Difusión vs. molida

Enviado por jorgemr

Partes: 1, 2

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.

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.

Partes: 1, 2

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