Fabrica XVIII Congreso ATALAC 10

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TRABAJOS DE FÁBRICA Los artículos que se presentan a continuación, fueron presentados en el XVIII Congreso de ATACA realizado en El Salvador del 5 al 8 de julio de 2010, su

publicación en ésta Memoria fue autorizada por el Comité Organizador.

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EL MARCO LEGAL AMBIENTAL EN COSTA RICA Y SU IMPACTO EN LA INDUSTRIA AZUCARERA

Hannia Thiele Azucarera El Palmar S.A., Puntarenas, Costa Rica

RESUMEN

La protección legal del medio ambiente puede remontarse al siglo XIII, cuando el rey Eduardo I, regula la emisión de humo en su reino, una de las primeras normas relacionadas con el derecho ambiental. En 1972 se realizó la Cumbre de Estocolmo de las Naciones Unidas, y en 1982 se aprobó la Carta de la Naturaleza en Nueva York.

El tema de desarrollo sostenible (el desarrollo que satisface las necesidades del presente sin comprometer la habilidad de las generaciones futuras de satisfacer sus propias necesidades) surge del Informe de la Comisión Brundtland en 1987.

En 1992 se realiza la Cumbre de Río, cuyo resultado fue la Agenda 21, que produjo en los países firmantes un compromiso por normar el derecho ambiental.

El derecho ambiental es un derecho diferente al penal, principalmente porque su fuente primaria son los principios universales, el denunciado debe demostrar su inocencia y cualquier persona aunque no esté directamente afectado puede denunciar un delito contra el ambiente.

Costa Rica es un país en el que la legislación ambiental, que considera el derecho a un ambiente sano, ha venido tomando forma desde la década de 1990, primero con la inclusión del derecho a un ambiente sano y ecológicamente equilibrado en el artículo 50 de la Constitución Política en 1995, a lo que se sumó la promulgación de la Ley Orgánica del Ambiente (1995).

Además, existe una serie de Reglamentos que todas las empresas, incluyendo a los ingenios, deben cumplir. Algunos de estos reglamentos son: el Reglamento Calidad del Agua Potable N° 5395-S (como industria de alimentos), el Reglamento sobre la Emisión de Contaminantes Atmosféricos provenientes de Calderas N° 30222-S-MINAE, el Reglamento de Aprobación y Operación de Sistemas de Tratamiento de Aguas Residuales N° 31545-S-MINAE y el Reglamento de Vertido y Reuso de Aguas Residuales N° 33601-S-MINAE.

Otro actor importante en materia ambiental es la SETENA (Secretaría Técnica Nacional Ambiental) creada por la Ley Orgánica del Ambiente, es la institución encargada de la Evaluación de Impacto Ambiental de actividad, obra o proyecto, y determinar si la actividad, obra o proyecto es viable desde el punto de vista ambiental.

INTRODUCCIÓN

La protección del medio ambiente en la historia de la humanidad tomó inicialmente la forma de conciencia cultural innata:

El Emperador romano Julio César prohibió la circulación de carruajes en los barrios romanos, como medida para evitar el ruido producido al rodar los mismos. Los reyes europeos protegían los bosques donde cazaban (normalmente por deporte, aunque consumían el producto de la caza). En el siglo XIII, el rey Eduardo I, regula la emisión de humo en todo en su reino, una de las primeras normas relacionadas con el derecho ambiental. En China, en el siglo XIX se registran varias sentencias relacionadas con la protección que debe dar el hombre tanto a los animales como a las plantas.

*Trabajo presentado en el XVIII Congreso de ATACA, El Salvador, del 5 al 8 de julio 2010.

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Durante finales del siglo XVIII y principios del siglo XIX aparecen las ideas de Rousseau y Chateaubriand de retorno a la naturaleza, educación sobre la naturaleza y el aún hoy vigente día del árbol. En esa época se crearon la Sociedad Zoológica Londinense (1830), la Sociedad para la Protección de las Aves (1889) y la Sociedad de Ecología Inglesa (1931). En América Latina, Simón Bolívar creó un decreto en el año 1830, que velaba por la conservación de los bosques y creaba un cuerpo policíaco para la preservación del ambiente.

Todo el panorama existente se complicó con el desarrollo del desarrollismo, definido por Mata y Quevedo como: "El crecimiento económico de una sociedad basada más en el tener que en el ser, con desculturalización y apertura a la injerencia de las compañías transnacionales, así como a la aceptación de la explotación de los recursos naturales, sustentada en las ganancias a corto plazo, sin tomar en cuenta los costos sociales o ecológicos que se puedan generar, ni el derecho de las futuras generaciones a disfrutar también de esos recursos o a tener opciones de desarrollo sostenible".

El tema de la protección del medio ambiente, como respuesta al desarrollismo, produjo en 1972 la Cumbre de Estocolmo (Conferencia sobre el Medio Ambiente Humano) que produjo la Declaración de Estocolmo de ese mismo año, que propone planificar el desarrollo económico tomando

en cuenta la conservación de la naturaleza, pero sin poner énfasis en problemas como la contaminación ambiental.

El tema de desarrollo sostenible surge del Informe de la Comisión Brundtland, sobre nuestro futuro común en 1987. Esta comisión desarrolló la definición de desarrollo sostenible más conocida: eldesarrollo que satisface las necesidades del presente sin comprometer la habilidad de las generaciones futuras de satisfacer sus propias necesidades .

En el año 1992 se realiza la Conferencia de las Naciones Unidas sobre el Medio Ambiente y el Desarrollo (Cumbre de Río) en Brasil. Contó con la participación de 100 jefes de Estado, representantes de 172 gobiernos y 14 000 ONGs. Esta conferencia produjo: La Declaración de Río sobre el Medio Ambiente y el Desarrollo, El Convenio sobre la Diversidad Biológica, La Convención Marco de las Naciones Unidas sobre el Cambio Climático, Los Principios para la ordenación, la conservación y el desarrollo sostenible de todo tipo de bosques y La Agenda 21, que incluye importantes compromisos asumidos por los Gobiernos signatarios.

Costa Rica es un país en el que la legislación ambiental ha venido tomando forma desde la década de 1990, motivado por los compromisos adquiridos, (que incluyen promulgar una legislación eficaz y eficiente, que refleje las prioridades y las aspiraciones en material ambiental), al firmar la Declaración de Río. Anterior a esto Costa Rica había suscrito convenios internacionales en el marco de las Cumbres de las Naciones Unidas y poseía algunas leyes, que manejaban una concepción del ambiente totalmente antropocentrista, como la Ley de Quemas y Cercas Divisorias y la Ley de Aguas.

El primer paso hacia el desarrollo del derecho ambiental inició con la inclusión del derecho a un ambiente sano y ecológicamente equilibrado en el artículo 50 de la Constitución Política en 1995, y la promulgación de la Ley Orgánica del Ambiente (1995). A partir de este momento aparecen la Secretaría Técnica Nacional Ambiental (SETENA) y el Tribunal Ambiental Administrativo. La SETENA es la entidad responsable de la evaluación de impacto ambiental para nuevas actividades, obras y proyectos.

OBJETIVO GENERAL

Dar una visión sobre el marco legal ambiental aplicado a los ingenios azucareros en Costa Rica.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS

1. Presentar las diferencias entre el derecho penal y el derecho ambiental.

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2. Dar a conocer las principales leyes que norman el marco ambiental aplicable a los ingenios azucareros en Costa Rica.

3. Dar a conocer los principales reglamentos en el área ambiental, relacionados con la actividad de los ingenios azucareros en Costa Rica.

4. Presentar los requisitos ambientales necesarios para la instalación de nuevos proyectos en los ingenios azucareros en Costa Rica.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

El derecho ambiental es un derecho que tutela los elementos esenciales de la vida y el derecho al ambiente como patrimonio común de la humanidad, su titular es la colectividad humana. Contempla valores y principios entendidos como derechos fundamentales, recogidos en tratados y convenios internacionales y los ordenamientos de cada estado.

La Sala Constitucional, de Costa Rica, indica en su voto N°3705 que: "...la calidad ambiental es un parámetro fundamental de (...) calidad de vida, otros parámetros no menos importantes son salud, alimentación, trabajo, vivienda, educación (...) si bien el hombre tiene derecho a hacer uso del ambiente para su propio desarrollo, también tiene el deber de protegerlo y preservarlo para las generaciones presentes y futuras".

Diferencias entre el derecho ambiental y el derecho tradicional (penal).

Al ser el derecho ambiental un derecho autónomo, tiene una serie de diferencias con el derecho penal. Laa fuente primera del derecho ambiental son los principios universales, es una fuente usada sólo cuando no existen normas positivas en el derecho penal. Los postulados y principios más importantes para definir la responsabilidad jurídica en el área ambiental son los siguientes:

1. Legitimación activa mediante intereses colectivos. 2. Traslado de la carga de prueba: el denunciado tiene que probar

su inocencia, no así el denunciante.3. Principio preventiva: genera la evaluación y el diagnóstico del

impacto ambiental. 4. Principio de solución en la fuente y de sustitución de tecnología

por la menos contaminante. 5. Principio de "quién contamina, paga": aquél que contamina

debe cubrir los costos de recuperación del ambiente, o de los elementos requeridos para la vida afectados por la actividad humana.

6. Principio precautorio: el Estado tiene la obligación de evitar y contener la potencial afectación por daños al ambiente, especialmente aquellos que sean irreversibles.

7. Principio in dubio Pro-Naturas: si hay duda de la lesión a los recursos naturales y al ambiente que pueda provocar una actividad, debe limitarse o prohibirse dicha actividad

8. Carácter múltiple de los daños contra el ambiente. 9. Principio de subsidiaridad: busca la descentralización y la

desconcentración de la gestión ambiental. 10. Principio de igualdad: todas las personas físicas y jurídicas, son

iguales en deberes y derechos.. 11. Principio de participación informada de la sociedad civil en la

gestión del ambiente. 12. Principio de derecho intergeneracional: protección de los

derechos e intereses de los no nacidos. 13. Principio de responsabilidad compartida pero diferenciada. 14. Principio de soberanía de los Estados.

Marco Legal Costarricense, principales Leyes y Reglamentos relacionados con el ambiente y la industria.

El marco legal costarricense se fundamenta en la Constitución Política de 1949, sin embargo el marco legal ambiental se fundamenta en los llamados Principios Universales del Derecho, que son los principios intrínsecos a la vida humana.

El derecho de las personas a un ambiente sano en Costa Rica está resguardado en la Constitución Política en los artículos 46 y 50. El artículo 50 menciona: Toda persona tiene derecho a un ambiente sano y ecológicamente equilibrado . El artículo 46 hace mención

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del derecho de consumidores y usuarios a ...la protección de su salud, ambiente, seguridad e intereses económicos... . En la década de los noventa el derecho a un ambiente sano fue reconocido como un derecho humano, lo que produjo que se promulgaran cantidad y diversidad de leyes ambientales.

Hay tres leyes principales que regulan, mediante sus reglamentos la actividad industrial con el fin de asegurar el derecho a un ambiente sano en Costa Rica:

1. Ley General de Salud N° 5395 del 30 de octubre de 1973, que en el Título III, capítulos 2 al 5, establece regulaciones para las industrias, el manejo del agua, manejo de residuos sólidos, manejo de aguas servidas y negras y prohibición de contaminar el ambiente.

2. Ley Orgánica del Ambiente N° 7554 del 4 de octubre de 1995, que establece la figura de la evaluación de impacto ambiental, la creación de la Secretaría Técnica Nacional Ambiental (SETENA) y del Tribunal Ambiental Administrativo (TAA).

3. Ley de Aguas N° 276 del 27 de agosto de 1942 que establece las reglas para el manejo de las aguas.

Estas leyes son aplicadas a través del Ministerio de Salud (S), del Ministerio de Ambiente y Energía (MINAE), de la Secretaría Técnica Nacional Ambiental (SETENA) y del

Tribunal Ambiental Administrativo (TAA).

Los principales reglamentos que regulan la actividad industrial de los Ingenios Azucareros, en lo que respecta al medio ambiente son los siguientes:

1. Reglamento Calidad del Agua Potable N° 5395-S, (2005). Indica la calidad que debe tener un agua para ser potable y los análisis que se requieren para certificar su potabilidad.

2. Reglamento sobre la Emisión de Contaminantes Atmosféricos provenientes de Calderas N° 30222-S-MINAE, (2002). Regula las emisiones de las calderas en cuanto a cantidad y forma de medirlas, el reporte anual de operación de cada Caldera.

3. Reglamento de Aprobación y Operación de Sistemas de Tratamiento de Aguas Residuales N° 31545-S-MINAE, (2003). Su fin es asegurar una gestión racional y ambientalmente adecuada de las aguas residuales. Incluye las aguas que sean vertidas o reutilizadas.

4. Reglamento de Vertido y Reuso de Aguas Residuales N° 33601-S-MINAE, (2007). Exige una gestión ambientalmente adecuada de las aguas residuales. Regula los parámetros de calidad de las aguas y la exigencia de presentar al menos tres reportes operacionales por cada año.

La SETENA y la Evaluación de Impacto Ambiental.

La Evaluación de Impacto Ambiental se inicia en la década de 1960 en los Estados Unidos, siendo aplicada a grandes proyectos, como un instrumento que permite integrar la variable ambiental desde el diseño y la prefactibilidad hasta la operación de los mismos. En Costa Rica, la Ley de Minería de 1982 solicita realizar una Evaluación de Impacto Ambiental para proyectos mineros. En 1995, la Ley Orgánica del Ambiente establece la SETENA y la figura de la Evaluación de Impacto Ambiental se convierte en un instrumento de administración del Estado, obligatorio para proyectos nuevos.

Esta directriz produjo que un alud de proyectos saturara la capacidad de la SETENA, además, el Ministerio de Salud empezó a solicitar a las empresas viabilidades ambientales de proyectos ya existentes, lo que terminó de saturar la ya de por si comprometida capacidad de la SETENA. Con el fin de agilizar y hacer más amigable el proceso, en 2004 se publicó el Reglamento General sobre los Procedimientos de Evaluación de Impacto Ambiental N° 31849-MINAE-S-MOPT-MAG-MEIC. Este reglamento deroga el reglamento N° 25705 y presenta la nueva categorización de las actividades, obras y proyectos y los nuevos documentos de Evaluación de Impacto Ambiental, el D-1 y el D-2.

La categorización de las nuevas actividades, obras y proyectos se basa en el impacto ambiental potencial, y tiene tres categorías:

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1. Categoría A: Alto Impacto Ambiental Potencial

2. Categoría B: Moderado Impacto Ambiental Potencial. Se divide en dos subcategorías:

3. Categoría C: Bajo Impacto Ambiental Potencial.

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

El derecho ambiental es diferente del derecho penal, pues se origina a partir de los principios universales. En el derecho ambiental el acusado debe demostrar su inocencia, lo que hace que sea necesario conocer las Leyes y Reglamentos que norman la actividad industrial azucarera, cumplirlos y mantener pruebas y documentación de su cumplimiento.

Cualquier persona puede denunciar el daño ambiental, por lo que es importante mantener buenas relaciones y comunicación con las comunidades cercanas.

Los principales Reglamentos relacionados con la actividad industrial, los cuales se deben conocer, aplicar y esforzarse por cumplir son: el Reglamento Calidad del Agua Potable N° 5395-S, el Reglamento sobre la Emisión de Contaminantes Atmosféricos provenientes de Calderas N° 30222-S-MINAE, el Reglamento de Aprobación y Operación de Sistemas de Tratamiento de Aguas Residuales N° 31545-S-MINAE y el Reglamento de Vertido y Reuso de Aguas Residuales N° 26042-S-MINAE.

La SETENA es la entidad gubernamental encargada de hacer aplicar la evaluación de impacto ambiental para las actividades, obras o proyectos nuevos.

La SETENA cuenta actualmente con dos instrumentos para la aplicación de la evaluación de impacto ambiental: el D-1 para proyectos de alto impacto ambiental potencial y el D-2 para proyectos de bajo impacto ambiental potencial.

LITERATURA CITADA

1. ASTORGA G, Allan. 2006. Introducción General a la Evaluación de Impacto Ambiental, curso 1. Programa de Capacitación en Evaluación y Gestión Ambiental (PROCEGA), San José.

2. Constitución Política de la República de Costa Rica actualizada con las reformas y adiciones del 28 de mayo de 2002. Ediciones Sanabria, 2003, San José.

3. Ministerio de Salud. Compendio de 7 reglamentos, San José.

4. ZELEDÓN, Ricardo. 2001. Código Ambiental. Editorial Porvenir, San José.

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BALANCE DE CARBONO EN LA INDUSTRIA AZUCARERA

Hannia Ivette Thiele Mora; Adrián José Dobles Elizondo

Azucarera El Palmar S.A., Puntarenas, Costa Rica

RESUMEN

El cambio climático es un hecho que tenemos que enfrentar. El calentamiento global se debe al aumento de gases de efecto invernadero en la atmósfera, achacable a la actividad antropogénica. La pregunta clave que tenemos que responder es: ¿Qué podemos hacer para minimizar su impacto sobre el planeta?

Para poder tomar decisiones acertadas al respecto existe un esquema que incluye tres pasos: medir, reducir y fijar (EARTH, 2007). Debemos medir la cantidad de gases de efecto invernadero que produce la actividad azucarera en Costa Rica haciendo uso de una metodología aceptada tanto en el país como a nivel mundial, para conocer el estado actual de la situación. Una vez conocida la cantidad de emisiones, se debe determinar la cantidad de gases de efecto invernadero fijados por la empresa. Si el balance entre emisión y fijación es positivo (es decir se fija más de lo que se produce) se puede comercializar la capacidad de fijación remanente. En caso que el balance sea negativo, es decir se producen más gases de efecto invernadero que los que se fijan, se deben definir estrategias para reducir esas emisiones. Si las emisiones llegaran al punto donde no es

posible reducirlas más, deben definirse estrategias para fijar los gases de efecto invernadero.

Este trabajo tiene como objetivo principal realizar un balance de gases de efecto invernadero medido como dióxido de carbono equivalente en Azucarera El Palmar S.A.

Los datos de emisiones de gases de efecto invernadero se agruparon en combustibles, fertilizantes, electricidad y emisiones de calderas. La fijación de dióxido de carbono en biomasa de caña de azúcar incluye el bagazo y el azúcar producido. No se dispone de datos de fijación de gases de efecto invernadero en los suelos de los cultivos de caña de azúcar en la zona de Puntarenas, por lo que no se incluye esta información.

Los datos obtenidos indican un balance positivo, es decir, una fijación de gases de efecto invernadero superior a la emisión de los mismos, cuando se implementó una política agresiva de El Palmar a favor del corte de caña de azúcar en verde, es decir, sin quemar. La cantidad de carbono fijado en la zafra 2008-2009 fue 11 132,52 toneladas de CO2, mientras que para la zafra 2009-2010 se emitieron 23 998,58 toneladas de CO2. Este valor convertido en indicador para la industria azucarera es 0,0348 toneladas de CO2

fijadas por tonelada de caña molida en la zafra 2008-2009 y de 7,0858 toneladas de CO2 emitidas por tonelada de caña molida en la zafra 2009-2010.

PALABRAS CLAVE: Balance de carbono, fijación de carbono, carbono neutral.

INTRODUCCIÓN

El 27 de febrero de 2007, Costa Rica presentó ante la ONU y la Comunidad Internacional su compromiso de convertirse en el primer país del mundo con un “balance neutro” de carbono (gases de efecto invernadero). Se planteo este objetivo ambiental y de desarrollo como parte de la Estrategia Nacional para el Cambio Climático (ENCC). Esta estrategia, desconocida por muchos costarricenses incorpora elementos como: reducción de emisiones de gases por fuentes, captura y secuestro de carbono en bosques y plantaciones forestales, generación y aprovechamiento de los mercados internacionales de carbono, aplicación del principio “quién contamina paga” en el impuesto a los combustibles fósiles,


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regulación por ley del cambio del uso de la tierra de terrenos forestales.

Con esta declaración nuestro país se une a los esfuerzos mundiales para frenar el cambio climático, plasmados en el Protocolo de Kyoto.

El Estados Unidos, la EPA (agencia de protección ambiental por sus siglas en inglés) exige un inventario de emisiones de las industrias del país para finales del año 2009. En Europa varios países han inventariado ya parte de las emisiones de GEI de la industria. La industria azucarera costarricense debe prepararse para el momento en que este requisito sea obligatorio en nuestro país.

La metodología utilizada consiste en tres grandes pasos:

1. Medir: tanto los GEI emitidos como fijados, con un proceso sistemático y verificable por terceros.

2. Reducir: las emisiones de GEI se deben reducir optimizando procesos, productos y servicios. Establecer programas de mejora con objetivos cuantificables.

3. Fijar: las emisiones remanentes (las que no se pudieron reducir) deben fijarse por medio de reforestación o compra de bonos de carbono.

1. Medir. El primer paso consiste en hacer un inventario de las emisiones de la industria. A la hora de realizar el inventario de emisiones de la

compañía se deben definir cuál va a ser el alcance del mismo. Se suelen considerar tres diferentes alcances (ENCC, 2007):

1. Emisiones directas, generadas en procesos sobre los cuales existe control completo. Incluye las emisiones inherentes a productos, los vehículos de la empresa, los procesos internos de la empresa como: calderas, hornos y turbinas usadas en la generación de energía eléctrica, vapor o calefacción y los sistemas de enfriamiento.

2. Emisiones indirectas, debidas al consumo de energía eléctrica generada utilizando métodos que emitan GEI. En Costa Rica para el año 2006 el 6 por ciento de la energía eléctrica era generada con combustibles fósiles.

3. Otras emisiones indirectas, debidas a actividades contratadas a terceros, disposición final de residuos sólidos y otras. Se incluyen además, la generación en los procesos de manufactura de materias primas y viajes de negocios de los empleados de la empresa.

Una vez definido el alcance se deben medir las cantidades de GEI emitidas y fijadas. Estas cantidades deben convertirse a dióxido de carbono equivalente para poder sumarlas y compararlas con otras empresas.

2. Reducir. Si las emisiones superan a la cantidad de GEI fijados deben implementarse cambios, como uso de equipos energéticamente eficientes (iluminación, calefacción, refrigeración), uso de fuentes de energía renovables (biomasa, electricidad generada por energía hidráulica, eólica, solar o geotérmica), mejoras en el sistema de manejo y distribución de materias primas y producto terminado (optimización de rutas, métodos de embalaje) y educación a las personas involucradas en estos procesos.

3. Fijar. Los GEI que aún se produzcan deben fijarse por reforestación. Puede ser por propia siembra de plantas y árboles que fijen estos gases, o por la compra de bonos de carbono, donde otra empresa es la que realiza la siembra y mantenimiento de los sumideros de carbono. El caso típico son las plantaciones forestales.

OBJETIVOS

1. Definir el alcance del inventario de emisiones de dióxido de carbono para Azucarera El Palmar.

2. Recopilar datos de consumo de combustibles, energía eléctrica, abonos y otros que generen gases de efecto invernadero (GEI).

3. Determinar las toneladas de dióxido de carbono emitidas por año por Azucarera El Palmar, siguiendo la normativa del Equipo Interinstitucional para el Cambio Climático de Costa Rica.

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MATERIALES Y MÉTODOS

Se toma como base la metodología de UNEP (United Nations Environmental Programme) y la ENCC (Estrategia Nacional para el Cambio Climático).


Definición del alcance de la contabilidad de emisiones de GEI. El alcance de este análisis se definió desde la siembra, mantenimiento y cosecha de la caña de azúcar propia de la empresa, pasando por las labores de corte, alce y transporte, hasta la obtención del producto final.

Se realizó el análisis siguiendo la metodología y datos presentados por el PNUMA (Programa de las Naciones Unidas para el Ambiente) en el

documento: El indicador de GEI: guías del PNUMA para calcular las emisiones de gases de efecto invernadero para empresas y organismos no comerciales y la metodología y datos usados por la EARTH (Escuela de Agricultura de la Región del Trópico Húmedo).

Los puntos considerados fueron:

1. Las emisiones producidas por combustibles para generar la energía requerida en el proceso.

2. Las emisiones producidas por la generación de la energía eléctrica consumida por la empresa.

3. Las emisiones producidas por el transporte. 4. Las emisiones del proceso de producción. 5. La sumatoria de los cuatro puntos anteriores para conocer el

impacto total de la empresa. 6. Definir el indicador adecuado para la industria azucarera.

En general se considera que las calderas de biomasa, emiten la misma cantidad de dióxido de carbono que fijó este combustible durante su desarrollo.

Las emisiones producidas por la generación de energía eléctrica tienen un bajo impacto en el total de GEI, debido a que en Costa Rica el 96 por ciento de esta energía se genera a partir de fuentes renovables: hidroeléctrica, eólica, geotérmica y solar. El valor correspondiente para El Palmar se calculó con base en la factura eléctrica. El detalle se puede ver en el Cuadro 1. En el Cuadro 2 se observa la conversión de energía eléctrica a emisiones de dióxido de carbono equivalente.

Cuadro 1. Datos del consumo eléctrico mensual de El Palmar. Fuente ICE

MesConsumo eléctrico año 2008-2009

(KWH) Consumo eléctrico año 2009-2010

(KWH)

Total 1 184 750 1 125 250

Cuadro 2. Conversión del consumo eléctrico a toneladas de dióxido de carbono equivalente

EnergíaEléctrica

Unidades Base

(KWH) X

Total emisiones CO2 / tipo combustible

(Ton CO2/KWH)=

Cantidad de CO2

liberado (Ton)

Generada por el ICE

08-09 09-10

1 184 750 1 125 250 0.000117

138,02 131,09

382

Las emisiones producidas por el transporte incluyen las emitidas por el equipo de corte, alce y transporte de la caña de azúcar, los cuadraciclos usados en la supervisión de las labores agrícolas, la motosierra y el montacargas. Los datos se presentan en los Cuadros 3 y 4.

En el análisis del proceso se obtienen emisiones de los procesos de aplicación de abonos a las plantaciones de

caña de azúcar y fijación en la sacarosa que se extrae junto al jugo en la molienda.

Las emisiones debidas al uso del nitrato de amonio se presentan en el Cuadro 5. La cantidad de dióxido de carbono equivalente se obtiene usando el factor de conversión presentado por la EARTH (2007).

Las quemas, que se usan sólo en la cosecha de caña manual, principalmente en los terrenos de los productores independientes (cargada y transportada al ingenio por El Palmar), generan emisiones de dióxido de carbono. El cálculo se realiza por hectárea, basándose en los datos presentados por SILVA, 1997. Los datos se presentan en el Cuadro 6.

Cuadro 3. Toneladas de dióxido de carbono equivalente emitido por el uso de combustibles líquidos para las operaciones de transporte. Tomado de los consumos de combustible de junio de 2008 a julio 2009

Tipo de Combustible

Unidades Base (l)

XTotal emisiones CO2 / tipo

combustible(Ton CO2/l)

=Cantidad de CO2

liberado (Ton)

Gasolina 08-09 09-10

5 131, 43 3 835,00

0.00222 11.39

8.51 Diesel 08-09

09-10 1 291 960, 00 1 221 832,00

0.00268 3 462.45

3 274.51

Cuadro4. Toneladas de dióxido de carbono equivalente emitido por el uso de combustibles gaseosos para las operaciones de transporte. Tomado de los consumos de junio de 2008 a julio 2009

Tipo de Combustible

Unidades Base (kg)


combustible(Ton CO2/kg)

=Cantidad de CO2

liberado (Ton)

LPG 08-09 09-10

2 522,73 2 568,18

0.00302 7.62

7.76

Cuadro 5. Toneladas de dióxido de carbono equivalente emitido por la fertilización con nitrato de amonio en las plantaciones de caña.

Tipo de Abono

Unidades Base (kg)


abono (Ton CO2/kg)

=Cantidad de CO2

liberado (Ton)

Nitrato de amonio

08-09 09-10

1 058 805 1 432 350

0.001033 1 094.15

1 479.62

Cuadro 6. Toneladas de dióxido de carbono emitidas por la quema de caña cosechada a mano, principalmente caña de productores independientes.

Quema de cañaverales

Unidades Base (ha)

XTotal emisiones CO2 /

hectárea(Ton CO2/ha)

=Cantidad de CO2

liberado (Ton)

Caña quemada

08-09 09-10

738,38 4 892,22

8.99 7 178.11

43 981,02

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El dióxido de carbono fijado en la sacarosa se calculó con base en los moles de CO2 fijados por cada molécula de sacarosa. Cada molécula de sacarosa (C12H22O11) fija 6 moles de dióxido de carbono. Así, calculando la cantidad de moles de sacarosa en el azúcar producida por El Palmar se puede determinar la cantidad de

dióxido de carbono fijado. Los datos se presentan en el Cuadro 7.

El balance de emisiones y fijación de dióxido de carbono equivalente se presenta en el Cuadro 8.

El dato de fijación de dióxido de carbono se debe normalizar, es decir, convertir en un indicador que pueda compararse con los datos obtenidos en otros ingenios. Para esto, dividimos el valor mencionado entre las toneladas de caña propia molidas durante la zafra. Los datos y el cálculo de este indicador se presentan en el Cuadro 9.

Cuadro 7. Cantidad de dióxido de carbono fijado en la sacarosa

Tipo de Fijación

Unidades Base (kg)

XTotal fijación CO2 / tipo

fijación (Ton CO2/kg)

=Cantidad de CO2

fijado (Ton)

Sacarosa 08-09 09-10

29 824 169 32 233 070

0.000772 23 024.26

24 883.93

Cuadro 8. Resumen del balance de emisiones y fijación de dióxido de carbono en El Palmar

FuenteCantidad de CO2

emitido/(fijado) 08-09 (Ton)

Cantidad de CO2

emitido/(fijado) 09-10 (Ton)

Energía eléctrica Emisión 138.02 131.09

Combustibles líquidos transporte Emisión 3 473.84 3 283.02

Combustibles gaseosos transporte Emisión 7.62 7.76

Abono Emisión 1 094.15 1 479.62

Quema de cañaverales Emisión 7 178.11 43 981.02

Sacarosa Fijación (23 024.26) (24 883.93)

Total (11 132.52) 23 998.58

Resultado del Balance FIJACIÓN EMISIÓN

Cuadro 9. Cálculo del indicador de fijación de dióxido de carbono para la industria azucarera.

Zafra Toneladas de caña

molida (TCM) Cantidad de CO2 fijado o

emitido=

Cantidad de CO2

fijado por tonelada de caña molida

(Ton CO2/TCM) 2008-2009 319 630.61 (11 132.52) (0.0348)

2009-2010 338 681.62 23 998.58 7.0858

384


En Costa Rica el 96 por ciento de la energía eléctrica se genera a partir de fuentes renovables. La generación de GEI fue en el periodo 2008-2009, 138.02 toneladas y en el periodo 2009-2010; 131.09 toneladas.

El impacto más importante en las emisiones de dióxido de carbono son las quemas de la caña, con 7 178.11 toneladas en la zafra 2008-2009 y 43 981.02 toneladas en la zafra 2009-2010.

El uso de combustibles para labores agrícolas y transporte, entre diesel, gasolina y LPG, representan una emisión de 3 481.46 toneladas de dióxido de carbono en el periodo 2008-2009 y 3 283.02 toneladas en el periodo 2009-2010.

El uso de nitrato de amonio como abono generó emisiones por 1 099.15 toneladas de

dióxido de carbono en el periodo 2008-2009 y 1 479.62 toneladas en el periodo 2009-2010.

La caña de azúcar fija 6 moles de dióxido de carbono por cada mol de sacarosa que produce, de esta manera fijó 23 024.26 toneladas de dióxido de carbono en la zafra 2008-2009 y 24 883.93 toneladas en la zafra 2009-2010.

El balance de emisiones y fijación de dióxido de carbono para El Palmar da como resultado una fijación de 11 132.52 toneladas de CO2 en el periodo 2008-2009 y una emisión de 23 998.58 toneladas de CO2 en el periodo 2009-2010.

LITERATURA CITADA

1. Misión permanente de Costa Rica ante las Naciones Unidas, Reunión Preparatoria Intergubernamental, Comisión de Desarrollo Sostenible, Sesión 15, 28 de febrero 2007.

2. SILVA, E. Control de la Contaminación del Aire en la Industria Azucarera. 1997. LAICA, San José.

3. THOMAS, C.; TENNANT, T.; ROLLS, J. The GHG Indicator: UNEP Guidelines for Calculating Green House Gas Emissions for Businesses and Non Commercial Organisations.2000. United Nations Environment Programme, Suiza-Francia.

4. Universidad EARTH. Neutralidad del Carbono. 2007. EARTH, Guácimo.

5. Articulo en internet. Johnson Controls opta por una caldera de biomasa para su fábrica de Dinamarca. Consultado el 26 de agosto de 2009. Disponible en http://www.infoambiental.es/Agenda/Detalle Agenda

385

EXPERIENCIAS DE MONITOREO CONTINUO DE AGUAS RESIDUALES Y DETERMINACIÓN DE PÉRDIDAS DE AZÚCAR EN EFLUENTES POR

CROMATOGRAFÍA LÍQUIDA DE ALTA EFICIENCIA (HPLC) EN INGENIO EL ÁNGEL, EL SALVADOR

Wanquiriam Asucena Castañeda1; Estuardo Monroy2

1Coordinadora de Sistemas de Gestión Ingenio El Ángel, S.A. de C.V. El Salvador; 2Asesor

RESUMEN

El presente trabajo es una recopilación de las experiencias de Ingenio El Ángel en el monitoreo de agua residual y la relación que existe con la perdida de azúcar, y consecuente pérdida de rendimiento industrial. El objetivo es dar a conocer las experiencias obtenidas, para que sirvan de referencia a otros ingenios, ya que con el monitoreo continuo tanto de los parámetros establecidos por la ley y la determinación de pérdidas de azúcar en el agua residual, se logra identificar mejoras potenciales, que al momento de implementarlas traerán una mejora sustancial en el desempeño ambiental y operativo del ingenio.

Los métodos analíticos utilizados en los parámetros ambientales son el APHA5210B para DBO, APHA5220C para DQO, APHA2540D para Sólidos Suspendidos Totales, Extracción Hexanol para Aceites y Grasas, y para el caso de la metodología por HPLC se basó en los métodos desarrollados en los años 80-90 por la Dra. Margareth Clark de SPRI (Sugar Process Research Institute) de Lousiana, USA, y referenciado en ICUMSA, pero con algunas modificaciones, por

lo cual fue necesario un proceso de validación (Evaluación estadística del desempeño de parámetros).

Los resultados obtenidos fueron exitosos, ya que se logró una reducción de 96 a 97 por ciento en la contaminación del agua referente a los parámetros de DQO y DBO, se logró disminuir las pérdidas de azúcar en el orden de 9 libras por tonelada de caña molida, azúcar recuperada que se vio reflejada en un aumento significativo del rendimiento industrial del ingenio.

Como conclusión principal a este trabajo, el control de la contaminación del agua residual en nuestra industria no se tiene que ver como un gasto, sino como una oportunidad de eficientar el proceso, ya que el azúcar que no va al agua residual, va directo a una bodega.

PALABRAS CLAVE: Aguas residuales, contaminación, pérdida de azúcar, legislación ambiental.

INTRODUCCIÓN

A partir de la revolución industrial del siglo XVIII, la industria ha ido en constante desarrollo, constituyéndose su índice de crecimiento en parámetros de la calidad de vida de su población, bajo el enfoque del desarrollo económico. Sin embargo, hemos creado un desarrollo industrial sobre el planteamiento erróneo de que el planeta puede asumir los altos niveles de contaminación a los que lo sometemos y a estas alturas estamos alcanzando un deterioro medioambiental sin precedentes. Por la preocupación de los países en el daño ambiental que es provocado por la contaminación gradual, en la década de los 70 se aplica el concepto de gestión ambiental.

En El Salvador, los esfuerzos orientados para la protección de los recursos naturales se remontan desde la década de los 80, cuando se crea el Servicio de Parques Nacionales y Vida Silvestre, como una Unidad Especializada de la Dirección General de Recursos Naturales, del Ministerio de Agricultura y Ganadería. Para el año de 1997 el Ejecutivo, considera que es necesaria una Secretaría de Estado que se encargue de formular, planificar y ejecutar las políticas de Gobierno en materia de medio ambiente y recursos


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naturales y crea el Ministerio de Medio Ambiente y Recursos Naturales. En 1998 se publica en el Diario Oficial la Ley de Medio ambiente, que contiene las directrices que las empresas deben seguir para obtener el permiso ambiental de funcionamiento. Luego de la formulación de normativas nacionales en la temática ambiental y la visión de la Administración del Ingenio en pro del mejoramiento ambiental, Ingenio El Ángel inicia sus controles de evaluación de vertidos, para caracterizar e iniciar a disminuir parámetros analíticos fuera de los rangos aceptables y mejorarlos, bajo el lema siguiente "Lo que no se mide, no se conoce, no se controla y nunca se podrá mejorar".

Desde la zafra 2004-2005, Ingenio El Ángel implementó mayores controles en forma sistemática de los parámetros definidos en ley, así como del contenido de azúcar y su influencia, relacionado también con pérdidas de sacarosa. Entre los parámetros a medir están el DBO5, DQO, sólidos suspendidos, aceites y grasas, todos ellos realizados en laboratorios acreditados y con las metodologías requeridas, y el análisis de sacarosa por Cromatografía liquida de Alta Eficiencia (HPLC) en el laboratorio propio de Ingenio, para determinar la calidad del agua residual de cualquiera de los efluentes internos o externos del Ingenio Azucarero.

El presente trabajo se enfoca en compartir experiencias de los resultados obtenidos, el

logro de objetivos medio ambientales y su relación directa o indirecta con la recuperación de azúcar, que como resultado daría mayor rendimiento industrial o envasado al ingenio.

En este trabajo, se presentan y comparten resultados y experiencias de evaluaciones durante varias zafras, que ha apoyado al ingenio al cumplimiento efectivo de controles ambientales regidos en la ley, así como cuantificar potenciales perdidas de azúcar en efluentes, recuperables en su mayor porcentaje al encontrarse o dar seguimiento al origen o causa del mismo, tomándose las acciones correctivas necesarias.

Legislación ambiental salvadoreña

En 1997 se crea el Ministerio de Medio Ambiente y Recursos Naturales MARN, a partir de esta fecha se inician acciones para establecer la Ley de Medio Ambiente, la cual es publicada en el año de 1998. Como parte del procedimiento a ser aplicado por las empresas que ya se encuentran en funcionamiento a la entrada en vigencia de la Ley, según lo establece en el artículo 107 deben realizar un diagnostico ambiental y su respectivo plan de adecuación ambiental (artículo 108). Posteriormente y en un plazo de dos años se debe haber implementado el plan de adecuación ambiental, y las empresas deben estar en cumplimiento con las normas técnicas de calidad ambiental a las que la Ley hace referencia.

Para fines de esta experiencia se toma como referencia la Norma Salvadoreña Obligatoria NSO 13.49.01:09 Aguas Residuales Descargadas a un Cuerpo Receptor. Esta norma contiene los valores máximos permitidos para ciertos parámetros ambientales a los cuales cada empresa dependiendo su rubro debe cumplir.

Monitoreo Ambiental

De acuerdo con la Ley de Medio Ambiente y su respectivo reglamento, es obligatorio realizar un plan de monitoreo de las aguas residuales durante la época de zafra, que como mínimo contenga las mediciones diarias de pH, temperatura, caudal y sólidos sedimentables. Además mensualmente deben realizarse análisis de Demanda Bioquímica de Oxigeno (BQO5), Demanda Química de Oxigeno (DQO), Sólidos Suspendidos totales, Aceites y grasas, Sulfitos y Plomo. Como parte complementaria al monitoreo definido por el ente regulador (MARN), Ingenio El Ángel realiza desde la zafra 2004-2005 el monitoreo de sacarosa en el agua residual con el objetivo claro de determinar la pérdida real de azúcar en el agua que será vertida al cuerpo receptor.

METODOLOGÍA

Como está establecido en la Norma Salvadoreña Obligatoria NSO

387

13.49.01:09 Aguas Residuales Descargadas a un Cuerpo Receptor, los métodos analíticos utilizados por los laboratorios acreditados por CONACYT, para la realización de los análisis requeridos por la norma son:

APHA5210B para DBO,APHA5220C para DQO,APHA2540D para Sólidos Suspendidos Totales y Extracción Hexanol para Aceites y Grasas.

Para el caso de la metodología por HPLC se baso en los métodos desarrollados en los años 80-90 por la Dra. Margareth Clark de SPRI (Sugar Process Research Institute) de Lousiana, USA, y referenciado en ICUMSA, pero con algunas modificaciones, por lo cual fue necesario un proceso de validación (Evaluación estadística del desempeño de parámetros).

ANTECEDENTES

Como parte de un plan piloto para identificar posibles fuentes de pérdidas indeterminadas en el proceso de producción de azúcar, y aprovechando el nuevo equipo (para cromatografía líquida marca Shimadzu), en la zafra 2004- 2005 se contrató la asesoría de un experto para realizar el análisis de contenido de sacarosa en el agua residual, mediante una metodología nueva. Los resultados obtenidos fueron determinantes, por lo que se implementó el monitoreo de este parámetro con cierta regularidad en esa zafra.

Para hacer más contundentes los resultados, se hizo una relación entre los valores de azúcar en el agua residual y la contaminación determinada con los análisis establecidos en la ley de medio ambiente. Al hacer esta relación se concluyó que para lograr el cumplimiento con los parámetros de contaminación ambiental que establece la NSO 13.49.01:09 era necesario reducir la pérdida de azúcar durante el proceso.

Con el objetivo de minimizar las pérdidas de azúcar determinadas por cromatografía, durante el periodo de mantenimiento se evaluaron las condiciones de operación que llevaban al Ingenio a tener pérdidas tan grandes. Esta evaluación dio pie a implementar medidas de producción más limpia, concientización del personal y una supervisión constante de las condiciones que mas contribuían con el incremento de la pérdida de azúcar en el agua residual.

A partir de esa zafra se ha mantenido el monitoreo de las pérdidas de azúcar en el agua residual, que sirven además como indicador de la contaminación del agua.

Medidas implementadas

La base del proyecto consistió en la creación de un departamento de Medio ambiente, el cual está conformado por un coordinador, 3 analistas y 3 personas operativas dentro de la planta, para cubrir los principales puntos de contaminación existentes. Además, se destinó un presupuesto anual con el fin de implementar los proyectos para la mejora en el desempeño ambiental.

Como parte de las medidas de producción más limpia que se implementaron para el cumplimiento del objetivo propuesto se mencionan las siguientes:

Construcción de tanque sedimentador de lodo: El objetivo de esta medida es separar los sólidos en suspensión del agua de lavado de las telas filtrantes, del filtro de cachaza. Esto con el fin de reciclar el agua y evitar que esos sólidos lleguen al cuerpo receptor.

Colocación de charolas recolectoras: Se han colocado charolas recolectoras de jugos, mieles y masas, en los puntos donde podría ocurrir fugas y rebalses, de manera permanente se cuenta con personal encargado de su recolección y retorno de éstos a las unidades para el reprocesamiento. Con esta medida preventiva se ha logrado minimizar las pérdidas del proceso, y mejorar la eficiencia de la producción de azúcar.

Recolección en seco de rebalses: esta es otra medida que se implementó para reducir la contaminación del agua residual. Sello en tanquería: se mejoraron los sellos en todos los tanques, sinfines y recibidores para evitar la fuga de productos azucarados.

388

RESULTADOS

A continuación se presentan los resultados de 6 zafras de monitoreo, en los cuales se puede observar un efecto directo entre la contaminación del agua residual y la pérdida de azúcar, además de ver el efecto de la recuperación de azúcar reflejado en el rendimiento de zafra expresado en libras por tonelada de caña.

En el Cuadro 1 se resumen los resultados obtenidos del monitoreo de los parámetros establecidos por la legislación ambiental. Si nos enfocamos en la DBO5 y la DQO podemos ver que en la zafra 2004-2005 el promedio era de 12,503 y 6,050; y en la zafra 2005-2006 los promedios fueron de 441 y 145 respectivamente, con una reducción de la contaminación en el orden de 96 y 97 por ciento.

En la Figura 1 se puede observar la diferencia en la perdida de azucar expresada en libras por tonelada de caña procesada, las mejoras más drasticas en cuanto a este parámetro se obtienen de la zafra 2004-2005 a la 2005-2006, logrando una reduccion de un promedio de 10.25 libras a 0.55 libras respectivamente. En las zafras siguientes se han tenido resultados por debajo de 1 libra en promedio durante la zafra.

Cuadro 1. Resultados de los parámetros de calidad del agua residual de Ingenio El Ángel de las últimas seis zafras, comparados con la NSO 13.49.01:09.

ZAFRA PARÁMETRO 2004-

2005 2005-2006

2006-2007

2007-2008

2008-2009

2009-2010

NSO 13.49.01:09

Aceites y grasas, mg/l 5.37 4.60 6.30 - 8.75 8.10 30.00 Sólidos suspendidos, mg/l 314 22 55 43 34 27 150 Demanda química de oxigeno, mg/L (DQO) 12,503 441 370 565 382 417 600 Demanda bioquímica de oxigeno, mg/L (DBO5) 6,050 145 133 346 146 225 400 PH 6.29 8.23 8.24 7.67 6.75 7.69 9 Sólidos sedimentables, ml/L 1.45 0.30 1.20 0.04 - - 30 Azúcar Lb/ton caña 10.25 0.55 0.60 0.93 0.78 0.73 1

Figura 1. Comparación de la pérdida de azucar en el agua residual de Ingenio El Ángel, de las ultimas 6 zafras

389

En la Figura 2 se puede observar los promedios por zafra de la contaminación del agua por presencia de azúcar. Los resultados antes mencionados son consecuentes

con los resultados obtenidos en los parámetros de contaminación ambiental, que en este caso solo hacemos referencia a la demanda bioquímica de oxígeno y a la demanda química de oxigeno. Al hacer la comparación nos damos cuenta de que la tendencia es la misma por lo que se puede decir que hay una relación estrecha entre la pérdida de azúcar y la contaminación del agua.

Figura 2. Promedio por zafra de la pérdida de azucar en el agua residual Ingenio El Ángel.

Figura 3. Comparación del rendimiento de azucar de Ingenio El Ángel, de las ultimas 6 zafras.

390

Una relacion interesante que se observa al enfocarnos en la Figura 2 y las primeras dos zafras, que es donde el efecto vió mas marcado, la pérdida de azucar de 10.25 se vió reducida a 0.55 libras por tonelada de caña una diferencia de 9.7 libras, y en la Figura 3 el rendimiento subió de 235.5 a 254.77, con una diferencia de 19.27 libras. No se puede atribuir todo el aumento del rendimieto a las disminuciones de contenido de azucar en el agua residual, pero es evidente que si tiene una relación directa.

En consistencia con la información que ya se ha

presentado, se ilustra en la Figura 4 la mejora sustancial que se observó en los parámetros de calidad del agua residual, muy similar a lo que se evidenció en la Figura 2.

Los excelentes resultados obtenidos en la reducción de la pérdida de azúcar en el agua residual y la mejora en el desempeño ambiental con respecto a los efluentes descargados al cuerpo receptor en los parámetros exigidos por ley, son una consecuencia directa inicialmente de la determinación del principal contaminante del agua “el azúcar”, que aunque para algunos puede ser obvio, no fue hasta la zafra 2004-2004 que se cuantificó, que se le dio la importancia que tenía. De aquí surgió un plan de acción, monitoreo, concientización y supervisión, con el cual se lograron los resultados obtenidos a partir de la zafra 2005-2006.

Como componente final de estas experiencias, se ilustra en la Figura 5 la calidad visual del agua que en la zafra 2004-2005 se tenía, comparada con la Figura 6, tomada en la misma ubicación pero un año después, cuando ya se habían ejecutado acciones para mejorar el desempeño.

Figura 4. Comparación de la calidad del agua residual de Ingenio El Ángel, de los parametros de DBO5 y DQO de las ultimas 6 zafras.

391

Figura 5. Agua de la columna barométrica del Figura 6. Agua de la columna barométrica del Tacho # 2 en la zafra 2004/2005 tacho # 2 en la zafra 2005/2006

CONCLUSIONES

La legislación ambiental salvadoreña vino a contribuir con los esfuerzos ya existentes en relación a la calidad de agua residual descargada por el Ingenio, ya que los parámetros sirvieron de base para enfocar los esfuerzos en la disminución de la contaminación.

"Lo que no se mide, no se conoce, no se controla y nunca se podrá mejorar". Bajo este esquema Ingenio El Ángel midió las pérdidas de azúcar, determinó las acciones de

mejora a implementar, controló la contaminación desde la fuente de generación, y mejoró su rendimiento y desempeño ambiental.

En la industria azucarera se debería incursionar mas en este tema, ya que de acuerdo a los resultados presentados, existe un potencial de mejora de los rendimientos de fábrica, lo que trae consigo una mejora económica para los ingenios.

LITERATURA CITADA

CONACYT, 2009, Norma Salvadoreña Obligatoria NSO 13.49.01:09 Aguas Residuales Descargadas a un Cuerpo Receptor.

http://www.marn.gob.sv/index.php?option=com_content&view=article&id=49&Itemid=84 Historia. [Consultado el 03 de Junio de 2010]

MARN, 1998. Ley de Medio Ambiente. Decreto No. 233

392

MONITOREO CONTINUO DE PROCESOS AZUCAREROS POR CROMATOGRAFÍA LIQUIDA DE ALTA EFICIENCIA (HPLC) EN INGENIO EL ÁNGEL, EL SALVADOR

Cony de Pastore1; Estuardo Monroy2

1Jefa de Laboratorio; 2Asesor Ingenio El Ángel

INTRODUCCIÓNDesde la zafra 2004-2005, el Ingenio El Angel implementó el control sistemático de calidad de procesos azucareros con la metodología HPLC, como herramienta de medición exacta de sacarosa, glucosa, fructosa y dextrana .

El HPLC es una de las soluciones para investigar situaciones típicas como Caídas de rendimiento industrial o agrícola o Dudosas pérdidas totales o indeterminadas que suceden en todas las temporadas de zafra, que en muchas ocasiones son causa de desconfianza entre las diferentes áreas o departamentos de los ingenios azucareros.

Esta evaluación incluye análisis de calidad del jugo Core Sampler, Desmenuzado, Mezclado, Miel Final, Bagazo, Cachaza, y presenta los resultados obtenidos durante la última zafra, con datos desde el 05 de diciembre 2009 al 22 de abril 2010.

OBJETIVOS DEL PROGRAMA HPLC

- Evaluar la calidad de caña

- Evaluar el proceso (jugo, bagazo , cachaza y miel final )

- Evaluar pérdidas en aguas residuales

METODOLOGÍA Y EVALUACIÓN DE PARÁMETROS DE DESEMPEÑO

El procedimiento o protocolo analítico de laboratorio sigue siendo el mismo diseñado entre 1980-1990 por la Dra. Margaret Clarke y su personal en S.P.R.I. (Sugar Processing Research Institute , Inc. ) de Lousiana , USA y referenciados a ICUMSA , pero utilizando equipos de nueva tecnología electrónica operados con Software especializados que hace mas fácil su utilización y cálculos .

La Cromatografía Liquida de Alta Eficiencia, HPLC, es un método de análisis cualitativo y cuantitativo, basado en la separación por métodos fisicoquímicos y posterior determinación de los componentes de una solución de muestra, ya sea de jugo, miel final, extracto de bagazo, cachaza o aguas residuales.

La calidad de un método analítico está altamente asociada a la precisión y exactitud de los resultados que logran una gestión eficaz, por lo que se hace necesario realizar evaluaciones periódicas efectuando la validación y verificación quincenal del método, para efectuar estas evaluaciones se preparan estándares nuevos de referencia en tres niveles de concentración, que se inyectan como muestra desconocida para luego evaluar estadísticamente sus variabilidades. La repetibilidad es un indicador de la buena funcionalidad del equipo, pero además debe evaluarse la exactitud medida como % de diferencia absoluta entre el valor medido y el de referencia. Para evaluar la precisión del equipo se calculan las desviaciones estándar relativas de los tiempos de retención y áreas de picos así como la linealidad para demostrar que el sistema opera con alta confiabilidad .

Es sumamente importante corroborar continuamente este proceso de validación, en especial después de cualquier ajuste, mantenimiento, factores ambientales, etc., ya que son factores de desequilibrio de las condiciones optimas del equipo.

Si no cumple con los parámetros de desempeño y validación deberá efectuarse una nueva calibración analizando nuevamente los estándares de referencia en tres niveles de concentración, como muestra desconocida y evaluar de nuevo estadísticamente sus variables.


393

Finalmente una vez que ha cumplido estos parámetros se evalúa el % de Recuperación del Analito en las muestras en cada uno de los diferentes niveles de concentración, valor adecuado aceptable entre 90-110 %.

Calidad de Caña (Core Sampler) En la Figura 1 se observa que la pureza de la caña (real y aparente), así como concentración de sólidos sacarosa y azúcares reductores desde el 5/12/1009 al 21/04/2010 presenta variabilidad especialmente a finales de zafra.

La calidad de la caña de la zafra 2009/10 es inferior a la zafra 1008/09 (Figuras 2, 3, y 4), al presentar menos sacarosa, menos pureza y más azucares reductotes, lo que no permite un incremento del rendimiento industrial.

Figura 1. Comparativo Pureza Real y Pureza Aparente en Jugo Core Sampler Zafra 2009-2010

Figura 2. Comparativo Pureza Real en Jugo Core Sampler Zafras 2008-2009 y 2009-2010

394

Figura 3. Comparativo sacarosa real zafras 2008-2009 y 2009-2010

Figura 4. Comparativo azucares reductores en jugo Core Sampler, Zafas 2009-2010 y 2008-2009

395

Calidad jugo desmenuzado Para la zafra 2009/10 ell jugo desmenuzado siguió la misma tendencia definida en el jugo

del Core Sampler, con sacarosa y purezas reales con tendencia a la baja e incremento de azucares reductores, lo que incide en menor calidad de jugo en relación a la zafra 2008/09 (Figuras 5 y 6).

Figura 5. Comparativo pureza real y aparente en jugo desmenuzado zafra 2009-2010

Figura 6. Comparativo sacarosa real en jugo desmenuzado zafras 2009-2010 y 2008-2009

396

60.00

62.00

64.00

66.00

68.00

70.00

72.00

74.00

76.00

78.00

80.00

82.00

84.00

86.00

88.00

90.00

92.00

94.00

Pureza

INGENIO EL ANGELComparativo Pureza Real y Aparente en Jugo Mezclado

Zafra 2009-2010

PZA REAL APARENTE Linear (PZA REAL) Linear (APARENTE)

PZA REAL

PZA APARENTE

INGENIO EL ANGELComportamiento AR (Azucares Reductores)

Jugo Desmenuzado y Jugo Mezclado2009-2010

0.00

0.20

0.40

0.60

0.80

1.00

1.20

1.40

1.60

1.80

2.00

2.20

2.40

2.60

2.80

05/12/0910/12/0916/12/0922/12/0928/12/0905/01/1011/01/1020/01/1025/01/1031/01/1013/02/1018/02/1023/02/1028/02/1005/03/1010/03/1015/03/1020/03/1025/03/1030/03/1004/04/1009/04/1014/04/1019/04/10

ARD ARM Polinómica (ARD) Polinómica (ARM)

Mezclado

Desmenuzado

-3.00

-1.00

1.00

3.00

5.00

7.00

9.00

11.00

13.00

15.00

17.00

19.00

21.00

23.00

25.00

INGENIO EL ANGELESTIMADO DE PERDIDAS DE AZUCAR POR INVERSION EN MOLINOS (Libras /T.C)

Zafra 2009-2010

Calidad de fugo mezclado o Diluido El jugo mezclado sigue la tendencia de la calidad de caña recibida, a disminuir al final de zafra, con incremento en los

azúcares reductores, aunque es importante evaluar que la pureza real es superior. Debe observarse que en molienda, no se incrementan los azucares reductores del desmenuzado al mezclado, con lo que minimiza las perdidas por inversión, calculados con los datos de glucosa y fructosa reales, (azucares reductores que tienden a incrementar del mezclado al diluido) (Figuras 7, 8 y 9).

Figura 7. Comparativo pureza real y aparente en jugo mezclado zafra 2009-2010

Figura 8. Comparativo azucares reductores del jugo desmenuzado al jugo mezclado zafra 2009-2010

Figura 9. Estimado de perdidas de azúcar por inversión en molinos zafra 2009-2010

397

Calidad de miel final Es siempre característico en la medición de miel final, que la pureza real es

superior a la pureza aparente entre 9 a10 puntos. Al 14/04/10 la pureza real sigue con la tendencia a bajar, y su agotamiento está mejor que la zafra pasada, con lo cual se minimiza perdidas (Figuras 10 y 11).

Figura 10. Comparativo pureza real y aparente en miel final zafra 2009-2010

Figura 11. Comparativo % azucares reductores en miel final zafras 2008-2009 y 2009-2010

398

1.00

1.20

1.40

1.60

1.80

2.00

2.20

2.40

2.60

2.80

3.00

INGENIO EL ANGELZAFRA 2009-2010

COMPARATIVO SACAROSA REAL Y POL EN BAGAZO

SACAROSA POL Linear (SACAROSA) Linear (POL)

Tendenc ia

Sacarosa

Tendencia

Pol

Bagazo Es importante observar que la sacarosa y Pol en bagazo, presentan valores similares con diferencias aproximadas de 0.1 por ciento entre real y aparente, por lo que no existen

diferencias potenciales que se consideran en el balance de sacarosa (Figura 12).

Cachaza Al igual que en el bagazo, las mediciones en cachaza de sacarosa y Pol, son similares; por lo que no existen potenciales diferencias consideradas en el balance de sacarosa (Figura 13).

Figura 12. Comparativo sacarosa real y pol en bagazo zafra 2009-2010

Figura 13. Comparativo sacarosa real y pol en cachaza zafra 2009-2010

399

CONCLUSIONES

En el final de zafra, la calidad del jugo de la caña, observada y medida desde el Core Sampler, primer molino (desmenuzado), jugo mezclado, etc. Menor pureza, mayor AR, que generó menores rendimientos industriales y mayor producción de miel final.

Es importante observar que se mantiene una adecuada asepsia en molinos, analizado a través de la calidad del jugo mezclado, que ha mantenido menores nivel de azucares reductores que el desmenuzado, cuantificándose menores perdidas por inversión.

Desde inicios de zafra, en los análisis de resultados en miel final, existió tendencia importante a menor sacarosa y pureza real, que infiere un mejor agotamiento, pero al 19/04/10 se incrementaron en especial con Azúcares reductores, reflejando mayores pérdidas, cuantificadas en mayor producción de la misma (Superiores a 9 GL/TC).

Para el caso del bagazo y cachaza, los resultados comparativos de sacarosa y Pol, muestran que sus datos son similares, aunque las tendencias reales y aparentes son muy claras en su incremento, seguramente por operaciones de los equipos.

RECOMENDACIONES

El HPLC es de alta utilidad en el control de calidad y de procesos azucareros, en especial en las situaciones en las cuales existe un deterioro en la calidad de productos, normalmente afectado por el incremento de los azúcares reductores.

El Sistema HPLC debe de ser implementado y operado con mucha precisión, y requiere de control continuo sobre la validación del método y personal calificado.

Uno de los principales monitoreos es sobre la MIEL FINAL, principalmente por su nivel “sistemático” de error, ya que por su alto niveles de Azúcares reductores, es de esperarse normalmente 10 % mas de pureza que lo determinado polarimétrico.

En la practica un buen control o monitoreo de la calidad de caña y productos de proceso, provee respuestas a las situaciones criticas de dudas, desconfianzas en los resultados de rendimientos de caña o procesos de agotamiento. Las mediciones sobre bagazo y cachaza, presentan resultados importantes, que en muchos casos, demuestran que los valores polarimétricos son bastante reales.

BIBLIOGRAFÍA

ICUMSA, “Libro de Métodos”, Comisión Internacional para la Uniformidad de los Métodos de Análisis de Azúcar, Berlín, Alemania (2007).

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VENTAJAS Y DESVENTAJAS DEL USO DE UN FILTRO DE BANDA PARA CACHAZA, LA EXPERIENCIA DE AZUCARERA EL PALMAR

Hannia Thiele ; Juan Carlos Rodríguez Azucarera El Palmar, Puntarenas, Costa Rica

RESUMEN

Durante muchos años, el proceso de filtración de cachaza en los ingenios azucareros se ha realizado con los filtros rotatorios al vacío. En Azucarera El Palmar el jugo filtrado producido era turbio y opaco y la cantidad de cachaza era de 70 kilogramos por tonelada de caña molida.

Este trabajo tiene como objetivo principal evaluar la operación de un filtro de banda para cachaza en las condiciones de trabajo de Azucarera El Palmar.

Los datos de Pol y humedad de la cachaza fueron analizados, usando los métodos establecidos por LAICA, con el fin de determinar las diferencias en el comportamiento de esos parámetros entre la operación con filtros rotatorios al vacío y filtro de banda.

Los resultados obtenidos demuestran que la operación del filtro de banda permite disminuir el Pol, la humedad y la cantidad de cachaza por tonelada de caña molida para las condiciones de operación de Azucarera El Palmar.

En la zafra 2006-2007 este valor fue de 67.12 kilogramos de cachaza por tonelada de caña molida. Con el filtro de banda se logró bajar hasta 47.31

kilogramos de cachaza por tonelada de caña molida. Para la zafra 2009-2010 se produjeron 39.79 kilogramos de cachaza por tonelada de caña molida.

La filtración de cachaza, que se realizaba con tres filtros rotatorios, se realiza actualmente con un único filtro de banda, simplificando la operación, pues con dos operarios se logra controlar el equipo.

El Pol de la cachaza se redujo. Este valor pasó de 2.92 en la zafra 2007-2008, a 2.67 en la zafra 2008-2009, y a 2.17 para la zafra 2009-2010.

La humedad de la cachaza disminuyó. Para la zafra 2007-2008 la humedad de la cachaza fue 69.84 por ciento, para la zafra 2008-2009 el valor bajó a 57.21 por ciento y en la zafra recién finalizada fue de 61.17 por ciento.

El jugo filtrado % caña fue 27.2 por ciento para la zafra 2007-2008, de 21.5 por ciento para la zafra 2008-2009 y 23.3 por ciento para la zafra 2009-2010.

El consumo de floculante, que no se usaba en cachaza con los filtros rotatorios, fue 12 ppm con base en caña para la zafra 2008-2009 y en la zafra 2009-2010 fue 8.29 ppm con base en caña.

Se puede concluir que el Pol, la humedad y la cantidad de cachaza por tonelada de caña, así como el jugo filtrado % caña disminuyeron en Azucarera El Palmar con la puesta en operación de un filtro de banda.

INTRODUCCIÓN

En la industria azucarera la tecnología cambia más lentamente que en otras industrias. El tipo de filtro de cachaza más utilizado en la actualidad el rotativo al vacío Oliver-Campbell, que fue introducido en 1935, revolucionando, en ese momento, la operación de filtración de cachaza por el enorme ahorro en mano de obra que representó, comparado con los filtros tipo prensa, (Meade, 1967).

En el año 2006 Azucarera El Palmar conoció una nueva tecnología para la filtración de la cachaza, el llamado filtro de banda. Esta tecnología ya se usaba en manejo de lodos de sistemas de tratamiento de aguas residuales y en la industria de la pulpa de papel. Este filtro incluye etapa de filtración por gravedad, filtración al vacío y prensado de la torta de cachaza.


401

La Gerencia de Azucarera El Palmar tomó la decisión de adquirir este filtro y operarlo con miras a mejorar la calidad de jugo filtrado, así como reducir la cantidad de cachaza por tonelada de caña.

El objetivo principal de este artículo es evaluar el desempeño del filtro de banda en Azucarera El Palmar y compararlo con el de los filtros rotativos al vacío.

OBJETIVOS

Recopilar datos de Pol de la cachaza durante la operación de los filtros rotatorio al vacío y del filtro de banda.

Recopilar datos de humedad de la cachaza durante la operación de los filtros rotatorio al vacío y del filtro de banda.

Recopilar datos de kilogramos de la cachaza durante la operación de los filtros rotatorio al vacío y del filtro de banda.

Analizar los datos obtenidos y comparar la operación de los dos tipos de equipos.


La determinación de Pol y humedad se realizó en el laboratorio de Azucarera El Palmar usando el método

aprobado por LAICA. Las muestras analizadas fueron las mismas que las utilizadas para la corrida de fábrica.

La determinación de kilogramos de cachaza por tonelada de caña molida se realizó con los datos de romana de patio. Se determinó la masa de caña entregada y la cachaza trasladada al campo.


El filtro de banda requiere para su operación un estricto control del pH de la cachaza y la aplicación continua de floculante.

En Azucarera El Palmar el control de pH se realiza con cinta de pH, manteniendo este valor entre 7.5 y 8.5 aplicando sacarato de calcio haciendo una derivación del área de alcalizado.

El floculante se prepara en dos tanques, se deja hidrolizar y se aplica a la cachaza antes de ingresar al filtro. Se utiliza el mismo floculante que para la clarificación de jugo. El consumo para la zafra 2008-2009 fue de 3 820 kilogramos, lo que equivale a 12 partes por millón con base en caña. Para la zafra 2009-2010 se controló mejor el consumo y se logró llevar a 2 808 kilogramos (8.29 ppm con base en caña).

Si el valor del pH baja de 7.5 o se deja de aplicar floculante la cachaza no forma la torta y el filtro no opera correctamente.

El la Figura 1 se presenta un esquema del filtro de banda. La cachaza, con el pH estabilizado entre 7.5 y 8.5, ya mezclada con el floculante ingresa al filtro y se descarga sobre la tela primaria. La primera etapa es una filtración por gravedad, donde se obtiene un jugo filtrado muy limpio. La banda se mueve hacia la etapa de filtración por vacío donde se extrae otra fracción de jugo filtrado, pero de menor calidad. Finalmente la tela secundaria se coloca sobre la torta de cachaza y exprime el jugo remanente en la cachaza. Las dos telas (primaria y secundaria) se separan y la torta se desprende y cae en la tolva de cachaza. Las telas se someten a un lavado para eliminar los restos de cachaza adheridos a ellas, el agua utilizada se envía a la imbibición de molinos. El jugo filtrado obtenido en las diferentes etapas de filtración se une y se envía a la etapa de alcalizado de jugo.

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Figura 1. Esquema de operación del filtro de banda.

ENTRADA DE CACHAZA

FILTRACIÓN PORGRAVEDAD

FILTRACIÓN POR VACÍO

FILTRACIÓN PORPRENSADO

DESCARGA DE LA CACHAZA

ENTRADA DE CACHAZA

FILTRACIÓN PORGRAVEDAD

FILTRACIÓN POR VACÍO

FILTRACIÓN PORPRENSADO

DESCARGA DE LA CACHAZA

Figura 2. Filtro de banda en operación, con las zonas de filtración señaladas

Durante las zafras 2007-2008, 2008-2009 y 2009-2010 se recopilaron los datos de Pol, humedad y kilos de cachaza por tonelada de caña molida para determinar el efecto producido por la operación del filtro de banda. Los resultados se presentan a continuación.

Cuadro 1. Pol de la cachaza, desviación estándar y pérdidas de sacarosa en cachaza % caña por zafra

Zafra Pol

Cachaza (%)

Desviación Estándar Pol

Cachaza

Pérdidas Cachaza %

caña2007-2008 2.87 0.75 0.184 2008-2009 2.58 1.18 0.127 2009-2010 2.18 0.71 0.086

403

1

2

3

4

5

6

7

Zafra 07-08 Zafra 08-09 Zafra 09-10

Zafra

Se puede observar en el Cuadro 1 cómo para la zafra 2009-2010, se logró reducir el Pol en cachaza y la variabilidad de este dato, debido a la experiencia adquirida por los operadores del filtro. Además, se puede observar una reducción en las pérdidas en cachaza % caña, lo que indica un mejor trabajo en la estación de filtrado de cachaza. En la Figura 3 se puede observar la distribución de los datos de Pol de cachaza por zafra, y el promedio.

En el cuadro 2 se presentan los datos de humedad de la

cachaza. La humedad de la cachaza se determinó con el procedimiento de LAICA.

Se observa una reducción en la humedad promedio (zafra 08-09 y 09-10) de la cachaza de 15.25 por ciento.

En la Figura 4 se puede observar la distribución de los datos de humedad de la cachaza por zafra y el promedio.

En el Cuadro 3 se puede observar la evolución de la cantidad de cachaza separada en el filtro por tonelada de caña molida. Desde el inicio de la operación del equipo se ha disminuido la cantidad de cachaza por tonelada de caña en un 36.66 por ciento, así como la cantidad de viajes de cachaza al campo.

La reducción en el jugo filtrado % caña entre las dos zafras mencionadas fue 5.7 por cicneto en la zafra 2008-2009 y de 3.9 por ciento en la zafra 2009-2010 (respecto a la zafra 2007-2008), lo cual disminuye la carga sobre la etapa de alcalizado y clarificación de jugo (Cuadro 3).

Figura 3. Distribución de los datos de Pol de cachaza por zafra

Cuadro 2. Humedad de la cachaza y desviación estándar por zafra.

Zafra Humedad Cachaza

(%) Desviación Estándar

2007-2008 69.84 0.803

2008-2009 57.21 2.96

2009-2010 61.17 2.786

404

50

60

70

Zafra

Figura 4. Distribución de los datos de humedad de la cachaza

Cuadro 3. Kilos de cachaza por tonelada de caña molida, viajes de cachaza al campo y jugo filtrado % caña para las tres últimas zafras

Zafra Kilos de Cachaza por

tonelada de caña molida (kg/TCM)

Viajes de cachaza al campo por zafra

(12,6 Ton/viaje)

Viajes de cachaza al campo por día de

zafra (12,6 Ton/viaje)

Jugo filtrado % Caña

2007-2008 62.84 17.14 2 005.4 27.2 2008-2009 47.31 12.00 1 200.2 21.5 2009-2010 39.8 11.76 1 069.8 23.3


El filtro de banda es una buena alternativa al uso de los filtros rotatorios al vacío.

Las pérdidas en cachaza % caña (en las tres zafras analizadas) disminuyeron de 0.184 por ciento a 0.086 por ciento. La humedad de la cachaza disminuyó desde que se inició la operación del filtro de banda, 62,84 por ciento a 39.8 por ciento en la zafra recién pasada.

La cantidad de cachaza producida por tonelada de caña molida disminuyó en un 32.81% para la zafra 2008-2009 y en 15.88 por ciento para la zafra 2009-2010 (respecto a la

zafra 2008-2009) con el uso del filtro de banda respecto al filtro rotativo al vacío.

La disminución en la cantidad de cachaza producida por día, permitió reducir, de manera sostenida para las dos últimas zafras, la cantidad de viajes de vagoneta con cachaza hacia el campo en 6 por día, respecto a antes de poner el funcionamiento el filtro de banda.

El consumo de floculante se incrementó de cero con los filtros al vacío a 12 ppm en la primera zafra que se uso el filtro, sin embargo para la segunda zafra se logró bajar a 8.29 ppm con base en caña debido a la experiencia de los operadores en el manejo del filtro.

LITERATURA CITADA

6. MEADE, G. 1967. Spencer-Meade Manual del Azúcar de Caña. Montaner y Simón S.A., Barcelona.

7. TECHNOPULP, 2006. Filtro Vacuum Press VP. Presentación en power point proporcionada por Technopulp, Brazil.

8. TECHNOPULP, 2006. Technopulp Filtration Technology Vacuum Press Filter. Presentación en power point proporcionada por Technopulp, Brazil.

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METODOLOGÍAS PARA LA PROGRAMACIÓN DE LAS OPERACIONES DE LOS TACHOS EN INGENIOS AZUCAREROS

Raúl Sabadí, Rafael Hurtado, Mauricio Ribas, Carlos de Armas, Leopoldo Rostgaard. Instituto Cubano de Investigaciones de los Derivados de la Caña de Azúcar (ICIDCA), Cuba. [email protected]

INTRODUCCIÓN

En la fábrica de azúcar, el jefe de producción dedica la mayoría de sus esfuerzos al área de tachos, dado que debe lograr la calidad establecida para los productos finales con los rendimientos previstos. También debe mantener la acumulación de los materiales intermedios en cantidades adecuadas para mantener una operación estable, así como controlar la demanda de vapor. Por ello, se han estudiado algunos enfoques modernos para síntesis y dirección de procesos que lo puedan ayudar en esta tarea (Sabadí, 2010). En este trabajo se propone utilizar métodos de programación de operaciones discontinuas de la industria química en esta área generalmente discontinua de la fábrica de azúcar, con el fin de sintetizar estrategias de producción que cumplan con los requerimientos mencionados con un mejor aprovechamiento de los recursos.


Cuando se enfrenta el análisis de un proceso discontinuo, los elementos que deben ser tenidos en cuenta son la representación del proceso, los balances de materiales y energía y la

programación de las operaciones. A continuación se describen los métodos que se proponen para cada uno de esos aspectos cuando se aborda el problema de programación de las operaciones de los tachos.

La representación del proceso.

La representación de un proceso, fundamentalmente gráfica, es el elemento primario del que se parte para su análisis. En el caso de los procesos discontinuos se han utilizado representaciones de redes de actividades con recursos limitados y variaciones de éstas. Kondili (1993) propone la representación de red de estados (materiales) y tareas (STN). Graells y col. (1998) desarrollan un enfoque general basado en una representación de red de eventos y operaciones (EON).

Las recetas (recipes) son una de las formas más utilizadas para representar procesos discontinuos de forma no gráfica. Tienen la ventaja de que pueden describir exhaustivamente cada una de las etapas del proceso, a nivel de tareas y operaciones. En estas recetas pueden ser incluidas todas las características relacionadas con el consumo de materiales y otros recursos (vapor, electricidad, equipos, mano de obra, etc.), además de la definición de la duración de cada operación. Esta es una representación que ha ido siendo extendida y mejorada por algunos autores (Graells y et al., 1998) (Cantón, 2003).

En cuanto a la representación del proceso ya sintetizado, la representación gráfica utilizada por todos es el diagrama de Gantt.

En este trabajo se utilizan las representaciones EON y STN, en combinación con el uso de recetas de diferente concepción, para obtener como resultado el diagrama Gantt que representa la programación de operaciones propuesta para el área de tachos.

Los cálculos de balances de materiales

En este trabajo se desarrolla y aplica un modelo no lineal para los balances de materiales en la casa de calderas de un central azucarero. El modelo es fácilmente adaptable a cualquier esquema de fabricación de azúcar y permite conocer los valores de sólidos, purezas y Brix de todas las corrientes en una sola etapa de cálculo,


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por la vía de la optimización. El modelo incluye las siguientes restricciones:

Función objetivo. Ecuaciones de balances de flujos, de sólidos y de purezas.Relaciones tecnológicas y operacionales.Acotaciones de las variables.

Las relaciones tecnológicas pueden cambiar de un esquema a otro y se adicionan al modelo con el objetivo de que se cumplan algunos requerimientos industriales que no se pueden expresar solamente con las ecuaciones de balances. En la medida que estas restricciones tecnológicas se acerquen más a la realidad, más confiables y útiles serán los resultados que ofrece el modelo. En nuestro caso se consideraron el rendimiento y

el crecimiento de los cristales, así como algunas relaciones entre corrientes. Definir valores mínimos y máximos para variables como el Brix y la pureza permite que la solución alcanzada tenga valores apropiados tecnológicamente. También se utilizan las cotas para definir la base de cálculo del sistema y para fijar valores de corrientes debido a requerimientos tecnológicos.

Existen dos niveles de descripción, el proceso o tarea y las operaciones. Para utilizar los resultados del modelo en la conducción del proceso, se hace necesario extender los balances hasta los equipos y las operaciones, los cuales se incluyen en el problema de programación. Por ello se propone otra forma del diagrama de flujo en el que se representan las estrategias de operación (Figura 1). Obsérvese que en ese diagrama cada tarea se describe a través de sus operaciones y se indican los equipos en que se realiza cada una de ellas. En la definición de la receta se incluyen todas las tareas requeridas para producir el material especificado. El balance de materiales se ha especificado previamente a través de coeficientes relacionados con una de las corrientes de entrada o salida del nodo (Sabadí, 2001, 2003). En trabajos anteriores, estos coeficientes se han calculado a partir de un balance global de materiales para el diagrama de flujo y ajustados al número de tareas requeridas para un nivel de producción de un tipo de material en un tiempo definido. Ahora, este balance de materiales se realiza considerando todas las operaciones, por lo que el resultado está realmente ajustado a los equipos y a la estrategia de producción.

Figura 1. Diagrama de flujo a nivel de operaciones para un sistema de tres masas cocidas

407

La programación de operaciones.

El enfoque de red de eventos y operaciones (EON).

Este enfoque se basa en un modelo de programación lineal que permite generar el diagrama Gantt del proceso y después mejorarlo utilizando otro método de optimización. Los planes de producción se describen por medio de recetas, que se definen como la información que permite ejecutar y reproducir el proceso de obtención de un determinado producto. Incluyen las operaciones que deben realizarse, con las correspondientes relaciones de precedencia y/o simultaneidad, así como las correspondientes necesidades de recursos. Se trabaja con las recetas en el ámbito de operación, lo que implica el conocimiento detallado de cada una de las operaciones básicas que deben realizarse en cada etapa de un proceso. La estructura de los procesos es caracterizada por una red de procesamiento a la que se ajusta el balance de materiales previamente calculado a nivel de proceso. Una vez que la red de actividades para una estrategia de producción está definida, el próximo paso es la determinación de los tiempos de inicio y terminación de todas las operaciones involucradas. El modelo incluye ecuaciones para:

- Calcular el tiempo de finalización a partir del tiempo de inicio, la duración y el tiempo de espera antes de descargar el equipo

- Establecer precedencia o simultaneidad entre operaciones - Calcular la duración en función de la carga de trabajo - Calcular el consumo de materiales y servicios en función de la

Carga de trabajo - Establecer límites de disponibilidad de materiales y servicios,

como el vapor por ejemplo

En esta representación del proceso es necesario fijar las duraciones de operaciones y tiempos máximos de espera en equipos, así como la secuenciación de lotes y la asignación de tachos. En este modelo matemático se utiliza la función objetivo de minimizar el tiempo de duración total del proceso y permite estudiar casos en los cuales los tachos pueden ser usados para diferentes tareas. Por ejemplo, un tacho puede usarse para una tarea en un esquema de cocción de masas cocidas de segunda; pero también en una tarea en un esquema de cocción de masas cocidas de primera. Por supuesto, no al mismo tiempo y teniendo en cuenta las características reales de la planta y los requerimientos del proceso. La formulación del problema ofrece un marco flexible de modelación de la situación real para determinar la programación adecuada.

El enfoque de modelo de red de estados.

La característica distintiva de esta red es que tiene dos tipos de nodos: los “estados”, que representan los productos intermedios y finales así como materias primas y las “tareas”, que representan a las operaciones de proceso que transforman el material de uno o varios “estados” de entrada a uno o varios “estados” de salida. El problema de síntesis con enfoque de programación para un sistema discontinuo puede expresarse como: “dados la Red de Estados y Tareas de un proceso discontinuo y un horizonte de tiempo de interés, determinar el "horario" de las operaciones para cada unidad, es decir, qué tareas, si las hay, se realiza en la unidad y en qué momento en el horizonte de tiempo; y el flujo de materiales a través de la red de forma tal que se optimice un criterio objetivo definido”.

Esta formulación se basa en una representación discreta del tiempo. El horizonte de tiempo de interés se divide en intervalos de igual duración, lo que facilita la formulación a partir de una malla de referencia en la que se coloquen todas las operaciones compitiendo por recursos. En la práctica, la longitud del intervalo de tiempo se define como el mínimo factor común de los tiempos de procesamiento involucrados en el problema. En una tarea pueden representarse diferentes niveles de consumo de recursos durante la duración de la misma. Las restricciones fundamentales que deben ser satisfechas incluyen:

a) La resolución de conflictos cuando las tareas deben ser asignadas a unidades de equipamiento,

b) Limitaciones en las capacidades de las unidades y tanques de almacenamiento,

408

c) Los balances de materiales.

Otras restricciones que pueden incluirse son:

d) Entrega de productos y recepciones de materias primas durante el horizonte de tiempo.e) La falta de disponibilidad temporal de equipos. f) La disponibilidad limitada de utilidades y mano de obra. g) Utilización de equipos como unidades de almacenamiento de corrientes de alimentación a tareas. Como función objetivo, el modelo es capaz de acomodar una variedad de medidas económicas o de comportamiento del sistema. El criterio principalmente usado en el estudio presente es la maximización de la ganancia. La ganancia puede expresarse como:

Ganancia = Valor de productos – Costo de existencias - Costo de almacenamiento – Costo de servicios

DISCUSIÓN DE RESULTADOS

Las aplicaciones de software. Todas estas aplicaciones de software se han desarrollado en el ICIDCA como consecuencia de este trabajo y están programadas en lenguaje Borland C++® para sistema operativo Windows (Hurtado y colaboradores, 2002, 2004, 2005).

El software CALIFA 1.0©.Este software permite realizar el balance de materiales en esquemas de producción de azúcar a partir de la definición del esquema de fabricación a emplear en el ingenio. Este esquema puede ser cualquiera definido por el analista y se dispone de un editor que permite su introducción, mediante la descripción de los nodos que lo forman. El modelo matemático es generado de forma automática por el sistema en cuanto a los balances de sólidos, purezas y totales para cada nodo del esquema de fabricación y de acuerdo a las corrientes que intervienen en el mismo. Se pueden incorporar además restricciones adicionales, las cuales define el usuario para considerar aspectos tecnológicos que deben tenerse en cuenta según la tecnología de fabricación analizada, a través de editores destinados para esto. Se ofrece la posibilidad de vincular los balances de energía (vapor y electricidad) a través de índices vinculados a corrientes del esquema. El modelo matemático se resuelve a través de un método de optimización no lineal, utilizando un algoritmo de programación cuadrática sucesiva. En el software pueden seleccionarse diferentes funciones objetivos.

El software PLANAZUCAR 2.0©.Este software permite la programación de las operaciones en el área de tachos utilizando un modelo EON. Se parte de la construcción de las recetas de fabricación de las masas cocidas, asociando las tareas de las mismas al equipamiento disponible en la casa de calderas y estableciendo el orden en que estas recetas se conectan entre sí y se ejecutan en el tiempo.

Se ha utilizado un algoritmo de punto interior, para resolver el problema de programación lineal. Este software permite obtener la duración total más probable del ciclo de trabajo a partir de un análisis basado en el método de Monte Carlo para considerar la incertidumbre en la duración de las operaciones. Como resultados se obtienen el diagrama Gantt de la programación y los perfiles de recursos en el tiempo.

El software PLANAZUCAR 3.0©.Este software permite la programación de las operaciones en el área de tachos de los ingenios azucareros utilizando un modelo STN. Se parte de la construcción de las recetas de fabricación de las masas cocidas, pero en este caso se indica en qué equipos puede realizarse cada tarea, sin asignar uno en particular.

Por ser un problema de programación lineal en enteros (MILP), se resuelve utilizando un algoritmo basado en los métodos Simplex revisado y branch and bound, para las variables enteras. El diagrama Gantt con la secuencia de operaciones, la asignación de equipos y los perfiles de utilización de recursos son los resultados que se brindan al usuario.

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Casos de estudio. A los efectos de validar los métodos de trabajo propuestos y las herramientas de software desarrolladas, se realizaron casos de estudio de ingenios azucareros.

Caso de estudio 1. Se realizó el balance de materiales en una fábrica cubana de azúcar crudo y refino, con capacidad de molienda de 3500 toneladas de caña por día usando el software CALIFA©. Se consideraron las características de un proceso de tres masas cocidas (Figura 1), representándose a nivel de operaciones y equipos (Sabadí y et al., 2003). Los resultados obtenidos no muestran diferencias significativas con los reportados en la fábrica, con valores muy bajos del error relativo.

Caso de estudio 2. Se definió un caso de estudio real basado en el esquema de producción de azúcar crudo de tres masas cocidas con doble semilla de un ingenio azucarero argentino (Ribas y col., 2002) para validar el software PLANAZUCAR 2.0©. Se definieron las recetas y se realizaron los balances de

flujos totales, sólidos y purezas para el esquema completo. Los resultados obtenidos para cada caso se visualizan respectivamente a través del diagrama Gantt de la Figura 2.

Figura 2. Diagrama Gantt y perfiles de recursos

Caso de estudio 3. Con un tercer caso de estudio en un ingenio azucarero cubano se valida el software PLANAZUCAR© 3.0 del ICIDCA (Sabadí y etal., 2006). En la Figura 3 se observa una parte de la representación STN y una parte del diagrama Gantt de la programación obtenida. A pesar de que no se definieron los detalles de las operaciones correspondientes a cada tarea en las recetas, se comprueba que el modelo admite perfectamente esta definición. Esta solución permite que se utilicen de una forma más efectiva las capacidades instaladas ya que no se trabaja con una propuesta inicial que puede hacer inflexible el análisis. Por supuesto que cualquier solución deberá tener en cuenta la conectividad real entre los equipos del área de trabajo para evitar soluciones no factibles en la fábrica. Esto también puede incluirse en las restricciones del problema y considerar incluso la necesidad de instalación de nuevas tuberías y sistemas de bombeo.

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Figura 3. Representación STN y diagrama Gantt en PLANAZUCAR© 3.0

CONCLUSIONES

Es posible utilizar los métodos de programación de operaciones de plantas discontinuas de la industria química en la síntesis y dirección del proceso de fabricación de azúcar en la casa de calderas, para lograr un mejor aprovechamiento de los recursos.

Se construye, por primera vez, un modelo no lineal para los cálculos de balances de materiales en la casa de calderas, demostrándose sus ventajas al ser una mejor representación de las características tecnológicas del proceso. Se diseña e implementa el software CALIFA 1.0©, soportado sobre el modelo mencionado anteriormente, siendo probado con éxito en casos de estudio en ingenios de crudo y refino.

Se aplica el enfoque de red de eventos y operaciones (EON) en la programación

de operaciones de los tachos, algo que se hace por primera vez. Se diseña e implementa el software PLANAZUCAR 2.0©,soportado sobre ese modelo e incorporando enfoques proactivos y reactivos para el tratamiento de la incertidumbre, habiéndose probado exitosamente con casos de estudio en ingenios de crudo y refino.

Se aplica el enfoque de red de estados y tareas (STN) en la síntesis de la programación de operaciones de la casa de calderas, que se obtiene por la vía de la optimización directa por primera vez, sin necesidad de asignar los equipos a las tareas por el analista. Se diseña e implementa el software PLANAZUCAR 3.0©, soportado sobre este modelo, que ha sido probado con casos de estudio reales.

Los requerimientos computacionales elevados, las fuentes de incertidumbre y los múltiples, y a veces contrapuestos, objetivos, hacen difícil el desarrollo de sistemas generales y eficientes que tengan en cuenta todas las características del proceso, con un enfoque industrial, y que al mismo tiempo no requieran de una elevada calificación del analista. Por ello se recomienda implementar un paquete de programas como soporte a la síntesis y dirección de procesos en la casa de calderas, que incluya los enfoques estudiados.

También se debe incluir un módulo de soporte a la realización de análisis de riesgos y operabilidad en el área, elemento que facilitará la preparación de los operadores con el fin de tratar de que se cumpla con la programación de operaciones establecida (Sabadí, 2009).

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EXPERIENCIAS DE INGENIO EL ÁNGEL EN EL TEMA DE SEDIMENTOS EN AZÚCAR REFINO

Eva Lorena Álvarez Encargada proceso de producción azúcar refino

INTRODUCCIÓN.

Este trabajo tiene como objetivo el intercambio de experiencias con los demás productores de azúcar refino con la finalidad de contribuir en la fabricación de un producto de mejor calidad.

Para mejorar la calidad del azúcar refino es necesario llevar los valores de sedimentos menores a 10 ppm, volviéndose este uno de los mayores retos que tiene en la actualidad la industria azucarera en El Salvador en la exportación de azúcar refino.

Por ello desde la zafra 2008-2009, Ingenio El Ángel ha analizado a profundidad su proceso de producción de azúcar refino, con el fin de identificar áreas y puntos críticos dentro del proceso que puedan afectar los valores de sedimento en el azúcar logrando con ello para la zafra 2009-2010 valores de sedimento más constantes entre 5 y 12 ppm, y disminuyendo la frecuencia de valores arriba de 25 ppm que se obtenían en las zafras anteriores.

Para minimizar el contenido de sedimentos en el azúcar se requiere atención a detalles y disciplina en las diferentes áreas de operación a lo largo del proceso de producción.

Según las experiencias de las zafras (2008-2009 y 2009-2010) se han determinado las siguientes áreas con sus respectivos puntos de control:

Clarificación: control de pH (mantener valores entre 6.8 y 7.2).

Filtración: sistema de pre-capa, operación de filtro (establecer la presión máxima de operación y la duración del ciclo, control de presión a lo largo del ciclo).

Tachos y centrifugas: calidad del agua de condenso utilizada para lavar el grano.

Secado y enfriado: sistemas de filtración de aire y sus controles.

Envasado: sistema de detección y separación de partículas de hierro (adecuada capacidad y limpieza).

Laboratorio: Ambiente adecuado para la realización de los análisis de sedimento, que evite la contaminación cruzada de la muestra, buen manejo de la muestra, selección adecuada de los materiales (papel filtro y toallas para secar la cristalería) y equipos (embudo) utilizados en los análisis.

La determinación del comportamiento de los puntos de control, en las diferentes áreas mencionadas anteriormente, se hizo mediante un trabajo en conjunto entre el personal de proceso y de laboratorio, por medio de análisis de muestras tomadas cada cierto tiempo y bajo determinadas condiciones de proceso. El método utilizado para la determinación del sedimento fue el ICUMSA.

QUE SON LOS SEDIMENTOS EN EL AZÚCAR.

Los sedimentos o material insolubles están presentes en los azúcares refinos como contaminantes, son insolubles en agua y de diferente tamaño de partícula. Están constituidos por sales de calcio (oxalatos, fosfatos, sulfatos) que son precipitados durante el proceso de cristalización, polvo proveniente del aire ambiente (presente como partículas muy finas), fragmentos metálicos (óxidos), incrustaciones, partículas orgánicas carbonizadas, remanentes de ayuda filtrante (tierra diatomácea), fibras textiles, partículas desalojadas de la pintura, carbón activado y bagazo (Poel, et al., 1998).


413

Después que el azúcar es disuelta, esta fina porción de materia insoluble en su mayor parte se manifiesta como turbidez, y su presencia en altas concentraciones en soluciones que después serán utilizadas en procesos industriales provoca un efecto negativo en el desempeño de la unidad de filtración en dicho proceso.

La cantidad de sedimentos o material insoluble encontrada, es generalmente un indicador de la calidad de azúcar (ver Anexo A), y mantenerla en los valores deseados, depende de la atención a detalles y disciplina en la operación de las diferentes áreas del proceso.

ETAPAS DEL PROCESO Y SU RELACION CON EL CONTENIDO DE SEDIMENTOS.

El proceso de refinado de azúcar está comprendido por las siguientes etapas: fundición, clarificación (que incluye calentamiento y adición de químicos), filtración gruesa (filtro cama profunda, que remueve las partículas mayores de 20 µ que vienen con el licor claro), filtración fina (filtro pronto que es una filtración a presión con adición de ayuda filtrante para eliminar partículas entre 2 y 20 µ), cristalización, centrifugación, secado, enfriado, tamizado y envasado. Pero no todas estas etapas tienen una fuerte influencia en los sedimentos, así que para focalizar el problema, se vio la necesidad

de establecer cuáles de estas áreas contribuyen más grandemente en el contenido de sedimentos y que puntos hay que vigilar en ellas.

Ya conociendo que son los sedimentos y como están constituidos (sección 2) se prosiguió a identificar en qué áreas del proceso se podría detectar la presencia de éstos, ya sea por el tipo de proceso o por efecto de contaminación cruzada, para ello se realizó un esquema general del proceso (ver Anexo B) con el fin de identificar que materiales (aditivos, químicos, materia prima, agua, condenso, aire, etc.) interviene en cada etapa del proceso y evaluar si éstos contribuyen o no al contenido de material insoluble (sedimento).

Luego se realizaron varias pruebas visuales y cuantitativas en el laboratorio, para ello se tomo muestras de licor en estas áreas bajo diferentes condiciones operativas. Las pruebas cuantitativas se realizaron bajo la marcha estándar ICUMSA GS2/3-19 (2002) con la única variante que la cantidad de muestra a diluir dependía del tipo de producto a ser analizando (Cuadro 1). Las pruebas visuales se realizaron diluyendo y filtrando la solución azucarada por un papel filtro de 8 micrones, observándolo al microscopio y comparándolo en apariencia con otros papeles filtros con un valor conocido de sedimento. La cantidad de muestra para hacer la solución, también es según el tipo de producto a ser analizado (Cuadro 1), las pruebas visuales se realizaban con el fin de obtener un resultado rápido, ya que el análisis cuantitativo se tarda alrededor de 3 horas, lo cual se convertía en una limitación para las pruebas de proceso.

Cuadro 1. Cantidad de muestra a diluir dependiendo del tipo de producto [Elaboración propia]

Muestra Cantidad * Diluido a un volumen (ml)

Cantidad de sólidos azúcar

Licor clarificado 100 ml 160 85 Licor filtrado 1200 ml 1800 1000

Masa 750 ml 1800 1000 Azúcar 1000 g 1800 1000

* Calculadas en base a los valores típicos de Brix manejados en proceso.

Después de las experiencias vividas y varias corridas de sedimento realizadas a lo largo del proceso en las últimas temporadas de producción (2007 a 2009) se lograron detectar varios puntos que ejercen un resultado negativo en los valores de sedimento en el azúcar y se puso más énfasis en ellos para mantenerlos bajo control logrando valores de sedimento entre 5 y 12 ppm y disminuyendo la frecuencia de valores arriba de 23 ppm. Todas las vivencias en este tema se resumen a continuación.

414

a) Clarificación: Es importante mantener un estricto control de las variables que rigen el proceso de clarificación en especial del pH, ya que la solubilidad del fosfato de calcio incrementa con la caída de pH y si el pH va debajo de 6, el potencial para la post precipitación incrementa. El fosfato de calcio soluble, puede precipitar cuando se pone en contacto con un licor o con pH más alto, ya que este contiene iones calcio libre. Esto puede ocurrir en cualquiera de los tanques a lo largo del proceso, después de la etapa de clarificación y puede resultar en ciclos cortos de filtración o en el peor de los casos, incrementar la turbidez y sedimentos en el azúcar.

En la práctica se observó, que siempre que se presentaba problemas de pH en la clarificación (pH no estable), la muestra de licor clarificado no filtraba a través del filtro de 8 µ, lo que indica alto contenido de sedimentos, tanto en el licor como en el azúcar producida a partir de éste. Esto se observa claramente en la Figura 1. Todos los valores de sedimento arriba de 30 ppm (marcados con un circulo naranja), coinciden con problemas en la clarificación.

b) FiltraciónDebido a que la última etapa, donde se puede eliminar la materia insoluble que acompaña al licor es la filtración fina (filtro pronto para nuestro caso), es de mucha importancia garantizar una buena operación en ella. Una mala operación del filtro, o un mal procedimiento en la formación de la capa de ayuda filtrante en las telas del filtro (pre capa), generan una

contaminación del licor con ayuda filtrante y un licor turbio, todo ésto finalmente va hacia el azúcar, aumentando la cantidad de sedimentos y disminuyendo la filtrabilidad del azúcar, por eso es necesario conocer bien su operación. Para asegurar la operación se realizó lo siguiente:

Muestrear el inicio y fin de ciclo de filtración y analizar visualmente ambas muestras comparando ambos papeles filtros, esto nos ayudara a establecer la presión máxima de trabajo, ya que las fugas aumentan con el incremento de presión. Se puede observar en la Figura 1, que a medida que el filtro se va presurizando el papel filtro utilizado para filtrar la muestra se ve más café y sucio. Este análisis se repitió hasta establecer el tiempo y presión máxima de operación, que para nuestro caso fue 8 horas o 40 psi.

Si en todos los filtros que forman la estación de filtración a presión, se identifican fugas significativas de ayuda filtrante, cuando el filtro comienza a baja presión, probablemente haya un problema en el proceso de formación de pre copa en este caso probar incrementar la cantidad de ayuda filtrante utilizada para la elaboración de pre capa y repetir el test visual.

Realizar cada 2 horas un análisis visual del licor filtrado, con el fin de asegurar que no haya fugas de pre capa, si se detecta pre capa en el licor, parar inmediatamente el filtro y revisar que las telas no estén rotas y que los sellos (O ‘ring) estén bien.

Chequear cada hora la presión en la línea de alimentación y en el filtro, esto nos garantiza que el filtro siempre está bajo presión. Una caída de presión, provoca desprendimiento de la pre capa (ayuda filtrante) y la contaminación del licor con ella y por ende del azúcar. Si hay una caída de presión, se analiza visualmente el licor, para ver si hay presencia de ayuda filtrante, si la hay es mejor sacar el filtro de línea.

Figura 1. Apariencia de papeles filtros a diferente presión

415

c) Tachos y centrifugas

En la zafra 2008-2009, se detecto que el agua de condenso, proveniente de las calandria de los tachos utilizada para lavar el grano, no era de muy buena calidad, contenía muchos sólidos suspendidos y partículas de hierro y un valor de sedimentos entre 1 y 2 ppm, toda esta contaminación estaba pasando al azúcar incrementando su contenido de sedimentos (ver Cuadro 2). Para minimizar este problema, en la zafra 2009-2010 se cambio la cisterna que almacena el condenso por una de acero inoxidable y se pusieron en ambas líneas de alimentación de condenso, filtros mangas de 5 µ en la red de tachos y de 1 µ en la red de centrifugas. El comportamiento de los sedimentos se muestra en la Figura 2.

Cuadro 2. Sedimento antes y después de las centrifugas [Elaboración propia]

Sedimento Masa (ppm)

SedimentoAzúcar húmeda

(ppm) 8.40 21.60

20.80 23.80

24.00 25.60

d) Secado y enfriado:

Se detectó, al ver los papeles filtro que resultan del análisis de sedimento de azúcar, que había presencia de fibras en grandes cantidades, por lo que se comenzó a rastrear de donde venían y se encontró que estas fibras se estaban desprendiendo de los filtros que utilizan para

filtrar el aire de entrada a la secadora y enfriadora. Una de las causas encontrada, fue que los ventiladores tienen una capacidad más grande que la requerida, por lo que el flujo de aire era excesivo, provocando que a su paso desprendiera el material que forma el filtro y pre filtro de aire, este problema se solvento poniendo dámperes en ambas entradas de aire para regular el flujo de entrada. Otra causa detectada es que para la zafra 2008-2009 se cambio proveedor y marca de filtros y su calidad no era igual, puesto que este problema no se observo en la temporada pasada. Para prevenirlo, se pusieron unos marcos con tela de la utilizada en los filtros prontos para que sirvieran de filtros trampa, la reducción del flujo de aire y los filtros trampa ayudaron a solventar este problema.

e) Envasado:

Debido a que la mayoría de equipos en el proceso son de hierro se debe de tener en la línea de envasado imanes con adecuada capacidad e intensidad magnética, así como también planes de limpieza de los mismos, para garantizar una azúcar libre de partículas magnéticas. Las partículas de hierro además de afectar la calidad y apariencia del azúcar, por su alta densidad tienden a afectar la medición de los sedimentos, incrementando el resultado, una partícula de hierro de 0.5 mm de tamaño que pesa 1 mg corresponde a 2 ppm de sedimento medido por el estándar ICUMSA test con 500 g de azúcar.

f) Laboratorio:

Se hicieron todas las correcciones y se tomaron todos los cuidados en las diferentes áreas del proceso para disminuir el contenido de sedimentos en el azúcar, pero, como se puede ver en la Figura 2 aunque el proceso estuviera bajo control los resultados de los análisis de sedimentos eran muy variables, con valores altos y bajos y la mayoría arriba del valor a cumplir 10 ppm y las muestras que se mandaban a analizar a los laboratorios exteriores reportaban sedimentos más bajos que los reportados por nuestro laboratorio (ver Cuadro 3).

Cuadro 3. Comparativo de resultados de análisis de sedimento entre laboratorios [Elaboración propia].

Sedimento ppm

No. Muestra Laboratorio

externoLaboratorio

Ingenio1 13 23

2 10 25.4

3 5 27.2

416

Al ver ésto y consultar nuevamente el manual de ICUMSA se encontró que el alcance del método es aplicable para azúcar blanco que contienen más de 10 mg de material insoluble / kg de azúcar (equivalente a 10 ppm), para niveles más bajos es necesario estudiar la modificación del método. En base a esto se comenzó a revisar el método y se detecto lo siguiente:

El error del método se reduce entre mayor sea la cantidad pesada, por ello en lugar de pesar 500 g se pesaban 1000 g y se diluía a un volumen de 1800 ml, esto también servía para indicar si hay algún problema en el proceso, ya que si lo hay la solución de azúcar con 1000 g no filtra.

El tipo de embudo utilizado, no hacia un buen sello con el porta filtro, y estaba permitiendo que el azúcar pasara a la orilla del papel quedando acumulada ahí, por lo que a la hora de pesar el papel filtro era contabilizada como sedimento, dando como resultado un valor final más alto que el realmente contenido en el azúcar. Para comprobar este efecto se realizaron varias pruebas que consintieron en filtrar tres veces la misma solución de azúcar, utilizando cada vez un papel filtro diferente, para el tercer filtrado se lavo la orilla del papel, cada papel filtro se ponía a desecar para luego ser pesado y determinar sus sedimentos. Este procedimiento se repitió tres veces con tres tipos diferentes de papel. Luego se realizaron

tres pruebas filtrando únicamente una vez la solución de azúcar pero lavando la orilla del papel filtro.

Los resultados de estas pruebas se muestran en el Cuadro 4 y nos afirman que si se estaba acumulando solución azucarada en la orilla del filtro no importando que el papel fuera hidrófobo, puesto que al filtrar la solución muestra por primera vez todos los sedimentos en la solución tendrían que quedar retenidos en el papel filtro y ese sería el resultado de la prueba, y si volvemos a filtrar el filtrado proveniente de la solución muestra (segunda filtración) el resultado debería de ser cero o cercano a cero, lo cual como se puede ver en los resultados para la segunda filtración en el Cuadro 4 no se da, esto es porque se está pesando también el azúcar retenido en la orilla y no solo el sedimento en la muestra. Cuando se toma este filtrado proveniente de la segunda filtración y se hace una tercera filtración y también se lava la orilla del filtro con una pizeta antes de removerlo del equipo de filtración, el resultado de la prueba es cercano a cero como se ve en el Cuadro 4 para la tercera filtración.

Las muestras 4, 5 y 6 que se hicieron filtrando una vez y lavando la orilla del filtro muestran resultados constantes (1, 1 y 2.8 ppm) y mas lógicos que los obtenidos en las muestras anteriores, ya que al lavar la orilla nos estamos asegurando que en el papel filtro solo quede el sedimento y no solución azucarada. El lavado de la orilla se realiza después del lavado sugerido por el método, removiendo el embudo y manteniendo el sistema con vasillo.

Cuadro 4. Resultados de pruebas con corrección del método lavando orilla del papel filtro [Elaboración propia]

Sedimentos (ppm)

Sin lavar orilla de papel filtro

Lavando orilla de papel filtro No.

Muestra PrimeraFiltración

Segunda Filtración

TerceraFiltración

PrimeraFiltración

Tipo de papelfiltro

utilizado en el

análisis

1 13.2 5 0.3 - Camlab 42.5 mm 5 a 8 µ

2 28.7 21.2 0.7 - Hidrófobo

325.5 26.25 1.3 -

Watman 47 mm

8 µ

4 - - - 1 Camlab 42.5 mm 5 a 8 µ

5 - - - 1 Hidrofobo

6- - - 2.8

Watman 47 mm

8 µ

417

Al observar los papeles filtros después de ser pesados se veían una serie de impurezas que no provenían del proceso como fibras de toalla, mota de papel, pelos, etc., todo esto es contabilizado como sedimento a la hora de pesar el papel filtro, incrementando el valor numérico del resultado, aunque realmente no está en el azúcar, sino que es producto de una contaminación cruzada. Este detalle era el que causaba que a veces el resultado del análisis de sedimento no coincidiera con la apariencia del filtro, papeles filtros que tenían una apariencia buena (a simple vista se veían limpios) tenían sedimentos más altos que papeles filtros que se veían mas coloreados y sucios. Parte de este problema se solvento utilizando un papel especial para secar la cristalería (libre de mota) y suspendiendo el uso de toallas, papel toalla y papel higiénico, todo esto sumado a la concientización del personal del cuidado que se debe de tener (tapar las muestras, no dejarlas a la intemperie, no tocar los papeles filtros con la mano, lavar bien la cristalería a utilizar, etc.) al momento de realizar el análisis, a partir de esto los resultados fueron más estables y consistentes (Figura 2, línea verde) con un promedio de 10 ppm y valores mínimos de 2.5 ppm que nunca se habían obtenido.

Figura 2. Comportamiento de los valores de sedimento del azúcar refino a lo largo del periodo analizado Indica problemas en clarificación

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES.

El test de sedimentos es muy difícil de realizar pero es uno de los test requeridos para el control de la refinería y para evaluar la calidad del azúcar es por eso que se debe de evitar cualquier situación durante la realización del análisis que genera un incremento no real del valor final, que no permite ver donde realmente está el problema y limita la comercialización del azúcar, por lo que se recomienda:

Evitar la contaminación cruzada de la muestra, hacer el análisis en un espacio independiente de los otros análisis, y con cristalería exclusiva. Hacer pruebas de comprobación del método y modificación de este si es necesario.

No importa el tipo de papel filtro que se utilice (hidrófobo o no) este siempre retiene solución azucarada en la orilla (parte donde no hay vacio) por lo que es necesario lavar con una pizeta.

Antes de evaluar un proceso por medio de un análisis de laboratorio se debe de estar seguro que el método a utilizar sea el adecuado para que los resultados sean consistentes, para ello se recomienda evaluar el método con un blanco u haciendo una prueba de la prueba.

418

Una vez comprobado el método hacer una corrida de sedimentos en las áreas del proceso y ver el comportamiento de éste; ésto nos servirá para identificar las áreas que más influencia tienen en el sedimento del producto final y que necesitan mayor atención a los detalles.

Si se cuenta filtración a con presión establecer por medio de un test visual la presión máxima de trabajo y tiempo de duración del ciclo a la cual la calidad del licor no se ve afectada por las fugas, además de chequear por lo menos cada hora la presión en la línea de alimentación entrada y en el filtro para asegurar que el filtro siempre este trabajando bajo presión.

Para las refinerías que trabajan con fosfatación y clarificación, el control de pH es sumamente importante para evitar una post precipitación del fosfato de calcio que al final es medido en el azúcar como sedimento.

También en el proceso se puede dar la contaminación cruzada por lo que se recomienda chequear la calidad de los insumos utilizados en el proceso de producción (agua, aire, etc.)

Chequear la calidad de los filtros utilizados para la filtración de aire.

Hacer un programa de limpieza en los imanes y revisar su capacidad.

Aplicando todos los puntos descritos anteriormente se logro una mejoría en la calidad de azúcar respecto a sedimentos pero todavía no se logran valores constantes entre 5 y 10 ppm, por lo que la tarea de investigación sigue durante las próximas zafras, hasta lograr el objetivo de cumplir con los requerimientos de los clientes.

5. BIBLIOGRAFÍA

Poel, P.W. van der; Schiweck, H.; Schwartz, T. (1998): Physical and chemical criteria, Sugar Technology. Verlag Dr. A. Bartens, Berlín, 98-99.

419

Anexo A. Especificaciones para Azúcar Refino

420

A Bvegetal 2 Azucar Azucar

80°C blanca

300 ppm 65ºBrix

150 ppm Clarificacion Sacarato 9-10° Baume

10 ppm

(M H-FOR-01--M H-FOR-02)

Filtracion BDF

Filtrado Pronto

Turbidez:

Semilla

(M H-FOR-03)

(4 veces consecutivas)

Sirope 4

10-20 mg/Kg

(M H-FOR-04)

(LAB-PC-01) Especif icaciones producto

terminado

PCC 1

1-Agua a 80°C (M H-FOR-05)

2-Hidroxido de calcio ó

Lechada de cal Almcenamiento

3-Acido Fósforico 300 ppm Maximo 2 años

4-Decolorante 150 ppm (LAB-PC-01-FOR-07) Ingreso

5-Floculante (taloflote) (CAM -M P-02-FOR-03)

12 ppm Salida

6- Licor fundido

7- Alcohol Isopropilico8-Azúcar molida9- Agua caliente a 80ºC10- Aire filtrado y calentado a 65ºC11-Aire Temperatura amb12- Vitamina A13- Empaque polipropileno

Azucar Refinada

cruda

Empacado

materiales ferricos

Secado a

65°C

Licor clarif icado

Disolución 75ºC

Mezcla de Azucar 1°, 3° y 4°

Azucar Blanco Directo

Deteccion de matales

Ferricos y no Ferricos

Licor Filtrado

Calentamiento 85ºC

Centrifugado

Enfriado 35°C

Templas 1, 2, 3 y 4

55-65°C

Tamizado

Separacion de

1)Azúcar Refinada

Cristalizacion

Sirope 1, 2 y 3

Licor fundido

(M H-FOR-06)

(FICHA NC+AM )

6

Ferricos

3

Meladura

4

1

Espumas

11

5

2

8

10

9

Terrones

Descartado

7

13

12

1

Anexo B. Diagrama de Flujo de Proceso de Refino de Azúcar

421

AUDITORÍA AGRO-INDUSTRIAL AZUCARERA UNA HERRAMIENTA DE EVALUACIÓN EN ZAFRA

Estuardo Edmundo Monroy

Consultorías Especializadas Monroy, S. A. Guatemala, C. A.

RESUMEN

El presente trabajo plantea un modelo de evaluación que he sistematizado en los últimos años para la ejecución de “Auditorias o Diagnósticos de Calidad del Proceso Agroindustrial Azucarero”, con el objetivo de plantearla y puedan utilizarla como referencia para su aplicación práctica. Es importante mencionar que todos evaluamos y en muchos casos con detalles profundos los procesos, pero el concepto que planteo como importante es que la evaluación es “Agroindustrial”, o sea realizada por uno o varios evaluadores conjuntamente del área agrícola, industrial y al laboratorio, y no por áreas individualmente, porque la información es muy fácil de sesgarse.

El Diagnóstico inicia con un plan de recolección de información de manera relacionada, y en el trabajo se presentan graficas o data informativa a manera de ejemplo, sobre los típicos “insumos” que deben ser evaluados en conjunto con los expertos, para observar “tendencias y puntos de mejora” relacionados finalmente con resultados de rendimiento agrícola o industrial de la zafra,

llevándonos a conocer causas y/o efectos potenciales en los procesos.

EL PROCESO DE DIAGNÓSTICO

Insta a recolectar una serie de datos informativos en el área agrícola, industrial y laboratorio que directa e indirectamente están relacionados con la eficiencia del “proceso agroindustrial”.

Datos Agrícolas mínimos

1. Condiciones climatológicas durante la época de no cosecha y cosecha de la zafra correspondiente, tales como luminosidad, precipitación pluvial, temperatura, humedad relativa, velocidad del viento, etc.

2. Operaciones de Gestión de Cosecha, como lo es la programación de cosecha, madurez de la caña, edad al corte, horas de quema, aplicación de madurantes, trash o basura, composición varietal, riegos, etc.

Factores Industriales o de Fabricación

1. eficiencias y recuperaciones en ingenio o fabricación, desde preparación de caña, eficiencias en molinos, extracción diluida, extracción de sacarosa, imbibición % caña, fibra % caña, recuperación, retención, eficiencia de fabricación, % recirculación de mieles, etc.

Factores de Medición por el Laboratorio 1. Sistema, métodos analíticos y fórmulas de cálculos de

rendimientos: a. Potencial total agrícola en campo (al corte, a la quema, al

ingreso al ingenio) b. Total agrícola de campo (ajustado al ingenio o sea

comercial) c. Rendimiento industrial estimado a Pol base 96. d. Rendimiento envasado.

2. Cálculos y resultados del balance de sacarosa (recuperación y pérdidas, como en miel final, bagazo, cachaza, indeterminados, etc.)

3. Fórmulas y cálculos de eficiencias y recuperaciones en fabricación antes mencionadas.

422

SITUACIÓN TÍPICA O COMÚN QUE SUGIERE UNA AUDITORÍA O DIAGNÓSTICO….LA TÍPICA Y DESCONOCIDA CAÍDA DE RENDIMIENTO!!!

Factores AgrícolasEL PRINCIPIO DEL PROCESO……………”EL AZUCAR SE PRODUCE EN EL CAMPO”

Precipitación Pluvial (Ejemplo 2005-2006)

423

Variedad %

CP 72-2086 68.12%

CP 73-1547 6.72%

CP 88-1165 6.22%

CP 88-1508 0.35%

PR 75-2002 5.89%

CG 96-40 1.38%

CG96-59 1.51%

CG 96-135 0.57%

TempranaIntermediaTardía

6.72%77.95%15.33%

100.00%

Composición Varietal y su tipo en su momento real cosechado

m

424

Semana 1 Semana 2 Semana 3 Semana 4 Semana 5 Semana 6 Semana 7 Semana 8 Acumulado

Caña Seca 0.08 0.11 0.05 0.02 0.04 0.03 0.00 0.02 0.05

Raices 0.11 0.08 0.07 0.06 0.07 0.07 0.00 0.06 0.07

Lalas 0.30 0.41 0.37 0.29 0.37 0.34 0.00 0.44 0.36

Hojas 2.45 1.74 1.42 1.03 1.27 1.63 0.00 1.33 1.53

Cepas 0.61 0.39 0.34 0.31 0.34 0.31 0.00 0.32 0.37

Tierra 0.45 0.42 0.42 0.28 0.34 0.25 0.00 0.21 0.34

Mamones 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00

Cogollo 0.49 0.51 0.63 0.61 0.51 0.60 0.00 0.64 0.57

% Trash 4.48 3.65 3.31 2.58 2.95 3.24 0.00 3.03 3.30

Porcentaje de Trash -- 2009-2010

Composición varietal ingresando Edad real al corte

Número de cortes (Cosechas) Curvas de madurez

Trash

425

Horas Quema

0 a 24 horas 24 a 36 horas Total menos de 36

horas 36 a 48 horas

Total menos de 48 horas

14.75 66.69 81.45 17.66 99.11

Y agrupar semanalmente por finca, con la mayoría de los factores o parámetros que principalmente afectan, para tomar decisiones….

Factores de ingenio o de fabricación

Calidad de caña ingresando

426

Extracción Real vrs Teorica

40

75

-9 29

52

3675

2820

4024 23

-20.00

0.00

20.00

40.00

60.00

80.00

1 2 3 4 5 6MOLINO

% E

XT

RA

CC

ION

Real

Teórica

Índice de preparación de caña Extracción del tándem de molinos

Inversión bacterial desde jugo primario o desmenuzado hasta jugo clarificado

427

ANALISIS DE DIFERENTES MODELOS MATEMATICOS PARA COMPARAR EL SISTEMA PCC Y OTMODELOS MATEMATICOS PARA PRONOSTIDATOS SISTEMA PRENSA DATOS CALCULADOS PRENSA OTROS BRASIL/GUATEMALA LOUSIANA (USA) SALVADOR1GUATE.1 GUATE.2 GUATE.3

DIA PESO POL BRIX JUGO % FACT FACT FACTOR Fib%Cañ 0.08856 0.953 fact.fijos f.fijos f.fijos jugo/trash con jugo sin jugo

TORTA JUGO JUGO CAÑA BRIX POL F.W.C.c Directa Fib%Caña Ren.Agr. Ren.Ind. Ren.Agr. Ren.Ind Ren.Ind. Rend.Ind. Rend.Ind Rend.Ind.

1 137.62 14.08 17.25 72.48 0.98 0.97 0.90489 12.94 12.19 238.93 196.25 241.11 206.28 157.55 202.95 211.40 200.54

2 145.73 14.07 16.83 70.85 0.98 0.97 0.91660 13.07 12.91 236.81 197.02 240.59 208.50 158.90 200.83 209.20 202.99

Sistemas, equipos, fórmulas y cálculos de laboratorios de caña y fábrica.

Fórmulas de Cálculo del Rendimiento de Caña

Revisión de metodologías analíticas diferentes y su validación:

Polarimetría convencional y Near Sistemas Near HPLC

428

CONCEPTOS UNIDAD INGENIO 1 INGENIO 2 INGENIO 3

A LA FECHA 29-ene-10 30-ene-10 27-ene-10

DIA ZAFRA DIAS 78 76 76

CAÑA MOLIDA Tons. 445068.03 661506.49 816,901.00

CAÑA MOLIDA POR HORA Tons. 285.42 390.52 556.00

PRODUCCION TOTAL qq 916591.50 1492260.65 1,747,485.00

POL. AZUCAR BLANCA % 99.72 99.57 99.42

COLOR AZUCAR BLANCA I.U. 155.09 186.00 343.00

STOCK PROCESO qq 12881.00 16244.34 19,919.00

POL / CAÑA % 12.57 13.21 12.75

FIBRA / CAÑA % 12.61 12.92 13.41

MACERACION % CAÑA % 25.98 21.77 29.44

EXTRACION% J. DILUIDO % 99.40 94.15 97.60

BAGAZO / CAÑA % 26.58 27.62 30.27

HUMEDAD BAGAZO % 50.09 50.34 52.94

POL . BAGAZO % 1.70 2.01 2.30

EXTRACCION POL / CAÑA % 96.40 95.74 94.55

CACHAZA / CAÑA % 5.92 4.07 5.000

POL CACHAZA % 1.31 1.36 1.77

BRIX MIEL FINAL % 84.73 86.34 86.34

POL MIEL FINAL % 32.44 27.79 32.88

PZA. MIEL FINAL % 38.29 32.18 38.08

BRIX PRIMARIO % 17.00 19.70 16.50

POL PRIMARIO % 15.16 16.32 14.77

PZA. PRIMARIO % 89.18 83.05 89.52

PZA. DILUIDO % 88.81 81.72 87.93

MIEL FINAL gal / TC 5.99 7.02 5.45

RENDIMIENTO FISICO lb /TC 205.94 228.15 216.35

RENDIMIENTO BASE 96 lb / TC 216.06 235.10 222.65

BALANCE DE POL. %CAÑA

PERDIDA BAGAZO % 0.453 0.567 0.690

PERDIDA CACHAZA % 0.078 0.053 0.070

PERDIDA MIEL FINAL % 1.256 1.202 0.840

PERDIDA INDETERMINADOS % 0.411 0.104 0.410

PERDIDA TOTAL % 2.197 1.926 2.060

RECOBRADO % 10.371 11.285 10.690

POL%CAÑA % 12.568 13.211 12.750

EFICIENCIA RECUPERACION % 82.52 85.42 83.84

TIEMPO PERDIDO FABRICA % 3.45 6.570 9.80

TIEMPO PERDIDO TOTAL % 16.57 6.570 13.70

Otros Cálculos:

RETENCION % 85.60 89.22 88.67

FWC - JUGO DILUIDO - % 0.950 0.911 0.945

BHE - EFICIENCIA FABRICA- % 90.144 97.988 93.824

DEBE MEJORARPELIGRO Y/O DUDABIEN

COMPARATIVO INTER-INGENIOS

El Cuadro técnico de fabricación, que pudiese aplicar a uno o varios ingenios al mismo tiempo y su código de colores de resultados

CONCLUSIONES

Este Modelo de Diagnóstico, hace una evaluación que parte de una recolección y análisis de datos desde el campo, fábrica y laboratorio, y finalmente el equipo ingenieril debe tomar las

decisiones de mejora, detectadas como no conformidades acorde a los parámetros aceptados.

RECOMENDACIONES

Aplicarlo al principio, a la mitad y al final de zafra, como herramienta de evaluación.

429

APLICACIÓN DE TÉCNICAS DE CONTROL AUTOMÁTICO PARA EL MEJORAMIENTO DE PROCESOS EN INGENIO CENTRAL IZALCO

Giovanni Molina Jefe de automatización, Compañía Azucarera Salvadoreña S.A de C.V.

INTRODUCCIÓN

Para ser competitivos, la industria moderna necesita lograr una optimización de sus recursos, disminuir costos operativos, evitar los problemas de reprocesamiento de productos, disminuir tiempos, etc. El presente documento tiene como objetivo mostrar como los conceptos de control automático son implementados no sólo para hacer que un proceso funcione, sino que también para optimizar el proceso existente y así poder estar siempre dentro del rango competitivo de costos y de calidad.

Específicamente se tratarán dos casos, el primero es sobre cómo se puede mejorar la razón de molida con un sistema ya existente únicamente realizando ajustes a los parámetros de relación de velocidades en el área de preparación de caña, en el ejemplo mostrado se obtuvo un incremento de capacidad de un 4.36 por ciento en la razón de molida.

El segundo caso está dedicado a la reducción de variabilidad en el área de purificación obtenida

únicamente por la aplicación del concepto de tanque buffer, con lo cual se logró una mejora en la estabilidad de lazos de control como lo es el control de pH de jugo alcalizado, el cual tiene una incidencia directa en los parámetros de calidad del jugo y en la formación de azucares reductores.

Palabras clave: Control automático, Sintonía Lambda, Preparación de caña.

ANÁLISIS SISTEMA PREPARACIÓN DE CAÑA

Problemática inicial.

Como mantener constante o incluso incrementar la razón de molida ha sido siempre un tema de discusión, debido a esto se llevó a cabo una investigación sobre el área de preparación de caña, la literatura (Hugot, 1986), indica que uno de los factores que interviene directamente en la capacidad de procesamiento de caña en el molino es el parámetro % de caña preparada, el cual se puede modificar en cierta medida sin necesidad de inversión adicional al sistema ya instalado a través de la altura del colchón de caña que va sobre los transportadores de caña (Figura 1).

Objetivo de la preparación de caña.

El área de preparación de caña, abarca desde las mesas cañeras donde se deposita la caña hasta la banda de hule que alimenta el molino #1 pasando por las cuchillas de diferentes picadoras y pre-picadoras. El objetivo de ésto como su nombre lo indica es la preparación de la caña, es decir procesar la caña entera para volverla trozos más pequeños, incrementando así la densidad y de esta forma poder incrementar la capacidad de la molida. Otro objetivo de esta área es incrementar el índice conocido como Open Cell, índice involucrado con la extracción de sacarosa, pero este no está relacionado directamente con el % de caña preparada sino mas bien con la cantidad y calidad de las cuchillas de la picadoras.

430

r1

h1r2

h2

Figura 1. Efecto de la altura del colchón sobre el % de caña preparada

Hugot, 1986, presenta la siguiente fórmula.

Ec. 1.1

Donde:i= % de caña dejada de preparar.r= Claro entre la superficie del transportador y la parte más baja de las cuchillas de la picadora.h= Altura del colchón de caña.

En la ecuación anterior se observa que el único cambio que se puede realizar sin necesidad de inversión adicional es en el parámetro h (altura del colchón de caña), de aquí que los esfuerzos se encaminaron en esa dirección. Hay que recalcar que se debe tener cuidado con la altura máxima que puede alcanzar el colchón ya que evidentemente no es conveniente sobrepasar la altura al centro del eje ya que cierta cantidad de caña pasaría sobre las cuchillas sin ser procesada.

Sistema preparación de caña implementado en Central Izalco.

En Central Izalco se tiene un sistema que consta de tres mesas alimentadoras, tres transportadores de caña, tres pre-picadoras, tres picadoras de caña, cuatro niveladores y una banda de hule como se muestra en la Figura 2.

431

Transportadora 3Transportadora 2

Banda de hule

Niveladora 1

Picadora 1

Molino 1

Electroimán

Figura 2. Sistema preparación de caña Central Izalco

Efecto de la relación de velocidad entre transportadores

La estrategia de control utilizada se basa en relaciones lineales entre velocidades de dos transportadores contiguos y a esta relación se le conoce como ganancia de un transportador. Esta lógica de control se utiliza debido a que se tiene un sistema cuya dinámica de proceso está en su mayoría constituida por tiempos muertos.

Efecto de ganancia de un transportador sobre las alturas del colchón en el sistema: Si se incrementa la ganancia de un trasportador se incrementa la altura del colchón en los transportadores que están delante de él y el colchón en los transportadores de atrás queda igual.

Efecto de ganancia de un transportador sobre las velocidades del sistema: Si se incrementa la ganancia de un trasportador disminuye la velocidad de los transportadores que están adelante debido a que la altura del colchón se incrementa. Efecto de ganancia de un transportador sobre el % de caña preparada:Si se incrementa la ganancia de un trasportador se incrementa el % de caña preparada siempre y cuando exista una un transportador con una picadora adelante debido a que se incrementa la altura del colchón en los transportadores que están delante de él y según la fórmula de Hugot, 1986, estas variables son dependientes.

PRUEBAS Y RESULTADOS OBTENIDOS.

Una vez que se determinó como modificar el comportamiento de la caña preparada se procedió a trabajar manualmente en conjunto con los operadores para incrementar el colchón de caña en los transportadores teniendo cuidado de no sobrepasar las corrientes nominales de las picadoras, lo cual se vió reflejado en la potencia consumida por las picadoras (Figura 3).

En la Cuadro1 se observa cómo se incrementó la molida en un 4.36 por ciento debido al incremento del % de caña preparada, esto demuestra que invertir adecuadamente en el área de preparación de caña incrementa la molida.

432

Figura 3. Comportamiento % caña preparada durante pruebas

Cuadro 1. Comparación de resultados

Antes Después Diferencia % Mejora Fibra% Caña 12.9 13.1 0.17 1.30Tiempo perdido (%) 0.61% 1.52% 0.9% 147.17% Caña preparada 74.77 80.75 5.98 7.99Capacidad por mejora en % Caña preparada

- 156.71 156.71-

Molida (TCD) 12,214.99 12,747.32 532.33 4.36Nivel transportador caña 1 (m) 1.7 1.8 0.07 3.95Potencia Picadora 1 (KWH) 337.7 366.5 28.79 8.53Potencia Picadora 2 (KWH) 371.2 440.4 69.26 18.66Potencia Picadora 3 (KWH) 717.3 819.7 102.40 14.28

CONCLUSIONES

La razón de molida es directamente proporcional al % de caña preparada.

El % de caña preparada es directamente proporcional a la altura de los colchones

en los diferentes transportadores. El ajuste adecuado de los parámetros del sistema de control en el área de preparación de caña puede generar un incremento de la molida. Es necesario instalar medidores de nivel en los diferentes transportadores para poder implementar un control que optimice él % de preparación de caña sin sobrepasar el nivel del centro del eje de las picadoras.

% Caña Preparada contra Potencia

433

SINTONÍA CONTROL FLUJO DE JUGO ALCALIZADO UTILIZANDO EL CONCEPTO DE RECUPERACIÓN DE CARGA (LOAD RECOVERY)

Problemática inicial. Mantener el flujo de jugo alcalizado es de suma importancia ya que a continuación se encuentra el clarificador tipo SRI que tiene como límite de especificación cambios de flujo de no más de ±100 Gal/min, además la variabilidad de este flujo afecta directamente otras variables tales como:

Control pH jugo alcalizado. Control de temperatura calentador rectificador. Control de nivel tanque flash.Control de dosificación de floculante en clarificadores.

En este caso particular se tiene un control de nivel de tanque de

jugo alcalizado cuya salida es el punto de ajuste remoto de un control de flujo, lo cual constituye una estrategia de control en cascada, además se tienen los siguientes disturbios del proceso:

Cambios en flujo de jugo desarenado. Cambios en flujo de jugo filtrado.

Utilización tanques buffer. Un tanque buffer debe actuar como un filtro de primer orden donde la constante de tiempo está ligada al volumen total del mismo:

Donde h(s) es la función de transferencia que también define un filtro de primer orden con una constante de tiempo . Aun cuando un tanque buffer es capaz de atenuar un disturbio, no será totalmente eficiente su utilización si no se implementa la estrategia de control adecuada.

Figura 4. Efecto de un filtro de primer orden sobre una señal continua

En la Figura 5a (simulación virtual de una planta) se muestra un tanque subutilizado provocando disturbios en control de pH aguas abajo y en la Figura 5b se muestra el mismo tanque siendo utilizado al máximo, lo cual elimina por completo el disturbio en el control de pH.

434

Figura 5. Disturbio en lazo pH aguas abajo

Concepto recuperación de carga (Load Recovery).El concepto de recuperación de carga, como su nombre lo dice, define como un lazo de control de un proceso integrante va a responder ante un cambio de carga o disturbio. Esta respuesta es definida por el usuario dependiendo de las circunstancias específicas de cada proceso y es definida como la constante de tiempo de lazo cerrado, en el método utilizado en este documento se conoce como Lambda y se expresa en unidades de tiempo.

El esquema de control implementado que se muestra en la Figura 5 (simulación virtual planta), utiliza una configuración de control en cascada para eliminar en la medida de los posible las no

linealidades presentes en la válvula y bomba el cual se puede observar en la Figura 6.

Figura 6. Sistema flujo descarga de tanque

En este sistema el control esclavo (control de flujo) debe ser sintonizado de forma tal que su constante de tiempo de lazo cerrado debe ser lo más baja posible (típicamente un lazo de flujo de este tipo tiene una constante de tiempo de lazo cerrado menor a 5 ó 6 segundos), debido a que el error en estado dinámico se vuelve más cercano al ideal que es cero logrando con esto que el control maestro (control de nivel) vea un proceso mucho más lineal y más cercano a un proceso puramente integrante.

Disturbio en pH debido a tanque subutilizado

Disturbio en pH eliminado debido

Nivel Nivel

Disturbioflujo de

Figura 5a Figura 5b

435

Presentación de sistema utilizado en Central Izalco. En Central Izalco se utiliza el método de alcalización en caliente y no se hace el tanque conocido como tanque de jugo alcalizado, sino que se realiza a la descarga del tanque y a la succión de la bomba logrando con esto un menor tiempo de reacción química, debido a esto lo que se tiene es puramente un

tanque buffer, el cual puede ser utilizado con el fin de filtrar los disturbios de flujo provenientes del flujo de jugo desarenado o diluido.

Cálculo de sintonía según sistema analizado. Para realizar una correcta sintonía se realizó una serie de Bump Testpara determinar el modelo que mejor se ajustara al control de flujo de jugo alcalizado (control esclavo) y al control de nivel de tanque de jugo alcalizado (control maestro) dando como resultado la información que se presenta en la Figura 7.

Estas pruebas dieron como resultado los siguientes parámetros de sintonía que se presentan en el Cuadro 2.

Figura 7. Bump Test para cálculo de sintonía control esclavo y maestro de control real

Cuadro 2. Parámetros de sintonía de control en cascada

Kp Tau (Seg) Td (Seg) Lambda (Seg) Kc Tr (Seg)

Control esclavo 1.86 3 2 9 0.09 1.98

Control maestro 0.00566 NA 38 1680 0.203 3397.8

Kp: Ganancia de proceso Tau: Constante de tiempo de lazo abierto Td: Tiempo muerto Lambda: Constante de tiempo de lazo cerrado Kc: Ganancia del controlador Tr: Tiempo reset del controlador

Flujojugo

Válvuladescarg

FlujojugoNivel

Salidacontrol

Bump test

Bump test

436

Al aplicar esta sintonía se obtuvieron los siguientes resultados (Cuadro 3).

Cuadro 3. Beneficios por utilizar nueva estrategia de control

DescripciónControl

Tradicional Nuevo

Control Reducción

desviación estándar (%)

Flujo jugo colado (Gal/min) 82.01 90.96 -10.91 Nivel Tanque Alcalizado (%) 8.45 10.89 -28.88 Flujo jugo alcalizado (Gal/min) 96.99 55.65 42.62

pH jugo alcalizado (pH) 0.13 0.07 46.15 Nivel Tanque Flash (%) 0.61 0.38 37.70

Flujo clarificador tipo SRI (Gal/min) 91.4 55.17 39.64 Flujo clarificador tipo DORR (Gal/min) 4.96 4.13 16.73 Temperatura calentador rectificador (°F) 2.07 1.06 48.79

En el Cuadro 3 se observa que aun cuando se incrementó la variabilidad del flujo de entrada al tanque de jugo alcalizado se redujo la variabilidad de todos los lazos de control aguas abajo y se incrementó la del tanque lo que significa que se mejoró su utilización como tanque buffer.

Es evidente que se obtienen beneficios al implementar correctamente una estrategia de control, en este caso se obtuvieron mejora en una gran cantidad de lazos de control solamente por utilizar mejor la capacitancia de un tanque, adicional a esto se tienen también ahorros en energía eléctrica debido a la disminución de ciclos de las diferentes válvulas involucradas

por ahorro de aire en compresores y disminución del mantenimiento que estas necesitan.

CONCLUSIONES

En este caso particular se redujo la variabilidad del control de pH de 0.13 a 0.07 lo cual reduce la producción de azucares reductores incrementando así la rentabilidad del proceso. La variabilidad en los lazos de control aguas abajo, se redujo 38.6 por ciento en promedio, únicamente por ajustar los parámetros del control de nivel del tanque de jugo alcalizado.

BIBLIOGRAFÍA

E. Hugot, Handbook of cane sugar engineering. 1986 3ra ed. Ámsterdam. G.K. McMillan, Good tuning: A pocket guide. 2005 2da ed. United States of America. Harold L. Wade, Basic and advanced regulatory control: System design and application. 2004 2da ed. United States of America.

437

ADMINISTRACIÓN DE LA ENERGÍA; INDISPENSABLE EN INGENIOS COGENERADORES

Omar Escobar Jefe Administrativo de Fábrica Ingenio La Unión S.A., Guatemala

PALABRAS CLAVE: Energía Eléctrica, Cogeneración, Eficiencia Energética, Optimización.

RESUMEN

La energía eléctrica forma parte de los costos directos de la fabricación de azúcar por lo que así debe ser evaluada. Desde el año 1995 Ingenio La Unión vende su excedente de energía a la red eléctrica nacional, actualmente con 147 millones de kilovatios hora en época de zafra. En el presente artículo se plantea una metodología para la Industria Azucarera, utilizada en La Unión que inicia con Cuantificar; es decir conocer en forma exacta la cantidad de energía consumida en cada una de las áreas de la planta industrial. Luego se evalúa su costo en cada una de los procesos tal como se los cobraría una Empresa Eléctrica externa, se evalúa también la cantidad consumida de energía por tonelada métrica de caña molida y como un último paso esta la optimización; donde se plantean proyectos con objetivos alcanzables y se utiliza un concepto novedoso que es el “Índice de Mejora en el Desempeño” para medir su eficacia. Esta herramienta de gestión sin duda será indispensable en Ingenios

Cogeneradores ya que cada kWh ahorrado será vendido a la red eléctrica nacional y no desperdiciado.

INTRODUCCIÓN

La “Administración” es un proceso que en las empresas nos permite planificar, organizar, dirigir y controlar el uso de los recursos y en este caso de gestionar la energía. El uso eficiente de la energía es evitar el consumo de aquella energía que no aporta mejor confort o no contribuye en lograr una mayor producción. En un mundo que cuenta con recursos naturales finitos y demanda creciente de energía es necesaria una metodología para administrar la energía en los Ingenios Azucareros que les permita mejorar la productividad, logrando más y mejor con menor costo. Se selecciono como caso de estudio a Ingenio La Unión por su buen desempeño en estos aspectos.

LA EMPRESA

Ingenio La Unión forma parte de la agroindustria azucarera guatemalteca, habiendo iniciado sus operaciones industriales en el año de 1971. La caña de azúcar se procesa para la obtención de azúcar, melaza y electricidad como sus productos principales. Actualmente tiene una capacidad instalada para moler 16,330 toneladas métricas de caña al día, produciendo en la Zafra 2009-2010 un total de 301,917 TM de azúcar equivalentes al 13 por ciento del total nacional, produjo 101,867 TM de melaza y vendió a la red eléctrica nacional 147 millones de kWh de los cuales 98.7 por ciento fueron generados utilizando bagazo únicamente.

METODOLOGÍA

La energía eléctrica es un servicio no palpable en la fabricación de bienes. No por ser no palpable, es gratuita, ni por desperdiciarla mejoraremos nuestro nivel ni calidad de vida. Las acciones planteadas a seguir son las siguientes como se muestra en Figura 1.

438

Figura 1. Diagrama básico de Administración de la Energía

Cuantificar

Aquí se trata de conocer en forma exacta la cantidad de energía consumida, no solamente del total de la fábrica, sino de ser posible clasificada por procesos.

Este procedimiento obedece a una sencilla razón: nadie cuida los servicios en una organización grande con el pretexto de decir “yo cuido, pero ellos no”, de manera que todo mundo acaba desperdiciando. Al dividir la fábrica en pequeñas unidades de las cuales hay que responder administrativamente como si fuera una empresa independiente, los empleados se vuelven más responsables al tener que responder a un jefe directo.

De esta forma los empleados se volverán más responsables al ver que sus disminuciones de costos se reflejan en su sección directamente y no se diluyen en toda la planta.

Evaluar

Es el siguiente paso después de la medición. Este proceso consiste en calcular el consumo actual por tonelada métrica de azúcar producida o por tonelada métrica de caña molida. Estos serán los datos iníciales como indicadores técnicos. Teniendo el consumo por subprocesos se debe proceder a convertir estos consumos en costos. Es recomendable diseñar un modelo en una hoja de cálculo electrónica que les permita establecer el costo en cada uno de los departamentos, simulando la forma que les seria cobrada la energía, esto es tomando en cuenta su consumo (kWh), demanda máxima (Kw) y su factor de potencia. Estos serán los datos iniciales como indicadores económicos.

Optimizar

Se deberá proceder a plantear proyectos de corto, mediano y largo plazo. Para dar seguimiento a cada uno de los proyectos sugerimos utilizar el “Índice de mejora en el desempeño” con el objeto de asegurar que no se ha sacrificado la calidad ni volumen de producción, se busca que este índice sobrepase el valor de referencia que es 1.00 al iniciar cada proyecto. La mejora en el desempeño abarca costo, consumo de energía, niveles de producción de azúcar y niveles de venta de energía. Se deberá calcular antes, durante y despues de cada proyecto. Sus cuatro valores principales son: Costo de energia por semana ($), consumo en kWh por tonelada metrica de caña molida, toneladas metricas de azucar producidas por semana y kilovatios hora vendidos por semana.

Todos estos factores se conjugan por medio de valores diferentes para las constantes de peso (K) para cada uno de ellos para asegurar una mejora integral como se muestra en el Cuadro 1.

439

Figura 2. Fórmula del Indice de mejora en el desempeño

CASO INGENIO LA UNIÓN

Ingenio La Unión es una empresa que tiene una cultura de eficiencia energética muy arraigada en todos los miembros de su organización. Para poder llegar a ser eficiente en todos los aspectos fue determinante analizar cómo se usaba y consumía toda clase de energía en la fábrica. Desde el año 1976 con una demanda de consumo de vapor de 60 por ciento caña, se ha logrado reducir a 39 por ciento caña en el 2010

CUANTIFICACIÓN EN ZAFRA 2009-2010

En fábrica La Unión se fueron instalando varios medidores de energía para contar con los datos necesarios en todas las ramificaciones y poder desglosar esta información por procesos. Actualmente se tiene un proyecto de enlazar todos estos medidores

con fibra óptica, integrarlos al sistema I/A y poder generar reportes automáticos.

Con la información recabada se lleva un reporte semanal de consumo de energía por departamentos con el cual se logra cuantificar el consumo, costo, demanda máxima y factor de potencia de cada uno de los departamentos de fábrica como se muestra en Cuadro 1.

Cuadro 1. Extracto de reporte semanal de consumo de energía semana # 23

Compra de energía (kWh.)Consumo Ingenio Escape (kWh)Consumo Ingenio Condensing (kWh)Caña molida en Tandem A (Tm)Caña molida en Tandem B (Tm)Caña molida Total (Tm)kWh / Tm Total Ingenio

Patio de caña A* 3.15 10% 3.41 11%

Molinos A* 5.71 18% 5.49 18%

Patio de caña B* 4.32 14% 3.83 13%

Molinos B* 2.97 10% 2.79 9%

Calderas (1,2,3,4,5 y 7) 4.18 13% 4.24 14%

Clarificación (sin filtros) 0.36 1.1% 0.36 1.2%

Filtros de Cachaza 0.45 1.4% 0.50 1.6%

Evaporación 0.85 2.7% 0.83 2.7%

Tachos 1.12 3.6% 1.09 3.6%

Cristalización 0.11 0.4% 0.11 0.4%

Centrifugas 1.41 4.5% 1.41 4.6%

Envasado 0.27 0.9% 0.26 0.8%

Torres de Enfriamiento 1.79 5.7% 1.75 5.8%

Bombas de Agua 1.89 6.0% 1.84 6.1%

Distrisa 0.010 0.03% 0.009 0.03%

Campo 0.11 0.36% 0.10 0.31%

Miscelaneos 2.55 8% 2.91 10%

kWh / Tm Total Ingenio 31.24 100% 30.29 100%

Reporte Semanal de Consumo de Energía EléctricaZafra 2009-2010

Semanas

Promedios

45,102

104,818

31.24

3,273,355

372

59,716

2319 al 25 Abr.

261

inicialvalorsemana

kWh

Kinicialvalor

semana

Tm

K

Tm

kWhinicialvalor

Kinicialvalor

KIndice_

*4_

*3_

*2$

_*1

Las constantes de peso K1, K2, K3 y K4 se darán de acuerdo a criterios en cada Ingenio azucarero. En ésta fórmula, los valores que se tratan de reducir son denominadores del valor inicial en la división y los valores que se tratan de aumentar se dividen entre su valor inicial.

Ejemplo:

Inicial Final

Costo / semana $2,600 Costo / semana $2,400

Consumo semanal en kwh / Tm 1.5 Consumo semanal en kwh / Tm 1.4

Tm azúcar producidas / semana 1,750 Tm azúcar producidas / semana 1,760

kWh vendidos / semana 4,750,200 kWh vendidos / semana 4,810,000

K1=0.25 K2=0.25 K3=0.25 K4=0.25 La suma de las “K” siempre debe ser igual a 1

4750200

4810000*25.0

1750

1760*25.0

4.1

5.1*25.0

2400

2600*25.0Indice

04.12531.02514.02678.02708.0Indice Hubo una mejora integral. !!

440

EVALUACIÓN EN ZAFRA 2009-2010

La medición de energía llevada a cabo durante la zafra sirve como herramienta para la mejor toma de decisiones de los técnicos involucrados, el reporte semanal de energía también incluye una grafica la cual se muestra en Figura 3 en la cual se le da seguimiento a los indicadores semanalmente.

OPTIMIZACIÓN ZAFRA 2009-2010

Algunos proyectos que se han realizado son los siguientes: Instalación de variadores de velocidad, sustitución de tecnología de variadores de velocidad con regeneración a frente activo para que permitan recuperar energía en movimientos rotatorios de alta inercia, sustitución de algunas catarinas por moto-reductores planetarios y aislamiento térmico de algunos equipos. A continuación (Cuadro 2) un ejemplo de cómo sería el seguimiento a un proyecto.

Y por último para analizar el desempeño global de la administración de la energía en la zafra 2009-2010 mostramos en Figura 3 una gráfica comparativa.

0.0

1.0

2.0

3.0

4.0

5.0

6.0

7.0

8.0

9.0

6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 Prom

kW

h /

Tm

Semanas

Patio de caña A

Molinos A

Patio de caña B

Molinos B

Calderas (1,2,3,4,5 y 7)

Clarificación

Filtros de Cachaza

Evaporación

Tachos

Cristalización

Centrifugas

Envasado

Torres de Enfriamiento

Bombas de Agua

Distrisa

Campo

Miscelaneos

Figura 3. Gráfica de seguimiento a los kWh / Tm por departamentos

Cuadro 2. Ejemplo de seguimiento a un proyecto

Costo / semana $2,600 $2,500 $2,400

Consumo semanal en kwh / Tm 1.5 1.5 1.4

Tm azúcar producidas / semana 1,750 1,755 1,760

kWh vendidos / semana 4,750,200 4,780,100 4,810,000

Mejora en el Desempeño = 1.0000 1.0123 1.0433

PREVIO EN DESARROLLO FINAL

0.990

1.010

1.030

1.050

1.070

1.090

Costo / semana Consumo

semanal en

kwh / Tm

Tm azúcar

producidas /

semana

kWh vendidos

/ semana

Mejorapor indicador

PREVIO

EN DESARROLLO

FINAL

441

31.1

29.9

28.8

29.3

29.8

30.3

30.8

31.3

2008 2009 2009 2010

4 % MENOS EN CONSUMO INTERNOkWh / Tm de caña molida

Figura 4. Comparativo de consumo interno últimas 2 zafras

CONCLUSIONES

Debido a que existe posibilidad de poder vender electricidad adicional a la red eléctrica nacional, es económicamente provechoso reducir el consumo interno para vender dicha energía. Con esta metodología se logra identificar fácilmente los procesos y subprocesos que están generando la demanda máxima de energía y/o afectando el factor de potencia. Existe la experiencia en otras industrias que nos indica que si se aplica toda la metodología planteada, como consecuencia se comenzará a mejorar la administración de otros energéticos como vapor, agua, combustibles y bagazo.Las ventajas contables de un sistema así, permite que los costos energéticos sean asignados de acuerdo a como son consumidos.

La simulación de facturación por departamentos tiende a resaltar los desperdicios y favorecer a las personas que cuidan el consumo.

AGRADECIMIENTOS

Agradezco a Ing. Carlos René Cifuentes (Gerente Industrial de ILU), Ing. José Luis Alfaro (Superintendente de Automatización y Electricidad de ILU) y al Dr. Hernán Álvarez (Universidad Nacional de Colombia) por animarme a documentar y compartir este trabajo, a mostrarme que los ambientes industriales pueden aportar mucho a la ciencia y por sus sugerencias al haber leído previas de este articulo que sirvieron para mejorar el original. Quiero también dar gracias a mis compañeros de trabajo: Ing. Sergio Rodríguez, Sr. Marvin Vásquez, Ing. Luis Lima, Ing. Yuri Brol, Sr. Cesar Sánchez e Inga. Ligia Rivas por su valiosa ayuda en la obtención y tratamiento de datos que siguen siendo indispensables en este proyecto.

BIBLIOGRAFÍA

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Para ser coautor de alguna publicación, el profesional o técnico debe participar en por lo menos 2 de las primeras 5 categorías.

Morillo, Aníbal. 2001. Conceptos sobre autoría. Revista Colombiana de Radiología. 12 (3): 944-948.

Gisbert, J.; Piqué, J. 2009. Hablemos de… Autoría de las publicaciones científicas. España. GH, continuada, 8 (1): 53-62.

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