Química analítica

La caracterización fisicoquímica de muestras provenientes de la caña de azúcar, deriva de los resultados obtenidos en análisis cualitativos y cuantitativos, que se enmarcan en el concepto de química analítica. Esta área del Programa de Procesos de Fábrica de Cenicaña contribuye a definir, implementar y controlar parámetros de calidad analíticos y de control proceso, en la producción de caña de azúcar, desde el campo hasta la fábrica.

El área de química analítica interviene en los siguientes aspectos:

Calidad de caña


En el proceso de obtención de azúcar se conjugan diversos componentes entre los cuales están la variedad de caña, el suelo, el clima, las labores de manejo del cultivo, como la fertilización y la maduración, los cuales determinan la calidad de la materia prima que ingresa al proceso.

Adicional a esto, las prácticas operacionales que incluyen el tipo de corte, el transporte y los tiempos de permanencia antes de ingresar a las mesas de molienda provocan transformaciones de la sacarosa, afectando los rendimientos finales en el proceso. Es por esto que, las condiciones que afectan o contribuyen a la formación y conservación de la sacarosa se establecen a partir de los estudios de calidad de caña.

Las principales evaluaciones que se realizan en calidad de caña son:

  • Evaluación de metodologías de pre-cosecha: Diseño y análisis de estudios de variabilidad en el muestreo de pre-cosecha, desarrollo de metodologías que permitan la obtención del valor de sacarosa con menor desviación asociado al muestreo.
  • Evaluación experimental de las pérdidas de sacarosa entre corte y molienda: Diseño y ejecución de seguimientos de sacarosa para estimar las pérdidas asociadas a quema, permanencia en campo, transporte y tiempos de permanencia en patios.
  • Evaluación de materia extraña: Caracterización de la materia extraña que se genera por tipo de corte y el aporte que esto representa en la calidad de los jugos.

Obtención de productos de valor agregado

La caña de azúcar es una planta con una alta riqueza de componentes, brindando la posibilidad de aprovechamiento no solo en la obtención de azúcar, sino en una amplia gama de subproductos, que pueden llegar a obtenerse tanto de la planta como de los residuos que pueden llegar a generarse en el proceso de obtención de azúcar; es aquí donde entran los estudios de diversificación en la búsqueda de compuestos que le aporten valor agregado al proceso a partir de residuos agrícolas de cosecha o componentes del proceso de obtención de azúcar.

En este aspecto, el Programa de Procesos de Fábrica trabaja principalmente en:

  • Obtención de antioxidantes a partir de la caña de azúcar y derivados del proceso: Caracterización de componentes de la caña de azúcar (hojas, cogollo, bagazo) y subproductos del proceso de obtención de azúcar (miel, cachaza) para la extracción de compuestos con carácter antioxidante.

Pérdidas de sacarosa en el proceso de producción de azúcar

Las pérdidas de sacarosa en todo el proceso de fabricación de azúcar se pueden atribuir a tres posible fuentes:
1) Las provenientes de las prácticas antes de la cosecha,
2) las que se producen después del corte y/o cosecha y
3) las pérdidas que ocurren en el proceso fabril.

La inestabilidad de la sacarosa en estos procesos puede estar asociada a las prácticas operativas inherentes del proceso mismo, las condiciones ambientales, las características propias de la caña, los sistemas de cosecha, tiempos de permanencia y almacenamientos, configuraciones de tanques y tecnología. Por lo que la investigación se ha orientado al estudio del comportamiento de la sacarosa en estos ambientes.

El Programa de Proceso de Fábrica, en esta área trabaja principalmente en:

  • Evaluación experimental y en campo de las pérdidas de sacarosa en el proceso fabril: Estimación de las pérdidas de sacarosa mediante modelos cinéticos por unidad de proceso, y evaluación del impacto técnico-económico, que contribuyan a identificar la(s) causa(s) raíz, para implementar estrategias de minimización y control.

Pérdidas indeterminadas de sacarosa en el proceso de elaboración de azúcar

Estas pérdidas son atribuibles a fuentes (aparentes, inversión, físicas y descomposición) que se relacionan con la inestabilidad del proceso y con la calidad de la caña que ingresa al proceso; por consiguiente las pérdidas que se identifiquen en materiales de elaboración tienen una componente asociada a la calidad de la materia prima, que le confiere características especiales a la cinética de la sacarosa en su paso por las unidades operacionales.

Los adelantos en la investigación se han orientado al desarrollo de modelos cinéticos que faciliten predecir y cuantificar la pérdida de sacarosa por Inversión (fisicoquímica y microbiológica-enzimática). También, en establecer metodologías de cuantificación de las pérdidas por descomposición térmica y arrastres, estimación del impacto por tiempos de permanencia, configuraciones de tanques y detrimento de la calidad de la materia prima por lavado de caña.

El trabajo se enmarca principalmente en:

  • Intercomparativo de cuarzos patrón de polarímetros de la agroindustria de la caña de azúcar de Colombia: Ejercicio trazable para estimar y controlar el error del cuarzo patrón de calibración de polarímetros. Equipo con el cual se cuantifica la Pol en materiales de proceso y producto terminado.
  • Interlaboratorio de producto terminado: Coordinación de ensayos colaborativos intra e interlaboratorio del Sector Azucarero Colombiano, ejercicio que permiten identificar y controlar desviaciones que impactan la precisión de los métodos analíticos, contribuyendo al aseguramiento de la calidad de los laboratorios de control proceso.
  • Validación de sistemas de muestreo de materiales del balance de sacarosa: Validación de sistemas de muestreo puntual y continuo, mediante el cual se establece la representatividad de estos sistemas con respecto a las corrientes primarias y las variables de calidad (Pol, Brix, sólidos insolubles y % humedad). Para ello se disponen de herramientas analíticas, estadísticas, instrumentales y software de modelación CFD (Análisis Computacional de Fluidos).
  • Validación de metodologías analíticas del balance de sacarosa: Ejercicio mediante el cual se caracteriza el desempeño de un método analítico en la rutina diaria de análisis, con la finalidad de confirmar con evidencia objetiva el cumplimiento de los requisitos para su uso propuesto y así asegurar que los resultados entregado por dicho método son confiable.

Aseguramiento de la calidad de mediciones analíticas del balance de sacarosa


Mediante balances másicos, se evalúa la eficiencia del proceso de elaboración de azúcar por lo que sus indicadores fabriles son vitales en la toma de decisiones; ellos son alimentados con variables analíticas y mediciones másicas; de ahí la importancia de generar, en los laboratorios de control de calidad, mediciones analíticas confiables y asegurar metrológicamente los instrumentos de medición y sistemas de muestreo de los materiales del balance de sacarosa. Este campo de acción en la investigación ha permitido desarrollar herramientas de fácil adopción para estimar y monitorear el desempeño de las mediciones analíticas, sistemas de muestreo, instrumentos de medida y la estimación de la incertidumbre del balance.

En este aspecto, el trabajo se enmarca principalmente en:

  • Estimación de la incertidumbre del balance de sacarosa: Se identifica y cuantifica las fuentes de error de los indicadores fabriles del balance de sacarosa, para estimar el parámetro asociado con el resultado de la medición de dichos indicadores, que caracteriza la dispersión de los valores medidos que podrían ser atribuidos razonablemente al mensurando (magnitud sujeta a medición).

Caracterización de agua del proceso de producción de azúcar

Diagnosticar la eficiencia del uso del agua en la industria azucarera y proponer alternativas de ahorro en los sistemas de consumo y recirculación de agua, que generen un impacto positivo a nivel económico, energético y ambiental, es el propósito de los desarrollos en este campo de la investigación. Para ello, la caracterización de la calidad de las aguas del proceso, representa la valorización del recurso hídrico, mediante la asociación de la calidad de las corrientes de agua evaluadas con las necesidades de calidad para su uso en otras unidades de operación; es así como es posible alcanzar mejores niveles de eficiencia en el uso de este recurso. La caracterización de las corrientes es importante para el ingenio porque permite seleccionar la tecnología de tratamiento más apropiada de acuerdo a la carga a remover.

En este aspecto, se trabaja en:

  • Medición de parámetros de calidad de agua (DBO2, DBO5, DBO21, DQO, Fe, Grasas y/o Aceites, Dureza Total: Ca y Mg, pH, Conductividad), mediante metodologías validadas en matrices de agua del proceso de producción de azúcar.

Grupo interlaboratorios de suelos


Dentro de la homologación de metodologías para el sector azucarero colombiano, se instauro el grupo inter-laboratorios de suelos, compuesto por los 5 laboratorios de análisis de suelos del sector azucarero del valle geográfico del rio Cauca. Este grupo es el encargado de revisar las metodologías de análisis y unificar las diferencias que puedan presentarse en la ejecución de las mismas, adicional a esto se evalúan nuevas metodologías que puedan brindad un aumento en la reproducibilidad y confiabilidad en la información que se suministra respecto a la composición del suelo.

En este aspecto, se trabaja en:

  • Homologación de metodologías de análisis: Revisión y unificación de las metodologías de análisis que se utilizan para la caracterización de los suelos correspondientes al valle geográfico del rio Cauca.
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