maestro en ingenieria industrial

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CARACTERIZACIÓN DEL PROCESO DE PRODUCCIÓN DE AZÚCAR BASADO EN LA METODOLOGÍA ACVTESIS QUE PRESENTA ING. ANGEL JOAQUIN TIBURCIO HERNÁNDEZ PARA OBTENER EL GRADO DE MAESTRO EN INGENIERIA INDUSTRIAL DIRECTOR DE TESIS M.C. ROGELIO GARCÍA RODRÍGUEZ TANTOYUCA, VERACRUZ. JULIO DEL 2017

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Page 1: MAESTRO EN INGENIERIA INDUSTRIAL

“CARACTERIZACIÓN DEL PROCESO DE

PRODUCCIÓN DE AZÚCAR BASADO EN LA

METODOLOGÍA ACV”

TESIS QUE PRESENTA

ING. ANGEL JOAQUIN TIBURCIO HERNÁNDEZ

PARA OBTENER EL GRADO DE

MAESTRO EN

INGENIERIA INDUSTRIAL

DIRECTOR DE TESIS

M.C. ROGELIO GARCÍA RODRÍGUEZ

TANTOYUCA, VERACRUZ. JULIO DEL 2017

Page 2: MAESTRO EN INGENIERIA INDUSTRIAL

2

Page 3: MAESTRO EN INGENIERIA INDUSTRIAL

3

ÍNDICE

AGRADECIMIENTOS ............................................................................................. 5

DECLARACIÓN DE DERECHOS ........................................................................... 7

DEDICATORIA ........................................................................................................ 8

RESUMEN .............................................................................................................. 9

ABSTRACT ........................................................................................................... 10

I.- INTRODUCCIÓN .............................................................................................. 11

II.- SITUACIÓN PROBLEMÁTICA ......................................................................... 12

III.- PREGUNTA DE INVESTIGACIÓN ................................................................. 14

IV.- JUSTIFICACIÓN ............................................................................................. 14

V.-MARCO TEÓRICO ........................................................................................... 15

5.1 Norma ISO 14000 ........................................................................................ 15

5.2 Análisis de Ciclo de Vida ............................................................................. 16

5.2.1 Caracterización del ACV ........................................................................... 16

5.3 Caña de Azúcar ........................................................................................... 17

5.4 Ingenio Azucarero ........................................................................................ 18

VI.- ESTADO DEL ARTE ...................................................................................... 18

6.1 ACV en la sostenibilidad de productos ........................................................ 18

6.2 Aplicación del ACV en procesos de producción .......................................... 19

6.3 El ACV en la producción de Etanol .............................................................. 20

VII. OBJETIVO GENERAL .................................................................................... 21

VIII.- OBJETIVOS ESPECÍFICOS ......................................................................... 21

IX.- SITUACIÓN INTRÍNSECA DEL PROYECTO ................................................. 21

9.1 Alcances ...................................................................................................... 21

9.2 Limitaciones ................................................................................................. 22

Page 4: MAESTRO EN INGENIERIA INDUSTRIAL

4

X.- MARCO METODOLÓGICO ............................................................................. 23

10.1 Tipo de Investigación ................................................................................. 23

10.2 Región de estudio ...................................................................................... 23

10.3 Métodos para recopilar información ........................................................... 23

10.4 Metodología 24

XI. MARCO OPERATIVO ...................................................................................... 27

11.1 Descripción del proceso de producción de azúcar 27

11.2 Representación gráfica del proceso de producción de azúcar .................. 68

11.3 Función del sistema estudiado .................................................................. 68

11.4 Unidad funcional ........................................................................................ 68

11.5 Sistemas estudiados .................................................................................. 69

11.6 Descripción de los productos estudiados ................................................... 70

11.7 Cuantificación de la unidad funcional......................................................... 71

11.8 Análisis de inventario ................................................................................. 71

11.8.1 Análisis de inventario del Sistema. Cultivo de caña ............................ 73

11.8.2 Análisis de inventario del sistema. Producción de jugo clarificado. ..... 80

11.8.3 Análisis de inventario del Sistema. Producción de azúcar .................. 82

11.8.4 Análisis de inventario del Sistema. Generación de electricidad .......... 84

XII.- CONCLUSIONES .......................................................................................... 86

XIII. RECOMENDACIONES .................................................................................. 87

XIV.- BIBLIOGRAFÍA ............................................................................................ 90

XV.- ÍNDICE DE ILUSTRACIONES ...................................................................... 93

XVI.- ÍNDICE DE IMÁGENES ............................................................................... 93

XVII.- ÍNDICE DE TABLAS.................................................................................... 94

XVIII.- GLOSARIO ................................................................................................. 95

Page 5: MAESTRO EN INGENIERIA INDUSTRIAL

5

AGRADECIMIENTOS

Mi agradecimiento primeramente lo dirijo a Dios, que en todo momento está

conmigo ayudándome a aprender de mis errores y a no cometerlos otra vez. Es

quien guía el destino de mi vida. Te agradezco, padre celestial, por darme todo lo

que he conseguido hasta ahora, sin ti nada soy.

Gracias a mis padres por haberme forjado como la persona que soy en la

actualidad; muchos de mis logros se los debo a ustedes, en los que incluyo este.

Me formaron con reglas y libertades, pero siempre me motivaron con constancia

para alcanzar mis anhelos. Gracias madre y padre.

Hermanos a ustedes les agradezco no solo por estar presentes aportando buenas

cosas a mi vida, sino por los grandes lotes de felicidad y de diversas emociones

que siempre me han causado. Muchas gracias hermanos.

Gracias a mi novia, María Fernanda, por la ayuda que me has brindado ha sido

sumamente importante, No fue sencillo culminar con éxito este proyecto, sin

embargo siempre fuiste muy motivadora y esperanzadora, me decías que lo

lograría perfectamente. Me ayudaste hasta donde te era posible, incluso más que

eso.

Page 6: MAESTRO EN INGENIERIA INDUSTRIAL

6

Gracias a mis maestros quienes nunca desistieron al enseñarme, por su

colaboración para el desarrollo de esta Investigación y los conocimientos

compartidos. En especial a mi director de tesis M.C. Rogelio García Rodríguez

que me apoyo para culminar de la mejor manera este trabajo, un gran maestro y

persona.

A los sinodales quienes estudiaron mi tesis y la aprobaron.

Al CONACYT, por el apoyo recibido como becario y por fomentar el desarrollo de

profesionistas e investigadores en nuestro país.

Al Instituto Tecnológico Superior de Tantoyuca, a la Unión Local de Productores

de caña de Azúcar, al señor Albino Orta, a Fundación Pantaleón y al Ingenio

Pánuco S.A.P.I de C.V. por su apoyo brindado para el logro de los objetivos

trazados en esta investigación.

Page 7: MAESTRO EN INGENIERIA INDUSTRIAL

7

DECLARACIÓN DE DERECHOS

Excepto cuando es explícitamente indicado en el texto, el trabajo de investigación

contenido en esta tesis fue efectuado por el C. Angel Joaquin Tiburcio Hernández

como estudiante del programa de Maestría en Ingeniería Industrial entre Agosto

2015 y Agosto 2017. Las investigaciones reportadas en esta tesis no han sido

utilizadas anteriormente para obtener otros grados académicos, ni lo serán para

tales fines en el futuro.

Los usuarios de la información no deben reproducir el contenido textual, gráficas o

datos del trabajo sin el permiso expreso del autor y/o director del trabajo. Este

puede ser obtenido escribiendo a la siguiente dirección [email protected]. Si

el permiso se otorga, el usuario deberá dar el agradecimiento correspondiente y

citar la fuente del mismo.

Candidato: Ing. Angel Joaquin Tiburcio Hernández

Page 8: MAESTRO EN INGENIERIA INDUSTRIAL

8

DEDICATORIA

A mi familia que son los cimientos de mi desarrollo, todos y cada uno de ustedes

han destinado tiempo para ensenarme nuevas cosas, para brindarme aportes

invaluables que servirán para toda mi vida. Especialmente estuvieron presentes en

la evolución y desarrollo total de mi tesis de maestría, este trabajo es de ustedes.

Los amo.

A mi novia María Fernanda, gracias por tu paciencia, por tu tierna compañía, tus

llamadas de atención y tu inagotable apoyo. Gracias por compartir mi vida y mis

logros, esta tesis también es tuya.

A mis compañeros y amigos de la maestría en ingeniería industrial, por su

compañerismo y buenos momentos vividos, siempre los recordare.

A todos los que me apoyaron para escribir y concluir esta tesis.

Page 9: MAESTRO EN INGENIERIA INDUSTRIAL

9

RESUMEN

El desarrollo sustentable es una necesidad social debido a la situación ambiental

mundial desde hace algunas décadas, es por ello que los métodos y estrategias

tecnológicas enfocados al diseño de procesos más limpios han tenido

recientemente una mayor aplicación, buscando menores impactos en el ambiente

y la salud humana, sin comprometer la calidad de los productos a los cuales están

destinados dichos procesos. (Lopéz, 2015)

El presente trabajo aborda el problema del impacto ambiental en los ingenios

azucareros en México y de cómo todos sus procesos consumen recursos de

diversos tipos y generan a su vez emisiones y desechos que tienen un impacto en

los indicadores ambientales. Lo anterior es caracterizado a través de la

metodología de Análisis de Ciclo de Vida (ACV). Cada una de estas emisiones y

desechos tiene un impacto ambiental, por lo que es necesario recurrir a métodos

que ayuden a la categorización de los impactos.

Esta investigación proporciona una visión más holística del sistema que demuestra

el importante impacto ambiental que genera esta industria.

Page 10: MAESTRO EN INGENIERIA INDUSTRIAL

10

ABSTRACT

Sustainable development is a social necessity due to the world environmental

situation from a few decades ago, that is why the methods and technology

strategies focused on the design of cleaner processes have recently had a greater

application, looking for minor impacts on the environment and human health,

without compromising the quality of the products which are intended for such

processes. (Lopéz, 2015)

The present paper deals with the problem of environmental impact in the sugar

mills in Mexico and how all of its processes consume resources of various types

and in turn generate emissions and wastes that have an impact on the

environmental indicators. The above is characterized through the methodology of

Life Cycle Analysis (LCA). Each of these emissions and wastes has an

environmental impact, so it is necessary to resort to methods that help the

categorization of the impacts.

This research provides a more holistic vision of the system that demonstrates the

significant environmental impact generated by this industry.

Page 11: MAESTRO EN INGENIERIA INDUSTRIAL

11

I.- INTRODUCCIÓN

La industria azucarera es una de las actividades con mayor tradición y

trascendencia en el desarrollo económico de México. No obstante, a través del

tiempo ha sufrido lentamente una profunda crisis económica debido a la gestión

corrupta, las disputas entre cañeros y dueños de los ingenios, así como el rezago

tecnológico tanto en el proceso productivo como en el campo cañero.

Actualmente, a nivel mundial México es el sexto mayor productor de azúcar de

acuerdo con el Departamento de Agricultura de Estados Unidos de América

(USDA, 2012). La agroindustria de la caña de azúcar del país representa 11% del

valor del sector primario, 2.5% del Producto Interno Bruto (PIB) manufacturero y

0.4% del PIB nacional, por lo que genera más de 450,000 empleos directos y

beneficia a más de 2.2 millones de personas (CNIAA, 2010). La producción de

caña de azúcar se realiza en alrededor de 700 mil hectáreas que abastecen a 57

Ingenios de 15 estados cañeros, por lo que es una actividad de alto impacto en

227 municipios donde habitan más de 12 millones de mexicanos (INEGI, 2010)

El Análisis de Ciclo de Vida (ACV) es una metodología utilizada a nivel mundial y

se encuentra estandarizada mediante las guías de la serie ISO 14000, como

sistema de evaluación para determinar los impactos ambientales de los sistemas

productivos. (Carvallo, 2012)

De acuerdo a Méndez (2007) ACV se encarga de examinar y analizar los aspectos

ambientales y los impactos potenciales a lo largo la cadena de suministros de un

producto o de una actividad. También incluye los efectos ambientales derivados

del consumo de materias primas y de energías necesarias para su elaboración, las

emisiones y los residuos generados en el proceso de producción, así como los

efectos ambientales procedentes del fin de vida del producto cuando se consume

o no se puede utilizar. Este análisis es aplicable a productos en donde a lo largo

Page 12: MAESTRO EN INGENIERIA INDUSTRIAL

12

de su cadena de suministros generan gran cantidad de contaminantes, en la

presente investigación abordaremos el tema del azúcar.

Este trabajo, pretende caracterizar el proceso de producción del azúcar y así

conocer el impacto ambiental que genera, a través de la metodología ACV y así

poder proponer medidas para reducir dicho impacto, incluyendo factores propios

de la sostenibilidad ambiental de la metodología del ACV en la producción.

II.- SITUACIÓN PROBLEMÁTICA

En un ambiente social y político de escasas restricciones ambientales, previo al

corte manual de caña, se incendia el cañaveral con la finalidad de eliminar la

mayor parte de follaje seco para así facilitar el acceso de los cortadores

(Ahumada, 2009).

En lo que respecta a las cenizas resultantes, cuando se efectúa una quema se

observa una lluvia de las mismas sobre las áreas aledañas. Estas cenizas van

acompañadas, de acuerdo a Cabrera y Zuaznábar (2010), de humo y una serie de

gases tales como:

Monóxido de nitrógeno: El cual tiene efectos tóxicos sobre los humanos.

Anhídrido sulfuroso: Que al unirse con el agua atmosférica forma la llamada

lluvia ácida.

Anhídrido carbónico: En reacción fotoquímica produce irritación en los ojos

y afecta las vías respiratorias.

Monóxido de carbono

Hidrocarburos

Óxido de azufre

Posteriormente en lo que respecta al transporte, los transportistas, incluyendo los

operadores de las alzadoras de la caña, son el eslabón de la logística entre el

campo y la fábrica. Ellos son contratados por los cañeros y, según sea el caso,

Page 13: MAESTRO EN INGENIERIA INDUSTRIAL

13

tienen sus propias unidades de transporte o son solamente operarios de las

mismas, cuyos dueños en este caso son generalmente cañeros. Se estima que

hay alrededor de 34.000 transportistas de caña en el país en la zafra entre 2005 y

2006 (CNIAA, 2007). El sistema de transporte de la caña se caracteriza por el uso

de unidades sumamente desgastadas que generan una gran cantidad de

contaminantes de acuerdo a sus condiciones.

Es una realidad que en los 57 Ingenios ubicados en 15 estados del país, sus

maquinarias son obsoletas, equipos de más de 50 y 70 años, con calderas

adaptadas que utilizan a discreción el mismo combustóleo, bagazo lleno de

humedad que provoca una pesada contaminación del aire, como claro ejemplo el

ingenio Emiliano Zapata en Morelos, se estima que la producción de azúcar de

este ingenio y muchos otros del país utilizan más de un 60 % el bagazo como

combustible y el 40 % de combustóleo, se sigue quemando en campos la caña sin

invertir en tecnologías que disminuya el daño ecológico. (R. Mazari. 2009)

A pesar de los esfuerzos realizados por mejorar la gestión ambiental de esta

industria, no se ha logrado fomentar la prevención, minimización y control de la

contaminación ambiental. La prevención es una estrategia de eliminación de

contaminantes, emisiones o residuos desde su origen en la fuente mediante el

aumento de eficiencia en los procesos, prácticas de reúso de materiales durante la

producción, reducción del consumo de agua, modificaciones tecnológicas o uso de

tecnología limpia, así como mejoras en los servicios de gestión de limpieza y

mantenimiento (USEPA, 2010)

Por anterior expuesto se plantea el siguiente problema: Los ingenios azucareros

del país presentan en su mayoría equipos y procesos obsoletos, que generan un

impacto negativo al medio ambiente y gastos elevados que perjudican la

rentabilidad de la industria.

Page 14: MAESTRO EN INGENIERIA INDUSTRIAL

14

III.- PREGUNTA DE INVESTIGACIÓN

¿Es posible reducir el impacto ambiental y aumentar la rentabilidad de la industria

azucarera mediante la implementación del ACV en su cadena de suministros?

IV.- JUSTIFICACIÓN

Existe una creciente necesidad en la cuantificación de las cargas ambientales

involucradas en los sistemas de producción agrícolas y de alimentos, donde el

más preocupante es el calentamiento global (Steinfeld, 2006).

El cultivo y cosecha de la caña de azúcar se ve acotado en gran parte por la

capacidad y calidad instalada dentro de la industria misma. La importancia de

tener una industria cañera rentable está directamente ligada a la sustentabilidad

de sus prácticas y de su infraestructura. Si la metodología de ACV es aplicada a

esta industria en sus formas de cultivo, producción y distribución se generara un

impacto positivo en sus procesos que son obsoletos, debido a que estos generan

un impacto negativo en el medio ambiente y se encuentran mermando la

rentabilidad de la industria nacional azucarera en general.

De acuerdo con la Secretaria de Medio Ambiente y Recursos Naturales

(SEMARNAT), la industria azucarera en el país presenta problemas de

contaminación en el agua, producto de su elevado consumo energético, descarga

de agua con alta temperatura y gran contenido de materia orgánica (bagazo,

cachaza y vinazas); el agua residual, producto de su operación, representa 28%

del total a nivel nacional; logrando el giro que más contribuye en cuanto a la

descarga de materia orgánica en aguas residuales, seguido de la industria

petrolera con 19% y la agropecuaria con 17% (SEMARNAT, 2008)

La prevención, minimización y control de la contaminación ambiental contempla

(US EPA, 2010):

Page 15: MAESTRO EN INGENIERIA INDUSTRIAL

15

Proteger la salud pública y el ambiente.

Mejorar la imagen corporativa a medida que la calidad del ambiente y la

responsabilidad social de las empresas mejoran, reforzando el compromiso

de la empresa con su comunidad y clientes potenciales.

Aumentar la eficiencia en los procesos de producción.

Reducir los costos de operación, por la disminución en los costos de

tratamiento, almacenamiento y disposición final de los residuos o emisiones

contaminantes.

Reducir los costos de energía al implementar el programa de prevención en

todas las líneas de operación, incluyendo la eficiencia de la combustión.

Los beneficios más importantes de la aplicación de la prevención, minimización y

control de la contaminación ambiental son los ambientales, económicos con

responsabilidad social y salud pública. No obstante, las principales limitaciones

para su correcta aplicación son la resistencia al cambio, los aspectos económicos,

financieros y sobre todo la falta de educación ambiental para lograr una conciencia

real hacia el cuidado del ambiente. En esta investigación se consolida el trabajo en

equipo entre el sector industrial y el académico.

V.-MARCO TEÓRICO

5.1 Norma ISO 14000

La serie de normas ISO 14000 es un conjunto de normas que cubre aspectos

ambientales de productos y organizaciones, destacando la Norma ISO 14001, un

estándar internacional de gestión ambiental publicado en 1996, tras el éxito de la

serie de normas ISO 9000 para sistemas de gestión de la calidad.

La serie de normas ISO 14000 es un conjunto de norma internacionales

publicadas por la Organización Internacional de Normalización (ISO), que incluye

la Norma ISO 14001 que expresa cómo establecer un Sistema de Gestión

Ambiental (SGA) efectivo.

Page 16: MAESTRO EN INGENIERIA INDUSTRIAL

16

La norma ISO 14001 es aplicable a cualquier organización, de cualquier tamaño o

sector, que esté buscando reducir los impactos en el ambiente y cumplir con la

legislación en materia ambiental. (Guevara, 2013)

5.2 Análisis de Ciclo de Vida

Según Naredo, (2001), es una herramienta que puede enfocarse desde la

economía ecológica, ya que permite cerrar y analizar el ciclo completo de la

utilización de materiales y recursos en la fabricación de un producto, con lo cual

tiene la visión sistémica propia del enfoque ACV.

El ACV según Garza (2012) es una metodología única y ampliamente reconocida

por su particularidad de identificar los aspectos ambientales clave de un producto,

proceso o servicio y cuantificar sus impactos ambientales potenciales a lo largo de

su ciclo de vida, comenzando por la extracción de materias primas y la producción

de energía utilizada para fabricar el producto, su uso y hasta la disposición final.

El Análisis de Ciclo de Vida (ACV) es una herramienta que identifica, caracteriza y

cuantifica los impactos ambientales producidos dentro del ciclo de vida de un producto

o servicio de una forma global y particular, identificando y contribuyendo a la

identificación de oportunidades para mejorar el desempeño ambiental en las distintas

etapas que integran el sistema de estudio (Jiménez, 2013)

5.2.1 Caracterización del ACV

El primer ACV fue realizado en 1969 por el Midwest Research Institute (MRI) para

la Coca-Cola, denominado “Análisis del perfil ambiental y de recursos” y se realizó

con la intensión de disminuir el consumo de recursos y la cantidad de emisiones al

ambiente (Chacon, 2008). El MRI siguió realizando ACV junto a otros grupos de

investigación, usando métodos de balance de entradas/salidas e incorporando

cálculos de energía (Romero, 2003).

Page 17: MAESTRO EN INGENIERIA INDUSTRIAL

17

En los años ochenta la aplicación del ACV se incrementó y se gestaron dos

cambios importantes: los métodos para cuantificar el impacto del producto en

distintas categorías de problemas ambientales y la disponibilidad para el uso

público de los estudios de ACV.

La Society of Environmental Toxicology and Chemistry (SETAC) es la principal

organización que ha desarrollado y liderado las discusiones científicas acerca del

ACV. En 1993, formuló el primer código internacional: Código de prácticas para el

ACV (Code of Practice for Life Cicle Assessment), con el fin de homogeneizar los

diversos estudios realizados para que siguieran una misma metodología.

Posteriormente, la Organización Internacional para la Estandarización (ISO) apoyó

este desarrollo para establecer la estructura de trabajo, uniformizar los métodos,

los procedimientos y la terminología (Romero, 2003).

5.3 Caña de Azúcar

La caña de azúcar es la materia prima de un ingenio en general. Es una planta

proveniente del sureste asiático. Fue llevada al mediterráneo por los árabes,

donde se cultivaba principalmente en las tierras costeras. Posteriormente los

europeos llevaron la planta, primero a las islas canarias, y luego a América, en

muchas de cuyas zonas el clima era más favorable que en la península ibérica,

por lo que casi se abandonó el cultivo en esta. Con el descubrimiento de América

se llevó a Latinoamérica, donde todavía hoy en día se industrializa y se fabrica

azúcar para el consumo mundial, ubicando a países como Brasil, México,

Colombia y Venezuela entre los mayores productores del mundo.

La caña de azúcar es un cultivo de grandes potencialidades por su producción de

biomasa y su contenido azucarero, ya que tiene muy evolucionado sus

mecanismos fisiológicos favorecidos por ser una planta de ciclo del carbono (C) lo

que la sitúa en una posición muy ventajosa en competencia con otros cultivos

agrícolas, debido a que son mejores captadoras de C aprovechándolo para su

Page 18: MAESTRO EN INGENIERIA INDUSTRIAL

18

rápido crecimiento. Es un cultivo duradero según variedad y condiciones locales la

planta forma entre 4 y 12 tallos que pueden crecer hasta 3-5 m de altura. El

contenido de azúcar (sacarosa) oscila entre 11 y 16 %. (AN, 2000).

5.4 Ingenio Azucarero

De acuerdo a Gonzales (2004) se denomina así o simplemente ingenio a una

antigua hacienda colonial americana (con procedentes a las islas canarias) con

instalaciones para procesar caña de azúcar con el objeto de obtener sacarosa,

ron, alcohol y otros productos. Tiene su antecedente en el trapiche, cuya escala de

producción era más pequeña y a su vez, el ingenio vino a ser sustituido por

grandes centrales azucareras modernas que se desarrollaron en el siglo XX.

Aunque dicha materia prima no es un producto autóctono americano, fue

introducido en América por los españoles, portugueses y otros europeos. Se

adaptó rápidamente a las tierras intertropicales americanas, hasta el punto de que

los mayores productores mundiales se encuentran en este continente.

VI.- ESTADO DEL ARTE

La aplicación del ACV en distintos procesos de producción ha generado resultados

favorables para la conservación del medio ambiente y la reducción en los costos.

6.1 ACV en la sostenibilidad de productos

Orrego (2012) concluye que el ACV puede verse como una metodología

estratégica, ya que permite un acercamiento a la industria por ser actualmente una

propuesta en el marco internacional de la producción limpia y la eco-eficiencia,

que son finalmente un camino a la competitividad, de esta manera se encuentra

inmersa en la visión del análisis económico estándar, que pretende evaluar como

Page 19: MAESTRO EN INGENIERIA INDUSTRIAL

19

un producto resultado del modelo económico y de producción actual, impacta

sobre el patrimonio natural.

6.2 Aplicación del ACV en procesos de producción

En su investigación Jiménez (2013) muestra que se desarrollaron alternativas de

mejora al actual manejo de las botellas de PET en Ecatepec de Morelos, utilizando

como fundamento los resultados obtenidos durante la elaboración de un ACV de

las mismas. Las alternativas que se consideran económica y ambientalmente

viables y que conforman una mejor estrategia de manejo son: i) rediseño del

sistema de recolección y almacenamiento de los RSU, ii) operación de la planta de

separación propiedad del municipio, y iii) construcción de una nueva planta de

reciclaje mecánico de botellas de PET.

Las alternativas deben desarrollarse por etapas y de manera conjunta con la

disposición final, lo anterior, para aumentar la eficiencia global del sistema de

manejo de las botellas de PET, y evitar que al menos el 80% de las mismas

recolectadas por el servicio público de limpia del municipio, sean dispuestas en el

relleno sanitario Chiconautla sin ningún aprovechamiento previo.

Por otro lado De Carvalho (2001) concluye que la metodología ACV exige como

fase del proceso de clasificación, disponer de inventarios del ciclo de vida de

todos los sistemas y subsistemas que estén incluidos entre los límites del

sistema de la unidad funcional estudiada. Estos inventarios deben tener la

representatividad necesaria, tanto en el ámbito temporal como geográfico,

con objeto de que los resultados obtenidos sean fiables. Los estudios realizados

en su tesis muestran diversas dificultades en este campo de los inventarios

disponibles en el ámbito internacional (CEMBUREAU y SimaPro), lo que un uso

no riguroso de los mismos puede conducir a errores significativos, a favor o en

contra, de los productos derivados en base cemento.

Page 20: MAESTRO EN INGENIERIA INDUSTRIAL

20

6.3 El ACV en la producción de Etanol

Manríquez (2012) argumenta que el Ingenio Tamazula donde realizó su

investigación podría ser competitivo en cuanto su balance de energía y emisiones,

siempre y cuando se sustituya la compra de electricidad a la Comisión Federal de

Electricidad (CFE) por generación de energía eléctrica del bagazo. También se

pueden reducir las emisiones de VOC, CO y NOX evitando la quema de caña a

cielo abierto. Por otra parte trabajos futuros deberán de estar encaminados a

diseñar una logística adecuada para el proceso de transporte, distribución, y

almacenamiento del ingenio Tamazula al lugar de consumo, que podría ser la

ciudad de Guadalajara.

En el análisis de García (2010) se demuestra conceptual y teóricamente que el

ACV es una herramienta de gestión ambiental capaz de valorar la sustentabilidad

de la producción de etanol a partir de la caña de azúcar y sus posibles análisis de

mejoras. Se definió el alcance del estudio según los aspectos que se analizaron,

para esto la unidad funcional del sistema fue la producción de 1 tonelada de etanol

para el año 2009 bajo las condiciones de Guatemala, utilizando el enfoque de la

tumba a la puerta. Se elaboró un inventario de cada uno de los procesos que

intervienen en la producción de etanol; producción de caña, elaboración de melaza

y producción de etanol. Logrando con este inventario realizar los diagramas de

procesos correspondientes a cada uno y obteniendo la información necesaria para

el análisis.

Bohorquez & Lugo (2010) presentan como resultado de su trabajo que las

emisiones de gases efecto invernadero producidas en el ciclo de vida del etanol,

expresadas en CO2 equivalente, tienen un valor de 10341,86 toneladas, es decir,

0,017 toneladas de CO2 equivalente por litro de etanol vendido. La emisión de

dióxido de carbono es de 7131,781 toneladas de CO2, siendo este el gas de

mayor generación en el estudio. Por otro lado, las emisiones de metano y de óxido

nitroso son de 78,775 y 3,46 toneladas respectivamente. Finalmente, se determinó

Page 21: MAESTRO EN INGENIERIA INDUSTRIAL

21

que la emisión de monóxido de carbono es de 125,19 toneladas. La emisión de

gases de efecto invernadero (GEI) por el uso de combustibles dentro del ciclo de

vida del etanol es de 4469,49 toneladas expresadas como CO2 equivalente, que

corresponden a las fuentes de combustión estacionaria y móvil.

VII. OBJETIVO GENERAL

Elaborar la caracterización del proceso de producción de azúcar mediante la

implementación de la metodología de ACV en la cadena de suministros, para

reducir el impacto ambiental y con esto aumentar la rentabilidad de la industria

mediante una propuesta de mejora.

VIII.- OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Definir la meta y alcance del estudio.

Realizar el inventario de ciclo de vida

Realizar la interpretación del estudio.

Presentar la propuesta de mejora.

IX.- SITUACIÓN INTRÍNSECA DEL PROYECTO

9.1 Alcances

Se estudió se realizó con información documental del proceso de

producción de azúcar basándose en trabajos realizados en ingenios a nivel

nacional.

La empresa del caso de estudio proporciono datos sobre indicadores

estadísticos en materia ambiental.

Page 22: MAESTRO EN INGENIERIA INDUSTRIAL

22

Se realizó la caracterización por medio de las dos primeras etapas del ACV,

concluyendo en el inventario.

Se realizaron las recomendaciones y conclusiones pertinentes

9.2 Limitaciones

Límites de productos. El ACV realizado se limita a la trasformación de

caña de azúcar en dos productos comercializables: azúcar refinado y

electricidad. El ciclo de vida de estos productos, incluye todas las etapas

involucradas en su extracción o producción, transporte y transformación,

Límites geográficos. El estudio se concentrara a la producción de azúcar

en la zona norte del estado de Veracruz.

Límites temporales. El límite temporal considerado es de 2 años, debido a

la duración del programa de estudios de la maestría en Ingeniería Industrial.

Etapas excluidas del análisis.

Límites del estudio. Para este estudio, se ha incluido la caracterización de

las cargas ambientales relativas a la producción de la maquinaria e

infraestructuras necesarias para el desarrollo de los procesos involucrados,

se ha excluido la última etapa de la metodología que es la evaluación

debido a que no se contaba con el software necesario para realizar dicha

etapa.

Page 23: MAESTRO EN INGENIERIA INDUSTRIAL

23

X.- MARCO METODOLÓGICO

10.1 Tipo de Investigación

La investigación es de tipo descriptiva, se utilizaron datos cuantitativos que se

recolectaron a través de una visita de campo, dichos datos se utilizaron para la

caracterización del problema y poder identificar donde aplicar los conocimientos

adquiridos para la posible resolución de los mismos, logrando cumplir los objetivos

planteados al principio.

Así mismo Sampieri, Collado, & Baptista, (2010) establecen que el propósito de la

investigación de tipo descriptiva busca especificar las propiedades, las

características y los perfiles de personas, grupos, comunidades, procesos, objetos

o cualquier otro fenómeno que se someta a un análisis. Es útil para mostrar con

precisión los ángulos o dimensiones de un fenómeno, suceso, comunidad,

contexto o situación.

10.2 Región de estudio

La región de estudio de esta tesis se limita a la zona norte de la huasteca

veracruzana. Su principal actividad económica se centra en la agricultura, la

ganadería y la actividad artesanal, no existen asentamientos industriales

importantes en la región.

10.3 Métodos para recopilar información

Los métodos que se utilizaron en esta investigación son:

Investigación teórica y documental del proceso de producción de azúcar.

Page 24: MAESTRO EN INGENIERIA INDUSTRIAL

24

Investigación documental sobre trabajos respecto al ACV, que se hayan

aplicado a otras investigaciones similares.

Investigación de campo para la recolección de datos que nos permitan

conocer la situación de actual de la industria azucarera.

Estancia técnica en una organización dedicada a la producción de azúcar.

Investigación de campo con los expertos.

10.4 Metodología

La presente propuesta surge de la necesidad de la caracterización de la

producción de azúcar y el impacto ambiental que producen sus actividades, para

lo cual el LCA ofrece una metodología relativamente sencilla. En este capítulo se

describe paso a paso la aplicación de la propuesta sin llegar a la presentación de

resultados.

El reto para el profesional en ACV es desarrollar el modelo de manera tal que las

simplificaciones y por tanto las incertidumbres no influencien en gran medida el

resultado.

La mejor manera de lidiar con este problema es definir cuidadosamente una meta

y alcance del estudio de la ACV antes de empezar. La definición de la meta y el

alcance sirve de guía y ayuda para asegurar la consistencia de la LCA que se

ejecuta. (Aguilar Lasserre, 2015)

De a acuerdo con Herrera, De la Rúa, & Lechón (2015) esta metodología describe

y analiza las corrientes que entran desde la naturaleza al sistema estudiado y las

que salen del sistema a la naturaleza a lo largo del ciclo de vida, es decir, desde la

extracción de materias primas y su agotamiento hasta emisiones al aire, agua y

suelo así como los cambios de uso del terreno.

Page 25: MAESTRO EN INGENIERIA INDUSTRIAL

25

Por lo tanto, el ACV es una herramienta adecuada para:

Identificar las oportunidades de reducción de impactos ambientales o bien

de consumos energéticos y materiales en un producto o proceso dentro de

las distintas etapas de su ciclo de vida

Informar a los responsables de tomas de decisiones tanto a nivel industrial

como público.

Mejorar el posicionamiento en el mercado de ciertos bienes y servicios

mediante la difusión de sus beneficios ambientales asociados.

Un ACV consta de 4 pasos:

Ilustración 1. Metodología ACV (Herrera, De la Rúa, & Lechón, 2015)

Page 26: MAESTRO EN INGENIERIA INDUSTRIAL

26

Los 4 pasos de la presente metodología toman como base la propuesta en ISO

14040 (Marsmann, 2000):

1. Definición del alcance y objetivo.

2. Inventario del ciclo de vida (LCI: life cycle inventory).

3. Evaluación de los impactos.

4. Interpretación de los indicadores.

La información obtenida podrá ser usada como referencia antes los órganos

gubernamentales que rigen la emisión de contaminantes (también como una

primera etapa para la aplicación de la ISO 14000), pues a través del ACV es

posible:

La identificación de las etapas del ciclo de vida con mayor impacto

ambiental para la propuesta de potenciales mejoras (eficiencia energética,

optimización de consumo de recursos, etc.).

La disposición de argumentos e información ambiental objetiva, cuantitativa

y rigurosa del impacto ambiental del producto.

Aportación de argumentos convincentes y comprensibles para la

comunicación con clientes, autoridades y grupos de interés.

Un equilibrio entre actividades propias del proceso y actividades para la

admón. de las emisiones, desechos y residuos.

Una mejora en la calidad de productos y subproductos.

Una posible reducción en el consumo de recursos (mayor utilidad, orientado

a costos de producción), entre muchos otros.

En esta etapa se recopilan todos los datos tanto cualitativos como cuantitativos

que van a ser necesarios para alcanzar los objetivos que se han definido

anteriormente.

Page 27: MAESTRO EN INGENIERIA INDUSTRIAL

27

XI. MARCO OPERATIVO

11.1 Descripción del proceso de producción de azúcar

La productividad de un ingenio depende de la cantidad y calidad de caña

industrializada, el rendimiento en fábrica y la capacidad instalada y aprovechada.

El porcentaje de rendimiento (toneladas de azúcar/tonelada de caña) durante el

periodo 2010-2015 en el ingenio estudiado es 12.37% (tabla 1), con un

procesamiento de 7000 ton caña/24h y los campos cañeros que se encargan de

abastecer la materia prima presentaron una productividad promedio de 107 ton

caña/ha (tabla 1) (CNIAA, 2016), lo cual coloca al ingenio caso de estudio como

uno de los más competitivos del país, ya que a nivel nacional el rendimiento

promedio es 11.25% (toneladas de azúcar/tonelada de caña) y el promedio de

productividad en campo es de 69.24 ton caña/ha (CNIAA, 2010)

Año Ton de caña

molida

Ton de

caña por

ha

Días efectivos

de molienda

% rendimiento

de fábrica

Ton de azúcar

producida

2010 1,154,764 114.2 219 11.76 135,740

2011 1,042,424 101.3 185 12.25 127,668

2012 1,155,113 106.1 196 12.27 141,672

2013 1,159,596 107.0 175 12.74 147,679

2014 1,029,596 102.0 164 12.67 130,407

2015 1,138,039 111.3 178 12.51 142,330

Promedio

Anual 1,113,181 107.0 186 12.37 137,582

Tabla 1. Indicadores de rendimiento de las Zafras del año 2005 a 2010 del ingenio caso de estudio (CNIAA, 2016)

Page 28: MAESTRO EN INGENIERIA INDUSTRIAL

28

**Todas las partes del proceso que se describen a continuación hasta el

diagrama de flujo del proceso de producción de azúcar fueron proporcionados por

el ingenio caso de estudio, de tal manera que no se encuentran referenciados.

SIEMBRA Y COSECHA

El proceso de producción de azúcar inicia en el campo cañero con las labores de

siembra y cosecha. Las labores de siembra necesarias para el buen desarrollo del

cultivo son: preparación de la tierra, selección de la semilla, siembra y riego.

Asimismo, el proceso de cosecha se establece en tres pasos: determinación de

madurez, programa semanal de cosecha y abastecimiento de caña con base en el

proceso.

Imagen 1. Cultivo de caña (Elaboración propia)

Page 29: MAESTRO EN INGENIERIA INDUSTRIAL

29

Para lograr un balance de variedad de caña se determina una curva de madurez.

A partir del estimado de producción se calculan los recursos de cosecha para cada

frente (tractores, alzadoras, camiones, etcétera) y, tomando en cuenta el plan de

producción de fábrica, se elabora el programa semanal de cosecha.

La época ideal para el corte es durante los tres meses en que la caña alcanza su

desarrollo máximo y conserva su máxima calidad. El máximo desarrollo o la

maduración de la caña se promueve con la aplicación de agentes que permiten

disminuir el ritmo de crecimiento y acortan el periodo vegetativo de la planta

(floración) para acelerar la concentración de sacarosa. La maduración también se

favorece naturalmente por una baja temperatura y artificialmente con la detención

del riego.

Imagen 2. Planta de caña de azúcar (Elaboración propia)

Page 30: MAESTRO EN INGENIERIA INDUSTRIAL

30

La cosecha puede llevarse a cabo de forma manual o mecánica. La quema de la

caña se realiza con la finalidad de facilitar y agilizar el corte manual de la caña,

eliminar la maleza o ahuyentar animales.

Imagen 3. Caña quemada (Elaboración propia)

El corte manual de caña quemada se realiza al ras del suelo, despunte al viento y

se junta en manojos de 300 a 500 kg, los cuales se recolectan por medio de

alzadoras en camiones.

Page 31: MAESTRO EN INGENIERIA INDUSTRIAL

31

Las máquinas cosechadoras cortan un surco por pasada, pican la caña y por

diferencia de densidad mediante ventiladores se separan las hojas; de esta

manera, las hojas quedan distribuidas uniformemente sobre el campo y la

cosechadora entrega la caña picada directamente a los camiones que se

encargan de su acarreo al ingenio.

Para el uso eficiente de una máquina cosechadora es necesario utilizarla en

terrenos de al menos 5 ha y con distancias largas (500 m).

Imagen 4. Alzadora (Elaboración propia)

Page 32: MAESTRO EN INGENIERIA INDUSTRIAL

32

El abastecimiento de caña se realiza con una frecuencia diaria conforme el plan de

producción programado y se acarrea al ingenio en camiones que esperan su turno

en el área de batey del ingenio, de esta manera la caña se muele guardando una

frescura rigurosa no mayor de 24 horas desde el momento en que se corta.

La frescura de la caña es uno de los aspectos más cuidados en la operación

unitaria de molienda, ya que al ser cortada se torna más susceptible a la

proliferación de microorganismos (Leuconostoc mesenteroides) que promueven la

inversión de la sacarosa (separación de molécula de sacarosa en glucosa y

fructuosa).

Imagen 5. Transporte de caña (Elaboración propia)

Page 33: MAESTRO EN INGENIERIA INDUSTRIAL

33

MUESTREO Y PESAJE DE LA CAÑA:

Toda la caña que llega a la fábrica debe ser muestreada representativamente, el

muestreo se realiza con una sonda mecánica automática, con el fin de evitar

tendencias.

El laboratorio se encarga del análisis de las muestras tomadas con el fin de

determinar las características de la caña, en especial el rendimiento, el cual es la

base para el pago a los proveedores.

Toda la caña también es pesada para efectos de control y contabilidad, para tal

fin, se utilizan básculas de diferentes tipos y capacidades.

Imagen 6. Pesaje (Elaboración propia)

Page 34: MAESTRO EN INGENIERIA INDUSTRIAL

34

DESCARGUE, LAVADO Y PREPARACION DE LA CAÑA:

La mayoría de los ingenios realizan la descarga de los vehículos mediante

aparatos mecánicos muy diversos. Entre los más usados se tienen la grúa de

cañas, el puente rodante, la plataforma basculante y el rastrillo; el sistema de

descarga se debe adaptar a la clase de vehículo que transporta la caña.

En la mesa de alimentación se lava la caña con el fin de retirar la mayor cantidad

de materia extraña (tierra, piedras, pedazos de hojas, polvo, pedazos de metal, y

otros) presente en la caña, proveniente de las etapas de corte y transporte. El

lavado de la caña no es una práctica generalizada y depende de la época del año.

La mesa de alimentación descarga la caña a un conductor, el cual la lleva a los

molinos.

Imagen 7. Descarga en mesa alimentadora (Elaboración propia)

Page 35: MAESTRO EN INGENIERIA INDUSTRIAL

35

Antes de que la caña pase a la etapa de molienda se debe preparar

adecuadamente para facilitar el trabajo de los molinos, utilizando para tal fin

cuchillas corta cañas, desfibradoras, desmenuzadoras o una combinación de las

anteriores.

Imagen 8. Descarga por medio de grúa (Elaboración propia)

Grúa de cañas: Muchas veces la misma grúa se utiliza para descargar los

vehículos, y luego para llevar la caña a las mesas de alimentación; la grúa más

empleada consta de un mástil de entramado metálico, el cual lleva a cierta altura

un brazo horizontal sobre el que rueda un carro con dos poleas por las que pasa el

cable que sostiene la carga. La grúa tiene una capacidad de 3 a 5 ton, y un radio

de acción de 18 a 25 m.

Plataformas de descarga: Existen dos modelos; en el primero el vehículo entra

sobre la plataforma, la cual se inclina lo suficiente y descarga por uno de los

Page 36: MAESTRO EN INGENIERIA INDUSTRIAL

36

extremos; en el segundo de báscula lateral, la plataforma se inclina sobre uno de

sus costados, muy utilizada para transporte férreo.

Conductor: Es un transportador rodante, constituido por un armazón metálico,

con una parte horizontal, una parte inclinada y la cabeza, ubicada a la llegada de

los corta cañas. La longitud de la parte horizontal varía según el sistema de

descarga y la cantidad de caña alimentada, con un máximo de 25 m, ésta longitud

aumenta si el descargue se realiza manualmente. La parte inclinada tiene una

pendiente del 27 al 40 %. Cuando se dispone de corta cañas está pendiente es de

39 a 40 %; y la altura de 6 o 7 m, el conductor se construye en chapa de hierro,

con bordes redondeados. Cuando no existe el corta cañas se construye con

tablillas de madera fijadas a dos o tres cadenas sin fin. El conductor puede ser

accionado por motores eléctricos, de vapor o por un embrague, que a su vez

depende de los corta cañas. Se prefiere el uso de motores a vapor, los cuales

permiten regular más fácilmente la alimentación a los molinos. Al terminar el

recorrido del conductor, la caña cae en una tolva y de ahí pasa a los corta cañas.

Esta caída se debe diseñar con una curva progresiva que facilite la alimentación a

los molinos. La inclinación en esta parte es de 40 a 50°.

Corta cañas: Ejercen una acción niveladora y ordenadora de la masa de caña

presente en el conductor, la cual se debe ordenar para que la entrada de la caña

al molino sea uniforme; consta de una serie de cuchillas fijadas a un eje horizontal.

El material de construcción de las cuchillas generalmente es acero de alta calidad,

deben resistir un afilado constante, y se deben poder cambiar con facilidad.

Las cuchillas corta cañas aumentan la capacidad de los molinos hasta en un 20 %

y favorecen la extracción de sacarosa, ya que rompen la corteza de la caña. El

movimiento se realiza con motores a vapor, o con motores de inducción. La

velocidad es de aproximadamente 400 - 600 rpm, y la potencia varía entre 1,2 y 2

caballos por tonelada de caña. Se deben retirar de la caña presente en el

conductor todos los objetos metálicos, los cuales pueden causar averías en los

Page 37: MAESTRO EN INGENIERIA INDUSTRIAL

37

molinos. Para que la eficiencia del corta cañas y la calidad de corte sean las

esperadas, se debe tener en cuenta durante su instalación la distancia entre el

círculo descrito por el extremo de las cuchillas y el conductor.

Desfibradoras: Cumplen una doble función; la primera es la de asegurar la

alimentación a los molinos; y la segunda preparar la caña, aplastándola para

facilitar su toma y la extracción del jugo.

Generalmente consta de dos cilindros, los cuales poseen una superficie diseñada

para agarrar la caña, dicha superficie se debe construir de manera que rasgue y

desfibre la caña. Su velocidad debe ser mayor (25 o 50 %) que la de los molinos

debido a que la caña que recibe es difícil de agarrar. La fuerza necesaria varía de

17 a 21 caballos de fuerza por tonelada de fibra y hora.

Existen varios tipos de desfibradoras, los más importantes son:

Desfibradora Krajewski: Consta de dos cilindros, con ranuras longitudinales en

forma de zig-zag, construidos de fundiciones endurecidas, las cuales conservan

las características de los cilindros por un mayor tiempo.

El diámetro de los cilindros puede ser menor o igual que el diámetro de las mazas

de los molinos, el ángulo de inclinación para la colocación de los cilindros de la

desfibradora varía entre 60 y 75°.

Desfibradora Fulton: Las ranuras de esta desfibradora tienen forma de V, y están

dispuestas en espiral; se construyen de hierro fundido o de fundiciones de acero.

Para quitar el bagazo que se adhiere a los cilindros se emplean rasquetas (una

especie de cepillos limpiadores).

Existen otros tipos de desfibradoras de uso menos extendido tales como:

Doble desfibradora: Es un conjunto de dos desfibradoras, de velocidad variable.

Page 38: MAESTRO EN INGENIERIA INDUSTRIAL

38

Molino desfibrador: Es una desfibradora de tres cilindros, la cual es muy

parecida a un molino, pero su función es la de desgarrar la caña con la ayuda de

ranuras en forma de V.

Desmenuzadoras: Son equipos, que como su nombre lo indica, desmenuzan la

caña y la preparan para el trabajo posterior de los molinos, facilitando su

extracción e imbibición. Existen cuatro tipos de desmenuzadoras: la

desmenuzadora de discos, la desmenuzadora Searby, el desintegrador Morgan y

la desmenuzadora de Maxwell.

Son accionadas por motores eléctricos o de vapor, a una velocidad que varía entre

400 y 1200 rpm según el tipo de desmenuzadora. La potencia requerida oscila

entre 1 y 4 caballos por tonelada de caña por hora.

Desmenuzadora de discos: Es la más antigua, actualmente se encuentra en

desuso. Constituida por dos cilindros con un ángulo de inclinación de su eje de

45°, cada cilindro está compuesto por una serie de discos dentados. Los cilindros

giran en direcciones opuestas, a velocidad diferente, lo que asegura una buena

desintegración de la caña. La potencia necesaria es de 35 a 40 caballos de fuerza.

Desmenuzadora Searby: Es una trituradora de martillos que pasan entre dos

barras de choque, situadas en la parte superior, contra las cuales los martillos

machacan y desintegran la caña. Se ubica generalmente después de una

desfibradora; la potencia requerida es de 2 caballos por tonelada de caña por

hora.

Desmenuzadora Morgan: Exige la presencia de cuchillas corta cañas, se parece

a una bomba centrífuga que posee un disco de acero en forma de aspas, las

cuales dejan a su paso un pequeño espacio libre. La caña pasa entre las hojas

desintegrándose completamente.

Page 39: MAESTRO EN INGENIERIA INDUSTRIAL

39

Desmenuzadora Maxwell: Consiste en un cilindro de acero tallado, sobre las

tallas se colocan dientes de tres filos recambiables y dispuestos en zig-zag, el

movimiento puede ser suministrado por máquinas de vapor o motores eléctricos.

Se ubica luego de una desfibradora.

MOLIENDA Y EXTRACCION DEL JUGO:

Su función es la de lograr la mejor separación de los dos elementos de la caña, la

fibra y el jugo. La molienda de la caña se efectúa en un tándem de 4 a 6 molinos,

cada uno de los cuales realiza una extracción. La caña pasa primero entre la maza

cañera (por donde entra la caña) y la maza superior, y luego, entre la superior y la

maza bagacera (por donde sale la caña), con la ayuda de una pieza llamada

bagacera. El paso del bagazo por esta pieza debe ser uniforme para evitar

atascamientos y problemas con los molinos.

Imagen 9. Molienda (Elaboración propia)

Page 40: MAESTRO EN INGENIERIA INDUSTRIAL

40

Para mejorar la extracción en la etapa de molienda, se emplea la imbibición. Esta

tiene como objetivo extraer parte del azúcar que queda retenida en el bagazo, que

no se puede extraer por presión seca.

Puede efectuarse con agua o con jugo diluido. Se puede realizar con agua fría o

caliente, esta última dificulta el agarre del bagazo y disuelve la cera que ocasiona

dificultades. La distribución del agua se hace por medio de tuberías perforadas,

inyectores o toberas pulverizadoras. Se pueden utilizar también canales

repartidores.

La cantidad de agua utilizada en la imbibición varía según la región, la capacidad

de los molinos, la fuerza motriz del tren, y se ve limitada por el precio del

combustible necesario para evaporar el agua de exceso.

Para evitar inconvenientes y dificultades durante el bombeo del jugo y la siguiente

etapa del proceso, se recomienda remover del jugo el bagacillo y la mayor

cantidad de fibra tan pronto como sea posible.

Para tal fin se pueden emplear coladores y tamices, por medio de los cuales es

posible remover del jugo material en suspensión; la cantidad de material removido

varía considerablemente dependiendo de la cantidad de bagazo fino presente en

el jugo, del tipo de molino, el ranurado de las mazas, y de la variedad y

composición de la caña.

El material más utilizado para la construcción de los tamices es el latón. También

se pueden utilizar otros materiales como: el cobre rojo, metal monel y otras

aleaciones.

Page 41: MAESTRO EN INGENIERIA INDUSTRIAL

41

Imagen 10. Extracción de jugos (Elaboración propia)

Para evitar pérdidas por fermentación y contaminación del jugo, se debe realizar

una limpieza con vapor de todos los equipos involucrados en esta etapa del

proceso dos veces por turno, también se recomienda el uso de un buen

desinfectante una vez por turno.

El bagazo final, el cual sale por el último molino, puede utilizarse como

combustible para las calderas, o como materia prima en la fabricación de papel y

cartón. Se lleva hasta el sitio donde se va a quemar por medio de un

transportador, el excedente se almacena en un depósito en espera de ser

utilizado.

Molinos: Inicialmente se emplearon molinos de dos cilindros, construidos de

madera o piedra. Posteriormente se sustituyeron por molinos de tres o cuatro

mazas, cilindros horizontales cuyos centros forman un triángulo isósceles. Dos de

ellas se encuentran a la misma altura y giran en la misma dirección, reciben el

Page 42: MAESTRO EN INGENIERIA INDUSTRIAL

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nombre de maza cañera (por donde entra la caña) y maza bagacera (por donde

sale) o maza de descarga; la otra recibe el nombre de maza mayor o superior, la

cual gira en dirección opuesta.

Las mazas inferiores se encuentran generalmente fijas, mientras que, la superior

puede subir o bajar según las necesidades de alimentación del molino.

Se debe reducir al máximo la distancia entre las dos mazas inferiores para

minimizar el ancho de la bagacera y evitar la fricción del bagazo. La bagacera es

una de las piezas más importantes de los molinos, se encarga de permitir el paso

del bagazo que sale de las mazas de entrada hacia la de salida, debe facilitar el

paso del bagazo y garantizar que sea a velocidad uniforme, de esta manera se

evitan atascamientos y daños en los molinos.

Las mazas se construyen de fundición de hierro, de grano grueso, que al

desgastarse conservan su superficie rugosa, permitiendo un buen agarre de la

caña; las dimensiones de las mazas varían según el constructor, el diámetro oscila

entre 35 y 37 pulgadas (89 - 94 cm), y la longitud entre 5 y 7 pies (150 - 210 cm).

La vida de los cilindros depende del material de construcción, de la presión que

deben soportar y de su posición en el tren de molinos.

Los ejes de los molinos se construyen de acero, o de algunas aleaciones de

cromo y níquel, más resistentes pero también más costosas; sobresalen de las

mazas para el acoplamiento de los piñones, cojinetes y en general, del sistema

que le proporciona el movimiento a los molinos. La lubricación del sistema se hace

con grasa (consistente) a presión o por circulación forzada.

Uno de los factores más importantes para el desempeño de los molinos es la

ubicación correcta de las tolvas de alimentación y salida, el ángulo de caída del

bagazo a la entrada debe ser de por lo menos 50°, la longitud de la tolva de

entrada es de aproximadamente 5 pies. Se puede mejorar la alimentación del

molino al aumentar esta longitud.

Page 43: MAESTRO EN INGENIERIA INDUSTRIAL

43

La presión que ejerce la maza superior es constante e independiente de la

distancia entre las mazas, este efecto se logra dotando de movilidad al cilindro

superior, obteniendo así una extracción constante; de no ser así, la presión no

sería uniforme y ocasionaría problemas al equipo. La regulación de presión en los

molinos que componen el tandem, se realiza por medio de un sistema hidráulico

(regulador hidráulico). El líquido del sistema puede ser agua o aceite.

La presión hidráulica aplicada a la maza mayor varía según la longitud de la maza,

la cantidad de caña molida por unidad de tiempo y de la posición que ocupa en el

tren de molinos.

La caña triturada por un molino pasa al siguiente por medio de un transportador

intermedio, el cual debe ser lo más corto posible para economizar espacio. Los

transportadores intermedios pueden ser de diferentes tipos y materiales, siendo

los más comunes los de tablillas de madera o acero y los transportadores de

draga. Por lo general son un poco más anchos que las mazas de los molinos con

el fin de evitar cualquier contacto del bagazo con las partes móviles del

transportador (cadenas, rodillos, etc). Un tipo de conductor muy utilizado cuando

se practica la imbibición, es el conductor en forma de draga en el que las tablillas

conducen el bagazo hasta un fondo plano fijo.

El movimiento de los molinos puede hacerse independiente mediante un motor

para cada molino, o reuniendo los molinos en grupos; se recomienda que cada

molino tenga su motor cuando se muelen cañas de diferente composición; los

molinos pueden funcionar con máquinas de vapor, con motores eléctricos o con

turbinas de vapor. Los molinos electrificados tienen un mayor costo de instalación.

Los cilindros de los molinos pueden ser lisos o ranurados, estos últimos, facilitan el

agarre de la caña, la trituración y la salida del jugo. La forma de las ranuras es

muy variada, sus características esenciales son la altura y el paso. La cantidad de

éstas disminuye de los primeros molinos a los últimos, debido a que los trozos de

Page 44: MAESTRO EN INGENIERIA INDUSTRIAL

44

caña son más gruesos al ingresar al primer molino, y su función es la de dividir el

bagazo para facilitar la extracción del jugo, razón por la cual en los primeros

molinos la acción divisoria sobre el bagazo debe ser mayor.

La capacidad de un tren de molinos se define como la cantidad de caña que dicho

tren es capaz de moler por unidad de tiempo (hora o día). El número de toneladas

de caña molida por hora se representa abreviadamente como T.C.H.

Entre los factores más importantes que influyen en la capacidad de un tren de

molinos están: Dimensiones y velocidad de los cilindros, número de cilindros del

tren, preparación previa de la caña, imbibición, ranurado de las mazas, presión

hidráulica, alimentadores y alimentación del tren.

La cantidad de bagazo que pasa por un molino es proporcional al producto del

espesor de su capa por la superficie descrita en la unidad de tiempo; la longitud de

los cilindros crece de 6 en 6 pulgadas, y el diámetro de 2 en 2. Se tiende a instalar

cilindros de gran tamaño porque aumentan la capacidad de molienda y mejoran la

extracción. La velocidad de los cilindros se expresa como la velocidad superficial

en pies por minuto

PESAJE Y PREPARACION DEL JUGO:

Para efectos de control y contabilidad en la planta, se pesa todo el jugo extraído

por los molinos en básculas mecánicas o electrónicas.

La preparación del jugo se efectúa con la ayuda de compuestos químicos (ácido

fosfórico, cal y azufre), los cuales facilitan la clarificación y sedimentación de las

impurezas presentes en el jugo.

Page 45: MAESTRO EN INGENIERIA INDUSTRIAL

45

El tratamiento con cal se ha constituido a través de los años en el primer paso

para la depuración química del jugo tamizado. Generalmente se añade en forma

de lechada de cal.

Puede ser añadida al jugo por un método manual (intermitente), en el cual se

forman zonas de alta alcalinidad. También puede ser añadida por medio de

dispositivos mecánicos automáticos o por medio de un equipo controlado

electrométricamente, flexible y capaz de aumentar o disminuir la cantidad de

lechada según los requerimientos del proceso. Para controlar la alcalización del

jugo se mide el pH, el cual debe ser superior a 7,5, logrando una buena

clarificación para valores de pH entre 8 y 9.

En la sulfitación se emplean la cal y el bióxido de azufre (líquido o gaseoso) como

agentes clarificantes. La cal neutraliza los ácidos presentes en el jugo. El bióxido

de azufre tiene como función neutralizar el exceso de cal añadida y decolorar el

jugo. Se pueden sulfitar los jugos, los jarabes y las mieles. Se recomienda sulfitar

los jugos debido a que la acción decolorante del bióxido no es inmediata, razón

por la cual al sulfitar los jugos, la decoloración continúa durante la evaporación,

ventaja que no se aprovecharía al sulfitar los jarabes. Otras ventajas de la

sulfitación son la sustitución de los carbonatos alcalinos por sulfitos alcalinos

menos solubles y la disminución de las posibilidades de fermentación en los

evaporadores.

El bióxido de azufre gaseoso se produce por la combustión en hornos del azufre

en presencia de aire, en donde el gas que se produce contiene menos del 14 % en

volumen de SO2. Existen varios tipos de hornos para combustión de azufre, en

general constan de una mufla donde se realiza la combustión, un dispositivo para

introducir el azufre mientras se opera, un sublimador que recoge los vapores de

azufre arrastrados, un secador de aire, un refrigerante, un lavador de gas y una

bomba o compresor de aire.

Page 46: MAESTRO EN INGENIERIA INDUSTRIAL

46

La sulfitación generalmente ocasiona problemas de incrustaciones en los

calentadores, debido a la formación de sulfitos de calcio y otras sales que se

depositan en la superficie de los tubos ; para evitar tales incrustaciones, se

calienta primero el jugo hasta una temperatura de 70 a 80°C, se sulfita, se encala,

se calienta a ebullición y se decanta. Los jugos sulfitados se decantan con mayor

rapidez, se produce una mejor cristalización de la masa cocida y mejora

notablemente el color del azúcar producido. Los mejores resultados del proceso

de sulfitación del jugo se obtienen cuando el jugo se encala y sulfita al mismo

tiempo, en el mismo equipo.

El jugo de la caña contiene cierta cantidad de ácido fosfórico en forma de fosfatos

solubles, los cuales se precipitan al agregar la cal debido al aumento del pH.

Algunas cañas contienen muy poco ácido fosfórico lo cual dificulta su tratamiento,

por tal motivo es necesario adicionar una pequeña cantidad del ácido antes de

agregar la cal. No se puede determinar la cantidad exacta de ácido a agregar, ya

que ésta depende de la variedad de caña y del procedimiento adoptado para el

tratamiento de los jugos. Cuando el jugo no se sulfita, se agrega primero el ácido y

luego la cal, la cantidad de ácido que se agrega equivale a 150 - 200 gramos de

ácido total soluble por cada 1000 litros de jugo. Cuando primero se encala el jugo

y luego se sulfita, el ácido se agrega al jugo ya encalado en cantidades reguladas.

CALENTAMIENTO Y CLARIFICACION DEL JUGO:

El calentamiento de los jugos puede efectuarse antes, después o durante el

encalado del jugo; se realiza como complemento del encalado, facilitando la

precipitación de las impurezas presentes para obtener jugos más puros.

Esta operación se realiza con la ayuda de calentadores de tubos, y si el rango de

calentamiento es muy grande, el calentador requiere un mayor número de pasos.

Para aumentar la temperatura del jugo, se utiliza vapor proveniente de las

calderas o de la etapa de evaporación. Los métodos más comunes para clarificar y

Page 47: MAESTRO EN INGENIERIA INDUSTRIAL

47

calentar el jugo son : Cal - calor, calor - cal, cal - calor - cal, calor - cal - calor y cal

- calor - cal - calor

La clarificación de los jugos tiene como propósito la precipitación, coagulación y el

asentamiento de la materia en suspensión.

La decantación de las partículas se puede realizar en defecadores o en

decantadores, intermitentes o continuos, denominados clarificadores.

La sedimentación debe ser rápida y completa para evitar incrustaciones en los

evaporadores y en los tachos; cuando la separación de la materia en suspensión

no es completa durante la clarificación, se producen azúcares de baja calidad y

con un gran contenido de cenizas.

La clarificación depende de la coagulación, del volumen de sedimentos, del

tamaño, forma y densidad de las partículas, del área disponible para la

sedimentación y de la velocidad del jugo en el clarificador.

Existen varios tipos de clarificadores, los más comunes son : Clarificador Dorr,

Clarificador Graver, Clarificador de Le Fortier y Clarificador de Le Bach. Las

pérdidas de jugo en los lodos de los clarificadores equivalen aproximadamente al

5 % del total del jugo tratado.

Page 48: MAESTRO EN INGENIERIA INDUSTRIAL

48

Imagen 11. Calentamiento (Elaboración propia)

Clarificador Dorr: Es esencialmente un tanque cilíndrico de acero, cuyo fondo es

cónico. Compuesto por una cámara de floculación, un compartimiento

concentrador de cachaza y varios compartimientos clarificadores. La elección del

diámetro del clarificador y el número de compartimientos depende de la capacidad

requerida y del espacio disponible. Está provisto de un tubo central con divisiones

para la entrada del jugo y aberturas de salida para los sólidos sedimentados

(lodos) en todos los compartimientos, en cada uno de los cuales dos brazos

unidos al tubo central rotan. Dichos brazos poseen paletas que se encargan de

raspar el fondo de las bandejas, llevando los sedimentos hacia el centro. El

movimiento proporcionado por la acción conjunta de brazos y paletas en el interior

de la cámara de floculación que facilita la aglomeración de pequeñas partículas en

suspensión, debe ser lo suficientemente lento como para permitir dicha

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49

aglomeración y de esta manera producir jugos más limpios y mejor clarificados.

Para remover la espuma formada en la cámara de floculación, el clarificador

cuenta con espumadores verticales, los cuales la empujan hasta el canal

recolector.

El jugo alcalizado caliente entra a la cámara de floculación, en la que permanece

el tiempo necesario para completar las reacciones de clarificación (defecación) y la

formación del floculo. El jugo claro se retira por la parte superior de cada

compartimiento y se recoge en un tanque localizado sobre el equipo.

Una bomba de diafragma extrae continuamente los lodos acumulados en el fondo

del clarificador que arrastran cerca del 5 % del jugo total.

El clarificador posee una máquina de vapor o un motor eléctrico, el cual se

encarga con la ayuda de un reductor de velocidad de proporcionarle el movimiento

al tubo central.

Clarificador Graver: Es un tanque cilíndrico de fondo cónico de gran capacidad,

provisto de bandejas con sus respectivos raspadores accionado por un motor

eléctrico.

El jugo entra al clarificador por la parte superior, los sólidos de mayor tamaño

descienden a través del espacio dejado entre los aleros de las bandejas y las

paredes del tanque. Las partículas más pequeñas ingresan con el jugo al interior

de los compartimientos, en los que son retiradas. El jugo claro se recoge y es

retirado por la parte superior del clarificador. Los lodos acumulados en la parte

inferior del equipo se extraen con la ayuda de una bomba.

Existen otros tipos de clarificadores menos difundidos y menos empleados tales

como el Clarificador de Le Fortier (rectangular) y el Clarificador de Le Bach.

Page 50: MAESTRO EN INGENIERIA INDUSTRIAL

50

FILTRACION Y CLARIFICACION DEL JUGO FILTRADO:

La clarificación divide el jugo en dos porciones: el jugo clarificado y los lodos

precipitados. El jugo clarificado va directo a los evaporadores y los lodos,

localizados en la parte inferior de los clarificadores, se filtran con la ayuda de filtros

prensa o filtros de vacío para recuperar el jugo presente. A estos lodos se les

puede añadir el bagacillo retirado en los tamices y cribas. El jugo recuperado en

los filtros se somete a un proceso de clarificación con cal, ácido fosfórico y un

coagulante. Luego se lleva a un decantador, en el cual se sedimentan las

impurezas. El jugo clarificado y recuperado de ésta forma se retorna al proceso. El

residuo sólido de la filtración denominado cachaza, se lleva a un tanque de

almacenamiento para posteriormente ser utilizado como abono en las

plantaciones.

Imagen 12. Clarificación de jugo (Elaboración propia)

Filtro prensa: Constituido por platos separados por marcos de igual espesor

construidos de hierro, y ajustados entre sí por presión hidráulica o por un

mecanismo de tornillo. El jugo fluye a través de la parte central de los platos, cada

Page 51: MAESTRO EN INGENIERIA INDUSTRIAL

51

uno de los cuales posee un grifo que vierte a un canal por el que sale el jugo

filtrado. Los marcos presentan vacía su parte central, en esa concavidad se

acumulan los sólidos retenidos.

Entre el plato y el marco se colocan medios filtrantes (telas), de diferentes

materiales tales como algodón, lino, cañamo, y otros, sobre los cuales se

depositan los sólidos formando una torta que aumenta de espesor a medida que el

filtro se llena; una vez lleno el filtro, se procede a su descarga y posterior lavado.

Filtro rotatorio al vacío: Se conoce comúnmente como filtro Oliver - Campbell,

consta de un tambor móvil parcialmente sumergido en el líquido a filtrar cubierto

con platos de cobre perforados. Dicho tambor está dividido en 24 secciones, cada

una de las cuales se comunica con una tubería de vacío que comprende tres

sectores. El primero comunica a la atmósfera, el segundo a un vacío reducido y el

tercero comunica con la sección de mayor vacío.

Al girar, la sección del tambor que se introduce en el líquido se comunica con el

vacío reducido, aspirando la cachaza, el primer filtrado obtenido es turbio. Las

partículas de bagazo y la materia en suspensión constituyen la base para la

formación de la torta, la cual hace las veces de medio filtrante. El espesor de la

torta aumenta hasta que se pone en contacto con una cuchilla raspadora, la cual

tiene como función desprender la torta. Se puede añadir el bagacillo a la cachaza

como material auxiliar de filtración.

Filtros Eimco de cachaza: Es un filtro rotatorio continuo de vacío, en forma de

tambor en donde el medio filtrante se coloca uniformemente sobre la superficie

exterior del tambor, el cual gira lentamente alrededor de su eje. El tambor está

dividido en secciones, las cuales al sumergirse completamente se ponen en

contacto con la bomba de vacío por medio de una válvula automática, que

succiona la solución, separando de ésta manera los sólidos que se adhieren al

medio filtrante.

Page 52: MAESTRO EN INGENIERIA INDUSTRIAL

52

Filtro Taylor: Es un filtro de talegas compuesto por una caja de fundición de

hierro, cuya parte superior es perforada. Cada agujero tiene una pinza sujetada

por dentro, de donde se encuentran suspendidas las talegas, cada una de las

cuales está compuesta por una cubierta externa hecha de cuerda suavemente

tejida, y por una talega interior de tela de algodón. Una vez agotada la capacidad

de filtración de las talegas, se retiran del equipo para luego someterlas a lavado

con agua caliente en repetidas ocasiones.

Este tipo de filtros presenta altos costos de operación, problemas de pérdidas de

azúcar y condiciones de limpieza que no son las más adecuadas.

Filtro Vallez: Consta de una serie de discos montados sobre un eje hueco que

gira lentamente dentro de un tanque horizontal. En su parte inferior hay un tornillo

sinfín que evacua la espuma por una compuerta especialmente adoptada para tal

labor. Los discos filtrantes están formados por dos aros, separados una cierta

distancia, en donde se colocan las telas filtrantes.

El jugo sucio entra por la parte inferior del tanque, se reparte uniformemente y

pasa del exterior al interior de cada disco. El material retirado se acumula sobre la

superficie de los discos formando una torta de espesor tal que no haya contacto

entre las tortas de discos sucesivos. La espuma formada se distribuye

uniformemente sobre las telas.

Una vez termina la operación, las tortas han alcanzado su máximo espesor, hecho

que no permite la filtración de una nueva cantidad de jugo sucio. Para el lavado

del filtro se utiliza agua caliente o agua proveniente de otros lavados anteriores. El

vaciado del filtro se realiza con aire comprimido, al igual que el desprendimiento

de las tortas una vez lavado el filtro.

Page 53: MAESTRO EN INGENIERIA INDUSTRIAL

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EVAPORACION Y CLARIFICACION DE LA MELADURA:

El jugo clarificado que entra a los evaporadores tiene de 12 a 15° Brix

aproximadamente. Para poder extraer por cristalización el azúcar que contiene el

jugo, se debe concentrar hasta obtener un jarabe entre 55 y 65°Brix.

Para calcular la cantidad de agua que se va a retirar, es necesario conocer los

°Brix del jugo y del jarabe, y la cantidad de jugo que entra a los evaporadores. El

agua a evaporar por tonelada de caña será:

Agua a evaporar = Cantidad de jugo * (1 - (°Brix del jugo/°Brix del jarabe))

La concentración del jugo se efectúa en evaporadores de múltiple efecto,

generalmente de cuatro o cinco efectos, los cuales funcionan como una caldera de

doble fondo, calentada con vapor, en la que se introduce el jugo que se desea

hervir. Para hacer hervir el jugo, se debe introducir en el doble fondo de la caldera

vapor a una temperatura mayor que la temperatura de ebullición; el vapor

desprendido del jugo en esta caldera, se conduce al doble fondo de una segunda

caldera, igual a la anterior, en donde se condensa sobre la pared del doble fondo y

cede su calor al jugo. Para que éste ebulla es preciso establecer el vacío sobre el

jugo para disminuir su punto de ebullición. Para las demás calderas o cajas la

operación es similar.

La temperatura de ebullición aumenta desde la última a la primera caja ; la presión

varía en sentido inverso, disminuyendo desde la primera a la última. El primer

efecto se calienta con vapor directo, o con vapor de escape, los demás efectos se

calientan con el vapor procedente del jugo del efecto anterior ; el vacío se produce

mediante la condensación de los vapores del último efecto, en el condensador,

con agua fría. Por este hecho, es necesaria una bomba para extraer

constantemente el aire y los gases incondensables que se acumulan en el

condensador.

Page 54: MAESTRO EN INGENIERIA INDUSTRIAL

54

La evaporación se regula de tal forma que el jarabe salga de los evaporadores con

una concentración entre 50 y 60°Brix cuando se quiere producir azúcar blanco, y

de 60 a 70°Brix cuando se produce azúcar crudo.

Cuando se produce Azúcar Blanco Especial, el jarabe o meladura que sale del

sistema de evaporación, se pasa a un clarificador donde se le adiciona cal, ácido

fosfórico y un floculante para retirar las impurezas presentes. Los lodos

sedimentados en el clarificador se llevan a los filtros de la cachaza, para su

disposición final.

En la fabricación de las demás clases de azúcar; azúcar blanco, azúcar crudo,

azúcar refinado y azúcar recristalizado, no se clarifica la meladura proveniente de

los evaporadores.

Imagen 13. Evaporación (Elaboración propia)

Evaporadores: En la Industria del Azúcar se utilizan evaporadores de múltiple

efecto, con lo cual se disminuye el consumo de energía. En un evaporador de

Page 55: MAESTRO EN INGENIERIA INDUSTRIAL

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múltiple efecto, el vapor procedente de la caldera se condensa en el elemento

calefactor del primer efecto, si la alimentación al primer efecto está a una

temperatura cercana a la temperatura de ebullición. Un kilogramo de vapor hará

que se evapore cerca de un kilogramo de agua; el primer evaporador trabaja a una

temperatura de ebullición suficientemente alta como para que el agua evaporada

sirva de medio de calentamiento al segundo efecto. Allí se evapora cerca de otro

kilogramo de agua que puede ir a un condensador, o servir de medio de

calentamiento al siguiente efecto, dependiendo del número de efectos del sistema

de evaporación de la planta.

La ebullición del jugo en los evaporadores se realiza a presiones menores que la

atmosférica. Con la intención de producir el vacío se requiere de una bomba de

aire, la cual hace el vacío en un condensador, de una bomba que eleva a la parte

superior del condensador el agua fría necesaria para la condensación de los

vapores procedentes del evaporador y de un condensador.

La alimentación al sistema de evaporación de múltiple efecto puede ser en

paralelo, en contracorriente, o una modificación de las dos, la cual se conoce

como alimentación mezclada. La alimentación en paralelo se utiliza cuando el licor

de alimentación está a mayor temperatura que la temperatura de saturación del

primer evaporador (primer efecto), lográndose una evaporación flash. Como el

vacío se mantiene en el último evaporador (último efecto), el licor fluye por sí

mismo de un evaporador al siguiente, requiriéndose así sólo de una bomba al final

del sistema. Como la temperatura de saturación es menor en cada efecto, siempre

se produce una evaporación flash, lo que reduce el consumo total de vapor.

Los evaporadores más utilizados en la industria del azúcar son los evaporadores

de calandria.

Evaporador de calandria: Consiste en un haz de tubos verticales, corto, colocado

entre dos placas remachadas al cuerpo del evaporador; este conjunto constituye la

parte inferior del equipo.

Page 56: MAESTRO EN INGENIERIA INDUSTRIAL

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El cuerpo del evaporador está compuesto por un cilindro de fundición de hierro o

de acero, el cual constituye la parte superior del equipo, denominado comúnmente

calandria, situado sobre el haz tubular. La calandria termina en una cúpula en

forma de casquete esférico construida a una altura suficiente para disminuir el

arrastre del líquido con los vapores. El vapor fluye por fuera de los tubos, existe un

gran paso circular de derrame en el centro del haz de tubos donde el líquido a

menor temperatura recircula hacia la parte inferior del haz tubular. Los tubos son

grandes para disminuir la caída de presión y facilitar la circulación del líquido,

están construidos generalmente de acero o de latón, por ellos circula el jugo a

concentrar.

El vapor penetra al haz tubular por una o dos entradas, circula por los espacios

intertubulares limitado por las placas y la pared del mismo. Para lograr una buena

distribución del vapor entre los tubos se utilizan deflectores o bafles y se deben

ubicar puntos de purga para evitar la formación de bolsas de gases

incondensables. En la parte opuesta a la entrada del vapor se ubican las tuberías

de salida de los gases incondensables y en la parte inferior del haz tubular se

encuentra una tubería para la evacuación del agua condensada. En la parte

inferior del equipo se encuentra localizada una tubería, la cual lo comunica con el

siguiente efecto.

El espacio sobre el nivel del líquido, utilizado para liberar el líquido arrastrado por

el vapor, debe poseer una trampa instalada en la línea de vapor con el propósito

de retornar el líquido arrastrado. Tales trampas se basan en la eliminación

centrífuga de las gotas del líquido.

COCIMIENTO Y CRISTALIZACION DEL JARABE:

La cocción se realiza en aparatos independientes de los evaporadores, en los que

el jarabe se transforma en una mezcla de cristales y jarabe sobresaturado,

Page 57: MAESTRO EN INGENIERIA INDUSTRIAL

57

denominado comúnmente masa cocida. Esta concentración modifica la naturaleza

y estado físico de la meladura, aumenta la viscosidad y, a medida que se produce

la cristalización, el jarabe se transforma en una mezcla de productos semilíquidos

y semisólidos cuya consistencia no permite su concentración en espacios de

diámetro reducido, ni su circulación de un equipo a otro.

Por esta razón la cocción se debe realizar en equipos individuales de efecto

sencillo, denominados tachos en donde la superficie de calefacción debe ser la

suficiente para evaporar el agua en la cantidad necesaria. Una superficie de

calefacción mayor permite una evaporación rápida, con vapor de baja presión.

La tacha debe estar construida de tal manera que permita el movimiento de la

masa cocida, provocado por las burbujas de vapor, formadas por la ebullición, que

se desprenden en la superficie de calefacción ; el movimiento de la masa debe ser

enérgico para obtener una sobresaturación y temperatura uniformes.

El proceso de cocción se realiza en varias etapas: Preparación de la tacha para la

cocción, llenado parcial de la tacha con jarabe, concentración del jarabe a

sobresaturación, formación del grano, desarrollo del grano y el período de

agotamiento.

Una vez termina el período de agotamiento, se suspende la carga de jarabe a la

tacha y se procede a concentrar la masa hasta aproximadamente 94°Brix, antes

de descargarla al malaxador. Esta concentración de la masa reduce la cantidad de

miel producida durante la cocción.

Debido a la escasa movilidad que presentan las masas cocidas por su elevada

concentración, es necesario diluirlas antes de su descarga, con el fin de evitar

problemas en el malaxador (puede ocurrir la cristalización de la masa presente en

el malaxador).

Page 58: MAESTRO EN INGENIERIA INDUSTRIAL

58

La dilución de la masa se realiza con miel procedente de una turbinación anterior

que debe ser homogénea para facilitar la descarga de los tachos. Con la dilución

de la masa cocida termina la etapa de cocción del jarabe y se procede a la

descarga de la tacha

Imagen 14. Deposito (Elaboración propia)

Cada operación o descarga de una tacha recibe el nombre de templa; si se

descarga sólo una parte de la templa, dejando la otra parte como base para otra

templa, la operación recibe el nombre de corte de templa. La masa cocida

descargada recibe el nombre de cola, y la descarga de la templa se denomina,

botar una cola. Se acostumbra designar cada tacho con una letra (A, B, C, etc.),

esta letra nos indica el orden en que se producen las templas.

La cocción se puede realizar de tal forma que se obtengan dos, tres y hasta cuatro

masas cocidas. El procedimiento más común es la obtención de tres productos,

una masa de primera (masa A), masa de segunda (B), y la masa de tercera (C).

La masa cocida de primera se prepara con jarabe virgen, o con una mezcla de

jarabe virgen y miel de primera. La pureza de la masa A varía entre 80 y 85 %,

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según la pureza del jarabe; la masa de segunda se prepara con una base de

jarabe virgen, alimentándola con miel de primera y logrando una pureza de 70 a

75 %. La miel de segunda se utiliza para preparar la masa de tercera, la cual tiene

una pureza de 55 a 60 % ; la masa de tercera se pasa a un cristalizador donde se

deja aproximadamente 16 horas, enfriándola, para aumentar la transferencia de

sacarosa y de ésta manera completar el agotamiento de las mieles.

Los equipos en los que se verifica la cristalización se conocen con el nombre de

malaxadores y cristalizadores. Los malaxadores, reciben generalmente las masas

de primera y de segunda, favoreciendo su centrifugación; son recipientes de

sección vertical en forma de U, que poseen un agitador, el cual le proporciona a la

masa un movimiento lento y continuo. En los cristalizadores, se tratan las masas

de tercera, las cuales necesitan más tiempo para completar la cristalización y

llevar el agotamiento al máximo.

Tachos: Deben reunir las condiciones para trabajar como un evaporador llevando

el jarabe de 60°Brix a la concentración correspondiente a su cristalización (95 a

98°Brix), apropiados para la producción de cristales.

Son muy parecidos a los evaporadores, se construyen verticales u horizontales y

la extracción de las aguas condensadas y de los gases incondensables se verifica

de manera similar. Su superficie de calentamiento no tiene tanta importancia como

en los evaporadores, pero debe ser la suficiente para evaporar la cantidad

necesaria de agua ya que una superficie mayor de calentamiento permite una

evaporación rápida con vapor de menor calidad desde el inicio de la etapa de

cocción.

Deben permitir el movimiento de la masa cocida, provocado por las burbujas de

vapor producidas durante la ebullición del jarabe que se desprenden en la

superficie de calentamiento, agitan y arrastran la masa durante su ascensión a la

superficie con un movimiento que debe ser enérgico para lograr una temperatura y

Page 60: MAESTRO EN INGENIERIA INDUSTRIAL

60

sobresaturación uniformes. El calentamiento se realiza con serpentines o haces

tubulares; las superficies de calentamiento deben colocarse lo más abajo posible,

de tal manera que el jarabe las cubra desde el inicio de la cocción. Se recomienda

instalar un haz tubular, con tubos de 1 m de longitud y de 9 a 10 cm de diámetro.

Los serpentines se agrupan de dos o de a tres, y se construyen de cobre con un

diámetro de 10 a 15 cm y un espesor de 2 a 3 mml. Su longitud varía según la

clase de vapor utilizado, bien sea vapor directo, vapor de escape o vapor extraído

del sistema de evaporación en múltiple efecto.

Existen diferentes sistemas de calefacción, entre los que se encuentran: El

sistema Greiner, sistema en Lira, sistema Witkowics, sistema Wellner - Jelinek y el

sistema Lexa - Herold.

La capacidad de los tachos es variable. Existen pequeños con capacidad de 300 a

400 HL, los cuales generalmente se emplean para la preparación de pies de

cocida. También se construyen de mayor capacidad, hasta 900 HL, con una

superficie de calentamiento de 900 m2, y dos haces tubulares.

Un tacho debe disponer siempre de los siguientes elementos : Una cámara en la

que se verifica la cocción ; un sistema de calefacción ; tubería y válvulas para la

entrada de la miel a la tacha ; un recuperador de las gotas de jarabe arrastradas

por el vapor ; una tubería de unión de la cámara de cocción con el condensador,

provista de una válvula de regulación de vacío ; un dispositivo de cierre y descarga

de la masa cocida, válvula de descarga ; un purgador para evacuar el agua

condensada en el sistema de calefacción, sin pérdida de vapor no condensado ;

tubería y válvulas para el lavado de los tachos con vapor al terminar la cocción ;

tubería de evacuación de gases ; tubería y válvula para el vapor de calefacción ;

miras, sondas y grifos, termómetros y vacúometros para regular la marcha de la

cocción.

Page 61: MAESTRO EN INGENIERIA INDUSTRIAL

61

Malaxadores: Reciben la masa de primera (masa A), la cual se somete a

beneficio para favorecer su posterior turbinación. Son recipientes de sección

vertical en forma de U, provistos de un agitador, el cual mantiene la masa en

movimiento lento y continúo; dicho movimiento es proporcionado por engranajes

accionados con correa. Los malaxadores más comunes son :

Malaxador de hélice doble: Provisto de dos hélices y dos ejes, los cuales se

mueven en sentido inverso; la hélice superior lleva una pala que rebasa la altura

de la masa.

Malaxador Ragot: Es un malaxador común, provisto de serpentines que giran en

la masa y pueden recibir agua o vapor. Su eje de movimiento es hueco y a él van

unidos los extremos de los serpentines. Este equipo permite un enfriamiento

rápido, o por el contrario, la calefacción de la masa antes de la turbinación.

Cristalizadores: Aparatos que reciben las masas de segunda y las de tercera o

de agotamiento (masas B y C), permanecen más tiempo, durante el cual se

somete la masa a un tratamiento para completar la cristalización y llevar el

agotamiento de la masa al máximo. Existen diferentes clases de cristalizadores,

entre los que sobresalen: El cristalizador Wekspoor y el cristalizador tubular

rotativo Lafeuille.

Cristalizador Wekspoor: Recipiente en forma de U ó circular, según la masa a

tratar ; en su interior posee un eje sobre el que se fijan los elementos de

enfriamiento, discos huecos unidos entre sí, de modo que el agua recorre uno a

uno todos los elementos, los discos dividen en compartimientos el recipiente. La

masa se introduce por un extremo y avanza por gravedad de un compartimiento a

otro, sale por desbordamiento por el lado opuesto ; el agua entra por éste lado,

circula por todos los discos y vuelve por el hueco del malaxador. La circulación es

en contracorriente; una de las ventajas que tiene es que la masa que llega caliente

se pone en contacto con agua ya calentada, y en cualquier punto la temperatura

Page 62: MAESTRO EN INGENIERIA INDUSTRIAL

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del agua de enfriamiento desciende a medida que la de la masa también

disminuye.

Cristalizador tubular rotativo Lafeuille: Funciona como malaxador o como

tacha; compuesto por un cilindro de eje horizontal, el cual rota sobre unos rodillos.

En los fondos se encuentran dos placas tubulares de chapa, y en el interior, lleva

unos tubos horizontales unidos de dos en dos, los cuales forman un tubo cónico

atravesado por una corriente de agua o vapor; al iniciar su operación se llenan tres

cuartas partes del volumen total disponible, la rotación mantiene la masa agitada y

malaxada sin necesidad de dilución. Permite el enfriamiento rápido de las masas

cocidas, aumenta su rendimiento y disminuye la pureza y cantidad de miel

producida. Cuando se emplea como tacha se pueden llegar a obtener masas

cocidas de hasta 98°Brix.

CENTRIFUGACION Y SECADO:

La masa cocida resultante de la cocción y cristalización del jarabe está formada

por cristales de azúcar y por las mieles que no cristalizan. La separación de los

cristales de azúcar de las mieles, se realiza en equipos denominados centrífugas o

turbinas, por la acción combinada de la fuerza centrífuga y la fuerza de gravedad.

En la práctica se acostumbra turbinar en caliente (70 - 75°C) las masas cocidas de

primera y segunda, tal como salen de las tachas. Las masas de tercera se

turbinan después de que salen de los cristalizadores a una temperatura menor (50

a 60°C).

La duración de la turbinación depende de la uniformidad y tamaño de los cristales,

de la viscosidad y pureza de la masa, de la temperatura, de la velocidad de

arranque, de la rapidez de frenado y vaciado de la centrífuga, y de la duración de

los lavados con agua y con vapor. El tiempo de turbinación para las masas de

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primera (masas A) es de 1 a 5 minutos, 4 a 10 minutos para las de segunda

(masas B) y de 10 a 45 minutos para las de tercera (masas C).

Como resultado de la turbinación de las masas cocidas de tercera o de

agotamiento, se obtiene la miel final, miel que no cristaliza, denominada

comúnmente melaza, con una pureza del 35 %. La melaza se pesa, envasa y se

almacena en espera de ser despachada al comercio en donde se puede utilizar

como alimento de ganado, en la producción de alcohol y en la industria

sucroquímica.

El azúcar que se separa en las turbinas pasa a la etapa de secado, la cual se

realiza en secadores rotatorios, en los que se inyecta aire caliente en

contracorriente. El aire se calienta con la ayuda de un recalentador. La humedad

del azúcar luego del secado es menor del 0,06 %.

Turbinas centrífugas: Las más importantes son las turbinas cuyo eje oscila, entre

las que figuran:

Turbina Weston: Es una turbina de eje dotado de oscilación, compuesta por un

órgano motor colocado en la parte superior que acciona un eje vertical, que está

provisto de una canasta perforada para permitir el paso de la miel. La canasta está

cubierta por unas telas metálicas que retienen los cristales de azúcar, formada por

hilos de cobre, arrollados en espiral y unidos uno junto al otro. Se carga por la

parte superior, y se descarga al finalizar la turbinación de las masas por una

abertura ubicada en la parte inferior del equipo. Las perforaciones de la canasta

tienen un diámetro aproximado de 7 mm y están separadas 22 mm.

El accionamiento de las turbinas se puede hacer de tres maneras; con un sistema

hidráulico, por correa y con un sistema eléctrico. Se disponen en línea formando

una batería, la cual cuenta con un canal malaxador que recibe la masa cocida

Page 64: MAESTRO EN INGENIERIA INDUSTRIAL

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proveniente de los malaxadores y alimenta las turbinas. Además, la batería posee

tuberías de vapor y agua para el beneficio de la masa cocida.

Existen también, turbinas continuas como las de Krauss - Maffei y las C4, que

entre otras características, presentan un consumo de cerca de 2,5 HP por

tonelada de azúcar por hora, fácil acceso a todas sus piezas, no necesitan

vigilancia, pueden trabajar todo un día sin limpieza, tienen un bajo consumo de

agua y regulan la alimentación.

Secadores: El azúcar crudo no se seca, simplemente se almacena y envasa tal y

como sale de las centrífugas. Los demás tipos de azúcares se secan en

secadores rotatorios con aire caliente a una temperatura entre 80 y 90°C, el aire

se calienta con la ayuda de un recalentador. El equipo de secado cuenta además

con un ventilador, un ciclón, un separador de polvo, una chimenea, un elevador

para el azúcar seco, una tolva de recibo y una báscula (mecánica o automática).

Un secador rotatorio consiste en un cilindro que gira sobre cojinetes apropiados, el

cual tiene una leve inclinación sobre la horizontal para facilitar el desplazamiento

lento del material dentro del secador. La longitud del cilindro es de cuatro a diez

veces su diámetro, que varía entre 0,3 y 3 m. Los sólidos a secar se introducen

continuamente por un extremo, mientras que el aire caliente fluye por el otro

extremo. Dentro del secador, unos elevadores que se extienden desde las

paredes del cilindro en la longitud total del equipo levantan el sólido y lo riegan en

una cortina móvil a través del aire, exponiendo el sólido completamente a la acción

secadora del gas. Esta elevación del sólido contribuye a su movimiento hacia

adelante. En el extremo de alimentación del sólido, unos pequeños elevadores

espirales ayudan a impartir el movimiento inicial hacia adelante antes de que el

sólido llegue a los elevadores principales. El material a secar no debe ser chicloso,

puesto que podría pegarse a las paredes del secador, o tendería a apelotonarse.

Dependiendo del material a secar y de las características de la operación de

secado, existen varios tipos de secadores rotatorios, entre los que figuran : El

secador de calor directo y flujo a contracorriente en el que el gas está en contacto

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con el material a secar (muy utilizado en la industria del azúcar) ; el secador de

calor directo y flujo a corriente paralela (utilizados para el secado de yeso, turba y

alfalfa) ; el secador de calor indirecto y flujo a contracorriente (para el secado de

alimento para ganado, granos para la elaboración de cerveza) y el secador directo

- indirecto, el más económico (secado a altas temperaturas de lignito, carbón y

coque).

ENVASADO Y DESPACHO A GRANEL:

Una vez seco, el azúcar se envasa en sacos o bolsas plásticas, en sus diferentes

presentaciones para ser despachado al comercio. En el proceso de envasado, el

azúcar se pesa en básculas electrónicas. Cuando se empaca en sacos, éstos

pueden ser sellados a mano o con la ayuda de una máquina.

Imagen 15. Transporte de sacos de azúcar (Elaboración propia)

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El almacenamiento del producto terminado requiere de una serie de cuidados para

asegurar que la calidad del producto no se altere. Para que un azúcar pueda ser

almacenado debe tener un contenido de humedad bajo (0,05 %).

El azúcar de grano fino absorbe humedad más fácilmente que el de grano grueso,

debido a que su higroscopicidad es mayor.

Imagen 16. Clasificador de sacos (Elaboración propia)

Se debe contar con un depósito o bodega para almacenar el azúcar empacado

antes de ser despachado al comercio.

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67

Dicho depósito debe cumplir con las disposiciones sanitarias para el

almacenamiento de alimentos, las cuales le aseguran al consumidor final que el

producto que está consumiendo está en óptimas condiciones.

Imagen 17. Almacén de azúcar empacada (Elaboración propia)

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68

11.2 Representación gráfica del proceso de producción de azúcar

Ilustración 1. Diagrama de flujo del proceso de producción de azúcar estándar en el ingenio caso de estudio (Fuente: ingenio caso de estudio)

11.3 Función del sistema estudiado

El sistema estudiado cumple la función de, a partir del cultivo de caña y de su

posterior trasformación, producir azúcar refinado seco, etanol anhidro y

electricidad que puede ser vertida a la red

11.4 Unidad funcional

La unidad funcional es una medida del comportamiento de las salidas funcionales

de un sistema y su propósito es proporcionar una referencia para las entradas y

salidas del mismo. Esta referencia es necesaria para asegurar que la comparación

Page 69: MAESTRO EN INGENIERIA INDUSTRIAL

69

de los sistemas se hace sobre una base común. La unidad funcional seleccionada

debe estar definida y ser mensurable.

Teniendo en cuenta los procesos estudiados, se estableció como unidad funcional

la transformación de una tonelada de caña y los productos que de dicha

transformación se obtienen. Las unidades funcionales que se han elegido son las

siguientes:

1 t de caña procesada

1 MJ de etanol

1 kg de azúcar

1 kWh de electricidad

11.5 Sistemas estudiados

Una vez establecida la función del sistema y la unidad funcional, es necesario

definir los sistemas y subsistemas que conforman la cadena a analizar. En la

Ilustración 2 se han representado esquemáticamente las etapas principales de los

sistemas estudiados:

Ilustración 2. Diagrama general simplificado de la producción de azúcar (Elaboración propia)

Page 70: MAESTRO EN INGENIERIA INDUSTRIAL

70

Los sistemas estudiados en el Análisis de Ciclo de Vida son los siguientes:

Sistema A1: Cultivo de la caña

Sistema A2: Transformación de caña a jugo clarificado

Sistema A3: Transformación de jugo clarificado a azúcar y miel

Sistema A4: Transformación de jugo clarificado

Sistema A5: Generación de energía

Estos sistemas describen las etapas del ciclo de vida de la transformación de la

caña de azúcar en los tres productos de interés, a partir de diversas materias

primas. En los sistemas estudiados se incluyen el cultivo, el transporte de la

materia prima hasta la planta de transformación y la transformación en la misma

para obtener los productos y los subproductos. Asimismo, se considerará el

transporte de productos terminados, productos intermedios (co-productos) y

residuos.

Son tres los productos objeto de análisis, pero como a lo largo de las etapas que

componen el ciclo de vida de esta cadena productiva, se obtienen otros productos

como la miel, se hace necesaria la distribución de las entradas y salidas del

sistema entre todos los productos obtenidos, para distribuir las cargas ambientales

a lo largo de todo el proceso.

11.6 Descripción de los productos estudiados

Las características de los productos estudiados utilizadas en el presente estudio

se describen a continuación:

Azúcar refinado seco. El azúcar es sacarosa, un carbohidrato compuesto por

carbono, oxígeno e hidrógeno. Estos hidratos de carbono son los compuestos más

Page 71: MAESTRO EN INGENIERIA INDUSTRIAL

71

abundantes en la naturaleza y constituyen la mayor fuente de energía, la más

económica y de más fácil asimilación (Murrú, Hermin, & Kuster, 2012)

Electricidad de bagazo de caña. Varios informes recientes han mencionado los

beneficios de la utilización de bagazo para la producción de electricidad, tales

como el sistema de cogeneración de bagazo como una parte de la red eléctrica

(Kiatkittipong, Wongsuchoto, & Pavasant, 2009)

La energía eléctrica producida a partir del aprovechamiento de los residuos de

biomasa de la caña de azúcar, depende en gran medida de los consumos de

energía por las diferentes unidades de proceso en el ingenio; de la producción de

vapor por tonelada de bagazo, y de la eficiencia de la turbina de vapor (Gil, Moya,

& Domínguez, 2013). En este caso, se utiliza el bagazo de caña obtenido en la

producción de jugo clarificado, para generar vapor y energía eléctrica para

abastecer la planta industrial, y entrega el excedente a la red eléctrica de la

Comisión Federal De Electricidad (CFE).

11.7 Cuantificación de la unidad funcional

Partiendo de la transformación de una (1) tonelada de caña, se producen 54,50 kg

de azúcar refinado seco y 61,76 kWh eléctricos (de los cuales 18,5kWh son

enviados a la rede de la CFE).

11.8 Análisis de inventario

El análisis de inventario es un proceso de cuantificación de los flujos de energía y

materiales que entran y salen de una actividad durante su ciclo de vida. Un

análisis del inventario es fundamentalmente un balance de materia y energía del

sistema, aunque también puede incluir otros parámetros como: utilización de

suelo, radiaciones, ruido, vibraciones, biodiversidad afectada, entre otros aspectos

(Herrera, Lago, Lechón, & Sáez, 2011)

Page 72: MAESTRO EN INGENIERIA INDUSTRIAL

72

Los aspectos a tener en cuenta en la realización de un análisis de inventario de

ciclo de vida, son aquellos que relacionan los flujos de materiales y energía con la

unidad funcional, la necesidad de asignación y los métodos de asignación

disponibles, y la disponibilidad de los datos. Estos aspectos se mencionan a

continuación:

Descripción de los procesos unitarios (Balance de materia y energía)

Procedimientos de cálculo (Deben estar referidos a la unidad funcional)

Criterios de asignación

Asignación de flujos a productos y co-productos según lo establecido

en la definición de objetivo y alcance

Procedimientos de recopilación de datos

Los datos deben recopilarse para cada proceso unitario incluido

dentro de los límites del sistema)

Realización de cálculos

La metodología seguida en este análisis de inventario, usa la aproximación

conceptual del análisis de sistemas, en el sentido en que traza una frontera

alrededor del sistema analizado y cuantifica las entradas y salidas a través de esa

frontera (Lechón et al, 2006)

El proceso de transformación de la caña de azúcar en los tres productos de interés

(azúcar refinada, etanol anhidro y electricidad) presenta particularidades

significativas a pesar de ser un proceso sencillo y conocido. Dichas

particularidades están relacionadas con el tipo de materias primas utilizadas y su

origen. Este hecho hace necesario establecer el origen de todos los materiales y

los flujos energéticos utilizados, de manera que puedan ser computadas

adecuadamente sus cargas asociadas, en todas las fases productivas, incluso el

transporte.

Page 73: MAESTRO EN INGENIERIA INDUSTRIAL

73

La obtención de las materias primas utilizadas en la transformación de la caña de

azúcar, implica diversas actividades, que van desde la actividad agrícola, hasta la

obtención de subproductos y productos terminados. No siempre es posible tener

todos los datos necesarios para la elaboración del inventario, por lo que es

necesario, partir de una serie de suposiciones e hipótesis que permitan completar

dichos datos.

Tal como se estableció en la definición de objetivo y alcance, la cadena productiva

de la transformación de la caña de azúcar, se compone de sistemas: cultivo de

caña, producción de jugo clarificado, producción de azúcar refinado, y generación

de electricidad. Para cada uno de estos sistemas se ha desarrollado un escenario

que representa las principales corrientes de entrada y salida, y a partir de las

cuales se definen las cargas ambientales asociadas.

11.8.1 Análisis de inventario del Sistema. Cultivo de caña

Se elaboró el escenario de la producción de la caña de azúcar, a partir de

información primaria, reportada por el ingenio y de información secundaria

obtenida a través de una rigurosa revisión bibliográfica y de bases de datos de

relacionadas con los procesos productivos involucrados con dicho sistema. La

Ilustración 3, representa esquemáticamente las entradas y las salidas del sistema

cultivo de caña

Page 74: MAESTRO EN INGENIERIA INDUSTRIAL

74

Ilustración 3. . Diagrama esquemático de entradas y salidas del sistema cultivo de caña. (Elaboración propia).

Para la realización del inventario se han tenido en cuenta las labores agrícolas

realizadas y los procesos asociados a la producción y transporte de las materias

primas necesarias en el cultivo tales como fertilizantes y fitosanitarios. Al margen

de la fase agrícola se ha analizado el transporte de la caña hasta la planta de

transformación.

Se ha considerado que un 90% de la cosecha es manual y un 10% de la misma se

realiza mecanizada. En el caso de la cosecha manual, se ha considerado el uso

de súper gas o gas licuado del petróleo (GLP), como combustible para la quema

de la hoja, actividad previa a la cosecha manual. Los datos de partida del cultivo

de caña, se presentan en la Tabla 2.

Descripción Cantidad Unidades Comentarios

Duración del cultivo 1.2 años

Superficie cultivada 9189 hectáreas Cada año se siembra el 20% de la superficie.

Poder Calorífico Superior (PCI)

17,375

KJ/Kg PCS del bagazo de caña, en base seca.

Rendimiento 60 t/ha

Semilla para siembra 12 t/ha

Especie cultivada Saccharum offininarum; Familia Poacea

Tabla 2. Partida del cultivo de caña (Fuente: Ingenio caso de estudio)

Page 75: MAESTRO EN INGENIERIA INDUSTRIAL

75

Riego

En el caso del riego, se ha hecho un promedio de consumo tanto de la electricidad

como del combustible necesario para llevar a cabo dicha actividad, a partir de los

datos reportados por el ingenio caso de estudio. Ver Tabla 3.

Ha regadas Consumo eléctrico

(KWh/ha)

Consumo de Gasoil

(L/ha)

Particulares (*2)(*3)

3716 754 48,3

Sistemas colectivos (*1)

5473 955 11,5

Total 9189 874 26

Tabla 3. Consumo de electricidad y combustible en la actividad de riego (Fuente: Ingenio caso de estudio)

*1 Solamente el 5% de las ha de los sistemas colectivos consume gasoil para riego (230 L/ha)

*2 Solamente el 21% de los particulares consume gasoil para riego (230 L/ha)

*3 El 79% restante de los particulares utiliza EE y se supone el mismo consumo que el

de los sistemas colectivos

Labores agrícolas

Las laboreas agrícolas consideradas en este estudio son las siguientes:

Labores del terreno. Incluye las tareas agrícolas de alzado y preparación

del terreno realizadas con diferentes aperos.

Labores de fertilización. Se las labores de abonado realizado siempre con

abonadora.

Labores de cultivo. Se han computado las labores de siembra y

mantenimiento.

Tratamientos fitosanitarios. Contempla las labores de aplicación de los

productos herbicidas, insecticidas y otros agentes utilizados.

Cosecha. Se incluyen las labores de cosecha y quema previa de la hoja.

Page 76: MAESTRO EN INGENIERIA INDUSTRIAL

76

Transporte insumos.- Se incluye el transporte local de los insumos:

semillas, fertilizantes y fitosanitarios.

Cosecha

El 10% de la superficie de caña se cosecha de forma mecanizada mientras que el

90% restante se cosecha de forma manual tras la quema de la hoja. Para la

cosecha mecanizada se utiliza una cosechadora y un tractor con trasbordo, con un

consumo de combustible asociado de 5,46 kg/ha. Para la cosecha manual se

utilizan quemadores alimentados con super gas (GLP) con un consumo por ha de

1,35 kg. Tras la corta de la caña se utiliza un grapo que carga los tallos en los

camiones de transporte.

Aplicación de vinazas

Las vinazas provenientes del cultivo de la caña se transportan al campo donde se

extienden. Se han considerado las emisiones procedentes de este transporte así

como las emisiones de óxido nitroso producidas en el suelo tras la aplicación. No

se ha considerado la posibilidad de que el aporte de nutrientes originado por esta

aplicación de las vinazas sustituya a la aplicación de ninguna cantidad de

fertilizantes.

Otros procesos

Producción de fertilizantes. Los datos del proceso de producción de los

fertilizantes, desde la obtención de las materias primas hasta la fabricación del

producto final así como la realización de las infraestructuras necesarias para su

producción han sido tomados de la base de datos de Ecoinvent.

Producción de fitosanitarios. Los datos del proceso de producción de los

productos fitosanitarios aplicados, desde la obtención de las materias primas hasta

la fabricación del producto final, así como la realización de las infraestructuras

Page 77: MAESTRO EN INGENIERIA INDUSTRIAL

77

necesarias para su producción han sido tomados de la base de datos de

Ecoinvent. Los datos para el transporte desde la zona de producción hasta la zona

de almacenamiento también proceden de Ecoinvent.

Aplicación de fertilizantes. La aplicación de fertilizantes a los suelos de cultivo

implica la producción de emisiones resultantes de la interacción entre los

compuestos químicos y el propio suelo (Brentrup, Küsters, Kuhlmann, & Lammel,

2001). La utilización de fertilizantes produce diferentes tipos de emisiones a los

diferentes medios, en este análisis se cuantifican las emisiones al aire de óxido

nitroso (N2O).

Emisiones de N2O en campo. Todos los suelos (agrícolas, forestales, en

barbecho, debido a la actividad bacteriana del suelo) emiten N2O, pero estas

emisiones se ven incrementadas con la fertilización.

Las emisiones de N2O a la atmósfera contribuyen de una manera significativa al

cambio climático (Houghton, Jenkins, & Ephraums, 1990)y participan también en

la destrucción de la capa de ozono. El N2O emitido por los suelos se produce

principalmente debido a la acción de los microorganismos que viven en él,

mediante los procesos de nitrificación y desnitrificación. Son procesos muy

complejos en los que tienen influencia el tipo de cultivo, el tipo de fertilizante y la

dosis de aplicación del nitrógeno. Asimismo, diferentes factores relacionados con

el tipo de suelo, como el contenido en carbono, el pH y la textura intervienen

también en las emisiones de N2O.

Page 78: MAESTRO EN INGENIERIA INDUSTRIAL

78

Las emisiones indirectas están representadas por la deposición del N volatilizado,

la lixiviación y la escorrentía. La Tabla 4, presenta en forma resumida, la emisión

del N2O para el cultivo de caña de azúcar, en términos de CO2eq por hectárea

cultivada.

Procesos de emisión Emisión (kgN2O/ha)

Aplicación directa (fertilizantes y vinazas) 2,67

Por quema 0,50

Lixiviación y escorrentía 0,22

Deposición atmosférica 0,60

Total 3,99

Tabla 4. Emisión del N2O para el cultivo de caña de azúcar (Fuente: Ingenio caso de estudio)

Etapas y procesos no considerados en el estudio. Quedan fuera del sistema,

los envases y embalajes de los agroquímicos aplicados en las operaciones de

fertilización y sus ciclos de vida asociados, debido a la gran variedad de tipologías

de envases detectadas y por considerar que su contribución relativa a las

diferentes categorías de impacto es mínima en el sistema estudiado (Herrera,

Lago, Lechón, & Sáez, 2011). No se considera la gestión de los residuos

producidos durante el proceso de producción de los insumos utilizados.

Tampoco han sido considerados los procesos de producción de la maquinaria

agrícola. de acuerdo con lo establecido en las directivas (2009/28/CE y

2009/30/CE) del Parlamento Europeo y del Consejo relativas a la promoción del

uso de las energías renovables y de los biocarburantes en el transporte.

Las labores realizadas en así como la maquinaria agrícola utilizada y los insumos

consumidos se resumen en la Tabla 5.

Page 79: MAESTRO EN INGENIERIA INDUSTRIAL

79

Etapa

Maquinaria

Peso

Maquinaria

uso

Diesel

Parti

Combustible

Fertilizantes

Fitosanitarios (kg/ha)

(kg) (h/ha) (l/ha) % (l/ha) (kg/ha) Glifosato Atrazina Ametrina Aky 2 - 4 D Humectante

Simbar Dual

SIEM

BR

A

Tractor 1 3187,87 Pulverizadora de barra 0,08 2,77 0,20 0,55 0,47 1 0,08 1,60

Tractor 1 3187,87 Motonivelador 0,40 11,25 0,20 2,25 1,89 0,016 0,32

Tractor 2 2408,61 Cincel 0,40 32,00 0,20 6,40 5,38

Tractor 2 2408,61 Rastra excen 0,28 14,00 0,20 2,80 2,35

Tractor 1 3187,87 land plane 0,20 7,00 0,20 1,40 1,18

Tractor 2 2408,61 Ensurcadora 0,30 7,50 0,20 1,50 1,26 NPK (0-46-0)

Tractor 2 2408,61 Fertilizadora 0,16 6,19 0,20 1,24 1,04 60,00 kg/ha

Tractor 2 2408,61 Zorra, apo, facon 0,70 18,20 0,20 3,64 3,06

Tractor 1 3187,87 pulverizadora de barra 0,08 2,77 0,20 0,55 0,47 0,7 0,4 0,64 0,002 0,00 0,04 0,25

MA

NTE

NIM

IEN

TO

Tractor 2 2408,61 grapo 0,40 21,00 0,20 4,20 3,53

Tractor 1 3187,87 pulverizadora de barra 2,77 2,77 1,00 2,77 2,33 3,5 2,0 3,2 0,0001 2,0 0,20 1,0

Tractor 2 2408,61 Cincel de 5 puas 1,75 15,00 0,70 10,50 8,82

Tractor 2 2408,61 Aporcador 1,19 9,00 0,70 6,30 5,29 NPK (26-0-26)

Tractor 2 2408,61 fertilizadora Vicon 1,20 5,00 1,00 5,00 4,20 370 kg/ha 0,37

Tractor 2 2408,61 fertilizadora Vicon 0,30 1,25 1,00 1,25 1,05 NPK (46-0-0)

0,10

Tractor 2 2408,61 Faconcinho 0,58 4,15 0,70 2,91 2,44 100 kg/ha

Tractor 2 2408,61 Trailas, pala de cola 1,60 5,50 1,00 5,50 4,62

Tractor 2 2408,61 Pulverizadora de barra 0,25 1,25 1,00 1,25 1,05 4,0 0,075

Total Fito 9,75 1,43 1,92 0,001 1,97 0,34 1,25 0,36

Tabla 5. Descripción de labores, maquinaria e insumos en el cultivo de caña de azúcar (Fuente: Ingenio caso de estudio)

Page 80: MAESTRO EN INGENIERIA INDUSTRIAL

80

Vinculación con la unidad funcional

El balance de entradas y salidas del cultivo de caña, a partir de los datos de

cultivo y de los cálculos realizados durante el análisis del inventario, se resume

en la Tabla 6.

Productos (salidas) Cantidad Unidad

Caña producida (1ha) 60 t

Materias primas (Entradas) Cantidad Unidad

Recursos naturales

Ocupación de suelo 10000 m2a

Agua 383,7 m3

Materiales

Diésel para labores 50,41 kg

Diésel para riego 21,84 kg

Diésel para cosecha mecanizada 0,55 kg

GLP para quema de hoja 1,22 kg

Fertilizante P2O5 27,6 kg

Urea 46 kg

Nitrato de amonio 96,2 kg

Fertilizante K2O 96,2 kg

Glifosato 9,75 kg

Atrazina 1,43 kg

Ametrina 1,92 kg

Aky 0,001 kg

2,4-D 1,97 kg

Simbar 0,36 kg

Dual 1,25 kg

Transporte 352,06 tkm

Energía

Electricidad de la red para riego 956 kWh

Emisiones (salidas) Cantidad Unidad

Emisiones directas al aire

N2O por aplicación de fertilizantes 3,99 kg

N2O por uso de combustibles 39 g

CO2 por uso de combustibles 231 kg

CH4 por uso de combustibles 173 g Tabla 6. Entradas y salidas del cultivo de la caña (Fuente: Ingenio caso de estudio)

11.8.2 Análisis de inventario del sistema. Producción de jugo clarificado.

La producción de jugo clarificado es un proceso común para la obtención de los

dos productos de interés (azúcar refinado y electricidad). Una vez la caña ha

Page 81: MAESTRO EN INGENIERIA INDUSTRIAL

81

sido cosechada pasa a la planta donde es procesada para obtener jugo

clarificado y otros materiales (bagazo, lodos y cachaza).

Transporte de la caña.

Computa el transporte de la caña desde la zona de cultivo hasta la planta de

transformación. Se ha considerado una distancia de transporte de 15 km.

Proceso de producción de jugo clarificado.

Ilustración 4. Diagrama esquemático de la producción de jugo clarificado (Elaboración propia)

Los tallos una vez cortados y limpios, entran el proceso de molienda, donde se

separa el jugo, que contiene la sacarosa, de la fibra (bagazo). Dicha fibra sigue

hacia la planta de energía, donde es utilizada como combustible para generar

la energía (térmica y eléctrica) necesaria para el proceso, y de la cual queda un

excedente que es vertido a la red. Por otra parte, el jugo clarificado se envía a

los siguientes procesos productivos: la producción de azúcar refinada. La

Ilustración 4 representa las corrientes de entrada y salida de este sistema:

El escenario de la producción de jugo clarificado, a partir de los datos

reportados el ingenio caso de estudio, incluye materias primas generadas por

la propia empresa y otras generadas fuera de la misma.

Page 82: MAESTRO EN INGENIERIA INDUSTRIAL

82

Vinculación con la unidad funcional

Este apartado presenta las entradas y las salidas del inventario del sistema

producción de jugo clarificado y su vinculación con la unidad funcional. Como

unidad funcional de este sistema, se ha establecido un kilogramo (1 kg) de jugo

clarificado. El balance de entradas y salidas del sistema producción de jugo

clarificado, se presenta en la Tabla 9

11.8.3 Análisis de inventario del Sistema. Producción de azúcar

Una vez obtenido el jugo clarificado, este puede ser usado para la producción

de azúcar refinado o la fabricación de etanol. En el caso de estudio actual, una

parte del jugo obtenido, tal como se muestra en el diagrama general, se utiliza

en la producción de azúcar.

El proceso de producción de azúcar refinado seco, requiere además del jugo

clarificado proveniente del sistema anterior, una serie de materias primas y

aditivos para su adecuado desarrollo. A continuación, en la Ilustración 5 se

puede ver un esquema específico de la producción de azúcar, y en la Tabla 6,

se presenta las materias primas y los aditivos en las cantidades necesarias

para producir una tonelada de azúcar refinado.

Ilustración 5. Diagrama esquemático de la producción de azúcar (Elaboración propia)

Page 83: MAESTRO EN INGENIERIA INDUSTRIAL

83

Procedimiento de asignación

Como ya se mencionó en apartados anteriores, en el sistema producción de

azúcar, además del azúcar, se co-produce miel, la miel es una materia prima.

Para repartir las cargas ambientales correspondientes a los co-productos que

tienen lugar en las etapas comunes al azúcar y la miel, se ha seguido un

criterio de asignación basado en el valor económico de ambos productos. Este

criterio de asignación se ha elegido al considerar que la razón que motivaría el

aumento del nivel de producción de azúcar en este proceso sería un posible de

aumento del precio del mismo en el mercado. Las energía, que podría ser otro

de los criterios posibles para realizar la asignación, no se considera que sea la

variable que determine la cantidad de azúcar que se produce en este proceso

al ser el azúcar un producto cuyo uso no es energético. Utilizar una asignación

másica no tiene tampoco mucho sentido al ser la miel, que es el subproducto

del proceso, la que se produce en mayor cantidad.

De esta manera los factores de asignación utilizados han sido los siguientes:

Asignación económica

producto

cantidad

(kg/kgcaña)

Precio

(U$/kgcaña)

participación

Asignación (%)

Miel 8,43E-02 0,14 0,012 24,16

Azúcar 5,45E-02 0,68 0,037 75,84

Total 0,049 100

Tabla 7. Factores de asignación del azúcar y la miel (Fuente: Ingenio caso de estudio)

Vinculación con la unidad funcional

Este apartado presenta las entradas y las salidas del inventario del sistema

producción de azúcar y su vinculación con la unidad funcional. Como unidad

funcional de este sistema, se ha establecido un kilogramo (1 kg) de azúcar

refinado seco.

Page 84: MAESTRO EN INGENIERIA INDUSTRIAL

84

El balance de entradas y salidas del sistema producción de azúcar refinado

seco, se presenta en la Tabla 8:

Productos* (salidas) Cantidad Unidad

Azúcar refinado seco 1,00 kg

Miel 1,55 kg

Materiales (entradas) Cantidad Unidad

Jugo Clarificado 14,01 kg

Azúcar crudo 0,54 kg

Sal 1,75E-03 kg

Bolsones 1,00E-03 kg

Anti incrustante 8,29E-07 kg

* Asignación por valor económico

Tabla 8. Balance de materia para la obtención de una tonelada de azúcar refinado (Fuente: Ingenio caso de estudio)

11.8.4 Análisis de inventario del Sistema. Generación de electricidad

Cuando la generación de calor para el proceso de transformación se realiza en

una planta de cogeneración, el exceso de electricidad producida y no utilizada

en el proceso puede ser considerado como otro co-producto del sistema. La

planta de cogeneración forma parte del diseño de la instalación y contribuye a

la optimización de su proceso productivo. En este sentido, en este ACV, se ha

considerado la electricidad que pueda ser vertida a la red, como un co-producto

al que se le puedan asignar cargas o restar de los otros productos.

Ilustración 6. Diagrama esquemático de entradas y salidas del sistema generación eléctrica. (Elaboración propia)

Page 85: MAESTRO EN INGENIERIA INDUSTRIAL

85

Vinculación con la unidad funcional

Este apartado presenta las entradas y las salidas del inventario del sistema

generación de electricidad y su vinculación con la unidad funcional. Como unidad

funcional de este sistema, se ha establecido un kilowatt-hora (1kWh) de

electricidad producida en la cogeneración. La Tabla 9 presenta el balance de

entradas y salidas del sistema producción de energía.

Productos* (salidas) Cantidad Unidad

Energía Eléctrica 1,00E+00 kWh

Cenizas 0,228 kg

Materiales (entradas) Cantidad Unidad

Bagazo 4,86E+00 kg

Leña (chip) 1,80E+00 kg

Agua 5,86E+00 kg

Electricidad de la red 3,26E-02 kWh

Electricidad propia (autoconsumo) 6,68E-01 kWh

Fosfatos 1,40E-07 kg

Aminas 3,85E-04 kg

Hidracina 1,30E-05 kg

Soda caustica 1,75E-07 kg

* Sin asignación

Tabla 9. Balance de materia y energía para la obtención de un kWh. (Fuente: Ingenio caso de estudio)

Page 86: MAESTRO EN INGENIERIA INDUSTRIAL

86

XII.- CONCLUSIONES

En el presente estudio de Análisis de Ciclo de Vida se realizó la caracterización

completa del proceso de producción de azúcar, desde el cultivo de la caña hasta

el empaquetado como producto terminado.

Mediante la metodología se presentaron las emisiones de gases de efecto

invernadero de la cadena de transformación de caña de azúcar, para la

producción de azúcar y electricidad en una empresa caso de estudio de la zona

norte del estado de Veracruz.

Se logró realizar el inventario de ciclo de vida concluyendo que el proceso de

producción de azúcar libera a la atmosfera gases que perjudica de gran manera al

medio ambiente, principalmente en la quema del cañaveral para posteriormente

realizar el corte de la caña. Así también dentro de los primeros procesos de la

producción en el ingenio.

Se concluye que a pesar de que en el presente trabajo no se pudo realizar la

última etapa de la metodología ACV, se pueden hacer recomendaciones para

disminuir el impacto negativo que tiene el sector agroindustrial del azúcar en el

medio ambiente y la atmosfera.

Page 87: MAESTRO EN INGENIERIA INDUSTRIAL

87

XIII. RECOMENDACIONES

Impulsar el cambio de mentalidad del cañero para el éxito en la implantación de

buenas prácticas de campo mediante talleres de concientización en materia de

educación ambiental. Se debe contar con personal capacitado en la implantación

de buenas prácticas de campo para demostrar sus beneficios mediante la puesta

en marcha de proyectos en parcelas específicas de estudio y mediante talleres de

capacitación para los productores. La demostración de los beneficios de las

buenas prácticas de campo impulsará al productor a la adopción de las mismas en

sus propias parcelas, lo cual tendrá beneficios al ambiente al disminuir los

impactos de contaminación de agua, suelo y aire.

Preparar adecuadamente el suelo para la siembra, se requiere equipo, maquinaria

y personal calificado que realice el diagnóstico del suelo, factores limitantes,

evaluación de la fecha ideal de siembra, seleccionar el tipo de semilla adecuada

mediante experimentos de adaptabilidad de especies nuevas y llevar a cabo

capacitaciones para los productores sobre las actividades requeridas para esta

buena práctica de campo. Esto traerá beneficios y menor impacto sobre el suelo;

además de una productividad alta en el campo.

Mejor gestión en el uso de agroquímicos, se requieren cursos y talleres de

capacitación para los productores con personal calificado sobre el uso adecuado

de productos químicos. Estudios de diagnóstico y de impacto ambiental por la

introducción de especies para la aplicación de control biológico. Eliminación de la

contaminación de cuerpos de agua y mantos acuíferos por mal uso de

agroquímicos. Menor uso de productos químicos para el control de plagas, menor

impacto en suelo, fauna y flora del lugar.

Page 88: MAESTRO EN INGENIERIA INDUSTRIAL

88

Mejor gestión y manejo de agua, se requiere tecnología de riego por goteo o

aspersión y estudios constantes para conocer las necesidades reales de riego

para la planta y con esto reducir en el consumo.

Promover la cosecha mecanizada en verde y mejorar la cosecha manual, se

requiere contar con máquinas cosechadoras y la selección de campos que son

viables para la cosecha mecánica. Además contar con personal calificado para el

manejo de la tecnología. Con esto se previene la contaminación del aire y

accidentes de incendios no controlados.

Reducir el porcentaje de impurezas de la caña durante su recolección, se requiere

realizar pláticas cortas con los cortadores de caña para mejorar su desempeño,

capacitar a los operadores de las máquinas cosechadoras para un uso adecuado

de las mismas.

Disminución de emisiones de partículas y residuos durante el acarreo de caña del

campo hacia el ingenio, para esto se requiere contar con distribuidores de diésel

de mejor calidad cercanos a la zona, aplicación de castigos y multas por exceso

de carga, uso de bandas y lonas para el amarre de la carga de caña. Con esto se

puede lograr una mejor calidad del aire por la disminución de emisiones al

ambiente y la reducción de residuos de caña en las carreteras.

Elaborar, implementar y monitorear programas de ahorro, uso eficiente y reúso de

agua en los condensados de vapor de la operación de evaporación y

cristalización, del agua de lavado de gases de combustión, agua de enfriamiento

de máquinas motrices y contar con un laboratorio para el monitoreo de la calidad

del agua para ser reutilizada como condensados puros o impuros de acuerdo a su

calidad.

Realizar un programa de vigilancia de eficiencia de las calderas que incluya:

verificación periódica de la eficiencia de la combustión, monitoreo de los gases de

Page 89: MAESTRO EN INGENIERIA INDUSTRIAL

89

combustión para comprobar la eficiencia de la combustión, observar la

acumulación de hollín en el área donde pasan los humos negros, ya que esto

impide el intercambio eficiente de calor al convertirse en aislante, por lo que debe

limpiarse periódicamente.

Instalar sistemas de control de emisiones a la atmósfera eficientes como

separadores de partículas.

Establecer un programa de control, recibo y manejo de materia prima para reducir

las pérdidas por materia prima en mal estado o que no cumplan con las

especificaciones necesarias para ser utilizadas en el proceso.

Ajustar los volúmenes de residuos a transportar, de acuerdo a la capacidad del

vehículo que se utilizará, y manejar los residuos en recipientes resistentes y de

adecuada capacidad para su transporte.

Realizar un buen manejo de los lubricantes o productos químicos para evitar la

contaminación del suelo.

Se recomienda implementar un plan de reforestación y mantenimiento de la zona

con especies nativas o especies adaptadas en el área del ingenio para mejorar las

condiciones del suelo

Llevar a cabo talleres de capacitación en la aplicación de procedimientos, manejo

y uso de registros, en prácticas de limpieza y de seguridad industrial, en buenas

prácticas de manejo de materiales, productos y de contaminación ambiental e

implementación de programas para vigilar el cumplimiento de su uso.

Establecer registros que garanticen el control y monitoreo de las buenas prácticas

efectuadas.

Page 90: MAESTRO EN INGENIERIA INDUSTRIAL

90

XIV.- BIBLIOGRAFÍA

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Page 93: MAESTRO EN INGENIERIA INDUSTRIAL

93

XV.- ÍNDICE DE ILUSTRACIONES

Ilustración 1. Metodología ACV (Herrera, De la Rúa, & Lechón, 2015) ................. 25

Ilustración 2. Diagrama general simplificado de la producción de azúcar

(Elaboración propia) .............................................................................................. 69

Ilustración 3. . Diagrama esquemático de entradas y salidas del sistema cultivo de

caña. (Elaboración propia). ................................................................................... 74

Ilustración 4. Diagrama esquemático de la producción de jugo clarificado

(Elaboración propia) .............................................................................................. 81

Ilustración 5. Diagrama esquemático de la producción de azúcar (Elaboración

propia) ................................................................................................................... 82

Ilustración 6. Diagrama esquemático de entradas y salidas del sistema generación

eléctrica. (Elaboración propia) ............................................................................... 84

XVI.- ÍNDICE DE IMÁGENES

Imagen 1. Cultivo de caña (Elaboración propia) .................................................... 28

Imagen 2. Planta de caña de azúcar (Elaboración propia) .................................... 29

Imagen 3. Caña quemada (Elaboración propia) .................................................... 30

Imagen 4. Alzadora (Elaboración propia) .............................................................. 31

Imagen 5. Transporte de caña (Elaboración propia) ............................................. 32

Imagen 6. Pesaje (Elaboración propia) ................................................................. 33

Imagen 7. Descarga en mesa alimentadora (Elaboración propia) ......................... 34

Imagen 8. Descarga por medio de grúa (Elaboración propia) ............................... 35

Imagen 9. Molienda (Elaboración propia) .............................................................. 39

Imagen 10. Extracción de jugos (Elaboración propia) ........................................... 41

Imagen 11. Calentamiento (Elaboración propia) ................................................... 48

Imagen 12. Clarificación de jugo (Elaboración propia) .......................................... 50

Page 94: MAESTRO EN INGENIERIA INDUSTRIAL

94

Imagen 13. Evaporación (Elaboración propia) ...................................................... 54

Imagen 14. Deposito (Elaboración propia) ............................................................ 58

Imagen 15. Transporte de sacos de azúcar (Elaboración propia) ......................... 65

Imagen 16. Clasificador de sacos (Elaboración propia) ........................................ 66

Imagen 17. Almacén de azúcar empacada (Elaboración propia) .......................... 67

XVII.- ÍNDICE DE TABLAS

Tabla 1. Indicadores de rendimiento de las Zafras del año 2005 a 2010 del ingenio

caso de estudio (CNIAA, 2016) ............................................................................. 27

Tabla 2. Partida del cultivo de caña (Fuente: Ingenio caso de estudio) ................ 74

Tabla 3. Consumo de electricidad y combustible en la actividad de riego (Fuente:

Ingenio caso de estudio) ....................................................................................... 75

Tabla 4. Emisión del N2O para el cultivo de caña de azúcar (Fuente: Ingenio caso

de estudio)............................................................................................................. 78

Tabla 5. Descripción de labores, maquinaria e insumos en el cultivo de caña de

azúcar (Fuente: Ingenio caso de estudio) ............................................................. 79

Tabla 6. Entradas y salidas del cultivo de la caña (Fuente: Ingenio caso de

estudio) ................................................................................................................. 80

Tabla 7. Factores de asignación del azúcar y la miel (Fuente: Ingenio caso de

estudio) ................................................................................................................. 83

Tabla 8. Balance de materia para la obtención de una tonelada de azúcar refinado

(Fuente: Ingenio caso de estudio) ......................................................................... 84

Tabla 9. Balance de materia y energía para la obtención de un kWh. (Fuente:

Ingenio caso de estudio) ....................................................................................... 85

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XVIII.- GLOSARIO

Producción primaria

Son las actividades que satisfacen una necesidad empleando para ello elementos

o procesos naturales. Las cinco principales actividades primarias son:

la agricultura, la ganadería, la pesca, la minería y la explotación forestal. Por

ejemplo, en la agricultura, si un agricultor siembra trigo, cuando lo coseche

realizará una actividad primaria.

Cañaveral

Campo o plantío de caña de azúcar

Alzadoras de la caña

Maquinaria especializada en la recolección de la caña de azúcar

Zafra

Cosecha de la caña dulce.

Bagazo

El residuo leñoso de la caña de azúcar. En estado fresco estos bagazos contienen

un 40% de agua. Suelen utilizarse como combustible de las propias azucareras.

También se utilizan en la industria del papel y fibras, por la celulosa que contienen.

Visión sistémica

Visión sistémica, implica considerar al mundo real no sólo como un inmenso

agregado de fenómenos sencillos y lineales, sino también como un conjunto de

organismos y entidades complejas e interrelacionadas. En otros términos, hay que

introducir además del estudio individual de los fenómenos, la consideración de la

complejidad organizada en sí.

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96

Biomasa

Cantidad de productos obtenidos por fotosíntesis, susceptibles de ser

transformados en combustible útil para el hombre y expresada en unidades de

superficie y de volumen

Trapiche

Un trapiche es un molino utilizado para extraer el jugo de determinados frutos de

la tierra, como la aceituna o la caña de azúcar

Autóctono

Que es propio de la población autóctona de un lugar.

Lechada

Masa fina de cal, yeso o cemento mezclado con agua que se emplea para

blanquear paredes o como argamasa para fijar ladrillos.

Sacarosa

Azúcar que se encuentra en el jugo de muchas plantas y se extrae especialmente

de la caña dulce y de la remolacha; se emplea en alimentación como edulcorante

nutritivo y sus ésteres como aditivos.

Meladura

Jarabe preparado para elaborar el azúcar.