Análisis de la gestión del proceso de producción del bioestimulantenatural Fitomas-E

Misley Morales-Carmouze; Mariela Gallardo-Capote; Tirso Sáenz-Coopat; Tania García-Martínez

Producción de Pleurotus ostreatus por fermentación en estado sólido:una revisión

Julio Amílcar Pineda-Insuasti, Luis Beltrán Ramos-Sánchez, Claudia Patricia Soto-Arroyave

Síntesis del pentahidrogenosulfato de fructosa empleando un nuevocatalizador del tipo complejo básico trietilamina-clorosulfónico

Yanay Martínez-Perez, Laura A. Lamí-Izquierdo, Jorge L. Leyva-Simeón, Juan E. Tacoronte-Morales

Cálculos técnicos en el diseño de una planta de biogás. Caso de estudio"Tratamiento de vinazas de destilerías en reactores UASB"

Yaniris Lorenzo-Acosta, Antonio Valdés-Delgado, Fidel Domenech-López, Lixis Rojas-Sariol, Felipe Eng-Sánchez

Situación actual de los sistemas de información relacionados con laindustria azucarera cubana

Irina Vargas-Vargas, Rubén Monduí-González, María de los Angeles Ruiz-González

Modelo de decisión para seleccionar alternativas de inversiones dereconversión azucarera y biorrefinerías basado en el método Delphicon enfoque difuso

Fernando Efren Ramos-Miranda, Julio Rafael Gómez-Sarduy, Erenio González-Suárez, Nancy López-Bello

Apuntes sobre la revalorización de los residuos agrícolas de la caña.Tecnologías de preparación

Antonio Aguilar-Pardo

Influencia del tiempo perdido industrial sobre la economía de ingeniosazucareros

Indira Pérez-Bérmudez, Héctor Navarro-Hernández, Norge Garrido-Carralero

La caña de azucar como fuente de lactosacarosaEduardo Lorenzo Ramos-Suárez, Susana Ravelo-Bravo

Integración de procesos para la producción sostenible de alimento ani-mal en la UEB "Antonio Sánchez"

Carmen Amarilys Guevara-Rodríguez, Antonio Bell-García, Danilesvy Mijares-Mena, Irma Ramos-Pousa

Emisiones a la atmósfera de material particulado de centrales azuca-reros y refinerías de azúcar en la provincia de Villa Clara

Vladimir Núñez-Caraballo, Mayra C. Morales-Pérez, Julio Pedraza-Gárciga,Idalberto Herrera-Moya, Dianelly Alejo-Sánches

ÍNDICE

63

56

42

29

3

69

50

60

13

24

35

CONTENTS

Analysis of the production process management of natural bio-stimu-lant Fitomas-E

Misley Morales-Carmouze; Mariela Gallardo-Capote; Tirso Sáenz-Coopat; Tania García-Martínez

Production of Pleurotus ostreatus by solid state fermentation: a reviewJulio Amílcar Pineda-Insuasti, Luis Beltrán Ramos-Sánchez,

Claudia Patricia Soto-Arroyave

Fructose penta-hydrogen-sulphatesynthesis using a new type catalysttriethylamine-chlorosulphonic basic complex

Yanay Martínez-Perez, Laura A. Lamí-Izquierdo, Jorge L. Leyva-Simeón, Juan E. Tacoronte-Morales

Technical calculation abaut the design of a biogas plant. Study case"Treatment of distillery vinasses in UASB reactors"

Yaniris Lorenzo-Acosta, Antonio Valdés-Delgado, Fidel Domenech-López, Lixis Rojas-Sariol, Felipe Eng-Sánchez

Current situation of information systems concerning to Cuban sugarindustry

Irina Vargas-Vargas, Rubén Monduí-González, María de los Angeles Ruiz-González

Decision model to select investments alternatives of sugar reconversionand biorefineries based on Delphi method with diffuse approach

Fernando Efren Ramos-Miranda, Julio Rafael Gómez-Sarduy, Erenio González-Suárez, Nancy López-Bello

Notes about the upgrading of sugarcane agricultural residues.Preparation technologies

Antonio Aguilar-Pardo

Effect of industrial lost time in sugar factory economyIndira Pérez-Bérmudez, Héctor Navarro-Hernández, Norge Garrido-Carralero

Sugar cane as a source of lactosucroseEduardo Lorenzo Ramos-Suárez, Susana Ravelo-Bravo

Process integration for a sustainable animal feed production in"Antonio Sanchez" factory

Carmen Amarilys Guevara-Rodríguez, Antonio Bell-García, Danilesvy Mijares-Mena, Irma Ramos-Pousa

Atmospheric emission of particle matter in sugar mills and refineriesin Villa Clara province

Vladimir Núñez-Caraballo, Mayra C. Morales-Pérez, Julio Pedraza-Gárciga,Idalberto Herrera-Moya, Dianelly Alejo-Sánches

3

13

24

29

35

42

50

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60

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69

3

Misley Morales-Carmouze, Mariela Gallardo-Capote, Tirso Sáenz-Coopat, Tania García-Martínez

Instituto Cubano de Investigaciones de los Derivados de la Caña de Azúcar (ICIDCA)Vía Blanca 804 y Carretera Central. San Miguel del Padrón, La Habana, Cuba

misley.morales@icidca.edu.cu

RESUMEN

El presente trabajo formó parte de un estudio de organización del proceso producción del bioestimulantevegetal FitoMas-E y corresponde a una investigación realizada a la planta en cuestión, de interés para laproducción agrícola y localizada en áreas del Instituto Cubano de Investigaciones de los Derivados de laCaña de Azúcar (ICIDCA). Se realizó un análisis de la gestión del proceso de producción, para el cual seclasificó de manera cualitativa y cuantitativa el estado actual de la producción, según diferentes catego-rías, a través de los principios de gestión, las exigencias técnico-organizativas, las formas de gestión dela producción, los métodos para ejecutarla y otros elementos que caracterizan los procesos industriales.Los resultados obtenidos permitieron demostrar que la planta de producción es rentable. Sin embargo, elproceso de producción presenta algunos problemas, en su mayoría organizativos, que influyen en quedisminuya la productividad e impiden el buen aprovechamiento de las capacidades óptimas del procesode producción.

Palabras clave: proceso, organización, gestión, producción.

ABSTRACT

The present paper is part of the organizational study carry out on the production process of the vegetablestimulant plant FitoMas-E, located on areas of the Cuban Research Institute of Sugar Cane Derivatives(ICIDCA). The analysis of the production process management is done through the quantitative and qua-litative classification of the present production situation. Different categories such as management princi-ples, techno-organizational exigencies, management production ways and methods, as well as other fac-tors that characterize industrial processes were used. Even though the obtained results allowed demons-trate the plant feasibility, the production process presents some problems, most of them organizational thatinfluence on the productivity decrease and on the optimal use of the production capacities.

Keywords: process, organization, management, production.

ICIDCA sobre los derivados de la caña de azúcar, 2014, vol. 48, no. 2 (mayo-agosto), pp. 3 - 6

Análisis de la gestión del proceso de producción del bioestimulante natural FITOMAS-E

INTRODUCCIÓN

El Instituto Cubano de Investigaciones de losDerivados de la Caña de Azúcar (ICIDCA) está

destinado a realizar actividades de investigación ydesarrollo en el campo de los derivados de la cañade azúcar, con aplicación en la agricultura, la ali-mentación, la salud y la industria.

Como resultado de sus investigaciones se obtuvoun bioestimulante vegetal, registrado comercial-mente como FitoMas-E, que equilibra el metabolis-mo de las plantas de cultivo, sometidas a cualquiertipo de estrés, incrementa su capacidad de autode-fensa y mejora su interrelación con el suelo, lo quese traduce en un considerable aumento en los ren-dimientos agrícolas y en la calidad de las cosechasde los cultivos tratados y permite un mejor aprove-chamiento de los nutrientes presentes en el suelo.

Debido a los resultados positivos obtenidos dela aplicación de este producto, tanto en caña deazúcar, como en otras producciones agrícolas sedecidió, por interés del Ministerio del Azúcar deCuba (Minaz) actualmente Grupo EmpresarialAzcuba, construir una planta comercial en áreasdel citado instituto, para su producción.

La puesta en marcha de la planta, con capaci-dad de producción declarada de 2,0 millones delitros/año, se realizó en agosto de 2008, y permitea nuestro país la sustitución de importaciones.

En el año 2009 se cumplió la capacidad de pro-ducción proyectada y esta se tomó como referenciapara la preparaación del plan del 2010.

Sin embargo, a partir de los resultados obteni-dos por el producto, el Grupo Empresarial Azcuba,solicitó incrementar el plan de producción para elaño 2010 hasta 2,4 millones de litros; por lo que ladirección del instituto solicitó la realización de unestudio de organización del proceso de producción,a fin de evaluar la capacidad potencial instalada ysu aprovechamiento, lo que permitiría conocerhasta dónde se podría incrementar la misma, asícomo identificar los problemas desde el punto devista organizativo que pudieran estar afectando eldesarrollo eficiente del proceso.

El presente trabajo muestra parte de un estudiode organización de ese proceso de producción enel que se realiza un análisis detallado de la gestióndel mismo, mediante las clasificaciones cualitativasy cuantitativas del estado actual de las produccio-nes, según las diferentes categorías que existen, através de los principios de gestión, las exigenciastécnico-organizativas, las formas de gestión de laproducción, los métodos para ejecutarla y otroselementos que caracterizan los procesos industria-les. Los resultados obtenidos permitieron poderevaluar cuáles son las características más especí-ficas de esta producción, que en algunos casosgeneran problemas organizativos.

MATERIALES Y MÉTODOS

Características de clasificación del proceso deproducción del bioestimulante FitoMas-E

Para caracterizar el proceso productivo se

tuvieron en cuenta los diferentes tipos de clasifica-ciones (1-10).

La tecnología de producción de FitoMas-E estáconformada por diferentes subprocesos ya que sebasa en una extracción seguida de un proceso deformulación, donde al extracto se le adicionan fuen-tes de nitrógeno, potasio y fósforo para enriquecerel producto final, así como un preservante.Finalmente el producto pasa a ser envasado.

Clasificación de los procesos productivosSegún la clasificación que se conoce de los pro-

cesos productivos (1, 10), la producción se puedeclasificar como un proceso básico, porque desarro-lla la producción de un producto destinado a lacomercialización.

Tipos de procesos de producciónDe acuerdo con los tipos de procesos de pro-

ducción (1, 10), el evaluado se pude clasificarcomo:• Producción para el mercado según el destino del

producto, porque no se espera por el encargo deun cliente, sino que el producto está destinadopara dos distribuidores mayoristas (Azcuba y elMinisterio de la Agricultura - MINAG) a partir deplanes estatales aprobados, y estos a su vezvenden al detalle a los productores agrícolas delpaís. Al ICIDCA le corresponde satisfacer a unsegmento del mercado mayorista y no realizarventas al detalle.

• Fabricación para almacén teniendo en cuenta larazón que motiva la producción, porque se logramantener el nivel de los inventarios, es decir,siempre existirá producto en el almacén espe-rando para ser distribuido.

• Proceso en serie según el grado de tipificacióndel producto, ya que todas las unidades produ-cidas son iguales: tanques de 20 L de producto.

• Proceso intermitente por la dimensión temporaldel proceso, porque hay tramos discontinuos deproducción, por ser un proceso batch.

Clasificación de los sistemas de producciónEn concordancia con las características propias

que tiene el sistema de producción del bioestimu-lante FitoMas-E se valoró la clasificación de estesistema (1, 10) y se determinó clasificarlo como:

Relación productor - consumidor: es un sistemacon entrega directa y cobertura en el ciclo de entre-ga, se conoce al cliente, se produce por mantenerun determinado nivel de inventarios, recibiendo losconsumidores sus solicitudes a partir de dichonivel; o sea se va produciendo durante toda lasemana de dos a tres lotes diarios y se va almace-nando el producto, luego los distribuidores mayo-ristas recogen sus pedidos semanalmente.

4

Forma de ejecutar la producción: es un sistemaprogramado porque existe un conocimiento previodel plan anual asignado y es a cantidad fija porqueel tamaño del lote es igual en cada lanzamiento;está previsto que diariamente se produzca lamisma cantidad de litros del producto.

A partir de lo anteriormente expuesto, en estecaso se tienen tres elementos a optimizar en la pro-ducción: utilización de la capacidad productiva; uti-lización de la fuerza de trabajo; y la duración delciclo.

Estructura de la producciónSe encuentra dentro del tipo de estructura de

producción tecnológica o según el procedimientoya que los equipos: dos reactores y una máquinade llenado y etiquetado, son agrupados espacial-mente atendiendo a sus características tecnológi-cas en sus respectivos puestos de trabajo coniguales o semejantes funciones tecnológicas y for-man una subdivisión productiva delimitada.

Estructura del ciclo de producción Como parte de la organización de la producción

se realizó un análisis del ciclo de producción y suestructura (10), que comprende el tiempo de todaslas interrupciones, paradas, procesos y reproce-sos, que median desde el inicio hasta la culmina-ción de la producción, teniendo en cuenta los tér-minos de la estructura de la jornada laboral que se

5

Tabla 1. Resultados obtenidos de la fotografía detallada

Concepto Primer día

Segundo día

Tercer día

Cuarto día

JL 480 480 480 480

TO 480 360 420 390

TS 30 18 23 20

TPC 10 10 10 10

TIDO 20 25 60 55

TITO 15 15 17 20

TIOC 25 30 35 40

TDNP 30 30 30 30

Figura 1. Estructura de la jornada laboral.

Tabla 2. Tiempos obtenidos como resultado de los días de observaciones

Día Tiempo de

observ. (min) Tiempo de

trabajo (min)

Tiempo de interrupción

(min)

1 480 480 0

2 480 360 120

3 480 420 60

4 480 390 90

muestran en la figura 1. Para la obtención de losdatos se empleó la técnica de fotografía detallada(7), la cual arrojó los valores que se muestran enlas tablas 1 y 2. Para determinar la duración delciclo de producción se utilizó la ecuación 1 (10),que permite realizar el cálculo más preciso, siem-pre que se tome en cuenta el modelo de desplaza-miento de los objetos de trabajo:

Tc = (75 min + 70 min +15 min) + (3 min + 5 min+ 5 min + 20 min) + (10 min + 20 min)

Tc = 223 min

Donde:Σ Δt tec - suma de los tiempos de las operaciones

tecnológicas.Σ Δt nat - suma de los tiempos de los procesos

naturales.Σ Δt tr - suma de los tiempos de transportación.Σ Δt tk - suma de los tiempos de control técnico.Σ Δt ten - suma de los tiempos de permanencia

entre operaciones dentro del turno.Σ Δt tur - suma de los tiempos de permanencia

entre turnos y en los almacenes entre talleres delos semiproductos.

n, i, x, j, y, z: cantidad de los tipos correspondientea cada actividad.

Como resultado se obtuvo que la duración delciclo de producción fue de 233 min que equivale a4 horas con 10 min.

Según los factores, de los cuales depende laduración del ciclo de producción (10), específica-mente el ciclo tecnológico, el modelo de desplaza-miento de los objetos de trabajo empleado en el pro-ceso de producción de FitoMas-E es el modelo con-secutivo, ya que un lote de producción es procesadoen la operación de hidrólisis y formulación antes depasar a la operación de envasado, lo que garantizaplena continuidad en el trabajo de los equipos opuestos de trabajo, pues estos funcionan ininterrum-pidamente hasta procesar el lote completo.

Análisis del nivel de organización de la produc-ción

Para realizar el análisis del nivel de organizaciónde la producción de FitoMas, se tuvo en cuenta lainformación obtenida del resultado de una encuestarealizada a los trabajadores vinculados directamen-te a la producción. Este análisis se realizó median-te las exigencias técnico - organizativas (10).

Capacidad de reacciónEsta exigencia permite evaluar la capacidad de

respuesta de la producción ante los pedidos reali-

zados, en este caso no se evalúa porque el siste-ma de producción analizado no es bajo pedido,sino que se va produciendo, almacenando y se rea-lizan entregas periódicas a las comercializadorasque son las que conocen los pedidos.

Dinámica de rendimientoPara este análisis se tuvieron en cuenta los

siguientes indicadores de eficiencia: volumen deproducción, costo de producción, productividad yplazo de entrega. (ver tabla 3).

Como se muestra en la tabla 3, con el aumentode los años de explotación de la planta hay unincremento de todos los indicadores de eficiencia.

Esta exigencia se analiza a través de:

Movilidad o fluctuación de la fuerza de trabajo (leja-nía, poco contenido de trabajo, alimentación)

Con relación a la movilidad o fluctuación de lafuerza de trabajo se puede decir que es estable, yaque desde que se inició la producción, en el 2008, conuna plantilla de 22 trabajadores no se han producidobajas. Del procesamiento de los datos obtenidos en laencuesta realizada a los trabajadores, se obtuvo quelos mismos manifiestan que se sienten motivados porla actividad que realizan y la principal causa de moti-vación son los ingresos que perciben. También plan-tean, que consideran que el esfuerzo físico que tienenque realizar en su trabajo es alto, así como que lacarga de trabajo diaria en la actividad que realizan esde similar magnitud. Por otro lado, reconocen que tie-nen buenas condiciones de trabajo pues cuentan conlocales climatizados y con los medios de protecciónnecesarios. Por otra parte el 100 % de los encuesta-dos reflejaron el problema que existe con el suminis-tro de agua lo que impide la estabilidad en el cumpli-miento diario de la producción.

Grado de accidentabilidadA pesar de que en el proceso se utilizan sus-

tancias peligrosas como por ejemplo ácido sulfúri-

6

Tc = ΣΔt tec + ΣΔt nat + ΣΔt tr + ΣΔt tk + ΣΔt ten + ΣΔt tur………………….(Ec.1)

Tabla 3: Indicadores de eficiencia

Indicadores de eficiencia

Años

2008 2009 2010

Volumen de producción (L)

1 000 000 2 000 000 2 400 000

Costo de producción (pesos)

259 416.52 1 134 222.50 942 525.02

Productividad (pesos/L) 10 824 25 575 28 345

Plazo de entrega (días)

10 7 5

co, se puede decir que el índice de accidentabilidadhasta la fecha es cero ya que:• Se garantizan los medios de protección necesa-

rios (traje antiácido, guantes reforzados, cintu-rón de seguridad y máscaras antipolvo).

• Se chequea por parte de los jefes el uso de losmedios de protección.

• Se impartió un curso de capacitación a todos lostrabajadores de la planta sobre el proceso pro-ductivo antes de su puesta en marcha.

• Se trabaja en la puesta en práctica de unmanual de procedimientos donde está el paso apaso de las operaciones y qué hacer en caso deaccidente.

Análisis de los indicadores de desempeño: por-ciento de rentabilidad, costo por peso de produc-ción, productividad, rendimiento de los activos fijos,liquidez y solvencia.

En esta producción se hace muy difícil poderrealizar un análisis de indicadores de desempeño,debido a que la producción de FitoMas-E estáincluida dentro del estado financiero del ICIDCA,conjuntamente con los proyectos de investigación yotras producciones.

EstabilidadNo se puede realizar un análisis de esta exi-

gencia ya que para ello es necesario comparar elcomportamiento de los valores de los volúmenesde producción durante dos años consecutivos y enel momento en que se realizó el trabajo no se con-taba con la información necesaria para este pro-pósito.

Fiabilidad Este parámetro exige el funcionamiento del sis-

tema de producción durante un largo período sinafectaciones en volumen, calidad, surtido, plazos ycostos. Para este análisis se estudió en el año2009 el comportamiento de los parámetros que semuestran a continuación en la tabla 4.

Los valores reflejados en la tabla 4 evidencianque en el año analizado hubo un 66 % de reduccióndel costo del producto. Además se muestra el com-portamiento de diferentes variables de salida delsistema productivo, que permite poder realizar unanálisis de la fiabilidad según el resultado de laecuación 2.

Fs = (1 * 1 * 1* 1* 0,66)= 0,66= 66 %

Donde:Fs - Fiabilidad del sistema de producciónn - cantidad total de variablesFj - Fiabilidad de la variable j

El valor obtenido de fiabilidad es positivo puesestá al 66 %, esto demuestra que el sistema deproducción no presenta incumplimientos duranteun largo período del volumen, calidad, surtido, cos-tos y fecha; ya que se cumplen en todos los casoslos parámetros expuestos y con un comportamien-to favorable.

FlexibilidadLa tabla 5 permite hacer un análisis del com-

portamiento de la producción en el año 2009 segúnlo planificado, los valores demuestran que se plani-ficó la realización de la producción en 255 días,pudiéndose cumplir en 211 días. Por otra parte seobserva que a pesar de haber sobrecumplido laproducción al final del año, en los primeros tres tri-mestres, la producción estuvo por debajo de la pla-nificada.

En la figura 2 se evidencia que a pesar de quela producción se planificó para un comportamientoestable, la producción real comenzó muy por deba-jo de lo planificado y solo a partir del último trimes-

7

Tabla 4. Comportamiento de parámetros de fiabilidad en el 2009 Variables de salida del sistema productivo

PLAN REAL %

Volumen (L) 2,0 MM 2,0 MM 100

Surtido 1 1 100

Calidad 0,95 0,95 100

Plazo 12 meses 12 meses 100

Costo/L 1,34 0,88 66

(Ec. 2)

Tabla 5. Comportamiento de la producción en el 2009.

Trimestre Días de producción

Días reales

Plan (L)

Real(L)

Enero - marzo 67 44 546921 304685

Abril - junio 59 59 481617 441620

Julio - sept. 57 39 465291 385500

Octubre - dic. 72 69 506171 868200

TOTAL 255 211 2000000 2000005

tre experimentó un incremento significativo. Estodemuestra la flexibilidad de las facilidades instala-das, que permiten responder a situaciones impre-vistas.

Análisis de los principios de la organización dela producción

Teniendo en cuenta los resultados de la foto-grafía detallada que se muestran en las tablas 1 y2, se analizaron los principios de la organización dela producción (10).

ProporcionalidadPara calcular el coeficiente de proporcionalidad

se hace necesario conocer el coeficiente de utiliza-ción del fondo de tiempo de cada equipo, en unciclo de producción como se muestra en la tabla 6.

El coeficiente de utilización de los equipos fuedeterminado a partir del fondo de tiempo que seemplea en cada ciclo y la carga de trabajo delmismo.

Como puede observarse, la operación limitantese encuentra en los reactores (hidrólisis y formula-ción), con un coeficiente de utilización de 0,38.

A partir de estos datos se determina el coefi-ciente de proporcionalidad según la expresión 3(10):Kp = 1 - S (Xmax - Xi) / Nt x Xmax (Ec. 3)Kp= 1- 0,56 Kp= 0,44

Donde:Kp - coeficiente de proporcionalidadXmáx - coeficiente de utilización del fondo de tiem-

po del proceso cuello de botellaXi - coeficiente de utilización del fondo de tiempo

del proceso i.ni -cantidad de puestos de trabajo del proceso iNt - cantidad total de puestos de trabajo

El grado de utilización promedio del fondo detiempo es de 44 %.

Continuidad Continuidad de la fuerza de trabajo

En la tabla 7 aparece el fondo de tiempo de tra-bajo empleado por los trabajadores del área y lashoras de interrupciones, según diferentes causas,lo que permitió hacer un análisis del principio decontinuidad, según la fuerza de trabajo, utilizandola ecuación 4.

Kc = Tiempo Efectivo / Tiempo Total (Ec.4)Kc = 75 %

A partir del resultado obtenido de la ecuación 4puede plantearse que existe un desaprovecha-miento del 25 % de la jornada laboral y la causafundamental es la falta de agua, lo cual coincidecon lo planteado por los trabajadores en la encues-ta realizada.

8

Tabla 6. Cálculo del coeficiente de utilización del fondo de tiempo de cada equipo

Equipo Reactores Máquina de envasado

Número de equipos 1 1 Fondo de tiempo (h/ciclo) 3,10 h 1,45 h

Carga de trabajo (h/ciclo)

8 h 8 h

Coeficiente de utilización

0,38 0,18

Ó = 0,38 + 0,18 = 0,56

Tabla 7. Fondo de tiempo de trabajo empleado por los trabajadores del área Horas de

interrupciones por causas

Total de horas muestreadas

Total de horas trabajadas

1 2 3

32 24 6 1 1 Causa Descripción 1 Falta de agua 2 Falta de contenido de trabajo 3 Otras causas Fondo de tiempo total analizado: 32 h Tiempo efectivo: 24 h

Tabla 8. Fondo de tiempo de trabajo empleado por los equipos del área

Equipo Total de

horas muestreadas

Total de horas

trabajadas

Horas de interrupciones

por causas 1 2

Reactores 32 26 4 2 Máquina de envasado

20 16 4 0

TOTAL 52 42 8 2

Continuidad de los medios de trabajoEn la tabla 8 aparece un grupo de datos, resul-

tado de un muestreo realizado a los equiposempleados en la producción, que permiten hacerun análisis del principio de continuidad, según losmedios de trabajo.

El muestreo se realizó durante 4 días labora-bles y se tuvieron en cuenta las siguientes causasde interrupción:Código Descripción de las causas

1 Interrupciones por falta de agua2 Interrupciones por rotura del montacargasKc= 26,5 %

En el caso de los equipos también existe undesaprovechamiento de los mismos en un 73,5 %.La causa fundamental de las interrupciones es queno se le asigna la carga de trabajo que correspon-de, lo cual corrobora lo detectado en la encuestarealizada a los trabajadores.

Continuidad del objeto de trabajoPara analizar la continuidad del objeto de traba-

jo se analiza la duración del ciclo de producciónque en nuestro caso se considera un ciclo cortopues el tiempo de duración es de 233 min. Paraeste estudio se tuvo en cuenta las operacionessolapadas y la duración exacta de las paradas, asícomo el tiempo de las interrupciones.

Carácter rítmicoPara evaluar la ritmicidad del proceso de pro-

ducción se estudió el comportamiento de la produc-ción mensual de FitoMas-E, desde el 2008 hasta el2010, como se muestra en la tabla 9. En la mismase evidencia que en el 2008 solo se trabajó 4 mesesde los 5 que estaban planificados, por la puesta enmarcha de la planta, por lo que la ritmicidad se ana-lizó utilizando los resultados del año 2009 y 2010.

A partir de los resultados de la tabla 9 se puedeevidenciar que no hay ritmicidad en la producción,ya que cuando se realiza un análisis del plan, conrespecto a lo real, existe diferencia, esto se debe aque la planificación es aritmética y no se tienen encuenta otros factores que afectan el cumplimientomensual de la producción, que en muchos casosestá vinculado a temas organizativos.

La experiencia obtenida en los años de produc-ción ha demostrado que se deben tener en cuentalos factores que hoy inciden en este cumplimiento.

Análisis del tipo de producción del bioestimu-lante FitoMas-E

Para realizar el análisis del tipo de producciónse utilizó un método cualitativo y uno cuantitativo(10) que se explican a continuación:

De acuerdo con las características de la pro-ducción y según el método cualitativo, el análisis esel siguiente:

A partir de los tipos básicos de producción quese conocen, la producción de FitoMas-E se puedeclasificar en seriada de acuerdo con:• La variedad de productos

Se produce un solo producto final.

• Las materias primas y los materialesSe emplean diversos materiales y materias pri-

mas para la extracción y formulación del producto,siendo constante la actividad final del producto y enlimitados volúmenes.

• Las operaciones en la fabricaciónDurante el período de tiempo en que se produ-

ce un lote, las operaciones de fabricación sonconstantes.

• Las máquinas y las herramientasSe emplean equipos de procesos con alta espe-

cialización, ya sea durante el proceso de hidrólisis

9

Tabla 9. Producción mensual de en el período 2008-2010

Mes/Año Plan 2008

Real 2008

Plan 2009

Real 2009

Plan 2010

Real 2010

enero np np 179586 78720 215040 81280 febrero np np 179586 99200 215040 172280 marzo np np 179586 126765 215040 113280 abril np np 179586 126080 215040 190780 mayo np np 179586 140660 215040 145120 junio np np 179586 174880 215040 132960 julio np np 179586 218240 215040 81280

agosto 107 520 54500 179586 158300 215040 0 sept 107 520 95420 179586 8960 215040 0 oct 107 520 73620 179586 217400 215040 0 nov 107 520 0 179586 312560 215040 0 dic 107 520 57600 179586 338240 215040 0

np: no hay producción

y formulación como durante las operaciones deenvasado y etiquetado.

• La calificación de los obrerosEn el proceso básico (extracción y formulación)

interviene un pequeño número de operarios (3 ope-radores y 2 ayudantes), apoyados de un operadordel cuarto de control, entrenados específicamentepara la producción.

En el proceso complementario (envasado y eti-quetado) participan un operario y tres ayudantes.

• El costo de producciónDentro de la estructura de costos, los variables

tienen el mayor peso, no obstante, los de prepara-ción son relativamente bajos comparados con losde fabricación ya que las materias primas tienen unalto peso en el mismo. Los costos fijos son bajosentre ellos, así como los de mano de obra.

La caracterización anterior debe ser comple-mentada con el empleo de un método cuantitativoy para ello, el tipo de producción debe caracterizar-se por los valores del coeficiente de las operacio-nes fijadas (Kof) que se determinan mediante laecuación 5:

Kof = O/P (Ec.5)Kof = 3/ 2Kof = 1,5

Donde:

O:cantidad de operaciones tecnológicas diferentes.P:cantidad de puestos de trabajo en los que se eje-

cutan las diferentes operaciones tecnológicas.

El valor obtenido del coeficiente de operacionesfijadas fue de 1,5, o sea, está en el rango 1 < Kof <10, por lo que puede concluirse que efectivamentela producción es seriada pero en gran serie.

Modelos de desplazamiento de los objetos detrabajo

Uno de los factores de los cuales depende laduración del ciclo de producción, específicamenteel ciclo tecnológico, es el modelo de desplazamien-to de los objetos de trabajo (10).

El proceso de producción de FitoMas-E, segúnel grado de simultaneidad en la realización de lasoperaciones, se puede decir que corresponde almodelo consecutivo, ya que un lote de producciónes procesado totalmente en una operación (extrac-ción y formulación) antes de pasar a la siguiente(envasado). Los equipos o puestos de trabajo fun-cionan ininterrumpidamente hasta procesar el lotecompleto.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Después de realizar el análisis de la gestión delproceso de producción del bioestimulante FitoMas-E, se pudo evidenciar que:• El hecho de que la producción sea una produc-

ción para el mercado trae como consecuenciaque el producto solamente pueda ser entregadoa distribuidores mayoristas, lo que limita tenerun conocimiento real de la demanda y criteriosde los clientes finales.

• Esta es una producción intermitente, donde elproducto que se elabora es químico, tienecaracterísticas diferentes a otros, por lo que elproceso debe culminar todas sus etapas parapoder comenzar nuevamente una nueva pro-ducción.

• Este sistema de producción es con entregadirecta y con cobertura en el ciclo de entrega,por lo que se debe almacenar el producto, endependencia de las empresas distribuidoras, loque atenta contra la capacidad real de almace-namiento ya que no siempre se cumple el cicloestablecido para la recogida, y ha provocadoque muchas veces el almacén esté totalmentelleno.

• En este caso, el hecho de que la duración delciclo de producción sea un poco restringido,para la producción de dos lotes diarios, asícomo que la jornada laboral establecida sea de8 horas, por estar la planta enclavada en un cen-tro de investigación, son factores que atentancontra el aprovechamiento eficiente de las fuer-zas de trabajo, por lo que los elementos a opti-mizar en este caso son: duración del ciclo, utili-zación de la capacidad productiva y utilizaciónde la fuerza de trabajo.

• El hecho de que el tipo de estructura de produc-ción sea tecnológica o según el procedimiento,permite analizar las diferentes etapas del proce-so y determinar dónde se encuentran los mayo-res problemas.

• La duración del ciclo de producción es de 233min, lo que equivale a 4 horas con 10 min. Estodemuestra que la producción puede adecuarsea la jornada laboral establecida.

• Se puede decir que hay un incremento de todoslos indicadores de eficiencia desde el año enque comenzó a trabajar la planta hasta la actua-lidad, lo que evidencia, que la planta es rentable.

• La movilidad o fluctuación de la fuerza de traba-jo es estable, ya que la plantilla con que se ini-ció la producción es la misma que hay actual-mente, esto es algo positivo porque permite quelos trabajadores ganen experiencia en el proce-so productivo y de esa manera garantizar unamejora continua en el proceso.

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• Se le garantizan los medios de protección a lostrabajadores y se chequea el uso de los mismos.Además se han impartido cursos de adiestra-miento y se elaboró un manual de operacionesde manera que todas estas medidas contribuyana evitar accidentes.

• El valor obtenido de fiabilidad es positivo puesestá al 66 %, lo que demuestra que el sistemade producción no presenta afectaciones en sufuncionamiento durante un largo período detiempo. Todos los parámetros expuestos (volu-men, calidad, costos y ventas) tienen un com-portamiento favorable, porque se cumplen, entodos los casos y el de costo lo es mucho más,porque se logra una disminución del mismo.

• El análisis realizado del comportamiento de laproducción en el año 2009 permitió demostrarque la producción es flexible pues permite reali-zar incrementos no previstos, a partir de cam-bios en otros factores como extender la jornadalaboral.

• La evaluación del plan de producción programa-do con relación al real, permite evidenciar que laproducción no tiene carácter rítmico ya que la pla-nificación se realiza de forma aritmética sin teneren cuenta varios factores que afectan el cumpli-miento mensual de la producción, que en muchoscasos está vinculado a temas organizativos.

• A partir del resultado obtenido sobre la principalcausa de parada de la producción (falta deagua), se realizó un análisis de lo que pudierarepresentar la compra de tanques de agua quepermitieran garantizar una reserva suficiente deagua que impida paradas en la producción. Enla tabla 10 se muestran los valores de los indi-cadores utilizados para el análisis realizado.

Si conoce que el costo de dos tanques con unacapacidad de 2 500 litros de agua es de 3 000 CUCcada uno y se conoce que en un año puede per-derse 356 horas de trabajo por falta de agua y seconoce que la producción tiene una capacidad de 1

125 litros por hora, esto equivale a una pérdida460 664 litros de FitoMas, si se conoce según laficha de costo del producto que el costo de produc-ción es de 1,45 pesos el litro, implicaría una pérdi-da de 580 725,00 pesos al año, lo que equivale a24 196,00 CUC al año. Esto permitiría poder com-prar hasta 8 tanques en el año y la inversión pro-puesta representa solo el 12 % de la pérdida, o seaque sería más económico para la producción, rea-lizar una inversión en la compra de 2 tanques quecontinuar con los problemas de agua que afecten laproducción.

CONCLUSIONES

Los resultados obtenidos del análisis de gestióndel proceso de producción del bioestimulante vege-tal FitoMas-E, demuestra que la planta de produc-ción es rentable.

El proceso de producción presenta algunos pro-blemas, en su mayoría organizativos que influyenen que disminuya la productividad.

Estos problemas organizativos impiden que seaprovechen las capacidades óptimas del procesode producción.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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Tabla 10. Producción mensual de en el período 2008-2010 Indicadores Valores

Cantidad de tanques propuestos a comprar (uf) 2 Capacidad de los tanques (L) 2 500 Precio de 1 tanque (CUC) 3 000 Precio del producto ($) 1,45 Cantidad de paradas posibles (horas/ año) 356 Cantidad de producto producido por hora (L) 1 125 Cantidad de producto dejado de producir por parada (L) 400 500 Pérdida por dejar de producir ($/ año) 580 725 Pérdida por dejar de producir (CUC/ año) 24 196

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Julio Amílcar Pineda-Insuasti1, Luis Beltrán Ramos-Sánchez2, Claudia Patricia Soto-Arroyave3

1. Centro Ecuatoriano de Biotecnología del Ambiente, Lote 7 e/t calle A y calle 4, Fincas San Agustín, San Antonio, Ibarra, Ecuador

cebaecuador@gmail.com2. Departamento de Ingeniería Química. Universidad de Camagüey.

Circunvalación Norte, km 5 ½, Camagüey 74650. Cuba 3. Pontificia Universidad Católica del Ecuador, Sede - Ibarra.Av. Jorge Guzmán Rueda

y Av. Aurelio Espinosa Pólit. Ciudadela "La Victoria", Ibarra. Ecuador

RESUMEN

La producción de biomasa del género Pleurotus gana cada vez mayor espacio en el mercado y las inves-tigaciones dedicadas a mejorar este proceso son cada vez mayores. En este trabajo se recoge el análi-sis realizado en una vasta y actualizada literatura que pretende destacar los principales avances, resul-tados y tendencias en la producción del basidiomiceto del género Pleurotus.

Palabras clave: Pleurotus, fermentación estado-sólido, residuos agro-industriales.

ABSTRACT

The production of biomass of the genus Pleurotus earns more and more space in the market and dedi-cated investigations to improve this process are more and more numerous. In this work the analysisaccomplished in a vast and updated literature is reported that intends to highlight the principal advances,results and tendencies in the production of the basidiomycete of Pleurotus spp.

Keywords: Pleurotus, Solid-state fermentation, Agro-industrial residues.

ICIDCA sobre los derivados de la caña de azúcar, 2014, vol. 48, no. 2 (mayo-agosto), pp. 13 - 23

Producción de Pleurotus ostreatuspor fermentación en estado sólido: una revisión

INTRODUCCIÓN

El consumo de proteína de origen microbianoes muy antiguo y conocido en todos los continen-tes. Sin embargo, no es hasta principios del sigloXX que se convierte en una opción biotecnológicapara el manejo y aprovechamiento de grandes can-tidades de desechos orgánicos de origen agroin-dustrial. En consecuencia, en la actualidad se haconvertido en una alternativa recurrente para con-vertir estas fuentes de polución en materiales útiles

desde un punto de vista económico, nutricional eindustrial (1-7).

Los microorganismos utilizados para estos finesson muy diversos y pertenecen a las familias de lasbacterias, levaduras, microalgas y hongos (8). Elconsumo de proteína de bacterias y levaduras estálimitado, debido a problemas de toxicidad y reac-ciones adversas (8). La aplicación de las bacteriasen dietas humanas y animales se ha visto limitada,tanto por la presencia de endotoxinas, como por lasíntesis, en algunas especies (Hydrogenomonas),

de grandes cantidades de poli- β -hidroxibutirato enmedios con altas relaciones de C/N. Es de notartambién que poseen elevados contenidos de ácidosnucleídos, perjudiciales para la salud (8). La proteí-na de levaduras se caracteriza por un alto conteni-do de vitaminas del complejo B y un buen balancede aminoácidos, sin embargo, la presencia de altocontenido de ARN limita su consumo en humanos.Por su parte, la proteína de micro-algas presentacierta toxicidad en niveles cercanos a los 100 g dia-rios en ensayos con seres humanos, apareciendotrastornos gastrointestinales (8). Adicionalmente sedebe decir que el cultivo de estos microorganismosprecisa de procesos sofisticados y de grandes gas-tos de inversión y operación (9) que han limitadotambién su progreso.

El reino fungoideo es una alternativa productivamuy atractiva (9). Ciertas ventajas naturales res-pecto a otros microorganismos (10) deben ser des-tacadas como por ejemplo: buen contenido de pro-teína (del 20 %-30 % MS), tienen todos los amino-ácidos esenciales y así son capaces de suplantar lacarne, poseen pared quitinosa que actúa como unafuente de fibra dietética, tienen alto contenido devitamina B y bajo contenido de grasa.Adicionalmente ha de destacarse que es virtual-mente libre de colesterol. Por otro lado, la rentabili-dad del cultivo de hongos es muy atractiva por subajo costo de producción debido a que este puedeser cultivado en desechos agroindustriales lignoce-lulósicos (10). Estos materiales lignocelulósicosson poco aprovechados al tiempo que se producende forma natural en cantidades enormes en la tie-rra pues se estima sean producidas unas 1x1010

TM cada año (11). Otra cuestión favorable al usode hongos es que crecen muy bien en medios sóli-dos. La fermentación en estado sólido (FES) es unproceso que tiene grandes ventajas con respecto ala fermentación sumergida tales como (12): mayorproductividad, menor costo de inversión, bajo con-sumo de energía, procesos más simples, menorcantidad de agua residual y mejor eficiencia en larecuperación de los productos.

Dentro de los hongos comestibles más produci-dos a nivel mundial se encuentra la especiePleurotus ostreatus (13). La biomasa de esta espe-cie es rica en proteínas y vitaminas. Especialmenteinteresante resulta su contenido β-glucano que esmuy reconocido por su actividad antioxidante yantitumoral (14).

La información publicada sobre las tecnologíasde producción de este basidiomiceto está fragmen-tada, dispersa y, en algunos aspectos, es escasa.De esta manera se ha definido como objetivo deeste trabajo caracterizar los elementos tecnológi-cos más importantes publicados sobre la produc-ción del basidiomiceto Pleurotus spp., de manera

que se puedan establecer las tendencias más rele-vantes en el desarrollo de tecnologías para su pro-ducción.

MATERIAS PRIMAS Y SU ACONDICIONAMIENTO

Especies más comunesExisten unas 2000 especies de hongos comes-

tibles, 80 de ellas han sido cultivadas experimen-talmente y sólo 5 o 6 se producen a escala indus-trial, entre las que se encuentran las del géneroPleurotus (13). Los hongos de este género tienenun lugar importante entre los basidiomicetosempleados comercialmente, debido a sus propie-dades gastronómicas, nutritivas y medicinales. Porotro lado, estos se pueden cultivar fácilmente en ungran rango de sustratos (15). En la tabla 1, se pre-sentan las especies de Pleurotus encontradas en labibliografía en orden de importancia. Con el objeti-vo de producir biomasa se destacan las especiesde P. ostreatus, P. eryngii, P. sajor-caju, P. pulmo-narius, P. sapidus, P. cornucopiae, P. djamor y P.citrinopileatus (16-19).

Sustratos lignocelulósicosEn la tabla 1, columna 2, se presenta la varie-

dad de materias primas lignocelulósicas utilizadasen la producción de este género. En la mayoría delos casos son residuos agroindustriales (6, 20-22).Entre estos se destacan: la paja de trigo, la paja dearroz, la paja de cebada, el aserrín de madera, elbagazo de caña y, últimamente, pastos de cortecomo el pasto elefante. También se han empleadootros tipos de residuos lignocelulósicos como lapaja de sorgo y la cascarilla de café (20). En losEstados Unidos, uno de los principales productoresde este hongo, las materias primas más utilizadaspara la producción de Pleurotus spp. son la paja detrigo y la cáscara de semillas de algodón (23). Unaformulación frecuentemente utilizada en la prepara-ción del sustrato para la producción de Pleurotusha sido la mezcla de 75 % de cáscara de semilla dealgodón, 24 % de paja de trigo y 1 % de caliza moli-da. Se adiciona también agua para incrementar elcontenido de humedad de 67 a 69 % (23).

Suplementos del medioEl empleo de sustancias con el propósito de

mejorar los rendimientos productivos en el creci-miento de los hongos ha sido una práctica bastan-te común según se deduce de la tabla 1. Esto esdebido a que generalmente los residuos vegetaleslignocelulósicos son materiales de bajo contenidode nitrógeno y algunos metales como el magnesio.En la tercera columna de la tabla 1 se presenta unagran variedad de suplementos reportados, tanto

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orgánicos como inorgánicos. En ese sentido seobserva que se ha utilizado desde salvados decereales hasta fitohormonas, en su mayoría ricosen contenido de nitrógeno, fósforo, potasio y mag-nesio.

Sustratos mixtos son también comunes como elpatentado por Ju (61) basado en aserrín, salvadode arroz y extracto ginseng, con 65 % de humedad.El suministro de algunos suplementos permite lainducción de propiedades deseadas en la biomasafinal, tal como se aprecia en las patentes de Choi yTaek (62, 63) que, para aumentar el contenido devitamina C del hongo, introducen quitosano en elmedio de cultivo.

Dentro de los suplementos inorgánicos más fre-cuentes se encuentran los ricos en nitrógeno, fos-fatos y magnesio. Estos suplementos permiten unmejor crecimiento de las cepas y un mayor agota-miento de los residuos lignocelulósicos, todo lo

cual redunda en procesos de conversión más efi-cientes desde el punto de vista económico.

El carbonato de calcio es otro suplemento fre-cuentemente utilizado en el cultivo de Pleurotusspp. Su empleo quizás se deba a que sirve de fuen-te de calcio, para el control del pH, para retener lahumedad y para evitar la compactación del sustra-to húmedo, aspectos claves para el desarrollo delas hifas y el cuerpo fructífero.

Pretratamientos de los materiales lignocelulósicosEl complejo lignocelulósico está constituido de

una matriz de carbohidratos de celulosa y ligninaentrelazada por cadenas de hemicelulosa (64).Esta estructura ofrece gran resistencia al ataque delos microorganismos por lo que es un factor queafecta la productividad del proceso. En este traba-jo se hará referencia a los diferentes pretratamien-tos aplicados con diferentes fines a este tipo de

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Tabla 1. Reportes de sustratos y suplementos nutricionales empleados en el crecimiento de especies de Pleurotus spp.

Especies Sustratos lignocelulósicos Suplementos Referencias

P. ostreatus

Paja de páramo, de trigo, de cebada, de arroz, pulpa de café, hojas de banano, tallo de plátano, bagazo de caña de azúcar, tallo de maíz, aserrín, residuos de café de consumo humano, pasto elefante, residuos de maíz, y de quinua, Cedrus deodara, Abies pindrow, Populous ciliata, cáscara de semillas de algodón, cascarilla de café, fibra del mesocarpio de palma de aceite, astillas de eucalipto, astillas de álamo, aserrín de Simarouba amara Aubl. y Ochroma piramidale Cav. ex. Lam., Bactris gasipaes Kunth triturada, caña de azúcar triturada, junco blando (Juncus effusus), paja de sorgo, aserrín de Cedrus deodara, Abies pindrow , Populus ciliata, residuos de la industria de aceites esenciales (Laurus nobilis y Eucalyptus cinnerea), la hierba Leonotis sp, Sida acuta, Parthenium argentatum, Ageratum conyzoides, Cassia sophera, Tephrosia purpurea y Lantana camara, tuzas de maíz, rastrojo de quinua y mijo, residuos de la fabricación de leche de soya (okara), kenaf, cáñamo, lino, madera descompuesta, paja de arveja, residuos de pulpa de fruta deshidratada, residuales de extractos de hierbas como ginseng.

Heno de alfalfa, granos de cervecería, harina de trigo, harina de plumas, urea, sulfato de amonio, extracto de levadura, fitohormonas obtenidas de Rhizobium sp., salvado de soya, salvado de trigo, salvado de arroz , semilla de mijo, cal, caliza molida, KH2PO4, MgSO4-7H2O, Ca(NO3)2-4H2O, CaCO3 (2%)

(16-18, 20, 23-49)

P. eryngii Paja de cebada, paja de trigo, tallos de algodón, estiércol de cerdo.

Nitrato de amonio, salvado de arroz, extracto de asafoetida

(16, 50-52)

P. sajor-caju, Junco blando (Juncus effusus), paja de trigo.

NH4NO3 y L-aspargina, agua residual del molido de la oliva, CaCO3

(34, 53, 54)

P. pulmonarius Jamaica (Hibiscus sabdariffa L.), plátano (Musa paradisiaca L.), arroz (Oryza sativa L.), bagazo de agave, pulpa y cáscara de frutas, tuza de maíz.

(32, 35, 55, 56)

P. sapidus Ensilajes de caña de azúcar. (57)

materiales, teniendo en cuenta que el objetivo deestos es el mismo: facilitar el aprovechamiento dela biomasa. Con vistas a acelerar su degradaciónse emplean diversos pretratamientos que permitenque los microorganismos tengan acceso a la celu-losa y hemicelulosas (65, 66).

Los pretratamientos pueden ser físicos y quími-cos (11, 67), enzimáticos o una combinación detodos. Según Abril (64) y Balat (68), el pretrata-miento ideal a estos materiales consiste en lograrfibras reactivas, separar las pentosas sin degradar-las, no generar compuestos que inhiban la fermen-tación y no requerir una reducción drástica deltamaño de partículas. Por otro lado, se debenemplear reactores con un tamaño razonable y demoderado costo, y no se deben generar residualessólidos, además de ser un proceso simple, efectivoy requerir para su aplicación bajo contenido dehumedad.

Tratamientos físicosLa transformación de estos materiales normal-

mente comienza con la reducción del tamaño delas partículas mediante procesos de astillado ymolienda, lo que permite lograr la apertura de lafibra , disminuir el grado de cristalinidad de la celu-losa (69) y facilitar la posterior penetración de losagentes químicos y enzimas (70). Se ha indicadoque el molinado con bolas vibratorias es muchomás efectivo en la reducción de la cristalinidad dealgunos materiales fibrosos (69).

En la tabla 2, se presentan los principales tama-ños de partículas reportados en la literatura para elcultivo de Pleurotus. Se observa que con mayor fre-cuencia oscilan entre 0,92 mm y 100 mm. En el casode utilizar paja de trigo para la producción de hon-gos, ésta se pica a una longitud de 20 a 60 mm (23).

Uno de los pretratamientos físico-químicos másutilizados también es el de explosión con vapor. Eneste tipo de tratamiento el efecto producido resultade la combinación de fuerzas físico-químicas. Elcambio brusco de presiones tiende a quebrar lasfibras y a abrirlas, pero el efecto de la temperaturay la presencia del vapor de agua saturado inducentambién a la ocurrencia de reacciones químicas deruptura molecular de las hemicelulosas y celulosa(69). Este proceso logra un ablandamiento de lafibra (64, 68) pero, según Balat (68), aumenta elnivel de cristalinidad de la celulosa, al tiempo quehidroliza fácilmente las hemicelulosas y promuevela remoción de la lignina. Pretratamientos de estanaturaleza han sido patentados, como por ejemploel establecido por Ladisch (71) que consiste en elcalentamiento del material con vapor de agua hasta220 ºC, manteniendo el pH del medio en el rango deautohidrólisis, lo que facilita la hidrólisis de la celu-losa (71, 72). El material pretratado de esta forma,es usado con éxito para cultivar hongos (73).

Dentro de las limitaciones de este procedimien-to se citan la generación de compuestos inhibitoriospara los microorganismos y enzimas que se em-plean en las operaciones posteriores (69). Laremoción por lavado del material no sólo tieneimplicaciones ambientales sino de costos puesmucha de las hemicelulosas hidrolizadas se perde-rían de esta manera (69).

La explosión con vapor es un procedimiento efi-ciente desde el punto de vista energético. Si secompara con los procedimientos mecánicos con-vencionales requiere 70 % menos de energía paralograr el mismo efecto (69). La adición de H2SO4,SO2, amoniaco o CO2 en la explosión de vaporpuede mejorar eficazmente la hidrólisis enzimáticaque sigue por la menor formación de compuestos

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Tabla 2. Parámetros de operación en la producción de Pleurotus spp.

Especie Partícula

(mm) pH

Humedad del sustrato

(%)

Temperatura (ºC)

Humedad relativa

(%)

Luz (lux)

Referencias

P. ostreatus

20 , (14,1-47,6); (1,5-2,0); (0,92-1,68); (30-50)

5,5 70; (70-80); (60-70)

25; (20-28); (18-25); (7-34); 30; (25-30)

70; (75-90); 80; (31-100); (86-90); (80-92)

(15-135) (20-50) (80-100); (100-200); 900 (400-800) (1500-2000)

(26, 27, 29, 31, 34, 36, 39, 41, 42, 81-86)

P. eryngii 25 (80-100) (50, 82, 87)

P. sajor-caju (47,6-14,1); (50–100)

5,5; (6,5-7)

(70-80); (70-72), (20-25) 85 (15-135) 600 (34, 54, 86)

P. pulmonarius

P. sapidus (15-135) (86) P. cornucopiae

(50-100) (6,5-7) (70-72) (20-25) 85 (54)

inhibitorios y por hacer más completa la extracciónde las hemicelulosas (69). Se han propuesto otrasalternativas de explosión con amoniaco y CO2 (69).El tratamiento con ozono es efectivo pero los altosíndices de consumo de este gas lo hacen inefecti-vo desde el punto de vista económico (69).

Tratamientos químicosLas alternativas más comunes de pretratamien-

to químico son con ácidos y álcalis (6). En el casode la aplicación de ácidos, estos han sido concen-trados a bajas temperaturas o, diluidos a altas tem-peraturas (68). Por cuestiones de costo y menortoxicidad la elección es casi siempre ácido sulfúri-co (74), no obstante se ha reportado con buenosresultados también el uso del ácido fosfórico mez-clado con acetona y otros solventes (11). El trata-miento con ácido concentrado opera a temperatu-ras bajas y cercanas a los 40 °C y consigue rendi-mientos en glucosa cercano al 90 % del teórico(74). Esta alternativa es costosa por el alto consu-mo de ácido y los gastos para su recuperación yreciclaje. Por otro lado, requiere de materialesespeciales en el equipamiento, resistentes a lacorrosión, que elevan el monto inicial de la inver-sión (74) y del mantenimiento. El costo de opera-ción, por otro lado, se ve afectado por el elevadotiempo de reacción que se necesita en este proce-so (74). El tratamiento con ácido diluido está másdifundido en la práctica (75), consume menos ácidoy ocurre a mayor velocidad debido a que se efec-túa a temperaturas más altas (74). Una modifica-ción a este tratamiento consiste en agregar CO2 enla fase líquida lo que permite aprovechar la forma-ción de ácido carbónico (76). El calentamiento delmaterial casi siempre se consigue con vapor, por loque muchas veces es difícil diferenciar este trata-miento del de explosión con vapor (77). Este tipode tratamiento permite remover las hemicelulosas yaumentar significativamente la digestibilidad de lacelulosa (75).

El tratamiento de la fibra lignocelulósica conálcalis es bastante frecuente también y se le atribu-yen buenos resultados en el crecimiento dePleurotus (38, 76). El efecto del pretratamientoalcalino depende del contenido de lignina de estosmateriales. Un efecto positivo de este proceso esque aumenta la porosidad de los materiales ligno-celulósicos (38) debido al hinchamiento del mate-rial, lo que ocasiona un incremento del área de lasuperficie interna, una disminución en la cristalini-dad y en la cohesión estructural entre la lignina ylos carbohidratos y el rompimiento de la estructurade la lignina.

El tratamiento alcalino para eliminar la ligninamejora la digestibilidad de la celulosa, pero elhidróxido de sodio y otros álcalis son demasiadocaros y difíciles de recuperar y reciclar para hacer

viable la producción de combustibles y de otrosproductos (38). Sin embargo, el pretratamiento conamoníaco ha mostrado, recientemente, ser másefectivo con la ventaja de poder reciclarlo debido asu volatilidad (38).

En general los pretratamientos con vapor, ácidoo álcalis son efectivos y sirven para mejorar elaprovechamiento de la biomasa lignocelulósica.Sin embargo, recientemente se demostró mediantecomparación que el tratamiento ácido es el másrecomendable (66).

Pretratamientos enzimáticosSi se acepta que el proceso principal de apro-

vechamiento de la biomasa es aquel donde seobtienen los azúcares para los diferentes fines,entonces, al igual que en los demás, el pretrata-miento enzimático sería aquel en el que se libera elcamino hacia la conversión posterior de la celulosay las hemicelulosas en azúcares más simples.

Actualmente se realizan grandes esfuerzos pordesentrañar la ruta crítica a seguir para liberar yseparar secuencialmente la lignina sin que existapérdida significativa de azúcares debido a la con-versión precoz de las hemicelulosas (72, 78). Elmecanismo de acción enzimático para degradar elcomplejo lignocelulósico aún no está totalmentecomprendido debido a la gran variedad de estruc-turas en la biomasa y de enzimas que actúan deforma independiente o en sinergismo. En sentidogeneral un pretratamiento enzimático podría ayu-dar al mayor crecimiento de Pleurotus en la bioma-sa, pero para esto se requiere lograr mejoras. Lastendencias que se observan en este sentido tienentres direcciones: la búsqueda de un coctel enzimá-tico balanceado que logre un mejor sinergismo(79), la mejora de la eficiencia de la producción delas enzimas y por tanto menores costos de adquisi-ción y el perfeccionamiento de las enzimas encuanto a su actividad y estabilidad (80), que reduz-ca los tiempos de tratamiento y aumente la reutili-zación de las enzimas.

CARACTERÍSTICAS DEL PROCESO DE CULTIVO

Parámetros de operación ambientalesEn la tabla 2, se presentan los principales pará-

metros de operación estudiados en la producciónde Pleurotus. Se han registrado datos de pH,humedad del sustrato, humedad relativa del aire,temperatura e intensidad luminosa.

El pH encontrado de las diferentes referenciasva de ligeramente ácido a neutro. No se registranvalores de pH por encima de 7. Aunque los micro-organismos crecen bien en un rango de pH relati-vamente grande (88) su mejor desempeño estámás restringido a un rango más pequeño de valo-

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res, de manera que el control de esta variableresulta importante. Por la naturaleza de los proce-sos de fermentación sólida, el control de este factorresultaría muy difícil o imposible de forma eficazpor lo métodos tradicionales. En la práctica paraestos fines se acude al empleo en el medio de cul-tivo de sustancias con efecto tampón como la urea(89) y el carbonato de calcio, tal como se reporta enla tabla 1. El control del pH por esta vía demandade la optimización de estas sustancias en el mediode cultivo (89) y puede ser un elemento que incre-mente significativamente el costo de producción.

La humedad del sustrato está directamente rela-cionada con la disponibilidad de agua en el medio,factor muy importante para la actividad del hongo.Sin embargo, altas humedades pueden conducir ala compactación del medio, dificultando la transfe-rencia de oxígeno, de otros gases y del calor meta-bólico. Al mismo tiempo puede dar base a la conta-minación con bacterias u otros microorganismos.En el sustrato, la humedad oscila entre 60 y 80 %,niveles que se consideran normales para los proce-sos de fermentación sólida (90). No obstante, bajashumedades del medio hacen vulnerable su sistemade secado e influyen en el establecimiento de unamenor productividad del hongo. La humedad delsustrato influye en el mayor o menor uso de agua enel proceso. Desde el punto de vista ambiental sedebe tener en cuenta que el agua es un recursoescaso, por lo que al emplear mayores volúmenes,aumenta el impacto negativo del proceso. Por otrolado, una mayor utilización de agua implica mayo-res costos productivos, no sólo por el gasto de esterecurso sino también, porque la liberación al mediodel compost agotado por el hongo puede exigir untratamiento de secado anterior a la salida de esteresiduo sólido.

En general se reconoce que la humedad relati-va del aire es un factor muy importante para el de-sarrollo del hongo (91) y que especialmente influyeen la transición de su forma vegetativa a la repro-ductiva (81). Bajas humedades relativas producenel secado gradual del sustrato y de la masa delcuerpo fructífero, algo que de ningún modo puedeser positivo. Las humedades relativas que han sidoinvestigadas oscilan entre 31 y 100 %, aunque losmejores resultados se reportan entre 85-95 %.Conseguir altas humedades relativas en el airepuede implicar un costo de inversión y operacióndel proceso que no se puede admitir. Por otro lado,un aire saturado puede conducir a la presencia degotas de agua en el medio que den lugar a la con-taminación del mismo. De esta manera, este es unfactor de diseño que resulta de gran interés optimi-zar para las producciones industriales.

La temperatura del cultivo es un factor muyimportante para el desarrollo de los organismosvivos y como se observa en la tabla 2 ha sido estu-

diado en rangos entre 7 y 37 ºC, en dependenciade la cepa y de la región geográfica de donde pro-cede. Los límites óptimos de esta variable son másestrechos, en general, que los del pH, por eso se leha dedicado esfuerzos para su control automáticopreciso, en casas de cultivo especialmente diseña-das para conseguir esto (81, 91, 92).

El control de la intensidad de la luz como pará-metro de operación está reconocido como impor-tante para la eficiencia del cultivo y coloración finaldel cuerpo fructífero. Según una búsqueda biblio-gráfica realizada por Kibar et al. (86), este factorinteractúa con la temperatura por lo que su nivelóptimo depende de ésta. Por otro lado, reportanque en el cultivo in vitro y en paja de arroz de P.sajur-caju, la luz inhibe el crecimiento vegetativopero es necesaria para el crecimiento del cuerpofructífero, aunque no influye en el tiempo de apari-ción del primordio en los primeros cinco días.Según estos autores, las combinaciones de etapasoscuras cada 12 horas y de cierta iluminación (5lux) podrían ayudar al mejor desarrollo del cuerpofructífero. En la literatura analizada este factor noes usado para optimizar el ambiente del cultivo.Según se observa en la tabla 2, los niveles deintensidad de luz utilizados son muy variables loque no refleja claramente si podría ser una variablede peso en el desarrollo de procesos para la pro-ducción de biomasa del género Pleurotus.

Otro factor muy importante es la composicióndel aire, en cuanto a oxígeno y a dióxido de carbo-no, que afecta el desarrollo de la hifa y del cuerpofructífero (81). Se reconoce que altas concentracio-nes de CO2 estimulan la colonización del sustratopor las hifas, pero en la etapa de fructificación suinfluencia es negativa y que Pleurotus es muy sen-sible en este sentido (93, 94). Se ha recomendadoque la concentración de este factor esté por deba-jo de los 1000 ppm (81).

Biorreactores tiposLa producción de biomasa del hongo Pleurotus

a partir de su cuerpo fructífero se basa en el proce-so de FES. En la literatura se han reportado dife-rentes tipos de fermentadores para el proceso deFES. En general estos equipos son de fermentaciónestática o dinámica (90). Dentro de los fermentado-res estáticos se encuentran el de bandeja y el decama estática y dentro de los fermentadores agita-dos se citan el de túnel, el de disco rotatorio, el detambor rotatorio, el de tanque con agitación y el con-tinuo tipo tornillo (90).

Considerando que el crecimiento de la biomasadel cuerpo fructífero se realiza fuera de la celda decrecimiento del micelio, o sea, de forma aérea, losfermentadores más recomendables serán los está-ticos. La operación de este fermentador es simple,sin partes móviles, no requiere de agitación mecá-

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nica y ocurre por lotes. En la literatura se reportancinco tipos de fermentadores para la producción dePleurotus por FES: camas fijas tipo caballón, camasen estantería o bandejas, en botellas, en bolsasplásticas y en columnas perforadas (4, 14, 21). Elproceso en caballón es el más antiguo y menos cos-toso. Consiste en amontonar el sustrato en el pisocomo para compost. Este proceso es el menos efi-ciente ya que ocupa grandes áreas de espacio parala producción, con riesgos de contaminación delproducto final. El fermentador tipo cama en estante-ría es mucho más eficiente en cuanto al área dispo-nible, pues aprovecha mejor la posición vertical. Porsu ubicación posee mejor control de la asepsia, sinembargo, incrementa los costos iniciales de inver-sión. La fermentación en botellas es muy eficienteen cuanto a la automatización y el control de laasepsia pero sus costos de inversión son altos aligual que los costos de operación (22). En la figura1 se muestran fotos del cultivo de Pleurotus en bol-sas y en columnas rellenas perforadas. El cultivo enestos sistemas ha emergido como tecnología eco-nómica, con buenos resultados en la producción,ocupando menos espacio por unidad de volumen enla cámara de fermentación.

El cultivo de hongos en diferentes recipientes,con facilidades específicas, se encuentran con fre-cuencia protegido por patentes. Así, por ejemplo, enMéxico se ha patentado el cultivo de Pleurotus ostre-atus en tubos perforados de cloruro de polivinilo

(PVC) (95). La productividad alcanzada en este dis-positivo en un proceso de 25 - 30 días; varió entre 66y 79 kg/m2/año (95). La fermentación en botellarecientemente ha conseguido nuevos avances en lapatente de Kim (63) que permite acelerar el procesoempleando un material plástico capaz resistir laesterilización y cambios bruscos de temperatura.Suárez (96) ha patentado una instalación para el cul-tivo de champiñón, con ahorro de espacio acudien-do a una geometría circular en forma de iglú.

RESULTADOS PRODUCTIVOS

Como se observa en la tabla 3, el principalresultado productivo estudiado para la especiePleurotus, es la eficiencia biológica expresada enkilogramos de hongos frescos/100 kg de sustratoseco. En la literatura consultada esta respuesta esmuy variable y oscila entre 2,97 y 104,3 %. El resul-tado es una función de la especie de Pleurotus, eltipo de materia prima, el pretratamiento, los suple-mentos utilizados y los parámetros de operacióndel biorreactor.

CONCLUSIONES

El cultivo de basidiomiceto Pleurotus spp. cuen-ta con la posibilidad de usar una gran variedad deresiduos lignocelulósicos, los que apropiadamentecomplementados con algunas fuentes de nitróge-no, fosfatos y algunos minerales permiten lograrproducciones de biomasa de alta calidad para laalimentación humana.

Otro factor de gran importancia para alcanzaruna mayor eficiencia y productividad en el cultivoresulta de la aplicación de pretratamientos a la bio-masa que permitan un mayor acceso del cuerpodel hongo a los recursos que almacena la estructu-ra lignocelulósica. Existe consenso de que el usode ácido sulfúrico diluido consigue los mejoresresultados sin que se puedan descartar totalmentelos demás.

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Figura 1. Cultivo de Pleurotus ostreatus: (a) enbolsas y (b) en columnas rellenas.

Tabla 3. Resultados productivos de algunas especies de Pleurotus.

Especie Tiempo de

cosecha (días)

Eficiencia biológica (%) Referencias

P. ostreatus 30; 25 (2,97-32,94); 62,61; (8-94,39); 104,3; (18-55); (22,9-139); (14,09-52,97); (28,09-96,67), 128

(4, 9, 25-27, 31, 34, 36, 42, 97)

P. sajor-caju 25; 32 61, (32,2-70,2) (25,8-79,6) (9, 34, 54) P. pulmonarius (96,4-99,8) (35) P. cornucopiae 32 (14,30-33,50) (54) P. citrinopileatus 65,40 (60)

Factores de operación como la humedad delaire, su temperatura y contenido de CO2 son defi-nitivamente de gran importancia para la productivi-dad del proceso, mientras no hay consenso sobrela acción de otros, como la intensidad de la luz.

En sentido general, la producción de Pleurotusse realiza en procesos de fermentación sólida conun alto nivel de empirismo.

AGRADECIMIENTOS

La realización del trabajo de investigación queha servido de base para esta publicación ha conta-do con fondos de la Secretaría Nacional deEducación Superior, Ciencia y Tecnología delEcuador (SENESCYT) otorgados en la convocato-ria de becas de 2008.

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23

24

Yanay Martínez-Perez1, Laura A. Lamí-Izquierdo1, Jorge L. Leyva-Simeón2, Juan E. Tacoronte-Morales2

1. Instituto Cubano de Investigaciones de los Derivados de la Caña de Azúcar, (ICIDCA.)Vía Blanca 804 y Carretera Central, San Miguel del Padrón, La Habana 11000, Cuba

yanay.martinez@icidca.edu.cu.2. Centro de Ingeniería e Investigaciones Químicas, CIIQ.

Vía Blanca y Palatino, Cerro, La Habana, CP 12000, Cuba

RESUMEN

Se sintetizó un sistema molecular del prototipo complejo básico (trietilamina-clorosulfónico) a partir de latrietilamina, con rendimiento de 95 %. Se desarrolló un nuevo método de síntesis de sulfatación de fruc-tosa donde se empleó un catalizador del tipo: complejo trietilamina-clorosulfónico, en el que se obtuvo elhidrogenosulfatoderivado correspondiente (pentahidrogenosulfato de fructosa) por vía catalítica hetero-génea en fase líquida, con rendimiento de 92 %. Tanto las temperaturas de fusión como los espectros deRMN-1H y RMN-13C permitieron caracterizar el hidrogenosulfatoderivado que se obtuvo.

Palabras clave: pentahidrogenosulfato de fructosa, complejo trietilamina-clorosulfónico, proceso sosteni-ble.

ABSTRACT

One molecular system basic-complex prototype was synthesizing (triethylamine-chlorosulphonic complex)from triethylamine, with yield of 95%. A new synthetic method was developed for fructose sulphatationwhere triethylamine-chlorosulphonic complex was used as catalysts, obtaining the corresponding hydro-gensulphate derivative (pentakisfructose) via heterogeneous catalytic in liquid phase, with yield of 92%.The melting points as well as NMR-1H/13C spectral data allowed characterising the obtained hydrogen-sulphate derivative.

Keywords: pentakisfructose, triethylamine-chlorosulphonic complex, sustainable process.

ICIDCA sobre los derivados de la caña de azúcar, 2014, vol. 48, no. 2 (mayo-agosto), pp. 24 - 28

Síntesis del pentahidrogenosulfato de fructosa empleando un nuevo catalizador del tipo complejo básico

trietilamina-clorosulfónico

INTRODUCCIÓN

En la síntesis química actual se han implemen-tado sistemas moleculares del tipo complejos bási-cos, estos materiales se emplean como catalizado-res en la química no convencional para implemen-tar nuevas vías sintéticas (1).

El diseño y la aplicación específica y selectivade estos sistemas catalíticos están orientados a

solucionar problemas sintéticos en la química far-macéutica, catálisis y sucroquímica, específica-mente en la optimización energética y atómica dediferentes procesos a escala de laboratorio y plan-ta piloto.

Para la obtención de pentahidrogenosulfato defructosa, se emplean procesos catalíticos (homo-géneos). El más empleado es el que utiliza, comoagente sulfatante, grandes volúmenes de piridina-

trióxido de azufre, que además actúa como catali-zador (2-5).

Este método presenta desventajas operativas,tales como: variable eficiencia atómica, elevadocosto del catalizador, productos colaterales, tedio-so y extenso tratamiento de la mezcla reaccionan-te y de eliminación del catalizador de la masa delproducto, así como un severo impacto tóxico al uti-lizar como disolvente y catalizador, piridina-trióxidode azufre (Py-SO3) y N,N-dimetilformamida duran-te el proceso de sulfatación (2).

El sistema molecular del tipo complejo básicotrietilamina-clorosulfónico, puede constituir unavariante catalítica alternativa en procesos de sulfa-tación para la síntesis de hidrogenosulfatoderiva-dos y la eliminación del complejo Py-SO3, en con-diciones de catálisis heterogénea en fase líquida(CHFL) (6 - 8).

Este proceso se considera de tipo sostenible,por el empleo de la catálisis (9 y 10) con un mínimoimpacto ambiental (11), una elevada eficiencia ató-mica y con una potencial capacidad de escalado anivel industrial y de reutilización del catalizador. Enla metodología desarrollada se sustituye el comple-jo piridina-trióxido de azufre por el complejo trietila-mina-clorosulfónico como catalizador, lográndosecon ello incrementar la sostenibilidad del proceso aldisminuir la generación de productos colaterales,reducir la manipulación del complejo piridina-trióxi-do de azufre y eliminar el tedioso tratamiento de lasmezclas reaccionantes.

El objetivo general del trabajo consistió en sin-tetizar pentahidrogenosulfato de fructosa emplean-do un nuevo catalizador, con alta eficiencia atómicapara ser utilizado en la industria farmacéutica ysucroquímica. Los objetivos específicos fueron lossiguientes:1. Sintetizar el sistema molecular complejo básico.2. Desarrollar un método de síntesis para la sulfa-

tación de fructosa mediante el empleo de estecatalizador.

3. Caracterizar el sulfatoderivado obtenido.

MATERIALES Y MÉTODOS

MaterialesMaterias primas, reactivos y disolventes emplea-dosFructosa p.a.---------------------------------------- FLUKATEA, ácido clorosulfónico, MgSO4, ácido sulfúrico

98 % p.a --------------------------------------- MERCKCloroformo, dimetilformamida (DMF), metanol

(reactivo) ---------------------------- Riedel-de HaënDiclorometano, bp.a ----------------------------- MERCKAcetato de etilo p.a. -------------------------- PANREACEtanol (96 %) ------ -------------------- Grado técnico

Equipos utilizados, condiciones de registro y proce-dimientosEstufa de vacío. La activación superficial del com-

plejo básico (P = 25 Pa, 1 h a T = 50 ºC), asícomo el secado del pentahidrogenosulfato defructosa (T = 60-70 C, hasta peso constante) serealizaron en una estufa de vacío Heraus(Suiza).

Temperatura de fusión (Tf). Las temperaturas defusión de los compuestos obtenidos se determi-nan en un equipo Electrothermal modeloIA6304, en capilares abiertos y no fueron corre-gidas.

Visualización de los cromatogramas. Se empleóuna lámpara UV a λ = 254 y 365 nm del tipoLamp UV Spectroline, Modelo ENF 240 °C 115 v60 Hz 0,20 Amp Spectronic Corporation NewYork, USA.

Revelado de los cromatogramas. El revelado serealizó con H2SO4(c)/EtOH (96 %) (1:1 v/v) yvapores de iodo.

Cromatografía de capa fina (CCF). El desarrollo dela reacción de sulfatación se siguió mediantecromatografía de capa fina, donde se emplearoncromatoplacas preparativas de sílica gel 60F254MERCK de 5 cm de ancho por 10 cm de largo y0,25 mm de espesor. Como fase móvil se usa-ron diferentes mezclas de disolventes:fructosa y su pentahidrogenosulfato: acetato deetilo-metanol (4:2 v/v) o benceno.

Cromatografía de columna (CC). La purificación delpentahidrogenosulfato de fructosa se realizómediante cromatografía de columna, donde seempleó como fase estacionaria sílica gel 60 (70-230 mesh ASTM), y diferentes mezclas de disol-ventes como fase móvil:fructosa y su pentahidrogenosulfato: acetato deetilo-metanol (4:0.5 v/v) o benceno.Espectroscopía RMN-1H y 13C. Los espectros

RMN-1H y 13C se registraron en un equipo BRU-KER ACF-250F, a una frecuencia de resonancia de250,13 MHz y 62,90 MHz, respectivamente. Seemplearon cloroformo deuterado (CDC13) y dimetil-sulfóxido deuterado (CD3SOCD3) como disolven-tes y el tetrametilsilano (referencia interna). Losespectros se realizaron en el Laboratorio deAntígenos Sintéticos, U/H-MES.

MétodosSíntesis del complejo básico de trietilamina-cloro-sulfónico

En un matraz de fondo redondo de tres bocas,de 100 mL de capacidad, equipado con condensa-dor a reflujo, se colocó una solución de 21 mL detrietilamina en 50 mL de diclorometano. Este siste-ma se enfrió hasta una temperatura de 0 °C, adi-cionándole, a través de un embudo goteador, una

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solución de 5 mL de ácido clorosulfónico en 25 mLde diclorometano (previamente preparada). Lamezcla reaccionante se agitó a 600 min-1 durantedos horas y media. Pasado este tiempo se vertiósobre 60 mL de hielo/agua destilada, formándosedos fases. Luego que se separaron las fases,mediante el uso de un embudo separador. La faseorgánica resultante se lavó con alícuotas de 30 mLde agua destilada fría, hasta neutralidad. A conti-nuación el líquido que se obtuvo se secó sobre 20 gde sulfato de magnesio y se evaporó con el empleode un rotoevaporador hasta un peso constante. Elsólido blanco obtenido, complejo básico de trietila-mina-clorosulfónico se guardó a temperatura entre4 y 10 °C.

Método para la síntesis del pentahidrogenosulfatode fructosa

En un matraz de fondo redondo de tres bocas,de 50 mL de capacidad equipado con condensadora reflujo, se colocaron 0,4 g de fructosa y 15 mL dedimetilformamida. Estos sistemas se agitaron a 600min-1 durante diez minutos a temperatura ambien-te. A continuación se adicionaron, a través de unembudo goteador, 2,3 mL de ácido clorosulfónico y3 g del catalizador previamente activado. Las dis-tintas mezclas reaccionantes se calentaron a 60 °Cpor 4 h y luego se vertieron sobre 80 mL de aguadestilada. La suspensión generada se disolvió con30 mL de cloroformo. Las fases acuosas y orgáni-cas se separaron a través de un embudo separa-dor, guardando las acuosas, que contenían el cata-lizador para ser sometido a un proceso de recupe-ración (con vista a su reutilización). Las fases orgá-nicas resultantes (que contenían los productos dereacción) se evaporaron con el empleo de un roto-

evaporador hasta peso constante. De las mezclasresultantes se aísla el pentahidrogenosulfato defructosa mediante cromatografía de columna y seseca al vacío hasta peso constante.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Síntesis del catalizadorEl complejo básico de trietilamina-clorosulfóni-

co se sintetizó por tratamiento en frío (0-5 ºC) de0,15 mol de trietilamina con ácido clorosulfónicodurante dos horas y media (figura 1). Al comparareste método con el descrito por Yoshihiro Nitta (2)para la obtención del complejo de piridina-trióxidode azufre (análogo estructural), se observó que elprimero disminuye el gasto de reactivos, la reac-ción transcurre más rápidamente y en un númeromenor de pasos, además de que el tratamiento dela mezcla reaccionantes es más sencillo. El méto-do de síntesis tradicional incluye la reacción de lossustratos sacáridos (monosacáridos o disacáridos)con una disolución de piridina en ácido clorosulfó-nico, complejo de piridina-trióxido de azufre o ácidosulfúrico concentrado, en condiciones de extrac-ción a reflujo entre 5-8 horas y los rendimientosdescritos alcanzan 80-90 % (12). Además de quequeda piridina adherida al producto sulfatado.

26

Figura 1. Ecuaciones de las reacciones para laobtención del catalizador.

Tabla 1. Tiempo de reacción (tr), rendimiento (Rend.) y temperaturas de fusión (Tf) del catalizador.

Catalizador tr (h) Rend. (%) Tf (ºC) Complejo básico de trietilamina-clorosulfónico

2,5 95 > 84-86 (con descomp.)

R OH HSO3Cl R S OH

O

O

+ +Catalizador

Disolvente, Reflujo (t. reacc.)+HCl (ac) H2 (g)

Figura 2. Esquema de reac-ción para la síntesis del pen-tahidrogenosulfato de fructo-sa.

El compuesto se vertió sobre una mezcla dehielo/agua destilada para eliminar la trietilaminaque no reaccionó, pasando a la fase acuosa. Lamezcla de fases se separó, quedando en la faseorgánica el producto de interés. Dicha fracción selavó con agua destilada fría, hasta neutralidad,para eliminar la trietilamina que quedó sin reaccio-nar. Luego, a la fase orgánica resultante se le adi-cionó sulfato de magnesio para eliminar toda elagua que pudiera quedar en la mezcla.

Después de dos horas se formó un sólido decolor blanco, el cual se guardó en condiciones derefrigeración, para utilizarse posteriormente comocatalizador.

En el proceso de síntesis para obtener el catali-zador, se colocó una trampa de gases hacia unbaño de solución básica saturada (NaHCO3/H2O)para evitar que se desprendan vapores de ácidosulfúrico y cloruro de hidrógeno. Dicha trampa degases hace que estos vapores se absorban en lasolución básica y formen una sal mixta de cloruro ysulfito de sodio (NaCl y NaSO3), evitando así ema-naciones al medio ambiente.

La adición de ácido clorosulfónico a la mezclareaccionante para la síntesis, se realizó de formalenta a través de un embudo separador teniendo encuenta que su interacción con bases orgánicas pro-vocan reacciones muy exotérmicas (6).

Síntesis del pentahidrogenosulfato de fructosaEsta síntesis se llevó a cabo mediante catálisis

homogénea en fase líquida. Dichas metodologíasse propusieron a partir de los procedimientos des-critos por Whistler y Wolfrom (12) para la elabora-ción de un análogo estructural (monosulfato de glu-cosa).

El pentahidrogenosulfato de fructosa se sinteti-zó según la figura 2.

El avance del proceso de sulfatación y el tiem-po de reacción se determinaron mediante cromato-grafía de capa fina (CCF), donde se observó unamancha correspondiente a un compuesto de menorRf entre 0,12-0,35, más polar (hidrogenosulfatode-rivados) que la del carbohidrato de partida (Rf entre0,60-0,85). Este hecho fue una evidencia experi-mental de que la conversión química de carbohi-dratos a sulfatos, tuvo lugar sin la formación de pro-ductos colaterales (α, β-epímero), lo cual se corro-boró por RMN-1H y 13C (figura 1, 2 y 3).

El aislamiento de las mezclas reaccionantes serealizó mediante filtración a vacío y el catalizadorse reutilizó (hasta diez experiencias), donde seconservaron sus propiedades catalíticas (Rend. =77-70 %).

En la tabla 2 se presenta el rendimiento prácti-co y la temperatura de fusión del hidrogenosulfato-derivado, luego de ser purificado mediante croma-

tografía de columna. Estos valores experimentalescoinciden con los informados en la literatura (13).

En el espectro de RMN-1H se muestra unaúnica señal de gran resolución, intensidad y signi-ficación analítica en la región alrededor de 10,5ppm, que integró cinco protones como un single-te, y que corresponde a un grupo hidrogenosulfa-to (-SO3H) presente en la estructura. Reveló, ade-más, las señales de uno y dos protones que con-formaron el anillo (cinco miembros), respectiva-mente. Estos protones se observaron en 5,9 ppmcorrespondiente a H1 como un singlete, 5,6 ppmperteneciente a H3 como un triplete, 5,5 y 5,4 ppmpropios de H5α y H5β como dobletes, 5,3 ppm refe-

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Figura 3. Cromatogramas de la reacción de sínte-sis del pentahidrogenosulfato de fructosa.

Figura 4. Espectro RMN-1H del hidrogenosulfato-derivado.

Tabla 2. Rendimiento práctico y temperaturas de fusión (Tf) del hidrogenosulfatoderivado

H id r og e n o su l fa to

d e r iv a d o

R e n d im ie n to

p r á c t i c o (% )

T f ( °C )

Pentahidrogenosulfato de fructosa

92 63-65 (14)

rente a H2 como un doblete y en 5,0 ppm pertene-ciente a H4 como multiplete.

En el espectro de RMN-13C para el hidrogeno-sulfatoderivado se observaron como señales distin-tivas las perteneciente al carbono carbonílico en191,0 ppm, C1. Esta señal es la más desblindadapara este compuesto, debido a la presencia delgrupo éster en su entorno electrónico. Otras seña-les propias aparecieron alrededor de: 76 ppm (C7),75 ppm (C5), 70-72 ppm (C3, C2) y 69-67 ppm (C4y C6). Todas estas señales se detectaron en estosintervalos espectrales, debido a la presencia delanillo furánico.

Los desblindajes de todas estas señales, tantopor espectroscopía de RMN-1H como RMN-13Cconfirmaron la transformación del sustrato hidroxi-funcionalizado a su correspondiente hidrogenosul-fatoderivado.

CONCLUSIONES

Se sintetizó un sistema molecular del prototipocomplejo básico, con rendimientos de un 95 % encondiciones experimentales relativamente sencillasy reproducibles. Se desarrolló un nuevo método desíntesis de sulfatación de fructosa donde se obtuvoel hidrogenosulfatoderivado con un rendimiento de92 %. Tanto las temperaturas de fusión como losespectros de RMN-1H y RMN-13C permitieroncaracterizar el hidrogenosulfatoderivado que seobtuvo.

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Figura 5. Espectro RMN-13C del hidrogenosulfato-derivado.

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Yaniris Lorenzo-Acosta1, Antonio Valdés-Delgado2, Fidel Domenech-López1, Lixis Rojas-Sariol1, Felipe Eng-Sánchez1

1. Instituto Cubano de Investigaciones de los Derivados de la Caña de Azúcar, (ICIDCA.)Vía Blanca 804 y Carretera Central, San Miguel del Padrón, La Habana 11000, Cuba

yaniris.lorenzo@icidca.edu.cu.2. Cubaenergía. Calle 20 entre calle 41 y 47, Playa, La Habana, Cuba

RESUMEN

La digestión anaerobia en reactores UASB es muy utilizada, desde los años 80´ en países latinoameri-canos, a escala industrial, para tratar efluentes líquidos, entre ellos, las vinazas de destilerías. De ahí laimportancia de presentar los resultados de las potencialidad de una planta de biogás al tratar las vinazasde una destilería de 500 hL etanol/d. Los resultados técnicos muestran que para tratar toda la vinazagenerada con 50 kg DQO, para su conversión en energía eléctrica, es necesaria la instalación de dosreactores UASB de 1160 m3 cada uno; siendo las potencialidades de producción de esta tecnología de12821 m3 biogás desulfurizado/día, 21796 kWh eléctrico, 4,33 t/día lodo seco y 716 m3 vinaza/día con 15kg DQO/m3, que pueden ser utilizadas en el fertirriego de la caña de azúcar, como opción de cierre deciclo de tratamiento y disposición de corrientes.

Palabras clave: reactores UASB, vinazas de destilerías, cálculos técnicos.

ABSTRACT

Anaerobic digestion in UASB reactors has been widely used since the 80's in the Latin-American coun-tries, at industry level, to treat liquid effluents such as distillery vinasses. That is why the importance ofpresenting the results of a biogas plant potentials when treating the vinasses of a 500 HL ethanol/d disti-llery. The technical results show that in order to treat all the vinasses generated with 50 kg COD for itsconversion in electric energy, the installation of two 1160 m3 UASB reactors is needed, being the produc-tion potentials for this technology: 12821 m3 desulphurized biogas/day, 21796 kWh of electric power, 4,33t/day of dry sludge and 716 m3 vinasses/day with 15 kg COD/m3 that can be used in the ferti-irrigation ofsugarcane as an option to close the treatment cycle and waste disposal.

Keywords: UASB reactors, destileries vinasses, technical calculation .

ICIDCA sobre los derivados de la caña de azúcar, 2014, vol. 48, no. 2 (mayo-agosto), pp. 29 - 34

Cálculos técnicos en el diseño de una planta de biogás. Caso de estudio "Tratamiento de vinazas

de destilerías en reactores UASB"

INTRODUCCIÓN

La digestión anaerobia como alternativa para el tra-tamiento de efluentes, representa una excelenteopción para la sustitución de combustibles fósiles norenovables, a la vez que ofrece soluciones eficientes,

que dan respuesta a la contaminación de las aguasresiduales (1, 2). Esto es especialmente interesante,dentro del campo de las instalaciones agroindustriales,las que pueden cubrir una parte de sus necesidadesenergéticas a partir de sus propios residuales, paracomplementar o reemplazar los combustibles fósiles.

A nivel mundial, existen diferentes tipos dereactores anaerobios diseñados para tratar efluen-tes, siendo los Reactores Anaerobios de Cama deLodo de Flujo Ascendente, o Up Flow AnaerobicSludge Blanket, conocido por sus siglas en ingléscomo (UASB reactors), los más empleados para eltratamiento de los efluentes líquidos. Estos reacto-res fueron desarrollados en Holanda en los años70´ (1) y hoy día son especialmente utilizados parael tratamiento de residuales de destilerías, (2, 3).

La aplicabilidad de los reactores UASB se basaen la posibilidad de tratar efluentes líquidos de muyalta carga orgánica a bajos tiempos de retención yaltas eficiencia de hasta 90 %, (3 - 6), con bajoscostos de construcción, producción y mantenimien-to, (7, 8), por lo que fueron muy utilizados desde losaños 80´, también en países latinoamericanos aescala industrial (2).

MATERIALES Y MÉTODOS

Los productos de valor agregado que se produ-cen en una planta de biogás (2, 8) son: .• biogás: mezcla de gases (principalmente meta-

no y dióxido de carbono), de alto poder energé-tico.

• lodo microbiológico de valor fertilizante, quecontiene los microorganismos responsables dela degradación de la materia orgánica.

• efluente tratado que puede utilizarse como aguade riego.

De esta forma, para determinar el potencial deproducción y diseño de una planta de biogás, tra-tando vinazas de destilería en reactores UASB, seutiliza un caso de estudio de una destilería de 500hL etanol/d.

Premisas del caso de estudio• El caso de estudio corresponde a una destilería

de capacidad potencial de producción de alcoholde 500 hL/día que trabaja a 90 % de su capaci-dad los 270 días del año.

• El índice de generación de vinaza es de 1,6 m3

vinaza/hL etanol con concentración de 50 kgDQO/m3, la que se utilizará totalmente para laproducción de biogás.

• Para el cálculo de las potencialidades de losproductos generados, se utilizaron las diezecuaciones básicas, reportadas (9).

• Los balances de masa y energía, están referidosa la tecnología de tratamiento anaerobio paraproducir biogás en reactores UASB y su uso,para generar energía eléctrica, una vez desulfu-rado.

• Para el cálculo del potencial de generación de

vinaza en la destilería se tuvo en cuenta el índi-ce de generación y la capacidad de operaciónde la destilería al 90 %.

• Se considera que la tecnología logra disminuir laDemanda Química de Oxígeno (DQO) de lasvinazas en un 70 % y la Demanda Bioquímicade Oxígeno (DBO) en más de un 95 %, mitigan-do apreciablemente la afectación al medioambiente.

• Se considera que en la digestión anaerobia el ren-dimiento de bacterias esperado Y (0,1 kg bioma-sa/ kg DQO), el metano en el biogás es el 70 % yla temperatura de trabajo del reactor 35 °C.

• La equivalencia volumétrica del metano referidaa DQO es de 0,35 (m3 metano/kg DQO) (10, 11).

• La producción de lodo está relacionada con lacantidad de DQO convertida, para un rendi-miento del 10 % (11).

• El consumo de micronutrientes; Urea (NH2)CO yfosfato de amonio (NH4)2 HPO4, se basa en larelación óptima DQO:N:P de 100:1:0,1 (12, 13).

• Una parte de la vinaza postratada, se utilizarápara la desulfurización del biogás, que despuésse recircula al proceso y que se une con el restode los efluentes líquidos de la planta para el fer-tirriego de la caña como acción de cierre de cicloen el aprovechamiento total de los efluentes.

• Se considera que todo el biogás producido ydesulfurado será destinado totalmente para ali-mentar la microturbina y generar electricidad.

• El índice de generación de electricidad pormetro cúbico de biogás es de 1,7 kWh/m3 bio-gás (14).

En el diseño de una planta de biogás es nece-sario calcular el volumen del reactor y para ello seprecisa saber las características de la vinaza a tra-tar, en términos de contaminación y la carga deoperación del reactor (carga orgánica volumétrica).

El cálculo del volumen total de reactor UASB aconstruir, necesario para tratar la vinaza, se calcu-la teniendo en cuenta la DQO de la vinaza a laentrada del reactor, el flujo de generación cuandola planta trabaja al 100 % de su capacidad, la máxi-ma carga orgánica volumétrica de trabajo del reac-tor y el factor de diseño de 1,1 (9).

El flujo del efluente a tratar, su composición entérminos de DQO y su temperatura, así como la efi-ciencia de remoción del tratamiento anaerobio y elporciento del metano en el biogás, son indispensa-bles para determinar la cantidad de biogás que seobtendrá en una planta de este tipo. Teniendo encuenta las premisas anteriores, y las ecuaciones 1y 2 se calcula el potencial de biogás a generar(9,11).CH4(m3/d) = Q*DQO biodegr.*(1-Y) *?COD-biodegr*

0,35 * (t + 273)/273 (Ec.1)

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V biogás (d) = V CH4 (d) / (% CH4 en biogás/ 100) (Ec.2)

Donde:Q = Flujo de vinazaDQObiodegradable = DQO de la vinza (kg/ m3) Y = Crecimiento de bacterias esperado (0,02 -

0,15) kg biomasa/ kg DQO?COD-biodegr = Eficiencia de remoción de la DQO

/ 1000,35 = equivalencia volumétrica del metano en 1 kg

de DQO (m3/kg)T = temperatura de operación del reactor (ºC)

RESULTADOS

La tabla 1 refleja los datos y resultados de loscálculos para la determinación del volumen y tiem-po de retención hidráulico, necesarios para tratarlas vinazas a máxima carga orgánica volumétricade operación de 20 kg m3/d.

La vinaza generada en la destilería de este caso deestudio, posee una carga orgánica de 50 kg DQO/m3 yse generan 739 m3/día, cuando la destilería opera al 90% de la capacidad de producción (tabla 1).

Los índices de producción y diseño se calculan,teniendo en cuenta las etapas de adecuación deeste efluente, antes de la digestión anaerobia. Deesta manera, los balances de masa y energía, dancomo resultado que la vinaza neutralizada, fría ydespués de la etapa de acidogénesis, entra a losreactores UASB para su metanogénesis con unaconcentración de 43 kg DQO/m3 a un flujo de 893m3/d (tabla 1).

Teniendo en cuenta las premisas del caso deestudio, se necesitan construir 2 reactores de alre-dedor de 1160 m3 cada uno (tabla 1) para tratartoda la vinaza generada.

Los insumos de las materias primas de la tec-nología de producción de biogás en reactoresUASB, se basan en los consumos de fosfato dia-mónico, urea, agua para preparar los nutrientes ycal como neutralizante preparada a 4 °Be, los quese reflejan en la tabla 2.

Además del consumo de agua reportado en latabla 2 hay que tener en cuenta, para el diseño deuna planta de este tipo, que en el primer año deproducción, se incrementa este valor 112 m3

más, por el consumo de agua en la torre deenfriamiento.

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Tabla 1. Cálculo del volumen del reactor

Aspectos Unidades Valores Destilería

Capacidad potencial producción alcohol 100 v/v m3/d 50,00 Aprovechamiento capacidad potencial % 90,00 Índice generación vinaza m3 Vinaza/ m3 etanol 16,00 Días de operación de la planta día 270,00

Características vinaza

DQO kg/m3 50,00 DBO kg/m3 24,00 Densidad kg/ m3 1013,0 Sólidos Suspendidos Totales kg/m3 40,00 Temperatura oC 85,00

Tratamiento anaeróbico (reactor UASB)

DQO vinaza entrada al reactor UASB kg/m3 43,00 Carga orgánica volumétrica Kg m3/d 20,00 Eficiencia de remoción del reactor UASB % 70,00 Recirculación del efluente % 20,00 Rendimiento de bacterias esperado kg biomasa/ kg DQO 0,10 Eficiencia de remoción del tratamiento % 70,00 Equivalencia de producción del metano m3/kg DQO 0,35 Temperatura del reactor oC 35,00 Porciento del metano en el biogás % 70,00 Porciento de recirculación % 20,00 Volumen total de reactor útil m3 1899 Volúmenes de reactores de diseño a construir 2 reactores (m3) 1160 Tiempo de retención hidráulico (TRH) día 2,13

En la tecnología de producción de biogás seobtienen tres subproductos (biogás, lodo microbioló-gico, que puede utilizarse como biofertilizante y aguatratada para fertirriego), que se exponen en la tabla 3.

Es necesaria la desulfurización del biogás antesde su usopor cualquier método, ya sea físico, quí-mico o biológico, por sus propiedades corrosivas(15). El caso de estudio, tiene en cuenta los resul-

tados a escala industrial de un proceso físico-bioló-gico para este fin, obteniéndose de esta manera3461714 m3 biogás/año, lo que hace necesario, lainstalación de una microturbina de 1 mW paragenerar diariamente 21796 kWh para un total de5884914 kWh al año (tabla 3).

La vinaza postratada con esta tecnología, eneste caso de estudio, posee una DQO de salida de

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Tabla 2. Insumos de producción

Insumos Unidades Flujo diario Vinaza a tratar (50 kg DQO/m3) a 90 % capacidad de la destilería

m3/d 739

Cal t/d 2,19 Agua total m3/d 85 Agua para preparación de la cal m3/d 21,88 Agua preparación de nutrientes m3/d 8,78 Agua reposición torre enfriamiento m3/d 53,13 Agua laboratorio análisis y otros usos m3/d 1 nutrientes (NH4)2 HPO4 t/d 0,16 (NH4)2 CO (Urea) t/d 0,72

Tabla 3. Producción

Aspectos Unidades Valores

Producción de biogás Flujo de vinaza que entrada al reactor m3/d 893,24

DQO de Entrada kg/ m3 43

Volumen de metano producido m3/d 9447,17

Porciento del metano en el biogás % 70

Volumen de biogás producido m3 biogás/d 13495,96

Volumen de biogás producido año m3 biogás/a 3643909

Volumen de biogás producido desulfurado m3 biogás/d 12821

Volumen de biogás desulfurado m3 biogás/a 3461714

Generación de electricidad

Índice de generación de electricidad/ m3 de biogás kWh/m3 biogás 1,70 Producción de electricidad por año kWh al año 5884914 Potencia de instalación de microturbina kW al día 956

Producción de lodo Lodo total húmedo t/h 1,8 Lodo total seco t/h 0,18 Lodo total seco t/d 4,33

t/año 1168,15 Vinaza postratada a utilizar en el fertirriego

Cantidad de vinaza tratada en reactores UASB m3/d 716,3 Cantidad de vinaza tratada a utilizar en fertirriego m3/a 17191,2 DQO vinaza tratada a utilizar como fertirriego kg/m3 15

15 kg/m3 teniendo en cuenta un 70 % de remoción;aunque se han reportado mayores remociones deeste tipo de residual en reactores UASB (6), el quepuede utilizarse para el fertirriego de la caña deazúcar y lograr el cierre de ciclo de tratamiento ydisposición, logrando a su vez, reducir el consumode agua de riego (716 m3/día) y fertilizantes quími-cos, pues este efluente tratado, aún contienenutrientes que son beneficiosos para el suelo y elcultivo de la caña de azúcar (12).

El lodo residual de la digestión anaerobia hasido recomendado en la agricultura (16) como unexcelente acondicionador de suelo, al mejorar lascondiciones físicas del mismo y además puede,para algunos cultivos y suelos, suplir en parte loselementos minerales de los fertilizantes químicos,produciéndose en este caso de estudio 4,3 t/día delodo seco y estabilizado que puede ser utilizadopara este fin.

CONCLUSIONES

1. El empleo de la tecnología de digestión anaero-bia como tratamiento de los efluentes de desti-lerías, disminuye el impacto ambiental de laproducción de etanol, pues se obtiene unareducción de la carga contaminante de susvinazas en un 70 %, a la vez que se genera unbiocombustible (biogás) que puede utilizarsecon fines energéticos, y dos subproductos:agua tratada y biofertilizante, como sustitutosde fertilizantes químicos y agua de riego, lo quehace más amigable la tecnología de producciónde etanol.

2. Los cálculos técnicos estiman que para el tra-tamiento de las vinazas de una destilería de 500hL de etanol/d, teniendo en cuenta las premisasdel caso de estudio, es necesario diseñar dosreactores UASB de 1160 m3 cada uno.

3. En esta tecnología, las potencialidades de pro-ducción diarias son: 12821 m3 biogás desulfu-rado, 21796 kWh de electricidad 4,33 t lodoseco y 716 m3 vinaza con 15 kg DQO/m3, quepueden ser utilizadas en el fertirriego de la cañade azúcar, como opción de cierre de ciclo detratamiento y disposición de corrientes.

AGRADECIMIENTOS

El colectivo de autores quiere agradecer al pro-grama ramal del grupo empresarial Azcuba, por elfinanciamiento otrogado al proyecto “Desarrollo detecnologías avanzadas para el tratamiento de losresiduales de la industria azucarera y sus deriva-dos”, al equipo de investigación que contribuyó a la

ejecución de los análisis de laboratorio (JuanaChanfón y Orly López), así como a las investigado-ras Roxana Fernández y Dania Alonso por su apor-te en este trabajo.

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Irina Vargas-Vargas1, Rubén Monduí-González1, María de los Angeles Ruiz-González2

1. Instituto Cubano de Investigaciones de los Derivados de la Caña de Azúcar, (ICIDCA)Vía Blanca 804 y Carretera Central, San Miguel del Padrón, Habana 11000, Cuba

irina.vargas@icidca.edu.cu2. Facultad de Economía, Universidad de La HabanaCalle L # 353 e/ 21 y 23, Vedado, La Habana, Cuba

RESUMEN

Se realiza un diagnóstico informacional en el sector azucarero cubano para conocer la situación actualde los sistemas de información relacionados con su aspecto fabril, partiendo de la detección de la faltade un sistema capaz de mostrar la información relevante sobre la industria en los centrales azucareros.Se muestran los resultados del diagnóstico en una matriz DAFO, a partir de la cual se proponen líneas aseguir en cuanto al desarrollo de sistemas de información con el fin de apoyar los objetivos estratégicosdel sector.

Palabras clave: aplicaciones informáticas, industria azucarera cubana, sistema de información

ABSTRACT

An informational diagnose in the Cuban sugar sector is carried out to know the current situation of theinformation systems related with their industrial aspect, beginning with the detection of the lack of a systemable to show the most important information on existent industry in the sugar factory. The results of thediagnosis are shown in a DAFO matrix to proposed lines to continue the development of informationsystems with the purpose of supporting the strategic objectives of the sector.

Keywords: software, sugar industry, information system

ICIDCA sobre los derivados de la caña de azúcar, 2014, vol. 48, no. 2 (mayo-agosto), pp. 35 - 41

Situación actual de los sistemas de información relacionados con la industria azucarera cubana

INTRODUCCIÓN

En la sociedad actual, marcada por el auge yconstante perfeccionamiento de las tecnologías dela información y las comunicaciones (TIC) -conjun-to de elementos y técnicas utilizadas en el trata-miento y transmisión de la información, basadasprincipalmente en el desarrollo de la informática,Internet y las telecomunicaciones-, la información

aparece como el elemento clave, aglutinador yestructurador.

Dentro del ámbito de las organizaciones -empresas o instituciones- la información se consi-dera un recurso fundamental para la administraciónóptima de otros como los humanos, financieros,materiales y técnicos. Un objetivo básico de dichasorganizaciones tiene que ser ordenar, procesar ycontrolar todo su caudal informativo con vistas a

obtener la información relevante que derivará enactivo intangible, útil para la toma de decisionesapropiadas.

Para ello, la organización debe contar con efi-cientes sistemas de información, que valiéndose delas TIC, integre y gestione la información adecuadade forma eficaz y la disemine en el momento opor-tuno y por la vía más rápida y factible para lograr eldesenvolvimiento de las funciones, actividades ytareas que desempeña la misma, así como elalcance de sus metas y objetivos.

En correspondencia con esas tendenciasactuales, la dirección del país estableció -medianteel Decreto-Ley 281, de febrero de 2011- los princi-pios de organización y funcionamiento del sistemade información del Gobierno. Este sistema es elconjunto integrado de todos los sistemas informati-vos del país para satisfacer las necesidades infor-mativas gubernamentales, en todos los niveles y envarias esferas de la sociedad; dentro de las cuales,la información relacionada con la agroindustria azu-carera es de vital repercusión.

La importancia de recopilar la información ges-tionada por los distintos sistemas no solo es unimperativo legislado por el Estado, sino que es unelemento imprescindible para la toma de decisio-nes, cuyo error puede incidir directamente en losniveles productivos y de calidad, demostrado por laexperiencia internacional y frecuentemente deses-timada en Cuba.

El objeto de estudio del presente trabajo es laindustria azucarera cubana, específicamente suaspecto fabril, cuya meta es la producción de azú-car crudo. Actualmente, esta industria cuenta convarios niveles de gestión: central (GrupoAzucarero, Azcuba), provincial (empresas azucare-ras provinciales) y las unidades empresariales debase o centrales azucareros.

La organización de dirección superior del grupoazucarero Azcuba, es una entidad nacional forma-da a partir de los bienes y recursos del extintoMinisterio del Azúcar de Cuba, que tiene un granvalor para el desarrollo económico del país. Lamisión de esta organización es la administración delas entidades que integran la agroindustria azuca-rera para producir caña, azúcares, derivados, ener-gía y alimentos, aprovechando la tradición azuca-rera y la experiencia de sus trabajadores, con cali-dad y costos competitivos para satisfacer el consu-mo interno y la exportación, teniendo en cuenta laconservación del medio ambiente.

Hoy Azcuba está conformada por la sede cen-tral, dos institutos de investigaciones y un centronacional de capacitación presupuestados. Tambiénpor nueve empresas nacionales que son de apoyoy servicios, y 13 empresas azucareras (EA) -unapor cada provincia, excepto Pinar del Río y La

Habana- que concentran la base productiva delsector. Todas ellas cuentan con unidades empresa-riales básicas (UEB) y son autofinanciadas.

Dentro de los aspectos que desarrolla, controlay dirige esta macroempresa de reciente creaciónestá el fabril, que forma parte de la agroindustriaazucarera, en lo referente a la producción de azú-car crudo que llevan a cabo los ingenios o centra-les, controlados y dirigidos por las empresas azu-careras provinciales, las cuales representan unnivel intermedio de gestión en Azcuba.

La información generada por los ingenios azu-careros fluye de forma ascendente hasta llegar alnivel central donde se almacena, procesa y resumepara la toma de decisiones de carácter global. Losdatos sobre los diversos aspectos de las fábricas yla zafra azucarera los proporcionan varios progra-mas informáticos de forma independiente, entreellos MainPack (junto a otros datos, provee infor-mación sobre equipamiento fabril) y el sistemaIPLUS, que ofrece indicadores industriales de zafra.

El grupo de industria y la dirección de atención aplantas industriales de Azcuba, detectaron, hacealgún tiempo, la falta de un sistema capaz de mos-trar información relevante sobre la industria en loscentrales azucareros y, de forma consolidada, en lasEA provinciales que los dirigen (un sistema similarestá implantado para la parte agrícola del grupo azu-carero). En consecuencia, a la hora de tomar deci-siones, por ejemplo las relacionadas con el suminis-tro o la sustitución de piezas y equipos de los cen-trales azucareros, no está disponible en la red orga-nizacional la documentación que describe las carac-terísticas del equipamiento que utilizan para la fabri-cación de azúcar, cada uno de esos centrales.

Entonces se hizo evidente la necesidad de rea-lizar un diagnóstico informacional para conocer lasituación actual de los sistemas de informaciónrelacionados con el aspecto fabril del sector. A par-tir de ese diagnóstico se propondrán las líneas aseguir en cuanto al desarrollo de sistemas de infor-mación con el fin de apoyar los objetivos estratégi-cos del grupo azucarero.

MÉTODOS Y TÉCNICAS SELECCIONADAS

Análisis documental: Se empleó para la recupera-ción, estudio y valoración de la bibliografía perti-nente, relacionada con la temática a investigar.

Instrumentos de medición: Entrevista a profundi-dad, observación y sesiones de trabajo.Recopilación de datos relativos al sector objetode estudio y de sus procesos, flujos y necesida-des de información.

Consulta a expertos: Orientada a definir nomencla-dores, tipificar hechos e identificar problemas.

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Metodología de aplicaciones a la ingeniería de pro-cesos: Identificación de procesos organizativosy de información, a partir del uso de las mejoresprácticas de la fase de Planificación deSistemas de Información (PSI) de MÉTRICA 3.

Modelo Intellectus: Utilizado para evaluar algunosaspectos del capital intelectual en la entidadobjeto de estudio.

Matriz DAFO: Empleada para mostrar el análisis dela situación actual de los sistemas de informa-ción en el sector azucarero cubano.Como se puede ver, estas técnicas no arrojandatos cuantitativos sino cualitativos, y por tantoen este trabajo no se manejarán valores numé-ricos

Selección de la muestra. Debido a la envergaduraque desde el punto de vista estructural y funcio-nal es Azcuba, resulta imposible un diagnósticototal. Esto obligó a la realización de un análisisprevio con el objetivo de determinar las entida-des y, dentro de ellas, los procesos y áreas quetributan la mayor cantidad de información rela-cionada con la industria -específicamente sobreequipamiento e indicadores fabriles por conside-rarse la más relevante- a la máxima direccióndel Grupo Azucarero, así como al resto de losdirectivos y técnicos de los diferentes niveles degestión que requieren de la toma de decisionesrelacionadas con la industria.

Teniendo en cuenta lo anterior, de los 56 inge-nios azucareros que existen en Cuba se seleccionóuno, asociado a una empresa azucarera provincial,como muestra para la caracterización, el estudiodetallado de los procesos y de los flujos de infor-mación asociados a ellos. Como criterio para dichaselección se tomó que estuviese programado paramoler en la zafra 2011-2012, el grado de importan-cia del ingenio dentro del sector -según su capaci-dad de molida y sus resultados en la zafra anterior,el tener debidamente actualizados los datos sobreequipamiento e indicadores y contar con unainfraestructura tecnológica de calidad que le permi-ta la conexión eficiente con los servidores deAzcuba.

DESARROLLO

Sistemas de informaciónSe denomina sistema de información a un con-

junto de elementos que interactúan entre sí paraapoyar las actividades de una organización, empre-sa o negocio.

Un concepto más abarcador y enfocado haciala utilización de las TIC como medio para desarro-llarse se expone (1): "un sistema de información,

(…) puede ser definido como un sistema utilizador-máquina integrado, que produce la informaciónpara asistir a las personas en las funciones de eje-cución, de gestión y de toma de decisiones".

Estos autores hacen énfasis en el subsistemainformático como parte de los sistemas de informa-ción, pues en las organizaciones actuales serequiere procesar grandes volúmenes de datospara generar la información relevante, así como lanecesidad de que esta información esté disponibleen el momento en el que sea solicitada y en laforma adecuada. Lo anterior hace que su trata-miento manual sea casi imposible, y es aquí dondela informática adquiere un papel de vital importan-cia en los sistemas de información. Debido a estaimportancia, se suele confundir el subsistema infor-mático con el de información, lo cual es un errorporque este último va mucho más allá del trata-miento de los datos y "…las computadoras electró-nicas y los programas informáticos relacionadosson el fundamento técnico, las herramientas ymateriales de los modernos sistemas de informa-ción" (2).

Tipos de sistemas de informaciónNo existe un consenso en cuanto a la categori-

zación de los sistemas de información, pero tenien-do en cuenta el objetivo que cumplen dentro de lasorganizaciones y el valor de la información que pro-veen, los autores coinciden mayormente en tipifi-carlos así:Sistemas transaccionales o de procesamiento de

transacciones (SPT o TPS por sus siglas eninglés: Transaction Processing Systems):Captura y procesa datos generados durante lastransacciones diarias de una organización.Proporciona listados y reportes que se utilizanen el nivel operacional y más bajo de la misma.

Sistemas de Información administrativa, gerencialo de gestión (SIA o SIG, o MIS por sus siglas eninglés: Management Information Systems): Seenfocan al monitoreo de la información de laempresa y se utilizan en el nivel de gestión delas organizaciones, sobre todo por sus mandosmedios. Proporciona periódicamente resúme-nes de información que se utilizan para la plani-ficación, control y toma de decisiones.

Sistemas de apoyo a las decisiones (SAD o DSSpor sus siglas en inglés: Decision SupportSystems): Se enfocan a la toma de decisionescomplejas, proporcionando datos y modelosanalíticos sofisticados. Están al nivel de gestiónde las organizaciones, sobre todo para ser utili-zados por analistas y administradores.

Sistemas de apoyo a ejecutivos (SAE o EIS por sussiglas en inglés: Executive InformationSystems): Utilizan información interna y externa

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para apoyar la toma de decisiones de la altagerencia. Facilitan el seguimiento, control yvisión general de la empresa, proporcionaninformación global de la misma, tales como polí-ticas impositivas o comportamientos de la com-petencia. Responden al nivel estratégico de laorganización.

Sistemas expertos (SE o ES por sus siglas eninglés: Expert Systems): Se utilizan para diag-nosticar, controlar y apoyar a la planeaciónestratégica. Ofrecen consejos y sugerenciasmediante sus elementos fundamentales: la basede conocimientos -capturada a partir de la expe-riencia de expertos para solucionar un problemadeterminado-, y una máquina de inferencia queliga al usuario con el sistema, procesando sussolicitudes mediante lenguajes y una interfaz.Están al nivel estratégico de las organizaciones,sobre todo para ser utilizados por los especialis-tas de las distintas áreas.

Todos los sistemas de información tienen comoelemento principal al ser humano -generador y uti-lizador de información y conocimiento- y usan lastecnologías de información y las comunicacionescomo herramienta para intercambiar informacióncon todas las partes integradas al sistema.

En la actualidad no se puede hablar de siste-mas de información y TIC sin mencionar las redesde computadoras, las aplicaciones web, las basesde datos y todos los lenguajes de programación ytecnologías web que hacen posible el diseño y fun-cionamiento de estos sistemas.

Sistemas informáticos de interés en el grupoazucarero (Azcuba)

Con el objetivo de apoyar y controlar el procesoagroindustrial, Azcuba cuenta con diferentes siste-mas informáticos instalados en varias entidadesrelacionadas con la producción azucarera. La infor-mación que generan dichos sistemas fluye por losdiferentes niveles de gestión: ingenio, provincia ynación, donde finalmente es consolidada. Entreellos se encuentran:Sistema Industrial Plus (IPLUS): Mediante los

módulos especializados que lo conforman abar-ca aspectos relacionados con la agricultura, laindustria y la economía de Azcuba. El sistemapermite elaborar la contabilidad azucarera y elcontrol del tiempo perdido, en períodos breves,con la calidad y confiabilidad requerida. Tambiénfacilita el trabajo del jefe de laboratorio y provee,tanto a él como a directivos de diferentes nive-les, de los medios -reportes, gráficos, tablas-para el análisis de la información que elaboranlos módulos. Todo ello permite a la dirección delingenio, desde momentos tempranos de la

zafra, madurar estrategias que aseguren el cum-plimiento del plan de azúcar.

MainPack: Es un sistema para la gestión del man-tenimiento y las reparaciones del equipamientoen la industria azucarera. Está orientado a lacaracterización y control del equipamiento fabril:identificación de los equipos, sus característicastécnicas, comportamiento en operación y accio-nes a que han sido sometidos. Está dirigido a losaspectos organizativos y financieros de la activi-dad de mantenimiento: realización de los planesde mantenimiento al menor nivel, elaboracióndel presupuesto y control de los gastos.

Diagnóstico de la situación actual del sectorindustrial azucarero cubano

El diagnóstico informacional es una herramien-ta de vital importancia para la etapa de planificaciónde sistemas de información porque permite cono-cer la situación actual del sistema en estudio: sualcance, sus miembros, los subsistemas que locomponen, sus relaciones, los procesos, la comu-nicación organizacional y los comportamientos queen ella se dan. Además, sienta las bases para iden-tificar y dimensionar los problemas que la organi-zación podría confrontar.

Este diagnóstico está sustentado en varias téc-nicas y métodos de la investigación científica comoson: la observación, la entrevista y el análisis docu-mental clásico.

Para lograr el objetivo central de este artículose utilizaron las buenas prácticas de la metodolo-gía Métrica 3, en su fase de Planificación deSistemas de Información (PSI).

"La existencia de tecnología de reciente apariciónpermite disponer de sistemas que apoyan la toma dedecisiones a partir de grandes volúmenes de infor-mación procedentes de los sistemas de gestión eintegrados en una plataforma corporativa. Métricaversión 3 ayuda en la planificación de sistemas deinformación, facilitando una visión general necesariapara posibilitar dicha integración y un modelo deinformación global de la organización" (3).

Se revisó y tomó parte del Modelo Intellectus (4)para medir la estructura y la dotación tecnológicadel capital organizativo y tecnológico de la organi-zación estudiada.

Tomando como objeto de estudio la muestraseleccionada y aplicando las metodologías antesmencionadas, se describen en términos generalessus principales características. También se identifi-can y analizan sus procesos, flujos de informacióny los recursos tecnológicos, humanos y financierosque permiten definir estrategias futuras. Lo anteriorpondrá en evidencia la necesidad de un sistemaque integren la información sobre industria azuca-

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rera procedente de varios sistemas de informaciónexistentes y que apoye a la toma de decisiones enlos diferentes niveles de dirección de Azcuba.

Para lograr ese objetivo, se consultaron docu-mentos rectores y estratégicos de Azcuba, de laempresa azucarera y con mayor profundidad, delcentral seleccionado como muestra, donde tam-bién se revisaron la plantilla de trabajadores y elinventario de equipos. Además, se estudiaron polí-ticas, reglamentos, normas y procedimientos querigen en todo el grupo azucarero, específicamenteen las actividades relacionadas con el manteni-miento de equipos de la fábrica, el control del pro-ducto y la gestión de información, pues son lasmayormente afines, con el objetivo principal deeste trabajo. La consulta a expertos y la entrevistaa directivos y especialistas relacionados con estasactividades, así como el apoyo e interés de los mis-mos, hicieron posible este diagnóstico de informa-ción.

El diagnóstico informacional se estructuró comosigue:• Alcance, antecedentes y caracterización general

de los niveles - central, provincial y de base - dela organización objeto de estudio.

• Descripción y caracterización del central azuca-rero.

• Descripción de la misión, visión y objetivosestratégicos del central azucarero seleccionadopara el estudio.

• Descripción de la estructura organizativa, áreasy funciones del central.

• Análisis de los sistemas de información actualesrelacionados con indicadores fabriles y equipa-miento.

• Identificación de las necesidades de informa-ción.

• Realización del inventario de los recursos tecno-lógicos, humanos y financieros.

• Estudio de los procesos e identificación y análi-sis de los flujos de información.

• Realización del dictamen de los problemasencontrados para identificar las causas y hacerla propuesta de un plan de mejoras.

Estas actividades conllevan una revisión com-pleta de las capacidades y deficiencias vinculadascon la información del sector objeto de estudio.Igualmente permiten identificar los problemas y lascausas asociadas.

Una vez culminado el estudio, se consideranecesaria la aplicación de una herramienta queintegre todos los aspectos resultantes del diagnós-tico de información y las entrevistas realizadas, yponga de manifiesto las necesidades de informa-ción relacionadas con los sistemas presentes en elsector azucarero cubano.

El análisis DAFO (Debilidades, Amenazas,Fortalezas y Oportunidades) es una herramientaque permite conformar un cuadro de la situaciónactual de la empresa u organización mediante elestudio de estos factores, para obtener un diag-nóstico preciso que permita en función de estos,tomar decisiones de acuerdo con los objetivos ypolíticas formulados.

En la figura 1 se muestra una matriz DAFO, apartir de la cual se proponen estrategias con elobjetivo de solucionar los problemas encontradosen el sector objeto de estudio. Esas estrategias seresumen como fortalezas-oportunidades (FOEstrategias), fortalezas - amenazas (FA Estra-tegias), debilidades - oportunidades (DOEstrategias) y debilidades - amenazas (DAEstrategias).

DISCUSIÓN DE LOS RESULTADOS

Mediante la herramienta DAFO se mostrarondebilidades y necesidades de información presen-tes en el sector azucarero cubano, tal como fuerondetectadas de manera empírica por el Grupo deIndustria y la Dirección de Atención a PlantasIndustriales de Azcuba:• No existe un sistema único que gestione toda la

información que genera la agroindustria azuca-rera desde los ingenios azucareros hasta lasede central.

• Los sistemas informáticos que se explotan son,en su mayoría, de escritorio y la informacióngestionada por los mismos no está al alcance dela red de Azcuba.

• Insuficiente capacitación del personal para laexplotación de los sistemas informáticos exis-tentes.

• Emigración de personal capacitado del sectorazucarero.

• La mayor parte de los centrales no cuenta conuna infraestructura de info-comunicaciones sufi-ciente para acceder a los servidores web deAzcuba.

• Debido a la confidencialidad de la informaciónde zafra, los servidores que contienen las basesde datos de zafra de Azcuba no están enlazadoscon el resto de la red organizacional, lo queimpide que se pueda consultar toda la informa-ción hospedada en dichos servidores.

• Desconocimiento por parte de los directivos ytécnicos de Azcuba, de las posibilidades deMainPack para exportar la información sobre laactividad de mantenimiento gestionada por estesistema de información.

• No existe una aplicación web o documento, dis-ponible en la red organizacional de Azcuba, que

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muestre los indicadores de zafra no secretos consus valores reales y la descripción del equipa-miento de todos los centrales azucareros del país.

La mayor parte de los sistemas de informaciónimplantados en los centrales azucareros son ela-borados en Cuba y enfocados a la producción azu-carera lo que permite que sean mejorados y adap-tados continuamente a los requerimientos de losclientes del mismo sector.

CONCLUSIONES

• Como respuesta a una de las debilidades detecta-das en la matriz DAFO se propone el diseño de unsistema de información gerencial (SIG) disponibleen la red organizacional de Azcuba, que muestrelos indicadores de zafra no secretos con sus valo-res reales y la descripción del equipamiento detodos los centrales azucareros del país, lo quefacilitará la toma de decisiones gerenciales y tec-nológicas dentro del sector industrial azucarero.

• Integrar la información relacionada con indica-dores fabriles y equipamiento, contenida en elIPLUS y el MainPack respectivamente, al SIGpropuesto.

• Los sistemas de información implantados en elsector deben ser aplicaciones web, lo cual favo-recerá el intercambio de información entre apli-caciones y la disponibilidad de dicha informa-ción en la red organizacional de Azcuba.

• Agregar funcionalidades al sistema MainPackpara que la descripción de los equipos queregistra tribute a los diferentes inventarios deequipamiento.

• Revisar y actualizar el procedimiento estableci-do en Azcuba para la explotación de aplicacio-nes que gestionan información.

RECOMENDACIONES

• Planificar el diseño e implementación de un sis-tema de información que integre y gestione todala información relacionada con la agroindustria

40

Figura 1. Matriz DAFO que muestra el análisis de la situación de los sistemas de información en el sectorazucarero.

azucarera, que actualmente es manejada porvarios sistemas de información desde los inge-nios hasta la sede central.

• Contar con sistemas de información que sirvande soporte para la toma de decisiones comple-jas a un nivel de gestión (SAD o DSS) o enfoca-dos hacia la alta gerencia a un nivel estratégicode la organización (SAE o EIS).

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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4. Universidad Autónoma de Madrid. Centro deInvestigación sobre la Sociedad delConocimiento. Modelo Intellectus: Medición ygestión del capital intelectual (1ra. ed.). Madrid:Universidad Autónoma de Madrid, 2003.

41

42

Fernando Efren Ramos-Miranda1, Julio Rafael Gómez-Sarduy1, Erenio González-Suárez2, Nancy López-Bello2

1. Universidad de Cienfuegos.2. Universidad Central Marta Abreu de Las Villas

framos@ucf.edu.cu

RESUMEN

Se desarrolla un modelo para la aplicación de análisis multicriterio en la toma de decisiones para la selec-ción de alternativas de reconversión de la industria azucarera cubana, con énfasis en el concepto de bio-rrefinería. Para su realización se analizaron las ventajas que trae la aplicación de la lógica difusa en las técnicas decriterios de expertos, por lo que se realizó un software en aplicación Matlab versión 7.10.0. El programase denominó Delphi_Difuso.m y la codificación correspondiente se muestran en el Anexo 1.

Palabras clave: multicriterio, Delphi, conjunto difuso, biorrefinería.

ABSTRACT

In present paper a model for the multicriteria analysis application on decision making for alternative choi-ce for the reingeniering of Cuban sugar industry emphasizing on refinery concept. To carry it on, the advantages of fuzzy logic in expert criteria techniques were analyzed and a softwaresupported in Matlab was perfomed. It offers speed celerity and flexibility to be applied in other scenarios.The program was entitled Delphi_Difuso.m and corresponding code is shown in Annex 1.

Keywords: multicriteria, Delphi, fuzzy, biorefinery.

ICIDCA sobre los derivados de la caña de azúcar, 2014, vol. 48, no. 2 (mayo-agosto), pp. 42 - 49

Modelo de decisión para seleccionar alternativas de inversiones de reconversión azucarera y biorrefinerías

basado en el método DELPHI con enfoque difuso

INTRODUCCIÓN

El método Delphi es ampliamente utilizado entodos los ambientes de la ciencia. El enfoque tradi-cional da como resultado una tendencia haciadónde se inclina el grupo, pero no una convergen-cia que es lo que realmente se necesita para orde-nar por prioridades las alternativas identificadas.En otras palabras, los resultados del consenso enlos estudios actuales Delphi utilizan una serie deherramientas estadísticas que no necesariamentehacen converger la opinión de los expertos (1).

El método que se propone evita el uso de estastécnicas estadísticas mediante la asociación de lasprioridades asignadas por los expertos a cadaalternativa con números difuso triangulares y tra-pezoidales (2).

Otra de las ventajas del método es que evita elrechazo del experto por no cumplir una regla deter-minada, como lo hacen los métodos tradicionales.Esto se resuelve mediante un factor de importanciaque se le aplica a cada experto de acuerdo al nivelde incidencia que tenga en el proceso de toma dedecisiones del grupo (3).

Los conjuntos difusos fueron creados pararepresentar matemáticamente la incertidumbre y lavaguedad, bajo un enfoque no estadístico, y pro-veer herramientas formalizadas para abordar laimprecisión intrínseca que presentan muchos pro-blemas del entorno (4).

DESARROLLO DEL MÉTODO

El diagrama de bloques que describe de mane-ra general la metodología propuesta en este traba-jo se muestra en la figura 1.

Los pasos a seguir que se muestran en la figu-ra 1 son los siguientes:a) Determinar todas las alternativas factibles a par-

tir de una primera ronda de consulta a los exper-tos (5).

b) Asignar un valor escalado a las alternativas paraordenarlas de acuerdo a prioridades según elconsenso generalizado de los expertos.

c) Selección final de las alternativas a considerar (6).Con base en la lógica difusa se pudo imple-

mentar un software diseñado para la integración denúmeros difusos triangulares y trapezoidales y deesta manera lograr la convergencia de opinionescomo se describe a continuación.

Enfoque difuso de los criterios de expertosCada una de las opiniones emitidas por los

expertos para identificar las alternativas más impor-tantes se asocia a un número difuso triangular A. Lacima a (o el centro) de este número triangular difusocoincide con el criterio del experto de manera que:

α ε [1,2,3,4,5,6,7,8,9,10]

Este número difuso tiene un ancho θ > 0 ala izquierda y un ancho λ > 0 a la derecha talque α - θ = 1 y α + λ = 10, o sea:

θ = α - 1λ = 10 - α

El número difuso triangular puede expresarsecomo A = (α, θ, λ). En la figura 2 se muestra larepresentación de dos opiniones definidas pornúmeros difusos. El área de intersección represen-ta el grado de coincidencia de las opiniones.

Para formar el consenso entre los expertos, serequiere un algoritmo que permita hacer compara-

ciones entre parejasde expertos. Paraesto se construyeuna matriz cuyasfilas y columnasestén identificadascon los expertos ycuyos elementossean igual al valordel cociente, entreel área de intersec-ción y el área deunión, o sea, loselementos de estamatriz representa-rán el grado de con-senso entre dosexpertos. Esta esuna matriz cuadradasimétrica (figura 3)denominada Matriz

de Acuerdo, e indica cuán cercanas están las opi-niones entre cada par de expertos. Los elementosde la diagonal principal son iguales a uno, ya queel grado de consenso de un experto consigomismo es del 100 %.

Los pasos para establecer el consenso son lossiguientes:Entrada de datos: Se le solicita a cada experto una

ponderación del nivel de importancia que a su

43

Figura 1. Diagrama de bloques general del modelo desarrollado.

Figura 2. Intersección entre dos opiniones.

juicio tiene cada propuesta identificada en la pri-mera ronda de la consulta Delphi. Esto es unvalor escalado entre uno y diez como se explicóanteriormente según el grado de importancia.

Asociación de los datos a números difusos triangu-lares: Se construye un número difuso triangu-lar para cada una de las i-ésimas opiniones delos expertos (i=1,2,3,…,n). La función de perte-nencia asociada a cada uno de estos númerosdifusos para representar la estimación subjeti-va es:

Grado de coincidencia entre las opiniones de losexpertos: El grado de coincidencia entre losexpertos 1 y 2 se determina por la intersecciónde los números difusos

Un área mayor producto de la intersección entrelos expertos indica mayor grado de coincidencia.

Importancia de cada experto: La decisión finalpuede estar afectada por los niveles de impor-tancia de los expertos involucrados ya que hayexpertos que ejercen mayor incidencia en latoma de decisiones del grupo. El algoritmo paradeterminar el consenso generalizado considerael nivel de importancia de cada experto. Estefactor se puede determinar valorando la expe-

riencia laboral y la autoevaluación y asociándo-lo a un factor ri (grado de importancia del exper-to i). Con el propósito de generar una escala uni-forme, se utiliza una medida relativa (wi) quetoma valores entre cero y uno. El grado deimportancia relativa wi se determina como:

Nivel de acuerdo: Se define como el cociente entrela intersección y la unión de los dos númerosdifusos triangulares, este valor se conoce comola función de medida de la similitudo grado de consenso entre el experto E1 y elexperto E2. Esta función permite calcular el nivelde acuerdo, mediante la siguiente expresión:

En la expresión anterior el numerador no es másque el área de intersección de los dos númerosdifusos y el denominador es el área de la unión.

Matriz de Acuerdo: Con los niveles de acuerdoentre los expertos se construye la matriz deacuerdo (MA) de la manera siguiente:

Donde:

Nivel de acuerdo relativo: El nivel de acuerdo rela-tivo del experto Ei (i=1,2,…,n) se calcula como:

Donde: A (Ei) es el nivel de acuerdo promedio paracada uno de los expertos, que no tiene en cuen-ta el valor de la diagonal en el cálculo, o sea:

Coeficiente del nivel de consenso: Se define paracada experto Ei (i=1,2,...,n) como:

44

Figura 3. Matriz de Acuerdo.

Donde: β es un coeficiente que permite ponderar elpeso que se da tanto al nivel de acuerdo relati-vo como al grado de importancia relativo en larespuesta final,

Número difuso global: Este es quien integra la opi-nión de los expertos. A partir de la definición delcoeficiente del nivel de consenso del experto Ei(i=1,2,...,n), se define como:

En resumen, el algoritmo permite integrar la opi-nión difusa de cada uno de los expertos consulta-dos dentro de un único número difuso que repre-senta la opinión común.

Software en Matlab para automatización de loscálculos

El método Delphi con enfoque difuso descritoen el epígrafe anterior se implementó en una apli-cación en Matlab versión 7.10.0. El programa sedenominó Delphi_Difuso.m y la codificacióncorrespondiente se muestra en el Anexo 1.

El módulo de datos de entrada permite alusuario introducir al software el coeficiente β,posteriormente se despliega una ventana paraimportar los datos de la segunda ronda de

encuesta, previamente acondicionada en unahoja de cálculo Excel según se muestra en lafigura 4.

Las filas de la matriz de datos de la figura 4representan las alternativas identificadas en laprimera ronda de encuesta y los elementos decada columna constituyen los valores asignadosa cada alternativa por cada experto en una esca-la determinada, en este caso del 1 al 10, siendolos menores valores los de mayor prioridad a opi-nión del experto.

Una vez importados estos datos, el softwareidentifica la cantidad de alternativas y de exper-tos y solicita al usuario que se introduzca unojunto a la importancia relativa del experto.Finalmente, se debe introducir un paso de inte-gración para calcular el área de intersección y dela unión de los números difusos y determinarentre dos expertos, el nivel de acuerdo.

Una vez realizados los cálculos correspon-dientes, el software devuelve el número difusointegrado para cada alternativa por orden de prio-ridad que es representativo de la opinión grupalde los expertos.

En la figura 5 se muestra la ventana delComand Window del Matlab con la informaciónmostrada por la aplicación informática desarrolla-da. En este ejemplo ilustrativo las tres mejoresvariantes son la alternativas 2, 10 y 1, en eseorden de importancia.

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Figura 4. Matriz de datos de la segunda ronda de encuesta a los expertos.

CONCLUSIONES

1. Se ha desarrollado un modelo de decisión híbri-do a partir del método Delphi con enfoque difuso,indicadores económicos, ambientales y socialesy un sistema de inferencia difuso para la selec-ción y evaluación del atractivo de alternativas dereconversión para la industria azucarera.

2. La metodología desarrollada a partir del modelotiene en cuenta la importancia de los expertosconsultados, resolviendo el problema de otrosmétodos que rechazan algunos expertos por nocumplir determinadas exigencias.

3. A diferencia de otros métodos reportados en laliteratura especializada, este permite cuantificarel consenso del grupo de expertos en un núme-ro difuso global, obteniéndose un orden deimportancia de las alternativas de reconversiónsegún la opinión del grupo de expertos.

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

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46

Figura 5. Ventana mostrandoresultados de la corrida del soft-ware Delphi_Difuso.m.

Anexo 1. Codificación en Matlab del método Delphi con enfoque Difuso

% Programa para determinar el consenso de expertos mediante el método Delphi con enfoque difusoclearclcdisp(' PROGRAMA PARA DETERMINAR EL CONSENSO DE EXPERTOS MEDIANTE ')disp(' EL MÉTODO DELPHI CON ENFOQUE DIFUSO ')disp('********************************************************************')disp(' Entrada de datos ')disp('********************************************************************')disp(' ');disp('Entre el valor de beta para ponderar el nivel de acuerdo relativo y' )disp('la importancia del experto. Los valores de beta están entre 0 y 1')disp(' ');beta=input('Beta = ');disp(' ');%% Módulo de entrada de datos.[filename, pathname] = uigetfile( ...

{'*.xls; *.xlsx','Excel files (*.xls, *.xlsx)'; ...'*.*', 'All Files (*.*)'}, ...'Abrir libro excel con opiniones de expertos para cada variante', ...'MultiSelect', 'off');

[Encuesta]=xlsread([pathname filename]);%% Módulo de asociación con números difusos triangulares% m es el número de la alternativa y n es el número del experto[m,n]=size(Encuesta);fprintf('Usted está solicitando opiniones para %3.0f alternativas\n', m)fprintf('y está encuestando a %3.0f expertos\n', n)disp('Declare el nivel de importancia r(i) de cada uno de los expertos')disp(' ');for l=1:n

fprintf('Experto(%2.0f)\n',l)ri(l)=input('Importancia relativa del experto= ');

disp(' ');endpaso=input('Paso de integración para cálcular intersección y unión= ');a=[];cita=[];lambda=[];minimo_esc=min(Encuesta);maximo_esc=max(Encuesta);CITA=ones(m,n);for k=1:m

for l=1:nCITA(k,l)=minimo_esc(l);LAMBDA(k,l)=maximo_esc(l);A(k,l)=Encuesta(k,l);end

end%% Matriz de acuerdo

for k=1:m %k es cada alternativafor l=1:n

a(l,:)=A(k,:);cita(l,:)=CITA(k,:);lambda(l,:)=LAMBDA(k,:);

endfor l=1:n

47

for g=1:nmiu1_interc=[];miu2_interc=[];miu1_union=[];miu2_union=[];x=(a(l,l)-cita(l,l)):paso:(a(l,g)+lambda(l,g));%% área de la intersecciónX=length(x);mu1=zeros(l,X);for h=1:X

if x(h)<=a(l,l) && x(h)>(a(l,l)-cita(l,l))mu1(l,h)=1-((a(l,l)-x(h))/cita(l,l));

elseif x(h)>a(l,l) && x(h)<=(a(l,l)+lambda(l,l))mu1(l,h)=1-((x(h)-a(l,l))/lambda(l,l));

elsemu1(l,h)=0;

endmiu1_interc=[miu1_interc mu1(l,h)];end

for h=1:Xif x(h)<=a(l,g) && x(h)>(a(l,g)-cita(l,g))

mu2(l,h)=1-((a(l,g)-x(h))/cita(l,g));elseif x(h)>a(l,g) && x(h)<=(a(l,g)+lambda(l,g))

mu2(l,h)=1-((x(h)-a(l,g))/lambda(l,g));else

mu2(l,h)=0;end

miu2_interc=[miu2_interc mu2(l,h)];endmiu_interc=min(miu1_interc,miu2_interc);area_interc(l,g)=sum(miu_interc*paso);

%% área de la uniónmu1=zeros(l,X);for h=1:X

if x(h)<=a(l,l) && x(h)>(a(l,l)-cita(l,l))mu1(l,h)=1-((a(l,l)-x(h))/cita(l,l));

elseif x(h)>a(l,l) && x(h)<=(a(l,l)+lambda(l,l))mu1(l,h)=1-((x(h)-a(l,l))/lambda(l,l));

elsemu1(l,h)=0;

endmiu1_union=[miu1_union mu1(l,h)];end

for h=1:Xif x(h)<=a(l,g) && x(h)>(a(l,g)-cita(l,g))

mu2(l,h)=1-((a(l,g)-x(h))/cita(l,g));elseif x(h)>a(l,g) && x(h)<=(a(l,g)+lambda(l,g))

mu2(l,h)=1-((x(h)-a(l,g))/lambda(l,g));else

mu2(l,h)=0;end

miu2_union=[miu2_union mu2(l,h)];endmiu_union=max(miu1_union,miu2_union);area_union(l,g)=sum(miu_union*paso);

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end%% nivel de acuerdo%Matriz de acuerdo para cada variante.E(k).S=area_interc./area_union;%Nivel de acuerdo promedio de cada experto para cada variante kAE(k).P=(1/(n-1))*(sum(E(k).S)-1);%Nivel de acuerdo relativo por experto para cada variante kNAR(k).R =AE(k).P/sum(AE(k).P);%importancia relativa del expertowi=ri/sum(ri);%Coeficiente de nivel de consensoCNC(k).C=beta*wi+(1-beta)*NAR(k).R;endend%% Número difuso global para cada variantea_global=[];cita_global=[];lambda_global=[];for k=1:ma_global=[a_global sum(CNC(k).C.*A(k,:))];cita_global=[cita_global sum(CNC(k).C.*CITA(k,:))];lambda_global=[lambda_global sum(CNC(k).C.*LAMBDA(k,:))];endR=[[1:m]' cita_global' a_global' lambda_global'];%Ordenamiento de las alternativas por el consensoRord=ones(size(R));Rord(:,3)=sort(R(:,3));for k=1:length(R(:,3))for l=1:length(R(:,3))if Rord(k,3)==R(l,3)Rord(k,1)=R(l,1);Rord(k,2)=R(l,2);Rord(k,4)=R(l,4);endendenddisp('********************************************************************')disp(' RESULTADOS ')disp('********************************************************************')disp('Número difuso integrado para cada alternativa por orden de prioridad ')disp(' Alternativa a-cita a a+lambda ')format bankdisp( Rord )

49

50

Antonio Aguilar Pardo

Instituto Cubano de Investigaciones de los Derivados de la Caña de Azúcar. ICIDCA.Vía Blanca 804 y Carretera Central, San Miguel del Padrón, La Habana, Cuba

antonio.aguilar@icidca.edu.cu

RESUMEN

La agroindustria azucarera permite disminuir los costos de producción actual del azúcar y de los deriva-dos, si se emplea racionalmente toda la biomasa creada por la energía solar durante el cultivo de la caña,considerando que es el bagazo y los residuos agrícolas de la caña (RAC); los que representan más del50 % en peso de la materia prima que entra a la industria. Los RAC representan un potencial de bioma-sa equivalente al 30 % de toda la materia seca aprovechable en la cosecha de la caña, con un valor caló-rico que fluctúa entre 1700- 4500 kcal/kg. Cada 1000 toneladas de RAC pueden ser sustituidas por 310de petróleo combustible, cuyo valor asciende a 216987,6 USD, según los precios del fuel-oil en el mer-cado internacional. Esto da posibilidad al desarrollo de tecnologías rentables que permiten disminuir loscostos de producción en el sector y en otros, de la economía Nacional. Este trabajo, analiza el cursoascendente de los RAC en el nuevo escenario internacional de los biocombustibles, a la vez se dan solu-ciones tecnológicas para la preparación, como soporte a los programas de producción de derivados ycogeneración de energía a partir de RAC y bagazo como combustibles; en todos los casos con oportuni-dades en la protección del medio ambiente a nivel local y global.

Palabras clave: cosecha, biomasa, medio ambiente, tecnología, residuo.

ABSTRACT

The sugar industry can reduce production costs and current sugar derivatives, if used rationally all bio-mass energy created by the sun during the cultivation of sugarcane bagasse and considering the sugar-cane agricultural residues (RAC); This represents more than 50 % by weight of the raw material enteringthe industry. The (RAC) represent a potential biomass equivalent to 30 % of the dry matter at harvest usa-ble cane, with a calorific value ranges between 1700-4500 kcal/kg. For 1000 tons of RAC can be repla-ced fuel oil 310, valued at $ 216,987.6, as prices of fuel oil in the international market. This gives possibi-lities to develop cost-effective technologies that help decrease production costs in the industry and others,of the national economy. This paper analyzes the upward course of the RAC in the international scenarioof biofuels, while there are technological solutions for the preparation, support programs and derivativesproduction and cogeneration from bagasse as RAC and fuels, in all cases with opportunities in protectingthe environment locally and globally.

Keywords: crop, biomass, environment, technology, residues.

ICIDCA sobre los derivados de la caña de azúcar, 2014, vol. 48, no. 2 (mayo-agosto), pp. 50 - 55

Apuntes sobre la revalorización de los residuos agrícolasde la caña. Tecnologías de preparación

INTRODUCCIÓN

Las actividades energéticas están muy íntima-mente relacionadas al cambio climático. Los com-bustibles fósiles (el petróleo, el carbón y el gas),representan el 87 % de la energía mundial y contri-buyen de manera muy importante al calentamientodel planeta, constituyendo un riesgo múltiple parala vida. Los expertos afirman que las reservas decombustibles fósiles sólo durarán otros 40 o 50años. Estos hechos, hacen más apremiante lasactividades de I+D en materia de fuentes sustituti-vas de energía y el uso de combustibles renova-bles (1).

En el ámbito mundial, la disponibilidad de ener-gía se ha convertido en uno de los problemas másimportantes. La gran mayoría de los países, tantoen desarrollo como industrializados, se ven afecta-dos por demandas crecientes de energía parasatisfacer sus metas de desarrollo económico ysocial, y la necesidad de complementar los com-bustibles fósiles con fuentes no convencionales deenergía, se ha vuelto imperativa. De modo que seha reconocido como inevitable una transicióndesde su actual dependencia de los combustiblesfósiles hacia otras combinaciones energéticas másdiversificadas.

Entre las nuevas fuentes energéticas y dematerias primas y las nuevas tecnologías a consi-derar; en la solución de los problemas más apre-miantes relacionados con la producción de energíay alimento, están las denominadas "limpias", comola biomasa; completamente neutra en CO2 en elciclo natural del carbono, sin embargo en la actua-lidad sólo representa un 10 % de la producciónenergética mundial; aún cuando se halla entre lasde mayores perspectivas (2).

La potencialidad de biomasa en la agroindustriaazucarera permite disminuir los costos de produc-ción actual del azúcar y de los derivados, si seemplea racionalmente toda la biomasa creada porla energía solar durante el cultivo de la caña y con-siderando el bagazo y los residuos agrícolas de lacaña (RAC); lo cual representa más del 50 % enpeso de la materia prima que entra a la industria.

Los RAC representan un valioso potencial debiomasa equivalente al 30 % de toda la materiaseca aprovechable en la cosecha de la caña, conun valor calórico que fluctúa entre 1 700 - 4 500kcal/kg en dependencia del contenido de humedad.

De ello se deriva que en términos energéticos,por cada 1 000 toneladas de RAC pueden ser sus-tituidas 310 toneladas de petróleo combustiblecuyo valor asciende a 216 987,6 USD, según losprecios del fuel-oil en el mercado internacional.

Actualmente, el aprovechamiento de este recur-so energético es considerado en el programa de

desarrollo del sector y de gran interés del Ministeriode Ciencia Tecnología y Medio Ambiente (CITMA)en Cuba. Los resultados principales, se muestranen la disponibilidad de un sistema de cosecha de lacaña con magníficas facilidades para la utilizaciónde toda la biomasa cañera y en una larga expe-riencia en operaciones de preparación y uso de losRAC en los centrales, con tecnologías desarrolla-das en el país (3, 4).

Los procesos físicos de transformación condu-cen a la alteración de las propiedades físicas delmaterial y están asociados a las fases primarias detransformación de la biomasa en la etapa de acon-dicionamiento y preparación. No ocasionan, deforma general, cambios en la composición químicade ésta y están destinados fundamentalmente alograr el acondicionamiento del material para sumejor utilización en los procesos posteriores a losque será sometido. Dentro de estos procesos sepueden mencionar: el secado, la reducción deltamaño de las partículas (molinado, troceado, asti-llado, etc.), el tamizado y la compactación.

La reducción del tamaño de las partículas, esuna operación que se realiza frecuentemente en labiomasa lignocelulósica que presenta; una distribu-ción del tamaño de las partículas no ajustada alproceso de transformación a la que debe ser some-tida, incongruencias con el sistema de alimentacióna emplear y con las condiciones de diseño de apro-vechamiento a utilizar, como es el caso del usodirecto de la biomasa agrícola cañera en la com-bustión.

Por sus propiedades físicas, la biomasa alta-mente fibrosa es muy difícil de moler, teniéndoseque buscar un equipo más adecuado para ello, porlo que es una de las operaciones que debe evitar-se en lo posible, pues el molino es un equipo emi-nentemente consumidor de energía y aporta costosimportantes a todos los procesos transformadoresde la biomasa.

La preparación de la biomasa agrícola cañera oresiduos agrícolas de la caña (RAC) es una opera-ción que puede resultar muy compleja debido a lapoca uniformidad, tamaño grande de partículas,alta humedad y alto contenido de tierra cuando larecolección no es adecuada.

Los equipos destinados a la preparación de estabiomasa, reciben un material de muy baja densidad,con tamaño de partículas de hasta un metro de lon-gitud, las cuales deben ser reducidas a tamaños dealrededor de 50 mm (clase -11,64 mm).

En este trabajo, se analiza el curso de los resi-duos agrícolas de la caña (RAC) en la cosecha y supotenciación energética en el nuevo escenariointernacional de los biocombustibles, a la vez quese dan soluciones tecnológicas para su prepara-ción, las cuales servirán como soporte a programas

51

de cogeneración de energía a partir de RAC , parala utiulización de bagazo como combustible o parael desplazamiento de gran volumen de bagazopara la producción de tableros y otros derivados; entodos los casos con oportunidades en la proteccióndel medio ambiente a nivel local y global.

DESARROLLO

Las posibilidades de incorporación y empleo delos RAC como biomasa en la industria, para lacogeneración de energía junto con el bagazo,dependen en primer lugar de los sistemas de cose-cha empleados. Éstos en general, están orientadosa recolectar solo los tallos de la planta, con unaproducción de biomasa en la industria (bagazo),limitada a 27-29 % de la materia prima. Por otraparte, es función de la tecnología y del esquemaenergético empleados.

Los principales sistemas de cosecha desarrolla-dos en el mundo como: el de Australia, Hawai,Louisiana, Barbados, y Cuba, tienen como principiocomún la quema de la caña, generalmente antesdel corte, como medio de limpieza, con una eficien-cia promedio de 35 %, lo cual facilita las operacio-nes subsiguientes, al eliminar entre el 26 y 46 % delos RAC en las plantaciones cañeras, incrementan-dose la contaminación ambiental.

En sentido general durante la cosecha de lacaña, los RAC quedan en el campo en magnitud de8-10 t/ha, siendo necesario para el uso, la recolec-ción y la preparación previa a la incorporación en laindustria.

Los estudios de factibilidad y las experienciasrelacionadas con la recolección, la preparación, eluso energético de los RAC y el deterioro ambientalque causa la quema de esta biomasa en las plan-taciones cañeras e instalaciones de limpieza, hanvislumbrado la necesidad a corto plazo del empleode sistemas de cosecha de la caña verde.

Los sistemas de cosecha que emplean el cortede la caña verde e instalaciones de limpieza enseco tienen peculiaridades muy favorables para elaprovechamiento integral de la caña, al facilitar la

recolección y preparación de los RAC sin necesi-dad de implementar sistemas más complejos.

Por ejemplo, en una zafra de 6 MMt de azúcarcon rendimientos industriales y agrícolas de 11 % y80 t/ha respectivamente, donde es necesario cortar687 500 ha de caña (55 MMt de caña), los RACproducidos pueden ser utilizados racionalmentecomo aparece en la tabla 1.

Como se puede observar en la tabla, con laaplicación de este sistema de cosecha, el 50 % delos RAC quedan distribuidos en el campo, comocobertura del terreno para evitar la proliferación demalas hierbas, mantener la humedad del terreno,evitar la erosión y mantener la flora microbiológicanatural en el campo.

El 21 % de los RAC, se transporta hasta laindustria junto con la caña, forman parte de lacorriente de bagazo a la salida del tándem de moli-nos y se utilizan generalmente como combustibleen la producción de energía.

Mientras que el 29 % de los RAC (3,988 *106 t),se separan y concentran en las instalaciones delimpieza ubicadas en la industria ó en puntos con-venientes entre el corte y la industria, lo que simpli-fica las operaciones de manipulación, preparacióny el transporte a la industria para la producción deenergía y/ó productos derivados con cuantiososbeneficios económicos y ambientales.

Tecnología de potenciación de los RACLa incorporación al proceso industrial de los

RAC requiere de previa preparación, debido asu heterogeneidad, baja densidad de bulto (20-30 kg/m3), tamaño grande de las partículas(200-700 mm), alto contenido de humedad (40-60 %) y gran cantidad de tierra que incorporanlas operaciones de manipulación, cuando noson bien elegidas.

El empleo de un sistema de cosecha con lascaracterísticas anteriores, como es el Sistema deCosecha Cubano (SCC), facilita la recuperación delos RAC, y el aprovechamiento de las capacidadesinstaladas con la aplicación de las operacionessiguientes; asociadas a las instalaciones de limpie-za de la caña.

52

Tabla 1. Utilización de los RAC en el sistema de cosecha cubano

Esquemas de cosecha

Total de RAC producido

Cobertura del terreno

Materia prima y combustible

Instalación de limpieza Industria

MMt % MMt % MMt % MMt % Mecanizado 9,625 70 5,101 53 2,503 26 2,021 21 Manual 4,125 30 1,733 42 1,485 36 0,866 21 Sistema de cosecha 13,750 100 6,834 50 3,988 29 2,887 21

• Captación y separación de los RAC.• Manipulación (recolección y transporte).• Reducción del tamaño de las partículas.• Transporte automotor.• Almacenamiento.

Una instalación de limpieza puede ser repre-sentada como un sistema en el cual intervienencuatro corrientes, dos de entrada (caña sucia y airelimpio) y dos de salida (caña limpia y aire sucio),como subproductos de un procedimiento de sepa-ración neumática, el cual se efectúa en varias eta-pas consecutivas en cámaras abiertas denomina-das expansores.

En la figura 1 se muestra un esquema con elbalance de materiales de una estación de limpiezaconvencional, con capacidad de 106,3 t/h.

Como se observa, en la corriente (2) el volumende aire empleado en la limpieza de la caña, repre-senta el 142 % de la caña limpia, equivalente a 122400 m3/h.

La corriente (4), de interés tecnológico para elaprovechamiento de los RAC, está compuesta porla corriente (2), más los RAC separados en la lim-pieza de la caña, que representan solo el 4,25 % enpeso de la corriente (4); lo que facilita el empleo deequipos neumáticos en las operaciones siguientes.

Al relacionar los valores anteriores se obtiene,que el potencial de RAC separado en la instalación

de limpieza es equivalente a 6,3 t/h, cuya recupera-ción requiere de la captación total de la corriente (4)y la separación de los RAC, sin que caigan al suelocon la incorporación de materiales indeseables (tie-rra, piedras, etc.), como ocurre en muchos casos, eninstalaciones recuperativas cuando los RAC caen alsuelo y son manipulados sobre piso de tierra.

Como la limpieza de la caña se efectúa gene-ralmente, en varias etapas consecutivas, en cáma-ras abiertas denominadas expansores, el diagramade flujo de esta instalación es el siguiente (figura 2):

Finalmente, como premisa importante para elmayor aprovechamiento de las capacidades insta-ladas, la tecnología de preparación es asociada alsistema de limpieza de la caña, lo que ofrece unmodelo de instalación de limpieza, de nuevo tipo,cuyo diagrama se muestra en la figura 3.

La instalación de limpieza de nuevo tipo, con laincorporación de equipos para la preparación delos RAC, entrega además de caña limpia para laproducción de azúcar, los RAC preparados comoun recurso renovable para combustible en la coge-neración de energía y materia prima en la produc-ción de alimento animal y otros derivados.

Requerimientos de los RAC preparadosDependen de la aplicación previamente elegida

y de las exigencias del proceso. Cuando se trata deun combustible y la combustión es por el métodocon frente de llama, es necesario pulverizar losRAC y alcanzar humedades cercanas a la de equi-librio del material. De tratarse del método de com-bustión en pila o en semi-suspensión, como esgeneralmente el caso de la combustión del bagazoen la industria azucarera, los requerimientos de losRAC para el proceso son los siguientes:• Tamaño de partícula, 50 mm (clase - 11,6 mm).• Contenido de humedad, 25 5 %.• Contenido de ceniza, 8 2 %.• Densidad aparente, 100 21 %.• Valor calórico neto, 2 284 kcal/kg.• Relación fuel oil / RAC, 4,38.

Estas características también son apropiadas,en la alimentación animal, según resultados satis-

53

Figura 1. Balance de materiales en una estaciónde limpieza.

Caña limpia

Caña sucia

Tolva de alimentación

Expansor I Expansor II Expansor. III

Figura 2. Instalación de limpieza con tres expansores. Diagrama de flujo.

factorios en el central Urbano Noris, en la provinciade Holguín.

Reducción del tamaño de las partículasLa reducción del tamaño de las partículas es de

gran importancia, debido a la alta eficiencia que serequiere alcanzar para obtener el tamaño requeri-do. Para esta operación se han realizado experien-cias con varias tecnologías de preparación, cuyosparámetros de operación más importantes apare-cen en la tabla 2.

Separación de los RAC de la corriente de airePara esta operación se ha previsto un hidroci-

clón de forma cilíndrico-cónica, situado al final decada expansor, diseñado especialmente para ope-rar de acuerdo a las exigencias de una instalaciónrecuperativa. Difiere de los hidrociclones ordinariospor su alta capacidad y baja caída de presión con

relación a sus dimensiones. La alimentación es tan-gencial con pequeña inclinación, en la parte cilín-drica del equipo.

ManipulaciónLa manipulación de los RAC se realiza median-

te transportadores típicos empleados convencio-nalmente para el trasiego de materiales como elbagazo en la industria azucarera. Para la recolec-ción de los RAC debajo de la batería de SEPARAC,se emplea un conductor de banda acanalado quealimenta al equipo de preparación.

El resto de las operaciones se realizan, enmedios e instalaciones convencionales de la indus-tria azucarera; mientras que la protección delmedio ambiente se manifiesta como efecto espera-do del uso racional de los residuos agrícolas comofuente de energía, alimento animal, etc., con laimplementación de la tecnología.

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RAC-Preparado

RAC I RAC II RAC III

Hidrociclon

Hidrociclon

Hidrociclon

Tolva de alimentación

Expansor I

Expansor II

Expansor III Caña limpia

Figura 3. Diagrama de flujo. Instalación de limpieza de nuevo tipo.

Tabla 2. Tecnologías utilizadas en la preparación de los RAC.

Tecnologías

Parámetros de operación

Tamaño de partículas clase <11,64 mm %

Consumo de energía kWh/t

Capacidad t/h

1 Juego de cuchillas y 1 molino de 3 mazas 64 16,5 10-20

2 Juegos de cuchillas y 1 molino de 2 mazas

73 13,5 4-6

Basculador y tándem 100 78 50-60

Molino desmenuzador 87 20,4 4-6 Máquina PROMEZJAMCAS 70 - 75 5,5 5 - 10

Funcionamiento El modelo de tecnología descrito, es único en

su tipo, coherente con el sistema de cosecha con-siderado, al operar asociado a las instalaciones delimpieza de la caña. En la medida que los RAC vansiendo separados de la caña entran a un móduloneumático, pasando a los equipos de corte, segúnlos requerimientos del tamaño de partículas.

Los residuos preparados pueden ser entrega-dos directamente a los medios de transporte, a unaempacadora para su compactación o a cualquieraotra operación subsiguiente. Este sistema tecnoló-gico es totalmente mecanizado y fácil de automati-zar, lo que simplifica la mano de obra y equipos adi-cionales en la preparación y trasiego de los RAC enlas instalaciones de limpieza. Facilita también; laobtención de los RAC con mayor concentración(sin la incorporación de materiales extraños, como:tierra, piedras, etc.), la transportación, con mayordensidad y mayor eficiencia en el uso de losmedios de transporte.

CONCLUSIONES

La implementación de tecnologías con lascaracterísticas señaladas, facilita la recuperación yel uso racional de este recurso como fuente deenergía en la cogeneración y de materias primaspara la industria de los derivados con beneficioseconómicos, a la vez que constituye una soluciónalternativa a los problemas de contaminación delmedio ambiente por la quema indiscriminada deeste recurso renovable.

RECOMENDACIONES

Implementar la preparación de los RAC separa-dos en las instalaciones de limpieza de la caña, conla utilización racional de este recurso abundante yrenovable anualmente; como fuente de energía y/ómaterias primas para la industria de los derivados;como una solución alternativa a los problemas dela contaminación del medio ambiente por el uso decombustibles fósiles y la quema indiscriminada deeste recurso.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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55

56

Indira Pérez-Bérmudez, Héctor Navarro-Hernández, Norge Garrido-Carralero

Instituto Cubano de Investigaciones de los Derivados de la Caña de Azúcar. ICIDCA.Vía Blanca 804 y Carretera Central, San Miguel del Padrón, La Habana, Cuba

indira.perez@icidca.edu.cu

RESUMEN

Se analizó el efecto del tiempo perdido industrial (TPI) sobre las pérdidas de azúcar en proceso y surepercusión en la producción de azúcar y alcohol en un ingenio que procesa 9000 toneladas de caña pordía. El estudio de caso arrojó que un aumento del tiempo perdido provoca una disminución en el rendi-miento industrial de la fábrica que puede llegar a ser igual a 0,5 unidades porcentuales para un TPI del20 %. Por otra parte, las ganancias decrecen entre 5 y 21 % en un rango de tiempo perdido comprendi-do entre 5 y 20 %.

Palabras clave: Tiempo perdido industrial, pérdidas en proceso, economía.

ABSTRACT

The effect of industrial lost time (TPI) on the reduction of sugar in process and its impact alcohol andsugar output in a sugar mill processing 9000 ton of sugarcane per day was analyzed. The results sho-wed that an increase of lost time leads to a decrease of industrial yield as high as 0.5 percent units for aTPI of 20 %. On the other hand, economical gains decrease around 5 to 21 % for a lost time of 5 to 20%.

Keywords: Industry time delay, process losses, economy.

ICIDCA sobre los derivados de la caña de azúcar, 2014, vol. 48, no. 2 (mayo-agosto), pp. 56 - 59

Influencia del tiempo perdido industrial sobre la economía de los ingenios azucareros

NTRODUCCIÓN

Los indicadores económicos de una plantaindustrial son altamente dependientes del aprove-chamiento de la capacidad instalada. Las fábricasde azúcar no son la excepción y tienen la particu-laridad de que la materia prima básica (caña deazúcar) se deteriora fácilmente en el tiempo des-pués del corte (1). Paradas imprevistas de la indus-tria dan lugar a atrasos en el procesamiento de lacaña previamente cosechada y significan pérdidasde azúcar tanto en la caña como en el procesoindustrial. El propio deterioro de la caña da lugar a

la formación de no azúcares que limitan la recupe-ración de la sacarosa por la fábrica (2).

El incremento de las pérdidas de azúcar que seproduce en el central azucarero, como consecuen-cia de tiempo perdido industrial (en lo adelanteTPI), está especialmente localizado en las mielesfinales y en lo que comúnmente se define comoindeterminados. Al aumentar el TPI se favorecen lainversión de sacarosa y la formación de polisacári-dos (dextrana incluida) y oligosacáridos, reaccio-nes ambas promotoras de aumentos de la cantidadde miel y de su pureza.

Por otra parte, al producirse una interrupciónprolongada en el proceso industrial es común que

se "liquide" parte del material azucarado existenteen el proceso, lo que normalmente da lugar a pér-didas que se incluyen en la categoría de indetermi-nadas.

El presente trabajo analiza el efecto de la dis-minución del aprovechamiento de la capacidad ins-talada por concepto de TPI sobre la eficiencia yeconomía de una fábrica de azúcar.

MATERIALES Y MÉTODOS

En este trabajo se toma como referencia elempleo del esquema combinado azúcar- energía-alcohol mostrándose su ciclo de producción en lafigura 1.

Para este estudio que se propone se tomócomo base un complejo agroindustrial integradopor un ingenio azucarero de 9000 t de caña/d comocapacidad de molienda que destina la miel finalpara la producción de alcohol durante el período dezafra. Se consideró para todos los casos un tiempode operación de 120 días, tanto para el ingeniocomo para la destilería y que el bagazo sobranteserá utilizado en la generación de electricidad para

su venta al Sistema Electro-Energético Nacional(SEN) en tiempo de zafra. Adicionalmente, se asu-mió que el ingenio entrega a la destilería los servi-cios auxiliares (vapor y electricidad).

Para los cálculos se emplearon los valores pro-medios de operación de un ingenio en la zafra y seutilizaron hojas de Excel confeccionadas para rea-lizar los balances de masa y energía. La relaciónpara el cálculo de las pérdidas en proceso (agrupalas pérdidas en mieles y en indeterminados) fuerontomadas del análisis realizado previamente (3), apartir de los datos del comportamiento de estosparámetros en todos los ingenios del país en lazafra 2012-2013. Las premisas generales conside-radas se muestran en la tabla 1.

Solamente se tuvo en cuenta que la variacióndel aprovechamiento de la capacidad en el ingenioazucarero depende del aumento del tiempo perdi-do industrial, en el que 100 % de la capacidadcorresponde a un TPI de 0 % y 80 % a un TPI de20 %. El análisis técnico-económico se llevó a cabosegún variaciones del TPI de 5 unidades de por-ciento.

En cuanto a las pérdidas en proceso, la totali-dad de las pérdidas fueron adjudicadas a las

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BAGAZO

CAÑA

Plantación de caña

AZÚCAR

ELECTRICIDAD

MIEL

Destilería

ALCOHOL

VINAZA

Ingenio

Figura 1. Esquema general del ciclo de producción del esquemacombinado de energía-azúcar-alcohol.

Tabla 1. Premisas para el balance de masa y energía

Molienda (t/d) 9000 Cachaza, % caña 3,5

Días de zafra 120 Bagacillo, % caña 3,5

Fibra en caña 16,0 JF, % jugo mezclado 1,0

Agua imbibición, % caña 32,0 Lechada de cal (%) 1,15 Humedad bagazo 50,0 Presión caldera (bar man) 28

Pol bagazo 2,06 Temperatura (ºC) 300

Pureza jugo residual 73,0 Índice de consumo caldera (t vapor/t de bagazo) 2,2

°Bx de la caña 14,8 Presión vapor escape (bar man) 1,8

Pol en caña 12.5 Eficiencia de generación (%) 80

correspondientes por el efecto del TPI sobre laspérdidas en mieles finales e indeterminadas, alconsiderarse como las más sensibles ante varia-ciones de la variable independiente.

Para el análisis económico se fijaron lassiguientes premisas: • La moneda utilizada para el análisis es el actual

peso convertible en Cuba (CUC).• Tasa de cambio (1 USD = 1 CUC)• Los insumos, así como otras materias primas y

materiales, se sustentan en índices de consumopreviamente establecidos en las fichas de costoelaboradas por el grupo empresarial azucareroAzcuba (4).

• Los precios de los insumos (productos compra-dos o importados) se tomaron sobre la base delos precios establecidos por Azcuba (5).

• Para el cálculo de los ingresos por ventas, seutilizaron los precios de los productos en elmercado internacional, tomando como base elboletín "Mercado azucarero y más", emitidopor el Dpto. de Evaluación TécnicaEconómica del ICIDCA (6). Se consideró 0,18USD/lb para el azúcar crudo y 0,66 USD/Lpara el alcohol, reportados en el mes de juliode 2013.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

En la tabla 2 se muestran los valores de rendi-miento industrial y las pérdidas en el proceso.Como puede apreciarse el aumento del TPI provo-ca una disminución en el rendimiento industrial dela fábrica de hasta 0,5 unidades porcentuales para20 % de TPI. El incremento de las pérdidas en mie-les se relaciona con la destrucción de sacarosa porvías química y microbiológica, tanto en la cañaatrasada como en los materiales azucarados rete-nidos en el central, mientras que el aumento de lasindeterminadas se asocia con frecuentes liquida-ciones de los materiales en proceso.

En la figura 2 aparecen los valores en cuanto ala producción de azúcar y miel en el ingenio.Mientras mayor es el tiempo perdido menor será la

cantidad de azúcar producida, llegando a ser la dis-minución de 23 % para un 20 % de TPI, lo queequivale en este caso a unas 60 t/d de azúcar. Enel caso de la producción de miel final la disminuciónes menos acentuada, obteniéndose valores de 12t/d menos para igual valor de TPI.

El aumento del TPI en el ingenio favorece laproducción de alcohol ya que, aún cuando dismi-nuye la producción de miel final, se incrementa elcontenido de azúcares en la misma, siendo estemás elevado. La producción de alcohol (ilustradaen la figura 3) se incrementa en 138 hl/d para elvalor máximo de TPI asumido.

Desde el punto de vista económico, la influenciadel aumento del TPI en los costos de producción

58

Tabla 2. Comportamiento del rendimiento industrial y pérdidas en el proceso

TPI % 0 5 10 15 20

Aprovechamiento de la capacidad % 100 95 90 85 80 Rendimiento industrial % 11,24 11,11 10,97 10,87 10,75

Pérdidas en mieles, % pol en caña % 7,48 8,40 9,49 10,24 11,05 Pérdidas en indeterminados, % pol en caña

% 0,02 0,04 0,07 0,11 0,16

Pérdidas totales en proceso % 7,50 8,54 9,56 10,35 11,20

Figura 2. Producción de azúcar y miel final.

Figura 3. Producción de alcohol.

unitarios tanto para el azúcar como para el alcoholse muestran en la figura 4.

A medida que se incrementa el tiempo perdidoindustrial el costo de producción del azúcar aumen-ta. En este caso el costo de producción unitario deazúcar aumenta desde 155,87 USD/t hasta 162,82USD/t, lo que equivale a 4-5 % de incremento. Si seanaliza el costo de producción del alcohol, estetiene un comportamiento inverso, ya que la produc-

ción de alcohol se ve favorecida por el incrementode los azúcares en la miel final, obteniéndose unadisminución del costo de aproximadamente un 1,0% para el valor máximo del TPI considerado.

De la figura 5 puede apreciarse que tanto loscostos de producción totales del complejo como lasventas totales tienen algún nivel de disminución. Elbalance da lugar a una reducción de las gananciastotales que van desde un 5,15 % (TPI igual a 5 %)hasta un 20,74 % (TPI igual a 20%).

CONCLUSIONES

Las ganancias del complejo productor de azú-car y alcohol disminuyen apreciablemente en lamedida en que se incrementa el tiempo perdidoindustrial. Lo anterior está dado fundamentalmentepor la reducción del rendimiento industrial derivadodel incremento de las pérdidas en proceso. La dis-minución de ganancias en el caso objeto de estu-dio estuvo comprendida entre 5 y 21 % ante varia-ciones del TPI en el intervalo entre 5 y 20 %.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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5. Listado de precios de productos comprados oimportados, emitido por el departamento de pre-cios, AZCUBA, 2012.

6. Boletín "Mercado azucarero y más", emitido porel Dpto. de Evaluación Técnico Económica delICIDCA, Julio, 2013.

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Figura 4. Costos de producción unitarios.

Figura 5. Comportamiento de las ganancias anua-les del complejo agroindustrial.

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Eduardo Lorenzo Ramos-Suárez, Susana Ravelo-Bravo

Instituto Cubano de Investigaciones de los Derivados de la Caña de Azúcar. ICIDCA.Vía Blanca 804 y Carretera Central, San Miguel del Padrón, La Habana, Cuba

lorenzoe27@yahoo.com

RESUMEN

Se exponen los últimos resultados que se han obtenido durante los estudios de un grupo de variedadesde caña de azúcar, que luego del corte son capaces de transformar los azúcares que están presentes ensus jugos, en una mezcla de oligosacáridos con propiedades prebióticas. Se estudió la formación de lalactosacarosa por las enzimas de algunas de estas variedades de caña. Durante los estudios, emplean-do siropes preparados con diferentes mezclas de monosacáridos, se exploró la formación del trisacárido:[β -D-Galactopyranosil (1-4)-α -D-Glucopyranosil (1-2)-β- D-Fructofuranosyl]. (Lactosucrose). La mayorformación de lactosacarosa se logró usando siropes formados por mezclas de galactose y glucosa.

Palabras clave: Oligosacáridos, prebióticos, AIS, caña, variedades, HYDROMAG, edulcorantes.

ABSTRACT

In the present paper the latest results that have been obtained during studies of a group of sugarcanevarieties that after cutting are able to transform sugars normally present in their juices in a mixture of oli-gosaccharides with prebiotic properties. The lactosucrose formation by enzymes of some of these varie-ties of sugarcane was the main objective of this study. During the studies, syrups prepared using differentmixtures of monosaccharides were used to explored trisaccharide formation: (β-D-Galactopyranosil (1-4)-α-D-Glucopyranosil (1-2)-β-D-fructofuranosyl], (Lactosucrose). The increased formation of lactosucrosewas achieved when mixtures of Galactose and Glucose syrups were used.

Keywords: Oligosaccharides, prebiotics, SAS, cane, variaties, HYDROMAG, sweeteners.

ICIDCA sobre los derivados de la caña de azúcar, 2014, vol. 48, no. 2 (mayo-agosto), pp. 60 - 62

La caña de azúcar como fuente de lactosacarosa

INTRODUCCIÓN

La industria azucarera ha sido por muchos añosuna fuente sobresaliente de sacarosa para lahumanidad, disacárido de notables propiedadesedulcorantes que ofrece una fuente importante decalorías. No obstante, los productos sintéticos conalto poder edulcorante y bajo poder calórico, hanpresentado una opción para evitar o disminuir lasenfermedades relacionadas con la obesidad y hancubierto una buena parte del mercado.

Hoy día conocemos que la caña de azúcar nosolo acumula en sus jugos sacarosa sino tambiénsintetiza enzimas capaces de formar una serie deoligosacáridos derivados de la sacarosa, como sonlos tres isómeros de la kestosas: la rafinosa, la lac-tosacarosa y el disacárido trehalosa (1-3).

Por otra parte, se ha determinado que estos oli-gosacáridos son impurezas peligrosas para la fábri-ca de azúcares pues disminuyen su eficiencia yson responsables de la aparición de los cristales desacarosa alargados (3-8).

Los oligosacáridos mencionados tienen propie-dades prebióticos, lo que significa que mejoran lasalud del hombre (9,10) y por tanto inducen a estu-dios sobre las posibilidades de sintetizarlos a partirde sacarosa o mezcla de monosacáridos usandolas propias enzimas de la caña.

En este artículo se discuten algunos resultadosque se han obtenidos usando las enzimas de algu-nas variedades de caña para transformar la saca-rosa y algunos monosacáridos en lactosacarosa.

MATERIALES Y MÉTODOS

Los experimentos se llevaron a cabo con cañasfrescas de algunas variedades que muestran unagran tendencia a autodegradarse luego del corte(2). Las cañas se cortaron manualmente en loscampos que la suministran a la fábrica de azúcarManuel Fajardo en la provincia Mayabeque e inme-diatamente fueron desfibradas y prensadas.

La separación cromatográfica de los diferentesazúcares se realizó usando una columna rellenacon hidroxiapatita esférica con partículas de 50-60µm (4). La fase estacionaria se dispersó en unasolución hidroalcohólica (85 %) y finalmente seempleó para rellenar una columna semi-preparativade 2,5 x 12 cm con una capacidad máxima de 30mg de oligosacáridos.

Para determinar la concentración de oligosacá-ridos en las muestras se uso la columna anteriorsiguiendo la metodología reportada previamentepor los autores (4,6).

La separación y cuantificación de los oligosacá-ridos presentes en los jugos fue realizada usandoun gradiente alcohólico entre 90 y 30 % en un volu-men total de 500 ml usando una velocidad de flujode 4 ml/min. La determinación de la concentraciónde oligosacáridos se realizó usando el métodocolorimétrico de antrona-sulfúrico (11).

Durante las pruebas realizadas para determinarla capacidad del sistema enzimático de la caña,responsable de transformar los azucares presentesen sus jugos (monosacáridos y la sacarosa) en lamezcla de oligosacáridos, que se observan des-pués del corte; se utilizaron (25 x 2,5 cm, 45 x 5cm) columnas rellenas con bagazo, material quefue tratado, previamente para lograr la adsorciónde las enzimas.

A través de la columna se bombearon, siropesde diferentes azucares (sacarosa, glucosa, galac-tosa y fructosa) a diferentes pH y temperaturas,reguladas entre 40 y 70 °C mediante un termosta-to; para el bombe se utilizó una bomba peristáltica,y se mantuvo un ciclo cerrado por diferentes perío-dos (de uno a seis días).

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Las tablas 1 - 5 muestran la formación de lacto-sacarosa a partir de sacarosa o de diferentesmonosacáridos, utilizando las enzimas de las cincovariedades de caña más propensas a formar oligo-sacáridos en sus jugos, las que han sido seleccio-nadas entre las 92 variedades estudiadas.

Los resultados que se muestran en las tablas,evidencian que la primera variedad (A, 12 meses,caña planta), representa el mayor incremento de laformación de lactosacarosa por lo que la mezcla,es decir el resultado obtenido, usando un sirope degalactosa y glucosa conduce a los mejores resulta-dos.

61

Tabla 1. Variedad A, 12 meses, caña planta

Siropes, 50 % p/p

Relación de la lactosacarosa formada con la obtenida utilizando un sirope con 50 % de sacarosa

Mezcla 1:1 fructosa/glucosa 1

Galactosa 8

Mezcla 1:1 galactosa/glucosa

10

Tabla 2. Variedad B, 12 meses, caña planta

Siropes, 50 % p/p

Relación de la lactosacarosa formada con la obtenida utilizando un sirope con 50 % de sacarosa

Mezcla 1:1 fructosa/glucosa 1

Galactosa 2

Mezcla 1:1 galactosa/glucosa 2

Tabla 3. Variedad C, 12 meses, caña planta

Siropes, 50 % p/p

Relación de la lactosacarosa formada con la obtenida utilizando un sirope con 50 % de sacarosa

Mezcla 1:1 fructosa/glucosa 1

Galactosa 2

Mezcla 1:1 galactosa/glucosa 3

CONCLUSIONES

1) Usar las enzimas de la caña es una vía prome-tedora de obtener los oligosacáridos con pro-piedades prebióticas de la caña de azúcar.

2) La óptima producción de lactosacarosa se lograseleccionando variedades de caña capaces deformar este oligosacáridos y usando mezclas1:1 de galactosa y glucosa.

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Tabla 4. Variedad D, 16 meses, primer retoño

Siropes, 50 % p/p

Relación de la lactosacarosa formada con la obtenida utilizando un sirope con 50 % de sacarosa

Mezcla 1:1 fructosa/glucosa 1

Galactosa 1

Mezcla 1:1 galactosa/glucosa

2

Tabla 5. Variedad E, 16 meses, primer retoño

Siropes, 50 % p/p

Relación de la lactosacarosa formada con la obtenida utilizando un sirope con 50 % de sacarosa

Mezcla 1:1 fructosa/glucosa 1

Galactosa 3

Mezcla 1:1 galactosa/glucosa 3

Publicación que difunde el quehacer institucional, ofrece además noticias relacionadas

con la industria azucarera y de derivados.

Puede suscribirse o colaborar con nosotros.

Escriba a: lesie.garcia@icidca.edu.cu

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Carmen Amarilys Guevara-Rodríguez1, Antonio Bell-García1, Danilesvy Mijares-Mena2, Irma Ramos-Pousa1

1. Instituto Cubano de Investigaciones de los Derivados de la Caña de Azúcar. ICIDCAVía Blanca 804 y Carretera Central, San Miguel del Padrón, La Habana, Cuba

amarilys.guevara@icidca.edu.cu2. Empresa de Servicios Técnicos Industriales (ZETI). UEB Asistencia Técnica

Calle 27 y B, Vedado, La Habana, Cuba

RESUMEN

El objetivo del trabajo radica en el diseño de un sistema integrado de procesos tecnológicos aprove-chando las producciones establecidas en la unidad empresarial de base de derivados (UEBD) AntonioSánchez, combinadas con nuevas tecnologías para el aprovechamiento óptimo de los productos, sub-productos y residuales, de la producción de alcohol y producciones agrícolas para la fabricacióny formu-lación de alimentos secos balanceados, alcanzando producciones de 3350 t/año de piensos o núcleossegún el caso, en los cuales participan además de la levadura forrajera (Candida utilis NRRL Y-660), gra-nos, salvado de arroz y otros, que en conjunto representan ahorros de importaciones por valor de 1,8millones de dólares, resultando el proyecto viable económicamente y sostenible para el medio ambiente.

Palabras clave: integración de procesos, derivados, alimento animal, piensos, núcleos.

ABSTRACT

In present paper the development of a technological processing the current productions in AntonioSánchez sugar mill is presented. The process comprises the optimal utilization of ethanol-production by-products and residuals combined with fodder yeast (Candida utilis NRRL Y-660), as well as, other pro-ducts and by products from agricultural crops such as: grains and rice to produce formulations of differentdry concentrated animal rations around 3350 t/year.These entire production permit the substitution ofimported products, with and savings of almost 1.8 million dollars. The whole process turned out to be envi-ronmentally friendly and sustainable.

Keywords: integrated processes, derivatives, animal feedstock, nucleus fodder yeast.

ICIDCA sobre los derivados de la caña de azúcar, 2014, vol. 48, no. 2 (mayo-agosto), pp. 63 - 68

Integración de procesos para la producción sostenible de alimento animal en la UEB "Antonio Sánchez"

INTRODUCCIÓN

En Cuba la incidencia de esquemas combina-dos para la producción de azúcar-alcohol-levaduraforrajera y energía, como sistema de tratamiento delos residuales en la producción de alcohol, ha per-mitido resolver los aspectos negativos más impor-

tantes que gravan estas tecnologías por sí solas,entregar volúmenes significativos de electricidad alsistema electro-energético nacional y ahorrarpetróleo en los esquemas productivos alcohol-planta de levadura (1).

También tradicionalmente se han desarrolladode forma aislada diferentes tecnologías, según las

condiciones particulares de cada central, para lafabricación de alimento animal a partir de los sub-productos generados en el proceso de obtenciónde azúcar y derivados como el alcohol; viéndoseafectada, a partir de la década de los noventa, laproducción y el aprovechamiento eficiente, por elmal estado de la tecnología, la no complementa-ción de estos alimentos con cereales, granos pro-teicos, minerales y vitaminas, para cubrir los reque-rimientos nutricionales de los animales, así como ladistancia entre las unidades ganaderas y las plan-tas de producción de alimentos.

Han faltado estudios con profundidad equiva-lente y el compendio, en forma coherente, paraimplantar sistemas en la agroindustria de la cañade azúcar para la producción de alimento animal yhumano, a pesar de conocerse que el aprovecha-miento de los residuos y subproductos generadospor la agroindustria azucarera, complementadoscon agrícolas y reconvertidos a productos con valoragregado, redunda beneficiosamente para la eco-nomía empresarial, ayuda a resolver los problemasmás graves que enfrenta la ganadería cubanacomo la falta de alimento, que compromete seria-mente el futuro de la actividad, el medio ambientey el beneficio de la sociedad, máxime si se tiene encuenta que cada día los periodos de seca son cadavez más extensos y los cereales y harinas protei-cas, en el mercado internacional, menos abundan-tes y más caros (2). Por citar un ejemplo (tabla1), laevolución de los precios, en el mercado mundial,de cinco alimentos básicos de importación enCuba, tiene un 45 % de incremento, en más del 80% de los mismos.

Se considera necesario enfatizar que la produc-ción de alimentos secos balanceados no solopuede estar conformada por productos, subproduc-tos y derivados de la agroindustria azucarera, esimportante también la presencia de otras fuentesde carbohidratos y proteína procedentes de loscereales y sus subproductos, leguminosas, harinasproteicas, así como en menor cuantía los mineralesy las vitaminas, para satisfacer los requerimientosnutricionales de los animales.

La producción de alimentos balanceadossecos, desde el punto de vista de los ingredientes

utilizados, puede no ser rentable como única pro-ducción, es por eso que siempre se consideró den-tro del proyecto general como una premisa y esfundamental para la alimentación de la masa gana-dera generadora de valor agregado, por sus pro-ducciones de carne y leche, destinadas al balancenacional para la alimentación del pueblo y/o la sus-titución de importaciones.

Teniendo en cuenta las condiciones externas einternas que impactan hoy a la economía cubana,en general y a la agricultura cañera y no cañera, enparticular, es inminente el cambio de modelo ymentalidad de agricultura de altos insumos, al dise-ño de un nuevo paradigma y cultura agropecuaria eindustrial, orientada a sistemas sostenibles enarmonía con el medio ambiente, en función de laspotencialidades naturales de cada lugar, que propi-cie el uso eficiente de los recursos y condicioneslocales, que biodiversifique, recicle energía ynutrientes, a través de la integración ganadería-agricultura, cerrando ciclos, y disminuyendo el usode insumos externos con el fin de recuperar lacapacidad productiva, elevar los rendimientos y lacalidad de las producciones agropecuarias, convisión estratégica para el aporte de soluciones, queconduzcan a la autosuficiencia alimentaria.

Considerando lo anteriormente expuesto y lapolítica económica y social del país (4), que sitúanla producción de azúcar, derivados de la caña, ali-mento animal y el medio ambiente en un lugar pre-ponderante, se estableció como objetivo del traba-jo, evaluar un sistema tecnológico de integraciónde procesos para la producción de alimento animal(piensos y/o núcleos), con derivados de la caña deazúcar y agrícolas, económicamente viable.

MATERIALES Y MÉTODOS

Se eligió a la unidad empresarial de base dederivados (UEBD) "Antonio Sánchez" como polígo-no para el desarrollo de un sistema sostenible parala producción de alimento animal balanceado, enlas diferentes especies de animales y sus categorí-as consideradas en el desarrollo pecuario dentrodel proyecto, tomando como punto de partida la

existencia de un centralazucarero, una destileríay una planta de levaduraforrajera (Candida utilisNRRL Y-660) que utilizacomo sustrato la vinaza.

El proyecto ejecutadoen su integralidad se iniciócon la sostenibilidad delas producciones existen-tes, situando la produc-

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Tabla 1. Precios en el mercado mundial de cinco alimentos básicos de importación (USD/TM) (3)

Producto Precio promedio

2010 Precio actual

2011 Diferencias

Trigo 280 411 + 131 (+ 47 %) Maíz 240 388 + 148 (+ 62 %) Harina de soya 412 433 + 21 (+ 5 %) Aceite de soya 992 1 442 + 450 (+ 45 %) Leche en polvo 3 125 4 930 + 1 805 (+ 58 %)

ción de alimento animal con el uso de los derivadosde la caña de azúcar, complementados con sub-productos y productos agrícolas como la primeracuestión a lograr a partir del desarrollo de unesquema agroindustrial (fig.1) con la rehabilitacióny creación de nuevas plantas para la producción dematerias primas y alimentos., siendo necesario laelaboración de la ingeniería conceptual de la fábri-ca de piensos, el diseño de una finca de granos ydel equipamiento necesario para el procesamientode arroz cultivado en el territorio, las formulacionesde alimentos balanceados, a suministrar a la masaganadera cuantificada dentro del proyecto general.

Se realizaron inversiones para la rehabilitaciónde la planta de levadura, así como para enfrentarnuevas adquisiciones entre las que se destacan;una planta para la producción de los alimentosbalanceados, una pequeña finca para el cultivo degranos según las tecnologías de producción delMinag (5, 6), así como el equipamiento y la logísti-ca necesarias para el procesamiento del arroz enalianza con los productores privados de la zona,

vinculados a la producción de arroz popular. Lafigura 1 muestra el esquema integral del desarrolloplanteado.

La planta de alimentos concentrados se conci-bió de acuerdo con procesos contemporáneos, decarácter automático, siendo la primera de su tipoen el grupo Azcuba. Esta, por sus característicastecnológicas permite la producción de alimentosconcentrados balanceados (núcleos y piensos)para bovinos y porcinos, de manera que sus apor-tes de nutrientes satisfagan los requerimientosnutricionales de la especie y categoría destinados ydonde la fuente de proteína que prevalece es lalevadura forrajera obtenida a partir de vinazas, entanto que la fuente de carbohidratos fundamentalutilizada sean los granos producidos localmente y/olos subproductos del arroz.

El flujo tecnológico de la planta se sustentacomo la mayoría de su tipo en las siguientes ope-raciones: molida o molturado de todas las materiasprimas en un molino centrífugo, con integración delas diferentes corrientes que participan en el ali-

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INVERSIONES SECTOR INDUSTRIAL INVERSIONES SECTOR AGRICOLA

Planta de Levadura

torula

Planta de Piensos

Finca de grano

Cultivos Sorgo, Maíz

Secador de grano Molino de grano

Equipo

s Aseguram

iento Transportación y M

ecanización

Camión Cisterna Camión Tolva Camión c/Remolque

Reparación o Rehabilitación

Nuevas

Equ

ipos A

seguramien

to Transportación y

Mecanización

Sistema de riego electrificado

Logística

0

Figura 1. Esquema integral de desarrollo.

Figura 2. Esquema de la planta de alimentos balanceados.

mento y la mezcla, según formulación típica en unamezcladora vertical con capacidad para una tone-lada. El producto final es ensacado, cosido y ubi-cado en los almacenes destinados para ello.También se dispone de silos y almacenes destina-dos para las materias primas y aditivos (cereales,subproducto de trigo, fosfatos, cloruro de colina,levadura torula, cloruro de sodio y premezclas). Enla figura 2 se muestra el esquema del flujo produc-tivo de la planta.

La instalación cuenta además, con facilidadesrequeridas para el pesaje de las materias primasque llegan a la planta, en este caso procedentes,indistintamente, del puerto, proveedores agrícolaso industriales, así como el control de salida de lasproducciones terminadas.

Las formulaciones para los alimentos balancea-dos a producir en la planta, se calcularon conayuda del sistema computacional NUTRION-5 (7),y/o de forma manual para obtener un alimento ópti-mo, integrado como mínimo por un 80 % de sub-productos y productos de la agroindustria azucare-ra y agrícolas producidos en el territorio, con unmínimo de componentes importados, cuyos apor-tes nutritivos cubran los requerimientos nutriciona-les de la especie y las diferentes categorías a ali-mentar, propuestos por el NRC (8).

A continuación se detallan, los alimentos base afabricar en la planta:Núcleo (activador ruminal) para rumiantes (vacas y

toros en ceba), compuesto por: levadura forraje-ra partir de vinazas, urea, sorgo, salvado dearroz, fosfatos, carbonatos, azufre, cloruro desodio y la premezcla vitamínico-mineral y apare-ce representado en la tabla 2.

Pienso criollo para vacas lecheras, formado por:harina de maíz y/o de sorgo, salvado de arroz,fosfatos, levadura forrajera, carbonatos, clorurode sodio, premezcla vitamínico-mineral (33A-022), cloruro de colina. El aporte de nutrientesse refleja en la tabla 3.

Pienso criollo y/o núcleo para la categoría de creci-

miento y ceba porcina (76 -210 días) formadopor: harina de maíz y/o de sorgo, salvado dearroz, fosfatos, levadura forrajera carbonatos,cloruro de sodio, premezcla vitamínico-mineral,cloruro de colina). El aporte de nutrientes semuestra en la tabla 4.

Con la producción de alimento balanceado, sepuede alimentar una población animal de 400-500reproductoras porcinas con sus descendientes,asumiendo una ganancia de peso vivo mínimo de600 gramos/día y 1000 cabezas de bovinos duran-te todo el año con ganancias de peso estimadas de1-1,2 kg/día en la ceba de toro, período en el cualla totalidad de las producciones brindan utilidadesque hacen viable, económicamente a este esque-ma productivo. Para el cálculo económico del pro-yecto general, se tuvieron en cuenta las fichas decostos establecidas por la dirección de planifica-ción, economía y contabilidad del Minaz en 2011(9), y los costos de importación de las materias pri-mas y alimentos fijados por Alimport para el año2011(10).

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Como resultado se materializó un desarrolloagroindustrial y pecuario integral, donde se logranproducciones combinadas en un ciclo cerrado, conun desarrollo local significativo sobre una baseecológicamente sustentable. Esta solución no sehabía enfocado como un sistema integral a gran

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Tabla 2. Aportes nutritivos del núcleo para bovinos

Aportes % UM Materia seca % 90,5 Proteína bruta (N x 6,25) % 40- 44,1 Calcio % 1,6 Fósforo % 1,4 Magnesio % 0,6 Azufre % 0,7 Energía metabolizable Mcal/kg 2,1- 2.7

Tabla 3. Aportes nutritivos del pienso para bovinos

Aportes UM Materia seca % 88 Proteína bruta % 14 - 21 E. metabolizable Mcal/kg 2,9 - 3,3 Calcio total % 0,5-1,3 Fósforo total % 0,6 - 0,9

Tabla 4. Aporte de nutrientes del pienso y/o núcleo porcino

Aportes UM Materia seca % 88

Proteína bruta % 16 - 32 Calcio % 0.85 -1.10 Fósforo % 0,68- 0,80 E. Metabolizable Mcal/kg 2,9 – 3.4

escala, en una unidad de producción azucarera,aunque han existido y se ha dado a conocer porotros autores (11 - 13), intentos de integración par-cial y producciones de forma aisladas, en peque-ños productores y/o unidades productoras.

El esquema que mejor representa la concep-ción del sistema es el que aparece en la figura 3,en el cual se cumple lo planteado por otros autores(12, 14), quienes aseveraron, que los desechos deun proceso pueden ser la materia prima de otro yasí sucesivamente hasta formar un ciclo cerrado.

Los elementos que se han asumido para el cál-culo de los ingredientes que sustentan el programason los siguientes:

La producción de alcohol a partir de las mielesde caña constituye, en general, un objetivo obliga-do en cualquier esquema de diversificación de laagroindustria azucarera, asociada a las tendenciasmundiales favorables de su comercialización,necesidades dentro del mercado nacional para laproducción de ron y de aguardiente y potencialida-des como carburante sustitutivo o desarrollo de laalcoquímica. Por otra parte, el tratamiento de susresiduales viabiliza localmente la disminución decostos de la producción de proteínas. Por esta vía,se pueden obtener como promedio en beneficio4500 toneladas anuales de levadura forrajera devinaza lo que constituye una fuente de proteína,aminoácidos, y vitaminas del complejo B. Sus apor-tes en nutrientes permiten sustituir la importaciónde la misma cantidad de harina de soya lo querepresenta un ahorro de 1,2 MM USD (3), segúnlos precios de importación.

La disminución de la contaminación ambientales otra de las ventajas del uso de la vinaza, pues

en el proceso de producción de esta levadura hayremoción directa de más de 60 % de la DemandaQuímica de Oxígeno (DQO) que provocan los des-echos de la destilería, siendo notorio el beneficioambiental, sobre todo cuando se incrementa la pro-ducción de alcohol (1). a. Por el servicio prestado a los productores de

arroz, (secado y molinado del grano), la obten-ción de 3000 t de salvado, como resultado delprocesamiento de 30000 t de arroz bs/año.

b. La producción de 1656,6 t/año de granos (sorgo,maíz, etc.) en la finca y de 3000 t/año del salva-do de arroz, permitirá la sustitución de importa-ción de 4600 t de cereales, que significa un aho-rro de 1,8 MM USD, considerando como refe-rencia los valores de importación del maíz (4), yel costo de producción determinado en la fichasde costo de Azcuba (9).

c. La producción (10 t/día de núcleos y/o piensoscriollos en 8 horas de trabajo) en la planta dealimentos balanceados, significa un total anualde 3350 t/año como mínimo, que se puedeincrementar con un segundo turno en la planta,e incrementar la utilidad producida por la inver-sión.

d. Los alimentos producidos tienen como caracte-rística primordial que el 80 % de sus ingredien-tes, lo constituyen materias primas producidasdentro del esquema de desarrollo concebidopara la UEBD y con un mínimo de componentesimportados.

e. La masa ganadera (porcina y vacuna) alimenta-da con los alimentos balanceados, mieles yforrajes obtenidos en la agroindustria cañera(residuos del centro de acopio y/o de limpieza,otros) según los sistemas tecnológicos de ali-mentación recomendados por algunos autores(15 - 17), la producción de carne y leche obteni-da, permitirá la sustitución de importaciones porun valor mínimo de 1,2 MM USD anualmente,según los precios en el mercado internacionalde las materias primas utilizadas en los piensosy de alimentos como la leche entera (3).

Con este trabajo se esbozó cómo se concibióla producción de alimento animal (piensos, nú-cleos) combinando materias primas de diferentesorígenes, que permitiera alimentar la masa gana-dera cuantificada dentro del proyecto general.Esta producción se justifica por la sustitución deimportaciones, y el valor agregado obtenido porlas producciones ganaderas, reportándose flujosmonetarios positivos al registrar beneficios en suvida útil para la moneda analizada, que permitie-ron que el capital invertido y el capital social sefinanciarán con los resultados obtenidos por lainversión.

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Figura 3. Diseño de la integración de los procesos.

CONCLUSIONES

1. Se logra por vez primera en una UEBD, dentrodel sector azucarero cubano, ejecutar un siste-ma tecnológico que integre procesos agroindus-triales azucareros y agrícolas para producir deforma sostenible y sustentable ecológicamentealimentos balanceados.

2. Se obtiene la producción de 3350t/año de ali-mentos balanceados constituidos en un 80 %por materias primas producidas localmente.

3. Con este sistema se logra un desarrollo pecua-rio local sostenible, de gran impacto social yeconómicamente viable.

RECOMENDACIONES

Ejecutar este proyecto en todas las UnidadesEmpresariales de Base Derivados (UEBD) y azu-careras, teniendo en cuenta los resultados positi-vos que tiene para la economía del país.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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Vladimir Núñez-Caraballo1, Mayra C. Morales-Pérez2, Julio Pedraza-Gárciga2, Idalberto Herrera-Moya2, Dianelly Alejo-Sánches2

1. Centro Meteorológico Provincial de Villa Clara, Cuba. 2. Universidad Central "Marta Abreu" de Las Villas,

Martha Abreu 59 altos, esquina Juan Bruno Zayas, Santa Clara, Villa Clara. Cuba. vladimir.nunez@vcl.insmet.cu

RESUMEN

En el año 2013, el material particulado con masa de diámetro medio aerodinámico menor o igual a 10 y2,5 micrómetros respectivamente (PM10, PM2,5) representan las mayores emisiones de contaminantesa la atmósfera por las fuentes fijas en Villa Clara. Los centrales azucareros y las refinerías son los máxi-mos responsables, debido al elevado consumo de bagazo como combustible. Los objetivos trazados eneste trabajo son, cuantificar la carga contaminante de PM10 y PM2,5 emitida por estas fuentes, deter-minar el porcentaje que representan las emisiones del total de la provincia, municipios, organismos y portipo de combustible. El método aplicado para determinar la emisión es a través de factores de emisiónde contaminantes del aire de la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos. Los resultadosde las once fuentes de Azcuba (4 % del inventario del territorio), emiten 3 256,732 t de PM10 (84 %) y1 858,493 t de PM2,5 (96 %), entre los trece organismos el PM10 constituye el 82 % y el PM2,5 el 92%, Encrucijada es el municipio de mayor emisión de PM10 con 586,339 t (18 %) y 334,601 t de PM2,5(18 %); por combustibles, las emisiones del bagazo constituyen para el PM10 el 82 % y para el PM2,5el 92 %.

Palabras clave: material particulado, PM10, PM2,5, emisión de contaminantes.

ABSTRACT

In the year 2013, the particulates material with mass of smaller half aerodynamic diameter or similar to 10and 2.5 micrometers respectively (PM10, PM2.5) represent the biggest emissions of pollutants to theatmosphere for the fixed sources in Villa Clara, the sugar power stations and refineries are the main res-ponsible, due to the high trash consumption like fuel. The objectives layouts in this work are, to quantifythe polluting load of PM10 and PM2.5 emitted by these sources, to determine the percentage that repre-sent the emissions of the total of the county, municipalities, organisms and for type of fuel. The methodapplied to determine the emission is through Factors of Emission of pollutants of the air of the Agency ofEnvironmental Protection of the United States. The results of the eleven sources of Azcuba factory (4 %of the inventory of the territory), emit of PM10 3 256,732 t (84 %) and of PM2.5 1 858,493 t (96 %), amongthe thirteen Organisms the PM10 constitutes 82 % and the PM2.5 92 %, Encrucijada is the municipality ofmore emission for the PM10 with 586,339 t (18 %) and of PM2.5 334,601 t (18 %), for fuels, the emissionsof the trash constitute for the PM10 82 % and PM2,5 92 %.

Key words: particulates material, PM10, PM2,5, emission of pollutants.

ICIDCA sobre los derivados de la caña de azúcar, 2014, vol. 48, no. 2 (mayo-agosto), pp. 69 -74

Emisiones a la atmósfera de material particulado de centrales azucareros y refinerías de azúcar en la provincia de Villa Clara

INTRODUCCIÓN

La responsabilidad ambiental es un tema críticoal que debe hacer frente la industria en este siglo.Producir eficientemente ya no es suficiente, esnecesario ser ambientalmente responsable. Paraello, el uso eficiente de los recursos naturales y lareducción del impacto ambiental, son temas funda-mentales.

Dentro de los graves problemas ambientales aque están expuestos los ecosistemas, incluyendoal hombre a nivel mundial y que se ha agudizado apartir de la mitad del siglo pasado, está la contami-nación atmosférica, principalmente originada por laactividad antropogénica, dada por la quema decombustibles fósiles, el crecimiento y desarrolloindustrial y del transporte, superando la capacidadasimiladora y regeneradora de la naturaleza. Sudefinición está dada por la presencia de determina-das sustancias o formas de energía a concentra-ciones más elevadas que las normales en laatmósfera (1, 2).

El material particulado incluye a las PartículasTotales Suspendidas (PTS), que tienen un diámetroaerodinámico "da" ≥ 10 µm, el PM10 (partículastorácicas) con "da" ≤ 10 µm, PM2,5 (partículas res-pirables) con "da" ≤ 2,5 µm, PM1 con "da" ≤ 1µm yPM0,1 (partículas ultrafinas) con "da" ≤ 0,1 µm (3-5). El tamaño de las partículas es determinante porsus efectos en la salud humana, por su diferentecapacidad de penetración en el árbol respiratorio ypor su permanencia en suspensión en el aire.Cuanto más pequeña es una partícula, más tiempopermanecerá suspendida en el aire y más profun-damente penetrará en el pulmón. El límite de respi-rabilidad de las partículas se ha fijado en formamás o menos arbitraria en un diámetro aerodinámi-co de diez micrones (6). Las partículas mayoresque ese tamaño son retenidas en la parte superiordel árbol respiratorio y son expulsadas al exteriorpor la tos y el movimiento de los cilios de las célu-las epiteliales (6, 7). Las de menor tamaño pene-tran profundamente y pueden permanecer en losalvéolos pulmonares por años o para siempre. Elefecto del material particulado en el pulmón esfuertemente irritante. Los filosos bordes de las par-tículas de sílice irritan la mucosa respiratoria einducen a cambios que pueden ser permanentes yque en determinados casos se asemejan a meta-plasmas (6-10).

Entre las fuentes principales de emisión dePM10 y PM2,5 está la industria, la construcción, lacombustión en los automóviles, comercio, polvoresuspendido y la quema agrícola. Estas partículasse mantienen en la atmósfera durante períodos detiempo largos debido a sus bajas velocidades desedimentación, por lo que son transportadas a lar-

gas distancias de sus orígenes, las emisionesdependen de la unidad de combustión y del conte-nido de ceniza (específicamente en el carbón y enlos combustibles líquidos destilados) o del conteni-do de azufre en el combustible (en combustibleslíquidos residuales) (3, 7, 11-13)

Para Cuba y específicamente para la provinciade Villa Clara, la caña y el azúcar forman una parteintegral de su historia, cultura y tradición. El azúcarde caña fue el producto principal en la economíacubana hasta finales del siglo pasado. La caña seha sembrado históricamente, con el fin básico deproducir y comercializar azúcar, obtener derivadosy por último generar energía eléctrica. En el proce-so de combustión del bagazo se produce una ele-vada emisión de contaminantes (14).

Situación problémicaLos centrales azucareros y las refinerías de

azúcar en la provincia de Villa Clara, están emitien-do a la atmósfera volúmenes elevados de PM10 yPM2,5, que no están cuantificados y probablemen-te incidan en la calidad del aire de los asentamien-tos poblacionales cercanos a estas.

Importancia de la investigaciónSe crean las bases para comenzar la sensibili-

zación, concientización y motivación por la emisiónde contaminantes atmosféricos en la provincia deVilla Clara y su posterior estudio y aplicación deacciones de minimización que contribuyan a ate-nuar la situación existente.

Los inventarios de emisiones de contaminantesa la atmósfera son indispensables para las activi-dades de gestión y toma de decisiones en materiade calidad del aire a nivel local, regional y global,no solo porque ayudan a identificar la problemáticasino también porque son un instrumento que per-mite evaluar el impacto de las medidas de controlaplicadas a la problemática (15, 16).

Los factores de emisión, en muchas ocasiones,son el mejor método o el único disponible para esti-mar emisiones a pesar de sus limitaciones. Un fac-tor de emisión es una relación entre la cantidad decontaminantes emitidos a la atmósfera y el nivel deactividad asociado con dicha emisión. El nivel deactividad puede ser, por ejemplo, una tasa de pro-ducción o la cantidad de combustible consumido.Si se conoce el factor de emisión y el nivel de acti-vidad correspondiente, es posible hacer una esti-mación de las emisiones. El uso de factores deemisión es directo cuando la relación entre la infor-mación del proceso y las emisiones es directa yrelativamente simple (17).

Una de las principales referencias sobre los fac-tores de emisión para contaminantes criterio es AP-42, que también contiene factores de emisión para

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un número limitado de contaminantes tóxicos orgá-nicos e inorgánicos (18). Una base de datos elec-trónica de los factores de emisión puede encontrar-se en el Sistema de Recuperación de Informaciónsobre Factores (Factor Information RetrievalSystem - FIRE), que contiene los mismos factoresde emisión para contaminantes criterio que el AP-42 (19), así como algunos factores de emisión paracontaminantes tóxicos a partir de diversos tipos defuentes. El sistema FIRE está disponible en forma-to electrónico en el Sistema de Boletines (BulletinBoard System - BBS) de la Cámara deCompensación para Inventarios y Factores deEmisión (Clearinghouse for Inventories andEmission Factors - CHIEF). El sistema FIRE, asícomo el AP-42, están disponibles en el Cd-Rom AirChief (19, 20).

En la provincia de Villa Clara, el inventario defuentes fijas desarrollado a partir del año 2006constituye la base fundamental para la ejecución yactualización del inventario de emisiones, permi-tiendo identificar la carga contaminante de PM10 yPM2,5 por entidades, sus principales característicastecnológicas, técnicas y de proceso que dan lugara las mismas, así como el deterioro que casi todas(87 %) causan a la calidad del aire en zonas cer-canas a estas (21-24).

La deposición de PM10 y PM2,5 descargado almedio ambiente, depende de las condiciones me-teorológicas que predominan en la capa atmosféri-ca más cercana a la tierra y está controlada por losvalores de velocidad y dirección del viento, la esta-bilidad atmosférica y la temperatura (24).

MATERIALES Y MÉTODOS

La industria azucarera activa en la zafra 2012 -2013 de la provincia de Villa Clara se realiza con

once fuentes fijas principales pertenecientes aAzcuba, de ellas ocho trabajan en la producción deazúcar crudo y tres refinan azúcar, las mismas semuestran en la tabla 1, donde se referencia sunombre, código, ubicación territorial y densidad depoblación, los datos corresponden al inventario defuentes fijas del territorio con cierre en el año 2013,elaborado por el Centro Meteorológico Provincialde Villa Clara y la información de los centrales yrefinerías ha sido suministrada por la dirección deAzcuba de esta provincia (25).

La estimación de la emisión de PM10 y PM2,5,se realiza a través de factores de emisión de AP-42, teniendo en cuenta para su selección que laemisión se realiza de forma incontrolada y que elcombustible es bagazo de caña de azúcar, estosfactores de emisión se han puesto en práctica envarios países, tales como Brasil, Colombia, Méxicoy otros. El FE es 5,590 g/kg de bagazo quemadopara PM10 y 3,19 g/kg de bagazo quemado paraPM2,5, según la literatura (20).

El algoritmo básico para la estimación de laemisión, aplicando un factor de emisiones no con-troladas es:

E = A × FE

Donde:E: emisión de contaminantes (generalmente expre-

sada en toneladas métricas por año).A: tasa activada (por ejemplo, consumo de com-

bustibles, cantidad y tipo de materia prima pro-cesada por año).

FE: factor de emisiones (por ejemplo, gramos decontaminante emitido por kilogramos de com-bustible consumido).

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Tabla 1. Fuentes fijas de emisión

No. Centrales azucareros y refinerías Municipios Clave Densidad de

población (hab/km2) 1 Abel Santamaría Encrucijada 407 50,20 2 Perucho Figueredo Encrucijada 426 21,43 3 Panchito Gómez Toro Quemado de Güines 434 41,44 4 Héctor Rodríguez Sagua la Grande 442 49,58 5 Heriberto Duquezne Remedios 401 38,88 6 Chiquitico Fabregat* Remedios 432 39,68 7 Carlos Baliño Santo Domingo 446 26,45 8 George. Washington* Santo Domingo 449 27,79 9 Ifraín Alfonso Ranchuelo 440 40,99 10 Quintín Banderas* Corralillo 427 41,12 11 José María Pérez Camajuaní 411 71,44

*Refinerías

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

El consumo de bagazo como combustible decada una de las fuentes de este estudio se mues-tra en la figura 1.

Los tres primeros centrales azucareros de lafigura 1, Panchito Gómez Toro, Héctor Rodríguez eIfraín Alfonso consumen el 46 % del total del baga-zo generado en el territorio, dado principalmentepor una mayor producción que el resto de la indus-tria y de forma general hay dos factores principalescausados por múltiples razones que inciden en elexceso de consumo de bagazo, como son la bajaestabilidad en la molienda de la caña y el porcen-taje de humedad del bagazo.

En la figura 2, se compara la carga contami-nante de PM10 y PM2,5 emitida por los centrales yrefinerías con el total provincial y el resto de lasfuentes de Villa Clara, donde las entidades deAzcuba emiten 3 256,732 t de PM10, el 84 % y 1858,493 t de PM2,5, el 96 % del total del territorio,respectivamente.

La carga contaminante de PM10 y PM2,5 emiti-da por las once fuentes se exponen en la figura 3,donde el Panchito Gómez Toro, Héctor Rodrígueze Ifraín Alfonso emiten 1 493,075 t de PM10 y852,041 t de PM2,5, en ambos casos representa el46 % de las emisiones totales de estas entidades.

En la figura 4, se obtiene la información de laemisión de contaminantes por municipio, siendoEncrucijada, Quemado de Güines y Sagua laGrande los tres primeros, con una carga total dePM10 de 1 669,116 t y 952,501 t de PM2,5 repre-sentando ambas emisiones el 51 % del total.

Las emisiones por Organismos de laAdministración Central del Estado (OACES) estánrepresentadas en la figura 5, donde el máximo res-ponsable es Azcuba con 3 256,732 t de PM10 (84%) y 1 858,493 t de PM2,5 (96 %) del total emitidopor los OACES, seguido por el Minbas con 13 %para PM10 y 4 % para PM2,5 y por el Micons con 4% para PM10 y 2 % para PM2,5.

En la figura 6, están los resultados de la emi-sión de los contaminantes por tipo de combustibley por diferentes procesos industriales que incluyela producción de asfalto, zeolita, fundición de alu-minio, hierro y tostado de café, siendo la quema debagazo el máximo emisor con 3 256,732 t de PM10,(84 %) y 1 858,493 t de PM2,5 (96 %) de las emi-siones totales de los combustibles y los diferentesprocesos industriales, seguido por las emisionesprocedentes del fuel oil con 9 % para PM10 y 1 %para PM2,5.

Las emisiones de PM10 y PM2,5 por las fuentesde Azcuba, deterioran la calidad del aire de los

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Figura 1. Consumo de bagazo.

Figura 2. Total de emisiones de PM10 y PM2,5

Figura 3. Emisión de PM10 y PM2,5 por fuentes.

Figura 4. Emisión de PM10 y PM2,5 por municipios.

asentamientos poblacionales que se encuentran asotavento de estas, para cada una de las direccio-nes del viento, tanto el que prevalece (este, este-noreste) para el mayor porcentaje del tiempo delperiodo poco lluvioso (noviembre-abril) que esdonde se realiza la mayor parte de la zafra azuca-rera en el territorio, como para aquellos "fenóme-nos meteorológicos" que dan lugar a la variabilidadde esta dirección en un período de tiempo corto (de1 a 5 días) como son los vientos del sur, los frentesfríos y las altas presiones migratorias con direcciónnorte, nortenoreste. Las ventajas que tienen estasfuentes de emisión es que las chimeneas son altas,la velocidad de salida del flujo de gases es eleva-do, al igual que la temperatura, lo que favorece eltransporte y dispersión de los contaminantes por elaire.

CONCLUSIONES

1. Las emisiones de PM10 y PM2,5 de las fuentesde Azcuba, representan la carga de contaminan-tes más elevada de la provincia de Villa Clara,por cada municipio, OACES, tipo de combustibley procesos industriales.

2. Los resultados de esta investigación puedencontribuir a la sensibilización, concientización ymotivación para disminuir el consumo de baga-zo y así proteger y cuidar el medio ambiente.

RECOMENDACIONES

1. Realizar otras investigaciones para determinarlos problemas y afectaciones en cada centralazucarero que incide en la emisión de materialparticulado, estableciendo el método a aplicarcon una elevada eficiencia y menor costo, parasolucionar estas dificultades.

2. Efectuar la modelación de la dispersión delPM10 y PM2,5 para evaluar el Índice de Calidaddel Aire en cada caso de estudio, así como elRiesgo Relativo.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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9. Wong CM. A tale of two cities: effects of airpollution on hospital admissions in Hong Kongand London compared. Environmental Health

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Figura 5. Emisión de PM10 y PM2,5 por OACES.

Figura 6. Emisión de PM10 y PM2,5 por tipo decombsutible y procesos.

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22. Núñez, V.; Martínez, I.; et al. Actualización delinventario de fuentes fijas y emisiones, provin-cia de Villa Clara. Centro MeteorológicoProvincial de Villa Clara, Cuba. 2011.

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25. Núñez, V.; Martínez, I.; et al. Actualización delinventario de fuentes fijas y emisiones, provin-cia de Villa Clara. Centro MeteorológicoProvincial de Villa Clara, Cuba. 2013.

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Las contribuciones enviadas deben abordar la temática de todo lo concerniente al procesamiento de la caña deazúcar y sus derivados.

Se aceptarán contribuciones de los siguientes tipos:1. Memorias Científicas Originales.2. Comunicaciones. 3. Reseñas.4. Trabajos de carácter teórico o descriptivo.

Se aceptarán solamente contribuciones inéditas. El envío de estas supone el compromiso del autor de no some-terlas a la consideración de otras publicaciones y de ceder sus derechos a la revista.

Los artículos se someterán al sistema de revisión por pares, en la modalidad abierta al editor asociado, mante-niendo el anonimato. Este recurso es inapelable.

Presentación de las contribuciones:Se entregará una copia digital o se enviará por correo electrónico a: revista@icidca.edu.cu. También se remitirá

una copia en papel. Se escribirán en español o en inglés, a dos espacios y en Arial 12 puntos, con una extensión máxi-ma de 25 páginas. El formato a utilizar debe ser 8,5 x 11”, los márgenes laterales, superior e inferior deben ser de 2cm. Las tablas y figuras se insertarán en el lugar exacto y se acompañarán de su correspondiente título y pie de figu-ra. El procesador de texto a utilizar será Microsoft Word. Las tablas deben crearse en este mismo software. Las figu-ras (fotografías, gráficos, esquemas) deben entregarse en formato JPG o TIF con una resolución de 300 dpi. Las uni-dades de medida deberán ser las especificadas en el Sistema Internacional de Unidades.

Estructura de las contribuciones:• Título (en español e inglés): Conciso e informativo. • Autor(es): Nombres completos y dos apellidos (resaltar en rojo responsable de la correspondencia)• Institución donde labora(n) el(los) autor(es). Dirección de ésta.• Correo electrónico del autor o los autores (imprescindible para enviar la copia electrónica del artículo en formato

PDF)• Resumen (en español e inglés): Los informativos son apropiados para las contribuciones del tipo 1 y 2; incluir el

propósito de la investigación, así como los principales métodos, resultados y conclusiones. Las contribuciones deltipo 3 y 4 admiten la preparación de un resumen indicativo que exprese el tipo de artículo, los temas fundamenta-les, y la forma en que son tratados; debe utilizarse la forma impersonal con la partícula se y el verbo en tiempo pre-sente. Se pueden combinar elementos de ambos y el resumen sería indicativo-informativo. El máximo de palabrasa emplear debe ser de 200 y deben aparecer en un sólo párrafo.

• Palabras clave (en español e inglés): Términos o frases que describen aspectos fundamentales del contenido del artí-culo y no deben ser más de cinco.

• Introducción: Situación problemática. Problema de investigación e importancia. Estado del arte del que parte elautor para su aporte.

• En cuanto al desarrollo del artículo:Para las contribuciones de los tipos 1 y 2 resulta más apropiado el esquema Materiales y Métodos, Resultados, yDiscusión; las de los tipos 2 y 3 admiten otros subtítulos o epígrafes. Materiales y Métodos: Explicar cómo se procedió.Resultados: Presentar los hallazgos relevantes.Discusión: Analizar e interpretar los resultados obtenidos.

Conclusiones: Consecuencias, deducciones y generalizaciones que emanan de la evidencia aportada por los resul-tados y su interpretación.Recomendaciones (si proceden): Sugerencias justificadas.Agradecimientos (si proceden): Reconocer ayudas significativas de personas e instituciones. En el caso de tratar-se de trabajos realizados bajo el financiamiento de donativos internacionales (PGTF, GEF, PNUD, UNESCO, etc.)deben citarse exactamente sus generales.Referencias Bibliográficas: El sistema aceptado para citar la literatura es el de cita por número según el orden deaparición. En el texto aparecerá el número entre paréntesis. Las referencias bibliográficas se ordenarán por ordende aparición en la lista. Sólo si es imprescindible se citarán artículos no publicados (en prensa). Se citarán todoslos autores en caso de que existan seis o menos, cuando sean siete o más, solo se citarán los seis primeros y seagrega et al. El autor debe utilizar los signos de puntuación como aparecen en los ejemplos. Todos los títulos seescribirán en su idioma original.Las referencias bibliográficas quedarán estructuradas según el tipo de documento de la siguiente forma:

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