Autores

Oscar A. Diez

Patricia A. Digonzelli

Jorge Scandaliaris

Eduardo R. Romero

CAPTULO 17 |

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CONTROL DE CALIDADDE LA MATERIA PRIMA

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1) Cul ser el sistema de pago a utilizar?2) Cmo debe ser evaluada la caa de azcar?3) Cul debe ser la proporcin del valor

total que le corresponder al caero?Planteado as el problema queda en claro la

gran dependencia de cualquier sistema de con-trol de calidad con el rea caera, ya que elmismo deber estar asociado a las caractersti-cas de la agroindustria y del mtodo de controlfactible de utilizar en las fbricas.

Algo digno de destacar, es el hecho de quenuestro pas fue el primero en latinoamrica enintroducir un sistema de pago de caa por an-lisis individual de calidad.

Con el advenimiento de la cosecha mecani-zada, se comenz a percibir la necesidad deincorporar en la valoracin de la caa el conte-nido de fibra, a fin de corregir las desviacionesque pudiera producir el aumento de los no az-cares en la materia prima.

Actualmente el concepto de AzcarRecuperado es el que debe primar, ya que es elque est asociado a la rentabilidad agroindus-trial. Este concepto puede ser evaluado de dife-rentes maneras: por un lado el denominadoMtodo Indirecto, que valora a partir de las deter-minaciones de Pol% y Pureza en el Jugo dePrimera Presin, y por otro el Mtodo Directo quemuestrea y analiza caa, determinando, ademsde los valores en jugo, la Fibra% caa.

MTODO INDIRECTOEn este mtodo la valoracin de la calidad

de la caa se realiza a travs del anlisis deJugo de Primera Presin1 (desmenuzador omasas de entrada al primer molino de fbrica) yen algunos casos, submuestras del JugoPrimario2, entendindose a ste como el jugo dela caa sin dilucin.

Este sistema presenta resultados aceptablescuando la materia prima est libre de trash y

INTRODUCCINLos niveles de recuperacin de azcar que se

obtienen en Tucumn, requieren ser mejoradospermanentemente para propiciar incrementosde la rentabilidad de la agroindustria de la caade azcar. Las tecnologas incorporadas recien-temente a los sistemas productivos de la zonacaera (variedades, sistema de cosecha, madu-rativos, plantacin, cultivo, etc.) han permitidolograr importantes avances en la reduccin decostos, en el incremento de la produccin cultu-ral y en la mejora de la calidad de la materiaprima. Sin embargo, esta ltima, segn estudiosrealizados por la EEAOC, presenta un potencialde mejora que an debe ser aprovechado.

Concebir al pago de la materia prima comouna simple vinculacin entre el precio del az-car y el precio de la caa, sin considerar losvalores de sacarosa y en el futuro prximo losde fibra, trae como consecuencia la falta deestmulo en el productor caero para mejorarel manejo y la cosecha del cultivo y por endeafecta directamente la rentabilidad de laagroindustria.

Una forma para lograr incrementos en elrendimiento sacarino de la materia prima esestablecer sistemas de medicin de calidadms justos, precisos y transparentes, que per-mitan la reduccin de los costos de cosecha ytransporte, y signifiquen un incentivo que esti-mule al productor a enviar a la fbrica caa demejor calidad.

Implementar un sistema de medicin de cali-dad de caa de estas caractersticas no es senci-llo y basta con advertir cmo los diferentes sis-temas aplicados en los pases azucareros hansido siempre motivos de controversias entre laspartes.

Definir el camino para establecer un sistemade estas caractersticas exige considerar, almenos, tres aspectos:

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1: Jugo Primera Presin: Jugo extrado por las dos primeras masas de un tandem de molienda.

2: Jugo Primario: El jugo extrado en molinos sin dilucin con agua.

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Figura 1: Determinacin en laboratorio del Brix%.

3: Brix: Contenido de slidos disueltos en 100 gramos de solucin.

4: Pol: valor del contenido aparente de sacarosa en una muestra.

5: Brixmetro: aremetro (densmetro) de peso constante cuya escala convierte el cambio volumtrico de la muestra en

grados Brix.6: Grado sacarimtrico: es el valor que resulta de dividir linealmente una escala construida entre la lectura a 546.23 nm

de la rotacin del plano de luz polarizada del agua (0 S) y la de una solucin de sacarosa pura de 26 gramos en 100

ml (100 S), ambas contenidas en un tubo de 200 mm de longitud.

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con buenas condiciones de manejo (sin deterio-ro). Esto implica que el sistema indirecto decontrol de calidad, debe ser acompaado por unbuen manejo en la cosecha, el transporte y elcanchn, a fin de evitar estacionamientos pro-longados que provocaran errores insalvablesen los resultados obtenidos.

En el Mtodo Indirecto deben tomarse losrecaudos necesarios para evitar la mezcla decaa de diferentes productores en el conductorprincipal del tandem de molienda. Es preferiblemarcar el inicio y final de la muestra a fin dehacer coincidir la extraccin del jugo mientrasdure el proceso de molienda de la misma.Existen sistemas de marcacin automticos quepermiten acompaar a la muestra desde suposicin en la mesa alimentadora hasta el pri-mer molino.

Es conveniente tomar la muestra del jugo alo largo de la masa del equipo de primera pre-sin en una relacin de 2 a 3 litros por toneladade caa molida. Una submuestra perfectamen-te homognea debe ser derivada al laboratoriopara las determinaciones analticas.

Una alternativa para mejorar las operacionesde toma de muestra del jugo, es un sistemaconstituido por un par de bombas dosificadoras,que desde un pulmn recolector envan propor-cionalmente una submuestra directamente allaboratorio.

Cualquier otra forma de codificacin, quepermita la correcta identificacin de la muestra,es mejoradora del sistema, en el sentido degarantizar la individualidad del resultado.

Determinaciones analticasPara la aplicacin del sistema es necesario

realizar dos determinaciones fsico-qumicassobre el jugo muestreado: El contenido de Slidos Solubles Totales %

(Brix%3) El contenido de sacarosa aparente %

(Pol%4). Cada una de estas determinacionespueden realizarse de dos maneras diferen-

tes, en funcin de la disponibilidad de equi-pamiento.

Determinacin de Brix%Se efecta por lectura en un aermetro conescala en grados Brix a temperatura contro-lada, o por la determinacin con refractme-tro. El aermetro (Brixmetro5) es un equipode peso constante capaz de evaluar el cam-bio volumtrico sobre una escala calibrada,mientras que el refractmetro, es un instru-mento capaz de compensar el cambio dedireccin de la luz al atravesar la interfaseentre dos medios. En ambos casos, debeobservarse la ausencia de material en sus-pensin y de aire incluido, ya que inciden enel resultado final (Figura 1).

Determinacin de Pol% jugoSe puede realizar sobre lectura directa deuna submuestra clarificada, o aprovechandola definicin del grado sacarimtrico6 sobreuna solucin de 26 gramos de jugo disueltahasta 100 ml con agua destilada libre demateria orgnica. A su vez, cada determina-cin puede efectuarse con polarmetros pti-cos o digitales (Figura 2).Cuando se realiza mediante lectura directa,se utiliza el valor de Brix% para la determi-nacin de la Pol% jugo como indicador de ladensidad de la solucin, a fin de conocer la

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Figura 2: Determinacin en laboratorio del Pol% jugo.

7: Jugo Mixto: Es la mezcla de los jugos extrados en el tandem de molienda y el que se enva al proceso de produccin

MANUAL DEL CAERO

concentracin de azcar en la misma.La utilizacin de equipos digitales con sali-das de resultados, permite automatizar lasdeterminaciones excluyndolas de los erro-res operativos asociados.En este mtodo la Pol% caa se calcula indi-rectamente a partir de la Pol% jugo utilizan-do el denominado Factor Java, realizando asuna estimacin terica del contenido de fibrade la caa que le quita precisin a la deter-minacin de la Pol% caa y constituye laprincipal desventaja del sistema.El sistema indirecto debe complementarsecon una determinacin fsica de la materiaextraa (Trash), que acompaa a la muestra.

Determinacin de la materia extraa (Trash %)Antes del ingreso de la caa al proceso demolienda, se extrae una muestra para deter-minar el contenido de materias extraas otrash que acompaa a los tallos maduros. Elprocedimiento consiste en pesar la muestra yluego separar en forma manual el tallo moli-ble de todo aquel material que acompae ala caa (hojas verdes y secas, despunte, por-ciones inmaduras del tallo, tierra, malezas,races, tallos deteriorados, etc.). Cabe aclarar que se considera tallo inmadu-ro, a toda aquella porcin del tallo que tieneuna cantidad de azcar que no justifica lamolienda. Para determinar la inmadurez deltallo se fija como nivel mnimo de calidad 12o 13% Brix. Todo entrenudo que tenga unnivel de Brix% inferior no es materia prima ypor lo tanto debe formar parte del trash.Los tallos molibles que se recuperan de lamuestra son pesados y la diferencia de pesorespecto al total de la muestra indica la can-

tidad de materia extraa o trash presente. Lareferencia de esta diferencia a 100 kg demuestra, indica el valor de Trash%.

Clculo del Azcar RecuperadoLos valores determinados de Brix% y Pol% enjugo son los indicadores a utilizar para elclculo de las siguientes variables:

Pureza% = Pol% jugo x 100 / Brix% jugo

Pol% Caa = Pol% jugo x Factor de Java (Fj)

Azcar Recuperado = Pol % caa x RW x ESx EI x 1/Pol Azcar

Donde:

RW = Recuperacin Terica Winter.

ES = Extraccin de Sacarosa.

EI = Eficiencia Industrial.

Como ya se ha mencionado, la incidencia deltrash y el deterioro de la caa atentan contra laexactitud del sistema indirecto de evaluacinde calidad en caa, lo que se traduce en dife-rencias significativas entre el azcar ingresadoa proceso y el determinado individualmente acada productor. Para subsanar estos desfasajesse emplean actualmente diferentes criterios deajuste, tanto sobre el valor del Factor Java(tomando valores diferentes en funcin de lapoca de cosecha), como correcciones de algu-nos de los parmetros de la ecuacin deAzcar Recuperado. Un ejemplo es la intro-duccin de un factor que modifica el valormedido de Pureza del Jugo de PrimeraPresin, para ser utilizado en la RecuperacinTerica de Winter, ya que la frmula requierecomo dato la pureza del Jugo Mixto7 realmen-te extrado. Es factible tambin encontrar, en algunoscasos, la utilizacin de relaciones matemticasentre el contenido de fibra industrial y laextraccin de sacarosa y adems modificacio-nes que ajustan la eficiencia industrial paracada intervalo de tiempo convenido, asociadosal cambio de calidad por el estado madurativode la caa de azcar durante el perodo demolienda.Estas modificaciones, como as tambin, la

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Figura 3: Vista general del Core Sampler.

Figura 4: Toma de muestra con el Core Sampler.

Figura 5: Equipo desfibrador.

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participacin de cada sector sobre el azcarrecuperado, deben ser acordadas entre los sec-tores involucrados.

MTODO DIRECTOLa caracterstica principal de este mtodo resi-

de en que evala la calidad fabril en una muestrade caa tomada antes de la molienda.

El hecho de que se determine el porcentaje defibra de la caa, entendindose a la misma comotodo material insoluble en agua (fibra + trash), loseala como un mtodo de evaluacin ms confia-ble cuando la caa es cosechada usando sistemassemi mecnizados y/o mecanizados que incorpo-ran una mayor cantidad de materia extraa.

La muestra se toma directamente del transpor-te, lo que asegura su individualidad. Adems, otraventaja es que permite liberar los equipos de trac-cin una vez realizado el muestreo.

Se puede sealar como desventaja que, debidoal reducido tamao de la muestra sobre la cual serealizan los anlisis, tiene una menor representa-tividad que la muestra del sistema indirecto. Sinembargo, el nmero de muestreos mejora sustan-cialmente esta limitante, por lo que para produc-tores medianos y grandes que envan a moliendavarios equipos/da durante la zafra, los errores secompensan al final de la campaa.

Toma y preparacin de la muestraLa muestra de caa a analizar se extrae

mediante una sonda. La que alcanz mayor difu-sin en la industria caera es el muestreadorconocido como Core Sampler (Figuras 3 y 4).

Esta sonda penetra en el cargamento de mate-ria prima en forma horizontal u oblicua (general-mente 45). En funcin del dimetro de la sondase extraen muestras de 12 kg (sonda de 20,3 cmde dimetro) o 6 kg (sonda de 15,2 cm).

La muestra extrada es desfibrada y luego sesepara una submuestra de 1 kg para realizar laextraccin del jugo por prensado.

El equipo desfibrador empleado es de marti-llos, capaz de asegurar valores superiores al 90%de clulas abiertas, lo que permite una elevadaextraccin en prensa (Figuras 5 y 6).

El prensado se efecta sobre la submuestrapreviamente homogeneizada y se obtienen dosproductos: el jugo donde se efectuarn las deter-minaciones de Brix% y Pol% jugo, y un residuofibroso que se utilizar para la determinacin deFibra% caa (Figura 7)

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Figura 7: Prensa hidrulica

Figura 6: Muestra despues de pasar por el desfibrador.

se realiza mediante el uso de ecuaciones deregresin entre el peso del residuo fibroso obteni-do en la operacin de prensado y el valor defibra% presente en la muestra. Estas ecuacionesmuestran un buen grado de correlacin cuando elmaterial inorgnico que acompaa a la materiaprima es relativamente bajo. Cuando se requieremayor precisin se utilizan adems, las determi-naciones de humedad en el residuo fibroso, y enalgunos casos, la determinacin de material inso-luble por lavados sucesivos.

Clculo del Azcar Recuperado:Desde su implementacin hasta nuestros

das, el sistema de anlisis directo fue objeto demodificaciones, con el fin de poder predecircada vez con mayor exactitud, el azcar posiblede recuperar.

Con los valores obtenidos de Pol% jugo,Fibra% y Pureza, se calcula el azcar Recuperadoempleando diferentes frmulas que deben serconsensuadas segn las caractersticas de cadaregin y sistema productivo.

El mtodo directo de control de calidad puedey debe mejorarse en funcin de las caractersticasregionales, dando al conjunto agroindustrial pre-cisiones con respecto al verdadero potencial cua-litativo de la materia prima, e identificando losproblemas que requieren optimizacin.

CALIDAD DE CAA PARA LA ELABORACIONSIMULTNEA DE DIFERENTES PRODUC-TOS COMERCIALES.

Cuando el nico producto final de valorcomercial es el azcar, los mtodos directos oindirectos para determinar el azcar recuperable,cumplen con el objetivo con diferentes grados deerror.

Sin embargo, cuando el objetivo de produc-cin cambia, como es el caso de aumentar la pro-duccin de etanol a expensas del azcar, debecontemplarse otro sistema de evaluacin de cali-dad de la materia prima, en funcin del potencialpara elaborar ambos productos.

Un ejemplo actual de este tipo de modifica-cin es el sistema de valoracin de calidad decaa que se utiliza en Brasil, donde se determi-nan las concentraciones en AzcaresFermentecibles Totales, por ser la base de loshidratos de carbono a partir de los cuales se rea-liza la elaboracin dual de azcar y etanol.

En el contexto de la crisis energtica mundial

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Determinaciones analticasLas determinaciones bsicas que requiere el

Sistema de Anlisis Directo son: Brix% y Pol% enjugo y Fibra% caa.

Las determinaciones en jugo pueden realizar-se segn las metodologas explicadas para el an-lisis indirecto. Sin embargo, la posibilidad del sis-tema de muestreo por sonda de ser totalmenteautomatizado hace que, en general, estos siste-mas estn ms asociados al uso de instrumentosdigitales en los laboratorios. Esta combinacin demuestreo y determinaciones analticas automti-cas, si bien requieren de inversiones inicialesmayores, evita errores operativos y disminuye loscostos por mano de obra, otorgndole al sistemamayor transparencia.

La determinacin de fibra en caa, en general,

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Aplicacin: Anlisis rutinarios.Entre las ventajas de esta tecnologa se puede

mencionar: Tiempos mnimos para el anlisis (menos

de 1 minuto). Es una tcnica no destructiva. Fcil preparacin de la muestra. No requiere de reactivos qumicos favore-

ciendo el cuidado del medio ambiente. El manejo del equipamiento es sencillo. Pueden determinarse simultneamente

varios constituyentes.Entre las desventajas se pueden mencionar: Es una tcnica secundaria (comparador),

por lo que requiere de buenos anlisis pri-marios en la etapa de calibracin.

Los procedimientos de calibracin y vali-dacin demandan mucho tiempo.

Por ser un comparador, los errores siempresern mayores que los de los mtodos pri-marios utilizados para generar la base dedatos de comparacin.

Por ltimo, se deben considerar los mecanis-mos para asegurar la calidad y/o la aplicacin denormas internacionales para gerenciar este tipode actividad, ya que estos sistemas tienen comoobjetivo establecer las metodologas y procedi-mientos que se aplicarn y el control de los mis-mos, para asegurar la homogeneidad del sistema,brindando transparencia y conocimiento cierto delo realizado.

Este avance permitir generar un estado demayor confiabilidad, que es importante paraestimular condiciones de trabajo de mayor pro-ductividad en la agroindustria.

Figura 8: Esquema de equipos de infrarrojo cercano paramuestras lquidas y slidas.

del petrleo, cultivos energticos como la caa deazcar muestran un potencial interesante para lageneracin de energa elctrica a partir de lafibra. En la actualidad existen fbricas azucarerasque han desarrollado sistemas industriales deproduccin de azcar, alcohol y energa elctricacomo productos finales del proceso, emprendi-mientos estos que requerirn reajustes en los sis-temas de valoracin que midan apropiadamentela calidad de la materia prima para este tipo deproduccin simultnea.

La adecuada valoracin de la materia prima,es la clave de optimizacin del proceso agroin-dustrial, ya que cuando se realiza en formacorrecta permite identificar las prdidas reales yabrir el camino para optimizar los procesos ymejorar la rentabilidad.

NUEVAS TECNOLOGAS APLICABLESEn pases como Estados Unidos, Colombia,

Australia y Sud frica se ha incorporado el uso decomparadores analticos para determinacionesde calidad y madurez de caa. Este nuevo equi-pamiento conocido como NIR, (por sus siglas eningls de Espectroscopia de Infrarrojo Cercano),permite, mediante comparaciones del espectrogenerado con una base de datos previamenteconfeccionada, entregar resultados analticosdiversos en tiempos muy cortos.

En esencia, estos equipos utilizan ecuacionesde regresin entre el espectro generado y losvalores encontrados por mtodos primarios deanlisis. La cantidad de datos y la calidad de losmtodos primarios utilizados para la calibracin,definen el error de comparacin que puedelograrse.

Existen comercialmente equipos NIR paradeterminaciones en muestras lquidas y slidascon detectores diferenciales para el producto aanalizarse. En el caso de lquidos se utilizan losde transmitancia y en el caso de slidos los dereflectancia (Figura 8).

Las etapas bsicas de la tcnica NIR son: Adquisicin de datos: Lograr los espectros

de las muestras. Calibracin: Agregado de los resultados

de los anlisis logrados por los mtodosprimarios.

Validacin: Anlisis estadsticos que per-mitan lograr las correlaciones entre losespectros y los resultados de los mtodosprimarios.

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