INTRODUCCIÓN El proceso de clarificación de jugo de cualquier industria azucarera, consta de las etapas presentadas en la figura siguiente.
Todas odas las sustancias contenidas en el tallo de la caña, diferentes a la sacarosa, son consideradas impurezas. La clarificación de jugo es el proceso inicial por el cual éstas son eliminadas (bien sean solubles, coloidales, en suspensión o insolubles) que son susceptibles a coagulación floculación por medios mec mec!nic !nicos os qu"m qu"mic icos os,, que que impl implic ican an el asen asenta tami mien ento to remo remoci ción ón por por decantación de las mismas, para producir un jugo claro de buena calidad con la auda conjunta de la cal, el calor la adición de floculante. Es importante dest destac acar ar que que la clar clarif ific icac ació ión n tamb tambié ién n podr podr"a "a tene tenerr luga lugarr sin sin el uso uso de floc flocul ulan ante tes, s, sin sin emba embarg rgo o tard tardar ar"a "a un tiem tiempo po muc# muc#o o m!s m!s prol prolon onga gado do probablemente el jugo que se obtendr"a no ser"a de la misma calidad.
FLOCULANTES
$n floculante floculante es una susta sustancia ncia qu"mi qu"mica ca com% com%nment nmente e org!n org!nica ica que agluti aglutina na sólid sólidos os en susp suspen ensi sión ón una una &ez &ez efec efectu tuad ada a su coag coagul ulac ació ión, n, pro& pro&oc ocan ando do su precipitación precipitación.. 'or ejemplo el pol"mero de acrilamida, es el pol"mero m!s empleado para floculación. rdinariamente el proceso de floculación sucede a la coagulación que se realiza con un coagulante como el alumbre que es un grup grupo o de comp compue uest stos os qu"m qu"mic icos os,, form formad ado o por por dos dos sales combin combinada adass en proporciones definidas una de las sales es el sulfato de aluminio o aluminio o el sulfato de amonio.. amonio
FLOCULACIÓN La floculación es un proce proceso so qu"mic qu"mico o medi median ante te el cual cual,, con con la adic adició ión n de sust sustan anci cias as
deno denomi mina nada dass floculantes floculantes,,
se
aglutinan
las sustancias
coloidales presentes coloidales presentes en el agua agua,, facilitando de esta forma su decantación decantación posterior filtrado filtrado.. Es un paso paso del del proc proces eso o de clar clarifi ifica caci ción ón en la indu indust stri ria a azuc azucar arer era, a, potab potabilizac ilización ión de agua aguass de origen origen superf superfici icial al del tratam tratamien iento to de aguas ser&idas domésticas, ser&idas domésticas, industriales de la miner"a. Los compuestos que pueden estar presentes en el agua pueden ser •
*ólidos en suspensión suspensión..
•
'art"culas coloidales (menos coloidales (menos de + micra micra), ), gobernadas por el mo&imiento broniano.. broniano
•
*ustancias disueltas (menos disueltas (menos que &arios nanómetros nanómetros). ).
PROCESO DE FLOCULACIÓN El proceso de floculación es precedido por la coagulación, por eso se suele #ablar de los procesos de coagulación-floculación. Estos facilitan la retirada de las sustancias en suspensión de las part"culas coloidales •
La coagulación es la deses desestab tabiliz ilizaci ación ón de las part"c part"cula ulass coloid coloidale aless causadas por la adición de un reacti&o qu"mico llamado coagulante el cual, neutralizando sus cargas electrost!ticas, #ace que las part"culas tiendan a unirse entre s".
La floculación es la aglom aglomera eració ción n de part"c part"cula ulass deses desestab tabiliz ilizada adass en
•
micr microf ofló lócu culo loss desp despué uéss en los los flóc flócul ulos os m!s m!s gran grande dess que que tien tiende den n a depo deposi sita tars rse e en el fond fondo o de los los reci recipi pien ente tess cons constru truid idos os para para este este fin, fin, denominados sedimentadores. Los factores que pueden promo&er la coagulación-floculación son el gradiente de la &elocidad, el tiempo el p p.. El tiempo el gradiente de &elocidad son importantes al aumentar la probabilidad de que las part"culas se unan da m!s tiempo para que las part"culas desciendan, por efecto de la gra&edad gra&edad,, as" se acumulen en el fondo. 'or otra parte el p es un factor prominente en la acción desestabilizadora de las sustancias coagulantes floculantes. La solución floculante m!s adecuada a la naturaleza de los materiales en suspensión con el fin de conseguir aguas decantadas limpias la formación de lodos espesos se determina por pruebas, a sea en laboratorio o en el campo. En la miner"a miner"a,, los floculantes utilizados son pol"meros pol"meros sintéticos sintéticos de alto peso molecular , cuas moléculas son de cadena larga con gran afinidad por las supe superf rfic icie iess sóli sólida das. s. Esta Estass macr macrom omol oléc écul ulas as se fija fijan n por por adsorción a las part" art"cu cula lass pro& pro&o ocan can as" la floc flocu ulac lación ión por por form formac ació ión n de puente entess interpart"culas.
TIPOS DE FLOCULACIÓN Floculación iónica /ediante la floculación iónica se iónica se modifican las moléculas disueltas en un fluido mediante la acción de los llamados floculadores iónicos, que son los elementos mate materi rial ales es comp compue uest stos os por por tubo tuboss de acero ino0i ino0idable dable,, plata plata o o cobre cobre,, que conectados en su e0tremo a polos de corriente directa, directa, positi&a o negati&a, generan la acti&idad iónica. Los floculadores iónicos sumergidos en el fluido producen un campo eléctrico de eléctrico de baja intensidad con acti&idad iónica constante, que
incrementa
la
energ"a
de
los electrones de
enla enlace ce11
ento entonc nces es,,
los !tomos !tomos que que componen las moléculas diluidas en el medio sufren un cambio en su estructura que las lle&a a su forma m!s elemental, confirmando la teor"a electrol"tica de electrol"tica de la disociación.
APLICACIONES DE FLOCULANTES Mantenimiento de Picina ! t"atamiento de agua# La cont contam amin inac ació ión n del del agua agua es un prob proble lema ma cons consta tant nte. e. Las Las fuen fuente tess de contaminación son diferentes, por lo que se necesitan diferentes tipos de métodos de tratamiento de aguas. /uc# /uc#as as &ece &ecess los los cont contam amin inan ante tess pres presen ente tess en el agua agua son son sust sustan anci cias as coloidales que dif"cilmente se pueden atacar debido al pequeñ"simo tamaño de sus part"culas, que suelen &ariar entre +nm +2m. La contaminación del agua pro&ocada por sustancias coloidales no siempre es f!cil de identificar. Estas sustancias no son perceptibles a simple &ista, sólo con el uso de microscopio. 3ebi 3ebido do a sus sus dime dimens nsio ione ness tan tan pequ pequeñ eñas as dif" dif"ci cilm lmen ente te ser! ser!n n elimi elimina nada dass utilizando filtros normales. 'ara lle&ar a cabo su efecti&a eliminación se utilizan otros métodos, como la floculación. La floculación es uno de los métodos m!s efecti&os para la eliminación de sustancias coloidales presentes en el agua. $n método que puede ser&ir como complemento a la floculación se conoce como coagulación. La forma en la que ambos métodos trabajan es la siguiente - *e produce la desestabilización de las part"culas coloidales utilizando una sust sustan anci cia a qu"m qu"mic ica a que que reci recibe be el nomb nombre re de coag coagul ulan ante te.. La func funció ión n del del coagul coagulant ante e es neutra neutraliz lizar ar las cargas cargas electr electrost ost!ti !ticas cas de los coloi coloides des para para pro&ocar la unión de part"culas. - Luego de la coagulación, se utiliza otra sustancia qu"mica llamada floculante. Lo que #acen los floculantes es aglomerar las part"culas desestabilizadas en unidades llamadas flóculos. Los flóculos ir!n creciendo a medida que m!s part"culas se aglomeren.
4uan 4uando do las las part" part"cu cula lass aglo aglomer merad adas as teng tengan an un tama tamaño ño cons consid ider erab able le se precipitar!n al fondo del recipiente que contenga agua. 3e esta manera las sustancias coloidales son separadas del agua. En muc#as ocasiones se considera a la floculación como parte del proceso de clarificación del agua, que consta de la eliminación de part"culas mu finas de la misma.
En Mine"$a# Tratamiento de separación de minerales en aguas de industrias de e0tracción de metales preciosos, metales de alto &alor añadido minero metalurgia. 5acilita el mantenimiento de tuber"as fosas de decantación de sólidos en cabinas de pinturas. 3e gran gran util utilid idad ad en todo todo tipo tipo de trat tratam amie ient nto o de clar clarif ific icac ació ión n de agua aguass indust industria riales les,, proce procesos sos,, etc. etc. donde donde e0ist e0ista a un alto alto conten contenido ido de sólid sólidos os en suspensión.
En la Indut"ia A%uca"e"a# A%uca"e"a# Los flocul floculan antes tes son son utiliz utilizado adoss en la indust industria ria azuca azucarer rera a en el proces proceso o de clarificación.
FLOCULANTES EN LA L A INDUSTRIA A&UCARERA A&UCARERA Los floculantes, también llamados audantes de coagulación, de floculación o de filtración son sustancias poliméricas de ele&ado peso molecular (+0+67 8g98mol), solubles en agua, que se clasifican por su naturaleza (mineral u org!nica), su origen (natural o sintético) o seg%n su carga iónica (no iónico, catiónico, aniónico) se encuentran en presentaciones l"quidas o sólidas. 'ara 'ara la clarif clarifica icació ción n de jugo jugo las indust industria riass azucar azucarera erass utiliz utilizan an flocu floculan lantes tes sintét sintético icoss anióni aniónico coss sólid sólidos, os, los cuale cualess poseen poseen una gran gran afinid afinidad ad con las superficies sólidas. El uso de este tipo de floculantes comenzó a finales de la déca década da de +:;6 +:;6.. 3esd 3esde e ento entonc nces es,, los los estu estudi dios os est! est!n n enca encami mina nado doss a la resolu resolució ción n de proble problemas mas tecnol tecnológi ógicos cos relaci relaciona onados dos con con la aceler aceleraci ación ón aumento de eficacia del pol"mero en procesos de separación de sistemas sólido-l"quido. asta el momento, in&estigaciones realizadas #an comprobado que no e0iste un pol"mero que se desempeñe igual en todas las industrias azucareras. Esto indica que cada f!brica deber! #acer la selección del producto que aplicar!n a su proceso, seg%n sean sus condiciones de operación. El uso de floculantes o pol"meros #a tenido grandes aplicaciones industriales diferentes a la fabricación del az%car, tales como < En el tratamiento tr atamiento de aguas potables e industriales de proceso. < 3epuración de aguas residuales, espec"ficamente en tratamientos f"sico = qu"micos. < Tratamiento de fangos, para mejorar el rendimiento de centr"fugas filtros prensa. < 'rocesos industriales en papeleras, petroqu"mica, tratamiento de minerales, conser&eras, etc.
Adic Adicio iona na"" floc flocul ulan ante te en el '"oc '"oce eo o de cla" cla"if ific icac ació ión n de (ugo (ugo t"ae t"ae la la iguiente )enta(a* <
>ncr >ncrem emen ento to en la &elo &eloci cida dad d de sedi sedime ment ntac ació ión n de los los lodo lodos. s.
<
3isminución del &olumen de lodos como consecuencia de una producción m!s compacta.
<
'rod 'roduc uccción ión de jug jugo o con con &alo &alore ress men menore ores de turb turbie ied dad (ju (jugo go m! m!s clar claro o) como resultado del arrastre de las impurezas.
<
3ism 3ismin inuc ució ión n de de la la pol pol en la tort torta a de de cac cac#a #aza za prod produc ucid ida a en en la la est estac ació ión n de de filtración de cac#aza.
La ?orm ?orma a Técn Técnic ica a 4olo 4olomb mbia iana na ?T ?T4 4 @AB: @AB: del del +: de ctu ctubr bre e de +::C +::C,, establece los requisitos que deben cumplir los métodos de an!lisis a los cuales deben someterse los D5loculantes 3eri&ados de la crilamida $tilizados en la 4larificación del gua 'otable en la Elaboración del z%car de 4añaF.
+I+LIO,RAF-A •
Gome Gomero ro,, H., H., Torres rres H. Estu Estudi dio o de las las &ari &ariab able less en el proc proces eso o de clarifi clarificac cación ión de jugos jugos diluid diluidos os de caña caña de az%car az%car.. Tesis de grado grado.. $ni&ersida $ni&ersidad d del Ialle, Ialle, 4olombia. 4olombia. 5acultad 5acultad de >ngenier"as >ngenier"as.. >ngenier"a >ngenier"a Ju"mica. 4ali +::B.
•
?orm ?orma a Técn Técnic ica a 4olo 4olomb mbian iana, a, ?T ?T4 4 @AB: @AB:.. >ndu >ndust stri rias as lime liment ntar aria ias. s. 5loculantes deri&ados de la acrilamida utilizados en la clarificación del agua potable de los jugos jarabes de la caña de az%car. Kogot! 3.4. ctubre de +::C.
•
*&aro&s L. *olid-Liquid *eparation. 4uarta Edición. Londres Editorial Else&ier1 @666.
•
4ifuen 4ifuentes tes 1 4ampañ 4ampaña a 1 8oti 8oti 3. tema tema seis seis E?*a E?*a5lo 5locul culaci ación. ón. >nge >ngeni nier er"a "a *ani *anita tari ria. a. $ni& $ni&er ersi sida dad d Tecnol cnológ ógic ica a ?aci ?acion onal al.. 5acu 5aculta ltad d Gegional Ka#"a Klanca. rgentina.
•
Miraldo, /. E&aluación del efecto de materia e0traña &egetal (#ojas, cogollos, c#ulquines) en el proceso de clarificación de jugos de caña de az%car az%car.. Tesis de grado. grado. $ni&e $ni&ersi rsidad dad ?acion ?acional al de 4olomb 4olombia, ia, *ede *ede 'almira. >ngenier"a groindustrial. 'almira @66;.
•
Gené Gené c#o c#oa a 4. 'rop 'ropue uest sta a para para utom utomat atiz izac ació ión n del del 'roc 'roces eso o de 4larificación del Hugo de 4aña, por medio de 4ontroladores de Lazos
/%ltiples. Tesis de grado. $ni&ersidad de *an 4arlos de Muatemala. 5acultad de >ngenier"a. >ngenier"a /ec!nica. Muatemala @66N. •
Godr"guez H1 Mil Oapata ?1 4astillo /onro E1 Erazo I. 4aracterización 4aracterización E&alua E&aluació ción n de lgunos lgunos 5locul 5loculant antes es >ndust >ndustria riales les $tiliz $tilizado adoss para para la 4larificación de Hugos de 4aña de z%car en 4olombia. 3ocumento de trabajo ?o. B76. 4entro de >n&estigación de la 4aña de z%car de 4olombia (4E?>4P). *antiago de 4ali. Hunio @66:.
LIN.O,RAF-A •
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