocida en el mezclador de templas. 59 Continuacin de la tabla XIV. Medicin de color por arriba de 35UI al iniciar la purga o repentinamente. Revisarquelapresindelaguaseencuentrepor arribade85psigylatemperaturadelaguase encuentresobelos70C.Denoseraschequearel niveldeltanquedeaguacalienteseencuentrecomo mnimo en un 30%, que la presin en las bombas que alimentanelaguacalienteseencuentreporarribade los85psigyquelasvlvulasdepasoseencuentren abiertas. Medicin de color por arriba de 35UI al iniciar la purga o gradualmente. Revisar que las boquillas de las flautas de inyeccin no seencuentrenobstruidas,yloslavadosdelas canastasdelasmquinasserealicencorrectamente de acuerdo a la secuencia programada. Medicin de color por arriba de 35UI cuando los colores de jarabe y/o licor son altos. Corregir o reducir la relacin jarabe/licor en la estacin de tachos para disminuir el color de la masa cocida en el mezclador de templas. Medicin de color por arriba de 35UI cuando se trata de una masa cocida completa y pobre en grano. Cambiarlaoperacinautomticadelascentrfugasa operacin manual y disminuir la carga de las mquinas de 0,5 en 0,5 hasta obtener el color deseado, se debe continuar hasta terminar la purga de la templa. Medicin por arriba de 35UI y se trata de una masa cocida completa y rica en grano. Cambiarlaoperacinautomticadelascentrfugasa operacinmanualyaumentarlostiemposdelavado de1segundoen1segundo,sedebecontinuarhasta terminar la purga de la templa. 60 Continuacin de la tabla XIV. Medicin de color por arriba de 35UI que tiene por consecuencia incremento en la cantidad de jarabe producido. Abrirlaalimentacindejarabehaciaeltanquede doble funcin. Si se tienen niveles altos en los tanques dejarabeydoblefuncin,aumentarlacantidadde jarabe que se retorna a clarificacin y/o el flujo de Run-Offhaciafbrica,paraevitarderrameseinestabilidad en los ritmos de purga. Medicin de color por arriba de 35UI para 2 templas seguidas. Elaborarenlaestacindetachosunamasacocida con menor relacin jarabe/licor o nicamente con licor, detener la purga cuando exista suficiente espacio en el mezcladorparaunatemplanueva,luegodescargarla eneltanquemezcladorparadisminuirelcolordela masa cocida existente dentro del mismo. Medicin de color por arriba de 35UI constante y que no se puede reducir. Denologrardisminuirelcolordelamasaenpurga, coordinar con el supervisor, el operador de centrfugas y operador de secadora una parada corta para habilitar el envasado de emergenciayse reporta a laboratorio ybodega,uncambiooreclasificacinenelazcar producido.Cuandoserecuperenloscoloresdepurga dentrodeparmetros,programarotraparaday deshabilitarelenvasadodeemergencia,para continuar con la operacin normal. Fuente: elaboracin propia. 61 4.5.Iinfluenciadelavariacindeloslavadoseneljarabeobtenido como subproducto de la centrifugacin Enlassiguientesgrficassemuestranlosefectosdelavariacindelos tiemposdelavadoenlascondicionesdeljarabequeregresaalprocesopara ser reutilizado.

Figura 15.Comportamiento del Brix de jarabe en funcin de los tiempos de lavado Fuente: datos calculados. 76.2076.4076.6076.8077.0077.209 10 11 12 13 14Brix Tiempo de lavado (s) 62 Figura 16.Comportamiento del Pol de jarabe en funcin de los tiempos de lavado Fuente: datos calculados. 33.233.333.433.533.633.733.89 10 11 12 13 14Pol Tiempo de lavado (s) 63 Figura 17.Comportamiento del color del jarabe en funcin de los tiempos de lavado Fuente: datos calculados. 150016001700180019002000210022009 10 11 12 13 14Color (UI) Tiempo de lavado (s) Carga 4.0Carga 4.5Carga 5.0Carga 5.5Carga 6.0 64 65 5.INTERPRETACIN DE RESULTADOS Buscandorepresentarelcomportamientodelcolorenlaestacinde centrfugas, se graficaron 5 perfiles de color para cada mquina, uno para cada capacidaddecargadelasmquinas,utilizandoelpromediodetrescorridas realizadas para cada caso. Se estim la varianzay la desviacin estndar, para verificarydisminuirlaprobabilidaddeerroressobredimensionadosque descarten la credibilidad de los ensayos. Entrminosgeneraleslascuatrocentrfugasinstaladaspresentaron comportamientossimilarescondesviacionesmuypequeasenlos comportamientosesperados.Cuandoseincrementaeltiempodelavadopara una misma capacidad de carga la tendencia del color es a disminuir, el grado de disminucin del color es relativo a la carga que se est manejando. Grficamentesehaencontradoqueelcomportamientodelperfildecolor paracadacapacidaddecargatiendeaunlmiteasintticoalirincrementando eltiempodelavado,poresosehanrepresentadomedianterelaciones logartmicas tomando en cuenta que tambin son las de este tipo las que mejor correlacionanlosdatos,deacuerdoalcoeficienteR.Tericamentesegnlos estudiospresentadosporlosproveedoresdelequipodemedicinenlneaes logartmica la tendencia del comportamiento esperada. Para las cargas bajas, es decir de 4,0 (67 %) y 4,5 (75 %), la reduccin de colorseencuentraentre2y3unidadesporsegundoincrementado,debidoal colorinherentedelcristalyquenopuedeserremovidosinqueelgranose disuelva totalmente. 66 Para la carga intermedia baja de 5,0 (83 %) la remocin de color presenta rangosdehasta6unidadesperoenunoscasosunospequeosrangosde2 unidadescuandoeltiempodelavadosevuelvemximo,debidoaquese alcanzannuevamentecoloresbajos,enloscualescontinuarremoviendoes ms difcil, porque se trata ya del color ocluido del cristal. En esta misma secuencia, para las cargas de 5,5 (92 %) y 6,0 (100 %) se observaunincrementosignificativoenlaescaladelcolormanejadadentrode rangoparalacargade5,0,yaqueparatiemposdelavadocortossetienen coloresporarribadellmitesuperiorestablecido.Tambinsehacenotarla mayorremocindecolorporsegundoalresaltarenlosperfilesobtenidos,las pendientes ms pronunciadas en todas las mquinas paralas capacidades de cargade5,5,sindejardepresentarselareduccindelaremocinalirse encarando el perfil al ltimo segundo graficado. Detodoslosperfilesdetallados,elquemejorseajustaalosparmetros deoperacineseldecapacidaddecarga5,0(83%),yaquemantienetodos sus puntos dentro del rango de control. Es necesario considerar que el cambio decolormayoresde5unidades,porlocualsedebeintentarmantenerla operacin de las mquinas en los tiempos de lavados ms bajos, ya que no se aportarunaremocindecolormayoraestaporunidaddetiempo.Mientras que el perfil que mayor remocin presenta en las mquinas No. 1 y No. 2 es el decapacidaddecarga6(100%),yparalasmquinasNo.4yNo.5eselde capacidad de carga de 5,5 (92 %). Conlascurvasdelosperfilesdefinidasyespecificadas,sepuede programarunatrayectoriadetrabajoparalasmquinasalolargodeestos, dependiendodelamedicindecolordelinstrumentoenlnea,elcualserael 67 puntodepartida,yunaprogramacinautomticadeberajustareltrabajode acuerdo a uno de los cinco perfiles graficados. Para determinar cual de las 4 mquinas centrfugas presenta colores ms bajosdeazcarrefino,seprocediaevaluarmedianteunanlisisgrfico comparandolas4mquinasparaunamismacapacidaddecarga,obteniendo queparalacargade4,0(67%)losmejorescoloressepresentanenla centrfugaNo.1ubicadaenunodelosextremos.Paralacapacidaddecarga No. 4,5 (75 %)lamquina No.4 presenta lamayor remocin de color. Para la carga de mquina No. 4,5 (83 %) la mayor remocin de color se presenta en la centrfugaNo.5localizadaenotrodelosextremos.Subiendolacapacidadde carga a 5,5 (92 %) y a 6,0 (100 %) la menor remocin de color se presenta en la centrfuga No. 1. Teniendopresentequelasdiferenciaentrelosresultadosdecolorpara cada mquina a la misma carga tienen un rango mayor de 6 unidades y en una solaocasin,sepuedeconsiderarquenoexistemotivoparacontrastarel trabajodeunaconeldelasotras,yaqueparatodosloscasos,losmejores resultados se presentan en ocasiones diferentes para todas las mquinas. Para la comparacin de los datos de color medidos en lnea y los datos de colormedidosen laboratorio, se plotearon los datos en lneaen funcinde los medidosenlaboratorioobteniendouna correlacin lineal con un coeficiente de correlacin del 94 % y un factor de 1,1446 veces el dato de color en lnea para representar el color de laboratorio con una diferencia de 0,0476 unidades en el datofinal,estacorrelacinsepresentaenlatablaXVIdelosresultados.Para dichosclculosseutilizarontodoslosdatosdezafraobtenidosporelsistema de control y el laboratorio de control de calidad. 68 Conlacorrelacinobtenida,sepuedeotorgarmayorconfiabilidadaldato medidoenlnea,yaquesepuedellevaracaboelclculoinmediatodelcolor real y tomar decisiones con base a este, sin necesidad de utilizar nicamente el dato de laboratorio. Se debe tener presente que el sistema de medicin en lnea requiere de una calibracin peridica, de lo contrario la correlacin obtenida no aplica a las condiciones del aparato, ya que las condiciones no seran iguales a las manejadas durante la investigacin. Comopartedelexperimentoseintentmantenerlaoperacinloms estable posible, por lo cual se analizaron y utilizaron varias acciones operativas queinvolucran el reade tachos, elreadecentrfugasy el rea de secadora descritaspreviamente.EstasaccionessepresentanenlatablaXVII,yse probaronyseejecutarondurantelaexperimentacin,selimitanapropuestas debidoaqueladecisindeimplementarlascomoprocedimientosfinales especficosycaracterizadoscaeenresponsabilidaddelagerenciade produccin. Estaspropuestassedividenenaccionesparaloscasoscuandola medicindecolorespordebajodellmiteinferiordecontrolestablecidoy cuando la medicin de color es por arriba del lmite superior. Estas acciones no se aplicaron y no se deben aplicar tras mediciones puntuales e instantneas, si noencasosdeseriesdemedicionescomoenelcasodeunbatchdecada mquina,esdecir,cuatrodescargasseguidasqueprovoquenalertaenel sistema de control de la estacin. Paraelcasodeanlisisdelaspropiedadesdeljarabequeseobtiene comocoproducto,seencontrunincrementoenlaspropiedadesqueindican presenciadeazcarenelmismo,esdecir,hayincrementodelacantidadde azcardisueltayporendetambinincrementodelcolor.Porloanterior,se 69 debe realizar un ajuste a la relacin jarabe/licor para mantener las propiedades delastemplasquealimentanlaestacindecentrfugasymantenerla estabilidad y continuidad, en los casos cuando se presenten aumentos de color exagerados que no puedan ser contrarrestados, y no por aumentos leves. EnelcasodelBrix,eljarabemostrquenosetieneunincremento significativo, ya que de los 10 segundos a los 13 segundos se tiene un cambio denicamente0,80gradosBrix,mientrasqueparalapolsetieneun incrementode0,50.Loanteriorsedebeaquelasmasascocidasse mantuvieronbajoparmetrosdecontrolaceptables,aligualquelas propiedades constantes del agua de lavado (presin, temperatura) por lo cual la variacindentrodeparmetrospreviosylosdelaestacin,noafectade maneraexcesivaelcoproductoypropicialacontinuidadyestabilidaddela operacin 70 71 CONCLUSIONES 1.Para cadamquina centrfugay cada capacidad de cargadediseo, se elaborelperfildecolor,relacionandolosdatosdecolorobtenidosen lneaconladuracindeltiempodelavadodelciclodecentrifugacin, encontrandoqueelperfilptimodetrabajoseconsiguealmantenerla capacidad de carga de la mquina en 5,0 (83 %). 2.Relacionandolosdatosdecolordelamedicinenlneaylosdatos obtenidosporlamedicindelaboratoriodegestindecalidad,se encontrquelaecuacinquerepresentalarelacinentreambos,es lineal con un coeficiente de correlacin del 94 %. 3.Lascuatro mquinas centrifugas presentan condiciones de reduccin de colorsimilaresparaunamismamasacocida,dentrodelosparmetros decontroldefinidos,detalmanera,niunapresentaunaremocinde color significativa en comparacin con las otras. 4.Paraloscasosenloscualeselmedidordecolorenlneadetecte parmetros de control por debajo del lmite inferior y por encima del lmite superior,seelaborunlistadode12accionesoperativasdestinadasa propiciarlacontinuidadyestabilidaddelproceso.Dichasacciones involucran las estaciones de tachos, centrfugas y secadora. 72 5.Seevalulainfluenciadelavariacindelostiemposdelavadosobre jarabeobtenidodelaestacindecentrfugas,encontrandoquela relacindelcontenidodesacarosaeneljarabeesproporcionalal aumento del tiempo en el lavado, es decir, para una mayor aplicacin de aguaapresinytemperaturaconstante,setieneunamayor concentracin de sacarosa disuelta en el jarabe. 73 RECOMENDACIONES 1.Sedebeautomatizareltiempodelavadoenfuncindelperfildecolor obtenidoparaunacargade5,0(83%)paralascuatrocentrfugas, buscando ajustarse a la correlacin obtenida, a manera de hacer lo ms cercanoposibleelcomportamientorealdelperfilconelobtenidoenla investigacin. 2.Realizar un estudio complementario para evaluar el beneficio econmico quepresentalaoptimizacinenelcontroldereadecentrfugaspor reduccin de prdidas de azcar disuelta, tiempos muertos y disminucin del producto no conforme. 3.Llevaracaboestudiosdeoptimizacinparalasestacionesdeproceso posteriores a la de centrfugas, paraextender el alcance de lasmedidas operativaspropuestasy que sean enfocadasen losmismos objetivos, o relacionados,poniendoporescritoenlosformatosdeprocedimiento establecidos. 4.Elaborarunprogramadecalibracindelmedidorenlnea,verificarla limpiezadelasboquillasdeinyeccindeagua,ascomolapresiny temperaturadelamismaparaasegurarqueeltrabajoautomticose ajuste realmente a los modelos encontrados. 74 5.DebidoalosaltosvaloresdeBrixobtenidosentodaslaspruebas,se debeconsiderarladilucindeljarabequeseestreprocesando,para evitarproblemasoperativosenlaelaboracindemasasenlostachosy taponamientos en las tuberas por deposicin, se debe bajar a un Brix de 70,queeselqueseutilizageneralmenteenlasrefinerasdeotros ingenios. 75 BIBLIOGRAFA 1.BIENAIM,L.;NIELSEN,B.C.Whitesugarcolourinsolution: comparisonoflaboratoryandin-linemethods.ProcCITS Conference, Antwerp, Belgium. 1999. p. 465-469. 2.BUCHHOLZ,K.;BRUHNS,M.The1994/95campaigninGermanyand newtechnologicaldevelopments.NewYork:CECSA,1995.p. 120, 357, 358. 3.CHEN,JamesC.P.Manualdelazcardecaa.MxicoD.F.:Limusa, 1985. 1200 p. 4.CLARKE,M.A.NIELSEN,B.C.On-linemeasurementofcolourinraw and refined sugars. 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IIBR/ASSBT Joint Meeting, San Antonio, TX USA, 2007. 15 p. 13.VERLAG,Albert;BARTENS,K.G.;ICUMSA.Methodsbook.Berlin: Elsevier. 2007. 1700 p. 77 APNDICES Apndice 1.Tabla de Requisitos Acadmicos Fuente: elaboracin propia 78 Apndice 2.Diagrama de Ishikawa Uso inadecuado del medidor de colorLa variacin de los lavados en la estacin de centrifugas no correspondea un manejo adecuado de los colores en el producto final, ocasionando problemas de calidad y operacinRECURSO HUMANOMATERIA PRIMAMETODOLOGAEQUIPOOperacin no automtical del equipoFalta de criterios para manejo del equipoPercepcin equivocada del colorFalta de instruccinLenta obtencin de datos de lab.Ajuste del equipo a prueba y errorVariacin del tamao del granoUso inadecuado del medidor de colorApriete de las masas en tachosColor de la masa cocidaCondiciones del agua para lavadosCalibracin del colorimetroSello en la carga y descarga de las centrifugasTiempo de lavado y tiempo de secadoExceso de carga de masa cocida Fuente: elaboracin propia 79 Apndice3.Datos calculados Colores de refino, obtenidos para la centrfuga No. 1 a diferentes capacidades de carga, media, varianza y desviacin estndar Carga 4,0 (67%) TiempoCorrida 1Corrida 2Corrida 3MediaSS 1019,820,1619,6219,900,0800,270 1118,918,5419,2618,900,1300,360 1216,216,3816,5616,400,0300,180 1315,314,7614,9415,000,0800,270 Carga 4,5 (75%) TiempoCorrida 1Corrida 2Corrida 3MediaSS 1029,2629,4830,1429,600,2100,460 1125,5224,8624,6425,000,2100,460 1220,6821,5621,3421,200,2100,460 1320,2420,4619,8020,200,1100,340 Carga 5,0 (83%) TiempoCorrida 1Corrida 2Corrida 3MediaSS 1033,6334,5833,4433,900,3700,610 1132,4931,5432,1132,000,2300,480 1228,7028,8027,9028,500,2400,490 1326,0026,1027,5026,500,7000,840 Carga 5,5 (92%) TiempoCorrida 1Corrida 2Corrida 3MediaSS 1039,3839,8239,6039,600,0500,220 1137,4037,6237,8437,600,0500,220 1231,6832,1230,5831,500,6300,790 1330,3630,5829,9230,300,1100,340 Carga 6,0 (100%) TiempoCorrida 1Corrida 2Corrida 3MediaSS 1043,6844,1644,4044,100,0900,370 1142,9639,3640,8041,002,1901,810 1236,7233,8436,0035,501,5001,500 1335,7633,8434,0834,600,7301,050 Fuente: Elaboracin propia. 80 Colores de refino, obtenidos para la centrfuga No. 2 a diferentes capacidades de carga, media, varianza y desviacin estndar Carga 4.0 (67%) TiempoCorrida 1Corrida 2Corrida 3MediaSS 1021,9621,7822,3222,000,0800,270 1121,0620,3420,8820,800,1400,370 1215,8416,5616,0216,100,1400,370 1315,4815,3015,4815,400,0100,100 Carga 4.5 (75%) TiempoCorrida 1Corrida 2Corrida 3MediaSS 1028,1629,9229,2629,100,7900,890 1125,9626,4026,6226,300,1100,340 1221,1221,3420,9021,100,0500,220 1319,8020,2420,0220,000,0500,220 Carga 5.0 (83%) TiempoCorrida 1Corrida 2Corrida 3MediaSS 1033,0633,8234,2033,700,3400,580 1132,3032,6832,8732,600,0800,290 1228,7028,8027,9028,500,2400,490 1326,0026,1027,5026,500,7000,840 Carga 5.5 (92%) TiempoCorrida 1Corrida 2Corrida 3MediaSS 1040,2640,0440,0440,100,0200,130 1139,3838,9439,1639,200,0500,220 1233,0033,4432,5633,000,1900,440 1330,5831,2431,0230,900,1100,340 Carga 6.0 (100%) TiempoCorrida 1Corrida 2Corrida 3MediaSS 1044,6443,9244,1644,200,1300,370 1138,4041,5240,5640,202,5501,600 1238,1633,3634,5635,406,24