química “evaluación de la eficiencia y capacidad de dos

UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO

FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA QUÍMICA

“Evaluación de la eficiencia y capacidad de dos inhibidores de

incrustación para el proceso de evaporación de jugo clarificado en

Agroindustrias San Jacinto S.A.A.”

TESIS:

Para optar por el Título Profesional de

Ingeniero Químico

AUTORES:

Br. Garcia Benites, Eduardo

Br. Roldan Amaya, Alejandra Grimaldina

ASESOR:

Ing. Wong López, Ernesto Segundo

TRUJILLO-PERÚ

2019

Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación

Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/

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JURADO DICTAMINADOR



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DEDICATORIA

A DIOS por haberme dado la vida, la salud y por protegerme día a día antes las

adversidades que se presentan en la vida. Por brindarme sabiduría, paciencia y la

fuerza para lograr esta gran ansiada meta profesional.

A mis padres: FELIPE ROLDAN Y LUBINDA AMAYA, por aconsejarme y

apoyarme incondicionalmente siempre en todo momento, siendo mi motivación de

superación en mi vida diaria, por educarme con valores siendo ejemplo de buenas

personas y sobre todo por su gran amor, cariño y paciencia.

A mis hermanos Miguel, Edison, Ruben y María por estar siempre apoyándome en

los momentos más difíciles alentándome para seguir adelante.

Alejandra



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A Dios quien con su bondad, bendición y guía ha estado conmigo hasta el día

de hoy, dándome la fortaleza necesaria para vencer las adversidades que se

presentan en el camino y lograr mis objetivos, siendo esta tesis uno de los más

importantes en mi vida.

A mis padres Elena y Juan quienes con su amor, esfuerzo y apoyo

incondicional a lo largo de este camino me han permitido llegar muy lejos,

gracias por confiar y creer en mí desde el comienzo de todo, este logro

realizado les pertenece a ustedes.

A mi hermana Gabriela por su cariño, apoyo y motivación en las situaciones

difíciles y por estar conmigo en los buenos y malos momentos.

Eduardo



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AGRADECIMIENTO

En primer lugar, estamos muy agradecidos con Dios, quien nos dio la vida y siempre nos guío y

ayudó a vencer los obstáculos para llegar a este anhelado momento de concluir nuestra tesis.

Agradecemos también a nuestra familia, principalmente a nuestros padres, quienes en todo

momento depositaron su confianza en nosotros y nos apoyaron incondicionalmente, ellos

siempre estuvieron motivándonos y brindándonos de su ayuda y consejos para poder culminar

este proyecto.

A todos los profesionales del área de Elaboración de Azúcar y de Control de Calidad de la

empresa Agroindustrias San Jacinto S.A.A., por permitirnos acceder a sus áreas para realizar

nuestras pruebas experimentales, por mostrar su amabilidad y brindarnos de sus

conocimientos prácticos y teóricos, fueron piezas claves para llevar un trabajo con éxito.

Estamos agradecidos también con el Ing. Percy Garay, por darnos la oportunidad de desarrollar

nuestro proyecto de tesis en la empresa y por siempre estar dispuesto a apoyarnos en todo y un

agradecimiento muy especial a nuestro asesor, el Ing. Ernesto Wong López, por su asesoría para

la elaboración y culminación de nuestro trabajo.

Además, agradecemos a nuestra querida Universidad Nacional de Trujillo, especialmente a la

Escuela de Ingeniería Química donde nos hemos formado profesionalmente adquiriendo

muchos conocimientos y donde hemos vivido excelentes experiencias y anécdotas que jamás

olvidaremos.

A todos ellos, muchas Gracias.

Los autores.



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GLOSARIO

Azúcar: Término para la sacarosa disacárida, cuya fórmula química es C12H22O11;

la cual está formada por una molécula de glucosa y una de fructosa.

Antiincrustante: Es un compuesto químico hecho a base de poliacrilato que

previene y retarda la formación de incrustaciones o depósitos en los tubos de la

calandria estabilizando las pequeñas y aun invisibles microcristales de sales de

calcio que se forman durante la evaporación y concentración del jugo.

Brix: Es el porcentaje másico de los sólidos disueltos totales en una solución de

sacarosa. Por ejemplo, un jugo mezclado y colado que viene de trapiche tiene

aproximadamente un 15 - 18 % de solidos solubles totales (azúcares y otras

sustancias) y el resto es agua. Los grados Brix se pueden determinar usando un

areómetro, pero para más exactitud se usa un refractómetro.

Calandria: Consiste en un conjunto o haz de tubos verticales, cortos, usualmente

de no más de 6” de altura. Es el área donde se concentra el jugo y donde se forman

las incrustaciones.

Cupones: Son placas metálicas que se introducen en los equipos a través de un

cuello soldado y son removidos luego de cierto tiempo de operación y exposición al

fluido. Sirven para medir las incrustaciones en los evaporadores.

Dureza: Se denomina a la concentración de compuestos minerales que hay en una

determinada cantidad de jugo, en particular sales de calcio y de magnesio.

Evaporación: Es una operación unitaria que consiste en concentrar el jugo

clarificado hasta un contenido de sólidos totales disueltos alrededor de 65 a 70 %.

Jarabe: Es el jugo concentrado final que se obtiene en los meladores, antes de que

se haya realizado alguna operación de cristalización.



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Jugo Clarificado: Es el jugo claro que se obtiene después del proceso de

clarificación y que se alimenta a los evaporadores.

Pol: Es el contenido aparente de sacarosa en una solución o producto azucarado

determinada por un método de polarización y expresado como un porcentaje en

masa. Para las soluciones puras de sacarosa el “pol” equivale al % másico de

sacarosa real no siendo así para las soluciones industriales.

Pureza: La “Pureza Real” es la proporción de sacarosa en los sólidos solubles

totales de la sustancia azucarada. Por tanto, una solución con 80 de Pureza real

contiene 80 % de sacarosa y 20 % de otros sólidos solubles no sacarosa. El agua que

contiene la solución no se tiene en cuenta en este término, o sea es un % sobre base

libre de agua. La “Pureza Aparente” es la relación entre el Pol y el Brix aerométrico

y es la más usada en el control del proceso. La Pureza Aparente viene dada por:

Pureza (Aparente) = Pol / Brix

Vapor de escape: Vapor agotado proveniente de las turbinas después de ejercer

trabajo mecánico; que para ser utilizado en el área de elaboración tiene que

saturarse con agua condensada.

Vapor Vegetal: Vapores producidos en el proceso de evaporación de jugo

clarificado y se produce en los primeros efectos, cuando la evaporación se ha

conseguido por calentamiento con vapor de escape.



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RESUMEN

La formación de incrustaciones es un problema muy importante y común en las fábricas de

azúcar de caña, especialmente en los evaporadores, estas impurezas bloquean la

transferencia de calor trayendo como consecuencia una caída en la eficiencia del proceso,

gastos en productos para limpieza y paradas de molienda; por tal motivo se hace

imprescindible el uso de un agente inhibidor de incrustaciones.

Dado su importancia y utilidad, el presente trabajo se centra en la prueba, evaluación y

seguimiento a dos inhibidores de incrustación que son LIPESA 9184 y FONGRASCALE

HOE en el sistema de evaporación de jugo clarificado en Agroindustrias San Jacinto S.A.A.

durante dos periodos consecutivos de molienda, en el desarrollo de la investigación se

elaboró dos diagramas de flujo del proceso de evaporación, uno señalando los puntos de

dosificación de los inhibidores y otro donde se muestra la ubicación de los cupones

instalados en las líneas de los evaporadores utilizados para medir la tasa de incrustación

(mg/cm2*día).

Con el propósito de conocer la calidad de producto que se obtiene del proceso de

evaporación se realizó un balance de materia; además, se determinó la eficiencia de

evaporación a partir de Brix de jugo y jarabe para observar el comportamiento de cada

inhibidor. Así mismo, se realizó el análisis de dureza de jugos en el sistema de evaporación

para calcular el transporte de dureza y así evaluar la acumulación de material incrustante

por cada periodo de molienda.

Finalmente, se estimó la calidad de las incrustaciones formadas en el sistema de

evaporación mediante el seguimiento a la limpieza mecánica, también se determinó la

cantidad de días de operación de los evaporadores con ambos inhibidores.

Obteniendo los resultados se logró determinar que inhibidor es más capaz y eficiente para

el sistema de evaporación de jugo clarificado en Agroindustrias San Jacinto S.A.A.

Palabras Claves: Incrustaciones, inhibidores, eficiencia de evaporación, cupones, Brix,

transporte de dureza, tasa de deposición.



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ABSTRACT

This project focuses on the need to carry out an efficient evaporative process of multiple

effect in the sugar company San Jacinto using a scale inhibitor as a prevention for the

formation of deposits on the inner surface of the pipes of the calandria, these impurities

block the transfer of heat bringing as a consequence a drop in the efficiency of the process,

expenses in cleaning products and grinding stops; for this reason, the use of a scale

inhibitor is essential.

Given its importance and usefulness, this work focuses on the testing, evaluation and

monitoring of two scale inhibitors that are LIPESA 9184 and FONGRASCALE HOE in the

clarified juice evaporation system in Agroindustry San Jacinto S.A.A. during two

consecutive periods of grinding, in the development of the investigation, two flow diagrams

of the evaporation process were prepared, one indicating the dosage points of the inhibitors

and the other showing the location of the coupons installed in the lines of the evaporators

used to measure the rate deposition (mg/cm2*day).

With the purpose of knowing the quality of the product obtained from the evaporation

process, a material balance was made; In addition, evaporation efficiency was determined

from Brix of juice and syrup to observe the behavior of each inhibitor. Likewise, was

performed the juice hardness analysis in the evaporation system to calculate the hardness

transport and thus evaluate the accumulation of incrustant material for each grinding

period.

Finally, was estimated the quality of the incrustations formed in the evaporation system by

monitoring the mechanical cleaning, the number of days of operation of the evaporators

with both inhibitors was also determined.

Obtaining the results, it was possible to determine which inhibitor is more capable and

efficient for the clarified juice evaporation system in Agroindustry San Jacinto S.A.A.

Key words: Incrustations, inhibitors, evaporation efficiency, coupons, Brix, hardness

transport, deposition rate.



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ÍNDICE

JURADO DICTAMINADOR ............................................................................................ ii

DEDICATORIA ............................................................................................................... iii

AGRADECIMIENTO ....................................................................................................... v

GLOSARIO ...................................................................................................................... vi

RESUMEN ..................................................................................................................... viii

ABSTRACT ..................................................................................................................... ix

CAPÍTULO I: INTRODUCCIÓN .................................................................................... 16

1.1 Antecedentes...................................................................................................... 16

1.2 Justificación ....................................................................................................... 19

1.3 Formulación del problema ................................................................................. 20

1.4 Hipótesis ............................................................................................................ 20

1.5 Objetivos ........................................................................................................... 21

1.5.1 Objetivo General......................................................................................... 21

1.5.2 Objetivos Específicos.................................................................................. 21

CAPÍTULO II: FUNDAMENTO TEÓRICO ................................................................... 22

2.1 PROCESO TECNOLÓGICO DE LA OBTENCIÓN DE AZÚCAR .................. 22

2.1.1 Recepción y descarga de la caña ................................................................. 22

2.1.2 Lavado y Preparación de la caña ................................................................. 22

2.1.3 Molienda .................................................................................................... 22

2.1.4 Clarificación ............................................................................................... 23

2.1.5 Filtración .................................................................................................... 23

2.1.6 Evaporación ................................................................................................ 23

2.1.7 Cristalización .............................................................................................. 24



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2.1.8 Centrifugación ............................................................................................ 25

2.1.9 Secado ........................................................................................................ 26

2.1.10 Envasado .................................................................................................... 26

2.2 EVAPORACIÓN DE JUGO CLARIFICADO ................................................... 26

2.3 ANÁLISIS DE LAS INCRUSTACIONES ........................................................ 27

2.3.1 Composición de la caña de azúcar ............................................................... 27

2.3.2 Azúcares y otros carbohidratos ................................................................... 29

2.3.3 Componentes minerales .............................................................................. 29

2.3.4 Ácidos orgánicos ........................................................................................ 30

2.3.5 Proteínas ..................................................................................................... 30

2.3.6 Reacciones en el jugo de caña ..................................................................... 32

2.3.6.1 Fosfatos ................................................................................................... 32

2.3.6.2 Sacarato de Calcio ................................................................................... 32

2.4 INCRUSTACIONES EN INTERCAMBIADORES DE CALOR ....................... 33

2.5 INHIBIDORES DE INCRUSTACIÓN .............................................................. 35

2.6 CUPONES DE INCRUSTACIÓN ..................................................................... 36

2.7 LIMPIEZA EN EVAPORADORES .................................................................. 38

CAPÍTULO III: MATERIALES Y MÉTODOS ............................................................... 39

3.1 MATERIALES .................................................................................................. 39

3.1.1 Material de estudio ..................................................................................... 39

3.1.1.1 Seguimiento a los inhibidores de Incrustación ......................................... 39

3.1.2 Materiales, reactivos, equipos e instrumentos .............................................. 40

3.1.2.1 Materiales ............................................................................................... 40

3.1.2.2 Reactivos ................................................................................................ 40

3.1.2.3 Equipos ................................................................................................... 41



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3.1.2.4 Instrumentos............................................................................................ 41

3.2 METODOLOGÍA .............................................................................................. 41

3.2.1 Procesamiento de la información obtenida .................................................. 41

3.2.2 Metodología de la investigación .................................................................. 41

CAPÍTULO IV: RESULTADOS Y DISCUSIONES ....................................................... 49

4.1 Balance de materia ............................................................................................. 49

4.2 Tasa de Deposición ............................................................................................ 52

4.3 Grados Brix ....................................................................................................... 58

4.4 Eficiencia de evaporación .................................................................................. 64

4.5 Transporte de dureza .......................................................................................... 69

4.6 Limpieza mecánica ............................................................................................ 72

CAPÍTULO V: CONCLUSIONES .................................................................................. 76

CAPÍTULO VI: RECOMENDACIONES ........................................................................ 78

CAPÍTULO VI: REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS.................................................... 79

CAPÍTULO VII: ANEXOS ............................................................................................. 81



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ÍNDICE DE FIGURAS

Figura 1. Dispersión y Estabilización. .............................................................................. 35

Figura 2. Diagrama de flujo del sistema de evaporación del ingenio San Jacinto señalando

los puntos de ingreso de los inhibidores de incrustación. .................................................. 43

Figura 3. Esquema del sistema de evaporación del ingenio San Jacinto señalando los puntos

de instalación de los cupones. .......................................................................................... 45

Figura 4. Gráfica de depósitos de incrustación en cupones usando LIPESA 9184. ............ 53

Figura 5. Gráfica de depósitos de incrustación en cupones con FONGRASCALE HOE. .. 55

Figura 6. Gráfica comparativa de depósitos de incrustación con ambos inhibidores. ......... 56

Figura 7. Gráfica de Brix promedios en el sistema de evaporación con LIPESA 9184. ..... 59

Figura 8. Gráfica de Brix promedios en el sistema de evaporación con FONGRASCALE

HOE. ............................................................................................................................... 61

Figura 9. Gráfica del Brix promedio en el sistema de evaporación con ambos inhibidores. 62

Figura 10. Eficiencia de evaporación usando LIPESA 9184. ............................................ 66

Figura 11. Eficiencia de evaporación con FONGRASCALE HOE. .................................. 67

Figura 12. Diagrama de flujo del proceso de fabricación de azúcar de un ingenio. ............ 82

Figura 13. Diagrama de bloques del proceso de fabricación de azúcar de la empresa

Agroindustrias San Jacinto S.AA. .................................................................................... 83

Figura 14. Zona de evaporación de San Jacinto - Sistema de múltiple efecto. ................... 84

Figura 15. Partes de los cupones....................................................................................... 85

Figura 16. Cupones antes de ser instalados en el sistema de evaporación. ......................... 85

Figura 17. Punto de muestreo de jugo clarificado. ............................................................ 86

Figura 18. Muestreo de jugo concentrado del evaporador 4. ............................................. 86

Figura 19. Análisis de dureza en los jugos del sistema de evaporación. ............................ 86

Figura 20. Preevaporador 1, antes y después de la limpieza mecánica con LIPESA 9184. 87

Figura 21. Evaporador 6, antes y después de la limpieza mecánica usando LIPESA 9184. 87

Figura 22. Preevaporador 2, antes y después de la limpieza mecánica con LIPESA 9184. 88

Figura 23. Evaporador 8, antes y después de la limpieza mecánica usando LIPESA 9184. 88



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Figura 24. Pre evaporador 2, antes y después de la limpieza mecánica usando

FONGRASCALE HOE. .................................................................................................. 89

Figura 25. Evaporador 8, antes y después de la limpieza mecánica con FONGRASCALE

HOE. ............................................................................................................................... 89

Figura 26. Incrustación usando LIPESA 9184. ................................................................. 90

Figura 27. Incrustación con FONGRASCALE HOE. ....................................................... 90

Figura 28. Cupones con incrustación. ............................................................................... 90

ÍNDICE DE TABLAS

Tabla 1. Composición de la caña de azúcar. ..................................................................... 28

Tabla 2. Componentes del jugo. ....................................................................................... 28

Tabla 3. Componentes minerales del jugo. ....................................................................... 29

Tabla 4. Amidas y aminoácidos del jugo de caña. ............................................................ 31

Tabla 5. Principales compuestos de incrustación en calentadores y evaporadores. ............ 34

Tabla 6. Transferencia de calor en una superficie de calentamiento limpia e incrustada. ... 37

Tabla 7. Espesor de las incrustaciones de carbonato de calcio en tuberías vs el exceso de

consumo de energía. ......................................................................................................... 37

Tabla 8. Propiedades físicas y químicas de los inhibidores de incrustación. ...................... 39

Tabla 9. Cronograma de seguimiento a los inhibidores de incrustación............................. 40

Tabla 10. Cronograma de muestreo de jugos. ................................................................... 46

Tabla 11. Datos promedios de molienda trabajando con LIPESA 9184. ........................... 49

Tabla 12. Datos promedios de molienda trabajando con FONGRASCALE HOE. ............ 50

Tabla 13. Resultados del balance de materia con ambos inhibidores. ................................ 52

Tabla 14. Características de cupones al inicio de operación con LIPESA 9184. ................ 52

Tabla 15. Tasa de Incrustación en los cupones con LIPESA 9184. ................................... 53

Tabla 16. Características de cupones al inicio de operación con FONGRASCALE HOE.. 54

Tabla 17. Tasa de incrustación en los cupones con FONGRASCALE HOE. .................... 55

Tabla 18. Resumen de la tasa de deposición en los cupones con ambos inhibidores. ......... 56

Tabla 19. Datos del Brix en el sistema de evaporación utilizando LIPESA 9184. ............. 58

Tabla 20. Resumen con valores promedios del Brix utilizando LIPESA 9184. ................. 59



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Tabla 21. Datos del Brix en el sistema de evaporación con FONGRASCALE HOE. ........ 60

Tabla 22. Resumen con valores promedios del Brix usando FONGRASCALE HOE. ....... 60

Tabla 23. Resumen del Brix promedio con ambos inhibidores. ......................................... 61

Tabla 24. Brix de jugo clarificado y jarabe utilizando LIPESA 9184. ............................... 64

Tabla 25. Brix de jugo clarificado y jarabe utilizando FONGRASCALE HOE. ................ 65

Tabla 26. Eficiencia de evaporación con LIPESA 9184. ................................................... 66

Tabla 27. Eficiencia de evaporación con FONGRASCALE HOE. .................................... 67

Tabla 28. Transporte de dureza usando LIPESA 9184. ..................................................... 69

Tabla 29. Transporte de dureza usando FONGRASCALE HOE. ...................................... 70

Tabla 30. Resultados promedios de transporte de dureza con ambos inhibidores. ............. 71

Tabla 31. Limpieza mecánica de equipos con LIPESA 9184. ........................................... 72

Tabla 32. Limpieza mecánica de equipos con FONGRASCALE HOE. ............................ 72

Tabla 33. Días de operación de evaporadores usando LIPESA 9184. ............................... 73

Tabla 34. Días de operación de evaporadores con FONGRASCALE HOE. ...................... 74

Tabla 35. Ventajas y desventajas de los inhibidores después de la evaluación. ................. 75

ÍNDICE DE ANEXOS

Anexo A. Diagrama de flujo del proceso de fabricación de azúcar de un ingenio ............. 82

Anexo B. Diagrama de bloques del proceso de fabricación de azúcar de San Jacinto. ...... 83

Anexo C. Estación de Evaporación. ................................................................................ 84

Anexo D. Cupones para medir la tasa de incrustación en el sistema de evaporación. ....... 85

Anexo E. Imágenes del desarrollo del proyecto. .............................................................. 86

Anexo F. Estado de los evaporadores antes y después de la limpieza mecánica. .............. 87

Anexo G. Incrustación en los cupones. ............................................................................ 90

Anexo H. Fichas técnicas de los inhibidores de incrustación ........................................... 91



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CAPÍTULO I: INTRODUCCIÓN

1.1 Antecedentes

En el proceso de producción de azúcar a partir de la caña, la evaporación es un área

muy importante porque incide en el rendimiento económico y la calidad del producto

(Yupanqui, 2015, p.5). El evaporador de una fábrica de azúcar está constituido

esencialmente por una calandria tubular el cual tiene la función de intercambiar

temperatura: el vapor de calentamiento baña los tubos por el exterior, el jugo por

evaporar se encuentra en el interior de esos tubos (Hugot, 1963).

La estación evaporadora es la responsable de concentrar el jugo y convertirlo en

meladura por la acción del vapor bajo el principio del múltiple efecto, y se define como

el centro de balance energético de los ingenios, pues ella recibe vapores de escape de

alta presión y entrega vapores vegetales a calentadores y tachos; por ello, su operación,

limpieza y mantenimiento están estrechamente vinculadas a la eficiencia energética del

ingenio (Ingenio San Javier, cap. 6).

La formación de incrustaciones es un problema importante y común en las fábricas de

azúcar de caña. Estas que bloquean la transferencia de calor se forman rápidamente en

evaporadores e intercambiadores de calor y causan varias paradas durante la temporada

de molienda para su eliminación. Dependiendo de la calidad del jugo y el diseño del

evaporador se han encontrado intervalos de paradas para la limpieza química que

oscilan entre 7 y 30 días (Großmann y Peláez, 2006).

Casi todas las plantas azucareras experimentan incrustación de precalentadores,

destilerías y evaporadores; pero la extensión de la incrustación varía de una planta a

otra. Estas incrustaciones se forman a partir de los efectos combinados de varios

procesos que implican moléculas o iones inorgánicos y orgánicos. Las posibles causas

de la incrustación son impurezas en el jugo de azúcar o agua de proceso (Firdissa,

2012).

La planta de azúcar es una de las industrias de proceso donde la deposición de

incrustaciones conduce a altas penalizaciones económicas, ya que involucra una serie

de intercambiadores de calor (Kahsay y Gabbiye, 2015, p.1).



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Las incrustaciones se originan de los materiales en suspensión en el jugo, mal

separados por una defecación y filtración defectuosas. Estos materiales se depositan

sobre todo en el primer cuerpo. Los no azúcares en solución, que se insolubilizan a

medida que el jugo se concentra. Estos depósitos se encuentran sobre todo en el último

cuerpo (Hugot, 1963).

Los evaporadores remueven cerca del 80% de agua contenida en el jugo clarificado,

concentrando los sólidos desde 15 Brix en el primer cuerpo hasta un 65 – 70 Brix en el

último cuerpo (Arca y Esparza, 1986, p.25).

El trasiego de jugo de caña por la estación de evaporación condiciona la formación de

películas de incrustaciones en las paredes interiores de la calandria en cada uno de los

vasos del sistema, trayendo consigo la disminución del proceso de evaporación del

disolvente, lo que conduce a un incremento de los costos de la producción de vapor, es

por eso la necesidad de usar un agente químico que retrase la formación de estos

depósitos (Castro y Rodríguez, 1997).

Los depósitos son una mezcla de sustancias orgánicas e inorgánicas y son más

abundantes en el lado de jugo de los tubos. Las incrustaciones pueden estar compuestas

por sustancias químicas cristalinas que pueden ser o no solubles por inversión, pero

que se cristalizan sistemáticamente cuando sus soluciones supersaturadas son afectadas

por la temperatura, la concentración y las impurezas (Batulé, 1990).

La composición de las incrustaciones varía de fábrica a fábrica y a veces en distintas

zafras, así como en diferentes cuerpos del evaporador. Las incrustaciones se forman

principalmente de sales de calcio (sulfatos, fosfatos, oxalatos y carbonatos); así como,

óxidos metálicos: óxidos de magnesio, aluminio y de hierro; también contiene sílice en

forma de silicatos (Hugot, 1963).

El depósito incrustante de sílice y oxalato de calcio que se encuentra en los

evaporadores de plantas azucareras es la incrustación más difícil de eliminar. A medida

que la solución de azúcar se vuelve más concentrada, se deposita SiO2 y CaOx poco

soluble, ya sea monohidrato o dihidrato de oxalato de calcio, en las superficies de

intercambio de calor (Yu y Sheikholeslami, 2009).



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Existen dos procesos que tiene como objetivo evitar o disminuir la formación de

incrustaciones, estos son: El aparato ionizado, el cual, consiste en un tubo de 5 o 10 cm

de longitud, colocado en la tubería que lleva el jugo alcalizado a los calentadores. El

tubo está rodeado de una envoltura dentro de la cual se encuentra, por ejemplo, un

solenoide que recibe corriente eléctrica y que somete la corriente del jugo a la acción

de un campo eléctrico. Las moléculas de las sales minerales disueltas en el jugo se

ionizan y tienden a permanecer y no a depositarse en la superficie de los cambiadores

de calor (Hugot, 1963).

Otro de los procesos para reducir la formación de incrustaciones es la adición de

compuestos químicos, los cuales modifican las características de cristalización o

precipitación, previniendo la formación de incrustaciones en los tubos. Se ha

informado que algunos conducen a incrustaciones más blandas, o que permiten

prolongar el tiempo entre paradas para la limpieza de los tubos. Sin embargo, no se ha

encontrado nada que pueda prevenir la formación de incrustaciones de sílice, que

constituye el componente más difícil de remover (Rein, 2012).

Mientras muchos diferentes antiincrustantes están disponibles para el tratamiento del

agua, la composición química de antiincrustantes para aplicación a los jugos de caña

está regulada por normas nacionales e internacionales tales como las de la FDA. Los

mejores inhibidores de incrustación para aplicar al jugo de la caña son a base de

poliacrilato. (Großmann y Peláez, 2006).

Durante la operación, un evaporador no se puede abrir para observar la formación de

incrustaciones. Sin embargo, la formación de incrustaciones puede ser comprobada

por la observación de sus efectos negativos. La razón de evaporación puede ser

determinada mediante la medición de sustancia seca del jugo (Brix) en la entrada y

salida del evaporador si el vapor suministrado se mantiene constante (Großmann y

Peláez, 2006).

En el 2006, Dirk Großmann y Manuel Peláez, investigadores de los laboratorios

KEBO, en su informe de “Remoción y Prevención de incrustaciones en las fábricas

Productoras de Azúcar de Caña”, concluyen que la forma más rápida para eliminar las



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incrustaciones es la limpieza química con soluciones alcalinas y ácidas, asimismo

señalan cuán importante es el uso de estos en la eficiencia del sistema de evaporación.

En el 2003, César Salazar Tantaleán, Ingeniero Supervisor de Turno, realizó un

informe, denominado: “Evaluación del Antiincrustante Nalco 5596”, donde lleva a

cabo un seguimiento y evaluación a un inhibidor de incrustaciones en la empresa San

Jacinto; del cual, se desarrolla el método de evaluación en la que se rige esta

investigación.

En los últimos años, Agroindustrias San Jacinto S.A.A., lleva trabajando con varios

proveedores de diferentes marcas comerciales de antiincrustantes, de las cuales

destacan TAWA (Fongrascale Hoe) y LIPESA (Lipesa 9184), pero aún no se define

con que proveedor trabajar; ya que el Beneficio/Costo en ambos casos no difiere

mucho, pero ello depende en gran medida del comportamiento y la eficiencia de cada

inhibidor en el proceso de evaporación, lo cual representa un factor importante a la

hora de elegir la mejor opción.

En respuesta a la demanda de dichos inhibidores de incrustación, se han desarrollado

un conjunto de análisis y evaluaciones en la etapa de evaporación, que consisten en la

determinación de la eficiencia de evaporación, del transporte de dureza y de la tasa de

deposición, la cual es materia de investigación del presente trabajo.

1.2 Justificación

Una de las etapas más importantes en el proceso de obtención de azúcar a partir de

caña, es la evaporación, donde se elimina la mayoría del agua contenida en el jugo

clarificado obteniéndose un jugo concentrado con mayor porcentaje de Brix. La

eficiencia en la evaporación se rige por la transferencia de calor que se logra trasmitir

desde las superficies internas de los tubos de los evaporadores hacia el jugo clarificado.

Durante el proceso de evaporación una cantidad apreciable de impurezas,

especialmente sales minerales propias del jugo se vuelven menos solubles. Parte de

ellas se depositan sobre la superficie interna de los tubos de la calandria formándose



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fuertes incrustaciones (sales de calcio), las cuales bloquean la transferencia de calor

trayendo como consecuencia una caída en la eficiencia en el proceso de esta etapa.

Estas incrustaciones en evaporadores tienen una gran importancia económica para la

fábrica, llegando a afectar en las siguientes formas: gastos en productos para limpieza,

paradas de molienda para eliminación de incrustaciones, disminución de la trasmisión

de calor, aumento del consumo de energía, entre otros.

Para contrarrestar este problema es común el uso de inhibidores de incrustación, cuya

función es retardar la formación de depósitos e impedir el crecimiento de las

microsales presentes en las superficies interiores de los evaporadores, manteniéndolas

estables en el jugo con un comportamiento como si estuvieran disueltas.

Agroindustrias San Jacinto S.A.A. no es ajena a este problema por lo que está obligada

a tomar como alternativa productos que inhiban la incrustación en sus evaporadores,

actualmente cuenta con dos antiincrustantes LIPESA 9184 y FONGRASCALE HOE.

Frente a esta situación se realizó pruebas comparativas para ambos productos con el fin

de evaluar la eficiencia en la inhibición de incrustaciones durante la etapa de

evaporación del jugo clarificado en Agroindustrias San Jacinto. Finalizando las

pruebas se determinará cual es el inhibidor con mayor rendimiento y mejor efectividad

para reducir y retardar la formación de depósitos, así como los intervalos de paradas

para la limpieza mecánica.

1.3 Formulación del problema

¿Cuál de los dos inhibidores de incrustación es más capaz y eficiente para el proceso

de evaporación de jugo clarificado en Agroindustrias San Jacinto S.A.A.?

1.4 Hipótesis

El mejor inhibidor de incrustaciones para el proceso de evaporación de jugo clarificado

será el que logre una mayor eficiencia y efectividad durante la operación de los

evaporadores reduciendo y retardando la formación de depósitos de incrustación.



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1.5 Objetivos

1.5.1 Objetivo General

- Evaluar la capacidad y eficiencia de dos inhibidores de incrustación para el proceso

de evaporación de jugo clarificado en Agroindustrias San Jacinto S.A.A.

1.5.2 Objetivos Específicos

- Realizar un balance de materia para evaluar la calidad del producto extraído del

proceso de evaporación de jugo clarificado en Agroindustrias San Jacinto.

- Elaborar un diagrama de flujo del sistema de evaporación de jugo clarificado

señalando las zonas de aplicación y dosificación del inhibidor de incrustaciones.

- Estimar la tasa de deposición para cada inhibidor mediante la instalación de

cupones en las líneas de los evaporadores.

- Evaluar la influencia de los inhibidores de incrustación con la concentración en

grados Brix de jugo sobre el proceso de evaporación.

- Determinar la eficiencia de evaporación para evaluar el comportamiento de los

agentes antiincrustantes en el proceso evaporativo de jugo clarificado.

- Determinar el transporte de dureza en el proceso de evaporación de jugo con la

finalidad de estimar la acumulación de material incrustante.

- Estimar la calidad de las incrustaciones formadas durante la limpieza mecánica, así

como la cantidad de días de operación de los evaporadores.



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CAPÍTULO II: FUNDAMENTO TEÓRICO

2.1 PROCESO TECNOLÓGICO DE LA OBTENCIÓN DE AZÚCAR

La elaboración del azúcar a partir de la caña de azúcar consta de las siguientes etapas:

2.1.1 Recepción y descarga de la caña

La caña que llega del campo a través de camiones se muestrea con el objetivo de

determinar las características de calidad y el contenido de sacarosa, fibra y nivel de

impurezas. Posteriormente se pesa en básculas y se transporta a almacenes

temporalmente o se traslada directamente en las mesas de lavado de caña.

2.1.2 Lavado y Preparación de la caña

Se lava la caña con agua limpia a presión utilizando duchas para mejorar el lavado

de la misma. La preparación consiste en el desfibramiento de la caña, pasando por

un juego de machetes que tienen por función despedazarla seguidamente pasan por

los desfibradores, las cuales reducen la caña a tiras, sin extraer jugo.

2.1.3 Molienda

La caña preparada llega al molino, constituido por 6 juegos de 4 masas metálicas en

medio de las cuales pasa el colchón de caña y mediante presión se extrae el jugo que

se recolecta en tanques. Cada molino está equipado con una turbina accionada con

vapor de alta presión, un sistema de transmisión y reductores de velocidad.

Este proceso de extracción es llamado IMBIBICIÓN. El bagazo que sale de la

última unidad se conduce a calderas para que sirva como combustible y produzca el

vapor de alta presión que se emplea en las turbinas de los molinos para lograr su

movimiento y en los turbogeneradores para producir la energía eléctrica requerida

por el ingenio.



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2.1.4 Clarificación

El jugo obtenido en la etapa de molienda es de carácter ácido (pH entre 4.5 a 5.5),

este es tratado con sacarato de calcio, la cual eleva el pH a 7.5 – 8 con el objetivo de

minimizar las posibles pérdidas de sacarosa. La cal también ayuda a precipitar

impurezas orgánicas o inorgánicas que vienen con el jugo y acelera su poder

coagulante. El jugo es calentado con vapor en intercambiadores de tubos y coraza

hasta una temperatura de 102 – 105 °C. En la clarificación, los sólidos no azúcares

se precipiten en forma de lodo llamado cachaza y el jugo claro descarga por la parte

superior del clarificador, para su posterior ingreso al tren de evaporación.

2.1.5 Filtración

Los lodos obtenidos durante el proceso de clarificación contienen azúcar y para

retirársela se somete a un proceso de filtración al vacío. A estos lodos se les agrega

bagacillo y cal para aumentar su filtrabilidad, posteriormente se bombean hacia

filtros rotatorios al vacío donde se separan los sólidos del jugo resultante. En el

filtro se aplica agua condensada caliente alrededor de 75 ° C con boquillas

aspersoras para minimizar la cantidad de sacarosa residual en la cachaza. El jugo

turbio resultante se envía hacia el proceso nuevamente.

2.1.6 Evaporación

En este proceso se evapora del 75 al 80 % del agua contenida en el jugo clarificado

en evaporadores a múltiple efecto. El jugo claro llega a los evaporadores con un

porcentaje de sólidos solubles entre 13 y 16 % y se obtiene una meladura o jarabe

con una concentración de 60 a 65%. Se debe mantener la meladura en este rango

pues los tachos no podrán procesar la meladura floja o con baja concentración.

Este proceso se da en evaporadores de múltiple efecto, que consiste en varios vasos

conectados en serie recibiendo el primero la acción de calor (vapor de escape) y el

último la del vacío de cuya combinación resulta que todos los cuerpos quedaran

sometidos a presiones descendentes. Este descenso escalonado de la presión



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absoluta, permite que los vapores del jugo que se desprenden del primer cuerpo,

sean utilizados en el siguiente, donde se condensan y, ceden su calor latente, a su

vez los vapores que se desprenden en este segundo cuerpo se utilicen en el siguiente

y así sucesivamente hasta el último cuerpo. Este descenso escalonado de la presión

de cuerpo a cuerpo provoca un descenso también escalonado de la temperatura de

ebullición del jugo, y por lo tanto el vapor desprendido en un cuerpo tiene suficiente

energía para hacer ebullir al jugo en el cuerpo siguiente que se encuentra a menor

presión.

El jugo se alimenta en la cámara de evaporación del primer cuerpo y se calienta

hasta su punto de ebullición y va circulando por los demás cuerpos hasta llegar al

último (Melador) que es donde se extrae ya concentrado la meladura o jarabe.

2.1.7 Cristalización

Este proceso se inicia en los tachos y se concluye en los cristalizadores. Los tachos

son evapocristalizadores verticales con la superficie calórica formada por tubos de

4” de diámetro y de 42-48” de altura, formando un haz entre las dos placas a las que

están mandriladas. En el centro de la calandria hay un tubo central de amplio

diámetro que debe ser la mitad del diámetro del tacho, y que proporciona la

circulación de la masa dentro del equipo. Estos equipos trabajan al vacío y son de

simple efecto. El material resultante miel y cristales de azúcar se denomina masa

cocida. El trabajo de cocimiento en los tachos se lleva a cabo empleando el sistema

de tres cocimientos para lograr la mayor concentración de sacarosa.

Agroindustrias San Jacinto S.A.A cuenta con un sistema de cocimiento tres templas

o masas A, B y C y doble magma B y C.

La masa primera o “A” se hace con jarabe y magma B (azúcar de segunda más

agua), dando como resultado la masa cocida A o primera, con una pureza 1 a 2 por

encima de la pureza del jarabe (aprox. 85%).



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La masa cocida de segunda o “B” se hace con magma “C, y se alimenta con miel

“A” hasta un volumen adecuado y obtener una masa cocida de 74% de pureza.

Cuando se purga la masa se obtiene azúcar de segunda que al mezclarse con agua

forma el magma “B” y también se obtiene la miel “B”.

La masa cocida de tercera se prepara con jalea (semilla fondant más alcohol) y miel

A al inicio luego se alimenta con miel B; para obtener una masa cocida de final de

55% de pureza.

Los cristalizadores están destinados a recibir la masa cocida o templas de los tachos,

que son descargadas por medio de tuberías o canales clasificados de acuerdo con la

clase o tipo de templa que reciben; por lo cual, se denominan cristalizadores de

primera, segunda y tercera. En los cristalizadores abiertos se culmina la

cristalización y por lo tanto se logra la máxima transferencia de sacarosa del licor

madre a los cristales de azúcar, así como también, se prepara la fluidez adecuada de

la templa y el grano aumenta ligeramente de tamaño, según el tiempo que

permanezca en ellos, pudiendo ser de 2, 12, 24 o 72 horas.

2.1.8 Centrifugación

Los cristales se separan del licor madre mediante fuerza centrífuga en tambores

rotatorios que contienen mallas interiores. Durante el proceso de centrifugado, el

azúcar se lava con agua caliente para eliminar la película de miel que recubre los

cristales, estos cristales se descargan para ser conducidos hacia el secador.

La miel que sale de las centrífugas se bombea a tanques de almacenamiento sea

miel A, B o melaza para ser utilizadas en los cocimientos de segunda o tercera en el

caso de la miel A y B, la melaza es enviada a destilería.



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2.1.9 Secado

El azúcar húmedo que sale de las centrífugas se transporta por elevadores y bandas

para alimentar al secador que es un tambor rotatorio inclinado en el cual el azúcar se

pone en contacto con el aire caliente que entra en contracorriente. El aire se calienta

con vapor en intercambiadores tipo radiador y se introduce a la secadora con

ventiladores. El azúcar seco sale por el extremo opuesto de la secadora, donde es

transportada hacia una malla clasificadora o zaranda para remover las impurezas o

los terrones de azúcar.

2.1.10 Envasado

El azúcar seca y fría se empaca en sacos de diferentes pesos y presentaciones

dependiendo del mercado y se despacha a la bodega de producto terminado para su

posterior venta.

En el anexo B se muestra el diagrama de bloques, donde se presentan las etapas del

proceso de elaboración de azúcar del ingenio azucarero.

2.2 EVAPORACIÓN DE JUGO CLARIFICADO

La evaporación es una operación unitaria, en la cual se lleva a cabo el aumento de

concentración de una solución de un líquido, que se denomina solvente, y uno o varios

solutos sólidos disueltos en dicho solvente, los cuales son prácticamente no volátiles a

la temperatura de operación, la cual es la temperatura de ebullición del solvente, a la

presión de operación. Esta separación se realiza por medio de la adición de calor a la

solución, para llevarla a la temperatura de ebullición, de modo que el solvente se

volatilice y los solutos permanezcan en la solución, de modo que aumente la

concentración de los mismos (Mc Cabe, et al., 1998).

La evaporación es una operación esencial en todas las fábricas de azúcar y es un factor

que determina ampliamente la eficiencia energética. Esta operación incrementa la

concentración del jugo clarificado hasta un contenido de sólidos disueltos de 65 a 68%,

lo cual lo convierte en el mayor consumidor de vapor. La configuración de la estación



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de evaporación determina la cantidad de vapor que la fábrica requiere, y por lo tanto el

arreglo de los evaporadores es de gran importancia. (Rein, 2012).

2.3 ANÁLISIS DE LAS INCRUSTACIONES

2.3.1 Composición de la caña de azúcar

La composición de la caña de azúcar depende de un gran número de factores,

incluyendo su edad, su tolerancia a enfermedades, las condiciones de cultivo y el

uso o no de madurantes.

El jugo mezclado, proveniente de la extracción de la caña contiene muchos

componentes, los que son de mucha influencia en las etapas posteriores para la

clarificación y la evaporación de jugo.

El jugo de caña está compuesto por azúcares, sustancias solubles llamadas no

azúcares y agua. Entre los primeros, la sacarosa es el principal constituyente,

siguiéndole en concentraciones decrecientes, la glucosa, fructosa y los

oligosacáridos. Los no azúcares son sales de ácidos orgánicos e inorgánicos, ácidos

carboxílicos, aminoácidos, proteínas, polisacáridos solubles, almidón, ceras y grasas

y otros compuestos minoritarios, tales como flavonoides, polifenoles.

Los componentes no azúcares son generalmente factores importantes, responsables

de efectos negativos en la recuperación de azúcar en la industria. Por ejemplo, un

aumento en el contenido de cenizas provoca una disminución en la recuperación de

la sacarosa del jugo; asimismo, concentraciones bajas de fosfatos, por debajo de 300

mg/kg, ocasionan una clarificación deficiente. A su vez, el almidón incrementa la

viscosidad, inhibe la cristalización y causa problemas durante el proceso de

refinación.

El contenido de sílice causa problemas en la etapa de evaporación. Los ácidos

orgánicos en el jugo constituyen una parte variable, pero significativa, del total de

no azúcares solubles de la caña, y a ellos se debe la mayor proporción de la acidez

titulable del jugo. La mayoría está presente en concentraciones relativamente bajas.



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Tabla 1. Composición de la caña de azúcar.

Materia % caña

Agua 70 – 75

Sólidos Solubles 10 -16

Fibra (seca) 11 – 16

Referencia: Peter Rein

Tabla 2. Componentes del jugo.

Componentes del jugo Sólidos solubles (%)

Azúcares 75 – 92

Sacarosa 70 – 88

Glucosa 2 – 4

Fructosa 2 – 4

Sales 3.0 - 4.5

Ácidos inorgánicos 1.5 - 4.5

Ácidos orgánicos 1.0 - 3.0

Ácidos orgánicos 1.5 - 5.5

Ácidos carboxílicos 1.1 - 3.0

Aminoácidos 0.5 - 2.5

Otros no azúcares orgánicos

Proteínas 0.5 - 0.6

Almidón 0.001 - 0.050

Gomas 0.30 0.60

Ceras, grasa, fosfatados 0.05 - 0.15

Otros 3.0 - 5.0

Referencia: Pieter Honig



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2.3.2 Azúcares y otros carbohidratos

La sacarosa en el jugo y la celulosa en la fibra son los dos principales constituyente

químicos de la caña de azúcar; cada uno de ellos está compuesto de azúcares

simples. Los azúcares simples, glucosa y fructosa se encuentran así mismo sin

formar cadenas en las cañas de azúcar, por lo general en cantidades menores que la

sacarosa. La producción de azúcar a partir de jugo de la caña de azúcar se basa en la

capacidad que tiene la sacarosa de cristalizar a partir de un jarabe espeso, mientras

que la glucosa y la fructosa permanecen disueltas. Otros azúcares están presentes en

la caña como constituyente de las gomas o de las paredes celulares.

2.3.3 Componentes minerales

Los componentes inorgánicos de la caña de azúcar se presentan como agua, iones,

sales, constituyentes de moléculas orgánicas complejas, o compuestos insolubles a

pesar de que algunos minerales como la sílice se presentan bajo la forma de sólidos

semejantes al ópalo, los constituyentes inorgánicos de mayor interés son los que

están disueltos en el jugo como los fosfatos, carbonatos, la sílice y el magnesio.

Tabla 3. Componentes minerales del jugo.

Componentes Jugo de Caña (% sólidos)

Potasio (K2O) 0.4 - 1.4

Sodio (Na2O) 0.03 - 0.10

Sulfato (SO3) 0.11 - 0.52

Cloruro (Cl) 0.10 - 0.29

Calcio (CaO) 0.17 - 0.32

Magnesio (MgO) 0.20 - 0.33

Silicio (SiO2) 0.06 - 0.71

Fosfato (P2O5) 0.01 - 0.14

Hierro (Fe2O3) 0.06 - 0.14

Ceniza Sulfatada 3.6 - 4.4

Ceniza por

conductividad 3.4 - 4.4




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No obstante, el potasio, los cloruros, el sodio y las bajas concentraciones de sulfatos

no son removidos, y tienden a concentrarse con el procesamiento. Cuando la melaza

contiene una elevada concentración de minerales, especialmente el potasio, aumenta

la retención de sacarosa en la melaza, causando pérdidas para el procesador.

Si el contenido de minerales no permanece constante tiende entonces a aumentar

con la edad de la planta. El potasio es el mineral más abundante del jugo de caña

(hasta 60% de ceniza), es más abundante en las partes más jóvenes de la planta, y

disminuye en las partes más viejas del tallo. Esta distribución se refleja en el

contenido de ceniza de las diferentes partes de la planta, el mayor contenido de

ceniza se encuentra en el jugo procedente de las puntas y el más bajo en el jugo de

la base del tallo.

Tanto el alto contenido de ceniza de las puntas, como la pérdida de sacarosa en las

melazas (causada por la elevada concentración de potasio) proporcionan al

procesador un motivo adicional para no moler las puntas de la caña, así como las

hojas verdes asociadas con los mismos.

El contenido de mineral de la caña de azúcar varía según las variedades y los tipos

de suelos.

2.3.4 Ácidos orgánicos

Muchos ácidos orgánicos existen en forma natural en la caña de azúcar,

especialmente como intermediarios metabólicos. De todos ellos, el ácido aconítico

es el ácido con mayor importancia comercial, existiendo a un nivel promedio de

1.54% de los sólidos del jugo, o alrededor de tres veces el nivel de otros ácidos

(cítrico, málico oxálico, glicólico, mesacónico, tartárico, succínico, fumárico y

siringico).

2.3.5 Proteínas

Los aminoácidos libres por lo general se encuentran en las melazas y contribuyen a

la perdida de sacarosa. El ácido espártico es el más abundante de los aminoácidos

libres, 10 se presentan en cantidades apenas detectables.



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Tabla 4. Amidas y aminoácidos del jugo de caña.

Sustancias Sólidos secos (%)

Libres Proteínas

Amidas

Asparagina 0.71 ------

Glutamina 0.19 ------

Aminoácidos

Aspártico 0.11 0.06

Glutámico 0.05 0.08

Alanina 0.06 0.05

Valina 0.03 0.04

Gama

Aminobutírico

0.02 0.03

Treonina 0.01 0.04

Isoleucina 0.01 0.03

Glicina Trazas 0.04

Lisina Trazas 0.04

Serina Trazas 0.03

Arginina Trazas 0.02

Fenilalanina Trazas 0.02

Tirosina Trazas 0.02

Histidina Trazas 0.01

Prolina Trazas 0.01

Hidroxiprolina Trazas ------

Metionina Trazas ------

Triptofano Trazas ------

Total de proteínas ------ 0.49




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Las proteínas que se encuentran en el jugo, a pesar de estar presentes en pequeñas

cantidades se coagulan por el calor y la cal y ayuda a la clarificación. Los jugos

mixtos contienen más proteínas que el jugo del primer molino debido a que estas

rompen las vacuolas de las células, ricas en azúcar, mientras que los molinos

subsiguientes, con un espacio entre los cilindros más estrechos y agua de

maceración, liberan la proteína del residuo.

2.3.6 Reacciones en el jugo de caña

Luego de la extracción del jugo en los molinos, y de acuerdo al análisis de los

componentes del jugo en caña, a continuación, se resaltarán las reacciones

fundamentales antes y durante los calentamientos y de esta forma predecir la posible

composición de incrustaciones en el sistema de evaporación.

2.3.6.1 Fosfatos

La cantidad de P2O5 presente en el jugo mezclado que va a sujetarse a la

operación de purificación tiene el más grande significado práctico para la

clarificación de jugo de la caña el P2O5 reacciona con la cal añadida

formando fosfatos de calcio insolubles que son los principales agentes

purificadores en lo que se refiere a la separación de otros no-azucares. La

composición del precipitado formado no puede ser representada por una

simple fórmula. Consiste en una mezcla de fosfato di-cálcico y fosfato

tricálcico, respectivamente fosfato di-magnésico y fosfato cálcico-

magnésico y fosfato tricálcico-magnésico.

2.3.6.2 Sacarato de Calcio

En la etapa de clarificación se utiliza la cal apagada (hidróxido de calcio) en

jugo como un agente clarificador y regulador de pH mediante una previa

alcalización para mejorar la calidad del azúcar final.

La lechada de cal “Ca(OH)2” es poco soluble en el agua, pero su solubilidad

aumenta en concentraciones azucaradas, partiendo de este concepto los

azucareros implementaron el sacarato de calcio, la cual está dada por:



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Lechada de cal + jugo clarificado = Sacarato de calcio

Se recalcará que el sacarato de calcio es una mezcla no es una reacción.

Con los constituyentes del jugo de caña la cal produce reacciones de tres

tipos:

Formación de sustancias insolubles.

Formación de sustancias que permanecen en solución.

Coagulación de suspensiones coloidales y de suspensiones

toscamente dispersas.

El hidróxido de calcio es una base relativamente fuerte. Como es un

hidróxido de un metal bivalente. La actividad química del compuesto

depende, principalmente, de la concentración efectiva, o actividad de los

iones Ca+2 y OH-.

Los constituyentes orgánicos como los constituyentes inorgánicos tienen un

efecto muy marcado sobre la actividad. El calcio forma con muchos ácidos

orgánicos, sales que se disocian débilmente, entre ellos se encuentran los

ácidos glicólico y málico.

2.4 INCRUSTACIONES EN INTERCAMBIADORES DE CALOR

La formación de depósitos de incrustación en intercambiadores de calor es la mayor

causa de reducción de eficiencia y capacidad del sistema de evaporación. Al

incrementarse la energía necesaria para una operación, también se incrementan los

costos al paso de los años por lo que se ha dado especial atención a este problema.

Una técnica común de prevención es estimando un factor de incrustación en la etapa del

diseño; es decir, permitiendo que la superficie adicional del traspaso térmico compense

la pérdida superficial causada por la incrustación. Hoy un factor de incrustación se

considera necesario, pero no suficiente en la prevención de incrustación. En muchos

casos, incluso el diseño correcto de un cambiador de calor no evitará el problema de

incrustación. Este factor de incrustación es considerado como una resistencia a la



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transferencia de calor, incrementando esta resistencia en una superficie limpia se

obtiene el área requerida de transferencia el factor de incrustación influye directamente

en el coeficiente de transferencia de calor.

Como se mencionó anteriormente el efecto que tiene la composición del jugo, la

velocidad de paso en los intercambiadores, el pH, las reacciones producidas en el jugo.

Como también la cal que se agrega al jugo tienen un gran efecto en la formación de las

incrustaciones. A continuación, se mencionará los principales constituyentes de las

incrustaciones con las respectivas causas.

Las incrustaciones de sustancias orgánicas, como las pectinas, gomas materias

proteínica y lípidos. Se debe en parte al efecto de coagulación causado por las

altas temperaturas.

Las incrustaciones de SiO2 es una coagulación total sobre las superficies de

calentamiento en los evaporadores, causada por las altas temperaturas

Las incrustaciones de concentraciones de calcio y magnesio se deben

propiamente a la adición de Cal en forma de sacarato de calcio, otra observación

que se debe mencionar es la pureza de cal en la preparación de la lechada entre

menos pura mayor contenido de impurezas como sílices, magnesio, hierro y

aluminio.

Tabla 5. Principales compuestos de incrustación en calentadores y evaporadores.

COMPUESTOS DE INCRUSTACIÓN

Fosfatos

Sílices

Calcio

Magnesio

Sulfatos

Hierro

Materia Orgánica

Referencia: Peter Honig.



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2.5 INHIBIDORES DE INCRUSTACIÓN

Los inhibidores de incrustación, son químicos que pueden demorar, reducir o prevenir

la formación de estas cuando se adicionan en pequeñas cantidades al jugo de los

evaporadores. Los inhibidores empleados en la operación funcionan con uno o algunos

de los siguientes mecanismos:

Previniendo la nucleación, lo que bloquea la formación de los cristales.

Evitando el crecimiento de los cristales cuando los mismos comienza a formarse; en

este caso el inhibidor se adsorbe sobre la superficie de los cristales mientras ellos

están todavía diminutos y previene así su crecimiento.

Evitando que se adhieran de nuevos cristales a depósitos incrustantes ya formados.

Figura 1. Dispersión y Estabilización.

Fuente: Manrique, J. D., y Rangel, N. (2010). Estudio sobre la formación de

incrustaciones por acumulaciones de depósitos minerales dentro de la tubería de

producción, remoción y prevención.

Otra de las funciones de los inhibidores de incrustación es mantener los iones en

solución y evitar que estos se precipiten y formen depósitos. La efectividad de la

función controladora del inhibidor depende básicamente de su aplicación en forma

continua en el sistema de evaporación.



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Las dosificaciones con que se aplica un inhibidor de incrustación frecuentemente

oscilan entre 10 ppm – 25 ppm. Se debe tener en cuenta que la concentración en que se

aplique el inhibidor de incrustación, garantice una protección total del sistema; es decir,

debe existir presencia de inhibidor en el punto más extremo del sistema.

Existen diferentes tipos de inhibidores, lo más comunes en la industria azucarera son:

los ácidos poliacrílicos y polimaleicos.

La forma más común de aplicación de los inhibidores de incrustación es la aplicación

continua, en donde una bomba de inyección de químico introduce el agente al jugo las

24 horas del día, por lo que se da una protección más efectiva contra la formación de

incrustaciones en el sistema.

2.6 CUPONES DE INCRUSTACIÓN

Los cupones son placas metálicas que se introducen en los equipos a través de un cuello

soldado y son removidos luego de cierto tiempo de operación y exposición al fluido.

Esta técnica es muy beneficiosa porque no requiere del uso de procedimientos o

equipos complejos, solo necesita de un cupón apropiadamente diseñado y un montaje

para el cupón dentro de la línea.

Su metodología se basa en la exposición por un tiempo determinado de una muestra

(cupón) del mismo material de la estructura supervisada, en el mismo ambiente

incrustante al que la estructura está expuesta, la medición se obtiene mediante la

ganancia de peso (espesor) que ocurre en el cupón durante el tiempo expuesto

(Guzmán, 2015).

Un monitoreo serio del comportamiento de las incrustaciones, permitirá ejercer un

excelente control sobre los problemas que estas ocasionan, disminuyéndose así

substancialmente los costos involucrados en el tratamiento químico (optimización del

producto) y evitándose acciones correctivas que incrementan los costos de operación.



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La principal razón para la eliminación de las incrustaciones formadas durante la

operación es la reducción de la transferencia de calor que estas causan. La Tabla 6

muestra la reducción que experimenta la transferencia de calor por las incrustaciones en

función del espesor de la misma. Incrustaciones de más de 1.0 mm son comunes en

fábricas de azúcar de caña y con frecuencia se forman rápidamente.

Tabla 6. Transferencia de calor en una superficie de calentamiento limpia e incrustada.

K limpio [Wm-2K-1] Espesor de la

incrustación (mm) K sucio [Wm-2K-1]

3000

2000

0.1

0.2

0.5

0.6

1.0

0.1

0.2

0.5

0.6

1.0

2609

2308

1714

1579

1200

1818

1667

1333

1250

1000

Fuente: Großmann, D. y Peláez, M. (2006).

Tabla 7. Espesor de las incrustaciones de carbonato de calcio en tuberías vs el exceso de

consumo de energía.

Espesor de las incrustaciones de

CaCO3 en tuberías (mm)

Suplemento de consumo de

energía (%)

1.5

3.0

6.5

9.5

12.5

+15

+20

+40

+55

+70

Fuente: Recuperado de: https://www.opcionenergy.es/productos-y

servicios/productos/tratamiento-de-aguas/



Bibliot

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38

2.7 LIMPIEZA EN EVAPORADORES

La limpieza mecánica de tuberías de intercambiadores de calor emplea materiales como

escobillas de hierro, soda cáustica, ácido clorhídrico, así como excesivo tiempo y

personal para realizar dicha limpieza.

La soda cáustica se hace hervir dependiendo al grado de incrustación que pueda tener

las tuberías. El hervido de soda puede durar hasta 3 días. Luego del hervido, el personal

de limpieza realiza el rasqueteo de cada tubería empleando escobillas de hierro

colocada en tuberías largas que permitan la limpieza en todo el largo del tubo. De

acuerdo al número de personal, que normalmente son 3 por evaporador, se reparten

tareas dentro del equipo, y su limpieza puede tardar desde 2 a 4 días.

La limpieza de los evaporadores mayormente se realiza en los Pre-Evaporadores

(I efecto) ya que son los que más rápido se ensucian al recepcionar primeros el jugo

clarificado, además de ser los más grandes en su tipo. En los demás evaporadores se

realiza la limpieza de acuerdo al tiempo de empleo o temperatura de salida del jugo.

El operador del tren de evaporación es el responsable junto al Jefe de guardia de

informar al Ingeniero de Procesos cuando se tiene algún desperfecto en la limpieza

realizada en los evaporadores por personal externo. Así, el Ingeniero de turno realiza

según el diagrama de recorrido, la inspección de los evaporadores y da el visto bueno

para su funcionamiento inmediato o una nueva limpieza mecánica.

Cuando existe una mala limpieza mecánica, se tiene repetir el proceso de limpieza

empleando mayor tiempo en hervir la soda, mayor personal, lo cual es perjudicial para

la empresa, ya que generan costos adicionales a los planificados. Así mismo, puede

ocurrir la obstrucción de las tuberías, taponeándolas y perdiendo así área de

transferencia de calor, lo que se hace perjudicial si esto persiste en otras tuberías.



Bibliot

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39

CAPÍTULO III: MATERIALES Y MÉTODOS

3.1 MATERIALES

3.1.1 Material de estudio

Como material de estudio se utilizó el inhibidor de incrustación FONGRASCALE

HOE y el inhibidor de incrustación LIPESA 9184.

Tabla 8. Propiedades físicas y químicas de los inhibidores de incrustación.

Propiedades LIPESA 9184 FONGRASCALE HOE

Descripción

Composición Polímero de Acrilamida Copolímero maleato/poliacrilato

de sodio

Estado Líquido Líquido

Color Incoloro a amarillo pálido Marrón ligeramente turbio

Gravedad específica a 25ºC 1200 – 1350 1000 - 1350

Viscosidad (cps) 100 – 400 450 -650

pH 5,50 – 6,50 7.0 -9.0

Solubilidad : 100% en agua. 100% en agua.

Costo ($)/Tn caña molida 2.5 2.8

Fuente: Elaboración propia.

3.1.1.1 Seguimiento a los inhibidores de Incrustación

El seguimiento a los inhibidores de incrustación se realizó durante dos

períodos consecutivos de molienda (45 días), un período de análisis y

evaluación para cada producto.

La empresa ejecutó paradas de planta por unos días después de cada período

de molienda con el fin de realizar el mantenimiento de los equipos del

proceso de obtención de azúcar.



Bibliot

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40

A continuación, se muestra con detalle el tiempo de operación de los

inhibidores de incrustación por cada período de molienda.

Tabla 9. Cronograma de seguimiento a los inhibidores de incrustación.

Semanas de

seguimiento

N° de

días

Fecha

(Duración de

Molienda)

Año Inhibidor

3 20 11/10 - 30/10 2018 LIPESA 9184

4 25 05/11 - 29/11 2018 FONGRASCALE

HOE


3.1.2 Materiales, reactivos, equipos e instrumentos

3.1.2.1 Materiales

Matraz Erlenmeyer de 250 ml.

Pipeta volumétrica de 10 ml.

Probeta de 50 ml.

Bombilla de Caucho para pipetas.

Frascos de plástico

Cuaderno de apuntes

Como material biológico, se utilizó:

Jugo clarificado

Jugo concentrado de los evaporadores

Jarabe

3.1.2.2 Reactivos

Solución Buffer estándar (pH = 10)

Solución Negro de eriocromo T

Solución de EDTA 0.02 M.

Agua destilada.



Bibliot

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41

3.1.2.3 Equipos

Equipos de planta utilizados:

2 Pre-evaporadores tipo calandria

8 Evaporadores tipo Calandria

8 Cupones

Medidores de presión y temperatura

Tanques de almacenamiento de jugo y jarabe

Tanques de almacenamiento de antiincrustantes

3.1.2.4 Instrumentos

Refractómetro digital. Marca: SCHMIDT & HAENSCH/ Modelo:

ATR SW/ Rango: 0 – 95%

Balanza de precisión ± 0.01 g.

Bureta automática Schilling de 25 mL.

3.2 METODOLOGÍA

3.2.1 Procesamiento de la información obtenida

Los datos para el estudio del presente trabajo serán registrados en tablas para su

posterior análisis, evaluación y comparación siguiendo una metodología secuencial.

3.2.2 Metodología de la investigación

El seguimiento, análisis y la evaluación realizada a continuación se basa en el

comportamiento de los inhibidores de incrustación durante el proceso de

evaporación de jugo clarificado en Agroindustrias San Jacinto por cada período de

molienda.

La metodología que rige la presente investigación es secuencial, y antes de

comenzar a desarrollar cada punto, se realizó una breve descripción del sistema de

evaporación de la empresa San Jacinto, asimismo, se elaboró un diagrama de flujo

señalando los puntos de aplicación de los agentes Químicos.



Bibliot

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42

DESCRIPCION DEL SISTEMA DE EVAPORACIÓN DE LA EMPRESA

AGROINDUSTRIAS SAN JACINTO

El sistema de evaporación de la empresa Agroindustrias San Jacinto es de quíntuple

efecto. El primer efecto consta de 2 pre evaporadores (pre 1 y pre 2), de los cuales

uno trabaja y el otro se mantiene en reserva, con la finalidad de reemplazar si

acumula incrustaciones. El efecto 2 consta de dos evaporadores (evap 1 y evap 2).

El efecto 3 cuenta con un solo evaporador y el efecto 4 constan de dos evaporadores

(evap 4 y evap 5). Para el quinto efecto se tiene 3 evaporadores de los cuales dos

están en línea y uno queda en reserva.

Los pre evaporadores usan vapor de escape como agente calefactor, proveniente del

turbogenerador y las turbinas de trapiche. La presión de vapor de escape admisible a

los pre evaporadores va desde los 17 a 20 psig cuyas temperaturas son 120 a 125°C

respectivamente.

La presión y la temperatura de los efectos disminuyen conforme se va avanzando.

La presión en el primer y último efecto es de 18 Psig y - 25” Hg respectivamente. El

último efecto se encuentra al vacío para aumentar la evaporación y evitar destruir la

sacarosa por efecto térmico.

Los pre evaporadores se alimentan de jugo claro con un Brix aproximado de 14%

conforme el jugo va pasando a través de los siguientes efectos el Brix va

incrementándose. El jugo que sale del tren de evaporación se llama jarabe o

meladura y su Brix va desde los 56 – 65% dependiendo del ritmo de molienda y

tiempo de operación.

PUNTOS DE APLICACIÓN DE LOS INHIBIDORES DE INCRUSTACIÓN:

Para conocer cuáles son los puntos de aplicación del Antiincrustante, se plasma el

diagrama de flujo del sistema de evaporación de jugo clarificado de la empresa

Agroindustrias San Jacinto señalando los puntos de ingreso de los inhibidores.



Bibliot

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43

EVA - 5 EVA - 4

EVA - 3 EVA - 2 EVA - 1 PRE - 2 PRE - 1

EVA - 6 EVA - 7 EVA - 8

JARABE

JUGO CLARIFICADO

Dosificación Promedio

LIPESA 9184 68.43 ppm

FONGRASCALE H. 76. 09 ppm

Figura 2. Diagrama de flujo del sistema de evaporación del ingenio San Jacinto señalando los puntos de ingreso de los

inhibidores de incrustación.




Bibliot

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Para nuestra investigación la secuencia más adecuada es la siguiente:

BALANCE DE MATERIA

Se realizó un balance de materia para conocer la cantidad de material que ingresa al

sistema de evaporación y de producto que se obtiene; así mismo, para conocer la

cantidad de agua que ha sido evaporada. Esto nos dará un panorama más amplio al

momento de obtener la eficiencia de evaporación.

Por cada período de molienda se determinó un balance general de materia con el fin

de evaluar el trabajo y el comportamiento de cada uno de los inhibidores de

incrustación

TASA DE DEPOSICIÓN

Para medir el grado de incrustación se utilizó cupones de metal que proveen una

medida cualitativa de la tasa de deposición relativa en el sistema de evaporación.

En la figura 3 se muestra el esquema de cómo fueron instalados los 8 cupones en el

sistema de evaporación de jugo clarificado de la empresa San Jacinto con el fin de

monitorear el comportamiento de los inhibidores de Incrustación. Antes que inicie

cada período de molienda y previo a la instalación de los cupones en las líneas de

los evaporadores, éstos fueron pesados y enumerados de forma creciente.

Además, para calcular la tasa de deposición (mg/cm2*día) se utilizó la siguiente

ecuación:

𝑇𝑑 =(𝑃𝑓 − 𝑃𝑖 )

𝐴 ∗ 𝑡∗ 1000

Dónde:

Td = Tasa o Rate de deposición, mg /cm2*día

Pf = Peso del cupón con el depósito, gramos

Pi = Peso inicial del cupón limpio, gramos

A = Área del cupón, cm2

t = Tiempo de exposición, días



Bibliot

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45

3

4

5

7 6 8

JUGO CLARIFICADO

JARABE

3

Figura 3. Esquema del sistema de evaporación del ingenio San Jacinto señalando los puntos de

instalación de los cupones.


1

EVA - 5 EVA - 4

EVA - 3 EVA - 2 EVA - 1 PRE - 2 PRE - 1

EVA - 6 EVA - 7 EVA - 8

3

4

5

6 7 8

2

3



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GRADOS BRIX

Para medir el Brix de los jugos en el sistema de evaporación se extrajo muestras en

recipientes de plástico previamente rotulados durante todo el período de molienda

de trabajo para cada inhibidor.

Se determinaron ocho puntos de muestreo de jugo en el sistema de evaporación:

- Jugo clarificado

- Jugo a la salida del Pre evaporador 1 o 2 (dependiendo quién está en

operación)

- Jugo a la salida del Evaporador 1





- Jarabe de los tanques de almacenamiento

Los muestreos de jugo se realizaron una vez al día, por seis días semanales (sin

considerar los domingos ya que no se contó con acceso a planta por política de la

empresa). El tiempo dependió del inicio, duración y final de molienda de cada

período.

Tabla 10. Cronograma de muestreo de jugos.

Semanas de

muestreo N° de muestras

Fechas de

muestreos Año

1 1-3 11/10 - 13/10 2018

2 4-9 15/10 - 20/10 2018

3 10-15 22/10 - 27/10 2018

4 16-17 29/10 - 30/10 2018

5 18-23 05/11 – 10/11 2018

6 24-29 12/11 – 17/11 2018

7 30-35 19/11 – 24/11 2018

8 36-39 26/11 – 29/11 2018




Bibliot

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47

Finalmente, las muestras de jugos fueron llevadas a laboratorio donde se dejó

enfriar un tiempo determinado y se procedió a medir la concentración utilizando un

refractómetro.

EFICIENCIA DE EVAPORACIÓN

Se basan en la cantidad de agua que es capaz de evaporar una unidad de peso de

vapor que ingresa al sistema de evaporación. Esta dada por la siguiente fórmula:

𝐸 = [1 − (𝐵𝑥 𝑑𝑒𝑙 𝑗𝑢𝑔𝑜 𝑐𝑙𝑎𝑟𝑜

𝐵𝑥 𝑗𝑎𝑟𝑎𝑏𝑒)] ∗ 100

Para calcular la eficiencia de evaporación con cada inhibidor, se utilizaron los datos

obtenidos en el ítem anterior, como es el Brix del jugo claro y del jarabe para cada

período de molienda.

Con este dato, se evalúa indirectamente el comportamiento del antiincrustante; pues,

si la eficiencia de evaporación es alta entonces el nivel de incrustación es mínimo;

pero si el resultado es lo contrario, existe un nivel considerable de incrustación en

los cuerpos.

TRANSPORTE DE DUREZA

Para calcular el transporte de dureza de los jugos en el sistema de evaporación

durante todo el período de molienda de trabajo para cada inhibidor se utilizaron las

muestras que se recolectaron previamente para medir el Brix; pero en este caso, se

determinó la dureza.

El análisis de dureza se realizó con los materiales, instrumentos y reactivos de

laboratorio de la empresa. El procedimiento empleado para la determinación de

dureza de los jugos fue proporcionado por los proveedores de cada inhibidor de

Incrustación.



Bibliot

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48

El seguimiento consistió en evaluar las ratios de evaporación mediante la eficiencia

del producto, la cual es determinada por la expresión que considera la dureza en

base a la concentración de los flujos de entrada y salida de cada cuerpo del sistema

de evaporación.

El transporte de dureza viene dado por:

𝑅 =(𝐷𝑢𝑟𝑒𝑧𝑎

𝐵𝑟𝑖𝑥⁄ )𝑗𝑎𝑟𝑎𝑏𝑒

(𝐷𝑢𝑟𝑒𝑧𝑎𝐵𝑟𝑖𝑥⁄ )𝑗𝑢𝑔𝑜 𝑐𝑙𝑎𝑟𝑜

∗ 100

Dónde:

R = 100% significa que ningún material se está acumulando en el

sistema, por lo tanto, no habrá incrustación.

R > 100% significa que está habiendo remoción de material incrustado

en el sistema.

R < 100% significa que está acumulando material en el sistema, por lo

tanto, se está formando incrustación.

LIMPIEZA MECÁNICA

Cada vez que los cuerpos se incrustaron durante los períodos de molienda en

evaluación con cada inhibidor, se procedió a realizar el seguimiento a la limpieza

mecánica de los evaporadores, con el fin de verificar la calidad de las incrustaciones

formadas, y la facilidad de remoción de los mismos.

La limpieza mecánica se realizó en los Pre-Evaporadores ya que son los que más

rápido se ensucian al recepcionar primeros el jugo claro, y en los meladores, puesto

que es allí donde se concentra el jugo hasta obtener jarabe. En los demás

evaporadores se realizó la limpieza al final de cada periodo de molienda.

Finalmente, se determinó los días de operación de los evaporadores para evaluar la

eficiencia de cada inhibidor en el proceso de evaporación durante los períodos de

molienda en estudio.



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CAPÍTULO IV: RESULTADOS Y DISCUSIONES

4.1 Balance de materia

En Agroindustrias San Jacinto, diariamente se tiene una molienda de caña de 3800 Ton

aprox., utilizando para esto su sistema de extracción: trapiche. Para poder realizar el

balance de materiales, se debe tener como base los datos promedios con ambos

inhibidores de incrustación.

Tabla 11. Datos promedios de molienda trabajando con LIPESA 9184.

DATOS DE MOLIENDA VALORES

Días de zafra 20

Horas de molienda 439.760

Tiempo perdido por elaboración 16.55 h

Caña Molida 75 784.0 Tn

Jugo Mezclado 76 952.52 Tn

Cachaza 753.890 Tn

Melaza 2123.348 Tn

% de jugo filtros 31.378 %

Brix de jugo mezclado 15.353

Brix de jugo Filtrado 9.09

Brix de jarabe 63.796

Fuente: Datos obtenidos de reportes de molienda y fabricación - Agroindustrias

San Jacinto S.A.A.

Jugo Clarificado y Jarabe

Tn de caña molida: 75 784.0 Tn

20 𝑑𝑖𝑎𝑠𝑥

1 𝑑𝑖𝑎

24 ℎ = 157.88 Tn/h

Tn de jugo mezclado: 76 952.52 Tn


1 𝑑𝑖𝑎

24 ℎ = 160.32 Tn/h

Jugo de filtros: 160.32 *31.378% = 50.31 Tn/h



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Jugo de calentadores = jugo mezclado + jugo de filtros: = 210.63 Tn/h

De los filtros, se obtiene aprox.1.8 Tn/h de cachaza seca, por lo que:

Jugo clarificado = 210.63 Tn/h – 1.8 Tn/h = 208.83 Tn/h

Sólidos de jugo mezclado = 160.32 *0.15353= 24.61 Tn/h

Sólidos en jugo de filtros = 50.31*0.0909= 4.57 Tn/h

Sólidos en calentadores = 29.18 Tn/h

Sólidos en cachaza separados de jugo claro = 1.8 Tn/h

Sólidos en jugo clarificado = 27.38 Tn/h

Brix de jugo clarificado = 27.38

208.83𝑥100 = 13.11

Evaporación = 208.83(1 −13.11

63.796) = 165.92

Jarabe = 208.83 – 165.92 = 42.91 Tn/h

Tabla 12. Datos promedios de molienda trabajando con FONGRASCALE HOE.

DATOS DE MOLIENDA VALORES

Días de zafra 25

Horas de molienda 566.280

Tiempo perdido por elaboración 8.54 h

Caña Molida 99 037.820 Tn

Jugo Mezclado 99 296.276 Tn

Cachaza 800.520 Tn

Melaza 3 222.935 Tn

% de jugo filtros 33.720 %

Brix de jugo mezclado 15.748

Brix de jugo Filtrado 9.056

Brix de jarabe 64.782

Fuente: Datos obtenidos de reportes de molienda y fabricación - Agroindustrias

San Jacinto S.A.A.



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Jugo Clarificado y Jarabe

Tn de caña molida: 99 037.820 Tn


1 𝑑𝑖𝑎

24 ℎ = 165.06 Tn/h

Tn de jugo mezclado: 99 296.276 Tn


1 𝑑𝑖𝑎

24 ℎ = 165.49 Tn/h

Jugo de filtros: 165.49 *33.72% = 55.80 Tn/h

Jugo de calentadores = jugo mezclado + jugo de filtros: = 221.29 Tn/h

De los filtros, se obtiene aproximadamente 1.4 Tn/h de cachaza seca, por lo

que:

Jugo clarificado = 221.29 Tn/h – 1.4 Tn/h = 219.89 Tn/h

Sólidos de jugo mezclado = 165.49 *0. 15748= 26.06 Tn/h

Sólidos en jugo de filtros = 55.80 *0. 09056= 5.05 Tn/h

Sólidos en calentadores = 31.11 Tn/h

Sólidos en cachaza separados de jugo claro = 1.4 Tn/h

Sólidos en jugo clarificado = 29.71 Tn/h

Brix de jugo clarificado = 29.71

219.89𝑥100 = 13.51

Evaporación = 219.89 (1 −13.51

64.782) = 174.03 Tn/h

Jarabe = 219.89 – 174.03 = 45.86 Tn/h

Se realizó un balance de materia para evaluar la calidad y cantidad del producto

extraído del proceso de evaporación, el resumen de los resultados se muestra a

continuación:



Bibliot

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Tabla 13. Resultados del balance de materia con ambos inhibidores.


El jarabe utilizando el inhibidor FONGRASCALE HOE de acuerdo a los resultados fue

mayor y más eficiente en el sistema de evaporación de jugo clarificado, debido, a que la

cantidad de agua evaporada en el proceso fue más alta y por ende se logró una mejor

concentración de jugo. Caso contrario sucedió con LIPESA 9184, en el cual se

demuestra que el rendimiento es mucho menor.

4.2 Tasa de Deposición

En la parada de mantenimiento del 27/09/2018, se instalaron los cupones para medida

de la tasa de deposición. Previamente se enumeraron, se midió su diámetro, su altura, se

pesaron y se instalaron como se indica en figura 3. Los datos en mención se dan en la

siguiente tabla.

Tabla 14. Características de cupones al inicio de operación con LIPESA 9184.

Ubicación Cupón Diámetro

(mm) Altura(mm)

Área transversal

(cm2)

Peso (g)

Salida Pre 1 1 12.6 150.0 60.62 96.33

Salida Pre 2 2 12.45 152.0 60.67 96.73

Salida E-1 y E-2 3 12.4 152.0 60.42 96.28

Salida E-3 4 12.65 150.5 61.07 99.38

Salida E-4 y E-5 5 12.4 152.0 60.42 96.56

Salida E-6 6 12.55 151.0 60.77 97.26

Salida E-7 7 12.7 151.5 61.71 99.58

Salida E-8 8 12.75 141.5 57.95 96.35


Flujos LIPESA 9184 FONGRASCALE HOE

Jugo Clarificado 208.83 Tn/h 219.89 Tn/h

Jarabe 42.91 Tn/h 45.86 Tn/h

Cantidad agua evaporada 165.92 Tn/h 174.03 Tn/h



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0.000

1.000

2.000

3.000

4.000

5.000

6.000

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

TA

SA

D

E D

EP

OS

ICIÓ

N (

mg

/cm

2*D

ía)

CUPÓN

Luego del primer período de molienda y en la parada mensual de planta, el 31/10/2018

se retiró todos los cupones y se pesaron, a fin de determinar la tasa de incrustación

(mg/cm2*día), cuyos resultados fueron los siguientes:

Tabla 15. Tasa de Incrustación en los cupones con LIPESA 9184.

Ubicación Cupón

Área

transversal

(cm2)

Peso

limpio (g)

Peso

sucio (g)

Depósito

(g)

Días de

operación

Tasa de

deposición

(mg/cm2*Día)

Salida Pre 1 1 60.62 96.33 99.75 3.42 12 4.701

Salida Pre 2 2 60.67 96.73 99.81 3.08 13 3.905

Salida E-1 y E-2 3 60.42 96.28 98.07 1.79 20 1.481

Salida E-3 4 61.07 99.38 100.33 0.95 20 0.778

Salida E-4 y E-5 5 60.42 96.56 98.05 1.49 20 1.233

Salida E-6 6 60.77 97.26 100.87 3.61 14 4.243

Salida E-7 7 61.71 99.58 101.38 1.8 9 3.241

Salida E-8 8 57.95 96.35 101.95 5.6 17 5.684



Figura 4. Gráfica de depósitos de incrustación en cupones usando LIPESA 9184.



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Para determinar la tasa de deposición con el inhibidor FONGRASCALE HOE, se

usaron los mismos cupones con que se trabajó anteriormente. Previo a la instalación

fueron limpiados por el área de mantenimiento de la empresa, puesto que estaban lleno

de material incrustante por el período de molienda precedente.

Luego fueron enumerados de forma creciente, se midió su diámetro, su altura, se

pesaron y se instalaron antes de que inicie el último período de molienda en evaluación.

Los cupones se instalaron como se indica en la figura 3.

Tabla 16. Características de cupones al inicio de operación con FONGRASCALE HOE.

UBICACIÓN CUPÓN DIÁMETRO

(mm)

ALTURA

(mm)

ÁREA

TRANSVERSAL

(cm2)

PESO (g)

Salida Pre 1 1 12.55 150.0 60.38 95.86

Salida Pre 2 2 12.4 152.0 60.42 96.24

Salida E-1 y E-2 3 12.4 152.5 60.61 96.58

Salida E-3 4 12.6 150.5 60.82 97.95

Salida E-4 y E-5 5 12.35 152.0 60.17 96.39

Salida E-6 6 12.5 151.0 60.52 97.05

Salida E-7 7 12.65 151.5 61.46 98.42

Salida E-8 8 12.7 142.0 57.92 96.48


Después de la parada de molienda del 30/11/2018, se retiró cuidadosamente todos los

cupones y se pesaron en laboratorio, a fin de determinar la tasa de incrustación

(mg/cm2*día) con FONGRASCALE HOE, cuyos resultados se detallan a continuación.



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55

0.000

1.000

2.000

3.000

4.000

5.000

6.000

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

RA

TE D

E D

EPO

SITO

(g/c

m2

*D

ía*

10

00

)

CUPÓN

Tabla 17. Tasa de incrustación en los cupones con FONGRASCALE HOE.

Ubicación Cupón

Área

transversal

(cm2)

Peso

limpio

(g)

Peso

sucio (g)

Depósito

(g)

Días de

operación

Tasa de

deposición

(mg/cm2*Día)

Salida Pre 1 1 60.38 95.86 98.28 2.42 13 3.083

Salida Pre 2 2 60.42 96.24 100.34 4.1 13 5.220

Salida E-1 y E-2 3 60.61 96.58 99.07 2.49 25 1.643

Salida E-3 4 60.82 97.95 99.33 1.38 25 0.908

Salida E-4 y E-5 5 60.17 96.39 98.75 2.36 25 1.569

Salida E-6 6 60.52 97.05 100.45 3.4 20 2.809

Salida E-7 7 61.46 98.42 100.38 1.96 10 3.189

Salida E-8 8 57.92 96.48 101.72 5.24 22 4.112



Figura 5. Gráfica de depósitos de incrustación en cupones con FONGRASCALE HOE.



Bibliot

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56

4.701

3.905

1.481

0.778

1.233

4.243

3.241

5.684

3.038

5.22

1.643

0.908

1.569

2.809

3.189

4.112

0

1

2

3

4

5

6

1 2 3 4 5 6 7 8

TA

SA

DE

DE

PO

SIC

IÓN

(m

g/c

m2*

día

)

CUPONES

LIPESA 9184 FONGRASCALEHOE

Tabla 18. Resumen de la tasa de deposición en los cupones con ambos inhibidores.

Cupones Tasa de deposición (mg/cm2*Día)

LIPESA 9184 FONGRASCALE HOE

1 4.701 3.038

2 3.905 5.220

3 1.481 1.643

4 0.778 0.908

5 1.233 1.569

6 4.243 2.809

7 3.241 3.189

8 5.684 4.112

Promedio 3.498 3.083



Figura 6. Gráfica comparativa de depósitos de incrustación con ambos inhibidores.



Bibliot

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. Quím

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57

En la Tabla 18 se muestra un resumen de la tasa de deposición en cupones para cada

inhibidor, donde se puede observar que la incrustación es mayor en los pre-

evaporadores y en los meladores, cumpliéndose lo que dice la teoría, que es, en esos

cuerpos donde se suelen haber mayor incrustación, es por eso, que estos se limpian

periódicamente durante la molienda.

En la figura 5 se presenta una gráfica la cual describe el comportamiento de depósitos

en cupones, en el cual, LIPESA 9184 mostró mayor acumulación de incrustación en

casi todos los pre evaporadores y meladores, excepto en el cupón 2, que se ubica a la

salida del Pre- evaporador 2, indicando así, que este inhibidor no fue tan eficiente en el

sistema de evaporación ni tampoco su dosificación fue la adecuada en esos puntos.

Por su parte, FONGRASCALE HOE presentó ratios más bajas, excepto en los cupones

3, 4 y 5, ubicados a la salida del Eva1 - Eva2, Eva3 y Eva4 - Eva5 respectivamente,

donde se constató efectivamente la formación de cantidades superiores de material

incrustado, posiblemente porque se trabajó por un periodo de molienda más largo con

este inhibidor.

La incrustación en el Cupón 7, que se ubica a la salida del evaporador 7, se mantuvo

casi constante en el transcurso de las moliendas ensayadas para ambos inhibidores.

La incrustación en el Cupón 8 ubicado a la salida del melador 8, fue la más sucia para

ambos inhibidores, puesto que se trabajó continuamente con este melador para la

obtención de jarabe en ambos períodos de molienda.

Se determinó la tasa de deposición promedio (mg/cm2*día) en los cupones del sistema

de evaporación de jugo clarificado para cada periodo de tiempo evaluado, resultando de

3.083 para FONGRASCALE HOE y 3.498 para el otro inhibidor.

Por consiguiente, cuando la tasa de incrustación es alta la transmisión específica de

calor decae y el Brix de jugo es bajo, pudiendo ocasionar paradas de molienda y por

consecuencia disminuir la producción de azúcar.



Bibliot

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. Quím

ica

58

4.3 Grados Brix

Los grados Brix, muestran la concentración de sólidos en cada etapa del proceso de

evaporación. El seguimiento de medición del Brix se realizó diariamente a cada

inhibidor de incrustación por período de molienda.

Tabla 19. Datos del Brix en el sistema de evaporación utilizando LIPESA 9184.

FECHA JUGO

CLARO

I EFECTO II EFECTO III

EFECTO IV EFECTO

V

EFECTO

PRE 1 PRE 2 EVA-1 EVA-2 EVA-3 EVA-4 EVA-5 JARABE

11/10/2018 14.63 22.71 - 28.94 29.39 33.53 42.02 45.32 61.59

12/10/2018 14.02 - 22.79 37.00 28.02 37.54 49.64 49.26 66.12

13/10/2018 13.46 - 21.46 27.49 28.66 36.01 43.93 51.93 64.19

15/10/2018 13.62 - 19.37 33.67 22.08 28.49 35.95 39.49 56.29

16/10/2018 15.75 - 26.36 44.09 30.04 38.78 49.83 52.35 67.32

17/10/2018 14.14 - 25.11 31.05 27.45 34.13 41.64 41.49 58.35

18/10/2018 15.50 - 25.07 33.98 30.34 38.90 47.59 52.18 66.38

19/10/2018 16.42 28.58 - 38.28 32.40 39.13 48.17 48.43 64.34

20/10/2018 13.52 23.41 - 27.51 29.63 37.24 44.45 47.34 60.35

22/10/2018 14.45 22.62 - 33.41 34.16 40.06 45.92 46.17 55.03

23/10/2018 16.40 27.33 - 31.60 34.19 38.22 46.85 46.88 62.25

24/10/2018 15.10 24.56 - 33.45 32.15 38.64 47.24 48.06 65.30

25/10/2018 14.72 - 25.54 33.69 33.77 39.32 48.50 48.67 67.66

26/10/2018 14.25 - 25.20 31.69 30.36 36.15 46.19 44.50 64.40

27/10/2018 15.36 - 24.96 34.00 31.46 38.09 47.60 46.86 66.70

29/10/2018 14.38 - 23.38 29.11 27.68 33.06 41.56 40.41 56.63

30/10/2018 13.83 - 22.95 29.89 28.06 34.40 44.46 43.23 60.59

*(-) El equipo no trabajó.

Fuente: Elaboración propia



Bibliot

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59

JUGOCLARO


BRIX 14.68 24.87 23.84 32.87 29.99 36.57 45.38 46.62 62.56

0.00

10.00

20.00

30.00

40.00

50.00

60.00

70.00

BR

IX (

%)

SISTEMA DE EVAPORACIÓN

Tabla 20. Resumen con valores promedios del Brix utilizando LIPESA 9184.

SISTEMA DE

EVAPORACIÓN BRIX

Jugo claro 14.68

Pre 1 24.87

Pre 2 23.84

Eva-1 32.87

Eva-2 29.99

Eva-3 36.57

Eva-4 45.38

Eva-5 46.62

Jarabe 62.56

Fuente: Elaboración Propia.


Figura 7. Gráfica de Brix promedios en el sistema de evaporación con LIPESA 9184.



Bibliot

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. Quím

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60

Tabla 21. Datos del Brix en el sistema de evaporación con FONGRASCALE HOE.



Tabla 22. Resumen con valores promedios del Brix usando FONGRASCALE HOE.

SISTEMA DE

EVAPORACIÓN BRIX

Jugo claro 15.25

Pre 1 24.38

Pre 2 25.09

Eva-1 32.94

Eva-2 30.95

Eva-3 36.68

Eva-4 45.42

Eva-5 46.63

Jarabe 65.47


FECHA JUGO

CLARO

I EFECTO II EFECTO III

EFECTO IV EFECTO

V

EFECTO


5/11/2018 16.29 22.98 - 36.25 30.77 38.57 45.34 59.03 67.94

6/11/2018 15.45 25.67 - 35.34 29.45 36.74 47.55 49.23 65.17

7/11/2018 15.91 23.33 - 32.10 31.06 39.00 48.16 51.37 72.89

8/11/2018 15.80 24.21 - 32.43 31.56 37.01 44.86 48.11 73.05

9/11/2018 14.67 22.85 - 34.37 28.59 35.46 43.81 42.05 53.73

10/11/2018 15.10 - 24.65 32.08 30.51 34.25 44.67 45.56 63.41

12/11/2018 14.79 - 23.72 36.50 33.81 38.49 39.78 42.03 69.37

13/11/2018 15.83 - 23.78 32.25 31.02 37.94 50.26 47.63 64.81

14/11/2018 14.95 - 24.91 33.79 29.78 37.14 45.95 45.87 65.34

15/11/2018 15.85 - 26.62 34.89 31.91 36.63 43.29 45.56 57.34

16/11/2018 14.92 - 24.05 28.16 29.32 34.28 42.90 45.48 56.33

17/11/2018 14.45 26.31 - 38.45 32.85 40.35 45.36 44.67 62.55

19/11/2018 16.27 26.95 - 33.09 34.46 40.36 48.13 53.09 70.51

20/11/2018 15.89 25.38 - 32.75 29.67 34.27 44.46 42.77 73.67

21/11/2018 15.65 26.32 - 30.62 29.14 35.67 45.74 43.83 70.23

22/11/2018 15.24 19.84 - 31.33 28.86 33.35 45.70 48.29 66.46

23/11/2018 15.49 - 27.16 33.56 34.37 40.72 51.38 50.50 75.83

24/11/2018 15.20 - 26.57 34.29 32.10 39.56 46.35 48.15 63.21

26/11/2018 13.81 - 23.12 33.73 29.13 35.44 44.11 43.30 59.67

27/11/2018 14.16 - 24.00 29.28 28.08 33.07 41.92 42.29 60.60

28/11/2018 14.47 - 26.78 30.07 32.60 35.45 43.77 42.67 66.52

29/11/2018 15.32 - 25.67 29.45 31.88 33.13 45.67 44.33 61.72



Bibliot

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JUGOCLARO


BRIX 15.25 24.38 25.09 32.94 30.95 36.68 45.42 46.63 65.47

0.00

10.00

20.00

30.00

40.00

50.00

60.00

70.00

BR

IX (

%)



Para lograr una mejor comparación se realizó un resumen del Brix en el sistema de

evaporación con cada inhibidor de incrustación.

Tabla 23. Resumen del Brix promedio con ambos inhibidores.

EFECTO EQUIPO Brix

FONGRASCALE

HOE LIPESA 9184

- Jugo Claro 15.25 14.68

I Pre 1 24.38 24.87

Pre 2 25.09 23.84

II Eva-1 32.94 32.87

Eva-2 30.95 29.99

III Eva-3 36.68 36.57

IV Eva-4 45.42 45.38

Eva-5 46.63 46.62

V Jarabe 65.47 62.56


Figura 8. Gráfica de Brix promedios en el sistema de evaporación con FONGRASCALE HOE.



Bibliot

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15.25

24.38 25.09

32.9430.95

36.68

45.4246.63

65.47

14.68

24.87 23.84

32.87

29.99

36.57

45.3846.62

62.56

0.00

10.00

20.00

30.00

40.00

50.00

60.00

70.00

J U G O C L A R O

P R E 1 P R E 2 E V A - 1 E V A - 2 E V A - 3 E V A - 4 E V A - 5 J A R A B E

BR

IX (

°BX

)


FONGRASCALE

LIPESA


Figura 9. Gráfica del Brix promedio en el sistema de evaporación con ambos inhibidores.



Bibliot

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63

Para el caso del jarabe, de acuerdo a los resultados obtenidos en las tablas 19 y 21, las

incrustaciones están influyendo en la concentración de jugo, siendo el inhibidor

FONSGRASCALE HOE más eficiente, pues, a pesar de obtener en algunos días

valores por debajo de 60°Bx, otro de los días se mantuvo por encima de 70°Bx;

reflejando una concentración promedio de jarabe por encima de 65 °Bx; lo que indica

que el consumo de vapor en los tachos fue muy estable en ese período de molienda

traduciéndose esto en un consumo energético global de la fábrica bastante eficaz.

Según Arca M. y Esparza R., el jugo clarificado se concentra desde 15 °Bx hasta 65-

70°Bx como jarabe en el sistema de evaporación. En la tabla 23 se observa que los

valores promedio de °Bx tanto de jugo clarificado como de jarabe para el caso de

FONSGRASCALE HOE están por encima de lo señalado, no así con LIPESA 9184,

esto indica que posiblemente el proceso de clarificación de jugo no fue tan eficiente en

este período de molienda o que la dosificación no fue la óptima en el sistema de

evaporación.

En la figura 9, se observa, a manera de resumen, una gráfica comparativa de los °Bx

promedios en el sistema de evaporación usando ambos inhibidores de incrustación,

presentando un mejor Brix FONGRASCALE HOE, por lo que, este inhibidor es el más

capaz y eficiente, puesto que en promedio obtiene la mayor concentración en casi todo

el sistema de evaporación y por ende los mejores resultados.



Bibliot

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. Quím

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64

4.4 Eficiencia de evaporación

Para el cálculo de la eficiencia de evaporación del proceso en estudio se utilizaron los

datos del Brix tanto del jugo clarificado como del jarabe extraídos del inciso anterior

para ambos períodos de molienda con cada inhibidor de incrustación.

Tabla 24. Brix de jugo clarificado y jarabe utilizando LIPESA 9184.

FECHA JUGO

CLARO JARABE

11/10/2018 14.63 61.59

12/10/2018 14.02 66.12

13/10/2018 13.46 64.19

15/10/2018 13.62 56.29

16/10/2018 15.75 67.32

17/10/2018 14.14 58.35

18/10/2018 15.50 66.38

19/10/2018 16.42 64.34

20/10/2018 13.52 60.35

22/10/2018 14.45 55.03

23/10/2018 16.40 62.25

24/10/2018 15.10 65.30

25/10/2018 14.72 67.66

26/10/2018 14.25 64.40

27/10/2018 15.36 66.70

29/10/2018 14.38 56.63

30/10/2018 13.83 60.59




Bibliot

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. Quím

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65

Tabla 25. Brix de jugo clarificado y jarabe utilizando FONGRASCALE HOE.

FECHA JUGO

CLARO JARABE

5/11/2018 16.29 67.94

6/11/2018 15.45 65.17

7/11/2018 15.91 72.89

8/11/2018 15.80 73.05

9/11/2018 14.67 53.73

10/11/2018 15.10 63.41

12/11/2018 14.79 69.37

13/11/2018 15.83 64.81

14/11/2018 14.95 65.34

15/11/2018 15.85 57.34

16/11/2018 14.92 56.33

17/11/2018 14.45 62.55

19/11/2018 16.27 70.51

20/11/2018 15.89 73.67

21/11/2018 15.65 70.23

22/11/2018 15.24 66.46

23/11/2018 15.49 75.83

24/11/2018 15.20 63.21

26/11/2018 13.81 59.67

27/11/2018 14.16 60.60

28/11/2018 14.47 66.52

29/11/2018 15.32 61.72




Bibliot

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66

70.00

71.00

72.00

73.00

74.00

75.00

76.00

77.00

78.00

79.00

80.00

EF

ICIE

NC

IA D

E E

VA

PO

RA

CIO

N (

%)

DIAS

EFICIENCIA DE EVAPORACION ESPECIFICACION

Tabla 26. Eficiencia de evaporación

con LIPESA 9184.

FECHA

EFICIENCIA

DE

EVAPORACION

11/10/2018 76.25

12/10/2018 78.80

13/10/2018 79.03

15/10/2018 75.80

16/10/2018 76.60

17/10/2018 75.77

18/10/2018 76.65

19/10/2018 74.48

20/10/2018 77.60

22/10/2018 73.74

23/10/2018 73.65

24/10/2018 76.88

25/10/2018 78.24

26/10/2018 77.87

27/10/2018 76.97

29/10/2018 74.61

30/10/2018 77.17

PROMEDIO 76.48


Figura 10. Eficiencia de evaporación usando LIPESA 9184.



Bibliot

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67

68.00

69.00

70.00

71.00

72.00

73.00

74.00

75.00

76.00

77.00

78.00

79.00

80.00

81.00

EF

ICIE

NC

IA D

E E

VA

PO

RA

CIO

N (

%)

DIAS

EFICIENCIA DE EVAPORACION ESPECIFICACION

Tabla 27. Eficiencia de evaporación con FONGRASCALE HOE.

FECHA EFICIENCIA DE

EVAPORACION

5/11/2018 76.02

6/11/2018 76.29

7/11/2018 78.17

8/11/2018 78.37

9/11/2018 72.70

10/11/2018 76.19

12/11/2018 78.68

13/11/2018 75.57

14/11/2018 77.12

15/11/2018 72.36

16/11/2018 73.51

17/11/2018 76.90

19/11/2018 76.93

20/11/2018 78.43

21/11/2018 77.72

22/11/2018 77.07

23/11/2018 79.57

24/11/2018 75.95

26/11/2018 76.86

27/11/2018 76.63

28/11/2018 78.25

29/11/2018 75.18

PROMEDIO 76.57

Figura 11. Eficiencia de evaporación con FONGRASCALE HOE.




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En las figuras 10 y 11, la línea roja de las gráficas representa la especificación de la

eficiencia de evaporación ideal, es decir el dato teórico característico, se evidencia

claramente el mejoramiento del proceso con el uso de los inhibidores, siendo mejor por

no mucha diferencia FONGRASCALE HOE, el cual mantiene mejores resultados de

eficiencia, excepto por tres días en los que la eficiencia estuvo por debajo del valor

específico; resultado contario para LIPESA 9184, en el cual la eficiencia estuvo durante

4 días por debajo de lo señalado.

Como puede observarse en las tablas 26 y 27 hubo una eficiencia de evaporación de

76.57% utilizando FONGRASCALE HOE, comparado con un 76.48% utilizando

LIPESA 9184. Si bien la diferencia no es muy grande, hay que señalar que en los dos

casos la eficiencia de evaporación sobrepasa el 75 %, el cual es el valor referencial

según Eduardo Batulé.

El % de Eficiencia de Evaporación se mantiene dentro del promedio normal según lo

mencionado en el párrafo anterior, lo que conlleva, no solo a una buena operación del

proceso, sino que el antiincrustante está trabajando manteniendo la estación evaporada

con buena transferencia de calor evitando así el consumo excesivo de vapor vivo como

la reducción de paradas por problemas de incrustaciones o depósitos en los tubos de la

calandria de los evaporadores; y esto se transforma en un ahorro económico significante

para la fábrica.



Bibliot

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69

4.5 Transporte de dureza

Se calculó el transporte de dureza en el sistema de evaporación para cada período de

molienda a partir del análisis previo de dureza a las muestras de jugos que se realizó en

laboratorio de la empresa.

En un ingenio azucarero se considera un buen desempeño cuando el transporte de

Dureza, R ≥ 100 %, que significa que ningún material se está acumulando en el sistema,

por lo tanto, no habrá incrustación.

Tabla 28. Transporte de dureza usando LIPESA 9184.

FECHA I EFECTO II EFECTO

III

EFECTO IV EFECTO

V

EFECTO


11/10/2018 132% - 91% 99% 95% 151% 158% 77%

12/10/2018 - 86% 99% 99% 102% 105% 103% 118%

13/10/2018 - 91% 99% 97% 99% 103% 105% 110%

15/10/2018 - 98% 108% 100% 98% 112% 109% 95%

16/10/2018 - 73% 113% 110% 97% 105% 81% 116%

17/10/2018 - 97% 104% 102% 100% 111% 109% 109%

18/10/2018 - 109% 111% 102% 99% 106% 110% 108%

19/10/2018 87% - 102% 109% 102% 97% 98% 100%

20/10/2018 84% - 71% 97% 98% 85% 106% 97%

22/10/2018 109% - 98% 101% 107% 101% 103% 114%

23/10/2018 109% - 103% 103% 98% 100% 100% 103%

24/10/2018 104% - 93% 113% 97% 109% 106% 90%

25/10/2018 - 104% 103% 109% 105% 102% 107% 105%

26/10/2018 - 103% 103% 102% 103% 100% 101% 109%

27/10/2018 - 89% 102% 103% 104% 82% 106% 111%

29/10/2018 - 100% 95% 80% 102% 103% 104% 111%

30/10/2018 - 94% 128% 105% 102% 96% 94% 122%





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70

Tabla 29. Transporte de dureza usando FONGRASCALE HOE.



Con los resultados de transporte de dureza en el sistema de evaporación, se observa en

las tablas 28 y 29 que existen valores tanto en los pre evaporadores (pre 1 y pre 2) y el

melador que están por debajo de 100 %, que significa, que está acumulando material en

el sistema, sin embargo, usando FONGRASCALE HOE los valores son pocos y

mayores al 85%, siendo diferente para el caso de LIPESA 9184 el cual presenta muchos

más valores y por debajo del 75%.

FECHA I EFECTO II EFECTO

III

EFECTO IV EFECTO

V

EFECTO


5/11/2018 107% - 91% 91% 106% 102% 120% 102%

6/11/2018 101% - 102% 132% 108% 103% 105% 123%

7/11/2018 108% - 107% 103% 102% 104% 103% 125%

8/11/2018 100% - 105% 112% 96% 103% 108% 127%

9/11/2018 100% - 95% 107% 112% 99% 111% 126%

10/11/2018 - 112% 95% 88% 119% 93% 101% 104%

12/11/2018 - 92% 88% 89% 133% 85% 96% 134%

13/11/2018 - 109% 109% 110% 105% 99% 99% 93%

14/11/2018 - 102% 102% 111% 106% 103% 102% 110%

15/11/2018 - 89% 93% 98% 104% 109% 111% 117%

16/11/2018 - 100% 99% 100% 108% 104% 99% 135%

17/11/2018 105% - 94% 103% 105% 112% 120% 106%

19/11/2018 114% - 106% 105% 101% 106% 112% 111%

20/11/2018 89% - 91% 93% 110% 100% 97% 139%

21/11/2018 97% - 119% 120% 103% 99% 98% 102%

22/11/2018 102% - 87% 99% 111% 106% 107% 114%

23/11/2018 - 120% 116% 115% 109% 104% 103% 92%

24/11/2018 - 113% 104% 102% 95% 115% 117% 104%

26/11/2018 - 104% 88% 107% 108% 103% 101% 111%

27/11/2018 - 89% 85% 96% 132% 101% 103% 86%

28/11/2018 - 95% 102% 104% 98% 101% 101% 104%

29/11/2018 - 101% 103% 110% 106% 97% 96% 90%



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Respecto a los valores de transporte de dureza de los evaporadores (Eva-1 al Eva-5),

con LIPESA 9184 se observa, que en uno de los días de operación se obtuvo un valor

muy bajo de 71% en el Eva-1, siendo este el equipo con mayor acumulación de

material, los otros se mantuvieron por encima del 80%. Caso contrario al trabajo de

FONGRASCALE HOE, en el cual, los valores se mantuvieron por encima del 85% en

los casi todo el sistema de evaporación.

Tabla 30. Resultados promedios de transporte de dureza con ambos inhibidores.


Según la tabla 30, se muestra valores promedios de transporte de dureza por encima del

100% para ambos inhibidores lo que indica que se está formando escasamente material

incrustante en los evaporadores, sin embargo, con FONGRASCALE HOE, el resultado

fue mayor e igual a 104 % y de 102 % para el otro inhibidor con relación al promedio

general, y con respecto al promedio por efectos, los valores también fueron superiores

lo que significa que éste fue más eficiente en el sistema de evaporación de jugo

clarificado en Agroindustrias San Jacinto.

Inhibidores de

incrustación

TRANSPORTE DE DUREZA

Promedio

General I EFECTO II EFECTO

III

EFECTO IV EFECTO

V

EFECTO


LIPESA 9184 104% 95% 101% 102% 100% 104% 106% 106% 102%

Prom. efecto 99.5% 101.5% 100% 105% 106 %

FONGRASCALE

HOE 102% 102% 99% 104% 108% 102% 105% 112%

104%

Prom. efecto 102% 101.5% 108% 103.5% 112 %



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4.6 Limpieza mecánica

Para conocer el desempeño obtenido de cada inhibidor en retardar la formación de

incrustaciones, se realizó el seguimiento a la limpieza mecánica y a los días de

operación de los equipos por cada período de molienda.

Tabla 31. Limpieza mecánica de equipos con LIPESA 9184.

EFECTO EQUIPOS PERÍODO

(2018)

N°

PERSONAL

HORA

DE

INICIO

TIEMPO

DE

LIMPIEZA

CALIDAD DE

INCRUSTACIÓN

I

PRE 1 15/10 al 16/10 8 8:00 a. m. 9 h 30 min Duro-Complicada

PRE 2 22/10 al 23/10 8 8:30 a. m. 8 h Duro-Complicada

PRE 1 29/10 al 30/10 8 8:00 a. m. 7 h 30 min Complicada

V

EVA-6 24/10 3 7:30 a. m. 5 h 30 min Duro-complicado

EVA-8 21/10 3 7:30 a. m. 6 h Duro-complicado

EVA-7 30/10 2 8:00 a. m. 4 h Suave


Tabla 32. Limpieza mecánica de equipos con FONGRASCALE HOE.


(2018)

N°

PERSONAL

HORA

DE

INICIO

TIEMPO

DE

LIMPIEZA

CALIDAD DE

INCRUSTACIÓN

I

PRE 1 12/11 al 13/11 8 8:15 a. m. 8 h 30 min Complicada

PRE 2 07/11 al 08/11 8 8:00 a. m. 7 h 30 min Duro-Complicada

PRE 2 20/11 al 21/11 8 8:30 a. m. 8 h Complicada

PRE 1 25/11 8 7:30 a. m. 6 h Complicada

V

EVA-6 13/11 2 9:00 a.m. 5 h Complicada

EVA-8 16/11 2 8:00 a. m. 5 h 30 min Complicada

EVA-7 23/11 2 7:30 a. m. 5 h Suave




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73

Las incrustaciones formadas trabajando con LIPESA 9184, fueron más gruesas y

duras en los Pre-1 y Pre-2 y en los Melador 6 y 8, debido a la gran cantidad de

materia extraña que presento el jugo mezclado en el período de molienda, por ello la

remoción fue bastante dura-complicada y difícil de extraer con mayor tiempo de

trabajo y cantidad de personal; lo cual, incrementa costos para la empresa tanto en

tiempo perdido de producción, como en contrato de personal.

Por otro lado, la limpieza con FONGRASCALE HOE fue menos complicada, salvo

en el Pre-2 donde se puede observar, según la tabla 32, la calidad de la incrustación

fue dura y complicada, en el resto de los equipos no se tuvo muchos inconvenientes,

ya que la remoción varía entre suave y complicada.

Asimismo, como se había mencionado, se determinó los días de operación de los

evaporadores con cada inhibidor para de esta forma evaluar la eficiencia de éstos.

Tabla 33. Días de operación de evaporadores usando LIPESA 9184.


(2018)

DÍAS DE

OPERACIÓN PROMEDIO

I

PRE 1 11/10 6

6 PRE 2 12/10 al 18/10 7

PRE 1 19/10 al 24/10 6

PRE 2 25/10 al 30/10 6

II EVA-1 11/10 al 30/10 20

20

EVA-2 11/10 al 30/10 20

III EVA-3 11/10 al 30/10 20

IV EVA-4 11/10 al 30/10 20

EVA-5 11/10 al 30/10 20

V

EVA-6 11/10 al 20/10 10

8

EVA-8 11/10 al 17/10 7

EVA-7 18/10 al 26/10 9

EVA-8 21/10 al 30/10 10

EVA-6 27/10 al 30/10 4




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74

Tabla 34. Días de operación de evaporadores con FONGRASCALE HOE.


(2018)

DÍAS DE

OPERACIÓN PROMEDIO

I

PRE 1 04/11 al 09/11 6

7 PRE 2 10/11 al 16/11 7

PRE 1 17/11 al 22/11 6

PRE 2 23/11 al 29/11 7

II EVA-1 04/11 al 29/11 25

25

EVA-2 04/11 al 29/11 25

III EVA-3 04/11 al 29/11 25

IV EVA-4 04/11 al 29/11 25

EVA-5 04/11 al 29/11 25

V

EVA-6 04/11 al 12/11 7

9

EVA-8 04/11 al 13/11 10

EVA-7 11/11 al 17/11 7

EVA-6 14/11 al 26/11 13

EVA-8 18/11 al 29/11 12

EVA-7 27/11 al 29/11 3


En las tablas 33 y 34 se observa que en los pre-evaporadores trabajando con

FONGRASCALE HOE registra un promedio de 7 días de operación mientras que

con LIPESA 9184 solo 6 días.

Con respecto al V Efecto (Eva-6, Eva-7 y Eva-8), se registra un promedio de 9 días

de operación para FONGRASCALE HOE, en tanto que con el otro producto solo

son 8 días de trabajo, demostrando de esta manera su capacidad y eficiencia en el

sistema de evaporación de jugo clarificado.



Bibliot

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75

A continuación, se muestra un resumen comparativo de las ventajas y desventajas

de cada inhibidor de incrustaciones después de los periodos en evaluación

resultando lo siguiente:

Tabla 35. Ventajas y desventajas de los inhibidores después de la evaluación.

FONGRASCALE HOE LIPESA 9184

VENTAJAS

Mayor producción de jugo y

jarabe.

Alto flujo de vapor

reaprovechable. Precio más Cómodo

Menor tasa de deposición. Dosificación baja

Mejor Grados Brix de jugos y

jarabe Baja viscosidad del inhibidor

Calidad de incrustaciones suaves

y duras de remover.

DESVENTAJAS

Mayor horas perdidas por

Elaboración

Precio más alto Menor producción

Alta viscosidad Mayor tasa de deposición

Alta dosificación del inhibidor Incrustaciones muy duras y

complicadas

Baja trasmisión de calor



Bibliot

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76

CAPÍTULO V: CONCLUSIONES

5.1 Se ha evaluado dos inhibidores de Incrustación en el proceso de evaporación de

jugo clarificado en Agroindustrias San Jacinto S.A.A; de tal forma que, se

obtuvieron los mejores resultados para el inhibidor de incrustaciones

FONGRASCALE HOE, logrando ser más capaz y eficiente durante la operación de

los evaporadores.

5.2 Se efectuó un balance de materia en el proceso de evaporación de la empresa,

consiguiendo que: con el uso del inhibidor FONGRASCALE HOE, se obtuvo

219.89 Tn/h de jugo clarificado y 45.86 Tn/h de jarabe, entre tanto con LIPESA

9184, se obtuvo 208.83 Tn/h de jugo clarificado y 42.91 Th/h de jarabe.

5.3 Se muestra en la Figura N°1 el diagrama de flujo del sistema de evaporación de

jugo clarificado del ingenio San Jacinto señalando las zonas de aplicación y

dosificación del inhibidor de incrustaciones.

5.4 Se estimó la tasa de deposición promedio en cupones en el sistema de evaporación

de jugo clarificado por cada periodo evaluado, resultando de 3.498 mg/cm2*día para

LIPESA 9184 y 3.083 mg/cm2*día para FONGRASCALE HOE.

5.5 Se evaluó el Brix en el sistema de evaporación, logrando obtener valores más altos

con FONGRASCALE HOE, como en el caso de jarabe que presentó un °Bx de

65.47, caso contrario, para LIPESA 9184 que fue de 62.56.

5.6 Se determinó la eficiencia de evaporación para evaluar el comportamiento de cada

inhibidor en el proceso, resultando eficiencias de 76.57% con el inhibidor

FONGRASCALE HOE y de 76.48% para LIPESA 9184.

5.7 Se obtuvieron valores promedios de transporte de dureza para cada inhibidor de

incrustaciones, resultando en 104 % para FONGRASCALE HOE y en 102 % para

LIPESA 9184.



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5.8 Se estimó la calidad de las incrustaciones formadas obteniendo que, con LIPESA

9184, fueron más gruesas y duras tanto en los pre evaporadores 1 y 2 como en los

meladores 6 y 8, debido a la gran cantidad de materia extraña que presentó el jugo

mezclado en el período de molienda, por ello la remoción fue bastante dura-

complicada y difícil; mientras que, la limpieza con FONGRASCALE HOE fue

menos complicada, salvo en el Pre-2, donde la calidad de la incrustación fue dura y

complicada, en el resto de los equipos no se tuvo muchos inconvenientes, ya que la

remoción varía entre suave y complicada. Asimismo, se determinó los días de

operación de los cuerpos, resultando que, con FONGRASCALE HOE registró un

promedio de 7 días de operación en los Pre-evaporadores y 9 días en los meladores,

mientras que con LIPESA 9184 solo 6 y 8 días de trabajo respectivamente.



Bibliot

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78

CAPÍTULO VI: RECOMENDACIONES

6.1 Se recomienda continuar con el uso del inhibidor FRONGRASCALE HOE a una

dosis menor, con la finalidad de incrementar la eficiencia del producto y reducir los

gastos por paradas de limpieza.

6.2 Otra de las recomendaciones es de procurar uniformizar los períodos de molienda

con cada inhibidor en la estación de evaporación para una mejor evaluación y

obtención de resultados de comparación.

6.3 Se considera importante evitar lo máximo posibles paradas frecuentes y de corta

duración en los molinos, ya que no permiten la operación continúa de los

evaporadores generando un aumento en la intensidad de la incrustación.

6.4 Las partículas de lodo en el jugo clarificado que pasan a la estación de evaporación,

puede ser evitadas mejorando la clarificación con agentes floculantes.

6.5 En cuanto a la calidad de la limpieza, es bueno señalar que cuando el evaporador no

ha sido limpiado correctamente, la formación de incrustaciones es substancialmente

mayor y más rápida, es por eso necesario mantener los cuerpos bajo un programa de

operación y limpieza adecuada.



Bibliot

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79

CAPÍTULO VI: REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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Corporation, Vol. 5.

Arca, M.P., y Esparza, R. (Ed). (1988). El consultor. U.S.A, Miami: Acra Corporation,

Vol. 5.

Batulé, E. (1990). Evaporación. Serie azucarera 11.

Blanco, J., y Francisco, J. (1997). Aprovechamiento energeticico en la estación de

evaporación de un central azucarero por empleo de magnetizadores. (Trabajo

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Firdissa, T. (2012). Design and Optimization of Molasses Treatment Plant to Reduce

Scale Formation in Ethanol Production. Thesis work: 17-24.

Großmann, D. y Peláez, M. (2006). Remoción y prevención de incrustaciones en las

fábricas productoras de azúcar de caña., Germany: Laboratorios KEBO.

Guzmán, M. H. (2015). Manejo de cupones de Corrosión e incrustaciones en sistemas

de enfriamiento (Informe). Lipesa.

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Tecnicaña.

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https://www.opcionenergy.es/productos-y-servicios/productos/tratamiento-de-aguas/

https://www.opcionenergy.es/productos-y-servicios/productos/tratamiento-de-aguas/

81

CAPÍTULO VII:

ANEXOS



Bibliot

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82

Fuente: Ramos A. (2012). Proceso de elaboración del azúcar de caña. Tecnicaña: Cali, Colombia

Anexo A. Diagrama de flujo del proceso de fabricación de azúcar de un ingenio

Figura 12. Diagrama de flujo del proceso de fabricación de azúcar de un ingenio.



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83

Anexo B. Diagrama de bloques del proceso de fabricación de azúcar de San Jacinto.


Floculante 7-8

ppm base jugo

Melaza

ENVASADO

ENCALAMIENTO

Recepción y Pesado

Preparación

MOLIENDA

Jugo Mezclado

Bagazo

Pesado

2ºCALENTAMIENTO

CLARIFICACIÓN Filtración

EVAPORACIÓN

COCIMIENTO

CRISTALIZACIÓN

CENTRIFUGACIÓN

AZÚCAR

SECADO

CALDERA Vapor

Torta

Jugo Filtrado

Lodo de

Cachaza

CAÑA INDUSTRIAL

Sacarato de Calcio 8 °Be

Vapor Vegetal 1

Vapor de

Escape

Vapor Vegetal 1

1ºCALENTAMIENTO 75-80ºC

103-105ºC

Vapor Vegetal 2

Destilería

Figura 13. Diagrama de bloques del proceso de fabricación de azúcar de la empresa

Agroindustrias San Jacinto S.AA.



Bibliot

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84

Anexo C. Estación de Evaporación.

Figura 14. Zona de evaporación de San Jacinto - Sistema de múltiple efecto.



Bibliot

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85

Anexo D. Cupones para medir la tasa de incrustación en el sistema de evaporación.

Figura 15. Partes de los cupones.

Figura 16. Cupones antes de ser instalados en el sistema de evaporación.



Bibliot

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86

Anexo E. Imágenes del desarrollo del proyecto.

Figura 18. Muestreo de jugo

concentrado del evaporador 4.

Figura 17. Punto de muestreo de jugo clarificado.

Figura 19. Análisis de dureza en los jugos del sistema de evaporación.



Bibliot

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87

Anexo F. Estado de los evaporadores antes y después de la limpieza mecánica.

INHIBIDOR LIPESA 9184

Figura 20. Preevaporador 1, antes y después de la limpieza mecánica con LIPESA 9184.

Figura 21. Evaporador 6, antes y después de la limpieza mecánica usando LIPESA 9184.



Bibliot

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Figura 22. Preevaporador 2, antes y después de la limpieza mecánica con LIPESA 9184.

Figura 23. Evaporador 8, antes y después de la limpieza mecánica usando LIPESA 9184.



Bibliot

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INHIBIDOR FONGRASCALE HOE

Figura 24. Pre evaporador 2, antes y después de la limpieza mecánica usando

FONGRASCALE HOE.

Figura 25. Evaporador 8, antes y después de la limpieza mecánica con

FONGRASCALE HOE.



Bibliot

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Anexo G. Incrustación en los cupones.

Figura 26. Incrustación

usando LIPESA 9184. Figura 27. Incrustación con

FONGRASCALE HOE.

Figura 28. Cupones con incrustación.



Bibliot

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Anexo H. Fichas técnicas de los inhibidores de incrustación



Bibliot

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Bibliot

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Bibliot

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Bibliot

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Bibliot

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química “evaluación de la eficiencia y capacidad de dos

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