• Escrito por  José David Tascón
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Tras la automatización de la cristalización en las fábricas de azúcar

En la industria azucarera el proceso de cristalización se realiza por evaporación. Al remover agua de la solución se garantiza la estabilidad y el crecimiento de los cristales de azúcar.

Para ello, la concentración de sacarosa en la solución debe mantenerse en un punto donde sea viable la transformación de azúcar líquido a estado sólido (cristales).

Este punto de concentración es llamado índice de sobresaturación. De tal manera que si el índice es muy bajo (menor que 1.0) se disuelven los cristales y si es muy alto (mayor que 1.3) se presenta la formación de cristales espontáneos, los cuales perjudican la calidad del azúcar final.

Tradicionalmente, el proceso de cristalización de azúcar ha funcionado con una operación manual, lo que significa que cada operador de tachos utiliza sus propios criterios para cristalizar. Por lo tanto, los resultados finales varían de un operador a otro en términos de tiempo de procesamiento, agotamiento, tamaño del cristal, coeficiente de variación (de tamaño) y consumo energético de vapor.

La implementación de estrategias de control automático para el proceso de cristalización no es fácil porque un tacho posee múltiples variables a manipular, como presión, temperatura, nivel y ˚Brix. Las impurezas afectan la cristalización y, actualmente, no existe una medición directa de la sobresaturación, no se conoce en línea la razón de crecimiento o la forma de cristales.

Reconociendo todos estos factores, Cenicaña trabaja en algunas propuestas de control automático que garantizan la sobresaturación para beneficiar la producción de azúcar y favorecer su calidad (color, tamaño y coeficiente de variación), con menos tiempo de procesamiento.

Al reducir el tiempo se obtienen beneficios energéticos, dado que los tachos son uno de los principales consumidores de vapor en la fábrica de azúcar con aproximadamente el 40% del consumo total.

¿Qué se ha hecho?

El proyecto de investigación ‘Exploración de técnicas avanzadas de control para el mejoramiento y estabilidad del proceso de evapocristalización’ revisó propuestas de modelamiento, monitoreo de variables y estrategias de control que contribuyan a mejorar la estabilidad de las variables ante disturbios y cambios operativos.

En ese sentido, se evaluó la viabilidad de automatizar la cristalización del azúcar utilizando un modelo matemático de simulación en todas las templas (A, B y C) para tachos tipo batch. Los resultados de comparación de valores reales y de simulación en todos los casos ofrecieron errores menores al 4%.

También se diseñó, validó y comparó en simulación una estrategia de control tradicional frente a una moderna. Las estrategias tradicionales buscan satisfacer valores de ˚Brix específicos dependiendo del proceso y la masa cocida, mientras que una estrategia de control moderna necesita un modelo matemático para calcular la sobresaturación.

En la simulación se halló que una estrategia tradicional de control por ˚Brix - nivel no fue capaz de mantener un valor estable de sobresaturación que garantizara mayor tasa de cristalización y de calidad del azúcar. Por su parte, la estrategia moderna por sobresaturación - nivel obtuvo una pureza de miel menor en 1%, lo que equivale a mayor producción de azúcar. Con la estrategia propuesta es posible obtener los beneficios de calidad, de producción y energéticos esperados.

Los resultados de esta investigación empezarán a ser implementados en un ingenio piloto con el fin de validar los resultados de la simulación.

Algunos conceptos
Tacho: equipo donde se produce la cristalización de azúcar. Opera al vacío para evaporar a 65 - 68 grados de temperatura el agua de la masa cocida.
Masa cocida: solución de cristales, meladura (o miel) y agua, que es manipulada en los tachos para la producción de azúcar. Se denomina por letras (A, B, C), las primeras con mayor contenido de sacarosa.
Sobresaturación: índice de concentración de sacarosa en la masa cocida, que muestra cuándo es posible la cristalización del azúcar.
Brix: porcentaje de peso de sólidos disueltos en una solución azucarada.
Pureza: relación porcentual del contenido de sacarosa con respecto al contenido total de sólidos disueltos (˚Brix) en una solución azucarada.

DATO IMPORTANTE

La reducción de la pureza aparente en el jugo diluido es uno de los factores que más impacta el proceso de cristalización. El aumento de impurezas modifica la respuesta de sobresaturación, reduce la velocidad de cristalización y hace más adversas las condiciones para el proceso.

Para consultar
Memorias del Comité de Fábrica, 18 de mayo de 2016:
Presentación: Análisis integral del proceso de evapocristalización de masa B.

Memorias del Comité de Fábrica, 18 de noviembre de 2015: 
Presentación:
Simulación en estado estable y dinámico de un tacho batch de masa B.

Autor:

JOSÉ DAVID TASCÓN. Ingeniero electrónico, Programa de Procesos de Fábrica - Cenicaña.

 

Carta Informativa 
Año 4 / Número 3 / Diciembre de 2016

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