Centro Azúcar

Diseño de una planta de obtención de Biodiesel a partir de un residual de la industria azucarera (cachaza)

En el presente trabajo se realiza un análisis de la tarea de inversión y de proyección, así como un análisis técnico - económico de las posibilidades de producción de Biodiesel a escala industrial en la Empresa Mielera "Heriberto Duquesne".Se realizó una extensa búsqueda bibliográfica sobre el tema de los biocombustibles y en particular del biodiesel con vistas a seleccionar la variante de producción más factible, así como las materias primas para llevar a cabo el proceso, donde el aceite de cachaza, el alcohol etílico y el catalizador etóxido de sodio fueron las variantes más atractivas.La parte esencial del trabajo consiste con la tarea de inversión y de proyección, seguida del dimensionamiento de los equipos para la planta de obtención de Biodiesel, a partir de la cachaza residual que aporta dicha Empresa Mielera. Además se analizan los balances de materiales y los de energía, además del diseño de los equipos de la sección escogida, así como su análisis técnico - económico.

In this paper, an analysis of the investment task and projection is performed, as well as technical-economical analysis of the possibilities of production Biodiesel on an industrial scale in "Heriberto Duquesne" Molasses Company.An extensive literature search on the subject of biofuels, and biodiesel in particular was conducted, with a view of selecting the most feasible variant of production and raw materials to carry out the process, where the mud oil, ethyl alcohol and sodium ethoxide catalyst were the most attractive variants.The essential part of the job is the investment task and projection, followed by sizing the equipment for the production of Biodiesel plant, starting from the residual filter cake which provides the Molasses Company. Besides, material balances and energy are analyzed, in addition to equipment design of the chosen section, as well as their technical - economical analysis.

Factibilidad económica de alternativas de inversión para reducir el costo de producción de la levadura torula

Considerando los elevados costos de adquisición que tienen las sales de amonio, empleadas en la tecnología de producción de levadura torula; así como, los elevados costos energéticos asociados al consumo en; sopladores para la fermentación, en máquinas separadoras y en la concentración y secado de la levadura. En el trabajo se analizan diferentes alternativas tecnológicas encaminadas a reducir los costos de producción de la levadura torula, mediante cambios; en los insumos de producción, motores eléctricos y sustitución de una porción del combustible empleado en el secado, por una fuente de energía renovable. Luego, se evalúa la factibilidad técnico-económica, en ambas monedas, de cada una de ellas para su aplicación práctica.

The prices of ammonium salts which are used in the torula yeast production technology are very high nowadays. In the other hand, this technology has very high energy costs which are consumed by blowers in fermentation, separators machines and in the concentration and drying of yeast. In this paper, different technical alternatives are analyzed for reducing the production cost of torula yeast, through changes in production inputs, electric motors and the replacement of a portion of the fuel used for drying by biogas. Then, the economic feasibility in both currencies is evaluated for practical application.

Producción de aguardiente utilizando extracto de alfa ácidos del lúpulo en el control biocida del proceso fermentativo

En el proceso de producción de aguardiente o "cachaça", utilizando como substrato jugo de caña de azúcar, uno de los problemas que surgen frecuentemente durante la fermentación es la contaminación del mosto por bacterias como la Leuconostoc mesentoroides y especies de Lactobacillus. En los ensayos desarrollados en los laboratorios da la Escuela de Ingeniería de Lorena (EEL), se observó que en los mostos con una concentración de 40 ppm de alfa ácidos hubo una reducción de las células vivas de las bacterias Lactobacillus casei y Lactobacillus plantarum de 10(8) UFC/mL para 10(5) UFC/mL. La levadura Saccharomyces cerevisiae utilizada, cultivada en condiciones aeróbicas, con agitación a 120 rpm y a 25 ˚C en medio sintético Sabourand, no presentaron inhibición en un medio con las mismas concentraciones de alfa ácidos. Se fermentaron de 200 litros de mosto con concentración de 40 ppm de alfa-ácidos, reutilizando la levadura en 14 ciclos, sin observar contaminación del medio. También se fermentaron mostos sin la presencia de alfa-ácidos para utilizar como estándar en la investigación desarrollada. Los mostos fermentados fueron destilados en un destilador de cobre de 160 L, y las bebidas obtenidas fueron separadas para su posterior análisis.Las "cachaças" producidas con y sin alfa ácidos fueron analizadas en el laboratorio de Alcoholes y Bebidas, así como en el laboratorio de Espectrofotometría del Instituto Cubano de Investigaciones de los Derivados de la Caña de Azúcar (ICIDCA); presentaron características semejantes en la composición química y en la puntuación dada por los catadores en el análisis sensorial.

The major problem in the production of "clear brandy" is the contamination of the must by bacteria of the species Lactobacillus. To overcome this problem, this work intends to evaluate the usage of the alpha acids from hop extract (Humulus lupulus) as antibacterial agent during brandy production. In addition, the maximum cell recycling was evaluated during the clear brandy production. Preliminary experiments using the Sabourand synthetic medium added with 40 ppm of the alpha acids reduced the cell viability of L. casei and L. plantarum bacteria from 10(8) CFU.mL-1 to 10(5) CFU.mL-1 and showed no effect in the growth of Saccharomyces cerevisiae. These experiments were conducted at 120 rpm and 25°C. The clear brandy production (200 L) using the same alpha acids concentration (40 ppm) and Saccharomyces cerevisiae cell recycling (14 times) showed no contamination by bacteria. Then, the clear brandy was distilled in a 160 L cooper distiller. The clear brandy produced with and without alpha acids, was analyzed in the Laboratory of Alcohol and Beverages as well as in the Laboratory of Spectroscopy of the Cuban Research Institute of the Sugarcane Derivatives (ICIDCA in Spanish) in Havana and showed similarities in their composition and sensorial chemical analysis.

Modelo matemático para la utilización analítica del Contorno de Bloqueo en engranajes con dientes asimétricos

Los Contornos de Bloqueo son un método gráfico, que muestra al diseñador de engranajes el conjunto de valores de los coeficientes de corrección, que cumple con las limitaciones geométricas de socavado, factor de recubrimiento, interferencia y espesor del diente en el diámetro exterior de las ruedas. En este trabajo se desarrolla un modelo matemático, que permite la construcción no interactiva del Contorno de Bloqueo en transmisiones por engranajes cilíndricos con contacto exterior con dientes asimétricos. Para ello se modifican las ecuaciones que definen las restricciones mencionadas y se establece la secuencia en que deben ser calculadas. De esta manera resulta posible la utilización analítica de los límites del contorno para establecer la dependencia entre los parámetros geométricos de estas transmisiones facilitando así la tarea de síntesis.

Blocking Contours are a graphical method. By means of this technique, the gear designer obtains the values of the correction coefficients, which meets the undercutting geometric constraints, contact ratio, interference and teeth pointing. This paper presents a mathematical model that allows non-interactive construction of blocking contour in the field of cylindrical external gears with asymmetric teeth.For this purpose, the equations defining the mentioned restrictions are modified and it is set the sequence in which they should be calculated. This makes possible the analytical use of the limits of blocking contour for establishing the dependence between the geometric parameters of these transmissions, thereby facilitating synthesis work.

Integración simultánea de agua y energía: logros y desafíos

La Integración de Procesos (IP) es una herramienta que por más de cuarenta años ha demostrado su fortaleza para brindar soluciones óptimas a problemas complejos. La interacción de los sistemas de intercambio de energía y de las redes de agua constituye un caso típico de este tipo de problemas. El incremento gradual en los consumos de agua y energía ha determinado la necesidad de desarrollar metodologías que tomen en cuenta la integración simultánea de estos recursos. El presente trabajo tiene como objetivo presentar una revisión bibliográfica relacionada con la integración simultánea de agua y energía. Primeramente se presentan elementos generales relacionados con este campo de investigación, enfatizando en los enfoques empleados para llevar a cabo la integración simultánea (análisis pinch y la programación matemática). Se presentan además algunos casos de estudios recientes que demuestran la fortaleza de estas herramientas, prestando especial interés a la industria azucarera. Finalmente se presentan algunos de los retos que deberá enfrentar la integración simultánea de agua y energía durante la diversificación de la industria azucarera cubana.

Process Integration (PI) is a tool that for over forty years has demonstrated its strength to provide optimal solutions to complex problems. The interaction of exchange systems of energy and water networks is a typical case of such problems. The gradual increase in the consumption of water and energy has determined the development of methodologies that take into account the simultaneous integration of these resources. This paper aims to present a literature review related to the simultaneous integration of water and energy. First, general items related to this research field are presented, emphasizing the approaches to simultaneous integration (Pinch Analysis and Mathematical Programming). Some recent cases of studies, demonstrating the strength of these tools mainly focus to sugar industry, are also presented. Finally some of the challenges to be faced by the simultaneous integration of water and energy for the diversification of the Cuban sugar industry are presented.

ANÁLISIS DE LOS FACTORES QUE MÁS INCIDEN SOBRE EL RENDIMIENTO INDUSTRIAL AZUCARERO

El sector azucarero cubano requiere implementar métodos que permitan cuantificar con mayor precisión la influencia de las variables tecnológicas del proceso sobre el rendimiento industrial. Se necesita prever el comportamiento de su proceso productivo con el fin de planificar y optimizar el uso de los recursos técnicos, humanos y financieros para mejorar aquellas variables tecnológicas que tienen mayor peso sobre el rendimiento industrial. En este contexto el presente trabajo busca, en primer lugar, identificar aquellas variables tecnológicas que más correlacionadas están con el rendimiento industrial y las principales pérdidas del proceso, a través del análisis de componentes principales; y en segundo lugar, cuantificar el efecto de estas variables sobre el rendimiento industrial azucarero, las pérdidas en miel final y las pérdidas en bagazo, mediante el empleo de modelos de regresión múltiple del tipo log-log. Se muestra el análisis de los resultados obtenidos por estas herramientas estadísticas y su empleo para simular diferentes condiciones de operación del proceso. Los modelos desarrollados son útiles para actuar desde el punto de vista tecnológico sobre el proceso y mejorar el control del mismo.

The Cuban sugar industry needs to implement methods to quantify the influence of technological process variables on the sugar cane industrial output as accurately as possible. It is needed to predict the behavior of its productive process in order to plan and optimize the use of the technical, financial and human resources to improve those technological variables that most influence on sugar cane industrial output. In this context the present paper seeks, firstly, to identify those technological variables that are correlated with the industrial performance and the main losses in the process, through the principal component analysis; and secondly, to quantify the effect of these variables on the sugar cane industrial output, losses in final molasses and bagasse losses, by using multiple regression models of log-log. The analysis of the results obtained by these statistical tools and their use to simulate different operating conditions of the process is shown. The developed models are useful to act from a technological point of view of the process and improve control over it.

Minimizacion del impacto ambiental de las aguas oleosas mediante columna rellena con bagazo de caña de azúcar

A partir del diagnóstico ambiental realizado en el proceso de centrifugación del combustible utilizado como materia prima para la generación de energía eléctrica en las Centrales Eléctricas (CE) que operan con diesel y la caracterización físico-química del agua residual oleosa (ARO) que se genera, se realizó la evaluación de impacto ambiental que estas aguas provocan si son vertidas el medio sin tratamiento alguno. Se confeccionó una matriz de importancia que permitió identificar las acciones y factores impactados por la actividad y los residuos generados. Partiendo de la caracterización físico-química del ARO se propone un tratamiento sustentable con la utilización de una columna de lecho fijo rellena con bagazo de caña de azúcar como material biosorbente, para minimizar el impacto ambiental provocado por las aguas oleosas en caso de derrame. Al bagazo de caña de azúcar natural (BN) se le realizó una caracterización físico-química: humedad, densidad aparente, porosidad y capacidad máxima de adsorción. Con los resultados obtenidos se definió la fracción de interés (+1 -2 mm), dado por el rendimiento en el tamizado (41%), la homogeneidad de dicha fracción y su capacidad de sorción (2g diesel/g BN). La curva de ruptura se obtuvo mediante un sistema de flujo continuo de 2 L/h de ARO a través de un lecho fijo de 59,997 g de BN y una concentración inicial de hidrocarburo de 1444,9 mg/L. Los estudios demostraron que el bagazo de caña de azúcar tiene potencialidades como biosorbente de hidrocarburos, lográndose una remoción significativa del indicador hidrocarburo total, de un 65%.

From the environmental assessment conducted in the centrifugation process fuel that is used as raw material for generating electricity in Power Plants (CE) operating with diesel and the physicochemical characterization of oleaginuos water (ARO) that it generates, it was performed the environmental impact assessment of these waters if they are discharged without any treatment. A matrix of importance was made, which allowed us to identify the impact on the actions and factors by the activity and the generated waste. From the physico-chemical characterization of ARO, a sustainable treatment is proposed with the use of a fixed-bed column filled with sugar cane bagasse as biosorbent material to minimize the environmental impact caused by oleaginous water if spilled. A physicochemical characterization was made to the natural sugar cane bagasse in terms of moisture, density, porosity and high adsorption capacity. The results allowed to define the fraction of interest (+1 -2 mm), given by the performance in the screening (41%), the homogeneity of this fraction and sorption capacity (2g diesel/g BN). The breakthrough curve was obtained by a continuous flow system 2 l/h of ARO through a fixed bed of 59.997 g of BN and an initial concentration of hydrocarbon of 1444.9 mg/l. Studies showed that the sugarcane bagasse has potential as biosorbent oil, achieving a significant removal of the indicator total hydrocarbon, of 65%.

Alternativas tecnológicas para reducir el volumen de las vinazas de la industria alcoholera y su tratamiento

En el presente trabajo se analizan dos alternativas tecnológicas en la producción de etanol para disminuir el volumen de vinazas a la salida de la columna destiladora y sus efectos negativos al medio ambiente, realizando una propuesta para el tratamiento del residual. Se elaboró un modelo de simulación en Microsoft Excel haciendo uso de técnicas de análisis de procesos, en el que mediante balances de masa y energía se simula el comportamiento del proceso y los cambios tecnológicos propuestos. Las alternativas propuestas de adicionar un rehervidor de fondo a la columna destiladora y recircular vinazas al tanque de dilución de mieles disminuyen el flujo de vinazas obtenido al fondo de la columna destiladora, mostrándose el mejor resultado al combinar las alternativas. Las alternativas son económicamente factibles, se obtienen TIR (Tasa de retorno de la inversión) mayores que la tasa de interés utilizada y la inversión se recupera en un tiempo inferior a cuatro años, demostrando liquidez.

In this paper, two technological alternatives were analyzed for the production of ethanol in order to diminish the vinasse volume at the exit of the distilling column. Also environmental effects and energy efficiency of the process were discussed, making a proposal for the treatment of residuals. A simulation model was elaborated in Microsoft Excel using process analysis techniques. By means of mass and energy balances, actual process behavior and its technological changes were simulated. The alternatives proposed of adding a bottom reboiler to the distilling column and to recirculate vinasses to the molasses dilution tank decrease the flow obtained at the bottom of the distilling column, showing the best results when combining the alternatives. The alternatives are economically feasible, they obtain higher IRR (Rate of return on investment) than the interest rate used, and the investment is recovered in less than four years, showing liquidity.

Análisis preliminar del efecto de la actividad de agua sobre la viabilidad y estabilidad en formulaciones de probióticos

El PROBICID® seco, producido en la planta Cuba10 del Instituto Cubano de Investigaciones de los Derivados de la Caña de Azúcar (ICIDCA), se obtiene mediante un proceso en el que se pierde el 99% de la viabilidad celular en la operación de secado por aspersión. Con el objetivo de eliminar esta etapa y minimizar las pérdidas, en el estudio se obtuvieron formulaciones de un preparado probiótico utilizando represores químicos de la actividad de agua, con la aplicación de un diseño de experimentos 3². Se determinaron las isotermas de adsorción de los formulados, a partir del ajuste de modelos a los datos experimentales. Se analizó la influencia de la actividad de agua de los formulados sobre las variables dependientes viabilidad y estabilidad, obteniéndose que no existen diferencias estadísticamente significativas entre el valor que toman las variables respuesta para los niveles del factor analizado.

The dry PROBICID® is obtained in Cuba10 plant of the Cuban Research Institute of Sugarcane By-products (ICIDCA), by a process that lost 99% of cell viability in the drying operation spray. In order to eliminate this stage and minimize losses, in the study was obtained probiotics formulations using chemicals repressors of water activity, with the application of a design of experiments 3². The adsorption isotherms of the formulations were determined by fitting models to experimental data. The influence of water activity over viability and stability as dependent variables was studied, yielding no statistically significant difference between the values taken by the response variables for levels of the analyzed factor.

Evaluación de esquemas de cogeneración de energía a partir de bagazo de caña de azúcar

Se simulan y evalúan cinco alternativas de cogeneración, promoviendo un aumento de las producciones de energías térmicas y eléctricas así como su correcta administración. Las tres primeras alternativas consideran el aumento de la presión de la caldera y un cambio de las turbinas de vapor las cuales serán del tipo extracción-condensación; en la cuarta se propuso un cambio de caldera para implementar una de lecho fluidizado burbujeante y finalmente en la quinta alternativa, se analiza un esquema de gasificación de biomasa. Los esquemas son analizados energética y exergéticamente. Las alternativas de cogeneración fueron simuladas en ASPEN PLUS. Los mayores excedentes de bagazo y electricidad se obtienen con el esquema de gasificación de biomasa y los peores resultados en estos parámetros se obtienen en la alternativa que opera a menores parámetros de presión y temperatura.

In this paper were simulated and evaluated five alternatives of cogeneration scheme that promote a higher production of thermal and electrical energies as well as its right management. The first three alternatives are directed to increasing the boiler pressure and a change of steam turbines which are the extraction-condensation type, and then the fourth alternative proposed a boiler change to implement a bubbling fluidized bed and finally in the fifth alternative a scheme of biomass gasification is analyzed. All scheme were analyzed energetic and exergetically. The five cogeneration alternatives were simulated in ASPEN PLUS; they showed that the largest surplus bagasse and electricity are obtained with the scheme of a biomass gasification and the worst results in these parameters were obtained in the alternative that function in low pressure and temperature parameters.