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7/24/2019 DETERMINACIN DE LA CONCENTRACIN DE FOSFATO POR UN MTODO COLORIMTRICO EN EL JUGO DE CAA D

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Universidad de San Carlos de Guatemala

Facultad de Ingeniera

Escuela de Ingeniera Qumica

DETERMINACIN DE LA CONCENTRACIN DE FOSFATO POR UN MTODO

COLORIMTRICO EN EL JUGO DE CAA DE AZCAR DE LAS VARIEDADES CP88-1165,

CP73-1547 Y CP72-2086 UTILIZADAS EN EL INGENIO TRINIDAD

Anglica Mara Alejandra Pelaz NoriegaAsesorado por el Ing. Estuardo Edmundo Monroy Bentez

Guatemala, noviembre de 2014


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UNIVERSIDAD DE SAN CARLOS DE GUATEMALA

FACULTAD DE INGENIERA

DETERMINACIN DE LA CONCENTRACIN DE FOSFATO POR UN MTODOCOLORIMTRICO EN EL JUGO DE CAA DE AZCAR DE LAS VARIEDADES CP88-1165,

CP73-1547 Y CP72-2086 UTILIZADAS EN EL INGENIO TRINIDAD

TRABAJO DE GRADUACIN

PRESENTADO A LA JUNTA DIRECTIVA DE LA

FACULTAD DE INGENIERAPOR

ANGLICA MARA ALEJANDRA PELAZ NORIEGA

ASESORADO POR EL ING. ESTUARDO EDMUNDO MONROY BENTEZ

AL CONFERRSELE EL TTULO DE

INGENIERA QUMICA

GUATEMALA, NOVIEMBREDE 2014


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UNIVERSIDAD DE SAN CARLOS DE GUATEMALA

FACULTAD DE INGENIERA

NMINA DE JUNTA DIRECTIVA

DECANO Ing. Murphy Olympo Paiz Recinos

VOCAL I Ing. Alfredo Enrique Beber Aceituno

VOCAL II Ing. Pedro Antonio Aguilar Polanco

VOCAL III Inga. Elvia Miriam Ruballos Samayora

VOCAL IV Br. Narda Luca Pacay Barrientos

VOCAL V Br. Walter Rafael Vliz Muoz

SECRETARIO Ing. Hugo Humberto Rivera Prez

TRIBUNAL QUE PRACTIC EL EXAMEN GENERAL PRIVADO

DECANO Ing. Murphy Olympo Paiz Recinos

EXAMINADORA Inga. Lorena Victoria Pineda Cabrera

EXAMINADORA Inga. Hilda Piedad Palma Ramos

EXAMINADOR Ing. Adrin Antonio Soberanis Ibez

SECRETARIO Ing. Hugo Humberto Rivera Prez


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ACTO QUE DEDICO A:

Dios

Mis padres

Mis hermanas

Mis abuelos

Mi abuelo

Por permitirme terminar esta meta tan

importante en mi vida.

Pedro Pelez y Anglica Noriega, que con su

amor, enseanza y ejemplo han sabido guiarme

durante toda la vida.

Karen, Cristina y Sophia Pelez Noriega, por

ser mis compaeras de vida, por confiar

siempre en m y ayudarme en momentos

difciles.

Amelia Morales, Albina Reyes y Alberto Pelez,por compartir consejos y experiencias como

fortalecimiento y ayuda en los momentos que lo

necesitaba.

Francisco Noriega (q.e.p.d.), por ser un ejemplo

de padre y abuelo, s que aunque no est

fsicamente siempre vivir en mi corazn y

estar guindome desde el cielo.


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Mis tos

Lidia y Elizabeth Pelez

Mis primos y sobrinos

Jos Alberto Rodrguez

Elizabeth, Jorge, Marina, Lidia, Mario, Nery,

Rosa, Francisco, Pedro, Delfido, Mario Ren,

Patricia, Nidia, Oscar y Erica, porque sin ellos

no hubiese podido terminar esta etapa tan

importante de mi vida.

A quienes quiero como a una madre, por

siempre estar dispuestas a escucharme y

ayudarme en todos mis problemas, por

ayudarme a terminar esta meta tan importante.

Mnica Guerra, Zindy Guerra, Claudia Guerra,

Ren Rosales, Jorge Rosales, Francisco

Pelez, Javier Noriega, Diego Pelez, Gabriela

Noriega, Karen Pelez, Natalia Pelez, Rodrigo

Pelez, Maria Andre Pelez, Luis Pablo

Lorenzana, Karla Lorenzana, Nataly Noriega,

Valentina Rodrguez, Martn Quionez y Pablo

Rodrguez, porque me han brindado su apoyo

incondicional y por compartir conmigo buenos y

malos momentos.

Por su amor, comprensin, paciencia y apoyo,

por acompaarme durante todo este camino y

compartir conmigo alegras y fracasos.


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AGRADECIMIENTOS A:

La Universidad de San

Carlos de Guatemala y

Facultad de Ingeniera

Mis amigos

Lourdes Castillo y

Nancy Castro

Ingeniero Estuardo

Monroy

Colaboradores del

Ingenio Trinidad

Por la formacin acadmica.

Especialmente a Jos Rodrguez, Lubet

Caldern, Yilma Sazo, Ana Fernndez, Jos

Leppe, Luis Aragn, Bryan Carrera, Byron

Roldn, Gabriela Coyoy y Ana Herrera, por

brindarme su apoyo durante toda mi carrera.

Por compartir conmigo durante la realizacin del

EPS, por demostrarme que podemos ser

grandes amigas y compaeras de trabajo a lavez.

Por dedicar su tiempo, experiencia y consejos

en la realizacin de este trabajo de graduacin.

Especialmente a Luis Cifuentes, Byron

Obregn, Manaen Ramos y Ren Morales, por

permitirme realizar mi EPS y apoyarme en la

parte experimental de este trabajo de

graduacin.


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I

NDICE GENERAL

NDICE DE ILUSTRACIONES ............................................................................ V

LISTA DE SMBOLOS ...................................................................................... VII

GLOSARIO ........................................................................................................ IX

RESUMEN ....................................................................................................... XIII

OBJETIVOS ...................................................................................................... XV

Hiptesis .................................................................................................. XVI

INTRODUCCIN ............................................................................................ XVII

1. ANTECEDENTES .................................................................................... 1

2. MARCO TERICO ................................................................................... 3

2.1. Caa de azcar ......................................................................... 3

2.1.1. Fisiologa de la caa de azcar ................................ 32.1.2. Composicin de la caa de azcar ........................... 4

2.1.3. No sacarosa en caa ................................................ 4

2.2. Fosfato en la caa de azcar .................................................... 5

2.2.1. Fosfato en plantas y suelo ........................................ 6

2.2.2. Fosfato en la caa y su importancia en la

produccin de azcar ............................................... 7

2.3. Caa de azcar en Guatemala .................................................. 8

2.3.1. Ubicacin geogrfica de la zona caera ................... 8

2.3.2. Variedades de caa de azcar utilizadas en

Guatemala .............................................................. 12

2.4. Tipos de suelo ......................................................................... 13

2.5. Espectrofotometra .................................................................. 15


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II

2.5.1. Transmitancia, absorbancia y concentracin .......... 15

2.5.2. Colormetro .............................................................. 17

3. DISEO METODOLGICO .................................................................... 19

3.1. Variables .................................................................................. 19

3.2. Delimitacin de campo de estudio ........................................... 20

3.3. Recursos humanos disponibles ............................................... 20

3.4. Recursos materiales disponibles (equipo, cristalera,

reactivos) .................................................................................. 21

3.4.1. Equipo ..................................................................... 21

3.4.2. Cristalera ................................................................ 21

3.4.3. Reactivos y materia prima ....................................... 22

3.5. Tcnica cualitativa o cuantitativa .............................................. 22

3.6. Recoleccin y ordenamiento de la informacin ........................ 23

3.7. Tabulacin, ordenamiento y procesamiento de la

informacin ............................................................................... 23

3.7.1. Validacin del mtodo ............................................. 24

3.7.2. Toma de datos de concentracin de fosfato ............ 24

3.8. Anlisis estadstico ................................................................... 25

3.8.1. Nmero de repeticiones .......................................... 25

3.8.2. Media de una muestra ............................................. 26

3.8.3. Desviacin estndar ................................................ 27

3.8.4. Comparacin de dos medias mediante t de

student..................................................................... 27

4. RESULTADOS ........................................................................................ 31

4.1. Concentracin de fosfato en diferentes estratos

altitudinales por variedad de caa ............................................ 31

4.2. Concentracin de fosfato por variedad de caa ....................... 32


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III

4.3. Concentracin de fosfato entre cada variedad de caa por

estrato altitudinal ..................................................................... 33


principales tipos de suelo ........................................................ 34


pH del jugo de caa ................................................................. 36

4.6. Anlisis estadstico .................................................................. 38

5. INTERPRETACIN DE RESULTADOS................................................. 41

6. LOGROS OBTENIDOS .......................................................................... 45

CONCLUSIONES ............................................................................................. 47

RECOMENDACIONES ..................................................................................... 49

BIBLIOGRAFA ................................................................................................. 51

APNDICES ..................................................................................................... 53

ANEXOS ........................................................................................................... 59


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IV


18/100

V

NDICE DE ILUSTRACIONES

FIGURAS

1. Ubicacin geogrfica de la zona caera en Guatemala ......................... 9

2. Ubicacin geogrfica de la zona caera en la costa sur de

Guatemala ............................................................................................ 10

3. Estrato altitudinal de la zona caera .................................................... 11

4. Porcentaje de rea cultiva comercialmente en Guatemala de 1980

a 2012.. ................................................................................................ 13

5. Tringulo de clasificacin de los suelos del Departamento de

Agricultura de EUA (USDA) ................................................................. 14

6. Absorbancia versusconcentracin y longitud de onda ........................ 16

7. Concentracin de fosfato en jugo de caa en funcin de la variedad

de caa ................................................................................................ 328. Concentracin de fosfato en jugo de caa en funcin del estrato

altitudinal por variedad de caa ........................................................... 33

9. Concentracin de fosfato en jugo de caa en funcin del estrato

altitudinal .............................................................................................. 34

10. Concentracin de fosfato en jugo de caa en funcin del tipo de

suelo por variedad de caa .................................................................. 35

11. Concentracin de fosfato en jugo de caa en funcin del tipo de

suelo................................................................................................. 35

12. Concentracin de fosfato en jugo de caa en funcin del pH por

variedad de caa .................................................................................. 37

13. Concentracin de fosfato en jugo de caa en funcin del pH por

variedad de caa .................................................................................. 37


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VI

TABLAS

I. Composicin tpica de la caa (en kg/100 kg de caa) entregada

a fbricas de azcar de diferentes lugares ......................................... 4

II. Concentracin de los constituyentes inorgnicos en los jugos de

caa ................................................................................................... 8

III. Lista de variables .............................................................................. 19

IV. Lista de variables a manipular .......................................................... 20

V. Datos de concentracin final de fosfato terica y concentracin

obtenida mediante el mtodo ........................................................... 24VI. Nota de peso, concentracin de fosfato en jugo diluido y

concentracin de fosfato real del jugo de las 15 muestras diarias.... 25

VII. Valores crticos de la distribucin t ................................................... 29

VIII. Concentracin de fosfato en diferentes estratos altitudinales para

la variedad CP88-1165 ..................................................................... 31

IX. Concentracin de fosfato en diferentes estratos altitudinales para

la variedad CP73-1547 ..................................................................... 31

X. Concentracin de fosfato en diferentes estratos altitudinales para

la variedad CP72-2086 ..................................................................... 32

XI. Tipos de suelo .................................................................................. 36

XII. Contraste de significacin (t de student) entre las tres variedades... 38

XIII. Contraste de significacin (ANOVA) entre el estrato altitudinal,

tipo de suelo y pH ............................................................................. 39


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VII

LISTA DE SMBOLOS

Smbolo Significado

A Absorbancia

Cp Canal point

P Fsforo

Brix Grados Brix (Brix)

Ha Hiptesis alternativa

Ho Hiptesis nula

PO4 In fosfato

HPO4-2 In fosfato secundario

H2PO4- In ortofosfato primario

ppm Partes por milln

pH Potencial de hidrgenoT Transmitancia


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VIII


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IX

GLOSARIO

Absorbancia Cantidad de intensidad de luz que absorbe una

solucin.

cido fosfrico cido inorgnico, relativamente dbil utilizado para la

clarificacin de jugo de caa en la produccin de

azcar.

Azcar reductor Azcar que posee un grupo carbonilo por lo que es

capaz de reaccionar reduciendo otra sustancia.

Brix Medida de los slidos disueltos en azcar, jugo, licor

o jarabe utilizando un refractmetro.

Clarificacin Separacin por sedimentacin de los slidos

suspendidos en soluciones de azcar turbias.

Cogollo Parte superior de la caa, flores, tallos y hojas que

nacen de un mismo pie.

Encalamiento Adicin de la lechada de cal en la clarificacin de

jugo de caa.

Estrato altitudinal Nivel dependiente de la altitud, distancia vertical al

nivel cero, para el que se suele tomar el nivel medio

del mar.


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X

Floculacin Formacin de floculo en la clarificacin.

Floculante Polielectrolito en solucin aadido al jugo para

promover la clarificacin.

Floculo Grumo de materia orgnica formado por agregacin

de slidos en suspensin.

Fosfato Ion poliatmico de frmula emprica PO4-3.

Fosforilacin Transporte de energa.

Fotosntesis Conversin de materia inorgnica en orgnica

mediante la luz.

Longitud de onda Distancia que hay entre dos crestas (los puntos ms

altos) consecutivas en una onda.

Luz monocromtica Luz compuesta por componentes de un mismo color.

Micorrizas Son asociaciones entre ciertos hongos beneficiosos

del suelo y la inmensa mayora de las plantas.

Nudos Zonas del tallo desde donde nacen las hojas.

Pelos radiculares Proyecciones de las clulas epidrmicas de la raz

que juegan un papel crtico en la toma de agua y

nutrientes.


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XI

Pol Contenido de sacarosa aparente expresado como

porcentaje de masa, medido a partir de la rotacin

ptica de luz polarizada al pasar por una solucin

azucarada.

Sacarosa El compuesto qumico puro C12H22O11 que es

conocido como azcar blanco, generalmente medido

mediante polarizacin en caso de soluciones puras y

con GC o HPLC en caso de soluciones de baja

pureza. El nombre qumico es P-n-Fructofuranosila-D-glucopiransido.

Talpetate Terreno slido, compacto y arcilloso, estratificado en

capas como petates.

Transmitancia La fraccin de la radiacin incidente transmitida por

la solucin.

Zafra Temporada en la que se recolecta la caa de azcar

y se produce azcar.


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XII


26/100

XIII

RESUMEN

En el presente estudio se realiz la determinacin de la concentracin de

fosfato por un mtodo colorimtrico en el jugo de caa de azcar de las

variedades CP88-1165, CP73-1547 y CP72-2086 utilizadas en el Ingenio

Trinidad. Para el estudio se realiz un promedio de datos de concentracin de

fosfato por variedad y variables que influyen en los resultados, tales como el

estrato altitudinal, tipo de suelo y potencial de hidrgeno del jugo de caa.

Se obtuvieron distintas concentraciones de fosfato por variedad de caa,

sin embargo, solamente la CP88-1165 sobresale teniendo una diferencia de

promedio de concentracin de fosfato estadsticamente significativa respecto a

las otras dos variedades en estudio.

Se evalu la concentracin de fosfato por variedad de caa por estratoaltitudinal, obteniendo un mayor valor de concentracin en el estrato litoral en

las tres variedades de caa. Se obtuvo la relacin entre los tipos de suelo y la

concentracin de fosfato por variedad de caa. En los tipos de suelo donde se

encuentra la CP88-1165 tiene un mayor valor de concentracin que la variedad

CP73-1547 y la CP72-2086. No se obtuvo relacin entre el potencial de

hidrgeno del jugo de caa y la concentracin de fosfato, para ninguna variedad

de caa, sin embargo, se conserva el comportamiento de mayor concentracin

de fosfato en la variedad CP88-1165 en cada rango de potencial de hidrgeno.


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XIV


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XV

OBJETIVOS

General

Determinar las concentraciones de fosfato por un mtodo colorimtrico en

el jugo de caa de azcar de las variedades CP88-1165, CP73-1547 y CP72-

2086 utilizadas en el Ingenio Trinidad.

Especficos

1. Determinar la concentracin de fosfato en diferentes estratos altitudinales

para las variedades de caa siguientes: CP88-1165, CP73-1547, CP72-

2086.

2. Realizar un anlisis comparativo de las diferentes concentraciones defosfato por variedad de caa.

3. Analizar grficamente las diferentes concentraciones de fosfato entre

cada variedad de caa por estrato altitudinal.

4. Realizar un anlisis comparativo de las diferentes concentraciones de

fosfato entre cada variedad de caa por principales tipos de suelo.

5. Comparar mediante un anlisis grfico las concentraciones de fosfato

entre cada variedad de caa por potencial de hidrgeno del jugo de caa

en los siguientes rangos: menor a 5,3, entre 5,3 y 5,5 y mayor a 5,5.


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XVI

Hiptesis

Las tres variedades de caa de azcar de ms uso en el ingenio Trinidad

poseen diferentes concentraciones de fosfato dependiendo de la variedad, el

estrato altitudinal y el tipo de suelo.

Hiptesis nula:

Existe diferencia significativa en los niveles de concentracin de fosfato

entre las tres principales variedades de caa del Ingenio Trinidad.

Hiptesis alternativa:

No existe diferencia significativa en los niveles de concentracin de fosfato

entre al menos dos de las tres principales variedades de caa del IngenioTrinidad.


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XVII

INTRODUCCIN

La caa de azcar es la materia prima para la produccin de azcar en los

ingenios azucareros de Guatemala. Existen caracterizaciones de las variedades

de caa de azcar utilizadas en el pas; sin embargo, estas caas se

desarrollan en condiciones controladas en cuanto a riego, fertilizacin, control

de plaga y enfermedades.

El fsforo es un compuesto qumico que no posee naturalmente la caa,

es absorbido del suelo por medio de las races. Sin embargo, el fsforo es el

que se extrae en menor cantidad en el cultivo caa de azcar, y sus

insuficiencias estn relacionadas con los bajos contenidos asimilables y a que

es un elemento que no trasloca en el suelo.

El fosfato es esencial para la mejora de la clarificacin del jugo extrado dela caa, es por ello que es necesario determinar la cantidad de fosfato presente

en las diferentes variedades de caa utilizadas en Guatemala, y su

dependencia de distintos factores tales como estrato altitudinal y tipo de suelo,

las cuales son dos variables importantes como fuentes de fosfato. El proceso de

clarificacin es beneficiado al aumentar la cantidad de fsforo en el suelo, ya

que este ayuda a la remocin de material slido insoluble del jugo de caa. Ya

que no se poseen datos de la cantidad de fosfato presente en el jugo de caa,

antes de llevarse a cabo el proceso de clarificacin, es agregado cido fosfrico

en iguales proporciones para el jugo de todos los tipos de caa.


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XVIII


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1

1. ANTECEDENTES

En Guatemala actualmente existen 12 ingenios azucareros, los cuales

utilizan mayormente 3 variedades de caa: CP88-1165, CP73-1547 Y CP72-

2086. Existen tambin investigaciones acerca de la caracterizacin de la caa

de pases cuya agroindustria azucarera est desarrollada.

En 2006 Ronaldo Pocasangre realiz una investigacin titulada

Determinacin de la relacin existente entre la concentracin de sacarosa con

respecto a la concentracin de diferentes compuestos qumicos presentes en el

jugo de caa de azcar en 5 variedades. Esta investigacin trata de la

naturaleza metablica de la caa de azcar, a travs de la determinacin de la

relacin que existe entre la concentracin de azcares reductores, almidones,

fenoles, porcentaje fibra, humedad del tallo, fsforo, cobre, cinc, hierro,

manganeso, calcio, magnesio, potasio, pH del jugo con respecto a laconcentracin de sacarosa en la caa de azcar. En esta investigacin se

concluy que la concentracin de sacarosa es inversamente proporcional a los

azcares reductores, humedad del tallo, fsforo, pH y cobre.

En 1984, Omar Rodrguez y Ventura Gonzlez, del Centro Nacional de

Investigaciones Agropecuarias de Venezuela, realizaron la investigacin titulada

Caracterizacin de la caa de azcar, en la cual se caracteriz la caa utilizada

en la produccin de azcar en Venezuela. En esta investigacin se utiliza un

mtodo que considera los aspectos morfolgicos generales de cada variedad

en particular, y la descripcin detallada de las caractersticas morfolgicas ms

importantes de los tallos y hojas. Se buscaba caracterizar e inventariar todo el

material vegetal con el cual cuenta la Coleccin de Variedades de Caa de


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2

Azcar del CENIAP. Se presenta la descripcin de ocho variedades como

ejemplo de aplicacin de la metodologa.

En 2000, Federico Prez Zamora, Jorge Scandaliaris, Rafael Villegas y

Guillermo Fadda realizaron la investigacin titulada Efecto de la fertilizacin

fosfrica sobre los niveles productivos de caa de azcar en Tucuman,

Argentina. Se evaluaron 10 cosechas de experimentos que se conducen en 5

localidades del rea caera de Tucumn, en los que se estudi el efecto de 3

dosis de fsforo aplicadas a dos variedades de caa. Con la investigacin se

verific incrementos significativos de los rendimientos culturales de caa deazcar con la fertilizacin fosfrica cuando los contenidos asimilables en el

suelo, son inferiores a 13 partes por milln de fsforo. En cosechas que se

desarrollan con bajos contenidos de fsforo, existen limitaciones para la

obtencin de altas producciones.


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3

2. MARCO TERICO

2.1. Caa de azcar

La caa de azcar es una planta herbcea de gran tamao que se cultiva

en pases tropicales y subtropicales. La caa se propaga vegetativamente

sembrando trozos de sus tallos. La produccin de caa vara de un rea a otra,

dependiendo de la variedad, utilizando factores climticos, disponibilidad del

agua, prcticas de cultivo y la duracin del perodo de crecimiento.

2.1.1. Fisiologa de la caa de azcar

La caa de azcar es una planta perenne correspondiente a la familia de

las gramneas, gnero saccharum, y asignada a la especie Sacharum

officinarum; se presenta en forma de una caa de altura que vara de 1,5 a 5metros, de coloraciones diversas (verde, amarillo, violceo, rojizo).

Las races muy ramificadas son numerosas y finas y se extienden

alrededor de la planta a una profundidad de 1 a 2 metros y distancia de 0,5 a 1

metros.

El tallo procede de una yema activa, desarrollada al nivel de un nudo, y

nunca es hueco (salvo caas anormales). El tallo es cilndrico con un dimetro

variable de 3 a 7 centmetros, y est dividido por los nudos en trozos de una

longitud de 4 a 15 centmetros de hojas. El contenido de fibra en tallos limpios

vara entre 10 y 18 gramos por 100 gramos de caa. El contenido de sacarosa


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4

en caas procesables puede variar entre 8 y 17 gramos por 100 gramos de

caa. En una caa de buena calidad, limpia y fresca la pureza de 90.

Las hojas, situadas alternadamente, de derecha a izquierda del tallo, son

delgadas, de 4 a 8 centmetros de ancho y 60 a 80 centmetros de longitud.

2.1.2. Composicin de la caa de azcar

La composicin de la caa recibida por fbrica depende no solo de la

composicin del tallo, sino tambin de otros factores como la variedad de caa,la cantidad de hojas, cogollo, dems materia extraa, el momento de la zafra,

grado de quema, altura de corte, la madurez de la caa, la tardanza entre la

quema, corte y entrega a la fbrica.

Tabla I. Composicin tpica de la caa (en kg/100 kg de caa)

entregada a fbricas de azcar de diferentes lugares

Brasil Australia Sudfrica Colombia Filipinas LuisianaPol 14 14,6 12,8 13,2 10 14Brix 16,2 16,4 15 15 12,5 16

Pureza (%) 86 89 85 88 80 85Humedad 70,5 69,3 70 70 72,5 71

Fibra 13,3 14,3 15 15 15 13

Fuente: RAIN, Peter. Ingeniera de la caa de azcar. p. 20.

2.1.3. No sacarosa en caa

La no sacarosa en caa se refiere a cualquier componente que no

contenga sacarosa, entre los cuales estn monosacridos, cenizas o

compuestos orgnicos, polisacridos y almidn:


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5

Monosacridos: los componentes ms abundantes de los no-sacarosa en

caa son los monosacridos glucosa y fructosa, tambin conocidos como

azcares reductores; se encuentran en pequeas cantidades para caa

madura y hasta en 10 por ciento de la sacarosa para caa inmadura. Son

ms abundantes en la parte superior del tallo de la caa por estar

asociados con el crecimiento de la planta.

Cenizas o compuestos inorgnicos: la slice representa una proporcin

significativa del material inorgnico. Sin embargo, el potasio es el catin

de mayor abundancia, seguido de calcio, magnesio y sodio; el cloruro es

el principal anin, seguido por el sulfato y fosfato. La relativa abundancia

de estos componentes cambia de acuerdo con la variedad y las

condiciones del suelo.

Polisacridos: son carbohidratos de alto peso molecular presentes en la

caa. Se incluyen entre estos el almidn, la celulosa, las gomas,

polisacridos de paredes celulares y dextranas. La concentracin depolisacridos vara entre 1 500 y 3 000 miligramo por kilogramo slidos

disueltos, dependiendo de la variedad de la caa

Almidn: esta presente en forma de pequeos grnulos insolubles al

agua y constituye una reserva de carbohidratos alimenticios.

2.2. Fosfato en la caa de azcar

El fosfato es un compuesto muy importante, tanto para el desarrollo de la

caa de azcar, como para la produccin de azcar a partir de esta; es por ello

que debe estudiarse ambos aspectos.


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6

2.2.1. Fosfato en plantas y suelo

El fsforo tambin es importante para la fotosntesis y crecimiento de la

planta. Promueve el crecimiento de races sanas y estimula a las plantas con

flores a florecer. La deficiencia de fsforo lleva a un crecimiento atrofiado, hojas

opacas o moribundas y la formacin de un pigmento rojo en la base de la hoja.

Cuando se descubren los sntomas de una deficiencia de fsforo, por lo

general es demasiado tarde para salvar la planta. Las plantas jvenes privadas

de fsforo durante el desarrollo, nunca se recuperan.

El fsforo penetra en la planta a travs de las capas externas de las

clulas de los pelos radiculares y de la punta de la raz (el fsforo no es mvil

en el suelo). La absorcin tambin se produce a travs de las micorrizas, las

cuales son hongos que crecen en asociacin con las races de muchos cultivos.

El fsforo es absorbido por la planta principalmente como ion ortofosfato

primario (H2PO

4

-), pero tambin se absorbe como ion fosfato secundario

(HPO4=), la absorcin de esta ltima forma se incrementa a medida que se sube

el potencial de hidrgeno.

Las principales funciones de este elemento en la planta son:

Acelera la maduracin.

Es indispensable en la formacin de semillas y la transmisin de factores

hereditarios.

Es responsable de la utilizacin del azcar y el almidn.

Participa en reacciones de fosforilacin (transporte de energa),

fotosntesis, respiracin y en la sntesis de carbohidratos.

Interviene en la asimilacin del nitrgeno.


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7

2.2.2. Fosfato en la caa y su importancia en la produccin de

azcar

El fsforo es un constituyente inorgnico de la caa. La presencia de

fosfatos en los jugos es deseable para el proceso de clarificacin, para una

buena floculacin despus del encalamiento y de la adicin de floculantes. Se

ha demostrado que 300 miligramos por litro de fosfato en los jugos diluidos son

el nivel ms apropiado para garantizar una buena clarificacin; contenidos de

fosfato inferiores a este no garantizan una buena clarificacin y/o remocin de

impurezas en el proceso de fabricacin. Las concentraciones debenencontrarse entre 200 y 600 miligramo por litro de fosfato. El fsforo, en forma

de fosfatos solubles, adems de ser un elemento clave para el crecimiento y el

desarrollo del cultivo, es tambin de gran utilidad en el procesamiento y

recuperacin de azcar de buena calidad.

A falta de este elemento en cantidad suficiente, es necesario adicionar

cido fosfrico en la clarificacin para obtener jugo clarificado para el proceso.

Sin embargo, una aplicacin de cido fosfrico muy alta es perjudicial, ya que

en concentraciones de 600-800 pares por milln, la tendencia ser la formacin

de flculos ligeros que sedimentan muy lentamente.


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8

Tabla II. Concentracin de los constituyentes inorgnicos en los jugos

de caa

Especies Concentracin (% brix)Potasio 0,4-1,4

Sodio (Na2O) 0,03-0,1Sultato 0,1-0,5Cloruro 0,1-0,3

Cacio (CaO) 0,2-0,3Magnesio (MgO) 0,2-0,3

Silica (SiO2) 0,1-0,7Fosfatos 0,1-0,4

Hierro (Fe2O3) 0,1-0,14

Fuente: LARRAHONDO, Jess Elicer. Composicin y caractersticas qumicas de la

caa de Azcar. p. 24.

2.3. Caa de azcar en Guatemala

La produccin de azcar es una de las principales agroindustrias en

Guatemala, es por ello que hoy en da existen 12 ingenios azucareros que sededican a la venta de azcar local y a la exportacin de esta.

2.3.1. Ubicacin geogrfica de la zona caera

Los ingenios y fincas caeras de Guatemala se encuentran en la costa sur

del pas, los departamentos ms comunes son Escuintla, Suchitepquez y

Retalhuleu es como se observa en la figura 1.


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9

Figura 1. Ubicacin geogrfica de la zona caera en Guatemala

Fuente: CENGICAA. El cultivo de la caa de azcar en Guatemala. [en lnea].

http://www.cengicaa.org. [Consulta: agosto de 2013].


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10

Figura 2. Ubicacin geogrfica de la zona caera en la costa sur de

Guatemala

Fuente: Centro Guatemalteco de Investigacin y Capacitacin de la Caa de Azcar. El cultivo

de la caa de azcar en Guatemala. [en lnea]. http://www.cengicaa.org. [Consulta:

agosto de 2013].


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11

Figura 3. Estrato altitudinal de la zona caera

Fuente: Centro Guatemalteco de Investigacin y Capacitacin de la Caa de Azcar. El cultivo

de la caa de azcar en Guatemala. [en lnea]. http://www.cengicaa.org. [Consulta:

agosto de 2013].


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12

2.3.2. Variedades de caa de azcar utilizadas en Guatemala

Durante el perodo de 1990/2010 en la composicin varietal de la

agroindustria azucarera guatemalteca, se observ un predominio de las

variedades CP provenientes de la Estacin Experimental de Canal Point,

Florida. Destaca la variedad CP72-2086 que en la zafra 2002/2003, ocup el 75

por ciento del rea sembrada en Guatemala.

En la zafra 2011-12, 11 variedades de caa de azcar se cultivaron. Las

11 variedades y sus porcentajes de rea sembrada son las siguientes: CP88-1165, 37,9 por ciento; CP72-2086, 27,1 por ciento; CP73-1547, 8,3 por ciento;

CG98-10, 3,5 por ciento; Mex79-431, 2,7 por ciento, PGM89-968, 2,2 por

ciento; CG96-135, 1,4 por ciento; R75-2002, 1,2 por ciento; CP72-1312, 1,2 por

ciento; CP88-1508, 1,1 por ciento y por ltimo NA56-42 con 1,0 por ciento del

rea censada. El resto del rea con 12,7 por ciento estuvo cultivada con otras

variedades. A nivel de agroindustria azucarera guatemalteca la variedad CP88-

1165 es actualmente la variedad ms cultivada, en 2012 con 37,9 por ciento

(3,8 por ciento ms que lo reportado en la zafra anterior).


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13

Figura 4. Porcentaje de rea cultiva comercialmente en Guatemala de

1980 a 2012

Fuente: Centro Guatemalteco de Investigacin y Capacitacin de la Caa de Azcar. Censo

variedades Guatemala. [en lnea]. http://www.cengicaa.org. [Consulta: agosto de

2013].

2.4. Tipos de suelo

El suelo es una mezcla de material rocoso fresco y erosionado, de

minerales y de restos de cosas en otro tiempo vivas.

El tipo de suelo, su composicin qumica y la naturaleza de su origen

orgnico son importantes para la agricultura. Existen muchos tipos de suelos,

dependiendo de la textura que posean. Se define textura como el porcentaje de

arena, limo y arcilla que contiene el suelo y sta determina el tipo de suelo que

ser.


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14

Arenoso: el suelo arenoso es ligero y filtra el agua rpidamente. Tiene

baja materia orgnica por lo que no es muy frtil.

Arcilloso: el suelo arcilloso es un terreno pesado que no filtra casi el

agua. Es pegajoso en estado hmedo y posee muchos nutrientes.

Limoso: el suelo limoso es estril, pedregoso y filtra el agua con rapidez.

La materia orgnica que contiene se descompone muy rpido.

Franco: en un suelo con franco abunda el limo. Es algo intermedio al

arenoso y arcilloso. Ni es arcilloso, ni es arenoso. Son suelos francos

tpicos los de las vegas de los ros.

Figura 5. Tringulo de clasificacin de los suelos del Departamento de

Agricultura de EUA (USDA)

Fuente: BOUL, S.V. Gnesis y clasificacin de suelos. p. 43.


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15

2.5. Espectrofotometra

Un espectrofotmetro se utiliza para determinar las concentraciones de

diferentes compuestos en solucin, basado en la medida relativa de la luz

transmitida o absorbida a travs de una solucin, como una funcin de la

longitud de onda; debido a que cuando una luz monocromtica pasa a travs de

una solucin es parcialmente absorbida y transmitida en relacin a la

concentracin. El equipo tiene una escala entre 0 y 1 de absorbancia y 0 y 100

por ciento de transmitancia.

La espectrofotometra es la medida relativa de la luz transmitida como una

funcin de la longitud de onda. Las medidas son relativas ya que la intensidad

de la luz es transmitida por el material de referencia o blanco.

Su principio se basa en que muchos materiales obedecen la ley de Beer,

la cual se refiere a la relacin entre la energa radiante transmitida y la

concentracin de la solucin irradiada, pudindose describir as: cuando una luz

monocromtica pasa a travs de una solucin, la intensidad de energa

disminuye exponencialmente a medida que aumenta aritmticamente la

concentracin de la solucin, o de otra forma, cuando una luz monocromtica

pasa a travs de una solucin es parcialmente absorbida en relacin a la

concentracin.

2.5.1. Transmitancia, absorbancia y concentracin

La figura muestra un haz de radiacin paralela antes y despus de que ha

pasado a travs de una capa de solucin que tiene un espesor de b centmetros

y una concentracin c de una especie absorbente.


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16

Como consecuencia de interacciones entre los fotones y las partculas

absorbentes, la potencia del haz es atenuada. La transmitancia T de la solucin

es entonces la fraccin de la radiacin incidente transmitida por la solucin:

[Ecuacin 1]

La absorbancia A de una solucin se define mediante la ecuacin:

[Ecuacin 2]

La mayor parte de los trabajos analticos se realizan con soluciones, por lo

que se desarrolla la relacin que existe entre la concentracin de la solucin y

su capacidad de absorber radiacin.

Figura 6. Absorbancia versusconcentracin y longitud de onda

Fuente: BRUNATTI, Carlos, MARTN, Ana. Introduccin A La Espectroscopia De Absorcin

Molecular Ultravioleta, Visible E Infrarrojo Cercano. [en lnea]. http://materias.fi.uba.ar.

[Consulta: agosto de 2013].


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17

2.5.2. Colormetro

El colormetro, al igual que un espectrofotmetro, es un instrumento que

permite medir la absorbancia de una solucin en una especfica frecuencia de

luz a ser determinada. Es por eso, que hacen posible descubrir la concentracin

de un soluto conocido que sea proporcional a la absorbancia.

Su diferencia con el espectrofotmetro es su menor tamao y la

identificacin de compuestos especficos.

El colormetro utilizado para la medicin de fsforo es el DR 890 HAC-

48470-00. Este colormetro es el ms completo y capaz de toda la Serie

DR/800, realiza pruebas para ms de 90 parmetros, desde aluminio hasta

cinc. Puede ser utilizado para pruebas en aguas naturales, en aguas

industriales y en cualquiera de sus variantes intermedias.

Caractersticas:

Gama (s) de longitudes de onda: 420, 520, 560, 610 nm

Precisin de longitud de onda: 1 nm

Seleccin de longitud de onda: automtica

Altura de los caracteres: 1,5 cm

Modo de Lectura de datos: % de transmitancia, absorbancia,

concentracin.


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3. DISEO METODOLGICO

3.1. Variables

Al analizar los factores que influyen en el proceso a realizar, se determin

las variables que, de manera directa e indirecta, estn presentes en el proceso.

Estas se detallan en la tabla III.

Tabla III. Lista de variables

Variable independiente Dependiente Constante Noconstante

Perodo demuestreo

X X

Cantidad de jugo enla muestra

X X

Nota de peso X XFactor de dilucindel jugo

X X

Variedad de la caa X XEstrato altitudinal X X

Tipo de suelo X XpH X X

Concentracin defsforo

X X

Fuente: elaboracin propia.


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Tabla IV. Lista de variables a manipular

Variable Independiente Dependiente ConstanteNo

constanteConcentracin de

fosfato en validacinX X

Factor de dilucin deljugo para validacin

X X


3.2. Delimitacin de campo de estudio

El estudio se realiz en la empresa San Diego S. A., Unidad Industrial

Ingenio Trinidad, ubicado en Masagua, Escuintla. Se realiz la toma de datos

en los primero 4 meses de zafra. Se medi la concentracin de fosfato, a escala

laboratorio, de las principales variedades de caa utilizadas en el Ingenio

Trinidad realizando un promedio de 15 muestras diarias.

3.3. Recursos humanos disponibles

Para el desarrollo del trabajo de investigacin se necesit de recurso

humano. Los recursos humanos utilizados para el desarrollo del proceso

experimental y la asesora se detallan a continuacin.

Investigadora: Anglica Mara Alejandra Pelez Noriega

Asesor: Ing. Qco. Estuardo Edmundo Monroy BenitezEncargado en la empresa: Ing. Qco. Flix Ren Morales Magarn

Colaborador: Luis Enrique Cifuentes Ruiz

Colaborador: Byron Obregn


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21

3.4. Recursos materiales disponibles (equipo, cristalera, reactivos)

Durante el planteamiento y desarrollo del trabajo de investigacin, se

necesit diversos recursos materiales, estos se clasificaron en equipo,

cristalera y reactivos y materia prima.

3.4.1. Equipo

El equipo utilizado para el desarrollo de la etapa experimental del trabajo

de investigacin se detalla a continuacin. Este equipo fue proporcionado por elIngenio Trinidad.

Colormetro DR 890, HAC-48470-00

Balanza

3.4.2. Cristalera

La cristalera utilizada para el desarrollo de la etapa experimental del

trabajo de investigacin se detalla a continuacin. Esta cristalera fue

proporcionado por el Ingenio Trinidad.

Pipetas serolgicas (10 y 5 mL)

Balones aforados (200 mL)

Beakers (250 y 50 mL)

Probetas (100 y 50 mL)


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3.4.3. Reactivos y materia prima

Los reactivos y materia prima utilizados para el desarrollo de la etapa

experimental del trabajo de investigacin se detallan a continuacin. Los

reactivos y materia prima fueron proporcionados por el Ingenio Trinidad.

Jugo de caa de las variedades CP88-1165, CP73-1547 y CP72-2086

Fosfato reactivo

PhosVer3 phosphate powder pillow (reactivo de fosfato HACH)

3.5. Tcnica cualitativa o cuantitativa

La metodologa utilizada incluye la medicin de parmetros cuantitativos y

cualitativos:

Medicin de concentracin de fosfato en jugo de caa

Medicin de fosfato en solucin de fosfato para la validacin del mtodo Factor de dilucin del jugo segn el intervalo de concentracin de fosfato

del colormetro

Tipo de caa

Tipo de suelo de cosecha de caa

Estrato altitudinal de cosecha de caa

pH del jugo de caa

Tambin se realiz una tcnica estadstica para la comparacin entre

variedad, tipo de suelo y estrato altitudinal.


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23

3.6. Recoleccin y ordenamiento de la informacin

A continuacin se describe el procedimiento utilizado para la recoleccin y

ordenamiento de los datos necesarios, para la obtencin de los objetivos

planteados.

Se realiz el procedimiento representativo estadsticamente de muestrear

cada 65 toneladas de caa que ingresen al ingenio que sean

correspondientes a las variedades de estudio: CP88-1165, CP73-1547 y

CP72-2086.

Se utiliz el procedimiento de preparacin de caa de Concecana-SP

que aplica una desfibradora de caa y prensa hidrulica (anexos 1 y 2).

Se utiliz el mtodo de ensayo colorimtrico USEPA PhosVer 3 (mtodo

del cido ascrbico), mtodo 8048, de HACH con el colormetro DR 890

Hac-48470-00; para determinar la concentracin de fosfato en jugo de

caa. (Mtodo en apndice 3).

Se realiz una tcnica estadstica de comparacin de medias ycorrelacin de resultados.

3.7. Tabulacin, ordenamiento y procesamiento de la informacin

A continuacin, se describe el procedimiento utilizado para la recoleccin y

ordenamiento de los datos necesarios para la obtencin de las relaciones

planteadas para cada objetivo.


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24

3.7.1. Validacin del mtodo

Se realiz una validacin del mtodo, ya que este fue realizado para el

anlisis en agua. Para ello se realizaron 6 corridas variando la concentracin de

fosfato y luego 10 repeticiones para cada concentracin.

Tabla V. Datos de concentracin final de fosfato terica y

concentracin obtenida mediante el mtodo

Corridas1 2 3 4 5 6

Concentracin defosfato en jugo

1 1 1 1 1 1

Concentracin desolucin de fosfato

0,5 1 1,5 2 2,5 3

Concentracinterica de fosfato

total

0,75 1 1,25 1.5 1,75 2

Repeticin 1Repeticin 2RepeticinRepeticin 10

MediaDesviacin estndar

Error relativo(porcentaje)


3.7.2. Toma de datos de concentracin de fosfato

Se utiliz una tabla para la toma de datos diaria, para anotar la nota de

peso de la caa, con la cual posteriormente se poda obtener el potencial de

hidrgeno, estrato altitudinal y el tipo de suelo de la finca de donde se obtuvo la

muestra.


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Tabla VI. Nota de peso, concentracin de fosfato en jugo diluido y

concentracin de fosfato real del jugo de las 15 muestras

diarias

Numero demuestra

Nota de peso de lacaa

Concentracinfosfato (ppm)

Concentracinfosfato real (ppm)

123415


3.8. Anlisis estadstico

A continuacin se detalla el procedimiento utilizado para el anlisis

estadstico. Esto incluye nmero de repeticiones, promedio, desviacin

estndar y contraste de significacin mediante t destudent.

3.8.1. Nmero de repeticiones

El nmero de repeticiones para la validacin del mtodo se calcular con

base a los criterios de confiabilidad del 95 por ciento, y aceptando un mximo

error de 13,5 por ciento.

[Ecuacin 3]


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Donde:

: nmero de repeticiones

: confiabilidad.: probabilidad de xito.: probabilidad de fracaso.: errorCon el propsito de obtener resultados con un mnimo de error en el

anlisis se utiliza un valor de Z/2=1,96, P = 0,95, Q = 0,05, E = 0,135.

Se realizarn 10 repeticiones para obtener un nivel de confianza del 95

por ciento y aceptando un error mximo del 13,5 por ciento.

3.8.2. Media de una muestra

Al clasificar por variedad, por estrato y por tipo de suelo, se deber realizar

una media de jugos de caa con la misma variedad, mismo estrato o mismo tipo

de suelo, segn sea el caso, para realizar la media se utilizar la siguiente

ecuacin:

[Ecuacin 4]


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3.8.3. Desviacin estndar

Se determinar la desviacin estndar de la concentracin de fosfato de

jugos de caa con la misma variedad, mismo estrato o mismo tipo de suelo,

segn sea el caso, para realizar la media se utilizar la siguiente ecuacin:

[Ecuacin 5]

3.8.4. Comparacin de dos medias mediante t destudent

Esta prueba se realiz para determinar si hay diferencia significativa entre

la cantidad de fosfato por variedad de caa para aceptar o rechazar la hiptesis.

Esta prueba estadstica es utilizada para distinguir si la diferencia entre las

cantidades medidas se puede atribuir a errores aleatorios o si la diferencia essignificativa. En este caso se tendr dos medias muestrales Se tieneuna hiptesis nula que indica que las tres variedades de caa poseen diferente

concentracin de fosfato, por lo que el anlisis se realiz para la comparacin

entre cada variedad de caa: entre CP88-1165 y CP73-1547, entre CP88-1165

y CP72-2086 y entre CP73-1547 y CP72-2086.

Se calcula el estadstico t, mediante la siguiente ecuacin:

[Ecuacin 6]


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Donde:

: valor de t calculada

: media: nmero de muestras: desviacin estndarEl valor de t calculada por este estadstico es contrastado posteriormente

utilizando el valor crtico de t mostrado en la tabla VII. Este valor depende del

nivel de significancia y de los grados de libertad. Los grados de libertad son

calculados mediante la siguiente ecuacin:

(

)

[Ecuacin 7]

Donde:: grados de libertad: nmero de muestras: nesviacin estndarLos grados de libertad se aproximan al entero siguiente.

El criterio de decisin sobre los valores de t calculado y crticos, son lossiguientes:

Si entonces las medias no tienen diferencia significativa. Si entonces las medias tienen diferencia significativa.


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Tabla VII. Valores crticos de la distribucin t

Valor de t para unintervalo de confianza de

valor crtico de |t| paravalores de P de nmeros

de grados de libertad

90% 95% 98% 99%

0,1 0,05 0,02 0,01

1 6,31 12,71 31,82 63,662 2,92 4,30 6,96 9,923 2,35 3,18 4,54 5,844 2,13 2,78 3,75 4,60

5 2,02 2,57 3,36 4,036 1,94 2,45 3,14 3,717 1,89 2,36 3,00 3,508 1,86 2,31 2,90 3,369 1,83 2,26 2,82 3,2510 1,81 2,23 2,76 3,1712 1,78 2,18 2,68 3,0514 1,76 2,14 2,62 2,9816 1,75 2,12 2,58 2,9218 1,73 2,10 2,55 2,88

20 1,72 2,09 2,53 2,8530 1,70 2,04 2,46 2,7550 1,68 2,01 2,40 2,68 1,64 1,96 2,33 2,58

Fuente: MILLER & MILLER. Estadstica y quimiometra para qumica analtica. p. 136.


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4. RESULTADOS

4.1. Concentracin de fosfato en diferentes estratos altitudinales por

variedad de caa

A continuacin se muestra el resultado de la medicin de concentracin de

fosfato por cada una de las 3 variedades en los 3 distintos estratos altitudinales:

medio bajo y litoral.

Tabla VIII. Concentracin de fosfato en diferentes estratos altitudinales

para la variedad CP88-1165

Estrato altitudinal Concentracin promedio de fosfato (ppm)Bajo 606,43

Litoral 667,35


Tabla IX. Concentracin de fosfato en diferentes estratos altitudinales


Estrato altitudinal Concentracin promedio de fosfato (ppm)Medio 270,00

Bajo 498,83Litoral 616,83



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Tabla X. Concentracin de fosfato en diferentes estratos altitudinales


Estrato altitudinal Concentracin promedio de fosfato (ppm)Medio 384,77Bajo 250,00

Litoral 553,17


4.2. Concentracin de fosfato por variedad de caa

A continuacin se muestra la relacin entre la concentracin de fosfato y la

variedad de caa, correspondientes al segundo objetivo. Se observan los 3

principales tipos de caa: CP72-2086, CP73-1547 y CP88-1165.

Figura 7. Concentracin de fosfato en jugo de caa en funcin de la

variedad de caa


CP72-2086 CP73-1547 CP88-1165

Series1 523,26 535,48 647,36

500,00

550,00

600,00

650,00

Concentracindefosfato

(ppm)


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4.3. Concentracin de fosfato entre cada variedad de caa por estrato

altitudinal


fosfato por cada una de las 3 variedades en los 3 distintos estratos altitudinales:

medio bajo y litoral.

Figura 8. Concentracin de fosfato en jugo de caa en funcin del

estrato altitudinal por variedad de caa


Medio Bajo Litoral

CP72-2086 384,77 250,00 553,17

CP73-1547 270,00 498,83 616,83

CP88-1165 606,43 667,35

250,00

350,00

450,00

550,00

650,00

750,00

C

oncentracindefosfato(ppm)


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Figura 9. Concentracin de fosfato en jugo de caa en funcin del

estrato altitudinal



principales tipos de suelo


fosfato por cada una de las 3 variedades en los 6 distintos tipos de suelo.

Posteriormente se presenta una tabla con la descripcin de los suelos.

Medio Bajo Litoral

Series1 330,22 516,39 594,82

300,00

350,00

400,00

450,00

500,00

550,00

600,00

Concentracindefosfato(ppm)

Estrato altitudinal


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Figura 10. Concentracin de fosfato en jugo de caa en funcin del tipo

de suelo por variedad de caa

Fuente: elaboracin propia

Figura 11. Concentracin de fosfato en jugo de caa en funcin del tipo

de suelo

Fuente: elaboracin propia

Suelo 1 Suelo 2 Suelo 3 Suelo 4 Suelo 5 Suelo 6

CP72-2086 447,95 579,94 574,17 512,17 428,00 328,50

CP73-1547 369,69 569,69 509,00 227,17

CP88-1165 663,33 685,00

200,00

300,00

400,00

500,00

600,00

700,00


suelo 1 Suelo 2 Suelo 3 Suelo 4 Suelo 5 Suelo 6

Series1 401,57 584,05 556,25 512,17 428,00 267,70

250,00

300,00

350,00

400,00

450,00

500,00

550,00

600,00

Concen

tracindefosfato(ppm)


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Tabla XI. Tipos de suelo

Suelo1

Suelos Andisoles profundos, bien drenados que presentan erosinligera.

Suelo2

Suelos de textura gruesa, moderadamente profundos y muypermeables (Mollisoles secos).

Suelo3

Suelos Entisoles con muy baja retencin de agua, limitados por lapresencia de capas de arena en el perfil.

Suelo4

Suelos Inceptisoles moderadamente profundos de textura arcillosade lenta permeabilidad.

Suelo5

Suelos Mollisoles profundos de alta fertilidad.

Suelo6 Suelos superficiales limitados por la presencia de talpetate(Andisoles superficiales).


4.5. Concentracin de fosfato entre cada variedad de caa por pH del

jugo de caa


fosfato por cada una de las 3 variedades en los 3 distintos rangos de potencial

de hidrgeno: menor a 5,3, entre 5,3 y 5,5 y mayor a 5,5; rangos seleccionados

por el valor de potencial de hidrgeno promedio del jugo de caa de azcar


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Figura 12. Concentracin de fosfato en jugo de caa en funcin del pH

por variedad de caa


Figura 13. Concentracin de fosfato en jugo de caa en funcin del pHpor variedad de caa


Menor a 5.3 5.3-5.5 Mayor a 5.5

Cp72-2086 526,22 514,21 527,20

Cp73-1547 518,24 549,57 553,75

Cp88-1165 661,85 612,92 615,42

500,00

550,00

600,00

650,00


pH

Menor a 5.3 5.3-5.5 Mayor a 5.5

Series1 548,28 539,60 549,96

400,00

450,00

500,00

550,00

600,00

Concentracindefosfato

(ppm)

Rangos de pH


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4.6. Anlisis estadstico

A continuacin se muestra el anlisis estadstico. Se utilizan 2 distintos

contrastes de significacin: t de student para las variedades y ANOVA para el

estrato altitudinal, tipo de suelo y potencial de hidrgeno.

Tabla XII. Contraste de significacin (t destudent) entre las tres

variedades

Tcrtica

T calculada Resumen Conclusin

CP72-2086y CP73-

15471,96 0,51

T calcT crit(Ho es

aceptada)

Si hay diferenciaestadsticamente

representativa entrelas dos variedades

CP73-1547y CP88-1165

1,96 4,66 T calc>T crit(Ho esaceptada)

Si hay diferencia

estadsticamenterepresentativa entrelas dos variedades



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Tabla XIII. Contraste de significacin (anova) entre el estrato altitudinal,

tipo de suelo y pH

Estratoaltitudinal

Tipo de suelo pH

Valor crtico deF

3,02 2,25 3,014

Valor de F 32,61 11,50 0,112Resumen F crt


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5. INTERPRETACIN DE RESULTADOS

Se realiz la determinacin de concentracin de fosfato en el jugo de caa

de las principales variedades del Ingenio Trinidad: CP88-1165, CP73-1547 y

CP72-2086, mediante un mtodo colorimtrico.

Se realiz el procedimiento representativo estadsticamente de muestrear

cada 65 toneladas de caa que ingresen al ingenio que sean correspondientes

a las variedades de estudio: CP88-1165, CP73-1547 y CP72-2086. La

preparacin de caa para la obtencin de jugo a nivel laboratorio, se realiz

mediante el procedimiento de concecana que aplica una desfibradora de caa y

prensa hidrulica.

La medicin de la concentracin de fosfato se realiz mediante un mtodo

colorimtrico de HACH, utilizado para anlisis de agua, previamente validadopara jugo de caa. Para la aplicacin del mtodo se requiere el reactivo de

HACH para anlisis de fosfato y 5 mililitros de jugo de caa. Los resultados se

obtuvieron mediante la comparacin de medias y correlacin de resultados.

Se observa en la figura 7 que el promedio de la concentracin de fosfato

vara conforme la variedad. Se obtuvo la concentracin ms alta de fosfato en la

variedad CP88-1165, seguida de CP73-1547 y por ltimo la CP72-2086. En el

anlisis estadstico, tabla XII, se observa que la diferencia entre la CP73-1547 y

la CP72-2086 no es significativa, mientras que la CP88-1165 y las otras dos

variedades si existe diferencia significativa. Esto se debe a que la CP88-1165

es una variedad con mejor sistema radicular, por lo que las races de la caa de


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azcar llegan hasta donde se encuentra el fosfato en el suelo, ya que el fsforo

no es mvil en el suelo.

Cabe resaltar que en la fabricacin de azcar es deseable una

concentracin de fosfato entre 300 y 600 partes por milln. Cuando el valor se

encuentra por debajo de 300 o por encima de 600 partes por milln no se

realizar una buena clarificacin, por ello se debe ser cuidadoso cuando ingresa

al ingenio la variedad CP88-1165, ya que su promedio es de 647 partes por

milln y la clarificacin ser deficiente si no se modifica otra variable en el

proceso.

En la figura 8 y 9, y tablas VIII a X se observa que existe una gran

diferencia en el promedio de la concentracin de fosfato en los diferentes

estratos altitudinales para las tres variedades, siendo el valor ms alto en el

estrato litoral y el ms bajo en el estrato medio. Esto se debe a que el estrato

litoral es a la altura del mar, en la costa sur.

Los suelos derivados de sedimentos arrastrados por los ros, lo que es

comn en la costa sur, en los sedimentos se encuentra el fosfato arrastrado de

las partes altas y esa es la razn del porque en un porcentaje alto de los suelos

de la costa el fosfato no sea limitante. Por lo tanto mientras aumenta la altura

sobre el nivel del mar la concentracin de fosfato disminuye, tal como se

muestra en los resultados. En la tabla XIII se observa que si existe diferencia

estadsticamente representativa entre los tres estratos altitudinales.

En la figura 8 se observa que la tendencia de concentracin de las

variedades se conserva en la mayora de estratos, en todos los estratos el valor

de concentracin de fosfato ms alto es el de la variedad CP88-1165, seguido

de la CP73-1547, excepto en el estrato medio, de donde se obtuvo menor


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cantidad de datos que en los dems estratos. Sin embargo, se observa que sin

importar el estrato donde se encuentre, la variedad CP88-1165 contiene mayor

concentracin de fosfato, respecto a las otras dos variedades.

En la figura 10 se observa la concentracin de fosfato respecto al tipo de

suelo, por variedad de caa. Se observa el tipo de suelo con mayor

concentracin de fosfato es el 2, mollisoles secos, segn la figura 11. Este

suelo es muy permeable por lo que la raz de la caa de azcar penetra en el

suelo y llega hasta donde se encuentra el fosfato. La concentracin ms baja se

encuentra en el suelo 6, andisoles superficiales, ya que en este se encuentrapresente el talpetate el cual es una capa de tierra caliza y arenosa, dura y difcil

para la raz de la planta de penetrar. Sin embargo, la concentracin de CP88-

1165 es alta en este suelo, segn la figura 11, lo cual concuerda con la figura 7

y demuestra que en cualquier condicin las races de esta variedad penetran el

suelo y llega hasta el fsforo.

El la figura 12 se observa el comportamiento de la concentracin de

fosfato respecto al potencial de hidrgeno del jugo de caa de azcar por

variedad de caa. El potencial de hidrgeno del jugo de caa es un indicativo

de deterioro de la caa, al aumentar las horas quema de la caa el potencial de

hidrgeno disminuye y se deteriora la caa, sin embargo el fsforo absorbido

por las races de la caa ya lo contiene la caa desde el campo, aunque sta se

deteriore al aumentar las horas quema la concentracin de fosfato no vara, es

por ello que no se observa un comportamiento entre estas dos variables. El

comportamiento pudiera observarse entre el potencial de hidrgeno del suelo y

la concentracin de fosfato, sin embargo, en el Ingenio Trinidad no se tiene

implementado el anlisis de suelo y por ello no se cuenta con la informacin de

suelos para poder relacionar estas variables.


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En la figura 13 se observa que no existe relacin entre el promedio de

concentracin de fosfato por rango de potencial de hidrgeno, lo cual es

confirmado en la tabla XIII pues segn el anlisis estadstico no existe

diferencia estadsticamente significativa en los tres rangos de potencial de

hidrgeno.

La hiptesis planteada indica que existe diferencia significativa entre la

concentracin de fosfato de las variedades CP72-2086, CP73-1547 y CP88-

1165. El anlisis estadstico, tabla XI, muestra que la diferencia de la

concentracin de fosfato entre las variedades CP72-2086 y la CP73-1547 no esestadsticamente representativa. Aunque entre la CP88-1165 y las otras dos

variedades no existe diferencia significativa, la hiptesis nula es rechazada y es

aceptada la hiptesis alternativa.


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6. LOGROS OBTENIDOS

A continuacin se muestran los logros obtenidos en los 6 meses de

realizacin de EPS, y posteriormente en la etapa final de anlisis de datos y

correlacin de resultados.

Se logr obtener el comportamiento de la concentracin de fosfato de las

variedades de caa que constituyen el 87 por ciento de la materia prima

del Ingenio Trinidad, segn variedad de caa, estrato altitudinal, tipo de

suelo y potencial de hidrgeno.

Se aport datos que, en un futuro, servirn de base para establecer

parmetros de adicin de cido fosfrico en el proceso de clarificacin,

segn la variedad de caa.

Se optimiz recursos al eliminar la adicin de cido y de esta manera se

evit causar daos al jugo de caa y al proceso de clarificacin.

Se aport datos tiles para la mejora del proceso de clarificacin del jugo

de caa, y as se toman decisiones al obtener una alta cantidad de

fosfato presente en la caa.


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CONCLUSIONES

1. No existe diferencia estadsticamente representativa entre la

concentracin de fosfato de la variedad de caa CP72-2086 y la CP73-

1547.

2. La concentracin de fosfato aumenta mientras disminuye la altura

respecto al nivel del mar.

3. La concentracin de fosfato vara respecto al tipo de suelo en el que se

siembra la caa de azcar, siendo el suelo con presencia de talpetate el

que posee la menor cantidad de fosfato y los mollisoles secos los que

poseen la mayor cantidad.

4. No existe dependencia entre el potencial de hidrgeno del jugo de caay la concentracin de fosfato en el mismo.

5. La variedad CP88-1165 posee la mayor concentracin de fosfato,

respecto a las dems variedades, aunque el tipo de suelo y estrato

altitudinal varen.


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RECOMENDACIONES

1. Utilizar un floculante de mayor peso molecular al ingresar la variedad

CP88-1165, ya que esta posee ms de 600 partes por milln de fosfato

y por lo tanto los flculos formados en la clarificacin no sedimentarn

por ser muy livianos.

2. Realizar un programa del porcentaje de cada variedad que ser molida

cada da, para decidir que floculante usar y que la concentracin de

fosfato no afecte en el proceso de clarificacin del jugo de caa de

azcar.

3. Utilizar cido fosfrico en la clarificacin al obtener una concentracin

de fosfato en jugo menor a 300 partes por milln.

4. Al realizar una nueva plantacin de caa utilizar variedades de

concentracin ptima de fosfato, tales como la CP72-2086 y CP73-

1547.


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BIBLIOGRAFA

1. BOUL, S.V. et al. Gnesis y clasificacin de suelos. USA: The IOWA

State University Press. Amex, 1980. 406 p.

2. BRUNATTI, Carlos; MARTN, Ana Mara. Introduccin a la

espectroscopia de absorcin molecular ultravioleta, visible e

infrarrojo cercano. [en lnea] [ref. 28 de agosto de 2013] Disponible

en Web: http://materias.fi.uba.ar/

3. BUENAVENTURA, C. N. et al. Manual de laboratorio para la industria

azucarera. Colombia: Tecnicaa, 1989. 227 p.

4. CENGICAA. El cultivo de la caa de azcar en Guatemala.

Guatemala: Artemis Edinter, 2012. 512 p.

5. __________. Censo variedades Guatemala. [en lnea] [ref. 28 de agosto

de 2013] Disponible en Web: http://www.cengicaa.org

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de 2013] Disponible en Web: http://www.quimicaweb.net/

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de Laboratorio y Equipo Institucional, S.A., 2013. 5 p.

8. FERNANDES, Antonio. Clculos na agroindstria da cana-de-acar.

3a ed. Brasil: STAB, 2011. 416 p.


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9. LARRAHONDO, Jess Elicer. Composicin y caractersticas qumicas

de la caa de azcar. Colombia: Universidad del Valle, 2012. 110

p.

10. MILLER, James; MILLER, Jane. Estadstica y quimiometra para

qumica analtica. 4a ed. Espaa: Prentice Hall, 2002. 278 p.

11. PORTA, Antonio. Fabricacin del azcar. Espaa: Salvat, 1955. 809 p.

12. REIN, Peter. Ingeniera de la caa de azcar. Alemania: Bartens, 2012.880 p.

13. SPENCER, Guilfor; MEADE, George. Manual del azcar de caa. 9a

ed. Espaa: Montaner y Simn, 1967. 940 p.

14. VAN DER POEL, P. W.; SCHIWECK, H; SCHWARTZ, T. Sugar

technology, beet and cane sugar manufacture. Alemania: Bartens,

1998. 1119 p.


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APNDICES


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Apndice 1. Tabla de requisitos acadmicos


Ingeniera

Qumica

Area de

QumicaQumica 4 Soluciones y

Concentraciones

Area de

Especializacin

Ingeniera del

Azcar

Procedimientos de

Laboratorio

Proceso del Azcar

Area de

Fisicoqumica

Laboratorio de

Fisicoqumica 2

Espectrofotometra

Colorimetria

Area de Ciencias

Bsicas y

Complementarias

Estadstica 1Anlisis Estadstico

Medidas de

tendencia central

Seminario de

investigacin de EPS


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Apndice 2. rbol de problema


No se conoce la concentracin de fosfato en el jugo de caa en variedades

de Guatemala, se desconoce si esta concentracin es suficiente para la

realizacin de la clarificacin.

Falta de recurso

humano capacitado

para investigacin y

reactivos

Cuantificacin de fosfato mediante

colorimetra en variedades de caa

Uso controlado de cido fosfrico en la clarificacin

Optimizacin de recursos Poca acidificacin del jugo

Validacin y uso de un mtodo

establecido por un ente internacional

Poca disponibilidad

de tiempo en zafra

por alta produccin

de azcar

Falta de inters de

los ingenios de

realizar investigacin

de su materia prima

Falta de un mtodo

de determinacin de

fosfatos validado

para jugo de caa

Falta de presupuesto


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Apndice 3. Procedimiento de validacin del mtodo PhosVer 3 en

jugo de caa para el Ingenio Trinidad, utilizando un

colormetro HACH:

Tomar una muestra de 400 mililitros de jugo de caa de azcar.

Diluir la muestra segn el procedimiento de determinacin de fosfato

PhosVer 3 con un colormetro HACH, descrito en la seccin de anexos,

8.1.2, y utilizar dicho mtodo para el anlisis de fosfato en el jugo de

precosecha.

Si la concentracin de fosfato obtenida en el jugo, ya diluido en el paso

anterior, excede 1 parte por milln, realizar otra dilucin hasta obtener

esta concentracin, si es menor a 1 parte por milln, tomar otra muestra

de jugo y diluir menos.

Realizar cinco soluciones de fosfato de 0,5 partes por milln y tomar 5mililitros.

Agregar a un Becker de 50 mililitros los 5 mililitros de la solucin de

sulfato y 5 mililitros del jugo de 1 parte por milln de fosfato y agitar.

Agregar los 10 mililitros de solucin a la celda del colormetro y realizar el

anlisis de fosfato.

El resultado obtenido debe corresponder a la suma del contenido de

fosfato en el jugo y el contenido de fosfato en la solucin de fosfato, en

los 10 mililitros utilizados; segn el apndice 4.


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Realizar este procedimiento 10 veces con diferentes muestras del mismo

jugo, siempre a 1 parte por milln, y con la misma concentracin de la

solucin de fosfato.

Realizar el mismo procedimiento con una solucin de fosfato de 1 parte

por milln, 1,5 partes por milln, 2 partes por milln, 2,5 partes por milln

y 3 partes por milln.

Apndice 4. Concentracin que corresponde segn concentracin de

fosfato utilizada

Concentracin de

fosfato en el jugo

Tomando 5 mililitros

del jugo ya diluido

Concentracin de la

solucin de fosfato

Tomando 5 mililitros

de solucin

Concentracin de fosfato final,

que debe indicar el colormetro

En los 10 mililitros totales

(jugo+solucin de fosfato

1 ppm 0,5 ppm 0,75 ppm

1 ppm 1 ppm 1 ppm1 ppm 1,5 ppm 1,25 ppm

1 ppm 2 ppm 1,5 ppm

1 ppm 2,5 ppm 1,75 ppm

1 ppm 3 ppm 2 ppm



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ANEXOS


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Anexo 1. Muestreo y preparacin de la caa, mtodo adoptado por el

sistema de pago en la calidad de la caa de azcar en Brasil

(Concecana-SP, 2006)

Fuente: FERNANDES, Antonio. Clculos na agroindstria da cana-de-acar. p. 110.


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Anexo 2. Anlisis

Se utiliz el mtodo PhosVer 3 de cido ascrbico. Este mtodo se aplica a

la determinacin de fsforo inorgnico u ortofosfatos.

En las soluciones cidas, el molibdato y amonio reaccionan con el ortofosfato

para formar cido molibdofosfrico. A partir de este cido, mediante cido

ascrbico, se forma un complejo.

El complejo es conocido como azul de molibdato, de color azul intenso,cuya estructura se desconoce; la frmula ms cercana que se ha obtenido es:

(MoO2-4MoO3)2H3PO4.

REACCIN:

[Ecuacin 8]

Azul de molibdeno

[Ecuacin 9]

Equipo

o Colormetro

o Celdas

o Pipeta de 5 y 10 mL

o Beaker de 250 mL y de 100 mL

cido ascrbico Coloracin azul

In fosfato amonio molibdato cido molibdofosfrico


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o Papel Whatman No. 91

o Baln de 200 mL

Reactivos

o Agua destilada

o PhosVer 3 Phosphate Powder Pillow

Metodologa

o Filtrar la muestra de jugo con papel filtro Whatman nm. 91, rechazar

los primeros mililitros del filtrado y recolectar 10 mililitros de jugo.

o Trasladar 0,4 mililitros de muestra filtrada a un baln de 200 mililitros,

aforar con agua destilada y agitar vigorosamente.

o Introducir el nmero de programa almacenado para el mtodo cido

ascrbico fsforo reactivo, presionar el cono prgm.

o Presionar 79 enter, el dispositivo mostrar miligramos por litro de

PO4, presionar el icono zero.

o Llenar la celda con 10 mililitros de la muestra de jugo ya diluido.

o Aadir el contenido de una PhosVer 3 Phosphate Powder Pillowpara

10 mililitros de muestra a la celda (la muestra preparada) y agitar por

15 segundos.

o Presionar el cono timer y luego enter. Una reaccin de 2 minutos

empezar, realizar los siguientes dos pasos en este perodo.


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o Llenar otra celda con 10 mililitros de la muestra preparada (el

blanco).

o Colocar el blanco en el soporte de la celda. Cubrir la celda del

blanco con la tapa del instrumento.

o Presionar el cono zero.

o El cursor se mover para la derecha, luego el dispositivo mostrar:

0,00 miligramos por litro de PO4.

o Despus de que el temporizador suene, colocar la muestra

preparada en el soporte de la celda. Cubrir la celda de muestra con

la tapa del instrumento.

o Presionar el cono read. El cursor se mover hacia la derecha, luego

el resultado en miligramos por litro de PO4se mostrar.

o El factor de dilucin es 500, el resultado debe ser multiplicado por

este valor para obtener la concentracin de fosfato real que posee el

jugo.


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Anexo 3. Normas operacionales de determinacin de la calidad de la

caa de azcar (CONECANA-SP)


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determinaciÓn de la concentraciÓn de fosfato por un mÉtodo colorimÉtrico en el jugo de caÑa de...

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