Difusión vs. molida

Enviado por jorgemr

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Aspectos generales

La difusión es un proceso que existe hace más de 100 años y que tiene 30 años de estar creciendo en el mundo azucarero, sin embargo en países de amplia producción azucarera como Cuba y Brasil no se aplica extensivamente.

La difusión ya no es novedad para nadie. Todas las personas ligadas a la industria azucarera ya oyeron hablar sobre difusión y casi todos confirman que es la mejor manera de extraer sacarosa de la caña. Entonces ¿por qué nadie (o casi nadie) implanta un difusor en su ingenio? Puede haber varias respuestas a esta pregunta.

Uno de los motivos ciertamente es la falta de informaciones tanto sobre difusión como de otras tecnologías. Para poder competir en el mercado mundial los países productores de azúcar del tercer mundo deben cada vez más mejorar la calidad y los rendimientos, y siempre con los menores costos si se quiere competir con el primer mundo.

El primer paso es invertir en tecnologías mas avanzadas, sean ellas en equipos, procesos o automatización. Es inútil automatizar procesos antiguos o perfeccionar maquinarias atrasadas. Por otra parte se hace necesario invertir en investigaciones relacionadas con la Industria Azucarera para evitar tener que buscar las tecnologías externas y adaptarlas a nuestra realidad. En los principales países productores da azúcar de América Latina según estudios realizados estamos atrasados, salvo algunos casos aislados, más de 50 años en tecnologías de decantación: 20 años ultrapasados en tecnologías de cocción y 30 años en tecnologías de extracción. Todo esto sin hablar en la instrumentación y automatización de los ingenios. Por increíble que parezca, existen otras industrias en los países productores de azúcar (donde los mismos no son líderes de producción) que están más modernas y actualizadas que la industria azucarera.

Referente a difusión, algunos molineros de Cuba y Brasil instalaron difusores hace algunos años, solo que esta idea no tomó auge. De seguro esto no fue por falta de éxito, porque estas unidades están funcionando bien y con ventajas sobre unidades convencionales.

Por lo tanto, el motivo de este capítulo es el de resaltar nuevamente las ventajas de la difusión sobre la molienda.

Ventajas de la difusión

La difusión tiene enormes ventajas con respecto a la molida, entre ellas pueden citarse las siguientes:

Mayor extracción
Menor Mantenimiento
Mayor continuidad de operaciones
Menor desgaste
Menor costo de operación
Mayor eficiencia mecáanica
Menores costos de inversión y de instalación

1 Mayor Extracción

El proceso de extracción en el difusor es hecho de tres maneras:

Lixiviación
Difusión
Presión

Lixiviación es un proceso de lavado de la caña desfibrada. Por lixiviación el jugo de la caña es retirado del bagazo a través de sucesivas lavadas mecánicas. Estas lavadas son iguales a la imbibición compuesta en un sistema de molienda. En realidad, las lavadas son efectuadas sometiendo la caña a líquidos con contenido de sacarosa siempre inferiores al contenido en el jugo de la caña. Esto es hecho sucesivamente hasta que el líquido tenga cero porciento de sacarosa (agua)
Como la caña está saturada en líquidos, el exceso de éste (conteniendo el azúcar extraído) es separado de la masa de la caña por gravedad.
La mayor parte del azúcar extraída en el difusor se obtiene por lavado simple (lixiviación) Para que este lavado sea posible se hace necesario que las células conteniendo el jugo con sacarosa estén rotas, para que el líquido de imbibición tenga acceso a él. Por eso, es necesaria una buena preparación de la caña. Esta preparación debe ser hecha con un desfibrador que rompa la mayor cantidad de células posibles. Desfibradores de alto índice de preparación ya son equipos comunes en los molinos.
Para dar un ejemplo de la ventaja que el difusor tiene con relación a la extracción, podemos decir que un molino trabajando muy bien (que no es el caso en la mayoría de los ingenios) puede llegar hasta el 97% de extracción, mientras que un difusor trabajando mal difícilmente baja de 97% de extracción.
Si consideramos que la media de extracción por ejemplo en Brasil es de alrededor del 92%, y que la media con difusores sería alrededor del 98%, la ganancia real sería en torno del 6,5%. Esto significa un aumento (si todos los ingenios tuvieran difusores) de +/- 700.000.000 de litros de alcohol y +/- 12.000.000 de sacos de azúcar, o sea +/- US$ 300.000.000 (valores del mercado nacional) Este valor, que es anual, es alrededor de 60% del costo de las inversiones (Sin contar los ahorros producto de un menor mantenimiento y menores costos de operaciones.)
Lixiviación
La difusión propiamente dicha acontece en las células que no son rotas por el sistema de reparación. En condiciones normales, las paredes de las células no son permables al jugo que ellas contienen. Esto se debe a una película de proteína que recubre la pared interna, sin embargo a temperaturas elevadas (+/-70oC), la proteína es coagulada, dejando de esta manera la pared permeable. Por la diferencia de concentración entre el jugo en la célula y el líquido de imbibición, hay una presión de adentro para afuera, liberando así el jugo.
Difusión
Presión

Como el difusor libera solamente el jugo que está en exceso por la saturación, el bagazo, cuando llega al final del difusor, está saturado de jugo. Este jugo debe ser retirado por un sistema de presión. Algunos difusores tienen un tambor interno que retira una buena cantidad de este jugo. Además del tambor es necesaria la utilización de otra etapa de presión, que normalmente es hecha a través de una molienda común.

2 Menor Mantenimiento

El difusor es en realidad una gran estera de caña, hecha de cadenas y rodillos, colocados encima de un fondo perforado (semejante a un transportador de bagazo). Algunos tipos tienen una estera semejante a una estera caña. Por lo tanto el mantenimiento es el de una estera. Sin embargo el mantenimiento llega a ser menos que el de una estera de bagazo debido a su construcción. Las cadenas son hechas para durar varios años, y el fondo perforado es hecho de acero inoxidable.

El efecto positivo de un mantenimiento menor se puede apreciar en el periodo de reparaciones (tanto en la mano de obra como en los costos)

3 Mayor continuidad de operaciones

Es casi imposible pasar una zafra entera sin tener alguna parada debido al difusor, hazaña extremadamente difícil. Sin embargo las paradas del difusor por roturas son mucho menos frecuentes que las paradas de un molino. No es necesario decir cuales son los trastornos enfrentados cada vez que la molienda para.

4 Desgaste menor

En un conjunto de moliendas hay, desde el inicio de la zafra, desgastes en las mazas, raspadores, cuchilla central, etc. Este desgaste se refleja directamente en el desempeño de la molienda, ya que el adecuado trabajo de estas piezas depende de sus dimensiones físicas.

En el difusor no hay este tipo de problema. Está claro que también hay en el difusor desgastes en las partes metálicas, solo que este desgaste no afecta su desempeño (extracción) El desgaste de las partes metálicas es menor en el difusor por el hecho de que él trabaja en un PH más elevado.

5 Costos de operación menor

Solo el hecho de tener menos paradas, torna el costo de operación menor. En difusión hay un menor número de maquinarias y equipos a ser vigilados. La maquinaria en sí es limpia, no siendo necesario tener a alguien haciendo siempre limpieza. Por otra parte los costos de mantenimiento también son mucho menores

6 Mayor eficiencia mecánica

Para accionar la estera en un difusor se necesitan motores de una potencia menor que en el caso de los molinos, por otra parte el sistema de transmisión requerido es menor y por tanto el consumo de potencia es menor y a la eficiencia mecánica es mayor.

7 Menores costos de inversión y de instalación

En países como Sudáfrica, el menor costo de inversión ya se ha hecho bastante evidente. En el Brasil, esta evidencia no es tan pronunciada, estando camuflageada por las grandes moliendas realizadas con molinos.

De tal manera, una comparación entre un difusor y un molino de la misma capacidad en relación a la caña a procesar, muestra que un difusor cuesta más o menos el mismo precio. Pero si esta comparación es hecha en relación a las toneladas de sacarosa extraídas por hora, el difusor tiene ventajas incalculables

En cuanto a su instalación. El difusor tiene la ventaja de no necesitar grandes y caros cimientos y anclajes.

No obstante hay que apuntar que es posible hoy día alcanzar extracciones con molinos semejantes a las conseguidas con los difusores. En Sudáfrica, la media de extracción en los ingenios con molinos es superior a 97%. Solo que es conseguida con 7 juegos de molinos y a velocidades mucho más bajas las comúnmente usadas (entre 2 y 4 rpm). Es necesario recordar que para conseguir esos valores de extracción el molino debe estar óptimo en todos los aspectos, ya sea mecánicamente u operacionalmente.

Es claro que no es viable para un ingenio convencional (funcionando bien) simplemente descartar los molinos para instalar un difusor. Pero, por lo menos, se debería pensar en difusión a la hora de hacer una ampliación, y sin duda alguna en instalaciones nuevas.

En la figura 1 se muestra un flujograma típico de un central con un difusor instalado.

Tipos de Difusores.

El desarrollo de los procesos de difusión para la caña de azúcar originó dos tipos de difusores. Inicialmente las fabricas de azúcar, las cuales usaban como proceso de extracción de jugo el tradicional mediante molinos de caña, admitió solamente el uso de un difusor de bagazo. Estas restricciones se debieron esencialmente al tradicionalismo de muchos empresarios. En una estación de molida de caña de cinco molinos, por ejemplo, este difusor de bagazo fue para remplazar los tres molinos intermedios. Así, permanecieron como estilo un molino antes del difusor y uno o dos después del difusor.

Figura 1 Flujograma típico de un central con difusor instalado.

1 Difusores de bagazo.

El difusor de bagazo es empleado para procesar bagazo procedente del molino de caña que extrae la mayoría del jugo contenido en la caña. En general, un difusor de bagazo se emplea solamente cuando los molinos existentes son reusados, dando esto un diseño corto y estrecho, siendo la inversión total requerida para un difusor de bagazo menor que la requerida para una planta de difusión de caña.

Figura 2 Esquema de un sistema con difusor de bagazo.

En la actualidad plantas de difusión de bagazo BMA son utilizadas en la primera línea en diferentes países del mundo, donde la caña de azúcar es pagada sobre la base de un análisis del jugo extraído en el primer molino.

2 Difusores de caña

El difusor de caña es empleado para procesar caña de azúcar preparada de manera de favorecer el proceso de difusión.

En el año 1996, los difusores de bagazo y los difusores de caña ejecutaron extracciones entre 97.5 % y del 98 %.

Los dos tipos de difusores son idénticos en los que respecta a la técnica. La diferencia está en el número de pasos de jugo intermedio, esto es, 12 pasos en el difusor de caña (Figura.3) y pocos pasos en el difusor de bagazo (Figura 2) lo cual significa diferentes tiempo de difusión para una velocidad lineal similar (aproximadamente 1 m/mim) de la camada de bagazo en el difusor.

En general, el tiempo de difusión es de 48 minutos en el difusor de caña y de 36 a 44 minutos en el difusor de bagazo.

Los difusores de caña y bagazo tiene un ancho estándar, sujeto a la relación de trituración y a la fibra en la caña.

La línea de suministro estándar de la BMA incluye anchos de difusor en el rango de 1.6 m a 12 m para relaciones de trituración de 1000 t a 12000 t por día para difusores de caña y de 1500 t a 18000 t por día para difusores de bagazo.

Figura 3 Esquema de un sistema con difusor de caña.

Comparado con el difusor de bagazo, el difusor de caña es la solución más económica en términos de costo de operación y mantenimiento. Por esta razón, normalmente se prefiere el difusor de caña. Difusores de caña compactos con descargador de caña integrado, preparación de caña y equipo de desagüe de bagazo (Figura 4) no sólo se prestan para nuevas fábricas de azúcar de caña o plantas de difusión, sino también para la ampliación y para la modernización de plantas ya existentes. Este concepto puede ser ajustado en muchos aspectos a las condiciones locales. El diseño y construcción de difusores permite además que los mismos sean instalados al aire libre, eliminando la necesidad de una construcción adicional.

El difusor de bagazo puede ser empleado, por ejemplo, cuando una fábrica intenta incrementar la capacidad de una estación de molida de caña existente aun teniendo un presupuesto pequeño.

El difusor de bagazo puede ser instalado en paralelo o perpendicular al tandem de molinos de caña existentes y solamente necesita ser conectado con el tandem de molino con transportadores apropiados.

Figura 4 Planta completa de difusión de caña BMA

Descripción Técnica de los difusores (BMA).

Básicamente, el difusor BMA es un transportador horizontal totalmente cerrado en el cual algunas cadenas conectadas apropiadamente viajan a través de un cernidor inferior sobre barras de desgaste. El cuerpo del difusor es de paredes reforzadas, y este consiste de dos paredes laterales verticales, la cubierta de cámara de vapor redondeada, y una placa inferior. El resto del difusor descansa sobre una estructura de acero e incluye los equipos siguientes:

Pasaderas, escaleras y plataformas de operación,
Plato inferior con nervios portando el cernidor,
Cernidor de acero inoxidable con huecos cónicos,
Barras desgastables intercambiables para guiar la cadena conductora,

Recipiente recolector de jugo, ubicado bajo el cernidor inferior, con sección conectada para la bomba de jugos.

Tuberías y accesorios entre el recipiente colector de jugo, las bombas y el sistema alimentador de jugo.
Ventanas de inspección en las paredes laterales,
Sistema alimentador de jugo ajustable,
Sistema alimentador de agua a presión al molino,
Instalación iluminadora del interior del difusor,
Eje motor del difusor principal ensamblado con cojinete montado,
Arbol de cola con cadena guía y cojinete montado,
Bloques de cadenas conectado por fijación,
Placa con cojinete debajo del tanque colector de jugo para soportar cadenas de retorno.
Equipos limpiadores de cadenas,
Tambor de desagüe de bagazo a baja presión soportado por un brazo asegurado a la estructura del difusor,
Descargador de bagazo rotatorio con cojinetes montados y accionamiento eléctrico,
Sinfín elevador de bagazo vertical, con caja de engranes y accionamiento eléctrico, ubicado en el interior del difusor en dos filas.
Sistema de accionamiento pesado para el eje motor del difusor principal,
Motor DC de frecuencia controlada o, como una alternativa, accionamiento hidráulico para el accionamiento del difusor principal,
Centro de control y mediciones para monitorear la planta completa, incluyendo: un panel de control con diagrama imitado acomodando las medidas y facilidades de medición, y los instrumentos necesarios, indicadores, lámparas de señalización e interruptores, completamente entubado y cableado, las facilidades y controladores son facilitados localmente,
Cernidor de arco para el tiro de jugo cernido,
Tanque de jugo cernido para la fabricación,
Intercambiador de calor para calentar jugo,
Ventilador para calentar jugos intermedios,
Bombas para jugos intermedios, jugos de circulación, jugos no cernidos y jugos cernidos,
Conductor de tipo de arrastre para alimentar el difusor con caña o bagazo.

Principios de operación de un difusor

El principio de operación de un difusor es el siguiente: los transportadores entregan la caña preparada o el bagazo con un 91 al 94% de las células abiertas al alimentador del difusor. Puertas deslizantes ajustables colocadas en la parte inferior del transportador alimentador distribuyen uniformemente la caña preparada o el bagazo a través del ancho del difusor.

En el difusor, la caña o bagazo que entra se calienta con jugo de circulación caliente que tiene una temperatura de 84 a 90° . La cantidad del jugo es de aproximadamente de 300% a 360% en caña para el caso de difusión de caña y 150% a 250% en caña para el caso de difusión de bagazo. Esto hace que la temperatura en la cama de bagazo se incremente inmediatamente a 75 °C, que es la temperatura requerida en el proceso de extracción. Esto hace posible que las paredes de las celdas sean permeables y que las moléculas de sacarosa se disuelvan en el jugo. Así aun aquellas celdas que no se abrieron mecánicamente por las cuchillas picadoras y por las desfibradoras toman parte en el proceso de extracción. El proceso de extracción es una combinación de genuina difusión y lavado.

Cadenas conectadas transportan la cama de bagazo, la cual tiene un espesor de 1 a 1,35 m en difusores de caña y de 1,3 a 1,8 m de difusores de bagazo. El bagazo se mueve a una velocidad aproximadamente de 1 m por minuto.

El hecho que la cama de bagazo viaje a través de los huecos cónicos de la parte inferior del cernidor produce un efecto autolimpiante que conserva los huecos despejados. También produce una extracción muy uniforme del bagazo.

En el área de baja presión del tambor extractor de agua del difusor se aplica agua caliente de inhibición a través de un sistema de alimentación a la cama de bagazo en todo el ancho del difusor. El agua de imbibición penetra a través de la cama de bagazo y se hace más rica en sacarosa. El jugo enriquecido se acumula en el último colector de jugo, y la bomba de jugo intermedio lo lleva al sistema de alimentación de jugo precedente, desde el cual el jugo es continuamente alimentado, y penetra nuevamente a través de cama de bagazo. Debido al principio de extracción contracorriente – corriente cruzada, este jugo intermedio se hace más rico en sacarosa, y deja el recipiente de circulación de jugo en forma de un jugo con una alta concentración de sacarosa.

Este jugo difundido se bombea hacia pantallas en forma de arcos montadas en la parte superior del difusor desde donde fluye hasta un tanque colector de jugo, de allí es bombeado al proceso. El bagacillo cernido regresa a la cama de bagazo del difusor.

El calentamiento del jugo extraído en los intercambiadores de calor y de jugo intermedio con chorros de vapor provee una temperatura constante en la cama de bagazo a todo lo largo del difusor. Los intercambiadores de calor y los sopladores de vapor están equipados con sistema de temperatura.

Dos filas de tornillos elevadores los cuales cubren todo el ancho del difusor se colocan en el área de alimentación de la caña y en el área de agua de alimentación a presión. Esos tornillos sirven para re – estratificar la cama de bagazo y para quitar bolsas de jugo y bagacillo, mejorando de esta forma la penetración.

Dentro del difusor un tambor grande lleno con agua presiona el bagazo con bajo contenido de sacarosa, llevando su humedad del 83 % al 76 %. Este tambor es rotado por la acción del movimiento de la cama de bagazo.

Un descargador rotatorio distribuye uniformemente el bagazo sobre el transportador de descarga, el cual lo conduce a uno o dos molinos para extraerle toda el agua. Esos molinos como se decía anteriormente pueden ser rehusados de un Tandem anterior, y presionan el bagazo hasta llevarlo aun 48 % de humedad para poder ser quemado en las calderas del central

Breve Reseña sobre la difusión de caña en Ingenios de Sudáfrica.

La extracción por difusión comenzó a ser rasgo de la industria azucarera sudafricana en la década de los 60. Las primeras instalaciones de difusores presentaban ciertas dificultades, el tipo de problemas encontrados y los pasos que se siguieron para resolverlos fueron descriptos por Riet y Renton. Las primeras instalaciones eran difusoras de bagazo, es decir estaban precedidas por un molino. La difusión de caña, es decir, extracción de azúcar de caña preparada en la ausencia de un primer molino, fue iniciada en Hawai .

Una vez que los ingenios en Sudáfrica pudieron resolver los mayores problemas que presentaban los difusores de bagazo, se tomó el paso hacia la difusión de caña (excluyendo un primer molino ), con la instalación del primer difusor de caña en Sudáfrica, en Amatikulu (1974). Este fue el comienzo de un amplio giro hacia la difusión.

Aproximadamente un 80 % de la caña en Sudáfrica es ahora procesada en difusores en lugar de Tandem de molinos. La figura 5, muestra esta tendencia y como la difusión de bagazo de fue reemplazada progresivamente durante el mismo periodo. Solo queda un difusor de bagazo, en el molino mas pequeño de la industria. La mayoría de los difusores en Sudáfrica han sido instalados como resultado de la necesidad de incrementar la capacidad de molienda.

Pequeños incrementos en la capacidad en la capacidad pueden ser obtenidos de un tandem de molinos mediante la instalación de alimentadores a presión o reemplazando las unidades críticas de molienda, por ejemplo el primer y ultimo molino con unidades grandes, pero los incrementos logrado de este modo son limitados.

Un método rentable de expansión involucra la instalación de un difusor y la utilización de algunas de las unidades existentes como molinos de desagüe para el difusor. Rivalland confirmó la eficacia de este enfoque desde el punto de vista de costo de capital. Este es el modo general en que los difusores fueron instalados en los molinos sudafricanos.

Figura 5. Caña procesada por difusión en Sudáfrica.

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