REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA. … · MONOGRAFIA EXTENSION CENTRALES PANELEROS Aspectos...

REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA.UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL DEL

TACHIRA.VICERRECTORADO ACADEMICO

DEPARTAMENTO DE INGENIERIA ELECTRONICA.

MONOGRAFIA EXTENSION

CENTRALES PANELEROSAspectos Generales

Ing. Tito González.

Becario Académico.

07 de Junio del 2005

Monografía Extensión, Centrales Paneleros 2 de 51

Prefacio.

Este trabajo se realiza por requerimiento del programa Becario Académico (BecA), Eje

Longitudinal, Proyecto Extensión, como herramienta de evaluación de la Función Social que

permitirá cuantificar las habilidades del BecA en el desarrollo de actividades comunitarias internas

y externas que le permitirán involucrarse con su rol de transformador y promotor del desarrollo

social y colectivo con el objeto de buscar soluciones a problemas del entorno en el que se

desenvuelve.

El presente material es la recopilación de información sobre los aspectos tecnológicos de una

actividad agrícola de gran extensión tanto por su volumen de cultivo, como por la relevancia

económica que representa a manera de medio de sustento de vida e ingresos económicos para el

grupo campesino de los habitantes del Estado Táchira.



Indice.

Resumen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

1. Proceso Tecnológico General de Elaboración de Panelas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111.1. Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

2. Descripción de la Materia Prima . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152.1. Composición Química General de la Caña . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

2.1.1. Polisacáridos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162.1.2. Fibra . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162.1.3. Otros compuestos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162.1.4. Acidos orgánicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162.1.5. Compuestos no azúcares-nitrogenados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162.1.6. Lípidos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162.1.7. Compuestos cromáticos (pigmentos) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172.1.8. Compuestos de la caña que pueden desarrollar color . . . . . . . . . . . . . . . . 172.1.9. Compuestos inorgánicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

2.2. Los Azucares de la Panela . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172.2.1. Glucosa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182.2.2. Fructosa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 192.2.3. Sacarosa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 192.2.4. Propiedades físicas y químicas importantes de los azúcares . . . . . . . . . . . 20

2.2.4.1. Densidad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 202.2.4.2. Peso específico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 202.2.4.3. Gravedad específica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 202.2.4.4. Actividad óptica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 212.2.4.5 Inversión de la sacarosa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 212.2.4.6. Polarimetría . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 222.2.4.7. Sacarímetro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 222.2.4.8. Reflexión y Refracción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 222.2.4.9. Indice de refracción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 222.2.4.10. Grados Brix . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 232.2.4.11. Métodos para determinar el contenido de azúcares . . . . . . . . . 232.2.4.12. Características de los jugos sin clarificar . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

3. Madurez, Cosecha, Transporte y Apronte de la Caña . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 253.1. Definiciones básicas generales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

3.1.1 Caña . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 253.1.2. Paja . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 253.1.3. Fibra . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 253.1.4. Jugo absoluto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 263.1.5. Bagazo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26


3.1.6. Jugo residual . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 263.1.7. Grados Brix . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 263.1.8. Pol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 263.1.9. Pureza . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 263.1.10. Peso normal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 263.1.11. Riqueza. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

3.2. Corte. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 273.3. Transporte y Apronte. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

4. Extracción del jugo de caña, Molinos paneleros . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 334.1. Generalidades y Funcionamiento. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 334.2. Clasificación de los molinos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 344.3. Rendimiento de los Molinos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35

4.3.1. Capacidad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 354.3.2. Extracción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 364.3.3. Consumo de Potencia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 374.3.4. Factores que influyen el desempeño de los molinos paneleros . . . . . . . . . 37

4.3.4.1. Tamaño del molino . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 384.3.4.2. Velocidad del molino . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 384.3.4.3. Contenido de fibra de la caña . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 384.3.4.4. Número de mazas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 394.3.4.5. Ranurado de las mazas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 394.3.4.6. Factor humano . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 404.3.4.7. Montaje del molino panelero . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40

4.3.5. Mantenimiento del molino . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 404.3.6. Fuentes de energía para los molinos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42

5. Hornillas Paneleras. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 435.1. Partes de la hornilla panelera. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43

5.1.1. Cámara de combustión. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 435.1.2. Selección de cámaras. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 445.1.3. Materiales utilizados en la construcción de las cámaras. . . . . . . . . . . . . . 455.1.4. Ducto de humos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45

5.1.4.1. Materiales y construcción del ducto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 455.1.4.2. Chimenea . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46

5.1.5. Pailas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 475.1.5.1. Selección de las pailas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47

5.2. Clasificación de las hornillas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 475.2.1. Combustión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48

5.2.1.1. Secado del bagazo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 485.2.2. Composición de los gases de combustión. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49

5.3. Procesos de los Jugos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49

6. Conclusiones. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51


Resumen.

La presente monografía busca realizar una recopilación de la informaciónconcerniente al proceso de fabricación de la “Panela o Papelón” que podría ser identificada mascomúnmente como “Azúcar Morena” en forma no granulada.

Se describe aquí todo el proceso productivo desde el corte o cosecha hasta que se obtiene elproducto final que es la panela, nombre con el cual se le conoce en el Estado Táchira. Por supuesto,como todo proceso productivo son múltiples los pasos y tecnologías involucradas, artesanales en sumayoría, además del conocimiento necesario por parte del productor, a efecto de lograr la mas altatasa de producción y rendimiento por parte de la cosecha.

No solamente se tratan los aspectos laborales de recolección y procesamiento manual de lacaña de azúcar, y el cuidado que se debe tener en cada uno de los pasos, se enuncian también losaspectos químicos y físicos involucrados en el proceso de producción, se presenta y discute desdela composición química del jugo o savia de la caña de azúcar, hasta las características que deberíareunir el producto final.



Introducción.

La FAO registra la panela como "azúcar no centrifugado". La panela recibe diversasdenominaciones; se le conoce como Gur en la India Pakista, Raspadura en Brasil y Ecuador,Chancaca en Perú, Papelón en Mexico, Guatemala y otros paises de Centroamérica.

Entre los grupos se nutrientes esenciales de la panela deben mencionarse el agua , loscarbohidratos, los minerales , las proteinas , las vitaminas y las grasas. En la panela se encuentrancantidades notables de sales minerales, las cuales son cinco veces mayores que las del azúcarmoscabado y 50 veces más que las del azúcar refinado. Entre los principales minerales que contienela panela figuran: el calcio Ca, potasio K, magnesio Mg, cobre Cu, Hierro Fe y fósforo P, comotambién trazas de fluor F y selenio Se.

La Panela es un producto obtenido de la evaporación de los jugos de la caña y laconsiguiente cristalización de la sacarosa que contiene minerales y vitaminas. Esta se puede utilizarpara la industria alimenticia en la fabricación de productos alimenticios, además como proveedorade insumos para otras industrias y para la industria farmacéutica.

Como se puede apreciar de lo anteriormente indicado, la Panela es un alimento con un altovalor nutritivo en comparación con el azúcar refinado que se expende en el mercado local. Motivadoa esta situación y al hecho de que el Estado Táchira tiene una elevada concentración de trapices ocentrales paneleros en su geografía, se considera fundamental que la UNET siendo administradoraen sus unidades de producción agropecuaria de varios centrales paneleros, mejore los procesosproductivos existentes y genere nueva tecnología por medio de la creación de grupos investigaciónmultidisciplinarios donde converjan diferentes disciplinas ingenieriles que aporten nuevassoluciones a los problemas planteados actualmente, con el objetivo final de generar conocimientosque se difundan entre los diferentes productores de este rubro agropecuario en la zona Andina.



1. Proceso Tecnológico General de Elaboración de Panelas.

1.1. Introducción

El término "beneficio" incluye el conjunto de acciones posteriores al corte de la caña queconducen a la producción de panela, según el siguiente esquema: apronte, molienda, limpieza,clarificación y encalado, evaporación y concentración de las mieles, punteo y batido, moldeo,enfriamiento, empaque y embalaje, operaciones cuya secuencia se muestra en la Figura 1.1.

El sitio destinado a albergar estos procesos se denomina "trapiche", allí se encuentran los

equipos de extracción de jugos (molinos), los equipos de evaporación de agua de los jugos (hornilla)

Fig. 1.1. Esquema general de la producción de panela.


y las áreas de moldeo y empaque de la panela, y las bagaceras para el secado y almacenamiento delbagazo.

En el capítulo tercero se describirán con detalle las operaciones de cosecha, corte y apronte(almacenamiento). En la etapa conocida como "molienda" (Capítulo 4) se procede a la extracciónde jugos mediante la compresión física de la caña en los rodillos o mazas del molino, lo cualpropicia la salida del contenido líquido de los tallos, obteniéndose además el bagazo; el primero esla materia prima que se destina a la producción de panela, mientras el segundo se emplea comomaterial combustible.

El bagazo obtenido se denomina "bagazo verde" por su humedad, usualmente entre 50 y60%, la cual depende del grado de extracción del molino. Este bagazo se lleva a las bagaceras dondese almacena hasta lograr una humedad inferior a 30%, valor necesario en la mayoría de las cámarasde combustión de las hornillas para poder utilizarlo. Además de servir como fuente energética, elbagazo se puede hidrolizar para usarlo como fuente de fibra en la nutrición animal.

La cantidad de jugo que se obtiene depende de las condiciones de operación del molino yde la composición de la caña, en términos de fibra, humedad y contenido de sólidos totales (solublese insolubles). El jugo recuperado durante la extracción, que se conoce como "jugo crudo" o "jugosin clarificar", se pasa en frío a través de dispositivos de prelimpieza que actúan por decantación conel fin de retener la mayor cantidad de impurezas gruesas y así facilitar el proceso de clarificación.Este jugo pasa a un tanque de almacenamiento o directamente a la paila "recibidora".

La fase de clarificación tiene lugar en caliente, en la paila recibidora o "descachazadora",donde se adicionan los agentes clarificantes a los jugos. Los más usados son los mucílagos vegetalesobtenidos de la maceración de las cortezas de los arbustos de balso, cadillo y/o guásimo; la limpiezade los jugos ocurre gracias a la acción combinada del calentamiento que dispensa la hornilla y elefecto aglutinante de ciertos polímeros celulósicos contenidos en esas cortezas. La etapa declarificación debe realizarse bajo ciertas condiciones de tiempo y temperatura, y de su eficienciadepende en gran parte la calidad del producto terminado. En esta fase del proceso se obtiene lacachaza, una masa homogénea que flota sobre el jugo y permite su separación manual; estesubproducto puede ser utilizado en la alimentación animal. En el "encalado", la última fase de lalimpieza, se adiciona cal con el objeto de hacer flotar la materia orgánica remanente, regular el pHde los jugos, evitar la hidrólisis de la sacarosa y mejorar el "grano" y dureza de la panela; estaoperación debe tener un riguroso control puesto que el exceso o deficiencia de cal deteriora lacalidad y viabilidad de la panela.

Terminada la clarificación, se inicia la fase de evaporación del agua y concentración de losjugos en pailas destinadas a tal fin (hasta tres, dependiendo del volumen de jugo que es necesarioconcentrar); se persigue aumentar la concentración de sólidos (azúcares) en los jugos para hacerfactibles la consolidación y el moldeo de la panela. Cuando los jugos alcanzan un contenido desólidos solubles cercano a los 70/B (grados Brix), adquieren el nombre de "mieles" y se inicia la fasede concentración. En este punto se adiciona aceite de higuerilla, cebo o cera de laurel que cumplenfunciones de lubricantes y antiespumantes. La concentración finaliza cuando se alcanza el "puntode panela", el cual se logra a temperaturas entre 120 y 125/C, con un contenido de sólidos solublesde 90 a 92/B.


La panela proveniente de la hornilla se deposita en una batea. Allí, por acción de un batidointensivo e intermitente, las mieles se enfrían, pierden su capacidad de adherencia y adquieren latextura necesaria para el moldeo. Éste se realiza panela por panela con moldes individuales o enlotes de 80 a 200 panelas en las denominadas "gaveras" o moldes múltiples; la panela se solidificay adquiere su forma definitiva que puede ser redonda, cuadrada, en pastillas, etc. y de diferentespesos. Ya frío, el producto se pasa a empaque; los más comunes son la hoja seca de caña y la cajade cartón.A finales de la década del noventa se desarrolló la metodología para la producción de una nuevaforma de presentación de la panela, la panela granulada. Esta forma, altamente soluble, fácil deempacar, de utilizar y de conservar, se destina a procesos industriales, al consumo doméstico y a la"panela médica" para cicatrización de heridas; representa una innovación orientada a recuperarmercados perdidos y alcanzar nuevos mercados nacionales e internacionales.



2. Descripción de la Materia Prima.

La caña es una gramínea del género Saccharum originaria de Nueva Guinea que fue traídaa América por Cristóbal Colón hacia 1502 y hasta el presente ha sido extensamente cultivada en laszonas tropicales y subtropicales del continente. Su forma es erecta y posee tallos cilíndricos de 2 a5 metros de altura, un diámetro variable de 2 a 4 cm y entrenudos pronunciados sobre los cuales seinsertan alternadamente hojas largas y delgadas. Su reproducción es agámica y sus raíces muyramificadas. Consta de una parte exterior formada por la corteza, comúnmente cubierta de una capade cera de grosor variable que contiene el material colorante; a continuación se encuentra la porcióninterna constituida por el parénquima y los paquetes fibrovasculares dispuestos longitudinalmentey que terminan en las hojas y las yemas. Su crecimiento y desarrollo dependen de la luminosidadsolar, la temperatura ambiental, la precipitación, los vientos y las variedades cultivadas.

La composición fisicoquímica difiere entre los países y entre las diversas localidades de unmismo país debido al tipo de cultivo, las condiciones del clima, el carácter del suelo, la edad y losdiferentes ecotipos. El jugo de la caña o "guarapo" fundamentalmente lo constituyen azúcares,minerales, proteínas, gomas, polisacáridos, ácidos orgánicos y componentes misceláneos de menorimportancia, los cuales son extraídos mediante la molienda. En este capítulo se asume como materiaprima, tanto la caña panelera en sí, como los jugos extraídos de ella después de la molienda.

2.1. Composición Química General de la Caña.

La caña está compuesta por agua y una parte sólida de fibra y sólidos solubles; entre éstossobresalen los azúcares como la sacarosa, la glucosa y la fructosa; posee así mismo, compuestosmenores como minerales, proteínas, ceras, grasas y ácidos que pueden hallarse en forma libre ocombinada. La proporción en la que se encuentra cada uno de estos compuestos está determinadapor la variedad, el tipo de suelo, el manejo agronómico, la edad, los factores climáticos, etc., cuyainteracción dificulta obtener un producto homogéneo.

Los azúcares se clasifican químicamente como carbohidratos y se caracterizan por sercompuestos de carbono combinados con oxígeno e hidrógeno en las proporciones que se requierenpara formar moléculas de agua. Entre los sólidos solubles de la caña sobresale la sacarosa, el azúcarprincipal; otros azúcares que se encuentran en concentraciones sustanciales son los llamados"reductores" o "invertidos" representados por la fructosa y la glucosa. Un apartado específico trataráacerca de los azúcares de la panela en este mismo capítulo.

El proceso de hidrólisis o rompimiento de la molécula de sacarosa (estructuralmente, undisacárido) en dos moléculas de cadena más corta -la glucosa (dextrosa) y la fructuosa (levulosa)-,se conoce como "inversión de la sacarosa", ya que produce un cambio de la actividad ópticadextrógira propia de la sacarosa a una actividad levógira neta a 20D - 39.7/. Este fenómeno se iniciaen la misma planta de caña, pero se acelera después del corte por efectos de la temperatura ambientey el pH. La sacarosa es estable en medio alcalino, mientras que los azúcares reductores lo son enmedio ácido. En la planta la sacarosa se sintetiza y acumula de abajo hacia arriba y su contenidoaumenta con el tiempo hasta alcanzar un nivel óptimo conocido como madurez. Una vez madura lacaña, se inicia el proceso de inversión de la sacarosa; cada variedad alcanza la madurez en una edad


diferente.

2.1.1. Polisacáridos.

Están constituidos principalmente por el almidón que se encuentra en el protoplasma de lashojas y en el extremo de los tallos de la caña. Su presencia disminuye la facilidad de clarificaciónde guarapos, debido a su alta solubilidad en caliente.

2.1.2. Fibra.

Este material en la caña está constituido principalmente por celulosa, pentosanas, lignina ycenizas.

2.1.3. Otros compuestos.

Entre éstos se cuentan los ácidos orgánicos, los no-azúcares nitrogenados, los lípidos, losmateriales colorantes o no-azúcares coloreados y los minerales. La concentración promedia de estegrupo de compuestos es bajo, generalmente no excede 1,0% del total.

2.1.4. Acidos orgánicos.

Los ácidos orgánicos identificados en el jugo de la caña son los siguientes: acotínico, málico,oxálico, cítrico, succínico y fumárico. De estos, el ácido acotínico es el que se encuentra en mayorproporción; aparentemente se acumula por su acción amortiguadora del pH con el propósito deregular la acidez de la savia.

2.1.5. Compuestos no azúcares-nitrogenados.

El nitrógeno total presente en la caña varía entre 0,036 y 0,05%, encontrándose la mayorparte en las hojas y puntas del tallo (cogollo) de la caña. Los más importantes son las proteínas,sustancias complejas de alto peso molecular, y los aminoácidos que son las unidades que constituyenla proteína. En el jugo de caña se han identificado las siguientes proteínas: albúminas, nucleínas ypeptonas. Los principales aminoácidos presentes en el jugo de la caña son: ácido aspártico, ácidoglutámico y alanina.

2.1.6. Lípidos.

Corresponden a las grasas y ceras; son constituyentes indeseables del jugo, por lo que seintenta eliminarlos parcialmente en la clarificación. El contenido de lípidos totales de la caña en base


seca es de 0,69% en las hojas, 0,38% en los tallos, 0,54% en las raíces y 2,01% en las semillas.

2.1.7. Compuestos cromáticos (pigmentos).

Los pigmentos son los responsables del color del jugo. Se clasifican en cuatro grupos:clorofilas, xantofilas, carotenos y antocianinas. Los tres primeros son insolubles en solucionesazucaradas. Las clorofilas son responsables del color verde, mientras las xantofilas y carotenos, delas coloraciones amarillas. Las antocianinas son solubles en soluciones azucaradas y producentonalidades azules, rojas o violetas dependiendo del pH del jugo.

2.1.8. Compuestos de la caña que pueden desarrollar color.

Son aquellos que por su reacción o combinación con otras sustancias forman materialcolorante. Se pueden clasificar en dos grupos: polifenoles y amino-compuestos. Los polifenolesreaccionan con el hierro y el oxígeno para dar origen a compuestos de color oscuro, especialmenteen soluciones alcalinas. Los amino-compuestos reaccionan con los azúcares reductores presentesformando compuestos coloreados.

2.1.9. Compuestos inorgánicos.

Se conocen comúnmente como minerales y su concentración en el jugo varía dependiendodel tipo de suelo, el esquema de fertilización y la variedad de caña cultivada. Los principales son:sílice (SiO2), potasio (K2O), soda (Na2O), cal (CaO), magnesio (MgO), hierro (Fe2O3), ácidofosfórico (P2O5), ácido sulfúrico (S2O3) y cloro (Cl).

2.2. Los Azucares de la Panela.

La panela es un producto alimenticio, obtenido a partir del proceso de evaporación de losjugos de la caña de azúcar. Se utiliza como bebida o como edulcorante. La panela, es un productomuy importante desde dos puntos de vista: El primero de ellos es el impacto socioeconómico de laproducción de panela; mundialmente cerca de treinta países producen panela, esto redunda en laimportancia de la cadena productiva como fuente de empleo. El segundo aspecto relevante se refiereal consumo, esto indica que es un producto muy elemental en la canasta familiar a lo que se sumansus beneficios nutricionales, ya que la panela es una fuente importante de energía, debida a sucontenido de azúcares.

La panela posee principalmente tres azúcares importantes para la dieta humana: dosmonosacáridos (la glucosa y la fructosa), y la sacarosa, un disacárido. Los azúcares son sustanciasque se caracterizan por su sabor dulce, están presentes en las frutas, en el sorgo, en el maíz, en laremolacha, en la caña, gracias al proceso de fotosíntesis de las plantas y en otros productos naturalescomo la miel de abejas. Igualmente se encuentran en productos no naturales como confites, pasteles,conservas, bebidas alcohólicas y no alcohólicas, y muchos otros alimentos.


Los azúcares son compuestos químicos que se disuelven en agua con facilidad, son incolorose inodoros y se aíslan a partir de fuentes naturales, presentándose con la fórmula general Cx(H2O),por lo que anteriormente eran considerados como hidratos de carbono; no obstante, dichadenominación no es adecuada a sus características, por lo que se les dio el nombre de carbohidratos,los cuales están ampliamente distribuidos en vegetales y animales, donde desempeñan funcionesestructurales y metabólicas. Los animales pueden sintetizar algunos carbohidratos a partir de lípidosy proteínas, pero el volumen mayor de los carbohidratos de animales se derivan en última instanciade los vegetales. Los carbohidratos pueden ser:

C Monosacáridos: aquellos que no se hidrolizan en moléculas más sencillas y se subdividenen aldosas o cetosas, según el grupo funcional aldehído o cetona acompañante, y en triosas,tetrosas, pentosas, hexosas, heptosas u octosas, según el número de átomos de carbono queposean: tres, cuatro, cinco, seis, siete u ocho, respectivamente.

C Disacáridos: los cuales producen dos moléculas del mismo o de diferentes monosacáridoscuando se hidrolizan; c) Oligosacáridos que por hidrólisis dan de tres a seis moléculas demonosacáridos y d) Polisacáridos: los carbohidratos que al ser hidrolizados producen másde seis moléculas de monosacáridos.

En general, a todos los monosacáridos, disacáridos y trisacáridos se les denomina azúcarespara distinguirlos de los polisacáridos como el almidón, la celulosa y el glucógeno. Sin embargo a escalaindustrial, el término azúcar hace referencia a los cristales de sacarosa. Los carbohidratos sonsustancias muy importantes para la vida, ya que brindan a los diferentes organismos la energía queles permite desarrollar sus funciones vitales. Por ejemplo, los monosacáridos se absorben en elintestino sin necesidad de digestión previa, por lo que son una fuente muy rápida de energía,mientras que los demás carbohidratos, como la sacarosa, deben ser transformados en azúcaressencillos mediante procesos metabólicos propios de los seres vivos para ser asimilados.

2.2.1. Glucosa

La glucosa es el carbohidrato más importante en el ámbito fisiológico, debido a que la mayorparte de los carbohidratos contenidos en los alimentos pasan al torrente sanguíneo en forma deglucosa o ésta es convertida en el hígado y a partir de ella pueden formarse los demás carbohidratosen el cuerpo con funciones altamente específicas, por ejemplo, el glucógeno para almacenaje, laribosa como parte fundamental de los ácidos nucleicos o la galactosa presente en la leche. Estambién el combustible principal de los mamíferos y un combustible universal para el feto. Es elmonosacárido más común y abundante, así como el principal nutriente de las células del cuerpohumano a las que llega a través de la sangre. Comúnmente no se encuentra en los alimentos enestado libre, salvo en la miel y algunas frutas, sino que suele formar parte de cadenas de almidóno disacáridos.

En los vegetales, la glucosa es el azúcar sencillo más importante en la naturaleza y essintetizada en la fotosíntesis a partir de bióxido de carbono y agua y almacenada como almidón oconvertida a celulosa, para formar parte de la estructura de soporte vegetal. La glucosa es unaaldohexosa, es decir un aldehído de seis carbonos, y se le conoce como azúcar de maíz, de uva y


azúcar de la sangre. Tiene como fórmula empírica C6H12O6 y peso molecular de 180,2 g/mol y esópticamente activa al igual que la sacarosa. Hace girar el plano de la luz polarizada hacía la derechapor lo tanto es dextrógira, propiedad importante para su determinación. La glucosa es soluble enetanol, poco soluble en agua e insoluble en éter, se presenta como un sólido blanco y su poderedulcorante es menor que el de la sacarosa.

La glucosa que se encuentra en la panela, se deriva de la contenida en la caña de azúcar. Aedad temprana de la caña el contenido de glucosa es alto, pero disminuye a medida que se acercaal período de madurez, de allí la importancia de elegir correctamente el momento de corte de la cañapara producción de panela.

2.2.2. Fructosa.

Se encuentra distribuida en las frutas por lo tanto es llamada azúcar de las frutas. Es másdulce que la glucosa y la sacarosa. Es una cetohexosa, es decir una cetona de seis carbonos, conigual formula empírica y peso molecular que la glucosa, C6H12O6 y 180,2 g/mol respectivamente.Al igual que la glucosa y la sacarosa es ópticamente activa, pero a diferencia de ellas, hace girar elplano de la luz polarizada hacía la izquierda, por lo tanto es levógira. Es muy soluble en agua y pocoen etanol. La fructosa se encuentra en la panela, gracias a su presencia en la caña de azúcar. Abundaen las partes de crecimiento de la planta de caña y es deficiente en la parte inferior del tallo y en lasraíces.

El contenido de fructosa disminuye con la madurez de la caña y muchas veces puede serimposible detectarla en algunas variedades cuando completan su madurez. Sin embargo la cantidadde fructosa, esta determinada por las reacciones químicas que sufre la sacarosa durante el procesode producción de la panela.

Tanto la glucosa como la fructosa tienen la capacidad de reducir, en soluciones alcalinas, elcobre del estado cúprico al estado cuproso y por ende la cantidad de cobre reducido es proporcionala la cantidad de azúcares reductores presentes. Por esto, para determinarlas se hace uso del reactivode Fehling, que esta compuesto por una sal de cobre.

La glucosa es un agente reductor fuerte, capaz de oxidarse en su grupo oxigenado libremientras reducen al reactivo de Fehling. La fructosa tiene las mismas propiedades reductoras,aunque sus reacciones son más lentas, propiedad que es aprovechada para detectar la glucosa cuandose mezcla con la fructosa. La glucosa y la fructosa son obtenidas, en proporciones iguales, a partirde la hidrólisis de la sacarosa.

2.2.3. Sacarosa.

Entre los disacáridos se destaca la sacarosa, compuesta por dos monosacáridos, conocidoscomo azúcares reductores, la Glucosa y la Fructosa, unidos por un enlace glicosídico, esta unión serompe mediante la acción de un enzima llamada invertasa o por hidrólisis con ácidos, liberándosela glucosa y la fructosa para su asimilación directa. Otros disacáridos son la maltosa, formada pordos unidades de glucosa, y la lactosa o azúcar de la leche, formada por una molécula de glucosa y


otra de galactosa.

La sacarosa es un azúcar no reductor por que no contiene grupos aldehído o cetona "libres",debido al enlace glicosídico que los une transformándolos y por ende inhibe dicha propiedad. Tieneformula empírica C12H22O11 y un peso molecular de 342,3 g/mol. Es un compuesto soluble en aguay etanol e insoluble en éter ó cloroformo, es ópticamente activo, y al igual que la glucosa, hace girarel plano de la luz polarizada hacía la derecha (dextrógira) con rotación específica de 66,5º.

La sacarosa, también llamada azúcar de mesa, es el compuesto orgánico de mayorproducción en forma pura, se encuentra en muchos vegetales pero muy pocos la contienen encantidad suficiente para su obtención industrial. En el orden de dichos vegetales, la caña es laprincipal fuente de producción, siguiéndola en orden de importancia la remolacha, el sorgo y elmaíz.

2.2.4. Propiedades físicas y químicas importantes de los azúcares.

Para determinar la cantidad de sacarosa presente en la caña, se hace uso de la polarografía,la refractometría, la cromatografía y de otras técnicas analíticas específicas. Para determinar el estadode la caña, su eficiencia a nivel productivo, su composición, su calidad y la de sus productos, se haceuso de técnicas físicas, químicas y físico-químicas; aprovechando las propiedades inherentes a lassoluciones azucaradas.

2.2.4.1. Densidad.

La densidad es la masa por unidad de volumen, expresada en gramos por mililitro referidosa agua a 4ºC, siendo esta temperatura, la del agua, a su máxima densidad. Las densidades verdaderaso absolutas son de pesos al vacío y las densidades aparentes son de pesos a presión atmosférica.

2.2.4.2. Peso específico.

El peso específico es la relación entre masas de volúmenes iguales de la sustancia y de aguaa temperatura estándar. Así, una densidad específica 20º/20º significa el peso de la sustancia, porejemplo una solución de azúcar, a 20ºC comparada con la del agua a la misma temperatura. Cuandolos pesos se determinan al vacío, la cifra es el peso específico verdadero; si los pesos se determinana presión atmosférica, la cifra representa el peso específico aparente.

2.2.4.3. Gravedad específica.

Es la densidad por la gravedad. Si se toman como referencia masas y volúmenes de igualessustancias, por ejemplo, el agua, bajo condiciones de igual temperatura, se asume que la gravedades constante, por tanto, se puede expresar como m/v. Es decir, que la gravedad específica es referidatanto para la solución como para el agua a 20/C.


Para poder determinar el porcentaje en peso de la sacarosa por métodos densimétricos existeuna equivalencia entre la gravedad específica de las soluciones y la cantidad de sacarosa disuelta.La base de la determinación estriba en que soluciones de otros tipos de azúcar a la mismaconcentración, dan aproximadamente la misma gravedad específica. Este método contiene un factorde error debido a que los materiales dentro del proceso son impuros, y por tanto, tienen sustanciascon diferentes densidades, que falsean la determinación analítica. Las determinaciones densimétricasse realizan por medio de areómetros.

El areómetro es un flotador de vidrio que permite determinar la concentración de los sólidostotales disueltos en una solución. Su funcionamiento se basa en el principio de Arquímedes, "cuandoun cuerpo se sumerge en un líquido desplaza una masa de este igual a la masa del cuerpo que sesumerge". En este equipo la concentración del líquido se puede observar por simple lectura. Elareómetro Brix fue ideado por Balling, quien al observar las distintas gravedades específicas de lassoluciones de sacarosa a diferentes concentraciones, dedujo que al ser la gravedad específicaconstante para una concentración dada, se podía adoptar un areómetro que por simple lectura dierael porcentaje en peso de sacarosa disuelta en una solución. Mide la cantidad de sólidos totalesdisueltos por cada 100 partes de peso de una disolución; este valor es aproximado, pues el equipoesta calibrado para sacarosa pura.

2.2.4.4. Actividad óptica.

Si consideramos la luz como un fenómeno ondulatorio, cuyas vibraciones sonperpendiculares a la dirección de su desplazamiento, encontraremos un número infinito de planosque pasan por la línea de propagación de la luz. La luz ordinaria vibra en todos estos planos. La luzpolarizada, en cambio, es aquella cuyas vibraciones ocurren en uno solo de los planos posibles. Laluz ordinaria se convierte en luz polarizada por medio de un prisma de Nicol.

Una sustancia ópticamente activa es la que rota el plano de la luz polarizada. Es decir, quecuando la luz polarizada, vibrando en un plano determinado, se hace pasar a través de una sustanciaópticamente activa emerge vibrando en un plano diferente. La actividad óptica se mide por el valordel ángulo que gira el plano de luz polarizada al atravesar una sustancia óptimamente activa. Esteángulo se denomina de rotación angular y su magnitud depende de la naturaleza de la sustancia ode la rotación angular específica, del espesor de la sustancia, de la concentración, de la temperaturay de la longitud de onda. El signo de la rotación específica depende del sentido en el cual seadesviada la luz, si es hacia la derecha el signo será positivo y si la luz es desviada a la izquierda, elsigno será negativo. Se determina con un polarímetro.

La glucosa, la fructosa y la sacarosa, son sustancias ópticamente activas. A esta propiedadse debe que, al hidrolizarse la sacarosa, se obtenga como producto una solución con rotaciónespecífica contraria, fenómeno que se denomina "inversión".

2.2.4.5 Inversión de la sacarosa.

Cuando se hidroliza sacarosa con ácido acuoso diluido o por acción de la enzima invertasa,seobtienen cantidades iguales de glucosa y fructosa. La hidrólisis de la sacarosa da una mezcla cruda


que se denomina "azúcar invertida" debido a que la fructosa que se produce es fuertementelevorrotatoria y cambia (invierte) la previa acción dextrorrotatoria de la sacarosa.

2.2.4.6. Polarimetría.

El polarímetro es el equipo que permite determinar el ángulo que una sustancia desvía elplano de la luz polarizada. El equipo consta de siete partes fundamentales: el lente colimador, elprisma polarizador, el prisma de Lippich, el tubo para la muestra, el prisma analizador, la escala yel ocular.

2.2.4.7. Sacarímetro.

El sacarímetro se considera como un polarímetro con ciertas adaptaciones y se utiliza paramedir la concentración de sacarosa y otros azúcares solución. A diferencia del polarímetro, esteinstrumento tiene un sistema de compensación de cuñas de cuarzo y un prisma de Nicol analizadorfijo, el cual debe estar colocado en forma paralela respecto al polarizador. Ofrece como ventaja eluso de la luz blanca como fuente de radiación, y la escala se construye para leer directamente laconcentración de sacarosa. La luz blanca se puede utilizar en el sacarímetro, ya que la dispersiónrotatoria de la sacarosa es igual a la del cuarzo. El cuarzo se presenta en dos formas cristalinas;ambas se diferencian de la luz y se conocen como cuarzo dextro y levo.

Si se coloca una solución de sacarosa en el tubo de polarizar y se lleva al sacarímetro, alpasar un rayo de luz polarizada el plano de luz a través de la solución se desviará hacia la derecha(recordemos que la sacarosa es dextrógira). Para contrarrestar este efecto se coloca un sistema decompensación de cuñas de cuarzo, capaces de corregir el efecto dextro o levógiro que puedeproducir cualquier sustancia óptica sobre el plano de la luz polarizada. El sistema de compensaciónde cuñas de cuarzo, esta unido al tornillo micrométrico y a la escala, por lo tanto, su movimientodetermina la concentración de sacarosa, en /S, de la solución. La determinación de pol se basa enla medición del contenido de sacarosa aparente dado por el giro de polarización de un rayo de luz,el cual es proporcional a la cantidad de sacarosa presente en una solución.

2.2.4.8. Reflexión y Refracción.

Si un rayo de luz que se propaga a través de un medio homogéneo incide sobre la superficiede un segundo medio homogéneo, parte de la luz es reflejada y parte entra como rayo refractado enel segundo medio, donde puede o no ser absorbido. La cantidad de luz reflejada depende de larelación entre los índices de refracción de ambos medios. El plano de incidencia se define como elplano formado por el rayo incidente y la normal (es decir, la línea perpendicular a la superficie delmedio) en el punto de incidencia. El ángulo de incidencia es el ángulo entre el rayo incidente y lanormal. Los ángulos de reflexión y refracción se definen de modo análogo.

2.2.4.9. Indice de refracción.

Es el número adimensional que expresa la relación existente entre la velocidad de la luz en


el aire y la velocidad de la luz en un medio más denso. Si el rayo de luz es de un color determinadoy los dos medios son siempre los mismos la relación entre el seno i del ángulo de incidencia y elseno r del ángulo de refracción es constante, y se le denomina índice de refracción. El índice derefracción varía con la temperatura, con la longitud de onda y es una función de la concentraciónde una disolución. Se determina por medio de refractómetros, que son aparatos ópticos de precisión,pero de sencillo principio operativo y manejo.

2.2.4.10. Grados Brix.

El grado brix constituye el porcentaje de sacarosa en peso, que contiene una solución deazúcar puro. Es el porcentaje de los sólidos totales disueltos en solución o el porcentaje de sólidossolubles los cuales se miden con el refractómetro.

2.2.4.11. Métodos para determinar el contenido de azúcares.

Los azúcares se pueden determinar por diferentes métodos, entre los más importantes están:la cromatografía líquida de alta eficiencia (H.P.L.C), el método gravimétrico (peso) de MunsonWalker y por último y más conocido el volumétrico de Lane y Eynon. Estos dos últimos métodosestán basados en la reducción de las sales metálicas en solución alcalina, comúnmente se usan lassales de cobre. La reacción entre los reactivos no es estequiométrica, de modo que la cantidad decobre reducido depende de las condiciones de la medición. El método más usado en la industriaazucarera es el método volumétrico de Lane y Eynon, que ha sido adoptado por casi todos loscuerpos reglamentarios como ISSCT, AOAC, ICUMSA entre otros.

2.2.4.12. Características de los jugos sin clarificar.

Después de la extracción en molino, el jugo recuperado se conoce como "guarapo crudo" o"jugo sin clarificar". Desde el punto de vista fisicoquímico es un dispersoide compuesto pormateriales de múltiples tamaños, desde partículas gruesas hasta iones y coloides. El material gruesoconsiste principalmente de tierra, residuos vegetales, partículas de bagazo y cera, que se puedenseparar con el uso de los sistemas de prelimpieza. Los coloides presentes en el jugo incluyen losderivados del suelo y los de la caña, y están constituidos principalmente por partículas de tierra,ceras, grasas, proteínas, vitaminas, gomas, pectinas, taninos y material colorante. Su contendido espequeño y fluctúa entre 0,05 y 0,3%. Las dispersiones iónicas y moleculares, están representadaspor los azúcares (sacarosa y reductores) y los constituyentes minerales (calcio, fósforo, potasio,sodio, magnesio, hierro, etc.); las dispersiones se clasifican según su tamaño, así: dispersionesgruesas y suspensiones (las mayores de 0,001 mm) >10-3, soluciones coloidales (entre 0,001 y0,000001 mm) 10-3-10-6 y dispersiones iónicas y moleculares (las menores de 0,000001mm)<10-6.



3. Madurez, Cosecha, Transporte y Apronte de la Caña.

Este documento versa principalmente sobre la elaboración de la panela y otros productosderivados y no sobre los aspectos agronómicos del cultivo de la caña panelera. No obstante, en laépoca de la cosecha, parte de la calidad del producto final depende de la manera como se determinela madurez, la modalidad de corte, la recolección de la caña, su transporte y almacenamiento en eldepósito del trapiche, antes de la extracción de los jugos. En consecuencia, se tratarán esos temasen este capítulo. La principal materia prima para elaborar la panela es la caña de azúcar. Aliniciar el cultivo se deben seleccionar las variedades que mejor se adapten en la zona del cultivo paraobtener mejores rendimientos por hectárea.

El incremento y acumulación del azúcar sacarosa en los tallos de la caña se conoce comomaduración. Desde que es sembrada hasta el corte, el tiempo que demora la caña en madurardepende de las variedades escogidas, las condiciones climáticas y la altura sobre el nivel del mar.El período vegetativo varía entre 10 y 36 meses, pero se cosecha con mayor frecuencia entre 16 y20 meses, generalmente después de 18 meses de sembrada. Durante el desarrollo normal de laplanta, la concentración de azúcares va aumentando desde la parte basal del tallo hasta la parteterminal. Cuando este contenido alcanza un valor máximo, se entiende que el cultivo ha llegado alpunto óptimo de maduración, ya que las cañas poseen la mayor concentración de sacarosa (lamayoría de los sólidos solubles), baja concentración de azúcares reductores (glucosa y fructosa),poca acidez y reducida humedad. El proceso de inversión de la sacarosa se refiere a la hidrólisis orompimiento de dicha molécula en dos moléculas: glucosa y fructuosa, los llamados azúcaresreductores o invertidos.

3.1. Definiciones básicas generales.

A continuación se describen una serie de términos de uso general en al argot del losprofesionales de la caña de azucar.

3.1.1 Caña.

Es la materia prima normalmente suministrada a la fábrica y que comprende la cañapropiamente dicha, la paja, el agua y otras materias extrañas.

3.1.2. Paja.

Está formada por las hojas, cogollos, tallos muertos, raíces, tierra, etc., entregadosnormalmente a la fábrica con la caña limpia.

3.1.3. Fibra.

Es la materia seca, insoluble en agua, de la caña.


3.1.4. Jugo absoluto.

Son todas las materias disueltas en la caña, más el agua total de la caña. Es decir: Jugoabsoluto = Caña - Fibra.

3.1.5. Bagazo.

Es el residuo después de la extracción del jugo de la caña por cualquier medio, molino oprensa. El bagazo comprende pues la fibra y la fracción de jugo que no se ha podido extraer.

3.1.6. Jugo residual.

Es la fracción de jugo que no se ha podido extraer y que queda en el bagazo; se tiene pues:Jugo residual = Bagazo - Fibra.

3.1.7. Grados Brix.

Los grados Brix de una solución es la concentración (expresada en g de concentrado en 100g de solución) de una solución de sacarosa pura en agua, que tiene la misma densidad que lasolución a la misma temperatura. Si se adopta como base de comparación el índice de refracción,en lugar de la densidad, el valor obtenido se designa como "Brix refractométrico". Es evidente quepara soluciones de sacarosa pura en agua, el Brix es igual a la materia seca soluble, pero enpresencia de impurezas solubles, tal cosa no ocurre aunque éste no es generalmente el caso.

3.1.8. Pol.

El pol de una solución es la concentración (expresada en g de solución en 100 g de solución)de una solución sacarosa pura en agua, que tenga el mismo poder rotatorio que la solución a lamisma temperatura. Para las soluciones de sacarosa pura en agua, el pol es la medida de laconcentración en sacarosa; pero en presencia de otras substancias ópticamente activas, no puede sertal y no lo es generalmente. El término pol se emplea en los cálculos como si se tratase de unasustancia real.

3.1.9. Pureza.

Teóricamente, la pureza de una muestra es el porcentaje de sacarosa en las materias solublestotales: entonces tenemos la pureza real. Pero generalmente, cuando se habla de pureza, sinespecificar, se designa la pureza aparente que es el porcentaje de pol en el Brix.

3.1.10. Peso normal.


Es el peso de la muestra igual al peso de azúcar puro que, cuando está disuelto en agua conun valor total de 100 ml a 20ºC da una solución que proporciona una lectura de 100 grados en laescala del sacarímetro, cuando la lectura se hace en un tubo de 200 mm a 20ºC. La escalainternacional corresponde a un peso normal de 26000 g; en Francia los sacarímetros tienen un pesonormal de 20000 g.

3.1.11. Riqueza.

Teóricamente la riqueza azucarada es el porcentaje de sacarosa en la caña. De hecho lo quese mide en los análisis es el pol y no la sacarosa. Por consiguiente, lo que se designa por "riqueza"en la práctica es, en realidad, el porcentaje de pol en la caña: riqueza = pol % caña.

3.2. Corte.

Los máximos rendimientos en panela se obtienen cuando la caña está sazonada antes delcorte. Este estado se alcanza cuando los tallos detienen su velocidad de crecimiento, hacia el finaldel período vegetativo; durante esta época, las oscilaciones de temperatura, la sequía moderada yla necesidad de nitrógeno son los factores que determinan la maduración de la planta.

La edad de corte y las condiciones físicas en que se desarrolla el cultivo cumplen una funciónfundamental en su maduración, así como la variedad de caña cultivada. La edad de corte estáinfluida por la altura sobre el nivel del mar y por la temperatura: al disminuir la altura, latemperatura se eleva y el período vegetativo se reduce; por su parte, al aumentar la altura, baja latemperatura, y se alarga, por tanto, el período vegetativo. Estos factores influyen, en igual forma,en la concentración de sacarosa: a baja altura, la concentración es menor, la cual va aumentando conla altura.

En promedio, se han establecido las siguientes observaciones: entre 0 y 600 m.s.n.m., lacaña madura entre 10 y 12 meses; de 600 a 1.200 m.s.n.m, madura entre 12 y 15 meses; y de 1.200a 1.600 m.s.n.m., alcanza su maduración entre 14 y 18 meses. Las cañas cortadas de escasa madurezo sobremaduradas afectan la calidad de la panela.

Los agricultores usan métodos empíricos para conocer la madurez, cuando no se estápresionado por los factores económicos para determinar el momento del corte de la caña. Losmétodos técnicos para determinar el punto de madurez se basan en la uniformidad de laconcentración de los sólidos solubles (expresada en grados Brix, ºB) a lo largo del tallo de la cañao mediante la determinación del contenido de humedad en ciertos puntos específicos del tallo, através de mediciones periódicas. Técnicamente, el sazonado adecuado se determina a través de dosprocedimientos: el primero, conociendo la edad de corte para cada variedad mediante curvas desacarosa obtenidas en el laboratorio en diferentes semanas de desarrollo, y el segundo, mediante elíndice de madurez.

El índice de madurez se puede medir con facilidad en el campo mediante un refractómetro,sencillo dispositivo que informa sobre la concentración de sólidos solubles (principalmentesacarosa) por la refracción de la luz en una gota de jugo de caña. Otra forma de medir dicha


concentración es determinando la densidad mediante un sacarímetro, un tipo de densímetro (calibrado en ºB) que sedeja flotar en un volumen conocido de jugo extraído por el molino; para ello se debe conformar unamuestra representativa de unas 20 cañas tomadas de diversos lugares del cultivo, después de lo cualse cortan los tercios superior e inferior de los tallos formando dos grupos que se muelen porseparado. Un sencillo procedimiento para calcular el índice de madurez es el siguiente:

C Determinación del contenido de azúcares terminal: a partir de la primera hoja superior, secuentan hacia abajo siete hojas y se toman los /B del jugo extraído en ese punto.

C Determinación del contenido de azúcares basal: desde la parte inferior del tallo se cuentancuatro entrenudos hacia arriba y se miden los /B del jugo obtenido.

El Indice de madurez se calcula aplicando la siguiente relación:

Por lo general y de manera empírica, el índice de madurez promedio que suele utilizarse porparte de los agricultores para proceder al corte de la caña panelera está entre 0,85 y 1/B. El corte sepuede realizar de dos maneras: por parejo, donde se corta todo el lote de caña al mismo tiempo; opor entresaque o desguíe, donde sólo se cortan los tallos que están maduros (dos o tres veces al añopor lote).

La modalidad de cosecha que más se recomienda para aquellas regiones paneleras en lascuales los cultivos de caña abarcan todo el lote, es el corte por parejo. Esta forma de cosechar seasocia con sistemas de producción de medio y alto rendimiento, cultivos manejados por lotes, que se vale detecnología avanzada para el manejo agronómico y la transformación de la caña. El corte por parejoproporciona jugos con concentraciones de azúcares homogéneas que benefician la fabricación dela panela. Después del corte se realizan las prácticas de cepillado y encalle: la primera consiste encortar los tocones a ras de piso para evitar el deterioro de la cepa; en el encalle se limpian los surcosapilando el follaje en el espacio que queda (calles) para que se descomponga y sirva como abonoorgánico, además de controlar malezas.

El corte por entresaque prevalece en regiones de economía campesina, sólo se cortan lostallos aparentemente maduros dejando los tiernos en el lote. Tiene la desventaja de emplear mástiempo en la recolección, puesto que se debe seleccionar las cañas adecuadas por observaciónindividual. La presencia de tallos con diferentes estados de madurez impide realizar un corte a rasde suelo, por lo que los tocones sufren procesos de pudrición y fermentación que alteran laviabilidad de la cepa o zoca, reduciendo la producción de jugos y exponiéndola al ataque deinsectos. De las cañas inmaduras se obtienen por lo general, jugos con abundancia de gomas y altos

Fig. 3.1. Indice de madurez en la caña de azucar


porcentajes de azúcares invertidos que producen panela de mala calidad.

3.3. Transporte y Apronte.

Una vez cortada, la caña inicia su descomposición, la cual es acelerada por la altatemperatura ambiental de las regiones paneleras. La caña debe permanecer el menor tiempo posibleen el sitio de cultivo después del corte, puesto que el sol deshidrata el tallo y acelera eldesdoblamiento de la sacarosa, con lo que aumenta la concentración de azúcares reductores oinvertidos en los jugos del tallo. Todo ello altera los rendimientos y la calidad de la panela. La cañase transporta del lote al trapiche empleando mulas, camiones o carros cañeros halados con tractor,aunque generalmente se utilizan las mulas por la topografía del terreno.

La caña llega del campo y se arruma en montones en el patio o bajo techo en el trapicheesperando para iniciar la molienda. Esta caña debería molerse dentro de las 24 horas siguientes delcorte; la práctica de almacenarla por más de dos días, incrementa los contenidos de azúcaresreductores, lo cual afecta la eficacia del proceso de limpieza y se obtendrá una panela excesivamenteblanda que se parte con facilidad. Si se requiere almacenar la caña, ésta debe apilarse en montones,en un lugar cubierto donde se le humedece con agua dos veces al día para retardar la descomposicióny la deshidratación. De esta manera se puede conservar hasta por ocho días.

Ante la situación de tener jugos ricos en azúcares reductores y la posibilidad de que su panelase castigue con bajos precios por calidad deficiente, se advierte al productor de la alternativa deproducir mieles para consumo doméstico, animal y humano. Al realizar un análisis detallado de laestructura de costos de producción de panela se aprecia que dentro del costo directo por hectárea,la etapa de transporte de la caña desde el lote de corte hasta el trapiche, presenta cifras del orden del18 al 25%. En aquellas zonas donde las distancias entre el cultivo y el trapiche son muy grandes ocon una topografía difícil, estos costos se constituyen en una de las principales limitantes deproducción.

Estas consideraciones indican que el tema del transporte de caña tradicionalmente ha sidominusvalorado, debía ser tratado como elemento importante en la búsqueda del objetivo de hacermás eficiente y rentable la producción de panela. Debido a la amplia diversidad de condicionestopográficas, de tamaño de predios, de tenencia de tierras y socioeconómicas, fue necesario abordareste tema en dos etapas claramente diferenciables: La primera enfocando el estudio y optimizacióndel sistema actual de transporte mediante la utilización de mulas. La segunda etapa, buscandoproponer alternativas de transporte mediante medios mecánicos de mayor rendimiento.

En el sistema actual de transporte de caña se emplea generalmente mulas, debido a quetienen algunas características apropiadas para tal fin: gran capacidad de carga, buen sentido delequilibrio, memorización de rutas, buena adaptación a terrenos escarpados, resistencia a la fatiga,docilidad y fácil adiestramiento. En algunos casos se emplean otros equinos como los caballos, concapacidad de carga similar pero con inconvenientes de equilibrio y dificultad de adaptación aterrenos escarpados. Los aperos son fabricados en forma artesanal, por lo cual su forma, dimensionesy materiales varían de finca en finca.


Con respecto al problema del transporte utilizando bestias de carga, en a. En primer lugarel alistamiento se refiere al procedimiento de colocarle los aperos a la mula, cepillarla y darle laprimera comida del día. En promedio este toma un tiempo de 12 minutos. Posteriormente se iniciapropiamente el trabajo que consiste en hacer el recorrido desde el trapiche hasta el lote de corte, endonde se amarra la mula mientras se realiza el manipuleo de la caña, es decir, la recolección de lacaña cortada, el montaje sobre los aperos del animal, el acomodamiento de la carga para equilibrarlay el amarre final. Luego se realiza el recorrido desde el lote hasta el sitio de apronte donde sedescarga la caña. Esta rutina se interrumpe periódicamente para descansar y darle alimentos alanimal.

Al día se realizan entre 6 y 20 viajes, dependiendo de las condiciones del terreno y de ladistancia recorrida, de tal forma que una mula puede transportar entre 1 y 3 toneladas al día, a uncosto en el que hay que incluir jornal de los arrieros. Así, es posible concluir que la incidencia deltransporte en la estructura de costos de producción es del orden indicado anteriormente. La manerade lograr una mayor eficiencia técnica y económica del proceso, radica en la calidad de laalimentación y los cuidados que se tiene con los animales. Esto, junto con una adecuada distribuciónde responsabilidades de los trabajadores encargados del corte y del alce de la caña, le permitenmostrar una mayor capacidad de carga de la mula, mayor número de viajes por día, a pesar de quelas condiciones topográficas son iguales o más críticas que los otros casos y manipular máseficientemente la caña desde el corte hasta el apronte. En algunas fincas los animales no sonalimentados en forma correcta y oportuna, existe mal trato, falta de cuidados con la salud y muypoca organización del proceso de corte, alce y transporte de la caña.

Este análisis permite formular las siguientes conclusiones y recomendaciones para ser tenidasen cuenta:

C Una mula se debe adquirir con 4-5 años de edad, previamente amaestrada en la carga decaña.

C Su vida útil se estima en 14 años y el valor de salvamento es muy variable.

C Se recomienda que la mula trabaje dos semanas y descanse la siguiente, de tal forma que sehaga un buen balance de trabajo-descanso, manteniendo así el peso y las condicionesóptimas para el trabajo.

C Para mantener el potencial de trabajo de una mula es necesario mantener una dietaalimenticia bien balanceada que incluya alimentos energéticos, agua limpia, vitaminas ypurgas regulares, baño y cepillado semanal y proveer los medicamentos requeridosoportunamente.

C Los corteros deben agrupar la caña cortada en montones para facilitar las labores de alce yacomodamiento en las mulas.

C Si se utilizan pocos arrieros, es necesario que los corteros ayuden a cargar las mulas, de talforma que se disminuyan el tiempo muerto que supone una mula en espera de carga y elagotamiento de la mula cargada, en este proceso demorado puede ocasionar en ellas.


Como las angarillas y aperos son elementos que se utilizan para el acomodamiento de lacarga, es necesario evitar que se produzcan raspaduras en la piel del animal. La distribución de lacarga no debe afectar significativamente el centro de gravedad y con ello la estabilidad del animal.Las angarillas tradicionales fallan con mucha frecuencia, por lo cual se recomienda el uso deangarillas y aperos desarmables, de tal forma que cuando un elemento se rompa no sea necesarioremplazarlo totalmente, sino solo la pieza rota.

Se puede concluir de esta primera fase de estudio, que el sistema tradicionalmente empleadopor los productores para el transporte de caña tiene una incidencia importante en el costo final delproducto, pero que ésta puede disminuirse significativamente aplicando las sencillasrecomendaciones expuestas, cuya adopción no implica inversiones adicionales, sino un cambio deactitud frente a la importancia del tema.

Al proponer alternativas mecánicas para el transporte de caña, principalmente, cuando lascondiciones de distancia de los lotes al trapiche sean considerables, las cantidades de caña permitanmoliendas frecuentes, la topografía haga lento el proceso tradicional y se tenga la posibilidad dehacer una inversión recuperable a mediano plazo.



4. Extracción del jugo de caña, Molinos paneleros.

En la etapa conocida como "molienda" se realiza la extracción de jugos mediante lacompresión física de la caña en los rodillos o mazas del molino, lo cual propicia la salida delcontenido líquido de los tallos o jugo y la obtención del bagazo; el primero es la materia prima quese destina a la producción de panela, mientras el segundo se emplea como material combustible. Eneste capítulo se analizarán algunos aspectos pertinentes acerca de los molinos, las máquinascaracterísticas de esta fase del proceso de producción de la panela.

4.1. Generalidades y Funcionamiento.

El molino panelero es el equipo destinado a extraer el jugo de la caña mediante lacompresión que se produce al hacer pasar los tallos entre rodillos o mazas que giran a una velocidaddeterminada y están ajustados convenientemente. La producción panelera mayoritaria (90%) seprocesa en trapiches con molinos accionados mecánicamente mediante motores Dieselfundamentalmente. 99% de estos molinos posee tres mazas con distribución triangular y posiciónhorizontal.

En el mercado, las fábricas de molinos tienen entre cuatro y ocho modelos de tamañodiferente, incluidos los de tracción animal. Con una producción promedio de unas 250 máquinas poraño que se venden la mayor parte en el país, aunque se presentan algunas exportaciones a paísesvecinos. El desarrollo de los implementos y equipos usados en la elaboración de la panela(exceptuando los motores) ha sido marcadamente empírico y presenta, en ciertos casos,características artesanales. La industria nacional de molinos paneleros se originó en la producciónde piezas de reposición para los

molinos importados de Estados Unidos e Inglaterra. Tuvo lugar en pequeños talleres de fundiciónque lograron copiar los moldes de la máquina completa y se lanzaron al mercado con un equipo quecompetía con los importados por su disponibilidad inmediata en lugares apartados, su menor costoy por garantizar repuestos y servicio técnico. De esta manera los diseños importados fueronadaptados para hacerlos más funcionales, si bien en el proceso se redujo la calidad de la materiaprima y del producto final. No obstante cumplir satisfactoriamente con los objetivos para los quefueron concebidos estos molinos, sólo en los últimos años se han introducido innovaciones en losfactores que definen su rendimiento y las condiciones de operación; por esta razón las pérdidas dejugo y de panela, así como la ineficacia de la capacidad y la potencia del molino, son bastantesignificativas en los equipos antiguos.

Es muy importante que la selección, instalación, operación y mantenimiento de los equiposde molienda se realice bajo parámetros tecnológicos orientados a disminuir las pérdidas de materiaprima y sus productos y aumenten la vida útil de las máquinas. Para explicar el diseño mecánicogeneral de este tipo de máquinas se analizará un molino de tres mazas como se muestra en la figura4.1.

La potencia del motor se recibe a través de la polea o volante, que la transmite a la mazamayal o superior a través de dos pares de engranajes que reducen la velocidad. Las mazasquebradora y repasadora reciben el movimiento por medio de piñones colocados en el extremo de


sus ejes. Las tres mazas van montadas sobre cojinetes planos de bronce, los cuales descansan sobrebastidores o cureñas que van instaladas en la base del molino. La caña se conduce por el portacañashacia el "par quebrador", conformado por la maza mayal y la maza quebradora o "cañera", parasufrir la primera extracción de la cual se recoge cerca del 60% del jugo recuperable. Luego, la cañaes orientada por medio del "tornabagazo" o cuchilla hacia el "par repasador", formado por la mazamayal y la maza repasadora o "bagacera", en donde se termina de extraer el jugo remanente. Elbagazo que queda adherido a las ranuras de las mazas del par repasador se remueve usando dosraspadores. La abertura o distancia entre ambos pares de mazas se regula mediante tornillos tensoresde calibración.

4.2. Clasificación de los molinos.

De acuerdo con la orientación de las mazas, los molinos paneleros se clasifican en verticales

Fig. 4.1. Molino horizontal de tres mazas con transmisión incorporada en la misma base


y horizontales. Los molinos verticales tienen sus tres mazas dispuestas en forma vertical, que porlo general se accionan mediante tracción animal (uno o dos caballos o bueyes) y presentan capacidadesde molienda que varían entre 100 y 200 kg de caña molida por hora.

Los molinos horizontales tienen sus mazas dispuestas de forma horizontal y se accionanmecánicamente, con capacidades de molienda entre 0,5 y 3 toneladas de caña por hora. En laindustria panelera los molinos más usados son los horizontales de tres mazas, aunque en algunostrapiches de alta producción es frecuente el uso de molinos con cinco mazas o dos molinos de tresmazas colocados en serie para incrementar el nivel de extracción, llamados molinos dobles.

4.3. Rendimiento de los Molinos.

Hay tres parámetros esenciales de índole mecánica que definen el rendimiento de un molino:La capacidad, La extracción y el Consumo de Potencia. Combinadas adecuadamente, permitenlograr el máximo rendimiento en la extracción de los jugos y en la conversión a panela, reduciendoel consumo de potencia y combustible, y prolongando la vida útil del molino.

4.3.1. Capacidad.

Se define como la cantidad de caña que se puede moler en un tiempo determinado y seexpresa en kilogramos o toneladas por hora (kg/h o t/h). Existen dos formas para expresar lacapacidad de un molino: Nominal y Real. La primera cuantifica la caña molida en un tiempodeterminado, generalmente muy corto, en el cual el molino trabaja de manera continua y bajocondiciones ideales.

Por su parte, la capacidad real contabiliza el tiempo que se emplea en las labores demantenimiento del molino y en los descansos breves de los operarios; por lo tanto, estima en mejorforma las condiciones normales de operación de los trapiches.

En los molinos de tracción animal, de acuerdo con la especie usada (buey, mula o caballo)y su estado físico, la capacidad real varía entre 100 y 150 kg/h cuando se utiliza un sólo animal yentre 150 y 200 kg/h al emplear dos animales. En los molinos de tracción mecánica, la capacidadnominal varía entre 200 y 4.570 kg/h, en especial atendiendo a las dimensiones de las mazas que sonlas que determinan el tamaño del molino, aunque también se deben considerar otros parámetros quese explicarán debidamente.

La capacidad real de los molinos siempre es inferior a la capacidad nominal, puesto que lacantidad de caña molida se reduce por los siguientes factores: limpieza deficiente, forma y diámetrode la caña; pericia y capacidad de trabajo de los operarios; potencia y estado mecánico del motor;selección adecuada y estado de la correa; tiempo empleado en el mantenimiento de los equipos yen la alimentación de los operarios y el balance del conjunto de molienda con la hornilla. Enevaluaciones realizadas en trapiches de diferentes zonas paneleras se ha encontrado que la capacidadreal de los molinos varía entre 40 y 90% de la capacidad nominal; se considera que un porcentajede 70% es el más adecuado.


4.3.2. Extracción.

La forma más común de expresar la cantidad de jugo recuperado es la "extracción en peso"(Ep), concepto que relaciona la cantidad en kilogramos del jugo recuperado en el molino (Pj) conrespecto al peso de la caña molida (Pc), lo cual se expresa así:

Este parámetro es fácil de determinar si se dispone de una balanza. La extracción en pesoes un indicativo del funcionamiento del molino, aunque no permite cuantificar las pérdidas o elrendimiento real del jugo porque relaciona indiscriminadamente dos insumos diferentes: jugo y caña.Por esta razón, para determinar el rendimiento real o "extracción de jugo" (Ej), es necesario conocerla cantidad de jugo que permanece contenida en el bagazo. Si se relaciona la cantidad de jugorecuperado (Pj) con la cantidad de jugo contenida en la caña (Pjc), se tendrá la extracción de jugo(Ej), la cual se expresa así:

La cantidad de jugo contenido realmente en la caña está determinada por la fibra (Pf)presente en el tallo, es decir:

De lo cual se infiere que:

El inconveniente de este método estriba en que se necesita un análisis de laboratorio paradeterminar el porcentaje de fibra presente en la caña. De acuerdo con la variedad, las condicionesde cultivo y la madurez alcanzada hasta la cosecha, el contenido de fibra en la caña fluctúa entre 10y 18%. Conocidas las variables anteriores se puede calcular la extracción en peso (Ep) y laextracción de jugo (Ej). A manera de ejemplo consideremos lo siguiente:

Como se aprecia, saber la extracción en peso (Ep) no permite conocer la pérdida de jugo enel bagazo, la cual sí se puede determinar mediante el cálculo de la extracción de jugo. En esteejemplo, se pierden 29,4 kg de jugo en el bagazo, tanto en los molinos de tracción animal, como enlos de tracción mecánica, la Ep varía entre 40 y 60% con un promedio general de 55%. Si se asumeun contenido de 15% de fibra en la caña, la Ej oscilará entre 47 y 70%, con promedio cercano a65%. Ello permite concluir que las pérdidas de jugo durante la extracción de los trapiches fluctúanentre 30 y 53%, con promedio general de 35%.

En términos generales, para molinos de tres mazas, el porcentaje de extracción óptimo estáentre 58 y 63%; y para molinos en serie de seis mazas (uno detrás de otro, en serie) hasta el 68%;si se quieren lograr extracciones mayores debe realizarse una lixiviación (agregar un solvente al

(2)

(1)

Pjc Pc Pf= − (3)

Ej PjPc Pf

=−

*100 (4)


bagazo para remover los azúcares), operación conocida como imbibición. El porcentaje deextracción en peso y el Brix de los jugos afectan directamente el rendimiento, esto es, la cantidadde panela producida. Para la misma extracción en peso, la variación de un grado Brix del jugo puedeoriginar un aumento entre 4 y 7 kg de panela por tonelada de caña. De la misma manera, para jugoscon igual Brix, la cantidad de jugo crudo cambia en 10 kg por tonelada de caña por punto deextracción, lo cual origina una variación que oscila entre 1,8 y 2,4 kg de panela por cada punto queaumente el porcentaje de extracción en peso.

4.3.3. Consumo de Potencia.

Indica el trabajo realizado o la energía consumida por unidad de tiempo. En los molinos, elconsumo de potencia depende del trabajo realizado para comprimir la caña y de la energíaconsumida por la máquina. El segundo término, comprende la fricción entre las partes enmovimiento con otras piezas estacionarias, como los engranajes, las mazas con raspadores y eltornabagazo, entre otras. Estos términos son difíciles de estimar pues interactúan con otras variablesimposibles de cuantificar, como el efecto de la variedad de caña, el estado de las superficies enrozamiento, y la calidad y conservación de la lubricación.

A continuación se indica una ecuación empírica para determinar la potencia requerida, enfunción de la extracción en peso (Ep) y de la capacidad, con buen margen de seguridad:

Donde:P: Potencia consumida (kW, 1 kilovatio (kW) = 1,34 caballos de fuerza (HP)).C: Capacidad de molienda nominal (t/h).Ep: Extracción en peso (%).

Los valores logrados con la ecuación anterior son válidos para motores diesel o eléctricosy molinos en buen estado mecánico. Cuando se analizan los motores de gasolina, el valor obtenidose debe duplicar debido a que éstos son generalmente de alta velocidad y bajo torque de salida enel eje; por lo tanto, no soportan las sobrecargas que se presentan normalmente en el molino.

Con base en la ecuación citada, se puede estimar que para moler una tonelada de caña porhora, con un nivel de extracción en peso de 60%, se requieren como mínimo ocho caballos de fuerza(HP) de potencia en el motor. En general se puede afirmar que un molino panelero de tres mazas estáoperando con eficiencia cuando se obtiene una extracción en peso superior a 60%.

4.3.4. Factores que influyen el desempeño de los molinos paneleros.

El diámetro y la longitud de las mazas se conoce como "variables de diseño" porque lasestablece el fabricante del molino. Las "variables de operación" deben ser escogidas por el usuarioe incluyen la velocidad y las aberturas de entrada y salida de las mazas. Otras variables que influyenen el desempeño de los molinos son el porcentaje de fibra en la caña, el número de mazas, el tipode ranurado, y la condición física y pericia del operario. A continuación se evalúa el efecto de lasvariables de diseño y operación sobre el desempeño de los molinos.

(5)


4.3.4.1. Tamaño del molino.

Las dimensiones de la maza superior o mayal determinan de manera predominante el tamañodel molino. Así, un molino de 10 x 12 significa que la maza mayal tiene 10 pulgadas de diámetroy 12 de longitud. Las dimensiones de las mazas influyen en la capacidad del molino y en la potenciarequerida, más no en la extracción. En efecto, el incremento de la longitud y del diámetro de la mazatienen como resultado un aumento del consumo de potencia (kW) y de la capacidad del molino(kg/h).

4.3.4.2. Velocidad del molino.

La velocidad de las mazas influye de manera directa sobre la productividad y la vida útil dela máquina. La velocidad incide en los tres parámetros de desempeño de los molinos paneleros. Éstase puede expresar como velocidad lineal o periférica (v, medida en metros por minuto [m/min]) ycomo velocidad de rotación de las mazas (n, medida en revoluciones por minuto [r/min]). La primeramide el recorrido de la caña a través de las mazas, mientras la segunda permite calcular el númerode vueltas o revoluciones que da la maza mayal en un minuto; las dos velocidades se relacionan así:

Donde:n = Velocidad de rotación de las masas (rpm)v = Velocidad periférica o lineal (m/min).D = Diametro de la masa mayal (m)

De la ecuación precedente se puede concluir que la velocidad de rotación de las mazaspresenta un comportamiento directamente proporcional a la velocidad lineal e inversamenteproporcional a su diámetro. Experimentalmente se ha encontrado que el mejor desempeño delmolino se obtiene con una velocidad lineal entre 6 y 8 m/min. Por lo tanto, con una velocidad altase obtiene una mayor capacidad de molienda y un mayor consumo de potencia, aunque se reduceel porcentaje de extracción. Ello se debe a que el bagazo resultante arrastra una cantidad de jugosignificativa que no tiene tiempo de escurrir. A su vez, una velocidad baja ocasiona pérdidas detiempo en el proceso de molienda e incrementa el torque, lo cual aumenta la posibilidad que ocurrauna ruptura en los ejes o engranajes del molino.

La relación de transmisión de la mayoría de molinos viene adaptada a motores convelocidades entre 650 y 850 r/min; sin embargo, los molinos operados por motores de combustióninterna (1.200 a 1.800 r/min) o eléctricos (1.800 a 3.600 r/min) desarrollan altas velocidades derotación y es preciso instalarles un eje intermedio a fin de mitigar tal variable de operación, verFigura 4.2.

4.3.4.3. Contenido de fibra de la caña.

El contenido de fibra determina buena parte del grado de dureza de la caña; entre otros

n vD

=π*

(6)


factores, depende de las prácticas de cultivo, las condiciones ambientales, el grado de madurez y,en especial, la variedad cultivada. Por sí misma, la fibra no afecta la capacidad del molino cuandono existen limitantes en la potencia disponible; cuando esta potencia es apenas la necesaria para unpromedio de fibra determinado, su incremento obligará a usar más potencia. Si el motor no puederesponder a este aumento, es preciso disminuir la alimentación de caña al molino lo que afecta sucapacidad. Este componente es de crucial importancia, pues se ha establecido que por cada 1% queaumenta el contenido de fibra en la caña, la potencia requerida se incrementa en 0,22 kW y laextracción en peso se reduce en 1,29%. La inexistencia de un efecto directo del contenido de fibrasobre la capacidad se explica porque el molino sólo puede procesar un volumen de caña definidopor la longitud de alimentación (ancho del portacaña), por la separación entre las mazas del parquebrador y por la velocidad.

4.3.4.4. Número de mazas.

El número de mazas influye notoriamente en el índice de extracción de los molinospaneleros. Por ejemplo, en la evaluación técnica de un prototipo de cinco mazas realizado porCIMPA en 1988, y corroborada en algunos trapiches que tienen instalado este tipo de molino, seencontró que la capacidad de molienda aumenta cerca de 30% respecto de un molino similar entamaño pero de tres mazas. El promedio de extracción en peso y de la humedad del bagazo fueronrespectivamente 63 y 50%. La adición de la cámara WARD-CIMPA en las hornillas, cuya eficienciatérmica permite utilizar inmediatamente el bagazo que sale del molino (con una humedad de 50%),ha hecho necesario utilizar dos molinos de tres mazas instalados en serie; se encontró que lospromedios de la extracción en peso y humedad del bagazo fueron de 68 y 45%.

4.3.4.5. Ranurado de las mazas.

Para facilitar la adherencia de la caña y evitar que los tallos patinen, a las mazas se les

Fig.4.2. Vista isométrica de la disposición del eje intermedio para la transmisión de la potencia en un motor eléctrico


practican canales o ranuras de sección triangular a lo largo de toda la circunferencia de lassuperficies de presión. En la práctica se recomienda que el ángulo de la ranura sea de 55/, el valormás adecuado para conseguir una proporcionalidad entre el paso (P) y la altura de la ranura.

En un ensayo comparativo entre mazas con ranurado tradicional (P= 4 mm) y con ranuradoconvergente (P= 10 mm) y 8,5 mm de profundidad, ambas con ángulo de 55/, se encontró que elranurado convergente incrementó 14% la capacidad del molino y logró un aumento de 2% en laextracción en peso. Para esta prueba se utilizó un molino tipo Penagos® de tamaño 12" x 12", conuna velocidad de rotación de las mazas de 7 rpm, la abertura de entrada equivalente a un área librede 1.745 mm/100 mm de longitud y la abertura de salida de 425 m/100 mm de longitud. Con cadauno de los tipos de ranura se molieron cuatro variedades de caña y se realizaron un total de 16pruebas.

4.3.4.6. Factor humano.

Los conocimientos técnicos y la destreza del personal encargado de la molienda son factoresdifíciles de cuantificar e influyen substancialmente en el desempeño del molino. En la gran mayoríade los trapiches los equipos son operados por personal inexperto que los ajusta a su voluntad y conello causan pérdidas de jugo y comprometen la vida útil de la maquinaria.

4.3.4.7. Montaje del molino panelero.

El molino panelero se debe instalar en la parte más alta del terreno donde se construye eltrapiche para facilitar el desplazamiento de los jugos por gravedad, así como la difusión del calory los gases. La distancia entre el eje del motor y el eje del volante del molino debe ser de unos 3 a4 metros, así mismo, el portacaña debe ubicarse mínimo a 1 m de altura sobre el piso; mediante unhilo se debe alinear perfectamente la polea del motor con el volante del molino.

El molino y el motor deben poseer bases separadas; el concreto incluye la mezcla de unaparte de cemento por dos de arena y tres de triturado. Al momento de fundir cada base se debecuidar de nivelar la base guarapera del molino, colocando el nivel sobre los asientos de las cureñas.

4.3.5. Mantenimiento del molino.

El mantenimiento de los molinos paneleros es sencillo y previene las reparaciones costosas,la pérdida de tiempo, el desgaste prematuro de las piezas, los accidentes y la pérdida de caña cortadade tal forma que no se trabe ni sufra desgaste innecesario y se asegure un flujo de jugo crudo lo másconstante posible.

Las siguientes son buenas prácticas de mantenimiento:

C Conservar siempre limpia la máquina para disminuir el consumo de potencia y evitar lacorrosión por la acción de los jugos, por eso al final de la molienda se debe hacer un bañocon lechada de cal.


C Al meter varias cañas al molino se debe procurar en lo posible que no entren todas las puntasal tiempo ni que queden muchos nudos en línea ya que los molinos no suelen contar consistemas de amortiguación por sobrecarga en las mazas como los molinos azucareros.

C La alimentación del molino se debe hacer en cantidades de caña proporcionales al tamañode la bandeja de alimentación.

C Si los tallos de caña tienen un diámetro demasiado grande o son curvos, se debe disminuirla cantidad de caña de alimentación y mezclar cañas curvas con rectas para evitar que setrabe el molino.

C Durante la molienda, el molino se debe alimentar con la mayor frecuencia posible y para ellolos operarios deben encontrar un ritmo posible de mantener en el tiempo que dure lamolienda.

C Antes de poner en funcionamiento el molino, comprobar que todas las tuercas y tornillosestán bien ajustados.

C Verificar que las uniones de la banda estén en buen estado.

C Tensionar adecuadamente la banda.

C Evitar el desgaste desigual de las mazas ajustándolas de manera apropiada.

C Lubricar los engranajes del molino con valvulina SAE140 cada vez que lo requieran, asícomo las chumaceras de los ejes con aceite SAE50.

C Verificar la lubricación tanto del molino como del motor, pues así se evita un mayor

consumo de energía, el desgaste de las piezas y se prolonga la vida útil de la máquina.

C Evitar el uso de aceite quemado del motor como lubricante para el molino, pues éste haperdido sus características y contiene partículas metálicas que desgastan las piezas encontacto.

C Los engranajes deben permanecer lubricados y protegidos en lo posible con cubierta demetal o madera.

C Los molinos con engranajes expuestos deben lubricarse con grasa para evitar el desperdiciode aceite y la contaminación de los jugos.

C Una vez finalizada la molienda, se deben lavar las piezas del molino que han estado encontacto directo con el jugo bañándolas con una lechada de cal.

C Observar permanentemente que los depósitos de aceite estén llenos y no se encuentrentapados los tubos de salida.


C Medir cada 1.000 horas de trabajo la extracción pesando una cantidad de caña y luego eljugo que proveniente de la misma. Si la extracción ha disminuido mas de 5% a la delmomento del montaje se debe ajustar la distancia entre mazas con los tornillos o perillasdestinados para ello.

4.3.6. Fuentes de energía para los molinos.

Para mover los molinos paneleros se puede utilizar fuentes de energía animal, hidráulica,eléctrica y motores de combustión interna. El uso de energía animal se acostumbra para accionar losmolinos verticales. La energía de las corrientes y caídas de agua se aprovecha mediante la ruedahidráulica o la turbina Pelton; su principal ventaja reside en el bajo costo de esta fuente energética,la cual tiene como desventajas una inversión inicial alta y la pérdida de potencia cuando hayreducción del caudal de agua durante el verano.

La energía eléctrica emplea motores bifásicos y trifásicos que tienen como ventajas su bajocosto de mantenimiento, su operación silenciosa y, si el voltaje de las líneas de conducción semantiene constante, no presenta reducciones en la potencia; las limitaciones de estos motores serelacionan con la disponibilidad de electricidad en lugares rurales apartados y el suministro irregularque causa traumatismos en el proceso de molienda.

Entre los motores de combustión interna, el tipo diesel es el que más se utiliza por ser de bajavelocidad y alto torque; también es común el uso de motores a gasolina, especialmente en lostrapiches de baja producción de panela, con la desventaja de que son de alta velocidad y bajo torque.


5. Hornillas Paneleras.

El dispositivo térmico (horno) que se utiliza para la elaboración de la panela, generalmentellamado hornilla panelera, es el implemento que, desde el punto de vista físico, transforma la energíadel bagazo en energía calorífica que se utiliza en un proceso de evaporación abierta a fuego directo.En el trapiche, su función es calentar, clarificar y concentrar los jugos de la caña, al evaporar el aguacontenida en ellos hasta lograr el producto final, la panela.

5.1. Partes de la hornilla panelera.

Una hornilla está formada por tres regiones bien definidas:

C La zona de combustión (representada por la cámara).C La zona de transferencia de calor (representada por el ducto de humos y las pailas).C La zona de evacuación y tiro (la chimenea).

La cámara de combustión es la cavidad donde se transforma la energía del bagazo en energíacalórica. La chimenea es la estructura encargada de suministrar la diferencia de presiones (o tiro)necesaria para movilizar los gases de combustión a través del ducto y ponerlos en contacto térmicocon las pailas. En las hornillas paneleras el calentamiento es a fuego directo porque las pailas seexponen directamente a los gases de la combustión; por su parte, la evaporación es abierta porquese realiza en pailas o tachos expuestos a la presión atmosférica.

5.1.1. Cámara de combustión.

Es un espacio confinado que se suele ubicarse en la parte anterior de la hornilla, y es dondese realiza la combustión del bagazo; su forma es variable y depende del tipo y calidad del bagazoque se va a utilizar. Consta de cenicero y la puerta de alimentación y parrilla. El cenicero seencuentra directamente bajo el emparrillado. Sus funciones son almacenar las cenizas que seproducen al quemar el bagazo, canalizar y precalentar el aire necesario para la combustión. La puertade alimentación es la abertura por donde el hornero introduce el bagazo. En realidad es una boca dealimentación pues no posee, en la mayor parte de los casos, una hoja que se pueda abrir o cerrar. Seconstruye generalmente en fundición de hierro gris, material que soporta temperaturasmedianamente altas sin deformarse.

La parrilla o emparrillado es una especie de enrejado que sirve de lecho para el bagazo,permite la entrada del aire para la combustión y el paso de las cenizas hacia el cenicero. Se fabricageneralmente en fundición de hierro gris, en diferentes tamaños y formas. Los tipos de cámara decombustión para hornillas paneleras más difundidos son: el tradicional, el tradicional mejorado porCIMPA, el tipo Ward y el Ward tipo CIMPA.

En la cámara tradicional el área de la parrilla es demasiado grande, lo cual permite la entradade aire falso que enfría los gases y origina temperaturas de combustión bajas (850ºC, con bagazode 30% de humedad). Además, la presencia de la superficie relativamente fría de las pailasdirectamente sobre la cámara ocasiona una combustión incompleta y liberación de porcentajes


elevados de CO (6 a 7%).

El área de la parrilla de la cámara tradicional mejorada se diseña de tal forma que disminuyela entrada de aire falso, con lo que se consiguen temperaturas de combustión un poco mayores queen la cámara tradicional (950ºC); por su parte, las pailas están ubicadas más lejos del lecho debagazo, lo cual optimiza la combustión (CO, 5% aproximadamente).

En la cámara tipo Ward se mejora la temperatura (1.100ºC, en promedio) y se liberanmenores niveles de CO (4%). Solamente el 70% del aire necesario para la combustión (aireprimario) entra a través de la parrilla, permitiendo que ocurra una primera combustión. Luego, losgases de combustión (incluso los volátiles) ascienden y, en el punto de la restricción o gargantaexistente en la cámara, se mezclan con el aire restante o aire secundario (30%), que se suministraa través de orificios dispuestos para ello. La combustión se completa en el espacio entre la gargantay la primera paila, denominado segunda cámara de combustión. Este tipo de cámara permite utilizarbagazo con humedades hasta de 45%, ya que por su forma de arco, la radiación hace un presecadode este combustible.

En la cámara Ward tipo CIMPA se incorporó una subcámara para realizar un presecado albagazo, de forma que permite quemarlo con mayor humedad que en la cámara tipo Ward. Latemperatura de combustión depende de la humedad del bagazo utilizado. Con bagazo del 50% sealcanzan temperaturas hasta de 950ºC y con bagazo con menor contenido de humedad se alcanzantemperaturas que pueden alcanzar los 1.200ºC.

5.1.2. Selección de cámaras.

Para seleccionar el tipo de cámara que se debe utilizar en una hornilla es necesario tener encuenta los siguientes parámetros:

C Humedad y tamaño del bagazo. C Temperaturas requeridas. C Capacidad de la hornilla. C Aspectos socioculturales regionales. C Aspectos económicos.

La humedad del bagazo utilizado en la hornilla y el tipo de cámara ejercen una graninfluencia sobre la temperatura de combustión. En la Tabla 5-1 se resumen las temperaturas alcanzadas en losdiversos tipos de cámara, en función de la humedad del bagazo. Es importante anotar que para unmismo tamaño de hornilla, la capacidad de producción aumenta cuando la temperatura decombustión es mayor; sin embargo, para obtener temperaturas elevadas en las cámaras tradicionalesse requiere que el bagazo posea un contenido de humedad muy bajo; no obstante, las cámaras Wardy Ward tipo CIMPA consiguen esas temperaturas elevadas con bagazos cuyo contenido de humedades mayor. La construcción de las cámaras tipo Ward y Ward tipo CIMPA implica un incrementoinicial en los costos de la hornilla, que se compensa en el aumento de la capacidad de producción;por lo tanto, para cada caso particular se debe hacer un estudio económico que sirva como base paradefinir el tipo de cámara más apropiado.


5.1.3. Materiales utilizados en la construcción de las cámaras.

La parrilla se construye tradicionalmente con ladrillo y rieles de ferrocarril; no obstante, estediseño tiene una vida útil muy corta; como su área libre no llega a representar ni 50%, se dificultala entrada de aire para la combustión y aumenta la resistencia al paso del aire a través de la parilla,lo cual implica incrementar la longitud de la chimenea. Por este motivo, en las hornillas mejoradasla parrilla se fabrica en fundición de hierro gris. La puerta se construye en algunos casos en láminade hierro, lo cual no es recomendable debido a las deformaciones que ocasiona el calor; por elcontrario, se debe construir en hierro gris.

Con relación a las paredes de la cámara, el ladrillo que se usa para fabricarla debe soportarcambios de temperatura en rangos que varían entre 700 y 1.200ºC, de acuerdo al tipo de cámara quese quiere construir. Para hornillas con temperaturas menores de 950ºC se utilizan ladrillossemirrefractarios que se fabrican generalmente en las mismas zonas paneleras del país; los ladrillosse pegan con un mortero hecho de una mezcla que incluye arena, arcilla, cal y cemento en lassiguientes proporciones (% en peso):

C Arena: 30% C Arcilla: 45% C Cemento: 15% C Cal: 10%

Para temperaturas mayores de 950ºC se deben usar ladrillos rafractarios, los cuales estándiseñados para soportar temperaturas entre 1.200 y 1.800ºC, según la clase de ladrillo. El ladrillocorriente se calcina rápido cuando las temperaturas son elevadas, siendo necesaria la reparaciónfrecuente de la hornilla. En el caso de usar ladrillos refractarios, el mortero utilizado debe ser elrecomendado por el fabricante del ladrillo.

5.1.4. Ducto de humos .

El ducto de humos, también recibe el nombre de conducto de gases, camino o buque, entreotros. Las partes que constituyen el ducto son las paredes y muros de soporte, el piso, los arcos y laspailas. Su función es guiar los gases de la combustión y ponerlos en contacto con las pailas paratransferir calor a los jugos y evaporar el agua.

Los ductos varían de acuerdo con la forma y materiales con que se construyen; los mástradicionales consisten en una excavación realizada directamente en el sitio de construcción de lahornilla, donde las pailas se colocan soportadas por muros y arcos de adobe; en otros ductos másevolucionados, las paredes, pisos, arcos y muros se construyen en ladrillo refractario, según loscriterios generales que se mencionaron en los materiales de construcción de las cámaras.

5.1.4.1. Materiales y construcción del ducto.

En una hornilla panelera, las temperaturas más altas de los gases se registran en la cámarade


combustión y van disminuyendo a medida que dichos gases se acercan a la chimenea. Dependiendode su posición con respecto a la cámara de combustión, se considera que el ducto tiene dossecciones: en la primera, denominada "zona caliente" debido a su proximidad a la cámara, latemperatura de los gases de combustión es elevada; en la segunda, la temperatura de éstos esrelativamente baja y se denomina "zona fría".

En la zona caliente, las paredes del ducto se construyen en ladrillo refractario que soportatemperaturas hasta de 1200ºC. Los morteros usados en esta zona también deben ser refractarios,debiéndose utilizar los recomendados por el fabricante. Las pegas de los ladrillos deben hacerse lomás pequeñas posible, de modo que el espesor de las mismas nunca sea superior a 5 mm.

En la zona fría, las paredes y el piso del ducto se pueden construir con ladrillo menosrefractario que soporte temperaturas hasta de 800ºC, utilizando pegas constituidas por cemento,arcilla, cal y arena, con las mismas proporciones que las utilizadas en las paredes externas de lacámara de combustión. Para disminuir las pérdidas de energía a través del piso y las paredes, elducto debe aislarse térmicamente, utilizando una doble pared y un doble piso. Entre las dos paredesse debe dejar una cámara de aire estanco o en su defecto, en el mejor de los casos, rellenar estacámara con cascarilla de arroz. El piso también debe llevar la cámara de aire que puede ser llenadacon cascarilla de arroz.

5.1.4.2. Chimenea.

La chimenea es un conducto vertical de ladrillo o lámina de hierro, ubicado al final de lahornilla y empalmado directamente con el ducto de humos. Su forma puede ser cilíndrica,trapezoidal o cónica; sus dimensiones dependen de la forma y el tamaño de la hornilla. Los gasesproducto de la combustión progresan desde la cámara de combustión a través del ducto; comocualquier fluido, requieren para su transporte una fuerza motriz que, en el caso de las hornillas, esgenerada por la chimenea que funciona a la manera de ventilador que trabaja por succión.

Esta fuerza debe ser suficiente para vencer la resistencia al paso de los gases (resistencia quese origina en las pérdidas de presión a través de toda la hornilla) y para crear una diferencia depresión, llamada tiro, que garantice el suministro del aire necesario para la combustión del bagazoy el transporte de los gases a través del ducto.

C Efecto de la chimenea o tiro: El término tiro denota la diferencia de presión que existeentre la presión atmosférica y la de los gases de combustión dentro de la hornilla. Es causadapor la diferencia entre la densidad del aire y la de los gases de combustión. La chimeneagenera un tiro (DP) debido a la diferencia entre la densidad del gas caliente contenido en suinterior y la columna de aire en el exterior de la misma, es decir: La cantidad de aire que serequiere para la combustión varía de acuerdo con la humedad del bagazo utilizado y, por lotanto, el tiro debe ser regulado; para ello se cuenta con una válvula tipo mariposa, quepermite hacer los ajustes necesarios.


5.1.5. Pailas.

La batería de concentración es el conjunto recipientes metálicos llamados pailas, fondos otachos, en donde los jugos y mieles de la caña reciben energía para realizar las operaciones declarificación, evaporación y concentración. La geometría, el área, la relación área detransferencia/volumen, la temperatura y velocidad de los gases de combustión, y el área transversaldel ducto son algunos de los factores que inciden significativamente sobre la transferencia de calor.

En las pailas se depositan los jugos para la evaporación del agua durante el proceso deelaboración de la panela. El calor producido por la combustión del bagazo y transportado por losgases se transfiere a los jugos a través de las pailas. Éstas se fabrican generalmente de cobre,aluminio o hierro, mediante procesos de fundición o deformado en caliente.Existen pailas planas yplanas aleteadas, semiesféricas, semicilíndricas y trapezoidales. El tamaño y la forma varían deacuerdo con las costumbres regionales y con la capacidad de la hornilla, principalmente.

5.1.5.1. Selección de las pailas.

Las pailas se seleccionan de acuerdo con las necesidades de producción de panela y lafunción que van a desempeñar: evaporación, clarificación o concentración. Es recomendable usarpailas semiesféricas o semicilíndricas cuando la circulación de los jugos se hace manualmente;cuando se mueven por gravedad a través de tubería, deben utilizarse pailas planas o aleteadas,siempre y cuando la concentración de los jugos sea menor a 75º Brix. Para concentraciones mayores,se dificulta el flujo de los jugos a través de tubería y es conveniente usar pailas redondas.

5.2. Clasificación de las hornillas.

Existen diferentes tipos de hornillas, de acuerdo con la forma, el número y el tamaño de laspailas. No obstante, el principal criterio diferencial radica en la dirección que siguen los jugos conrelación a la dirección del flujo de los gases de la combustión. Según lo anterior, se tienen hornillasde flujo paralelo, de contraflujo y de flujo combinado.

En las de flujo paralelo los jugos avanzan en el mismo sentido que los gases. En las hornillasen contraflujo los jugos llevan dirección contraria a los gases. El jugo se recibe en la paila cercanaa la chimenea y la panela se puntea cerca de la cámara de combustión. La mayor parte de lashornillas funcionan bajo el sistema de flujo combinado; es decir, inicialmente los jugos siguen ladirección opuesta al flujo de los gases y luego se mueven en el mismo sentido.

En las hornillas en contraflujo y en flujo combinado la clarificación se realiza en el sectorde menor temperatura de la hornilla; con ello se logra un mayor tiempo para la acción de lassustancias clarificantes en el proceso de retención de impurezas. Así mismo, la evaporación del aguay la concentración de las mieles se hace en los puntos de mayor temperatura, a fin de reducir eltiempo de residencia de las mieles en la hornilla, y evitar así la formación de azúcares reductoresy una coloración oscura de la panela.

En las hornillas en paralelo la clarificación se realiza en los puntos de mayor temperatura,


y en consecuencia, pueden presentarse problemas para lograr una clarificación adecuada, pues lacachaza tiende a mezclarse con el jugo clarificado, si el operario no tiene suficiente habilidad y sise maneja cantidades moderadas de jugos. Como la concentración se hace en el sector de más bajatemperatura, éstas hornillas requieren un mayor número de pailas para esta parte final del proceso.Combustión y combustibles usados en las hornillas.

5.2.1. Combustión.

La combustión es el proceso mediante el cual una sustancia llamada combustible reaccionacon el oxígeno del aire para liberar su energía interna bajo la forma de calor. La energía utilizadapara la evaporación del agua y la concentración de los jugos en la hornilla proviene de diferentescombustibles, entre los cuales prima el bagazo producido por la misma caña; además, se utilizanotros combustibles como la leña, el caucho de llantas, el carbón.

La energía obtenida de un combustible depende de la cantidad utilizada y de su podercalorífico, el cual se define como la energía interna de un material por unidad de masa, que esliberada en el momento de la combustión. En el caso de los materiales sólidos, es función de sucomposición química elemental y del contenido de humedad; específicamente.

5.2.1.1. Secado del bagazo.

En la mayoría de los trapiches se usa el bagazo como combustible; para ello se requiere quesea sometido a un proceso de secado el cual generalmente se realiza en forma natural almacenándoloen cobertizos llamados "bagaceras". En la práctica, el bagazo nunca se seca completamente y sucontenido de humedad final depende, tanto del tiempo de secado, como de las condicionesambientales de la zona. En las bagaceras se logra un porcentaje de humedad cercano a 30%, gradoen el cual presenta las mejores condiciones como combustible para hornillas.

El tiempo requerido para que el bagazo esté en condiciones óptimas de humedad (menos del30%) para su uso en hornillas tradicionales, varía entre 20 y 40 días y depende de algunos factorescomo son: altura del arrume, condiciones climáticas del sitio, humedad con la que sale el bagazo delmolino y características de construcción de la bagacera. Las bagaceras se deben diseñar de tal formaque aprovechen al máximo la energía solar, como también las corrientes de aire para facilitar laventilación y así lograr un secado mas ágil y homogéneo. Es importante anotar que la humedad delbagazo suministrado a la hornilla es un factor muy importante en la eficiencia de la misma. Serecomienda que el techo de las bagaceras sea transparente, usando vidrio estructural o plástico deinvernaderos. Además se deben dejar espacios entre los arrumes para aumentar el área de contactodel bagazo con el aire para ayudar al desprendimiento y remoción de la humedad.

Las bagaceras se deben ubicar en forma tal que se facilite el transporte del bagazo desde elmolino a la bagacera y de ésta a la hornilla, para bajar los costos de producción y disminuir elesfuerzo físico de los obreros. En las hornillas diseñadas por CIMPA se puede quemar bagazo concontenidos de humedad entre el 40 y 48% de humedad. En estos casos el área de las bagaceras sedisminuye significativamente pues se puede mezclar bagazo seco con el recién salido del molino,con lo cual la cantidad a almacenar es mucho menor. Así mismo, cuando el nivel de extracción en


peso es superior a 65% y, por tanto, la humedad del bagazo cercana a 48%, cuando sale del molino,este material se puede usar directamente en la hornilla. Con lo mencionado anteriormente no solose bajan los costos de producción, sino que se puede aumentar el número de moliendas al año, puesse elimina el cuello de botella que originaba el secado del bagazo.

5.2.2. Composición de los gases de combustión.

Durante la combustión del carbono (C) contenido en el bagazo se pueden presentar dos tiposde reacción: en el primero, la combustión es incompleta y el producto final es el monóxido decarbono (CO). En el segundo, la combustión es completa y se obtiene dióxido de carbono(CO2).Uno de los factores que limita la eficacia calórica de los combustibles sólidos es la dificultadpara lograr una mezcla adecuada entre el combustible y el aire; a fin de optimizar este proceso, esnecesario agregar una mayor cantidad del aire para lograr una mejor combustión. En la práctica, seha calculado que las mejores condiciones para la combustión del bagazo en las hornillas se dancuando el exceso de aire varía entre 40 y 60% del aire teórico.

5.3. Procesos de los Jugos.

Al atravesar la hornilla, los jugos sufren tres procesos que son la clarificación, la evaporacióny la concentración. A continuación se examinan desde el punto de vista térmico y con relación aldesempeño de la hornilla. Un manejo adecuado de los jugos contribuye de gran manera a la buenacalidad de la panela.

Una prelimpieza minuciosa de los jugos, operación en la que se elimina más de 70% de lasimpurezas presentes en los jugos, reduce de forma efectiva la cantidad de cachaza producida y losvolúmenes de aditivos que se suelen usar para mejorar la apariencia de la panela. El jugo que hapasado por los prelimpiadores llega a una paila denominada "recibidora" en la cual permanece hastacompletar la "raya" o "ceba" de trabajo (es decir, hasta alcanzar el límite de su capacidad dealmacenamiento máxima); allí los jugos sufren calentamiento desde la temperatura ambiente (25/C),hasta una temperatura aproximada de 65/C. El efecto combinado de la temperatura y el tiempo deresidencia en las pailas, permite que se vaya formando una apreciable capa sobrenadante deimpurezas que se denomina "cachaza".

Ya en la(s) paila(s) clarificadora(s), se realiza la adición de los agentes floculantes los cualesatrapan las impurezas y las arrastran hacia la superficie de donde se retiran manualmente comocachaza.

En la clarificación la temperatura de los jugos aumenta desde la temperatura ambiente hastala de ebullición. Con relación al calor adquirido por los jugos, los agentes floculantes se debenadicionar así:

C Una primera adición cuando los jugos alcanzan una temperatura entre 50/C y 60/C.

C La segunda adición se lleva a cabo una vez se ha retirado la primera cachaza o "cachazanegra", lo cual ocurre hacia los 82/C, debiendo esperarse hasta una temperatura cercana a


92/C para proceder a retirar una segunda cachaza, la "cachaza blanca", con lo cual terminala fase de clarificación.

En promedio, los jugos alcanzan el punto de ebullición a 95ºC. Después de la clarificaciónde los jugos se inicia el proceso de la evaporación, fase durante la cual se remueve casi el 89% delagua presente en el jugo clarificado. Los sólidos solubles existentes en el jugo pasan de un Brixinicial cercano a 17º hasta 65ºB.

Cuando los jugos alcanzan los 65ºB (102-106ºC), se inicia el proceso de concentración. Estaes una separación arbitraria en la que los jugos cambian su nombre por el de "mieles". En este puntose debe agregar a las mieles algún agente antiadherente y antiespumante como cebo, aceite vegetalo cera de laurel, lo cual permite continuar el proceso de evaporación hasta retirar el agua que senecesite para llegar al Brix de panela (90-93ºB). En la concentración se remueve entre 9 y 10% delagua que traía el jugo clarificado

Las mieles alcanzan por lo general el "punto de panela" entre 116º y 126ºC. Cuando latemperatura de punteo es baja, la panela presenta una textura inapropiada y el contenido de humedades demasiado alto, entre 10 y 12%, lo cual lleva al deterioro de la panela en muy corto tiempo. Enla proporción en que suba el punto de la panela se reduce la humedad en el producto final, semejoran las características físicas y se conserva durante más tiempo en el almacenamiento.

Se ha comprobado que la velocidad de formación de azúcares reductores está influida porel tiempo de residencia de los jugos en la hornilla, el pH y la temperatura. Se debe procurar que eltiempo de residencia sea inferior de 2,5 horas, y que la etapa de concentración se realice lo másrápidamente posible, ya que, a temperaturas superiores a 100ºC, el proceso de inversión de lasacarosa se acelera en forma notable.

Como se dijo anteriormente, durante la combustión se libera la energía interna del bagazo,la cual es transportada a lo largo del ducto por el progreso de la masa de gases; una buena parte deesa energía calórica se cede a los jugos a través de las pailas, valiéndose de los procesos térmicosde conducción, convección y radiación.


6. Conclusiones.

Las actuales políticas existentes no favorecen el incremento de la producción de la cañapanelera, aunque la acción individual de un ente financiador local promueva nuevas áreas delcultivo.

Existen muchos espacios para la ganancia de eficiencia productiva y de transformación quedeberían ser aprovechados, pero es necesaria la integración real y efectiva de todos los entesinvolucrados en la cadena.

En primer término, es imprescindible la realización de una campaña concientizadora de laimportancia del consumo de panela, tanto a nivel nutricional como de representatividad social.

En la producción se pueden bajar los costos con el incremento de la productividad, para locual se requiere de nuevas variedades, adaptadas al ecosistema y resistentes a plagas yaenfermedades.

El manejo agrícola también requiere de transferencia tecnológica, especialmente en loreferente a la siembra basada en mínima labranza o siembra directa, además de la práctica decultivos intercalados, especialmente de leguminosas de ciclo corto, incrementando la diversidad dela unidad de producción, a la vez que puede significar ingresos extras.

La transformación requiere de ciertas adaptaciones o mejoras a las infraestructuras presentes,para optimizar la extracción por parte de los molinos, y la eficiencia de hornillas, ductos y pailas,para lo cual se debe promover la realización de talleres de capacitación para los productores.

Para salir favorecido el mercadeo debería estar en manos de la Asociación de Productoresy Trapicheros, quienes deberán dictar las pautas sobre el precio real del producto, cuyofortalecimiento puede estar basado en cooperativas o consorcios, y favorecido por las autoridadeslocales.

Considero que este rubro puede representar exitosamente la agroindustria rural de la región,como factor impulsador del bienestar social y el crecimiento económico de sus habitantes, por lo quese deben buscar los mecanismos adecuados para un desarrollo sustentable que propicien elevar lascondiciones de vida de la población rural y contribuir exitosamente con la producción agrícolanacional.

Date post:	11-Oct-2018
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