Es necesario para definir la función de un proceso conocer detalladamente las operaciones unitarias que la conforman, las conexiones de materiales y energía
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existentes entre ellas y la extensión del mismo. La función principal del proceso analizado es la producción de azúcar orgánico a partir de la caña de azúcar cultivada bajo condiciones ecológicas.
El sistema está en correspondencia al ciclo de vida del proceso de obtención de azúcar crudo que se divide en tres etapas: Agrícola, Industrial, Distribución y Consumo (Contreras, 2007)
La Etapa Agrícola contempla todos los procesos agrícolas desde la preparación de la tierra, siembra de la caña, atenciones culturales, hasta la cosecha y traslado desde las áreas productivas hasta la industria. El cultivo de la caña de azúcar se realiza bajo condiciones ecológicas para que no aporte ningún elemento que afecte la condición del producto final. En la agricultura ecológica se prohíbe el uso de herbicidas, fertilizantes, las atenciones culturales se manejan de forma tal que se conviertan en labores de control de malezas y la cosecha se realiza preferiblemente manual.
En la preparación del suelo es aplicada una dosis de compost o materia orgánica directamente al surco para mejorar la calidad del mismo. La siembra se realiza utilizando 2 tipos de semilla: la registrada (producida en el centro de semilla registrada) y la certificada (producida en los bloques de semilla certificada ubicados en las unidades de producción) (2012 UEB).
La fertilización es cubierta con materia orgánica (compost) para incorporar nutrientes al suelo y como bioestimulantes se utiliza el Enerplant (producto permitido dentro del reglamento de la firma certificadora); los cuales disminuyen la acidez del suelo e incrementan el contenido de fósforo.
Para el control de plagas y enfermedades se le hace un rastreo semanal a cada campo y si es detectada alguna anomalía se aplican medios biológicos de control como la mosca Lixophaga diatraea, especialmente para el Bórer que es la plaga principal. El control de malezas se realiza mediante el desyerbe con tracción animal y/o manual, no descartándose la posibilidad del uso de maquinarias en situaciones extremas (Estrada, 2011).
La cosecha se efectúa enmarcada en el período óptimo de maduración. La misma es mecanizada según la estrategia confeccionada para su corte en la que se tiene en cuenta la cepa, tipo de suelo, variedad y edad de la caña. Finalmente, antes de ser enviada a la industria la caña de azúcar recibe un beneficio en un centro de limpieza
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con el objetivo de reducir el contenido de materias extrañas (paja, tierras, cogollos) y lograr mayor rendimiento en la etapa industrial.
La Etapa Industrial comienza con la extracción del jugo de la fibra hasta la elaboración del azúcar (producto principal del proceso) con las especificaciones de calidad requeridas como se resumen en la Tabla 2.1 (ANEXO 4). En ésta, es de vital importancia conocer el proceso en su totalidad, las operaciones unitarias que se realizan y las conexiones de materiales y energía existentes entre ellas.
La caña procedente del centro de limpieza es descargada de los carros del ferrocarril sobre la estera alimentadora, aquí se encuentra el gallego o nivelador encargado de acondicionar el colchón de caña antes de llegar a las cuchillas. Las cuchillas son el primer equipo preparador de la caña. Existen dos juegos de cuchillas para garantizar una correcta preparación que facilite la extracción del jugo en el tándem.
El tándem está formado por un molino desmenuzador y cuatro molinos de tres masas, totalmente electrificado. A la entrada del cuarto molino se alimenta agua de imbibición (70 oC) en una proporción aproximada al doble de la fibra, el jugo que se extrae en este molino es recirculado al tercero, el de este al segundo y así sucesivamente hasta llegar al primer molino. La unión del jugo extraído (jugo primario) en el molino desmenuzador y primer molino pasa por un colador rotatorio para eliminar el bagacillo en suspensión y cualquier otra impureza presente; pasando al proceso de purificación como jugo mezclado. Además, se produce bagazo, una parte de éste último se envía a las calderas mediante conductores para generar energía calorífica tanto para los consumos propios del proceso como para la producción de energía eléctrica y la otra es almacenada.
La estación de purificación cuenta con la operación de calentamiento, alcalización, filtración y clarificación del jugo. El jugo es calentado (aproximadamente hasta 102 °C) para facilitar la formación del lodo en el clarificador e impedir el desarrollo microbiano. En la alcalización se utiliza hidróxido de calcio (Ca(OH)2) para facilitar la reacción de éste con el fosfórico presente en el jugo y lograr la formación del fosfato tricálcico (Ca3(PO4)2), precipitado que representa los núcleos de sedimentación en el clarificador (flóculos). En esta etapa se obtiene jugo clarificado y un sedimento denominado lodo del clarificador.
Para que no se produzca revolturas en el clarificador y no se afecte la sedimentación es necesario mantener el flujo constante, la temperatura entre 102-105 °C, el pH entre
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6.6-7.0 y no producirse retención de lodo. El jugo clarificado se somete a una doble filtración incorporándose a los coladores parabólicos por reboso del clarificador y pasa a la etapa de evaporación.
El lodo del clarificador es sometido a un proceso de filtración para recuperar la sacarosa retenida en el mismo. Para dar consistencia a la torta a filtrar se le añade bagacillo y se utiliza agua contaminada o vegetal proveniente del cuarto vaso evaporador del múltiple efecto. Como productos de esta etapa se tiene el jugo filtrado que se incorpora al tanque del jugo mezclado y la cachaza; esta última se destina a la fabricación del compost empleado en la agricultura como fertilizante orgánico.
Una vez eliminada una gran cantidad de impurezas contenidas en el jugo es necesario eliminar el agua mediante la evaporación de la misma. La estación de evaporación cuenta con dos vasos pre-evaporadores y un cuádruple efecto donde se evapora cerca del 70% del agua contenida en el jugo. A la salida del último vaso evaporador se obtiene meladura con una concentración entre 60-65 oBx. La meladura es filtrada en un filtro de meladura y pasa a la etapa de cocción-cristalización.
El esquema de cocción usado es el de doble semilla donde se obtiene masa cocida A (MCA) y masa cocida B (MCB). Ambas masas son descargadas en los cristalizadores correspondientes para agotar al máximo la miel que rodea los cristales de azúcar, esta operación se acelera enfriando las masas cocidas en los cristalizadores con agua y aire. Después de transcurridas ocho horas aproximadamente ambas masas son centrifugadas para separan los cristales de azúcar de sus respectivas mieles. El azúcar A es el producto principal del proceso y la Miel B es un co-producto del mismo. El azúcar B es utilizada como pie de semilla para la fabricación de MCA y la miel A se emplea en la preparación de la MCB.
El azúcar A, lavada convenientemente con agua a presión (80 OC), se descarga en los sinfines que la transportan hasta el secador; en éste se disminuye la humedad del azúcar desde 1% hasta valores inferiores a 0.10% para lo cual se pone en contacto el azúcar con aire caliente que evapora la humedad que trae a la salida de la centrífuga. Una vez que el azúcar es secado y enfriado se hace pasar por los imanes para separarle las partículas ferromagnéticas que pueden estar presentes y seguidamente se eliminan los granos con tamaño de partículas superiores a lo establecido por norma en la tamizadora donde sale el azúcar lista para ser envasada (sacos de 25 kg) y disponer su distribución y consumo.
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La Etapa Distribución y Consumo se enmarca desde la salida del producto final, su transportación, hasta el consumo y disposición final del mismo por parte del consumidor.
En la Figura 2.1 se representa el modelo del ciclo de vida del proceso en estudio, enmarcándose en la etapa agrícola e industrial. En el mismo se especifican las corrientes de entradas (consumo de materiales y recursos) y salidas (productos, co- productos y emisiones) que se producen.
Figura 2.1 Modelo del ciclo de vida del proceso de azúcar orgánico en la UEB “Carlos Baliño”
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Los escenarios a evaluar responden a los períodos de producción (conocidos como zafras azucareras) 2010 y 2012.