Download 8 Recepción de materias primas

Unidad
Recepción de materias primas
Propósitos de formación
1
Identificar los componentes principales en una zona de recepción de materias primas de una planta extractora
Criterios de Evaluación:
CAPACIDADES
Módulo
Recepción Materias Primas En Báscula De La Planta Extractora
8
C.1. Manejar las materias primas
requeridas en el proceso
productivo con oportunidad de
tiempos, cantidades y calidades.
CRITERIOS DE EVALUACIÓN
C.1.1 Identifica los componentes de la zona de
recepción de frutos frescos de palma africana.
C.1.2 Identifica los componentes de la zona de
recepción de caña de azúcar.
Sesión 1. La palma de aceite
1. Origen de la Palma de Aceite
La palma de aceite es una planta originaria del Golfo de Guinea, en África occidental; de ahí su nombre científico, Elaeis
guineensis y su denominación popular: “Palma africana de aceite”.
Debido a su asombrosa versatilidad, la palma africana de aceite comparte con gran variedad de especies, los suelos
tropicales en los continentes asiático, africano y americano. La mejor adaptación de la palma de aceite se encuentra en la
franja ecuatorial, entre 15 grados de latitud norte y sur, donde las condiciones ambientales son más estables.
Módulo
Recepción Materias Primas En Báscula De La Planta Extractora
9
Figura 1. Principales países productores de palma de aceite Fuente: FAO, 2008
En América, donde es más conocida como Elaeis oleífera o nolí, fue introducida por los colonizadores y
comerciantes esclavos portugueses, que la usaban como parte de la dieta alimentaria de sus esclavos en el
Brasil.
Módulo
Recepción Materias Primas En Báscula De La Planta Extractora
10
Figura 2. Cultivo de palma de aceite en Colombia Fuente: Fedebiocombustibles
La Palma Africana de aceite fue traída a Colombia, por Florentino Claes en 1932, en un comienzo sembrada
con fines ornamentales en la Estación Agrícola de Palmira (Valle del Cauca); su cultivo comercial comenzó en
1945, gracias a medidas gubernamentales tendientes a desarrollar el campo y abastecer al país de aceite de
palma local. Con el apoyo del plan Oficial de fomento de las oleaginosas, la palma de aceite se cultivó en la
llanura Caribe, el valle medio del río Magdalena, el Piedemonte Llanero y el Occidente Colombiano.
Colombia es el primer productor en Latinoamérica y el quinto en el mundo de aceites de palma y de palmiste.
La palmicultura es una de las actividades agrícolas más prometedoras en nuestro país, debido a su aceptación
por parte de:
•
•
•
•
Agricultores, por su bondad, ya que posee gran cantidad de atributos.
Consumidores por sus efectos benéficos sobre la salud.
La industria por su nobleza y estabilidad para mezclarse con otras materias primas.
El gobierno que la considera ideal para trazar planes de desarrollo, generar empleo y como fuente de
energía alternativa.
La palma de aceite es la oleaginosa (aceitosa), más productiva del planeta: en promedio, una hectárea (10.000
m2) sembrada, produce entre seis y diez veces más aceite que las otras.
Módulo
Figura 3. Principales departamentos colombianos productores de palma de aceite Fuente: Fedepalma
Recepción Materias Primas En Báscula De La Planta Extractora
11
Figura 4. Rendimiento promedio del aceite de palma comparado con otros aceites, en toneladas por hectárea (Ton/Ha)
Fuente: Curso en Aula virtual Unab
2. Características y condiciones de cultivo
• Inflorescencias
Las flores se presentan en espigas aglomeradas, que se desarrolla en la axila de la hoja. La inflorescencia
puede ser masculina o femenina. La inflorescencia masculina está formada por un eje central, del que salen
ramillas o espigas llamadas dedos, cilíndricos y largos, con un total de 500 a 1500 flores con estambres y sin
pistilos. Las anteras (parte terminal del estambre) producen abundante polen con un característico olor a anís.
Módulo
Recepción Materias Primas En Báscula De La Planta Extractora
12
Es una palmera monoica, es decir, es una especie que tiene sus inflorescencias (Disposición de las flores sobre
las ramas o la extremidad del tallo), masculina y femenina separadas, pero en la misma planta, con tronco
erecto solitario que puede alcanzar más de 40 m de altura en estado natural. En cultivos industriales para la
obtención de aceite su altura se limita a los 10-15 m, con un diámetro de 30-60 cm cubierto de cicatrices de
hojas viejas. Después de conocer un poco más sobre el origen de la Palma en Colombia y sus características y
condiciones de cultivo, re-afiance lo aprendido dirigiéndose a Recursos Digitales y desarrollando el EJERCICIO
INTERACTIVO No 1 “Contextualizando”
Figura 5. Inflorescencias Fuente: http://www.infoagro.com/
La inflorescencia femenina es un racimo globoso, de apariencia más maciza que la masculina, sostenido por
un pedúnculo (rama que sostiene la flor) fibroso y grueso, en cuyo centro se insertan numerosas ramillas o
espigas, cada una con 6 a 12 flores. La flor femenina presenta un ovario esférico, con tres hojas modificadas,
cuyas caras vueltas hacia fuera están cubiertas por papilas receptoras del polen.
Figura 6. inflorescencia femenina Fuente: http://www.infoagro.com/
De forma ovoide, de 3-6 cm de largo y con un peso de 5-12 g aproximadamente. Están dispuestos en racimos,
son de color rojizo y alcanzan hasta los 4 cm de diámetro.
Módulo
• Fruto
Recepción Materias Primas En Báscula De La Planta Extractora
13
Presentan una piel (exocarpio) lisa y brillante, una pulpa o tejido fibroso (mesocarpio) que contiene células
con aceite, una nuez o semilla (endocarpio) compuesta por un cuesco y una almendra aceitosa o palmiste
(endospermo)
El color amarillo naranja del fruto de la palma aceitera, indica la presencia del compuesto beta Caroteno, de
origen vegetal, gran componente de la vitamina A. El beta caroteno es también antioxidante y ayuda en el
sistema inmunológico del ser humano.
Además de las condiciones de clima y suelo requeridas por la palma de aceite, el logro de la máxima capacidad
de producción en la etapa de cultivo depende de la calidad de la semilla empleada, la rigurosa selección de
plántulas (semilleros) en el vivero, la preparación del terreno de siembra, el establecimiento de un cultivo de
cobertura y la fertilización.
Módulo
Recepción Materias Primas En Báscula De La Planta Extractora
14
Las palmas establecidas en el campo con fines de explotación económica, requieren de muchos cuidados y
protección suficiente para que puedan crecer, desarrollarse y alcanzar la etapa productiva y retributiva con la
mayor celeridad posible. Sin embargo, ese buen manejo no es exclusivo de la edad improductiva, la palma
demanda a lo largo de toda su vida que se le proteja contra la competencia de otros vegetales por agua, luz y
nutrientes, que se le provea de estos en las cantidades y en los momentos adecuados, y que el corte que se
haga de hojas y racimos sea cuidadoso para no causarle heridas.
Por ello, el cultivo de la palma de aceite se caracteriza por el empleo de una fuerza laboral de diferentes niveles
de habilidad y una amplia gama de conocimientos. En el campo, quienes atienden las labores, saben que el
manejo cuidadoso de los frutos en su cosecha, recolección y transporte, así como su procesamiento oportuno,
determinan la calidad del aceite que se obtendrá.
2. Recolección del fruto
La recolección es una de las actividades más importantes en las plantaciones de palma africana aceitera, por
lo que el éxito de la misma dependerá de una planificación racional.
Módulo
Las principales herramientas de corte y formas de mallas para la recolección de los frutos, son las siguientes:
Recepción Materias Primas En Báscula De La Planta Extractora
15
La producción de racimos, con las variedades disponibles en el mercado, se inicia entre los 30 y 36 meses de
plantada en el campo. La recolección en la palma se realiza durante todo el año.
La frecuencia de cosecha, es decir, el intervalo entre cosechas en un mismo lote, está asociada con la edad de
la palma, con el material genético utilizado y con las condiciones climáticas de la región. En general, los ciclos
oscilan entre 7 y 12 días en palmas jóvenes y entre 9 y 15 días en plantas adultas. En épocas lluviosas, los
ciclos son más frecuentes que en épocas secas.
Para determinar la maduración óptima de racimos, es decir, el momento en que la planta logra un mayor
contenido de aceite en el racimo y un menor porcentaje de ácidos grasos libres, se utilizan criterios tales como
el cambio de coloración de los frutos de violeta a anaranjado y el desprendimiento de aproximadamente dos
frutos por cada kilogramo de racimo.
Módulo
Recepción Materias Primas En Báscula De La Planta Extractora
16
Sesión 2. Planta de extracción de aceite de palma
1. Proceso básico de extracción de aceite de palma
Todo proceso de extracción de aceite de palma africana necesita de materias primas, que cumplan con ciertos
requisitos, con el objeto de obtener rendimientos y productos acordes con los intereses de la empresa. Para
resaltar la importancia del subproceso de recepción de materia prima, se presenta el diagrama de flujo de una
planta industrial. En la siguiente figura se observa el proceso de obtención de aceite de palma.
Módulo
Recepción Materias Primas En Báscula De La Planta Extractora
17
Figura 7. Proceso de extracción de aceite de palma Fuente: http://www.aceitesa.com
• Aspectos generales del proceso de extracción de aceite de palma
Los RFF pesados son descargados de los camiones en vagones de tren y llevados al área de esterilización.
La esterilización es llevada a cabo con vapor a baja presión por cerca de 90 minutos. Los frutos se separaran
de los racimos mediante un proceso mecánico. La tusa es transportada en bandas transportadoras hacia los
camiones y luego son llevadas de nuevo al campo para compostaje. La digestión es el proceso en el cual se
libera el aceite del fruto a través de la ruptura de las células contenedoras de aceite. El digestor comúnmente
empleado consiste en un envase cilíndrico calentado con vapor al cual se le ajusta un agitador. Mediante la
acción del agitador se golpean los frutos. El aceite se clarifica a través de una separación gravimétrica seguido
por un proceso de reducción de humedad mediante el calentamiento en sistemas de tanques o por secado
atmosférico o en vacío.
Módulo
Recepción Materias Primas En Báscula De La Planta Extractora
18
Se separa la mezcla compuesta de fibras y nueces. Se quiebran las cáscaras de las nueces y se remueve el
palmiste que pasa a través de un silo de secado a un filtro prensa. El aceite de palmiste se vende y la torta de
palmiste se usa como forraje. La fibra y la cáscara son recogidas y se emplean como combustible en la caldera
• Aspectos generales del proceso de recepción de fruto de palma dentro del proceso
general de extracción de aceite
En la siguiente figura se presenta el diagrama de flujo de toda la línea de recepción de materia prima de Palmas
Bucarelia. El fruto es descargado en una tolva de alimentación por simple acción de volteo de la volqueta. La
tolva de capacidad de 50 toneladas, está constituida por platinas inclinadas con refuerzos de ángulos que
descargan el peso sobre parales que trabajan como columnas, además posee un sistema hidráulico a lo
largo de cinco compuertas que liberan el fruto, para dejarlo caer sobre vagonetas de transporte, que han sido
ubicadas justo debajo de las compuertas por acción manual de los operarios. Las vagonetas de 1,4 toneladas
de capacidad se desplazan sobre rieles, por la acción de un malacate y un lazo; el malacate está compuesto
por un motoreductor conectado a dos cilindros con superficies cóncavas y rizadas para crear un mayor arrastre,
al que se envuelve el lazo que ha sido conectado a las vagonetas con un gancho, permitiendo que se haga
tracción sobre la carga de cerca de nueve vagonetas que son llevadas hasta los autoclaves, donde se inicia el
proceso de esterilización.
Módulo
Figura 8. Proceso de extracción de aceite en el ciclo del biodiésel Fuente: http://www.ecointeligencia.com
Recepción Materias Primas En Báscula De La Planta Extractora
19
Sesión 3. Recepción de fruto de palma
Los transportes provenientes de la plantación, cargadas con los racimos de fruto fresco (RFF) de palma africana,
ingresan a la planta, a la zona de recepción de la materia prima.
Para transportar los RFF se utilizan diferentes clases de vehículos como camiones, volquetas y tractores.
Módulo
Recepción Materias Primas En Báscula De La Planta Extractora
20
En la planta extractora se encuentra una báscula electrónica y mediante un software se determina la cantidad
de fruto incorporado al proceso.
En algunas plantas se verifica esta cantidad con una báscula mecánica. Dependiendo de la empresa existen
controles para evaluar la calidad del fruto.
En algunos casos los frutos traen sólidos, como arena, tierra y piedras, elementos que pueden ocasionar daños
a los equipos de extracción de aceite. Se recomienda que existan estos controles para mejorar el proceso.
Una vez los vehículos son pesados y verificada la cantidad de materia prima, se procede al descargue y
calificación de los RFF.
Figura 9. Plataforma de recepción inclinada, CI Tequendama
Los RFF y el fruto suelto son descargados en los patios o zona de descargue, si no existe plataforma
Módulo
Dependiendo del tamaño y automatización de la planta, los camiones o vehículos suben a unas plataformas
donde son descargados en tolvas o recipientes metálicos con una salida por el fondo o por un lado de acuerdo
al sistema de almacenamiento de cada empresa.
Recepción Materias Primas En Báscula De La Planta Extractora
21
Figura 10 Descargue de RFF en una tolva inclinada
Las tolvas alimentan las vagonetas o góndolas que luego se introducen en autoclaves (o esterilizadores), donde
los racimos se cocinan a presión por vapor generado por una caldera.
Figura 11. Sistema de tolva, vagonetas y esterilizadores
Módulo
Recepción Materias Primas En Báscula De La Planta Extractora
22
Sesión 4. Caña de azúcar
1. Origen de la caña de azúcar
La caña de azúcar es originaria de Nueva Guinea, desde donde se fue extendiendo al continente asiático y
otros países tropicales y subtropicales. Su nombre científico es Saccharum officinarum.
A continuación se relacionan los principales países productores de caña de azúcar en el mundo.
PAÍS
Ton
Participación
1
Brazil
734.006.000
41%
2
India
342.382.000
19%
3
China
115.123.560
6%
4
Thailand
95.950.400
5%
5
Pakistan
55.308.500
3%
6
Mexico
49.735.300
3%
7
Philippines
34.000.000
2%
8
Estados Unidos
26.655.800
1%
9
Australia
25.181.800
1%
10
Argentina
25.000.000
1%
11
Indonesia
24.000.000
1%
12
Colombia
22.727.800
1%
Tabla 1. principales 12 productores de caña de azúcar en el mundo Fuente: Faostat, 2011 Fuente: Faostat, 2011
Módulo
Cristóbal Colón introdujo la caña de azúcar en América, en su segundo viaje, particularmente en Santo Domingo,
dichos cultivos sólo prosperaron después de muchos intentos, casi 11 años más tarde, y desde Santo Domingo
fue llevada hacia el Caribe y América del Sur.
Recepción Materias Primas En Báscula De La Planta Extractora
23
Módulo
Recepción Materias Primas En Báscula De La Planta Extractora
24
Figura11. principales 12 productores de caña de azúcar en el mundo Fuente: Faostat, 2011
El inicio de la Caña de Azúcar en Colombia data de 1538, año en el que se introdujo al país a través del puerto
de Cartagena y, posteriormente, en 1540 por Buenaventura, plantándose directamente en el Valle del Río
Cauca y municipios aledaños a la capital Valle Caucana en los que operaron importantes trapiches paneleros
La industria azucarera colombiana está ubicada en el valle geográfico del río Cauca, entre tres y cinco grados
de latitud norte, en los departamentos de Caldas, Cauca, Risaralda y Valle del Cauca. El valle es angosto (entre
76°22’ y 75°31’ de longitud oeste) y posee 430 mil hectáreas planas con una altura sobre el nivel del mar que
no supera los mil metros en promedio.
El cultivo de la caña de azúcar ocupa cerca de 200 mil hectáreas que abastecen trece ingenios azucareros
con una capacidad instalada de molienda de 76 mil toneladas de caña por día. Estos ingenios procesan caña
durante 330 días al año, en promedio.
Figura12. Región Azucarera de Colombia Fuente: Cenicaña
Módulo
Recepción Materias Primas En Báscula De La Planta Extractora
25
2. Características y condiciones del cultivo
Pertenece a la familia de las gramíneas, género Saccharum. Las variedades cultivadas son híbridos de la especie
officinarum y otras afines (spontaneum). Es un cultivo plurianual. Se corta cada 12 meses, y la plantación dura
aproximadamente 5 años. Tiene un tallo macizo de 2 a 5 metros de altura con 5 ó 6 cm de diámetro.
El sistema radicular (conjunto de raíces que sujetan la planta al sustrato o tierra), lo compone un robusto rizoma
subterráneo; puede propagarse por estos rizomas y por trozos de tallo.
La caña tiene una riqueza de sacarosa del 14% aproximadamente, aunque varía a lo largo de toda la recolección.
Módulo
Recepción Materias Primas En Báscula De La Planta Extractora
26
Figura 13. Sistema radicular de la caña de azúcar Fuente: www.imageshack.us
Hay cientos de variedades en todo el mundo. NOC-310, B42-231, B43-62, VCW54-40, PRIO-13 y la Pindar.
Estas variedades se consideran la más importantes.
Clima y suelo
La temperatura, la luz y la humedad son los principales factores del clima que controlan el desarrollo de la caña.
La caña es una planta tropical y se desarrolla mejor en lugares calientes y soleados.
El suelo debe ser barbechado (arado), a la profundidad deseada, rompiendo las capas impermeables que están
cerca de la superficie con labores de subsuelo. Se requiere un suelo húmedo y fino alrededor de la semilla para
una germinación rápida.
Siembra
El ambiente en que se coloca la semilla es extremadamente importante para la germinación. Los factores que
deben ser considerados son:
»» La temperatura
»» Humedad
Recepción Materias Primas En Báscula De La Planta Extractora
Germinación
Figura 14. Siembra de caña de azúcar
27
Módulo
La caña de azúcar se propaga por trozos de tallo con una o más yemas. Los trozos varían de longitud. Los
trozos de la punta de la porción madura de los tallos germinan más pronto.
»» Tratamiento de la semilla
»» Condiciones físicas del suelo
Nutrición
Las plantas de caña están en buenas condiciones cuando tienen hojas grandes, de color verde oscuro, entrenudos
largos y de buen diámetro, además de un sistema radicular sano y bien desarrollado. El mal crecimiento de la
caña puede ser debido a deficiencias de uno o más de los nutrientes esenciales o a toxicidades. Los nutrientes
necesarios son: nitrógeno, fósforo y potasio.
Fertilización
Los fertilizantes se aplican generalmente cuando existen deficiencias en el suelo. Generalmente al aplicar
cantidades adicionales de fertilizantes, aumenta el nivel de los nutrientes en los diferentes tejidos de la planta.
Cuando se aplica un exceso de fertilizantes, los niveles de los tejidos que almacenan los nutrientes muestran
mayores cambios en la composición.
Módulo
Recepción Materias Primas En Báscula De La Planta Extractora
28
Riego
El agua que cae en forma de lluvia o que se aplica como riego, se infiltra en el suelo y el exceso se mueve
lateralmente sobre la superficie. La distribución depende de la cantidad e intensidad de agua aplicada y de
la pendiente y características de infiltración de la superficie del suelo. Los riegos se pueden hacer por los
siguientes métodos:
»» Por inundación: ha sido usado por siglos en el riego de la caña.
»» Por surcos: es el sistema que más se usa para la caña. Es adaptable a una amplia variedad de
pendientes.
»» Por infiltración subterránea
»» Por aspersión: se ha generalizado rápidamente en los últimos años. Este tipo de riego se prefiere
cuando los suelos son muy porosos para una buena distribución de agua rodada, los suelos son
muy delgados para permitir la nivelación adecuada, la tierra tiene fuertes pendientes y se erosiona
con facilidad.
3. Cosecha
La cosecha de la caña de azúcar es realizada por diferentes métodos o sistemas, el uso de uno o varios
sistemas de cosecha en una región va a depender de una serie de factores como la topografía y condiciones
del terreno, características climáticas, nivel tecnológico, disponibilidad económica y contexto social entre otros.
Inicialmente a nivel mundial la caña de azúcar se cortaba a mano, limpiando cuidadosamente las cañas, las
puntas o cogollos eran atados en manojos para su uso como forraje y los tallos de caña eran cargados a mano
para ser transportados a la fábrica. Conforme avanza la expansión del cultivo y el desarrollo tecnológico, se
cambió primero al alce mecanizado y más tarde al corte y alce mecanizado con cosechadoras combinadas de
caña de azúcar. Este avance tecnológico ocasionó un aumento de la materia extraña a nivel de las fábricas, lo
que causó problemas en la extracción de la sacarosa, por lo que se adoptó como práctica rutinaria la quema de
los campos de caña antes de su cosecha.
• Quema
Esta práctica está relacionada más directamente con el sistema de corte manual y consiste en quemar
previamente las hojas de la caña (quema de caña en pie). Son quemas de manera controlada, con los respectivos
permisos de las entidades de control ambiental y siguiendo los protocolos establecidos, lo anterior, con el fin de
evitar grandes impactos ambientales, accidentes en el corte y mejorar eficiencia en el corte, alce y transporte
de la caña, evitando el envío de material extraño a la fábrica.
• Corte de Caña
Corte manual
El corte manual es una labor dispendiosa que todavía se realiza en Colombia por la gran disponibilidad de mano
de obra. Como ventajas de esta metodología de corte tenemos:
Módulo
»» Permite cortar los tallos a ras de suelo.
»» Descogolle entre hojas verdes y maduras.
»» Permite hacer una selección inicial de tallos secos y podridos y de las malezas.
»» Colocación ordenada de los tallos en el suelo, para el alce mecánico.
29
Recepción Materias Primas En Báscula De La Planta Extractora
El corte se puede realizar manual o mecanizado.
Figura 15. Corte manual de caña de azúcar Fuente: El Espectador
Un frente de corte está formado por las siguientes personas:
»» Brechero: Es quien delimita el área de trabajo de cada cortero.
»» Cortero: Es quien corta la caña.
»» Monitor: Es quien enseña al cortero como hacer el corte en forma segura y eficiente.
»» Cabo-corte: Es el encargado de la asistencia y disciplina en el frente de corte.
»» Auxiliar de corte: Es el encargado de vigilar varios frentes de corte.
Se considera que este sistema de corte genera más de 13000 empleos directos, equivalentes al 35% del
empleo total de la industria azucarera.
Corte mecanizado.
Módulo
Recepción Materias Primas En Báscula De La Planta Extractora
30
Consiste en realizar esta actividad con cosechadoras de uno o dos surcos que cortan, descogollan, separan las
hojas y dejan los tallos en forma perpendicular al surco para el alce en forma mecánica o también con máquinas
que cortan, trozan, limpian y alzan la caña directamente al equipo de transporte.
Ventajas del sistema
• En caña sin quemar se reduce el tiempo entre el
corte y el arribo de la misma al ingenio.
• Se minimizan las pérdidas de sacarosa ya que
la caña no se degrada tan rápidamente.
• En caña quemada, se reduce también el tiempo
entre la quema y el arribo de la caña al ingenio.
Desventaja
• Presenta un alto contenido de materia extraña.
• No se puede utilizar en áreas rocosas o con
pendientes pronunciadas.
• Requiere crecimiento erecto y fácil deshoje
• En el corte manual es necesario esperar que
termine el corte del campo asignado de la caña
para iniciar la carga y transporte de la misma.
• Protege el medio ambiente
Alce
La caña cortada manualmente o mecánicamente, se carga en jaulas o vagones transportadores utilizando
alzadoras mecánicas. Entre menor sea el tiempo que transcurre entre quema, corte y llegada a la fábrica, se
logra mayor eficiencia en el proceso. Lo ideal es que este tiempo no sea mayor de 36 horas para evitar pérdidas
de sacarosa en la planta.
Recepción Materias Primas En Báscula De La Planta Extractora
• Menor costo por tonelada cosechada.
31
Módulo
• La cosecha mecanizada permite cosechar las
24 horas del día.
4. Transporte
Las cañas a moler son transportadas del área de corte hacia el ingenio, por diversos medios: remolques,
camiones, vagones de ferrocarril, etc., los cuales se utilizan de acuerdo a la ubicación, distancia y tipo de
carretera nacional o particular que se transite.
A continuación se presentan figuras de diferentes medios de transporte de la caña hasta el ingenio.
Módulo
Recepción Materias Primas En Báscula De La Planta Extractora
32
Figura 16. Transporte de caña con remolque-Contenedor para transporte de caña
Sesión 5. Planta productora de Bioetanol a apartir de caña
1. Proceso básico de producción de bioetanol a partir de la caña de azúcar
Antes de revisar los aspectos relacionados con la recepción de materia prima en importante conocer de manera
general el proceso de obtención de etanol (bioetanol) a partir de la caña de azúcar.
El primer paso para la obtención del etanol es la fermentación que es un proceso donde los azucares contenidos
en los jugos y las mieles de los cultivos se transforman en alcohol con la ayuda de levaduras. Después el alcohol
fermentado pasa a una columna de destilación, donde a través de un proceso de evaporación se separan los
compuestos, obteniéndose el alcohol más puro y la vinaza. La etapa final es la deshidratación, donde se retira
el agua del alcohol y se obtiene el alcohol carburante o el alcohol anhidro (bioetanol) que significa alcohol sin
agua.
33
Figura 17. Proceso Bioetanol de Caña Bioetanol de Caña, FAO y CEPAL
1Fedebiocombustibles
Módulo
Recepción Materias Primas En Báscula De La Planta Extractora
El etanol se lleva por carro tanque a unas plantas de almacenamiento donde mezclan la gasolina y el alcohol
carburante en un 10%. Posteriormente, la mezcla gasolina-etanol se transporta nuevamente por carrotanque a
las estaciones de servicio, donde el combustible es vendido al público en general. 1
Módulo
Recepción Materias Primas En Báscula De La Planta Extractora
34
Figura 18.Ingenio Manuelita: Azúcar y Bioetanol Colombia Fuente: http://www.manuelita.com/index.php?p=manuelitaazuca
rybioetanolcolombia&
Figura 18. Ciclo del Bioetanol en un Ingenio Azucarera Fuente: Fedebiocombustibles
Módulo
Recepción Materias Primas En Báscula De La Planta Extractora
35
Sesión 6. Recepción de caña de azúcar
• Recepción
El pesaje forma parte de la recepción de la caña a la planta. Este se realiza en básculas que se encuentran al
ingreso del ingenio.
Figura 19. Transporte de caña ingresando a zona de pesaje
Además, en esta parte de la recepción se determina la calidad de la materia prima (contenido de sacarosa,
sólidos, fibra y cantidad de materia extraña) tomando muestras que se analizan continuamente en el laboratorio.
En la mayoría de los casos, la caña se pesa con básculas electrónicas y se conduce a los patios, donde
empleando un sistema de grúas, se almacena en vagones o canastas y luego se dispone directamente en las
mesas lavadoras.
Módulo
Recepción Materias Primas En Báscula De La Planta Extractora
36
Figura 20. Esquema de recepción de materia prima en Ingenio Manuelita Fuente: http://www.manuelita.com
• Descargue
La caña se descarga en patios de almacenamiento a través de diferentes medios: Sistema de Grúa Cañera y
Plataformas de Descarga.
De los patios de almacenamiento, la caña es llevada a las mesas alimentadoras de caña, que son unos
conductores anchos y relativamente cortos, movidos por moto-reductores independientes y de velocidad
variable. Las mesas alimentadoras constan de dos partes:
»» Una horizontal, por donde ingresa la caña.
»» La otra inclinada con ángulos entre los 25 y 45 grados de inclinación, por donde se transporta la
caña hacia los aspersores, que realizan el proceso de lavado, con el fin de eliminar la arena y la
tierra proveniente del campo.
Módulo
• Lavado
Recepción Materias Primas En Báscula De La Planta Extractora
37
Sesión 7. Remolacha azucarera
Otro cultivo que es utilizado para producir azúcar y etanol es el de remolacha, por ser un tubérculo con alto
contenido de sacarosa. El proceso para su extracción es similar al de la caña de azúcar, particularmente la
zona de recepción de materias primas. En Colombia no existen plantas procesadoras de remolacha porque
las condiciones climáticas y geográficas no favorecen su cultivo, como si sucede con la caña en el valle del rio
Cauca y con los tubérculos, como la yuca, en la costa Norte.
Módulo
Recepción Materias Primas En Báscula De La Planta Extractora
38
Módulo
Recepción Materias Primas En Báscula De La Planta Extractora
39
Módulo
Recepción Materias Primas En Báscula De La Planta Extractora
40
Sesión 8. Planta productora de bioetanol a partir de remolacha azucarera
La producción de etanol a partir de remolacha se hace a partir de la extracción del azúcar, después de obtenerla
en solución se realiza la fermentación en las mismas condiciones que en el proceso de la caña de azucarera.
En el siguiente esquema se presenta el diagrama básico de los procesos de una planta productora de bioetanol
a partir de la remolacha.
Aspectos Generales del proceso
Las remolachas son obtenidas de cultivos cercanos a la planta de producción, en estos cultivos las personas
encargadas de una recolección manual se encargan de arrancar, deshojar y descoronar las remolachas además
de su embarque en camiones que transportan la materia prima hasta la planta. Una vez las remolachas llegan
a la planta son pesadas y almacenadas en una bodega para luego comenzar su transformación. El almacenado
del tubérculo no puede exceder más de un día debido a que pierden agua y disminuye su concentración de
azucares, así solo se almacena la cantidad adecuada y requerida para el proceso. Del almacén de materia
prima, las remolachas son cargadas a una banda trasportadora que las lleva hasta el tanque de lavado, aquí
ingresan y se ponen en contacto con una corriente de agua tibia (30 oC) que remueve cualquier suciedad
presente tal como hojas, tierra y otros.
Módulo
Figura 21. Esquema básico de producción de bioetanol de remolacha
Recepción Materias Primas En Báscula De La Planta Extractora
41
Luego se retiran del tanque de lavado y por otro sistema de bandas transportadoras son llevados hasta una
báscula para su pesado, una vez obtenida la cantidad requerida para el proceso, siguen su camino por las
bandas hasta llegar a un molino de cuchillas que reduce su tamaño a trozos entre 2.5 y 5 cm. Los trozos por
gravedad caen a un tanque, en este se realizara el proceso de extracción por difusión, la remolacha entra en
contacto con agua a una temperatura entre 70 y 75 o C donde se extrae entre 97.5 % y 98 % de los azucares
presentes.
Módulo
Recepción Materias Primas En Báscula De La Planta Extractora
42
Una vez se remueven los sólidos presentes, se realiza una hidrolisis acida que permite invertir los azucares
del jugo y prepáralos para la fermentación, esta hidrólisis se realiza utilizando ácido fosfórico (H3PO4) diluido.
El liquido pasa aun evaporador para aumentar su concentración de azucares, es decir elevar de 7 a 14 grados
brix los azucares del extracto, removiendo el exceso de agua ganado en todo el proceso. El jugo es bombeado
por una tubería hasta el fermentador, allí se le adiciona el cultivo microbiano para la fermentación. Una vez
terminado el proceso de fermentación, el mosto obtenido pasa a una centrifuga, donde se separan los residuos
sólidos generado en la fermentación y purificar el mosto.
La destilación se lleva a cabo en dos columnas, en la primera se remueven los componentes más pesados
y el etanol producido tiene una porcentaje en volumen de aproximadamente 70%. En la segunda columna se
remueve agua y otros componentes que permiten elevar el contenido de etanol a un 95-96 %. Como el producto
terminado tiene que ser libre de agua, para ser utilizado como combustible, es necesario un nuevo proceso de
separación. Esta vez el fluido es llevado a un sistema de adsorción por medio que tamices moleculares que
retienen la humedad del etanol y finalmente obtenemos un producto puro con más del 99% en volumen de
etanol.
Módulo
Recepción Materias Primas En Báscula De La Planta Extractora
43
Sesión 9. Reepción de remolacha azucarera
Las remolachas son obtenidas de cultivos cercanos a la planta de producción, en estos cultivos las personas
encargadas de una recolección manual se encargan de arrancar, deshojar y descoronar las remolachas además
de su embarque en camiones que transportan la materia prima hasta la planta.
Módulo
Recepción Materias Primas En Báscula De La Planta Extractora
44
Módulo
Recepción Materias Primas En Báscula De La Planta Extractora
45
Sesión 10. Almidones
El alcohol etílico o etanol (bioetanol) también se puede producir de cultivos alimenticios como el maíz, sorgo,
papa, yuca, etc. que posean un alto contenido de almidón.
1. Generalidades sobre los almidones2
1
El almidón es un producto de reserva alimenticia predominante en las plantas. El almidón es sintetizado y
almacenado en plastidios, ya sea de manera temporal en cloroplastos o a largo plazo en amiloplastos
densamente ubicados en órganos de almacenamiento como raíces o semillas.
Químicamente el almidón es un polisacárido que resulta de la polimerización de moléculas de glucosa (Ball y
Morell, 2003). El almidón se obtiene exclusivamente de los vegetales que lo sintetizan a partir del dióxido de
carbono que toman de la atmósfera y del agua que toman del suelo. Durante este proceso la energía solar se
transforma y se almacena en forma de glucosa (Martin y Smith, 1995).
Módulo
Recepción Materias Primas En Báscula De La Planta Extractora
46
El almidón está formado por dos tipos de polisacáridos muy similares, la amilosa y la amilopectina. En casos
como el de los cereales, el almidón puede contener componentes menores tales como lípidos. La composición
de amilosa y amilopectina es el factor principal que le confiere las propiedades funcionales al almidón. Estos
polímeros de glucosa se encuentran en proporciones diferentes dependiendo de la fuente de obtención del
almidón y de diversas variables ambientales (Kossmann y Lloyd, 2000).
Los almidones comerciales se obtienen de las semillas de cereales, particularmente de maíz, trigo, arroz, y de
algunas raíces y tubérculos, particularmente de yuca, papa y batata.
En Colombia existen en la zona de la costa norte, industrias productoras de etanol anhidro biocombustible a
partir del procesamiento de la yuca, aprovechando las condiciones climáticas y de suelo de esta región.
2
Cortés Sierra, Simón. Artículo: Biocombustibles y biotecnología: la yuca (manihot esculenta) como modelo de investigación. Universidad
Nacional
La yuca (Manihot esculenta Crantz) es una dicotiledónea perteneciente a las Euphorbiaceas, con su centro
de domesticación ubicado a lo largo del borde sur del Río Amazonas (Olsen y Schaal, 1999). La yuca es
considerada como un cultivo de subsistencia, debido a su alta capacidad de adaptación a suelos ácidos e
infértiles, a su relativa resistencia a malezas y plagas y a su habilidad para resistir largos períodos de sequía.
Crece en áreas en donde la precipitación anual es mayor de 500 mm y la temperatura es superior a 20° C, sin
embargo algunas variedades crecen a los 2000 m de altura o áreas subtropicales, con temperatura promedio
de 16° C (Ekanayake et ál., 1997).
Recepción Materias Primas En Báscula De La Planta Extractora
2. El cultivo de la Yuca
47
Módulo
Figura 24. Almidones, jugos y celulosas para producción de bioetanol Fuente: Conferencia: Experiencias en la Producción de
Bioetanol a partir de Yuca, Consorcio Latinoamericano y del Caribe de Apoyo a la Investigación y al Desarrollo de la Yuca,
2009
La yuca ha sido tradicionalmente considerada como un alimento básico, con calidad nutricional moderada, en
especial la raíz tuberosa resalta principalmente como fuente de almidón, pues cerca del 90% de su peso seco
lo constituyen carbohidratos (El-Sharkawy, 2004; Ospina et ál., 2002).
La yuca es un alto productor de almidón con niveles que oscilan entre 73,7 y 84,9% de su peso seco total en
raíces (Tonukari, 2004). El almidón de yuca presenta características interesantes en comparación con el almidón
de otras especies vegetales como el maíz, la papa o el arroz. Esto hace que su utilización sea apropiada para
ciertas industrias. Las cantidades de proteínas y de materia grasa en el almidón de yuca son más bajas que
las del almidón de maíz o arroz, lo que le da características especiales de sabor y solubilidad (Ihemere, 2003).
Los gránulos del almidón de yuca son más pequeños que los del almidón de papa y son más resistentes a los
procesos que implican altas temperaturas como la esterilización y fragmentación.
Módulo
Recepción Materias Primas En Báscula De La Planta Extractora
48
El almidón de la yuca presenta además una mayor viscosidad después de calentamiento, lo que es de gran
utilidad para la obtención de productos alimenticios y culinarios. El almidón de la yuca posee una excelente
claridad lo que lo hace ideal para el desarrollo de geles transparentes. De igual manera su resistencia al
congelamiento tiene aplicaciones importantes en otro tipo de industrias. El almidón de yuca es también utilizado
en la fabricación de papel, como lubricante en la perforación de pozos petroleros, en la industria textil y en la
producción de dextrinas para la elaboración de pegantes (Baguma, 2004).
En la actualidad el almidón de yuca ha cobrado un renovado interés industrial, particularmente en el sector de
biocombustibles, por cuanto a partir de la degradación del almidón y la fermentación de los azúcares que lo
forman se puede producir bioetanol.
3. El potencial de la yuca en Colombia para producción de bioetanol
Colombia es el tercer productor de yuca en América, después de Brasil y Paraguay, con una producción de 2
millones de toneladas al año. En el 2008 el área total cultivada en Colombia fue de 182.465 hectáreas, con una
producción total de 1.994.741 toneladas y un rendimiento promedio de 10.9 toneladas por hectárea.
De acuerdo con los investigadores, los rendimientos obtenidos en Urabá compiten con estándares
internacionales. Sin embargo, el Consorcio Latinoamericano y del Caribe de Apoyo a la Investigación y al
Desarrollo de la Yuca ―Clayuca―, viene desarrollando nuevas variedades de alto rendimiento y evaluando
su producción en diferentes regiones de Colombia, alcanzando los mejores rendimientos con las variedades
CM9460-9, SM3134-5 y SM1433-4 ―con 49.3, 55.4 y 84 toneladas por hectárea, respectivamente.
Recepción Materias Primas En Báscula De La Planta Extractora
49
Módulo
En la India y Tailandia se alcanzan rendimientos de 25 toneladas por hectárea. Cada hectárea estaría en
capacidad de producir 5 mil litros de alcohol carburante, una cifra comparativamente alta frente a otras fuentes
de biomasa.
Sesión 11. Planta productora de bioetanol a partir de almidones
Para el caso Colombia, revisaremos una planta productora de bioetanol a partir de yuca amarga.
El almidón líquido de la yuca puede ser fermentado mediante la utilización de levaduras en combinación con
cultivos bacterianos. Se estima que a través de este proceso se puede llegar a obtener hasta 280 litros de
etanol al 96%, a partir de una tonelada de yuca con un 30% de almidón (FAO, 2006).
Las ventajas comparativas del empleo del almidón de yuca para la producción de bioetanol son diversas. La
yuca tiene una alta tasa de asimilación de carbono fotosintético, igualmente posee una alta temperatura óptima
para la fotosíntesis (45 oC). Se ha reportado que la yuca presenta una de las mayores tasas de asimilación
de CO2 a sacarosa dentro de los vegetales (Angelov et ál., 1993; Edwards et ál., 1990). La siguiente figura
muestra un esquema detallado de los procesos de producción de Bioetanol a partir de yuca.
Módulo
Recepción Materias Primas En Báscula De La Planta Extractora
50
Figura 25. Proceso de producción de Bioetanol a partir de yuca Fuente: Conferencia: Experiencias en la Producción de
Bioetanol a partir de Yuca, Consorcio Latinoamericano y del Caribe de Apoyo a la Investigación y al Desarrollo de la Yuca,
2009
Módulo
Recepción Materias Primas En Báscula De La Planta Extractora
51
Módulo
Recepción Materias Primas En Báscula De La Planta Extractora
52
Módulo
Recepción Materias Primas En Báscula De La Planta Extractora
53
Sesión 12. Recepción de yuca
En el proceso de producción de etanol a partir de yuca, la zona de recepción materias primas es muy similar al
proceso de la remolacha. La materia prima se pesa, descarga en zonas de almacenamiento y posteriormente
pasa por un sistema de lavado para quitarle impurezas. A continuación se muestras algunas figuras que
ilustran el proceso de recepción de yuca en el complejo agroindustrial de Cantaclaro del grupo GPC en Puerto
López, Meta.
Módulo
Recepción Materias Primas En Báscula De La Planta Extractora
54
Figura 26. Zona de descargue de yuca
Figura 27. Bandas trasportadoras de yuca
Figura 28. Zona de lavado de yucas
Variedades
Tiempo entre la siembra y la primer
cosecha
Clima y suelo
Formas de siembra
Enfermedades
Fertilización
Riego
Características del producto que se
cosecha
Aspectos importantes de su cosecha
Cultivo de caña
de azúcar
Cultivo de
Remolacha
Cultivo de
yuca
55
Recepción Materias Primas En Báscula De La Planta Extractora
Nombre técnico
Nombres que recibe en diferentes
países
Cultivo palma de
aceite
Módulo
Aspectos