Story Transcript
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ESTIMACIÓN Y REDUCCIÓN DE PÉRDIDAS EN EL PROCESO DE EXTRACCIÓN DE ACEITE DE PALMA EN LA PLANTA DE BENEFICIO DE FRUTO PALMAR SANTA ELENA S.A (TUMACO)
CARLOS BRUGÉS NIVIA
UNIVERSIDAD DE LA SABANA FACULTAD DE INGENIERÍA INGENIERÍA DE PRODUCCIÓN AGROINDUSTRIAL BOGOTÁ 2004 3
ESTIMACIÓN Y REDUCCIÓN DE PÉRDIDAS EN EL PROCESO DE EXTRACCIÓN DE ACEITE DE PALMA EN LA PLANTA DE BENEFICIO DE FRUTO PALMAR SANTA ELENA S.A (TUMACO)
CARLOS BRUGÉS NIVIA
Trabajo de grado
Director: Liliana Caicedo Gerente Palmar Santa Elena S.A Asesor: John Alba Vasquez Ingeniero Químico Universidad de la Sabana
UNIVERSIDAD DE LA SABANA FACULTAD DE INGENIERÍA INGENIERÍA DE PRODUCCIÓN AGROINDUSTRIAL BOGOTÁ 2004 4
Nota de aceptación
__________________________ __________________________ __________________________ __________________________ __________________________ __________________________
__________________________ Firma del Jurado
__________________________ Firma del Jurado
Bogotá, 06 de julio de 2004 5
AGRADECIMIENTOS
Especial agradecimiento a la Empresa Palmar Santa Elena S.A y a su Gerente la Dra. Liliana Caicedo por su confianza y valiosa colaboración para el desarrollo de este proyecto.
Al Ing. Jhon Alba, profesor de la Universidad de la Sabana, por sus valiosas apreciaciones y sugerencias para culminar con éxito este trabajo.
6
CONTENIDO
pág.
INTRODUCCÓN.....................................................................................................17 1.
MARCO CONCEPTUAL .............................................................................20
2.
DIAGNÓSTICO DEL PROCESO DE PRODUCCIÓN DE ACEITE DE
PALMA EN LA PLANTA DE BENEFICIO PALMAR SANTA ELENA S.A ..............24 2.1
RECEPCIÓN...............................................................................................26
2.2
ESTERILIZACIÓN.......................................................................................27
2.2.1
DESCRIPCIÓN DEL PROCESO..............................................................29
2.2.2
CONTROL DE PÉRDIDA DE ACEITE EN CONDENSADOS DE
ESTERILIZACIÓN..................................................................................................29 2.2.3
CONTROL DE PÉRDIDA DE ACEITE EN RACIMOS VACÍOS O TUSAS.
................................................................................................................................30 2.3
DESFRUTAMIENTO ...................................................................................31
2.3.1
DESCRIPCIÓN DEL PROCESO..............................................................32
2.3.2
CONTROL DE PÉRDIDAS DE ACEITE POR FRUTOS ADHERIDOS AL
RAQUIS Y ACEITE EN ÉSTOS. ...........................................................................32 2.4 2.4.1 2.5
DIGESTIÓN ................................................................................................33 DESCRIPCIÓN DEL PROCESO. ...........................................................33 PRENSADO ................................................................................................34
2.5.1
DESCRIPCIÓN DEL PROCESO..............................................................34
2.5.2
CONTROL DE PÉRDIDAS DE ACEITE EN PRENSAS. .......................35
2.6
CLARIFICACIÓN ........................................................................................36
2.6.1
DESCRIPCIÓN DEL PROCESO. ...........................................................37
2.6.2
CONTROL DE PÉRDIDAS DE ACEITE EN LODOS A LA DESCARGA
DE LA CENTRÍFUGA.............................................................................................40 7
3.
METODOLOGÍA DE TRABAJO ..................................................................42
3.1
RECOLECCIÓN DE LA INFORMACIÓN ....................................................44
3.1.1
DETERMINACIÓN DE FLUJOS MÁSICOS.............................................44
3.1.2
DETERMINACIÓN DE PÉRDIDAS EN BASE SECA...............................48
3.2
CÁLCULOS DE PORCENTAJE EN PESO DE ACEITE SOBRE RACIMO
DE FRUTA FRESCA .............................................................................................50 3.2.1
PÉRDIDAS DE ACEITE EN RACIMOS VACÍOS Ó TUSAS.............51
3.2.2
PÉRDIDAS DE ACEITE EN FRUTOS ADHERIDOS. ............................52
3.2.3
PÉRDIDAS DE ACEITE EN FIBRAS. ....................................................52
3.2.4
PÉRDIDAS DE ACEITE EN EFLUENTES...........................................52
3.2.5
PÉRDIDAS DE ACEITE EN NUECES.....................................................53
4.
ANÁLISIS DE LA INFORMACIÓN ..............................................................54
4.1
ANÁLISIS DE DATOS OBTENIDOS...........................................................54
4.1.1
ANÁLISIS DE PÉRDIDAS EN RACIMOS VACÍOS O TUSAS. ..............54
4.1.2
ANÁLISIS DE PÉRDIDAS EN FRUTOS ADHERIDOS............................55
4.1.3
ANÁLISIS DE PÉRDIDAS EN FIBRAS....................................................56
4.1.4
ANÁLISIS DE PÉRDIDAS EN EFLUENTES............................................57
4.1.5
ANÁLISIS DE PÉRDIDAS EN NUECES..................................................57
4.2
ANÁLISIS DE PUNTOS CRÍTICOS ............................................................58
4.2.1
CAUSAS DE PÉRDIDAS EN TUSAS:.....................................................59
4.2.2
CAUSAS DE PÉRDIDAS EN EFLUENTES:............................................60
5.
PLANTEAMIENTO
DE
ACCIONES
PARA
REDUCCIÓN
DE
LAS
PÉRDIDAS.............................................................................................................63 5.1 5.1.1 5.2 5.2.1 6.
TUSAS ........................................................................................................63 ANÁLISIS ESTADÍSTICO DE LOS DATOS.............................................67 EFLUENTES ...............................................................................................68 ANÁLISIS ESTADÍSTICO DE LOS DATOS.............................................70 CONCLUSIONES .......................................................................................71
BIBLIOGRAFÍA ......................................................................................................73 8
ANEXO A................................................................................................................74 ANEXO B ...............................................................................................................77 ANEXO C ...............................................................................................................85 ANEXO D ...............................................................................................................92
9
LISTA DE TABLAS
pág.
Tabla 1. Promedio Nacional de pérdidas de aceite en planta................................18 Tabla 2. Promedio de pérdidas en base seca para esterilización ..........................31 Tabla 3. Composición volumétrica del aceite crudo (Año 2003) ............................35 Tabla 4. Promedio de pérdidas en base seca para prensas..................................36 Tabla 5. Promedio de pérdidas en base seca para clarificación ............................41 Tabla 6. Tabla modelo para recolección de flujos másicos....................................44 Tabla 7. Tabla modelo para recolección de pérdidas en base seca (Ac/SSNA)....49 Tabla 8. Metodología de recolección de la información .........................................50 Tabla 9. Tabla modelo de recolección de datos de pérdidas expresadas como porcentaje de aceite sobre racimo de fruta fresca (Ac/RFF)..................................51 Tabla 10. Porcentaje de aceite perdido en tusas sobre racimo de fruta fresca ....55 Tabla 11. Porcentaje de aceite perdido frutos adheridos a las tusas sobre racimo de fruta fresca ........................................................................................................55 Tabla 12. Porcentaje de aceite perdido en fibras sobre racimo de fruta fresca .....56 Tabla 13. Porcentaje de aceite perdido en efluentes sobre racimo de fruta fresca57 Tabla 14. Porcentaje de aceite perdido en nueces sobre racimo de fruta fresca ..58 Tabla 15. Incidencia de cada corriente de salida en las pérdidas totales .............58 Tabla 16. Reducción de pérdidas de aceite en tusas ............................................67 10
Tabla 17. Resultados prueba de Duncan para pérdidas de aceite en tusas..........68 Tabla 18. Porcentajes de dilución del aceite crudo................................................69 Tabla 19. Reducción de pérdidas de aceite en efluentes .....................................70 Tabla 20. Resultados prueba de Duncan para pérdidas de aceite en efluentes....70
11
LISTA DE FIGURAS
pág.
Figura 1. Plántulas de palma de Aceite en vivero ..................................................20 Figura 2. Aceite crudo de palma y de palmiste y sus fracciones............................22 Figura 3. Diagrama de flujo del proceso de extracción en la planta de beneficio ..25 Figura 4. Plataforma de recibo...............................................................................26 Figura 5. Autoclaves ..............................................................................................27 Figura 6. Ciclos de esterilización ..........................................................................30 Figura 7. Puente Grúa ...........................................................................................31 Figura 8. Desgranadora o desfrutador ...................................................................32 Figura 9. Digestores...............................................................................................33 Figura 10. Prensas.................................................................................................34 Figura 11. Licor de prensas ...................................................................................36 Figura 12. Clarificador............................................................................................38 Figura 13. Centrífuga de lodos...............................................................................39 Figura 14. Balance de masa teórico de los racimos de fruta fresca durante la extracción ..............................................................................................................43 Figura 15. Punto de medición del flujo de tusas ....................................................45 Figura 16. Punto de medición del flujo de fibras ...................................................46 Figura 17. Punto de medición del flujo de efluentes (esterilización y clarificación) 47 12
Figura 18. Punto de medición del flujo de nueces ................................................48 Figura 19. Registro de temperaturas en el clarificador mes Mayo ........................61 Figura 20. Registro de temperaturas en el clarificador mes Junio ........................61 Figura 21. Pérdidas en tusas antes y después de la desgranadora. ....................64 Figura 22. Disposición de ángulos internos en la desgranadora ...........................65 Figura 23. Cambio interno realizado en la disposición de ángulos ........................65 Figura 24. Porcentaje de incremento de pérdidas de aceite en tusas en esterilización, tolva de alimentación y después de la desgranadora......................66 Figura 25. Rejilla para paso de fruto suelto ...........................................................66
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LISTA DE ABREVIATURAS
Aceite
Ac (ac)
Racimos de fruta fresca
RFF
Porcentaje de aceite en racimos de fruta fresca
% Ac/RFF
Toneladas de racimo de fruta fresca
TRFF
Sólidos secos no aceitosos
SSNA (NOS)
Gramos por litro
G/l
Peso
W
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RESUMEN
Se presenta el informe sobre la reducción de pérdidas de aceite logradas en la planta de beneficio de aceite de palma Palmar Santa Elena S.A. de la zona palmera occidental de Colombia (Tumaco), a través de la implementación de una metodología para la realización de balances de masa.
El procedimiento se basó en la medición de flujos másicos en las fuentes de pérdidas de aceite más importantes del proceso en planta (tusas, frutos adheridos, fibras, aguas efluentes y nueces) y en la determinación de las pérdidas en base seca en estos mismos puntos. Al relacionar matemáticamente estos datos se obtuvo las pérdidas en las mismas unidades de la tasa de extracción (porcentaje de aceite sobre racimo) cuantificando así la cantidad de aceite eliminada en cada flujo másico. Posteriormente se determinaron las etapas críticas del proceso (tusas y efluentes) y se plantearon los respectivos cambios de operación, control, mantenimiento y/o tecnológicos que aseguraran la reducción deseada de las pérdidas de aceite en los puntos en mención.
Con los cambios realizados se logró que la pérdida de aceite en tusas descendiera de un valor promedio de 0.89% en los meses de mayo y agosto a un promedio de 0.65% en los meses seguidos, equivalentes a una reducción total del 27% y un descenso en la pérdida de aceite en efluentes de un valor promedio de 1.38% en los meses de mayo y junio a un promedio de 0.78% en los meses seguidos (julio – octubre) equivalentes a una reducción total del 38%.
Palabras claves: reducción de pérdidas, balances de masa, etapas críticas, efluentes, tusas.
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SUMMARY
This inform presents the report about the reduction of oil losses accomplished in the palm oil mill Palmar Santa Elena S.A., of the western Colombian palm zone (Tumaco), through the implementation of a methodology for performing the balance of oil losses.
The method was based in the measurement of flows, in the sources the oil losses more importants of the process (empty bunches, stick fruits, fibres, effluents and nuts) and the determination the losses of oil on dry non-fatty base in the same points. To connect mathematically these dates was obtained the losses in the same terms as oil extraction (percentage of oil per bunch) quantification that, the quantity of oil that is eliminated in each flow. Subsequently was determined the critical stages of the process (empty bunch and effluents) and was posed the respectives changes of operation, control, maintenance or technological that assured the reduction of oil losses.
With the changes performed, the oil losses in empty bunch decrease the an average of 0.89% in the months May – August, to average of 0.65% in the next months (September - October), equivalents at a total reduction of 27%, and a decrease in the oil losses in effluents the an average of 1.38% in the months May – June to average of 0.78 in the next months (July – October) equivalents at a total reduction of 38%.
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INTRODUCCIÓN
Un balance de masas y la evaluación de pérdidas de aceite, en las distintas fuentes donde estas se suceden, son herramientas que permiten tomar las acciones pertinentes en forma oportuna para mejorar la eficiencia de la planta. Entre 1995 y 1996 Cenipalma1 realizó un diagnóstico tecnológico en las plantas de beneficio de fruto de palma de Colombia, mediante el cual se quiso conocer el estado tecnológico de esta agroindustria. Uno de los puntos más sobresalientes fue el de encontrar una completa disparidad en la forma de expresar las pérdidas de aceite, esto es, en algunos casos el aceite perdido se expresaba sobre base húmeda, en otros casos la pérdida de aceite se expresaba sobre base seca, en otros casos la pérdida de aceite estaba relacionada con los sólidos secos o con los sólidos secos no aceitosos. Solo en tres extractoras expresaban la pérdida de aceite en relación con los racimos de fruta fresca (RFF), es decir, en los mismos términos en los cuales se expresa la extracción de aceite (%Aceite/RFF). Sin embargo, los flujos másicos para relacionar las pérdidas de aceite en esta tres extractoras, en cada uno de los flujos de desecho, se trabajaban de manera constante sin tener en cuenta las variaciones periódicas que éstos tienen, tomando valores reportados en la literatura o mediciones puntuales. En 1998 Cenipalma inició la implementación del balance de pérdidas de aceite, el objetivo del trabajo fue unificar tanto los procedimientos como la expresión de los resultados en los diferentes flujos del proceso, de tal manera que se pudiera iniciar una comparación entre las plantas, que permitiera mejorar la eficiencia de la extracción2.
1
Centro de Investigación en Aceite de Palma (Cenipalma)
2
GARCÍA. Jesús Alberto. Ceniavance 86 “Implementación de los balances de pérdidas de
aceite en Colombia”, 2001. 2p.
17
Como resultado de esta implementación se muestra en la Tabla 1. el promedio a nivel nacional de las pérdidas de aceite para el año 2003, se observa que la pérdida promedio del año fue de 1.65 %Ac/RFF, el cual según Cenipalma, se encuentra en un valor muy aceptable ya que se manejaba como parámetro o meta un valor promedio en la pérdida del 1.8% Ac/RFF.
Tabla 1. Promedio Nacional de pérdidas de aceite en planta ITEM
Ene
Feb
Mar
Abr
May
Jun
Jul
Ago
Sep
Oct
Nov
Dic
Prom.
% Tusas/RFF
20,58 20,88 20,54 21,07 21,59 21,54 21,36 21,16 21,17 20,69 20,98 21,25 21,07
% ac/SSNA
7,17
% SSNA/tusas
35,14 35,26 34,07 34,26 33,35 33,81 33,80 34,44 33,75 33,01 34,41 34,90 34,18
%Ac/RFF (Tusas)
0,51
0,51
0.49
0,51
0,57
0,62
0,60
0,57
0,55
0,55
0,54
0,54
0,55
%w fruto adh./tusas
0,63
1,60
1,49
1,84
1,94
1,04
0,37
0,40
0,50
0,50
0,28
0,29
0,91
% ac/w fruto adh.
23,61 24,04 37,66 23,87 20,84 16,93 15,34 15,97 17,48 17,42 16,04 15,81 20,42
%Ac/RFF (Fr. Adh.)
0,03
% Fibras/RFF
13,74 13,91 13,91 13,57 13,45 13,16 13,47 13,36 13,80 13,77 13,95 13,89 13,66
% ac/SSNA
5,65
%SSNA/fibras
64,42 64,36 63,58 62,50 61,49 62,15 64,16 62,78 62,90 61,11 61,68 63,34 62,87
%Ac/RFF (Fibras)
0,50
0,49
0,50
0,50
0,51
0,50
0,52
0,49
0,50
0,49
0,50
0,52
0,50
m3 efl./Ton RFF.
0,75
0,76
0,77
0,76
0,76
0,80
0,77
0,77
0,76
0,78
0,78
0,80
0,77
g Ac./l efluente.
7,05
6,67
6,47
7,22
6,69
7,23
7,71
7,02
6,88
6,61
6,20
6,42
6,85
% ac/RFF (eflue.)
0,52
0,51
0,50
0,55
0,55
0,57
0,58
0,54
0,49
0,50
0,48
0,51
0,52
% nuez/RFF
10,40 10,61 9,86
10,11 10,29 10,38 10,19 10,51 10,78 10,76 9,08
9,81
10,23
% ac./nuez
0,52
0,53
0,57
0,47
6,95
0,03
5,43
0,43
7,08
0,03
5,60
0,38
7,11
0,04
5,88
7,97
0,03
6,19
0,50
8,53
0,02
6,20
0,49
8,20
0,02
6,02
0,50
7,89
0,02
5,93
0,49
7,71
0,03
5,79
0,43
8,09
0,02
5,91
0,39
7,59
0,02
5,88
0,39
7,30
0,02
5,91
7,63
0,02
5,87
% ac/RFF (nuez)
0,06
0,05
0,05
0,06
0,06
0,06
0,06
0,06
0,05
0,06
0,06
0,07
0,06
Total pérdidas
1,59
1,57
1,56
1,65
1,70
1,75
1,79
1,67
1,63
1,61
1,62
1,67
1,65
% Extracción
20,99 20,56 20,57 20,36 20,87 20,68 20,78 20,92 20,86 20,71 20,62 20,51 20,70
Potencial de acei.
22,60 22,04 22,12 22,08 22,74 22,67 22,68 22,68 22,68 22,50 22,42 22,21 22,45
EFICIENCIA
92,86 91,91 93,01 92,41 92,18 88,75 88,98 88,53 87,71 84,75 86,48 84,56 89,34
Fuente: Los valores fueron suministrados directamente por Cenipalma
18
Sin embargo la totalidad de las plantas de beneficio del país, no han implementado la metodología para la realización de los balances másicos y sus pérdidas de aceite no pueden ser comparadas con los promedios nacionales, sirviendo esto como un indicador de eficiencia de la misma.
Este es el caso de la planta de beneficio Palmar Santa Elena S.A (Tumaco), por lo tanto en este trabajo se muestra, la reducción de pérdidas de aceite del proceso de extracción de aceite de palma, mediante el análisis de los datos arrojados en la implementación y ejecución de la metodología para la realización de los balances de materia. Los procedimientos que se buscan implementar en la empresa son bastante simples con el fin de que su preparación requiera un menor tiempo, pero permitan un buen control del proceso y por lo tanto, la reducción en los valores de las pérdidas.
19
1. MARCO CONCEPTUAL3
La palma africana de aceite, Elaeis guineensis., es un vegetal perenne. Cuando se le cultiva con propósitos comerciales, tiene en promedio una vida que oscila entre los 24 y los 28 años, de acuerdo con el tipo de material plantado. Durante este lapso, cada palma emite racimos de frutos oleaginosos, que pueden alcanzar producciones de 4.2 toneladas durante toda su vida productiva. Esto representa unas 600 toneladas acumuladas de fruta por hectárea, cuando el proceso productivo se desarrolla en condiciones óptimas de suelo, clima, nutrición, mantenimiento, sanidad y administración.
Figura 1. Plántulas de palma de Aceite en vivero Por tratarse de un cultivo tropical proveniente originalmente del África ecuatorial, la palma se desarrolla bien y expresa mejor su potencial de producción en condiciones de alta temperatura, buena radiación solar, alta precipitación y humedad relativa.
A pesar de la gran adaptabilidad del cultivo, la palma prefiere suelos aluviales, sueltos, profundos, bien drenados y topografía plana o con pendientes susceptibles de ser sembrados.
BERNAL. Fernando. El cultivo de la palma de aceite y su beneficio. Fedepalma, 2001. 186 p
3
20
El cultivo de la palma de aceite está expandido en la zona tropical de cuatro continentes, Colombia ocupa el cuarto lugar en el concierto mundial y es el primer productor del continente americano, con una producción de aceite cercana a las 570.000 toneladas, incluidos el aceite de palma y de palmiste. El área cultivada llega a las 175.000 hectáreas y se desarrolla en 53 municipios de 13 departamentos. La capacidad instalada de plantas de beneficio para la extracción de aceite en el país es de 762 toneladas por hora.4
La calidad del manejo técnico que se dé al cultivo en todos los momentos de su vida, repercute sobre la producción en el corto, mediano y largo plazo. Esto se debe a que la producción de racimos se inicia a partir de los 24 meses de sembrada la palma en el campo, y a que este proceso productivo es permanente y continuo durante toda su vida útil. Cuando es posible aplicar un alto nivel de tecnología en el manejo de los suelos y de la nutrición, del agua, de las plagas y enfermedades, de las malezas que compiten por agua y nutrientes, de la cosecha y demás labores propias del cultivo, se pueden llegar a tener producciones de alrededor de diez toneladas de fruta por hectárea, entre los 24 y los 36 meses de edad de las palmas y en los años que siguen, pueden pasar de 18, 26 y 28 toneladas, al llegar al sexto año de sembradas las palmas en el campo. Esta producción se puede mantener durante los siguientes 20 a 23 años, con niveles que se mueven en el rango de las 26 a las 32 toneladas de racimos anuales. Sin embargo, tales potenciales se ven disminuidos en la medida en que surgen problemas climáticos, sanitarios y nutricionales, o en la medida en que no se apliquen sistemas adecuados de producción.
La fase agrícola de la agroindustria tiene como producto final los racimos cosechados de las palmas. Sin embargo, éstos necesariamente se deben entregar
Guía ambiental para el subsector de la agroindustria de la palma de aceite. Fedepalma, 2002. 135 p.
4
21
o vender en una de las plantas de beneficio más próximas al cultivo, para ser procesados tan frescos como sea posible. De ahí se obtienen dos productos: •
El aceite crudo de la pulpa de los frutos.
•
Las almendras que están dentro de las semillas. De éstas se obtiene, a su vez, el aceite de palmiste
Por eso se dice con sobrada razón que el objetivo principal de los cultivadores de palma es producir aceite, pues éste es la esencia misma de la actividad palmera.
Figura 2. Aceite crudo de palma y de palmiste y sus fracciones Una vez obtenidos en las plantas de beneficio los aceites de palma crudo y de palmiste, se inicia la fase industrial.
En ella se refinan y fraccionan tales aceites, para producir oleínas y las estearinas de palma y palmiste, que sirven en la fabricación de múltiples productos comestibles y no comestibles.
De igual manera, la torta del palmiste obtenida al extraer el aceite de las almendras, se aprovecha para la fabricación de concentrados para la alimentación animal.
La
competitividad
de
muchas
empresas
palmicultoras
colombianas
es
relativamente baja, debido a que cuentan con costos de producción altos, por la ineficiencia en el desarrollo de algunas labores de campo, las bajas 22
productividades del cultivo, las bajas tasas de extracción de aceite y los altos costos en el proceso de extracción del mismo. Sin embargo, también existen muchas otras compañías que mantienen muy buenos niveles de competitividad a escala mundial, dadas sus altas producciones de fruta, la eficiencia de su mano de obra y el uso racional de los insumos, así como sus volúmenes altos de procesamiento de fruta, que permiten optimizar el uso de la capacidad instalada de las plantas de beneficio.
La expansión del cultivo ha variado enormemente en cada uno de los países en donde se ha sembrado la palma. Ello ha dependido fundamentalmente del impulso dado por los respectivos gobiernos a través de programas directos y de facilidades y garantías para los inversionistas. En Colombia la expansión ha sido relativamente lenta, en especial, si se la compara con la de países del continente asiático. Mientras que en Colombia se desarrollaron alrededor de 150.000 hectáreas en cuarenta años, países como Malasia e Indonesia alcanzaron en el mismo período tres millones de hectáreas
y 2.5 millones de hectáreas
respectivamente.
No obstante, Colombia dispone de grandes áreas aptas para el cultivo de la palma de aceite. Diferentes estudios han arrojado un estimativo de 3.5 millones de hectáreas que no presentan ningún tipo de restricción, y un poco más de seis millones con restricciones moderadas, según evaluación edafoclimática de las tierras del trópico bajo colombiano.
23
2. DIAGNÓSTICO DEL PROCESO DE PRODUCCIÓN DE ACEITE DE PALMA EN LA PLANTA DE BENEFICIO PALMAR SANTA ELENA S.A
Palmar Santa Elena S.A., es una empresa agroindustrial ubicada en Tumaco (Nariño), se dedica al cultivo y beneficio de la palma de aceite, sus 1.100 hectáreas en producción no abastecen la totalidad de la materia requerida para un funcionamiento eficiente de la planta, por lo tanto, se dedica igualmente a la compra de fruto para abastecer la materia prima restante.
Desde sus comienzos se ha preocupado por el impacto ambiental que los residuos del proceso pueden generar. Para el proceso de descomposición de los efluentes tiene instalado dos biodigestores (250 m3 c/u), en donde el biogas producido se almacena en unas carpas para incorporarlo posteriormente a las plantas eléctricas y así reducir el consumo de combustible de éstas.
Igualmente los efluentes
producidos se distribuyen como abono orgánico sobre cerca de 20 hectáreas de palma sembradas en un sector aledaño a la planta de producción, mediante un sistema de riego por microaspersión.
La planta funciona desde el año 1992, cuenta con maquinaria tipo Consultécnica y tiene una capacidad instalada de 9 ton RFF/hr5, con proyecciones a una ampliación a 13.5 ton RFF/hr.
Se trabaja constantemente con dos turnos de
producción, procesando en promedio 130 ton de fruto diariamente. producido se distribuye tanto al
El aceite
mercado nacional como al internacional
aprovechando las cercanías del puerto pesquero en Tumaco.
El proceso de obtención del aceite crudo de palma, se puede describir a través del diagrama de flujo que se presenta en la Figura 3. 5
toneladas de racimo de fruta fresca por hora (ton RFF/hr)
24
Figura 3. Diagrama de flujo del proceso de extracción en la planta de beneficio
(*) RFF
= Racimos de fruto fresco
(**) STAR = Sistema de tratamiento de aguas residuales
Fuente: Guía ambiental para el subsector de la agroindustria de la palma de aceite. Fedepalma, 2002. 135 p.
25
A continuación se realiza un diagnóstico detallado del proceso, en donde se identifican los objetivos, controles efectuados y pérdidas obtenidas para cada una de las etapas del mismo, antes de realizar la implementación de los balances másicos:
2.1
RECEPCIÓN
Figura 4. Plataforma de recibo Los
racimos
que
llegan
a
las
instalaciones de la planta son pesados en una báscula camionera, de 60 ton de capacidad y según los criterios de calidad de la empresa se evalúa y califica la materia prima recibida. La inspección de la materia prima, se realiza mediante la revisión de 100 racimos de cada viaje que ingrese a la planta, dentro de los cuales se deben evaluar los siguientes criterios: •
Grado de madurez del fruto: El fruto verde que es aquel que no completó su ciclo normal de maduración en la palma y por lo tanto no ha desprendido un mínimo de cinco frutos en forma natural y el fruto podrido que es aquel que se excedió en su proceso de maduración, presentando mal olor y exceso de desgranamiento no son recibido en la planta. El fruto sobremaduro que es aquel que presenta un 50% de frutos desprendidos en la tusa es castigado cuando su porcentaje excede un 5%, ya que este fruto ocasiona un incremento en la acidez del aceite producido medida como ácidos grasos libres (AGL).
•
Los pedúnculos de los racimos deben ser cortados de manera tal que su longitud no exceda los 5 cm por encima del hombro del racimo, si existe dentro
26
de la muestra evaluada un porcentaje mayor al 5% de pedúnculo largo el viaje es castigado. •
La fruta debe ser entregada a la planta, limpia, sin golpes o maltrato y sin ningún otro cuerpo extraño (piedras).
Los racimos que cumplen con las características de calidad se descargan en una plataforma de recibo y mediante un sistema de tolvas se alimentan las canastas o vagonetas de esterilización.
2.2
ESTERILIZACIÓN
Figura 5. Autoclaves Mediante un sistema de rieles se introducen baches de 6 canastas, con una capacidad de 1.5 toneladas cada
una,
al
interior
de
cada
autoclave, donde los racimos se cocinan con el vapor generado por una caldera.
La esterilización es la primera etapa y posiblemente la más importante del proceso de extracción del aceite de palma.
Los objetivos de la esterilización son: •
Inactivar las enzimas causantes del desdoblamiento del aceite y en consecuencia el incremento del porcentaje de ácidos grasos libres.
•
Acelerar el proceso de ablandamiento de la unión de los frutos con su soporte natural (tusa o raquis).
27
•
Disminuir la resistencia de los tejidos de la pulpa para lograr el fácil rompimiento de las celdas de aceite durante los procesos de digestión y prensado.
•
Deshidratar parcialmente las almendras contenidas en la nuez, para facilitar su recuperación posterior.
•
Coagular las proteínas e hidrolizar la materia mucilaginosa, que posteriormente actúa como emulsificante.
El fruto de palma contiene una enzima muy activa llamada lipasa, la cual puede llevar a cabo la ruptura o descomposición de las moléculas en ácidos grasos y en glicerol cuando la estructura celular del fruto ha sido afectada. A partir del momento en que el racimo es cortado, el proceso de acidificación se acelera considerablemente, influyendo también el manejo, el almacenamiento y el tiempo transcurrido hasta ser esterilizado.
El daño sufrido por los frutos durante la cosecha, el transporte y la manipulación hasta las canastas de esterilización, son la causa más grave en el aumento de la acidez. En caso de que los frutos sean esterilizados rápidamente el problema disminuye. Varios estudios han demostrado que la acción de la lipasa cesa a temperaturas iguales o mayores de 55ºC6.
Un efecto de la esterilización es la adecuación de las nueces para su posterior proceso.
Al utilizar temperaturas y tiempos de esterilización mayores a los
requeridos para la inactivación de la lipasa o para debilitar los tejidos de la pulpa, se favorece la deshidratación de las almendras que al perder tamaño se desprenden del cuesco que las envuelve ayudadas por las descompresiones rápidas. GOMEZ. Pedro León. Algunos aspectos del procesamiento de aceite de palma. Cenipalma, 1994. 98p.
6
28
2.2.1 Descripción del proceso. El proceso de esterilización se lleva a cabo, sometiendo a los racimos de fruto fresco de palma a la acción de vapor de agua en recipientes cilíndricos horizontales. Los equipos utilizados para la esterilización se denominan autoclaves, los cuales consisten en un cilindro provisto de un par de rieles internos, sobre los cuales se desplazan las vagonetas o canastas. Palmar Santa Elena cuenta con dos autoclaves de 9 toneladas cada uno.
El vapor utilizado en la esterilización debe ser saturado con el fin de facilitar la hidrólisis y la mayor transferencia de calor. Se debe permitir que los racimos permanezcan en calentamiento suficiente para cocinar. Con una esterilización, la temperatura alcanzada en el fruto es de aproximadamente 120ºC y en el centro del tallo 100ºC, dependiendo del tamaño de los racimos.
Parte del condensado sale con el vapor de escape, pero se requiere desalojar la gran mayoría durante el proceso, para ello existen varios puntos de salida de condensados en la parte inferior, todos ellos conectados a un tubo principal con una válvula para su desalojo.
2.2.2 Control de pérdida de aceite en condensados de esterilización. Este es el primer control que se realiza durante el proceso. En este punto, las pérdidas de aceite son considerables y tienen una alta variación, dependiendo principalmente del grado de madurez de los racimos, así como del periodo de esterilización. El aumento del tiempo de cocción a presión constante incrementa las pérdidas de aceite en condensados y en el raquis
29
En Palmar Santa Elena, se utiliza la esterilización a tres picos de presión, tal y como lo muestra la Figura 6.
Figura 6. Ciclos de esterilización Presión (PSI)
40 30 25
5
12
19.5 27.5
57.5
59
Tiempo ( min)
2.2.3 Control de pérdida de aceite en racimos vacíos o tusas. Aunque la muestra para el análisis es tomada en la etapa de desfrutamiento, es la esterilización la que afecta directamente el resultado de la prueba. Este es quizá el punto donde más aceite se pierde. Durante el proceso de esterilización, parte del aceite liberado por los frutos, es absorbido por las espigas y los pedúnculos que conforman la tusa, la cual ocupa alrededor del 26% del peso total del racimo.
El tiempo de esterilización afecta directamente la pérdida de aceite en las tusas, así como el grado de madurez del fruto, que aunado a presencia de pedúnculos largos en los racimos y a unas malas condiciones de desfrutamiento, pueden incrementar de manera considerable el valor de dicha pérdida.
En la Tabla 2. se puede observar el promedio de pérdidas en condensados de esterilización y en tusas, expresadas en base seca, para el año 2002,. La planta 30
tiene fijados parámetros internos de acuerdo a la experiencia, para determinar si las pérdidas se encuentran en rangos aceptables, estos son de 6% Ac/SSNA y 8% Ac/SSNA respectivamente para los condensados de esterilización y las tusas.
Teniendo en cuenta estos parámetros solo se puede concluir que las pérdidas se encuentran por fuera de los rangos aceptables.
Tabla 2. Promedio de pérdidas en base seca para esterilización Clase de pérdida CONDENSADOS ESTERILIZACIÓN
TUSAS
2.3
Parámetro
Promedio
SSNA
4,84
Ac/SSNA
7,02
G/L
3,23
SSNA
38,13
Ac/SSNA
9,75
DESFRUTAMIENTO
Figura 7. Puente Grúa Una vez esterilizados los racimos, pasan al desfrutador. El objetivo del desfrutamiento es separar de los racimos esterilizados los frutos sueltos, quedando como residuo, los raquis vacíos.
31
2.3.1 Descripción del proceso. Una vez se han esterilizado los racimos, se inicia la separación de los frutos por medio de un proceso mecánico constituido por una grúa de elevación que transporta canastas con el fruto, del piso, hacia el desfrutador. Figura 8. Desgranadora o desfrutador Se
emplea
un
desfrutador
de
tambor rotatorio, que posee gran diámetro y longitud extendida, la cual ayuda a la separación de los frutos interiores.
El tambor es una jaula conformada por ángulos longitudinales (2 ángulos de 1” unidos en forma de “T”) y cinturones perimetrales, a través de los cuales pasan los frutos que se desprenden como consecuencia de los golpes a que se exponen los racimos. La desgranadora gira a velocidad de 23 r.p.m., interiormente, el tambor posee una serie de paletas fijas inclinadas que proporcionan una retención de los racimos, que son enviados hacia el centro y abajo, incrementando la eficiencia en los golpes.
Los racimos vacíos o tusas, salen a una banda transportadora que los lleva hasta una carreta, donde posteriormente son transportados hasta un botadero aledaño a la planta.
2.3.2 Control de pérdidas de aceite por frutos adheridos al raquis y aceite en éstos. El objetivo principal de este análisis es evaluar el porcentaje en peso de frutos encontrados en los racimos vacíos, permitiendo diagnosticar posibles fallas en el proceso de esterilización o en la desfrutación. 32
La determinación de aceite en frutos adheridos se realiza con el fin de establecer el contenido de aceite que contienen los frutos que eventualmente quedan adheridos a los raquis. Como los frutos adheridos son internos y en ocasiones no tienen un completo grado de madurez, el aceite contenido en ellos no es demasiado alto, sin embargo, cuando un racimo vacío presenta un alto porcentaje de estos frutos, se puede estar produciendo una gran pérdida de aceite, pues dichos frutos no son recuperados.
Este análisis de frutos adheridos no es realizado en la empresa Palmar Santa Elena S.A.
2.4
DIGESTIÓN
Figura 9. Digestores Se efectúa con el fin de desprender las nueces de la pulpa y romper las celdas de aceite que ésta contiene. Al mismo tiempo, se realiza un recalentamiento de la masa de frutos y se le brinda la humedad necesaria
para
permitir
la
extracción.
2.4.1 Descripción del proceso. Es una de las principales etapas en el proceso de extracción de aceite de palma. Se lleva a cabo en dos maceradores o digestores cilíndricos verticales de 1750 litros cada uno, integrados por brazos de agitación que sobre un eje, realizan un movimiento giratorio. El fruto al entrar, soporta un proceso de amasado durante aproximadamente 20 minutos. 33
Para que el digestor funcione eficazmente, debe estar lleno, ya que de la altura de la masa, depende la presión que se ejerce sobre ésta y el grado de fricción sobre el pericarpio para desprenderlo de las nueces y ocasionar la ruptura de las celdas que contienen el aceite.
La temperatura de los frutos dentro del digestor, debe alcanzar los 90-95ºC, lo que hace que la viscosidad del líquido aceitoso disminuya, facilitando su evacuación a través de las cavidades existentes en la masa de frutos durante el prensado
2.5
PRENSADO
Figura 10. Prensas El objetivo primordial del prensado es separar digerida,
de
la la
masa porción
de
frutos líquida,
compuesta en su mayor parte por aceite, además del agua y una pequeña cantidad de sólidos que quedan en suspensión en la misma.
2.5.1 Descripción del proceso. Se emplean dos prensas tipo Consultécnica con capacidad para 4.5 toneladas de fruto por hora, conformadas cada una, por una malla doble perforada, dentro de la cual existe un tornillo que gira en línea recta en sentido contrario a un gato hidráulico, haciendo posible la obtención del licor de prensa. La parte sólida (fibra y nueces), se separan en el proceso de desfibrado.
Se debe adicionar agua caliente para facilitar la evacuación del aceite durante el prensado. La cantidad de agua debe ser estrictamente controlada por el laboratorio, de tal modo que se asegure una buena extracción y al mismo tiempo 34
se obtenga una dilución adecuada del aceite crudo, facilitando así su clarificación posterior. La empresa utiliza un factor de dilución 1:1 entre aceite y agua, tal y como se muestra en la Tabla 3.
Tabla 3. Composición volumétrica del aceite crudo (Año 2003) Aceite Crudo Mes Aceite
Lodos ligeros
Agua
Lodos pesados
ENERO
39
4
36
22
FEBRERO
39
4
35
22
MARZO
41
4
39
15
ABRIL
43
3
38
16
MAYO
40
4
37
19
JUNIO
39
2
36
23
2.5.2 Control de pérdidas de aceite en prensas. Es imposible extraer todo el aceite contenido en la pulpa del fruto de palma, ya que éste también contiene fibras, las cuales se encuentran empapadas con el aceite, y aunque la presión ejercida sobre la masa digerida es alta, dadas las características de la fibra, no es posible que todo el aceite impregnado en estas, sea evacuado por completo.
Sin embargo, sí es posible mantener en un nivel aceptable la cantidad de aceite remanente en las fibras, controlando la presión ejercida sobre la masa de frutos digerida, sin olvidar las condiciones del equipo. Las nueces son otro producto donde se presentan pérdidas de aceite, el cual se aloja en las cavidades de los cuescos. No obstante, no es muy elevado el valor de dicha pérdida, si
se
mantienen los controles adecuados del proceso.
En la Tabla 4. se puede observar el promedio de pérdidas en fibras y en nueces, expresadas en base seca, para el año 2002,. La planta tiene fijados parámetros internos de acuerdo a la experiencia, para determinar si las pérdidas se 35
encuentran en rangos aceptables, estos son de 5.5% Ac/SSNA y 0.3% SSNA respectivamente para las fibras y nueces.
Teniendo en cuenta estos parámetros solo se puede concluir que las pérdidas se encuentran por fuera de los rangos aceptables.
Tabla 4. Promedio de pérdidas en base seca para prensas Clase de pérdida Parámetro Promedio FIBRAS NUECES
2.6
SSNA
58,41
Ac/SSNA
6,41
SSNA
0,36
CLARIFICACIÓN
Figura 11. Licor de prensas En
esta
purificación
etapa del
se
realiza
aceite
la
crudo
extraído de las prensas (licor de prensas), con el fin de eliminar el agua, el lodo y la materia celular.
•
Tamizado del aceite bruto (mezcla de aceite, agua, lodos y materia celular). Esta operación se realiza utilizando un tamiz vibratorio dotado de una malla msh 40, el cual se utiliza para eliminar la materia celular y las partículas extrañas de mayor tamaño, y facilitar la separación de los demás componentes de la mezcla.
36
•
Bombeo de la mezcla. Esta operación se hace con bombas de diafragma, que realizan un bombeo por sistema de bache que permite que la mezcla no se emulsifique y, por consiguiente, facilita la decantación y recuperación del aceite.
•
Calentamiento de la mezcla. Por medio de calentadores de vapor directo; es necesario subir la temperatura entre 90-95ºC para que la mezcla pueda separarse por decantación estática.
•
Separador primario o clarificador horizontal continuo. En este equipo ocurre la separación por decantación estática debido a la diferencia de densidad, y con la ayuda de la temperatura, de los dos componentes principales de la mezcla: aceite y aguas lodosas. El aceite recuperado contiene algo de humedad y lodos livianos que es necesario eliminar para obtener una buena calidad del aceite.
Las aguas lodosas, por su parte, contienen lodos, agua y una porción de aceite que no es recuperado en el separador primario y que es necesario hacerlo en forma dinámica con la ayuda de las centrífugas deslodadoras. En el separador primario se busca recuperar la mayor cantidad posible del aceite.
2.6.1 Descripción del proceso. El clarificador horizontal es un tanque de forma cuadrangular horizontal, más largo que ancho, con tres troncopirámides en el fondo con aislamiento térmico para conservación de la temperatura.
37
Figura 12. Clarificador
Este tanque se encuentra provisto de un colector de alimentación en el extremo anterior y otro colector de descarga de las aguas lodosas en el extremo posterior, así como de un dispositivo, de altura ajustable, para la salida del aceite. La mezcla de aceite, agua y lodos entra suavemente por el colector de alimentación y durante el recorrido, a lo largo del equipo, el aceite va separándose de la mayor parte de los sólidos en suspensión, los cuales permanecen en el agua.
El aceite con humedad y lodos livianos sale por medio del dispositivo especial de altura ajustable que lo recoge en la parte más alta de la capa superior.
Las aguas lodosas con algún contenido de aceite (5-10%), en cambio, se evacuan mediante un colector en el extremo final. El nivel de descarga de las aguas lodosas está situado un poco más bajo que el nivel de descarga del aceite. La cantidad de líquido bruto alimentado al sistema y el tamaño de la capa de aceite determinan el tiempo de retención del aceite en el separador estático.
Unas válvulas de drenaje están dispuestas en los fondos para evacuar la arena y otros sedimentos, una o dos veces por día, dependiendo de la cantidad que traiga consigo la materia prima.
En todo el proceso, la temperatura es de primordial importancia porque la viscosidad del aceite influye en su recuperación, pero se debe tener la precaución 38
de no recalentarlo porque se tendría un deterioro de la calidad con respecto a la fijación de su color y la oxidación. Lo más importante en la etapa previa a la decantación es mantener la temperatura de la mezcla lo más alto posible sin caer en la oxidación. La oxidación comienza más o menos a los 110ºC y es por esta razón que la temperatura ideal es de 95 a 100ºC. Si la mezcla a separar se mantiene con baja temperatura, entonces la densidad del aceite se asemejará a la densidad de las aguas lodosas, dificultando la separación estática y aumentando considerablemente las pérdidas de aceite7.
Otro de los factores que dificultan la clarificación es el grado de madurez del fruto. El fruto verde ocasiona la formación de una "tercera capa" o capa intermedia entre el aceite y las aguas lodosas. Esta capa está constituida por sustancias coloidales y mucílagos (almidones, pectinas y otros carbohidratos), que causan dificultades y ocasionan aumentos en las pérdidas de aceite durante el proceso de clarificación. Las palmas jóvenes del fruto TÉNERA, así como los frutos verdes, contienen mayor cantidad de almidones y sustancias pécticas que las palmas adultas y/o maduras.
Figura 13. Centrífuga de lodos Los lodos a la salida del clarificador pasan a través de la centrífuga deslodadora. Con el fin de obtener un trabajo continuo de la unidad, se instala un tamiz con malla de 40-45 msh.
BERNAL. Guillermo. Descripción general del proceso eficiente de clarificación del aceite de palma y de sus condiciones de operación. Revista Palmas, Vol. 12, número Especial, 1991. 4p.
7
39
El tanque de alimentación debe tener una cabeza de 2.0 a 2.5 m. Para no afectar la capacidad de la unidad, temperaturas del lodo que entra en el rango 95-98ºC son óptimas.
La recuperación de las aguas aceitosas debe ser controlada, para obtener la máxima cantidad de aceite (sin incrementar las pérdidas) y no el máximo de agua.
Este procedimiento asegura que no se retornen a la clarificación cantidades excesivas de agua, las cuales harán insuficiente la capacidad del centrifugado al ser retornadas al circuito.
A la salida de clarificación, la humedad es aún muy alta para poder almacenar el aceite durante periodos largos, haciéndose necesario un secado como el de tipo de vacío. La operación de este equipo se efectúa a una presión absoluta por medio de eyectores de vapor. La humedad final del aceite después del secado a vacío es del orden de 0.10 a 0.22%. Posterior al secado, el aceite es llevado a los tanques de almacenamiento, donde se mantendrá el aceite hasta ser despachado.
2.6.2 Control de pérdidas de aceite en lodos a la descarga de la centrífuga. Los lodos que salen de la centrífuga, son el efluente final del
proceso de
clarificación, compuesto en su mayor parte por agua y lodos pesados, y en pequeñas proporciones por aceite, que no logró recuperarse en su totalidad durante el proceso. Estos efluentes son conducidos a los tanques miniflorentinos, donde se recupera aceite y es retornado al proceso.
En la Tabla 5. se puede observar el promedio de pérdidas en lodos, expresadas en base seca, para el año 2002,. La planta tiene fijados parámetros internos de acuerdo a la experiencia, para determinar si las pérdidas se encuentran en rangos aceptables, este es de 12% Ac/SSNA.
40
Teniendo en cuenta este parámetro solo se puede concluir que la pérdida se encuentra por fuera del rango aceptable.
Tabla 5. Promedio de pérdidas en base seca para clarificación Clase de pérdida
Lodos Clarificación
Parámetro Promedio SSNA
4,44
Ac/SSNA
20,80
G/L
9,04
Como se pudo observar, las pérdidas de aceite en todas las etapas del proceso se encuentran por fuera de los parámetros establecidos internamente por la empresa, sin embargo, debido a que se expresan en base seca (aceite perdido en sólidos secos no aceitosos), no es posible cuantificar la cantidad real de aceite perdido, permitiendo así evidenciar cual es la etapa o etapas en las que se presentan las mayores pérdidas de producto e implementar las respectivas acciones que aseguren su reducción.
41
3. METODOLOGÍA DE TRABAJO
Luego del reconocimiento del proceso se procedió a recolectar toda la información necesaria para la implementación y la realización de los balances másicos. Cenipalma expresa en el manual de laboratorio que las mayores pérdidas de aceite en una planta de beneficio se presentan en los siguientes puntos8: •
Pérdidas de aceite en racimos vacíos ó tusas.
•
Pérdidas de aceite en frutos adheridos.
•
Pérdidas de aceite en fibras.
•
Pérdidas de aceite en aguas efluentes.
•
Pérdidas de aceite en nueces.
Por lo tanto la realización de los balances másicos se efectuó específicamente en estas corrientes, el primer paso fue determinar los flujos másicos de éstos, posteriormente se determinó las pérdidas en base seca en los mismos puntos y por último se correlacionó la información matemáticamente para expresar los resultados de las pérdidas como porcentaje en peso de aceite sobre racimo de fruta fresca, es decir, %Ac/RFF.
En la Figura 14. se tiene un balance teórico de los racimos de fruta fresca, en él se pueden observar los rangos de porcentaje de cada una de las corrientes de salida, sin embargo estos valores pueden variar en cada una de las plantas dependiendo de las características del fruto que se procesa, de la continuidad del proceso y del control mismo que se tenga sobre él. Por esto es de vital importancia, medir
8
CENIPALAMA. Manual de laboratorio de plantas de beneficio primario para fruto de
palma de aceite, 2000
42
periódicamente los flujos másicos para cada uno de los puntos expuestos por Cenipalma, con el fin de que los resultados arrojados por los balances másicos sean lo más cercanos a la realidad del proceso de producción.
Figura 14. Balance de masa teórico de los racimos de fruta fresca durante la extracción
Fuente: Pedraza, D; García, J.A. 1997
43
3.1
RECOLECCIÓN DE LA INFORMACIÓN
3.1.1 Determinación de flujos másicos: Para la medición de los flujos másicos se hizo necesario adaptar las condiciones físicas en la planta de producción y establecer los recursos humanos necesarios para realizar fácil y ágilmente las mediciones en cada uno de los flujos, buscando que estas no ocasionen tropiezos en el proceso. Para esto se realizó con diferentes tipos de muestreos la determinación del lugar, tiempo de medición, personal y recursos requeridos para realizar cada una de las respectivas mediciones.
La información se recolectó durante un período de seis meses, con una frecuencia de tres veces por semana, digitando los datos en bases de cálculo de tal manera que se facilitara su manejo, en la Tabla 6. se presenta el modelo de tabla que se utilizó para recolectar la información correspondiente a los flujos másicos y en el Anexo A, se presenta los flujos medidos diariamente para cada una de las corrientes de salida durante cada uno de los meses de evaluación.
Tabla 6. Tabla modelo para recolección de flujos másicos Mes Punto muestral
Unidades
Tusas
Kg/día
Fibras
Kg/min
Efluente clarificación
m3/min
Efluente esterilización
m3/min
Nueces
Kg/min
•
Día 1 Día 2
Flujo de racimos vacíos ó tusas.
Las toneladas por hora de racimos vacíos o tusas se deben medir a la salida del tambor desfrutador o desgranadora. Para esto se construyó una bifurcación en forma de “Y” en el extremo de salida de tusas de la banda transportadora (ver 44
Figura 15), de esta manera se permitió cuadrar un vagón en cada uno de los extremos de la bifurcación, recolectando en ellos la totalidad de la tusa producida y se determinó así con su posterior peso en báscula el peso total de los racimos vacíos que salen del proceso diariamente.
Para esta operación se impartió la inducción correspondiente a los operarios de báscula y tractor con el fin de conseguir con su ayuda los flujos necesarios. •
Flujo de frutos adheridos.
Estos frutos se encuentran adheridos a la tusa, por lo tanto la corriente o flujo que debe medirse son las tusas de acuerdo al procedimiento enunciado en el punto anterior e inspeccionar en ellas los porcentajes de frutos que no fueron separados en la desgranadora.
Figura 15. Punto de medición del flujo de tusas
45
•
Flujo de fibras.
Los kilogramos por hora de fibra se deben medir después de la salida de las prensas. Para obtener el flujo de fibras húmedas por unidad de tiempo, se construyó en la descarga inferior del ciclón del sistema desfibrador una bifurcación en forma de “Y” (ver Figura 16), de esta manera se permitió cuadrar un vagón en cada uno de los extremos de la bifurcación desviando hacia uno de ellos el flujo de polvo de trituración al momento de medir el flujo de fibras en el otro vagón. Para esta operación se impartió inducción al operario de caldera sobre la manera de manejar las compuertas de salida de los ciclones de fibra y polvo de trituración al momento de realizar las mediciones y a los operarios de báscula y tractor con el fin de conseguir con su ayuda los flujos correspondientes.
El flujo de esta corriente se determinó en tiempos de 15 minutos, ya que mediciones con mayor tiempo ocasionaron caídas de presión en la caldera y por consiguiente descensos de temperatura en el proceso.
Figura 16. Punto de medición del flujo de fibras
46
•
Flujo de efluentes.
Para obtener el flujo de efluentes se midió por separado el volumen de condensados de esterilización y lodos de clarificación en los pozos miniflorentinos (ver Figura 17) sitio al cual llegan cada una de estas corrientes.
Para esta operación se impartió inducción al operario de aguas residuales sobre el manejo de las válvulas en los pozos miniflorentinos con el fin de obtener los respectivos flujos.
El flujo de esta corriente se determinó sumando el flujo de esterilización con el flujo de clarificación. Este cálculo se realizó midiendo el volumen ocupado en un tiempo de 20 minutos para cada una de las corrientes, mediciones con mayor tiempo ocasionaron regueros de lodos en dichos pozos.
Figura 17. Punto de medición del flujo de efluentes (esterilización y clarificación)
47
•
Flujo de nueces.
Para obtener el flujo de nueces se midió la cantidad de nuez producida a la salida del tambor pulidor. Para esta operación se requirió de la ayuda de 2 operarios debido al gran volumen de flujo, por esta misma razón, se opto por realizar las mediciones durante un tiempo de 10 minutos.
Figura 18. Punto de medición del flujo de nueces
3.1.2 Determinación de pérdidas en base seca: Los ensayos de laboratorio para obtener el valor de la pérdida en base seca, se realizaron usando como parámetro la metodología establecida por Cenipalma en el Manual de Laboratorio de Plantas de Beneficio y adecuándolo a las condiciones mismas del laboratorio de la empresa , estos procedimientos se presentan en el Anexo B. 48
La información se recolectó durante un período de seis meses, con una frecuencia diaria, digitando los datos en bases de cálculo de tal manera que se facilitara su manejo, en la Tabla 7. se presenta un modelo de la tabla que se utilizó para recolectar la información correspondiente a las pérdidas en base seca y en el Anexo C se presenta los resultados de los análisis de pérdidas de aceite en base seca para cada una de las corrientes de salida durante cada uno de los meses de evaluación.
Tabla 7. Tabla modelo para recolección de pérdidas en base seca (Ac/SSNA) Punto de muestreo Día
Datos muestra
Condensados Autoclave
Tusas
Peso cápsula vacía Peso del algodón Cápsula+muestra Peso muestra Peso papel filtro Papel filtro+muestra Peso muestra seca Peso balón vacío Balón+aceite recuperado Aceite recuperado VALOR PERDIDA SSNA Ac/SSNA G/L
49
Fibras
Nueces
Salida florentinos
3.2
CÁLCULOS DE PORCENTAJE EN PESO DE ACEITE SOBRE RACIMO DE FRUTA FRESCA
Teniendo en cuenta la metodología enunciada en el capítulo anterior, para la recolección de los flujos másicos y la determinación de pérdidas en base seca con los métodos y frecuencias que se encuentran expuestos en la tabla resumen No. 8, se procedió a calcular las pérdidas de aceite expresadas como porcentaje en peso de aceite sobre racimo de fruta fresca, es decir %Ac/RFF.
En la Tabla 9. se presenta la tabla modelo que se utilizó para recolectar la información correspondiente a los porcentajes en peso de aceite sobre racimo de fruta fresca y en el Anexo D. se presentan las tablas de los cálculos de porcentaje en peso de aceite sobre racimo de fruta fresca para cada uno de los meses de evaluación.
Tabla 8. Metodología de recolección de la información Flujos másicos Tiempo
Punto
Medición
Método
(min) Tusas
Frecuencia
Tamaño
medición
muestra (g)
proceso
Método
Frecuencia medición
15
Totalidad de horas de
Frutos
Pérdidas en base seca
Másico
adheridos
Tres veces por semana
10
Fibras
15
Efluentes
20
Volumétrico
50 ml
Nueces
10
Másico
50
50
15
Extracción por solventes
Diario
Tabla 9. Tabla modelo de recolección de datos de pérdidas expresadas como porcentaje de aceite sobre racimo de fruta fresca (Ac/RFF) MES
Día 1 Día 2 Año
ITEM 1. % Tusas/RFF
Prom. Dia
2. % ac/SSNA
Prom. Dia
3. % SSNA/Tusas
Prom. Dia
4. % Ac/RFF (tusas)
1x2x3
5. % W fruto adh/Tusas Prom. Dia 6. % Ac/W fruto adh
Prom. Dia
7. % Ac/RFF (Fr. Adh)
1x5x6
8. % Fibra/RFF
Prom. Dia
9. % Ac/SSNA
Prom. Dia
10. % SSNA/Fibras
Prom. Dia
11. % Ac/RFF(fibra)
8x9x10
12. M3 efl/tom RFF
Prom. Dia
13. Gm Ac/l ef
Prom. Dia
14. % Ac/RFF(efluente) 12x13/1000 15. % Nuez/RFF
Prom. Dia
16. % Ac/nuez
Prom. Dia
17. % Ac/RFF(nuez)
15x16
18. Total pérdidas
4+7+11+14+17
19. % extraccion
Prom. Dia
20. Potencial de Ac
18+19
21. Eficiencia
(19/20)
3.2.1 Pérdidas de aceite en racimos vacíos ó tusas. Para los racimos Vacíos, la pérdida de aceite como porcentaje en peso de aceite sobre racimo de fruta fresca, se calculó multiplicando la pérdida valorada mediante ensayos de laboratorio en gramos de aceite sobre base seca sin aceite (expresada por porcentaje en peso, es decir % ac/SSNA9), por los sólidos secos no aceitosos obtenidos sobre muestra húmeda (expresado por porcentaje en peso, es decir 9
Ac/SSNA (aceite en sólidos secos no aceitosos)
51
%SSNA/racimos vacíos ó tusas), multiplicando por el porcentaje en peso de racimos vacíos o tusas sobre los racimos RFF que se procesaron (%Tusas/RFF) y multiplicando por el factor para convertir a porcentaje de aceite sobre RFF (%Ac/RFF).
En forma de expresión matemática, la pérdida de aceite en racimos vacíos ó tusas es: %Ac/RFF= %ac/ssna * %ssna/tusas * %tusas/RFF * 0.0001
3.2.2 Pérdidas de aceite en frutos adheridos. Para el caso de la pérdida de aceite en los frutos adheridos a la tusa, se toma el porcentaje de aceite en estos frutos (%Ac/frutos) que se evalúan mediante ensayos de laboratorio y se multiplican por la cantidad de frutos adheridos a la tusa (%fruto adheridos/tusas).
En forma de expresión matemática, la pérdida de aceite en frutos adheridos y en las nueces es: %Ac/RFF=%ac/frutos adheridos* %frutos/tusa * %racimos vacíos/RFF * 0.0001
3.2.3 Pérdidas de aceite en fibras.
La
metodología para el cálculo de la
pérdida de aceite en fibras expresada como porcentaje de aceite sobre racimo de fruta fresca es igual a la descrita en el capitulo 3.2.1 para las tusas.
3.2.4 Pérdidas de aceite en efluentes. La pérdida de aceite en efluentes provenientes de los condensados de esterilización y de las centrífugas deslodadoras, se multiplican por el valor de los gramos por litro de efluentes a la salida de los florentinos por el volumen en metros cúbicos sobre toneladas de racimos procesados.
En forma de expresión matemática, la pérdida de aceite en efluentes es: %Ac/RFF= m3/TRFF * g/l * 0.1 52
3.2.5 Pérdidas de aceite en nueces. La
metodología para el cálculo de la
pérdida de aceite en nueces expresada como porcentaje de aceite sobre racimo de fruta fresca es igual a la descrita en el capitulo 3.2.2 para los frutos adheridos a las tusas.
En forma de expresión matemática, la pérdida de aceite en nueces es:
%Ac/RFF= %ac/nueces * %nueces/RFF
53
4. ANÁLISIS DE LA INFORMACIÓN
Posterior a la realización de los cálculos de las pérdidas de aceite expresadas como porcentaje en peso de aceite sobre racimo de fruta fresca, se procedió a realizar el análisis de la información de los dos primeros meses de evaluación, con el fin de determinar los puntos críticos.
4.1
ANÁLISIS DE DATOS OBTENIDOS
4.1.1 Análisis de pérdidas en racimos vacíos o tusas. En la Tabla 10. se muestran los flujos másicos, las pérdidas en base seca y los porcentajes de aceite perdido en las tusas sobre racimo de fruta fresca. Se puede observar que se obtuvo un porcentaje promedio de 20.70% de tusas sobre racimo de fruta fresca, el cual se encuentra en el rango teórico (17.7% – 26.1%) establecido en la Figura 14, esto demuestra que las mediciones realizadas para los flujos másicos se efectuaron correctamente.
El valor promedio de la pérdida de aceite en tusas, expresada como porcentaje de aceite sobre racimo de fruta fresca, se encuentra en 0.93%, lo que indica que se perdieron en promedio 37 toneladas de aceite en esta corriente (calculo realizado con el promedio de fruto procesado entre los meses de mayo y junio: 3976 toneladas).
54
Tabla 10. Porcentaje de aceite perdido en tusas sobre racimo de fruta fresca Item
Mayo Junio Promedio
1. % Tusas/RFF
20,97 20,44
20,70
2. % ac/SSNA
11,22 12,67
11,94
3. % SSNA/Tusas
37,16 39,76
38,46
4. % Ac/RFF (tusas)
0,86
1,01
0,93
4.1.2 Análisis de pérdidas en frutos adheridos. En la Tabla 11. se muestran los porcentajes en peso de frutos adheridos a la tusa y los porcentajes de aceite perdido en los frutos adheridos sobre racimo de fruta fresca. En esta tabla se observa una considerable diferencia en el porcentaje en peso de frutos adheridos a la tusa entre los meses de mayo y junio, la cual se presenta principalmente por diferencias en la calidad y variedad de materia prima procesada, fruto verde o racimos de gran peso de palmas viejas ocasionan un incremento en los frutos adheridos.
El valor promedio de la pérdida de aceite en frutos adheridos a las tusas, expresada como porcentaje de aceite sobre racimo de fruta fresca, se encuentra en 0.06%, lo que indica que se perdieron en promedio 2.4 toneladas de aceite en esta corriente (calculo realizado con el promedio de fruto procesado entre los meses de mayo y junio: 3976 toneladas).
Tabla 11. Porcentaje de aceite perdido frutos adheridos a las tusas sobre racimo de fruta fresca Item
Mayo Junio Promedio
5. % W fruto adh/Tusas
1,03
0,22
0,63
6. % Ac/W fruto adh
5,32
2,60
3,96
7. % Ac/RFF (Fr. Adh)
0,11
0,01
0,06
55
4.1.3 Análisis de pérdidas en fibras. En la Tabla 12. se muestran los flujos másicos, las pérdidas en base seca y los porcentajes de aceite perdido en las fibras sobre racimo de fruta fresca. Se puede observar que se obtuvo un porcentaje promedio de 15.03% de fibras sobre racimo de fruta fresca, el cual se encuentra en el rango teórico (11.6% – 15%) establecido en la Figura 14, esto demuestra que las mediciones realizadas para los flujos másicos se efectuaron correctamente.
El valor promedio de la pérdida de aceite en fibras, expresada como porcentaje de aceite sobre racimo de fruta fresca, se encuentra en 0.60%, lo que indica que se perdieron en promedio 24 toneladas de aceite en esta corriente (calculo realizado con el promedio de fruto procesado entre los meses de mayo y junio: 3976 toneladas).
Tabla 12. Porcentaje de aceite perdido en fibras sobre racimo de fruta fresca Item 8. % Fibra/RFF 9. % Ac/SSNA 10. % SSNA/Fibras 11. % Ac/RFF(fibra)
Mayo Junio Promedio 15,62 14,43 7,07
15,03
7,05
7,06
55,58 57,11
56,35
0,61
0,58
0,60
56
4.1.4 análisis de pérdidas en efluentes. En la Tabla 13. se muestran los flujos volumétricos, las pérdidas en gramos por litro y los porcentajes de aceite perdido en los efluentes sobre racimo de fruta fresca.
El valor promedio de la pérdida de aceite en efluentes, expresada como porcentaje de aceite sobre racimo de fruta fresca, se encuentra en 1.07%, lo que indica que se perdieron en promedio 42.5 toneladas de aceite en esta corriente (calculo realizado con el promedio de fruto procesado entre los meses de mayo y junio: 3976 toneladas).
Tabla 13. Porcentaje de aceite perdido en efluentes sobre racimo de fruta fresca Item
Mayo Junio Promedio
12. M3 efl/tom RFF
1,39
1,37
1,38
13. Gm Ac/l ef
8,29
7,30
7,79
14. % Ac/RFF(efluente)
1,14
1,00
1,07
4.1.5 análisis de pérdidas en nueces. En la Tabla 14. se muestran los flujos másicos, las pérdidas en base seca y los porcentajes de aceite perdido en las nueces sobre racimo de fruta fresca. Se puede observar que se obtuvo un porcentaje promedio de 11.63% de nueces sobre racimo de fruta fresca, el cual se encuentra en el rango teórico (9% – 12.7%) establecido en la Figura 14, esto demuestra que las mediciones realizadas para los flujos másicos se efectuaron correctamente.
El valor promedio de la pérdida de aceite en nueces, expresada como porcentaje de aceite sobre racimo de fruta fresca, se encuentra en 0.03%, lo que indica que se perdieron en promedio 1.2 toneladas de aceite en esta corriente (calculo realizado con el promedio de fruto procesado entre los meses de mayo y junio: 3976 toneladas). 57
Tabla 14. Porcentaje de aceite perdido en nueces sobre racimo de fruta fresca Item 15. % Nuez/RFF
Mayo Junio Promedio 11,38 11,87
11,63
16. % Ac/nuez
0,34
0,20
0,27
17. % Ac/RFF(nuez)
0,04
0,02
0,03
4.2
ANÁLISIS DE PUNTOS CRÍTICOS
Con el resultado de las pérdidas de aceite sobre racimo de fruta fresca analizadas en el punto anterior, se calculó la incidencia de cada una de las corrientes de salida con respecto a las pérdidas totales (ver Tabla 15) durante los 2 primeros meses para determinar los puntos críticos de control.
En esta tabla se observa que los mayores porcentajes de pérdida se presentan en tusas y en efluentes, por lo tanto estas dos corrientes de salida las identificamos como los puntos críticos y sobre ellas se realizó la revisión de las condiciones de operación con el fin de proponer las acciones pertinentes que lograran la reducción en el valor de dichas pérdidas.
Tabla 15. Incidencia de cada corriente de salida en las pérdidas totales Pérdida de aceite en Mayo Junio % Ac/RFF (tusas) % Ac/RFF (Fr. Adh)
30,95 38,28 4,16
0,44
% Ac/RFF(fibra)
22,10 22,18
% Ac/RFF(efluente)
41,38 38,16
% Ac/RFF(nuez)
1,41
0,93
58
4.2.1 Causas de pérdidas en Tusas: Un incremento en las pérdidas en tusas se puede presentar por una de las siguientes condiciones10: •
Fruto sobremaduro
•
Exceso de esterilización
•
Mal desfrutamiento
Si el fruto llega sobremaduro a la planta, al entrar a las autoclaves la pérdida de aceite por impregnación a la tusa será mayor, debido a que el mesocarpio del fruto se encuentra más blando y el aceite será desprendido con mayor facilidad. Como se mencionó en el capítulo 2. en la sección de recepción se evalúan diariamente los parámetros de calidad en la materia prima recibida, al analizar estos resultados en los meses de mayo y junio se encontró un porcentaje muy bajo de fruto sobremaduro ( 40% Lodos pesados >30% Lodos Ligeros < 5% Agua =< 25%
14
GARCÍA. Jesús Alberto. Influencia de las diferentes fases (aceite-agua-lodos) en el
comportamiento de la clarificación, 2000. 6 p
62
5. PLANTEAMIENTO DE ACCIONES PARA REDUCCIÓN DE LAS PÉRDIDAS
Identificadas las posibles causas de incremento de las pérdidas de aceite en los puntos críticos (tusas y efluentes), se procedió a plantear las respectivas soluciones en busca de lograr su reducción.
5.1
TUSAS
Con el fin de identificar el sitio en el cual se estaba presentando el incremento de la pérdida de aceite (esterilización o desfrutamiento) , se escogió una tusa en las canastas a la salida de la esterilización y se le cortaron 3 espigas, esta tusa se marcó y se retiró después de su salida de la desgranadora cortando nuevamente tres espigas, estas muestras se analizaron independientemente en el laboratorio para encontrar la cantidad de aceite en base seca de cada una. Este procedimiento se realizó con 10 muestras en diferentes días, con condiciones normales y estables de proceso
En la Figura 21, se observan los respectivos resultados. Se analiza que las pérdidas en tusas se incrementan después de la desgranadora, en un valor promedio de 51%.
Esto hizo pensar que el problema se estaba presentando en el equipo de desfrutado para lo cual se revisaron sus condiciones de operación. La velocidad de giro se encontró en 23 r.p.m el cual es el valor adecuado para este tipo de equipos. Internamente la desgranadora de Palmar Santa Elena posee unos brazos longitudinales en forma de jaula formados por dos ángulos de 1” (ver Figura 22) sobre la parte plana golpean los racimos y estos golpes hacen desprender los
63
frutos, en la actualidad las desgranadoras son fabricada con platinas con el fin de reducir el área de contacto de los frutos y así disminuir la pérdida de aceite en tusas15. Aprovechando el desgaste interno en la desgranadora, se quiso cambiar la disposición de los brazos en ángulos a platinas, sin embargo, por observaciones del fabricante (Consultécnica) no se realizó debido a que existiría un mayor peso en el equipo y su eje no resistiría esta mayor masa. Por lo tanto se cambio su disposición separando los dos ángulos que antes formaban cada brazo y se colocó sólo uno, disminuyendo así el área de contacto de los racimos en 1” (ver Figura 23). Este trabajo se realizó durante la segunda quincena de julio. (ver Figura 8)
Figura 21. Pérdidas en tusas antes y después de la desgranadora. 25,00
% Ac/SSNA
20,00 15,00 10,00 5,00 0,00
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
ANTES
6,41
7,17
7,39
8,23
6,88
7,63
7,21
11,99
9,76
7,14
DESPUES
10,08
9,96
8,32
15,68
8,56
11,31
12,46
19,55
12,35
12,84
ANTES
15
DESPUES
Datos suministrados por el fabricante Consultécnica
64
Figura 22. Disposición de ángulos internos en la desgranadora
Figura 23. Cambio interno realizado en la disposición de ángulos
Posterior a este cambio se realizó otro estudio para determinar el punto exacto de la sección de desfrutamiento en el cual se presentaba el incremento de la pérdida, por lo tanto, se analizó (en la segunda quincena de agosto) una misma tusa en la canasta de esterilización, en la tolva de alimentación de fruto a la desgranadora y después de la desgranadora (siguiendo el mismo procedimiento descrito). En la Figura 24, se observa que el porcentaje de incremento de la pérdida de aceite en tusa entre esterilización y la tolva de
alimentación a la desgranadora es en
promedio 28.22% y entre tolva de alimentación y después de la desgranadora del 2.45%, por lo tanto se deduce que la impregnación de la tusa ocurre en el momento en que el fruto contenido en la canasta de esterilización cae al transportador alimentador de la desgranadora. 65
Al revisar esta operación se identificó que existía una gran cantidad de frutos sueltos, los cuales al caer a la tolva de alimentación de la desgranadora sufren una presión por parte de las tusas, ocasionando así una primera salida de aceite de cada fruto y este impregna las tusas elevando así la pérdida.
Para evitar este problema, se realizó inmediatamente la construcción de una rejilla en el fondo de la tolva de alimentación por la cual pasarían una gran cantidad de frutos sueltos evitando así dicha impregnación (ver Figura 25).
Figura 24. Porcentaje de incremento de pérdidas de aceite en tusas en esterilización, tolva de alimentación y después de la desgranadora. 70 60
% Ac/SSNA
50 40 30 20 10 0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
% Incremento Ester. Y alim.
19,9 20,0 28,1 19,4 38,1 17,1 18,8 36,6 60,0 23,6
% Incremento Alim. Y Sal. Desg.
1,14 2,20 2,47 3,75 0,21 1,16 1,04 8,95 0,92 2,63
% Incremento Ester. Y alim.
% Incremento Alim. Y Sal. Desg.
Figura 25. Rejilla para paso de fruto suelto
66
Con estos cambios técnicos se logró que la pérdida de aceite en la tusa descendieran de un valor promedio de 0.89 en los meses de mayo y agosto a un promedio de 0.65 en los meses seguidos, consiguiendo así un descenso en la pérdida de aceite en esta corriente de un 27% entre los meses de septiembre y octubre (ver Tabla 16).
Tabla 16. Reducción de pérdidas de aceite en tusas Item
Mayo Junio Julio Agosto Septiembre Octubre
% Tusas/RFF
20,97 20,44 20,34
20,69
20,58
20,60
% ac/SSNA
11,22 12,67 12,60
9,91
8,75
7,77
% SSNA/Tusas
37,16 39,76 36,54
37,97
38,73
38,29
% Ac/RFF (tusas)
0,86
0,78
0,70
0,61
1,01
0,93
5.1.1 Análisis estadístico de los datos: los datos obtenidos para las pérdidas de aceite en las tusas se analizaron estadísticamente mediante la prueba de 67
Duncan de diferencia significativa. En la tabla 17 se puede observar que existen diferencias significativas entre los pérdidas de aceite del período mayo-agosto con respecto al período septiembre-octubre.
Tabla 17. Resultados prueba de Duncan para pérdidas de aceite en tusas Período
Resultado
Número datos
prueba Duncan Mayo-agosto
0.89118
102
Septiembre-octubre
0.65569
51
Posteriormente se realizó la prueba “t” de comparación de medias, para la cual se planteo la hipótesis nula que las medias del período mayo-agosto eran iguales a las del período septiembre-octubre, contra la hipótesis alterna que las medias del período mayo-agosto eran mayores a las del período septiembre-octubre. Como resultado se encontró que se rechazaba la hipótesis nula con un nivel de significancia menor a 0.0001 (el cual es menor a 0.05 establecido como límite), lo que confirmó estadísticamente que las pérdidas de aceite en tusas en el período mayo-agosto fueron mayores a las obtenidas en el período septiembre-octubre, demostrando así la eficacia de las acciones tomadas para reducir la pérdida en este punto.
5.2
EFLUENTES
Como se mencionó en el capítulo anterior teóricamente es posible trabajar con una menor cantidad de agua de dilución, sin tener inconvenientes con la clarificación.
Por lo tanto a partir del mes de julio se impartieron las instrucciones del caso para trabajar con una menor cantidad de agua en prensas. Cada 2 horas el operario de prensas sacó una muestra del licor de prensas para ser analizado en el laboratorio 68
por centrifugación, de acuerdo al resultado se ajustaba el agua buscando un porcentaje de 25% de agua en composición volumétrica. En la Tabla 18 se puede observar que entre el período de julio a octubre se tuvo un promedio de 24% en el agua de dilución que comparado con el resto del período ( 37%) da un porcentaje de reducción del 35.1% . Este cambio de operación hizo que los m3 de efluente por tonelada de racimo de fruta fresca procesada descendieran de una valor promedio de 1.38 en los meses de mayo y junio a un promedio de 0.78 en los meses seguidos, consiguiendo así un descenso promedio en la pérdida de aceite en esta corriente de un 38% entre los meses de julio a octubre con relación a los meses de mayo y junio (ver Tabla 19).
Tabla 18. Porcentajes de dilución del aceite crudo Aceite Crudo Mes Aceite L ligeros. Agua L pesados. ENERO
39
4
36
22
FEBRERO
39
4
35
22
MARZO
41
4
39
15
ABRIL
43
3
38
16
MAYO
40
4
37
19
JUNIO
39
2
36
23
JULIO
48
4
25
24
AGOSTO
47
4
23
27
SEPTIEMBRE
46
4
24
26
OCTUBRE
46
5
26
23
69
Tabla 19. Reducción de pérdidas de aceite en efluentes Item
Mayo Junio Julio Agosto Septiembre Octubre
M3 efl/tom RFF
1,39
1,37
0,79
0,79
0,77
0,76
Gm Ac/l ef
8,29
7,30
9,29
8,44
8,51
7,79
% Ac/RFF(efluente)
1,14
1,00
0,72
0,67
0,66
0,60
5.2.1 Análisis estadístico de los datos: los datos obtenidos para las pérdidas de aceite en los efluentes se analizaron estadísticamente mediante la prueba de Duncan de diferencia significativa. En la tabla 20 se puede observar que existen diferencias significativas entre los pérdidas de aceite del período mayo-junio con respecto al período julio-octubre.
Tabla 20. Resultados prueba de Duncan para pérdidas de aceite en efluentes Período
Resultado prueba Duncan
Número datos
Mayo-junio
1.07700
50
Julio-octubre
0.66320
103
Posteriormente se realizó la prueba “t” de comparación de medias, para la cual se planteo la hipótesis nula que las medias del período mayo-junio eran iguales a las del período julio-octubre, contra la hipótesis alterna que las medias del período mayo-junio eran mayores a las del período julio-octubre. Como resultado se encontró que se rechazaba la hipótesis nula con un nivel de significancia menor a 0.0001 (el cual es menor a 0.05 establecido como límite), lo que confirmó estadísticamente que las pérdidas de aceite en efluentes en el período mayo-junio fueron mayores a las obtenidas en el período julio-octubre, demostrando así la eficacia de las acciones tomadas para reducir la pérdida en este punto.
70
6. CONCLUSIONES
Se implementó y estandarizó la metodología para la realización de los balances másicos de aceite en la empresa Palmar Santa Elena S.A, adaptando las condiciones físicas con el fin de establecer procedimientos de muestreo prácticos y ágiles, en los siguientes puntos de control de proceso: fibra, nueces, efluentes, esterilización y clarificación.
Se realizó las mediciones de los flujos másicos durante un período de seis meses y se correlacionó los datos obtenidos con el valor de la pérdida en base seca analizada por el laboratorio. Con estos datos se determinó que los puntos críticos de control se presentaban en las corrientes de salida de tusas y efluentes.
Se realizó la propuesta de soluciones para cada uno de los puntos críticos encontrados. Para las tusas se realizó un cambio interno en la desgranadora o tambor desfrutador y se instaló una rejilla en la tolva de alimentación a la desgranadora con el fin de separar el fruto suelto proveniente de la etapa de esterilización, disminuyendo así el valor de la pérdida de aceite en un 27% en los meses de septiembre y octubre en relación con el período entre mayo y agosto. Para los efluentes se realizó una reducción en el volumen de agua de dilución, disminuyendo el valor de la pérdida de aceite en efluentes en un 38% entre los meses de julio a octubre en comparación con mayo y junio. Para los dos casos se comprobó estadísticamente que las acciones tomadas en el proceso para conseguir una reducción en las pérdidas de aceite fueron eficientes.
Se logró una reducción global en las pérdidas de aceite del proceso del 19% en los meses de septiembre y octubre con relación al período entre mayo y agosto. Si se tiene en cuenta que en esos dos últimos meses se procesó un total de 7.649.750 kilogramos de fruto, equivalentes a 1.662.291 kilogramos de 71
aceite y utilizando los valores promedios en la pérdida de aceite (mayo-agosto: 2.45% y septiembre-octubre: 1.98%) significa que se obtuvo un ahorro de $11.719.000 (valor tonelada aceite crudo: $ 1.500.000) en los meses de septiembre y octubre, como consecuencia de las acciones tomadas en el proceso mediante el análisis de los datos arrojados por el balance de masas.
Si se comparan las pérdidas de la empresa con el promedio Nacional (Ver Tabla 1) se puede concluir que al iniciar el estudio estas se encontraban muy lejos de dichos promedios nacionales (Palmar Santa Elena 2.76% contra Promedios Nacionales 1.65%) sin embargo, después de realizar los cambios enunciados en los puntos anteriores, esa diferencia se redujo considerablemente (Palmar Santa Elena 1.90% contra Promedios Nacionales 1.65%), esto demuestra que la realización de los balances másicos, son una herramienta de control muy valiosa, cuando se quiere mejorar la eficiencia de un proceso en cuanto a pérdidas de aceite se refiere.
72
BIBLIOGRAFÍA
BERNAL. Fernando. El cultivo de la palma de aceite y su beneficio. Fedepalma, 2001. 186 p.
BERNAL. Guillermo. Descripción general del proceso eficiente de clarificación del aceite de palma y de sus condiciones de operación. Revista Palmas, Vol. 12, Número Especial, 1991. 4 p.
CENIPALMA. Manual de laboratorio plantas de beneficio primario para fruto de palma de aceite, 2000. 117 p.
GARCIA, Jesús Alberto. Ceniavance 86: “Implementación de los balances de pérdidas de aceite en Colombia”, agosto 2001
GARCÍA. Jesús Alberto; CADENA. Omar. Influencia de las diferentes fases (aceite-agua-lodos) en el comportamiento de la clarificación. Revista Palmas, Vol. 21, Número Especial, Tomo 1, 2000. 6p.
GARCÍA. Jesús Albero; YÁNEZ. Edgar Eduardo. Balance de pérdidas de aceite en plantas de beneficio de las zonas palmeras colombianas Norte y Central. Revista Palmas, Vol 21, Número Especial, Tomo 1, 2000. 6 p.
GOMEZ. Pedro León. Algunos aspectos del procesamiento de aceite de palma. Cenipalma, 1994. 98 p.
Guía ambiental para el subsector de la agroindustria de la palma de aceite. Fedepalma, 2002. 135 p.
73
ANEXO A. REPORTES DE FLUJOS MÁSICOS
En este anexo se presentan las tablas de reporte de los flujos másicos para cada una de las corrientes de salida durante el período de evaluación (mayo-octubre). La tabla 1 de cada anexo muestra los kilogramos o metros cúbicos medidos para cada corriente y la tabla 2 muestra la relación de estos con los tiempos de medición de flujo, para obtener así los correspondientes flujos másicos. Los días que aparece “0” en la planilla corresponden a días de no producción en la planta.
74
75
76
ANEXO B. METODOLOGÍA PARA ANÁLISIS DE PÉRDIDAS EN BASE SECA16
A continuación se relaciona la metodología utilizada para realizar los análisis de pérdidas en base seca para cada una de las corrientes de salida, esta se encuentra basada en las instrucciones suministradas por Cenipalma en el manual de laboratorio, pero adecuando algunas condiciones a las necesidades mismas del laboratorio de la empresa.
Determinación de pérdidas de aceite en tusas
El método escogido por Palmar Santa Elena para este análisis, se basa en determinar el porcentaje de aceite contenido en las espigas de la tusa:
1. Cada hora, el operario de puente grúa debe tomar la muestra de tusas . 2. Realizar un cuarteo de las espigas separadas hasta obtener un residual de ocho (8) espigas, las cuales serán utilizadas para su posterior análisis. 3. Picar finamente las espigas de la muestra del proceso, con la ayuda de un cuchillo. 4. En la balanza con aproximación al miligramo, pesar una cápsula limpia y seca previamente . 5. Pesar 15 g de espigas picadas. 6. Llevar cápsula con muestra al horno, el tiempo suficiente para secarla (peso constante). 7. Transferir la cápsula de porcelana con la muestra, a un desecador hasta obtener un total enfriamiento (aproximadamente 30 minutos). 8. Determinar el peso de la muestra seca e introducirla en un dedal. 16
Cenipalma. Manual de laboratorio plantas de beneficio primario para fruto de palma de
aceite, 2000. 117 p.
77
9. Colocar un trozo de algodón para evitar que la muestra se salga del dedal al mezclarse con el solvente. 10. Pesar un balón de destilación limpio y seco. 11. Añadir solvente al balón (un poco más de la mitad de este). 12. Introducir el dedal con la muestra en la columna de extracción. 13. Conectar el matraz a la columna de extracción y este a su vez al refrigerante de bolas. 14. Abrir el paso del agua por el refrigerante de bolas. 15. Encender la estufa para iniciar el proceso de extracción. 16. Continuar el proceso hasta que el solvente que se encuentra en la parte central esté totalmente incoloro, momento en el cual se inicia con el desmontaje. 17. Separar cuidadosamente el balón de la columna de extracción, retirando el dedal de la misma. 18. Por medio de un montaje de destilación, separar el solvente del aceite extraído. 19. Retirar las trazas del solvente con la ayuda de una estufa ó una plancha de calentamiento. 20. Conseguir enfriamiento total del balón con aceite recuperado ya sea con la ayuda de un ventilador ó en el desecador. 21. Pesar el balón en la balanza con aproximación al miligramo.
Cálculos
%Ac./SSNA = WBALÓN CON ACEITE - WBALÓN VACÍO WMUESTRA SECA - WACEITE EXTRAÍDO %SSNA = WMUESTRA SECA-WACEITE EXTRAÍDO x 100 WMUESTRA INICIAL W aceite extraído : W balón con aceite – W balón vacío. 78
Determinación de pérdidas de aceite en frutos adheridos
1. Tomar los frutos separados en la determinación de fruto adherido al raquis. 2. Pesar los frutos separados. 3. En una tabla, extraer toda la pulpa contenida en los frutos y pesar. Si hay muchos frutos, tomar una muestra representativa, teniendo en cuenta el peso . 4. Picar finamente la pulpa extraída. 5. En la balanza con aproximación al miligramo, pesar una cápsula limpia y seca. 6. Pesar 10 g de pulpa picada. 7. Llevar cápsula con muestra al horno para secarla. 8. Transferir la cápsula de porcelana con la muestra a un desecador hasta obtener un total enfriamiento (aproximadamente 30 minutos). 9. Introducir la muestra en un dedal. 10. Colocar un trozo de algodón para evitar que la muestra se salga del dedal al mezclarse con el solvente. 11. Pesar un balón de destilación limpio y seco. 12. Añadir solvente al balón (un poco más de la mitad de este). 13. Introducir el dedal con la muestra en la columna de extracción. 14. Conectar el matraz a la columna de extracción y este a su vez al refrigerante de bolas. 15. Abrir el paso del agua por el refrigerante de bolas. 16. Encender la estufa para iniciar el proceso de extracción. 17. Continuar el proceso aproximadamente 1 hora después que el solvente que se encuentra en la parte central esté totalmente incoloro, momento en el cual se inicia con el desmontaje. 18. Separar cuidadosamente el balón de la columna de extracción y luego retirar el dedal de la columna. 19. Por medio de un montaje de destilación, separar el solvente del aceite extraído.
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20. Llevar la muestra con el balón a la plancha de calentamiento o estufa, para eliminar completamente el solvente remanente. 21. Conseguir enfriamiento total del balón con aceite extraído con la ayuda del ventilador ó en el desecador. 22. Pesar el balón en la balanza con aproximación al miligramo.
Cálculos
Si se tomó toda la muestra de pulpa:
%A.F.A. = WACEITE RECUPERADO x 100 WFRUTOS ADHERIDOS Si se tomó sólo una parte de la pulpa y/o frutos adheridos:
%A.F.A.= WACEITE RECUPERADOxWPULPA EXTRAÍDA x 100 WFRUTOS ADHERIDOS x WMUESTRA PULPA
TOMADA
Determinación de pérdidas de aceite en fibras
1. Cada hora el Operario de Prensas debe tomar una muestra de torta de prensado. 2. Pesar una cápsula limpia y seca, debidamente marcada. 3. De la muestra traída del proceso, separar de la fibra, las almendras rotas, cáscaras y otros materiales, ya que la presencia de estos afecta la precisión del análisis.(Pueden incrementar la perdida, pues las almendras contienen gran cantidad de aceite). 80
4. De la fibra escogida, pesar aproximadamente 15 g en la balanza con aproximación al miligramo. 5. Llevar cápsula con muestra al horno el, tiempo suficiente para
secar la
muestra. 6. Transferir la cápsula de porcelana con la muestra a un desecador hasta obtener un total enfriamiento (aproximadamente 30 minutos). 7. Determinar el peso de la muestra seca e introducirla en un dedal. 8. Colocar un trozo de algodón para evitar que la muestra se salga del dedal al mezclarse con el solvente. 9. Pesar un balón de destilación limpio y seco. 10. Añadir solvente al balón (un poco más de la mitad de este). 11. Introducir el dedal con la muestra en la columna de extracción. 12. Conectar el matraz a la columna de extracción y esta a su vez al refrigerante de bolas. 13. Abrir el paso del agua por el refrigerante de bolas. 14. Encender la estufa para iniciar el proceso de extracción. 15. Continuar el proceso hasta que el solvente que se encuentra en la parte central esté totalmente incoloro, momento en el cual se inicia con el desmontaje. 16. Separar cuidadosamente el balón de la columna de extracción, luego retirar el dedal de la columna. 17. Por medio de un montaje de destilación, separar el solvente del aceite extraído. 18. Llevar la muestra con el balón a la plancha de calentamiento o a la estufa, para eliminar completamente el solvente remanente. 19. Conseguir enfriamiento total del balón con aceite recuperado con la ayuda de un ventilador ó en el desecador. 20. Pesar el balón en la balanza con aproximación al miligramo.
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Cálculos
%Ac./SSNA = WBALÓN CON ACEITE-WBALÓN VACÍO x 100 WMUESTRA SECA - WACEITE EXTRAÍDO %SSNA = WMUESTRA SECA - WACEITE EXTRAÍDO x 100 WMUESTRA INICIAL W ACEITE EXTRAÍDO=W BALÓN CON ACEITE–WBALÓN VACIO.
Determinación de pérdidas de aceite en efluentes
1. Pesar una cápsula limpia y seca con papel filtro y algodón, los cuales absorberán el agua lodosa evitando que esta se pegue a la cápsula. 2. Agitar vigorosamente el recipiente con la muestra recolectada. 3. Medir 50 ml de la muestra. 4. Verter en la cápsula y pesar. 5. Llevar la cápsula con muestra al horno hasta total secamiento. 6. Transferir la cápsula de porcelana con la muestra a un desecador hasta obtener un total enfriamiento (aproximadamente 30 minutos) 7. Pesar cápsula con muestra para obtener el peso de la muestra seca. 8. Separar cuidadosamente la muestra de la cápsula, doblarla haciendo un rollo e introducirla en el dedal. 9. Colocar un trozo de algodón para evitar que la muestra se salga del dedal al mezclarse con el solvente. 10. Pesar un balón de destilación limpio y seco. 11. Añadir solvente al balón (un poco más de la mitad de este). 12. Introducir el dedal con la muestra en la columna de extracción. 82
13. Conectar el matraz a la columna de extracción y esta a su vez al refrigerante de bolas. 14. Continuar el proceso hasta que el solvente que se encuentra en la parte central, esté totalmente incoloro, momento en el cual se inicia con el desmontaje. 15. Separar cuidadosamente el balón de la columna de extracción, luego retirar el dedal de la columna. 16. Por medio de un montaje de destilación, separar el solvente del aceite extraido. 17. Retirar trazas de solvente con ayuda de la estufa o plancha de calentamiento. 18. Conseguir enfriamiento total del balón. 19. Pesar el balón en la balanza con aproximación al miligramo.
Cálculos
g ac./l efluente=WBALÓN CON ACEITE-WBALÓN VACÍO x 20 %Ac./SSNA = WBALÓN CON ACEITE- BALÓN VACÍO x 100 WMUEST SECA - WACEITE EXTRAÍDO –W algodón %SSNA =
WMUESTRA INICIAL WMUESTRA SECA- WACEITE EXTRAÍDO – W algodón x 100
Determinación de pérdidas de aceite en nueces
Las nueces que se seleccionan para el análisis, deben estar enteras, que no presenten roturas de ninguna índole, ya que se puede llegar a extraer el aceite de la almendra alterándose el resultado.
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Normalmente las nueces se someten a un periodo de secado, sin embargo la humedad que contienen es mínima y además un secado largo puede producir la exudación del aceite de las almendras, ante lo cual se ha decidido montar las muestras sin secarlas, expresando el resultado sólo en base húmeda.
1. De las muestras tomadas para determinar la pérdida de aceite en
fibras,
extraer las nueces enteras. 2. Pesar aproximadamente 50 g de las nueces seleccionadas con anterioridad. 3. Introducir las nueces en el balón de destilación. 4. Añadir el solvente hasta total cubrimiento de las nueces. 5. Conectar el balón al refrigerante. 6. Encender la estufa. 7. Dejar en reflujo durante 2 horas. 8. Apagar la estufa y retirar el balón. 9. Pesar un balón de destilación limpio y seco. 10. Transferir el solvente con el aceite de las nueces al nuevo balón, filtrando y enjuagando las nueces, para retirar todo el aceite. 11. Por medio de un montaje de destilación, separar el solvente del aceite extraído. 12. Llevar el balón con la muestra a la plancha de calentamiento y eliminar completamente el solvente remanente. 13. Conseguir enfriamiento total del balón con el aceite recuperado con la ayuda de un ventilador o en el desecador. 14. Pesar el matraz en la balanza con aproximación al miligramo.
Cálculos
%Ac/Base Húmeda = WBALÓN CON ACEITE - WBALÓN VACÍO x 100 WMUESTRA INICIAL
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ANEXO C. REPORTES DE RESULTADOS DE PÉRDIDAS EN BASE SECA
En este anexo se presentan las tablas de reporte de los resultados de pérdidas en base seca para cada una de las corrientes de salida durante el período de evaluación (mayo-octubre). Los días que aparece “0” en la planilla corresponden a días de no producción en la planta. Como las pérdidas en esterilización, fibras y nueces son evaluadas para cada equipo (esterilizador 1 – 2 y prensa 1 –2 respectivamente) se utilizaron los valores promedios al realizar la conversión a pérdidas de aceite por unidad de racimo procesado.
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ANEXO D. REPORTES DE PORCENTAJE EN PESO DE ACEITE SOBRE RACIMO DE FRUTA FRESCA
En este anexo se presentan los resultados de pérdidas en porcentaje de aceite sobre racimo de fruta fresca para cada una de las corrientes de salida en los meses de evaluación (mayo – octubre). . Los días que aparece “0” en la planilla corresponden a días de no producción en la planta. Esta planilla es el resultado de relacionar matemáticamente las planillas del Anexo A y del Anexo C para cada mes.
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