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No.32 / Diciembre de 2013 ISSN 0123-0409
ESPECIALISTAS EN BOMBEO Y AGITACIÓN
Bomba centrifuga ANSI, para procesos de alta confiabilidad. Aplicaciones: aguas, meladuras, condensados, ácidos, clarificador.
Bombas rotativas de paletas deslizantes con materiales endurecidos. Aplicaciones: miel cruda, miel A, B, miel final, crudo de castilla.
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Bomba de cavidad progresiva para manejo de fluidos viscosos y abrasivos. Aplicaciones: lodos de cachaza, mieles, lechadas de cal, dosificación, coagulantes, floculantes.
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Revista Tecnicaña No. 32, Diciembre de 2013 ISSN 0123 – 0409
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Contenido
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Pág.
JUNTA DIRECTIVA 2012-2014
Presidente
Guillermo Rebolledo Mejía
Vicepresidente José Ricardo Cruz Valderrama
Principales Alvaro Gomez Ingenio Pichichí S.A José Rafael Rojas Legarda Providencia S. A. Ricardo Franco Arango Ingenio Mayagüez S.A. Alfonso Camargo Moreno Incauca S.A. José Manuel Quintero Dávila Asesores Quintero Carvajal S.A. Guillermo Rebolledo Mejía Insumos Rebolledo Sioufi Guillermo Caicedo Prado Ingenio Providencia S.A.
Suplentes Alexánder Bohórquez Páez Riopaila S. A. Fabio Vásquez Congote Ingenio Risaralda José Ricardo Cruz Valderrama Cenicaña Juan Felipe Cano Palacio Incauca S.A. Rodrigo Villegas Tascón Oriente S.A. Fernando Marín Valencia Mayagüez S.A. Enrique Molina P. Manuelita S.A.
Directora Ejecutiva Martha Elena Caballero R. Tecnicaña COMITÉ EDITORIAL Alberto Ramirez Martha E. Caballero R. REVISIÓN DE TEXTOS Alberto Ramírez Pérez
Editorial
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Tecnicaña contribuye a la actualización en diseño de campo y adecuación de tierras
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El sector azucarero de Colombia, un modelo a seguir por la industria mexicana
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Participación de investigadores y productores de caña en el XXVIII Congreso de la ISSCT
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El sector azucarero se actualiza en inocuidad en la industria alimentaria
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Técnicos de Belice de visita en Colombia
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Proveedores e ingenios, protagonistas del Foro Técnico de Cultivadores de Caña 2013
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Artículos técnicos Respuesta de la caña al agua y rentabilidad del riego
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Ricardo Cruz V.
Compactación en suelos cultivados con caña de azúcar durante más de 100 años en la zona sur del Valle del Cauca
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Evaluación de la compactación causada por dos equipos de fertilización
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Reducción de la reabsorción de jugo en molinos de caña mediante el uso de mazas con drenajes internos. Mayor extracción de sacarosa y menor humedad en el bagazo
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Aplicación combinada de adsorbentes de alto rendimiento en jugo diluido, meladura y tachos en una fábrica de azúcar
40
Edgar Madero Morales, Jorge Armando Ramírez Alzate, Álvaro Albán, Betsy Yadira Escobar, Luis Fernando García y María Elvira Peña Artunduaga
Luis A. Rodríguez, Jhon J. Valencia, Eliana M. Espinosa, Juan D. Londoño
José Jair Sánchez A.
J.F. Hidalgo, J. Muñoz, A.M. Jiménez M., C. Reartes, L. Jaramillo, C.A. Donado, A. Vawda, E.M. Sarir
DISEÑO, DIAGRAMACIÓN PREPRENSA, IMPRESIÓN Impresora Feriva S.A.
Asociación Colombiana de Técnicos de la Caña de Azúcar Calle 58 norte No. 3BN-110 Cali, Colombia Tel. (57) (2) 665 4123 ó 665 3252 Fax: (57) (2) 664 5985 tecnicana@tecnicana.org www.tecnicana.org
La Revista Tecnicaña es un medio de divulgación de información técnica de actualidad en temas relacionados con el cultivo de la caña de azúcar y sus industrias derivadas y publica artículos técnicos acerca de investigaciones realizadas en Colombia y otros países, artículos de revisión y artículos de reflexión, además de informes sobre las actividades de la Asociación. Está dirigida a los profesionales de la agroindustria vinculados con la producción agrícola y la producción industrial de azúcar, etanol, energía y abonos compostados, principalmente. Recibe contribuciones de los asociados y otras personas interesadas, quienes pueden remitir sus propuestas en cualquier momento para consideración del Comité Editorial. Para más información acerca de las pautas editoriales y otros asuntos relacionados con la publicación de artículos y publicidad en la Revista Tecnicaña, por favor contáctenos. Los textos y avisos publicados en la revista son responsabilidad de los autores y anunciadores.
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Revista Tecnicaña No. 32, Diciembre de 2013
Editorial
Hemos llegado al final del año con el desarrollo de actividades que nos indican que TECNICAÑA cumplió con su objetivo principal, a través de la realización de eventos como seminarios, cursos académicos, charlas técnicas y giras tecnológicas nacionales e internacionales; brindando a nuestros asociados la posibilidad de actualizarse, desarrollar habilidades y aprendizaje de nuevas prácticas. En esta edición presentamos a ustedes un resumen de los eventos llevados a cabo durante el segundo semestre del año. Aprovechamos la oportunidad para agradecer a las personas y entidades que contribuyeron a su realización.
Martha Elena Caballero R. Directora Ejecutiva Tecnicaña
Entre el 24 y el 27 de junio un grupo de 30 profesionales del sector azucarero colombiano, vinculados al Centro de Investigación de la Caña de Azúcar de Colombia, Cenicaña, a los ingenios Mayagüez, La Cabaña, Providencia, Incauca y Manuelita, y a empresas del sector como Imecol, Fundiciones Universo, Ethanol And Energygroup, Incomix y Carboua participaron y presentaron ponencias en el XXVIII Congreso de la ISSCT, que se realizó en la ciudad de Sao Paulo, Brasil. En el Congreso se presentaron los avances recientes de investigaciones en el sector azucarero a nivel mundial. Entre el 3 y el 5 de septiembre, Tecnicaña, con el apoyo de Cenicaña, la CVC, los ingenios Mayagüez y La Cabaña, realizó un Seminario teóricopráctico sobre: Diseño de Campo, Adecuación de Tierras y Obras de Control de Inundaciones. El evento contó con la participación de 180 personas entre profesionales, investigadores y productores de caña de azúcar de Colombia, Ecuador, México, Perú, República Dominicana, Nicaragua, Honduras, El Salvador y Guatemala. Durante los meses de agosto y noviembre, un grupo de investigadores, ingenieros y proveedores de caña de México y Belice, realizaron una visita de observación a la industria azucarera colombiana, con el fin de conocer los avances de investigación y adquirir nuevos conocimientos para fortalecer sus organizaciones. Para cumplir con nuestros objetivos, esperamos seguir contando con el apoyo de Cenicaña, los ingenios azucareros, la agroindustria y en general de los asociados, que son el motor de la Asociación. Por ello Invitamos a que cada vez más profesionales se afilien a Tecnicaña. Les deseamos a ustedes y a sus familias una Navidad en paz y un próximo año en el que sus metas y sus proyectos puedan llevarse a feliz término.
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Durante más de quince años OGA se ha dedicado al estudio y perfeccionamiento de Sistemas de Transporte Neumático para la aplicación específica en el manejo de azúcar granulada, principalmente en Centrales Azucareros. En este proceso se han analizado y determinado los factores de éxito en múltiples instalaciones de manejo de azúcar, lo que ha logrado hoy tener total efectividad en los sistemas implementados en Ingenios Azucareros de varias partes del mundo.
Transportador neumático OGA Z2-70T instalado en Mefs (Medio Oriente). Flujo de 70 ton/h – Azúcar refinada.
La mayor aplicabilidad de los Sistemas de Transporte Neumático OGA está en el manejo del producto terminado, usualmente desde la descarga de las secadoras hasta los sitios de almacenamiento o acondicionamiento y, posteriormente, el transporte hasta las líneas de empaque. Con el uso de nuestros sistemas, el producto final es completamente protegido para evitar su deterioro o contaminación.
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Seminario
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Asistentes al curso Diseño de Campo y Adecuación de Tierras . Día de Campo en el Ingenio Mayagüez S.A.
Tecnicaña contribuye a la actualización en diseño de campo y adecuación de tierras
b. Doble
35.000
75.000
91.000
67.000
a de Azúcar 65 4123
DISEÑO DE CAMPO,
adecuación de tierras y obras de control de inundaciones
Septiembre 3, 4 y 5 Auditorio Kellogg del Centro Internacional de Agricultura Tropical, CIAT, Kilómetro 17 Recta Cali - Palmira Cali - Colombia
Un total de 180 personas entre profesionales, investigadores y productores de caña de azúcar de Colombia, Ecuador, México, Perú, República Dominicana, Nicaragua, Honduras, El Salvador y Guatemala participaron en el Seminario: Diseño de Campo, Adecuación de Tierras y Obras de Control de Inundaciones, realizado por Tecnicaña entre el 3 y 5 de septiembre en el CIAT y la hacienda San Rafael del Ingenio Mayagüez. En desarrollo del Seminario se trataron temas relacionados con los avances tecnológicos recientes en diseños de campo y adecuación de tierras y sus impactos en el negocio del cultivo de la caña de azúcar, con énfasis en la prevención y mitigación de los efectos producidos por el cambio climático para garantizar la sostenibilidad de la agroindustria azucarera en la región. Los principales temas tratados por el conferencistas invitados fueron: legislación y políticas de adecuación de tierras, topografía, requerimientos de cosecha, diseño de campo, nivelación de tierras, preparación de suelos, uso de tecnología GPS, diseño y construcción de diques, modelo digital del terreno MDT y evaluación y justificación económica de la adecuación de tierras. El componente teórico del Seminario se realizó en las instalaciones del CIAT, y en la hacienda San Rafael del Ingenio Mayagüez se hicieron demostraciones sobre preparación de suelos desde el levantamiento topográfico hasta el surcado para siembra, incluyendo subsuelo, rastro-arado, rastrillado y nivelación. En las labores de levantamiento topográfico, nivelación y surcado se utilizaron herramientas GPS de agricultura de precisión, además de las nuevas tecnologías aplicadas a las labores de cultivo.
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En forma paralela con el Seminario se desarrolló una muestra comercial en la que participaron empresas del sector como Imecol-Case, Sociedad Azcárate S.A.S, Tractogermana, Agricultura Científica, Derco, Ingeotop & Cia Ltda., Agse S.A, Ecodique Valle, BBB Equipos S.A, Luxor Biocombustibles y Casa Toro. Este Seminario hizo parte de las actividades de capacitación y transferencia de tecnología adelantadas por Tecnicaña con la coordinación técnica del Ingeniero Agrícola José Ricardo Cruz, M.Sc. en Suelos y Administración de Agua. El 95% de los participantes calificó el evento de satisfactorio en temas como infraestructura, gestión administrativa de Tecnicaña, nivel científico y académico y materiales de apoyo..
Conferencistas y temas tratados •
Óscar Daza, especialista en Recursos Hídricos de Provost and Pritchard Consulting Group de California: Conceptos de adecuación de tierra y consideraciones para un mejor aprovechamiento de los recursos de suelo y agua.
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Edwin Holzinger H., jefe del Departamento de Ingeniería Agrícola del Ingenio Mayagüez: Diseño de Campo y Nivelación de tierras: Sistema láser y GPS - Maquinaria y equipos - Costos de nivelación de tierras – Rendimientos.
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Michael Stone, gerente de Desarrollo de Negocios de Topcon Agricultura de precisión en Australia.
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Michael Bourke - Topcon - Australia: Surcado y cosecha mecanizada con piloto automático GPS.
Luis Arnoby Rodríguez, investigador en Suelos y Aguas en Cenicaña; y Mauricio Millán, jefe de Operaciones Mecanizadas del Ingenio Riopaila - Castilla: Preparación de suelos: sensores control de profundidad y piloto automático.
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Fabricio Camacho, jefe de Ingeniería Agrícola; José María Agüero, del Ingenio Taboga en Costa Rica: Uso de Tecnología GPS en Topografía y nivelación.
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Rodrigo Taborda, asesor jurídico de la Subgerencia de Adecuación de Tierras del Incoder: Legislación y políticas sobre adecuación de tierras en Colombia.
Ómar Chaves, profesional en estudios y diseños de obras de adecuación de tierras, obras hidráulicas en ríos y principalmente desarrolla trabajo en el campo de la gestión del riesgo, amenazas y riesgos, aplicado al ordenamiento territorial y ambiental en CVC: La adecuación de tierras en el Valle del Cauca: Diseño, construcción y mantenimiento. Experiencia CVC.
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Wilfer López, jefe del Departamento de Ingeniería del Ingenio La Cabaña. Topografía: Criterio de levantamiento topográfico, Programas para elaboración y presentación de planos topográficos, Sistemas de georreferenciación.
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María Clemencia Sandoval, Directora Técnica AmbientalRecursos Hídricos en la CVC: Gestión integral de inundaciones en el corredor del sistema del río Cauca. Un nuevo enfoque. •
Edda Cifuentes, especialista en Sistemas de Información Geográfica de la Universidad Distrital Francisco José de Caldas: Modelo digital de terreno MDT y sistema de referencia regional. •
Gustavo Medina, Director de Campo, Cosecha y Maquinaria Agrícola en el Ingenio La Cabaña: Evaluación y justificación económica de la adecuación de tierras en el sector agroindustrial de la caña de azúcar.
•
Ricardo Cruz, ingeniero de Suelos y Aguas en Cenicaña: Suelos, riego, drenaje y obras hidráulicas. •
Yonny A. Escobar, jefe del Departamento de Cosecha del Ingenio La Cabaña y Alexander Morales, jefe de Cosecha Manual en el Ingenio Mayagüez S.A: Requerimientos de cosecha en relación con el diseño de campo.
Las memorias del evento están disponibles en www.tecnicana.org
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Visita
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Delegación mexicana – Visita a Incauca S.A.
El sector azucarero de Colombia, un modelo a seguir por la industria mexicana Como parte de un programa de capacitación liderado por proveedores del Ingenio Cuatotolapan (Compañía Industria Azucarera S.A. -CIASA), de Veracruz, México, con el apoyo financiero de FIRA, para incentivar la innovación tecnológica en los procesos productivos y de fábrica, un grupo de 17 proveedores, investigadores y representantes del Ingenio de Veracruz, México, realizó una visita de observación a la industria azucarera colombiana con el fin de conocer los avances de investigación y adquirir nuevos conocimientos para fortalecer su organización y mejorar la productividad de la caña en su país. Durante la visita, coordinada por Tecnicaña, a la misión internacional le llamó la atención la labor adelantada por Cenicaña para el control biológico de plagas y el esquema adoptado por Procaña y Cenicaña para su funcionamiento y organización. Además, los sistemas de manejo de agua empleados en la industria colombiana. ‘Elegimos visitar la industria azucarera colombiana por los buenos resultados en manejo integrado de plagas en el cultivo de caña de azúcar; además de las semejanzas en
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las prácticas agrícolas entre México y Colombia. En la industria azucarera mexicana el nivel de mecanización es aún bajo y un alto porcentaje de las explotaciones no llega a 5 hectáreas por productor, los cuales no tienen el nivel de asociación que se observa entre los productores en Colombia’, puntualizó Francisco Hernández, investigador del Colegio de Postgraduados Secretaría de Agricultura, Ganadería, Desarrollo Rural, Pesca y Alimentación (SAGARPA). Durante su recorrido por la región, los participantes visitaron Incauca, Procaña, Cenicaña, la reserva natural El Hatico, la estación experimental La Tupia y el Ingenio Mayagüez, entre otros, donde recibieron información sobre manejo de plagas, cultivo de caña de azúcar en zonas húmedas, legislación y políticas de organización, riego, fertilización, entomología y agricultura orgánica. ‘En la industria azucarera mexicana existe potencial para crecer, pero aún persisten las técnicas ancestrales de manejo del cultivo, por eso nos llamó particularmente la atención el enorme esfuerzo que están haciendo en el sector azucarero colombiano para conservar el medio ambiente. El uso racional y la aplicación de casi cero químicos en el manejo de las plagas es una experiencia para aprender’, aseguró José Antonio Gómez, Presidente de la Unión Local de Productores de Caña de Azúcar de México. El representante gremial destacó los sistemas de riego empleados y aseguró que su adopción en México permitiría alcanzar mayores rendimientos de caña, los cuales en algunos casos sólo llegan a 60 t/ha.
En México, la máxima autoridad de la industria azucarera es el Comité de Producción y Calidad Cañera con acción regional y conformado por los ingenios y los productores. Para los participantes en la visita es urgente impulsar la creación de un organismo con cobertura nacional dependiente de los cultivadores. Al respecto, Lorenzo Velásquez, Presidente de la Asociación de Productores de Caña de Azúcar del Ingenio Cuatotolapan, manifestó: ‘En México existió un instituto de investigaciones, pero dejó de funcionar en la década de 1990. Desde entonces no hemos avanzado y no tenemos variedades nuevas para hacer frente a problemas de plagas y enfermedades. Nos sorprende el avance de la investigación y la industria azucarera en Colombia y nos vamos con muy buenas enseñanzas’. La capacitación incluyó una serie de talleres en campo relacionados con métodos trabajo-aprendizaje; control y manejo de plagas por métodos biológico, químico, métodos de aplicación, control etológico y control cultural; misión de capacitación nacional e internacional; y análisis financiero. Al finalizar el evento los participantes estaban en capacidad para brindar acompañamiento y soporte a técnicos de los ingenios directamente en parcelas de producción en campo. Los promotores de esta iniciativa fueron los profesionales Katia Figueroa Rodríguez (Colpos), Rosalba García Lira (FIRA), Genaro Carrasco Rojas, Ángel Rivera (Ingenio CIASA) y Francisco Hernández Rosas (Colpos), con el respaldo de las organizaciones cañeras CNPR y CNC.
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Eventos
Participación de investigadores y productores de caña en el XXVIII Congreso de la ISSCT La representación colombiana Manuelita S.A presentó el trabajo Optimización de los Recursos de cosecha en un ingenio azucarero colombiano usando modelos de simulación, a cargo de Luis Guillermo Amú, jefe de Logística Cosecha. Cenicaña, por su parte, participó con 10 trabajos y 3 pósteres, que fueron presentados por Nicolás Gil, director del Programa de Procesos de Fábrica; Jershon López, coordinador del área de biotecnología; y Fernando Muñoz, edafólogo. Asistentes al Congreso ISSCT – Sao Paulo – Brasil
Un grupo de 30 profesionales del sector azucarero colombiano vinculados al Centro de Investigación de la Caña de Azúcar de Colombia, Cenicaña, a los Ingenios Mayagüez, La Cabaña, Providencia, Incauca y Manuelita, y a empresas del sector como Imecol, Fundiciones Universo, Ethanol and EnergyGroup, Incomix y Carboua participaron con sus trabajos y ponencias en el XXVIII Congreso de la ISSCT, que se realizó entre el 24 y 27 de junio de 2013 en el Pabellón del TransaméricaExpoCenter de la ciudad de Sao Paulo, Brasil. En el Congreso se presentaron los avances recientes de investigaciones en el sector azucarero, distribuidos en 198 trabajos y 136 pósteres que fueron seleccionados por el Comité de la Sociedad Internacional de Caña de Azúcar, ISSCT, en las áreas de agronomía, biología, industria, uso de subproductos y administración, entre otras. En esta ocasión se contó con la participación de 2000 asistentes entre investigadores y visitantes, quienes tuvieron la oportunidad de intercambiar experiencias y conocer de cerca los avances recientes en las áreas tecnológicas para la producción industrial de caña de azúcar y sus derivados. ChiangMai, segunda ciudad de Tailandia, fue escogida como sede del próximo Congreso que se realizará en el 2016.
Presentación informe técnico El 23 de octubre en el salón Pichichí del Hotel Spiwak, los participantes por Colombia en el Congreso presentaron un informe técnico que incluyó los avances y desarrollos más destacados en la región. Las presentaciones estuvieron a cargo de profesionales en las áreas de campo, cosecha, biotecnología y procesos industriales de los Ingenios Mayagüez (Jorge Enrique Pantoja, Jefe de Zona del Ingenio) y Manuelita (Luis Guillermo Amú, Jefe de Logística Cosecha), y de Cenicaña (Álvaro Amaya Stevez, Director General; Nicolás Gil, Director del Programa de Procesos de Fábrica; Jershon López, Coordinador del Área de Biotecnología).
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El sector azucarero se actualiza en inocuidad en la industria alimentaria El pasado 5 de noviembre, en el Salón Cañasgordas del Hotel Spiwak, se realizó un ciclo de conferencias sobre la Iniciativa Mundial de Seguridad Alimentaria (Global Food Safety Initiative – GFSI, por sus siglas en inglés) en la industria azucarera y la certificación en la norma NTC ISO 22000. Los temas tratados durante el evento fueron: •
Claves de éxito en la implementación de estándares GFSI en la industria azucarera, a cargo de Joaquín Nava Fonseca, experto en Sistemas de Gestión de Inocuidad Alimentaria, Director General del Grupo Delcen Food Safety Alliance para América Latina y miembro activo del Comité de GFSI Latinoamérica. •
Seguridad Alimentaria, a cargo de Lidia Nory Valdés Garrido, Licenciada en Ciencia Química de la Universidad del Valle. Profesional de certificación del ICONTEC. •
Experiencia en la industria azucarera: Caso Manuelita S.A, por Oscar Delgado, Ingeniero Químico, Especialista en Gerencia del Medio Ambiente, Ingeniero de Proyectos y Líder de Inocuidad Alimentaria de Manuelita S. A.
Nuevo convenio
Tecnicaña – Seguros Sura
Técnicos de Belice de visita en Colombia
Pensando en la importancia de estar protegidos y proteger a la familia, Tecnicaña y Seguros SURA suscribieron un convenio con condiciones y tarifas preferenciales para sus afiliados. El convenio comprende los servicios de seguros de autos clásico y global, vida grupo y salud clásico y global.
Mayor información: Carlos de la Torre Vásquez, asesor Sura. Celulares: 318- 715 5736 314-797 7520 Oficina: 667-8913 ext. 114 Correo electrónico: carlos.delatorre@asesorsura.com tecnicana@tecnicana.org
Delegación del Instituto de Investigación y Desarrollo (SIRDI). Visita al Ingenio La Cabaña S.A.
Seis técnicos del Instituto de Investigación y Desarrollo (SIRDI) de Belice, en Centroamérica, realizaron una visita de observación al sector azucarero colombiano los días 8, 9 y 10 de agosto pasados, con el fin de conocer los avances en investigación de la caña de azúcar. El grupo visitó el Centro de Investigación de la Caña de Azúcar, Cenicaña, el Ingenio La Cabaña y la Reserva Natural El Hatico, donde tuvieron la oportunidad de observar los avances en propagación de variedades, manejo de semilleros, plagas y enfermedades, riego y fertilización.
Eventos
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Proveedores e ingenios, protagonistas del Foro Técnico de Cultivadores de Caña 2013 700 personas asistieron al evento organizado por Cenicaña con el propósito de presentar los principales avances en investigación, herramientas de apoyo para los cultivadores y recomendaciones para el manejo agronómico del cultivo. Asistentes a la jornada de actualización técnica organizada por Cenicaña.
Las variedades de caña más sobresalientes para los principales ambientes de la zona azucarera, nuevos programas automatizados para el manejo agronómico del cultivo y las tendencias de la cosecha mecanizada en la agroindustria de la caña fueron algunos de los temas que se abordaron en el Foro Técnico de Cultivadores de Caña 2013 realizado recientemente por Cenicaña. Más de 700 personas, entre proveedores y profesionales de los ingenios de la región, se convirtieron en protagonistas de una jornada que estuvo dedicada a mostrar avances y desarrollos de las diferentes áreas de investigación de Cenicaña y que generan inquietud entre los cultivadores. Ese es el caso de las variedades de la caña de azúcar, un tema de interés general para todo el sector. Además de que los asistentes tuvieron la oportunidad de conocer las nuevas variedades comerciales, semicomerciales, sobresalientes y potenciales para los ambientes húmedo, seco - semiseco y piedemonte también pudieron intercambiar opiniones con los investigadores del programa de Variedades del Centro de Investigación. “Lo enriquecedor del foro no sólo lo dan los temas que se trataron, que son de interés para los cultivadores de caña, sino la ocasión que tienen todos de interactuar con los investigadores, interrogarlos y sacar sus propias conclusiones frente a la investigación que adelanta Cenicaña”, precisó Camilo Isaacs, jefe del Servicio de Cooperación Técnica y Transferencia de Tecnología de Cenicaña.
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Una de las principales actividades del evento, que se realizó en agosto pasado, fue el lanzamiento de las nuevas versiones de los programas de Balance Hídrico y Control Administrativo del Riego, CAR, herramientas fundamentales para los cultivadores y que han sido actualizadas y mejoradas. (Ver recuadro) Asimismo, el diseño y la adecuación del campo fueron temas centrales de la jornada y se abordaron desde el punto de vista agronómico, con recomendaciones para las labores de nivelación y el surcado de precisión, los callejones terciarios y los patios de caña; mientras que desde el aspecto fabril se mostraron los impactos de la cosecha mecanizada en las pérdidas de sacarosa entre corte y molienda y el proceso en fábrica. También se presentó un panorama general de la cosecha mecanizada en diferentes industrias azucareras del mundo. “El foro nos abrió un poco los ojos sobre la forma de cultivar la caña. Los temas fueron muy buenos porque a veces desconocemos cuántas opciones tenemos en variedades de caña y de recursos para hacer muchas labores de manera más sencilla, como los nuevos programas para riego que se presentaron. Además, lo mejor fue haber invitado tanto a los grandes como a pequeños proveedores porque todos necesitamos la misma preparación para tener rentabilidad en este negocio”, señaló Julie Cuenca, proveedora de Incauca de la parcela Mosquera. En el evento también se presentaron las principales enfermedades y plagas que están afectando al sector en la actualidad, tales como roya café y Diatraea tabernella y sus medidas de control; los factores que han incidido en la variación de la pro-
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ducción, las actividades de la Mesa del Agua y el Programa de Asistencia Técnica, PAT. Jaime Pérez, de la empresa Cultiva y Asociados, proveedora de los Ingenios Carmelita y Riopaila, destacó el contenido del evento: “Todos los temas fueron muy buenos. Me gustaron especialmente dos: el de variedades porque se mostraron los avances que se están dando y creemos que vamos bien; y el de la cosecha mecanizada porque se está quedando mucha caña en el suelo y eso representa dinero para los cañicultores”.
Labores de control administrativo del riego en plantaciones de caña en el valle del río Cauca.
Balance Hídrico versión 4.0 y CAR versión 2.0 Durante el Foro Técnico de Cultivadores de Caña se hizo el lanzamiento de las nuevas versiones de los programas Balance Hídrico y Control Administrativo del Riego, CAR, que son herramientas fundamentales para hacer un manejo sostenible del agua en el cultivo. Aunque estas herramientas ya son conocidas por los cultivadores, las nuevas versiones ofrecen mayor precisión y son más fáciles de utilizar, entre otras razones porque da la posibilidad de tener la información en línea. Novedades de la versión 4.0 del Balance Hídrico • Emplea nueva función de K para estimar la evapotranspiración. • Trabaja con la precipitación efectiva. • Contiene la LARA estimada para los suelos del valle del Cauca. • Utiliza datos de evaporación de la RMA en forma automática. • Genera informes en gráficos y mapas. • Envía e-mail informando el estado del BH en las suertes. • Novedades La versión 2.0 del Control Administrativo del Riego, CAR: • Pasa de ser una hoja electrónica, a un software de fácil manejo y disponible en la web. • Usa información del Balance Hídrico versión 4.0. Para utilizar las nuevas versiones del Balance Hídrico y del Control Administrativo del Riego sólo se requiere ser un usuario registrado en el sitio web de Cenicaña e ingresar al módulo Balance Hídrico. Para mayor información contacte a Cenicaña a través del formulario disponible en www.cenicana.org/BH Las memorias del evento pueden consultarse en el sitio web de Cenicaña www.cenicana.org
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Respuesta de la caña al agua y rentabilidad del riego Ricardo Cruz*
Introducción La función de respuesta de la caña al agua se define como la relación entre la producción y la cantidad de agua que recibe el cultivo, e indica a los productores el efecto del estrés de humedad y la respuesta y rentabilidad que pueden esperar del riego, de acuerdo con la variedad y la zona agroecológica. Cenicaña, en 1983 encontró que los requerimientos totales de agua de la caña para un período de 13 meses oscilan entre 1050 y 1300 mm, lo cual indica que para producciones de caña entre 120 y 130 t/ha la eficiencia de uso del agua es de 10 a 11 toneladas de caña por cada 100 mm de agua neta suministrada al cultivo. De acuerdo con Doorembos y Kasam (1986), para determinar la respuesta de un cultivo al agua es necesario cuantificar el efecto del estrés de agua sobre la producción a partir de la experimentación. En caña de azúcar, la relación entre la disminución de la producción relativa ET TCHM ( 1 TCHM a )) y el déficit de evapotranspiración relativo ((1 ET a )) se puede expresar a través m m del factor de respuesta de la producción (Ky), así:
1
TCHMa Eta = Ky 1 TCHMm Etm Donde:
TCHMa: Producción actual de caña (t/ha/mes) de cada uno de los tratamientos de riego. TCHMm: Producción máxima obtenida (t/ha/mes). Ky: Factor de respuesta de la producción de caña al agua Eta: Evapotranspiración actual o real estimada como la lámina neta de agua recibida por el cultivo (precipitación efectiva + lámina de riego neta) en cada uno de los tratamientos de riego. Etm: Evapotranspiración máxima o potencial, calculada como la lámina neta de agua recibida por el cultivo (precipitación efectiva + lámina de riego neta) en el tratamiento sin déficit de riego.
* Ingeniero de suelos y aguas. M.Sc. Cenicaña / jrcruz@cenicana.org
Artículos técnicos
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Cruz et al. condujeron el primer experimento entre los años 2007 y 2009 en el Ingenio Providencia, hacienda Providencia, suerte 5Y, en un área de 5.35 ha, zonas agroecológicas 22H0 y 18H0, suelos Génova (Entic Haplustolls, familia esquelética arenosa) y Río Paila (Fluventic Haplustolls, familia francosa gruesa), variedad CC 85-92 en primera y segunda socas. Dadas las condiciones de suelo y precipitación de los dos cortes realizados en Providencia, la función de respuesta al agua encontrada para la producción de caña fue la siguiente:
TCHMa Eta = 0.8225 1 1 TCHMm Etm Así mismo se encontró que en suelos franco-gruesos, nivel freático profundo, en un año normal de precipitación, el número de riegos de 6 a 7 es el de mayor rentabilidad. En años secos, el número de riegos de 8 a 9 es el de mayor rentabilidad. Por cada riego se puede esperar una respuesta de 7-8 t/ha. De otra parte, en estos suelos franco-gruesos, se estima que cuando se presenta una demora de dos semanas en la aplicación de riego programado mediante balance hídrico, la disminución en la producción de caña puede ser de 3 t/ha, si el retraso es en cañas de 2-4 meses; 7 t/ha, si la demora se da en cañas de 4-8 meses, y de 4 t/ha para cañas de 8-10 meses. A partir de los resultados obtenidos en el Ingenio Providencia se consideró necesario establecer otros experimentos en suelos de los grupos homogéneos 11 y 6, representativos del valle del río Cauca.
Metodología En el Ingenio Manuelita, hacienda La Olga, suerte 124A, en un área de 4.5 ha, zona agroecológica 11H0, suelo Manuelita (Fluventic Haplustolls, familia francosa fina), variedad CC 85-92 (tercera soca), en el año 2010 se inició un experimento de respuesta de la caña al agua, con los siguientes tratamientos: T1. Testigo sin riego a partir de cero meses T2. Sin riego de 2-4 meses T3. Sin riego de 4-8 meses T4. Sin riego de 8-10 meses T5. Riego todo el tiempo hasta los 10 meses Los riegos se programaron mediante el balance hídrico utilizando un factor K=0.3 de 1-3 meses, K=0.4 de 3-4 meses, K=0.6 de 4-5 meses, K=0.7 de 5-6 meses, K=0.8 de 6-8 meses y K=0.7 de 8-9 meses y 0.6 de 9-10 meses de edad de la caña. El diseño experimental fue de bloques completos al azar con tres repeticiones, las parcelas constaron de 10 surcos de ancho, espaciados a 1.75 m y con 150 m de longitud.
Función de respuesta de la caña al agua encontrada Para determinar la función de respuesta de la caña al agua, se tomaron en cuenta los resultados de los experimentos realizados en tres cortes: tercera, cuarta y quinta socas de la variedad CC 85-92. En el Cuadro 1 se presentan los valores correspondientes a la disminución relativa en la producción y el déficit relativo de agua, a partir de los cuales se determinó el factor de respuesta (Ky) de
la producción de caña al agua (Figura 1). Cabe anotar que la disminución relativa en la producción de caña se trabajó con base en el TCHM para evitar distorsiones por la edad de cosecha (12.7 meses en la tercera soca, 12.5 meses en la cuarta soca y 12 meses en la quinta soca). La función de respuesta al agua encontrada para la producción de caña fue la siguiente:
1
TCHMa Eta = 0.4492 1 TCHMm Etm
Donde: TCHMa: Producción de caña estimada. TCHMm: Producción máxima obtenida. Eta: Evapotranspiración actual estimada como la lámina neta total de agua recibida por el cultivo (precipitación efectiva + lámina de riego neta). Etm: Evapotranspiración máxima, calculada como la lámina neta total de agua recibida por el cultivo (precipitación efectiva + lámina de riego neta) para obtener la producción máxima.
Aplicación práctica de la función de respuesta encontrada La aplicación práctica de la función de respuesta de la producción de caña al agua radica en la estimación de la producción de caña (TCHa) basada en la aplicación de un número de riegos menor que el que se requiere para alcanzar la evapotranspiración máxima (Etm), cuyo valor para el conjunto de los tres cortes fue de
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Cuadro 1. Relación entre la disminución relativa de TCHM y déficit relativo de agua para determinar la función de respuesta de caña al agua. Experimento de respuesta al agua. Hacienda La Olga 124A, ZA 11H0. Suelo Manuelita (MN, Fluventic Haplustolls, familia francosa fina). Variedad CC 85-92, 3ª, 4ª y 5a socas.
Indicador
Producción (t/ha)
Sin riego (T1) 123
Tercera soca Sin riego Sin riego Sin riego Sin 2-4 4-8 8-10 déficit meses meses meses de agua (T2) (T3) (T4) (T5) 138
127
133
Producción máxima por mes (TCHMm) Producción actual por mes (TCHMa)
107
Cuarta soca Sin riego Sin riego Sin riego Sin 2-4 4-8 8-10 déficit meses meses meses de agua (T2) (T3) (T4) (T5) 121
113
121
10.9 9.7
10.9
10.0
10.5
Evapotranspiración máxima (Etm) Evapotranspiración actual (Eta)
138
Sin riego (T1)
10.9
121
Sin riego (T1)
Quinta soca Sin riego Sin riego Sin riego Sin 2-4 4-8 8-10 déficit meses meses meses de agua (T2) (T3) (T4) (T5)
73
113
105
111
9.7 8.6
9.6
9.1
9.7
1001
9.7
113 9.4
6.1
9.4
8.8
9.2
1234
9.4 922
861
1001
861
1001
1001
834
1104
1029
1039
1234
421
876
597
792
922
0.14
0.00
0.14
0.00
0.00
0.32
0.11
0.17
0.16
0.00
0.54
0.05
0.35
0.14
0.00
0.11
0.00
0.08
0.04
0.00
0.11
0.00
0.06
0.00
0.00
0.35
0.00
0.07
0.02
0.00
Valores X para gráfico -0.14 Valores Y para gráfico -0.11
0.00 0.00
-0.14 -0.08
0.00 -0.04
0.00 0.00
-0.32 -0.11
-0.11 0.00
-0.17 -0.06
-0.16 0.00
0.00 0.00
-0.54 -0.35
-0.05 0.00
-0.35 -0.07
-0.14 -0.02
0.00 0.00
TCHM estimada con función encontrada
10.2
10.9
10.2
10.9
10.9
8.2
9.2
8.9
9.0
9.7
7.1
9.2
7.9
8.8
9.4
129
138
129
138
138
105
117
113
114
123
91
117
101
112
120
Déficit relativo de agua (1-(Eta/Etm)) Disminución relativa del TCHM (1(TCHMa/TCHMm))
TCH estimada con función encontrada
Figura 1. Función de respuesta de la producción de caña (t/ha/mes) al agua neta recibida por el cultivo. Experimento de respuesta al agua, ingenio Manuelita, hacienda La Olga 124A, variedad CC 85-92, 3ª, 4ª y 5ª socas.
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Cuadro 2. Producción estimada y rentabilidad del riego usando la función de respuesta encontrada, variedad CC 85-92 (socas), suelos franco-finos, y período seco entre los 3 y 6 meses de edad. Indicador
Sin riego
1 riego 2 riegos 3 riegos 4 riegos
5 riegos
6 riegos
7 riegos
8 riegos
Precipitación Efectiva (mm)
700
700
700
700
700
700
700
700
700
TCH estimada (13 meses)
115
118
121
125
128
132
135
138
142
TCH extra
0
3
7
10
14
17
20
24
27
Ingreso adicional ($/ha)
0
210,000
490,000
700,000
980,000
1,190,000
1,400,000
1,680,000
1,890,000
Costo total riego ($/ha)
0
150,000
300,000
450,000
600,000
750,000
900,000
1,050,000
1,200,000
60,000
190,000
250,000
380,000
440,000
500,000
630,00
690,000
Margen operacional ($/ha)
1.234 mm. A este valor de Etm le correspondió un TCHM máximo de 10.9 t/ha/mes, o sea que si se cosecha a los 13 meses de edad, la producción máxima de caña (TCHm) es de 142 t/ha. De acuerdo con la función de respuesta encontrada, tomando como base la precipitación efectiva de 700 mm, dada en el área experimental, para una lámina de agua rápidamente aprovechable (LARA) de 65 mm y el período seco que ocurre entre los 3 y 6 meses de edad, se requeriría de ocho riegos para alcanzar la evapotranspiración máxima (Cuadro 2). Si se aplica un riego menos, es decir siete riegos, la lámina neta total recibida sería de 1155 mm (ETa), y la producción de caña (TCHa) estimada mediante la función de respuesta sería de 138 t/ ha. Si se aplican dos riegos menos, es decir seis riegos, la lámina neta total recibida sería de 1090 mm (ETa), y la
producción de caña (TCHa) estimada mediante la función de respuesta sería de 135t/ha. Y así sucesivamente hasta el caso extremo en que no se pueda aplicar ningún riego y la producción se disminuya hasta 115 t/ha.
Rentabilidad del riego En cuanto al análisis de la rentabilidad del riego, en el mismo Cuadro 2 se puede ver que si el precio de la tonelada de caña es de $70.000, el ingreso adicional obtenido al producir 27 toneladas más por hectárea, al aplicar ocho riegos es de $1.890.000/ ha; el costo de estos ocho riegos es de $1.200.000/ha (a $150.000/ ha/riego), y el margen operacional, calculado como la diferencia entre el ingreso extra y el costo del riego, es de $690.000/ha. Si se aplican dos riegos menos, el ingreso extra obtenido al producir 20 toneladas más por hectárea es de $1.400.000/ha,
el costo de estos cuatro riegos es de $900.000/ha, y el margen operacional es de $500.000/ha. Estos resultados indican que en suelos de textura francosa fina con nivel freático profundo, donde la precipitación efectiva total sea deficitaria (700 mm/año), especialmente entre los tres y seis meses de edad, la aplicación de ocho riegos suplementarios sería rentable.
Conclusiones En conclusión, se obtuvo la función de respuesta de la producción de caña al agua para la variedad CC 85-92 (tercera, cuarta y quinta socas), zona agroecológica 11H0, suelo de orden Mollisols, suborden Fluventic Haplustolls, familia francosa fina, así:
1
TCHMa Eta = 0.4492 1 TCHMm Etm
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De acuerdo con la función de respuesta encontrada, en suelos franco-finos, nivel freático profundo, en un año normal en cuanto a precipitación, la aplicación de 5 a 6 riegos es la de mayor margen operacional. En años secos, la aplicación de 7 a 8 riegos es la de mayor margen operacional. Por cada riego se puede esperar una respuesta de 4-5 t/ha. Además, se estima que en la zona agroecológica 11H0, cuando se presenta una demora de dos semanas en la aplicación de riego programado mediante balance hídrico, la disminución en la producción de caña puede ser de 1 t/ha si el retraso es
en cañas de 2-4 meses, 4 t/ha si la demora se da en cañas de 4-8 meses y de 2 t/ha para cañas de 8-10 meses. Se corroboró que el período de mayor requerimiento de agua ocurre entre los 4 y 8 meses de edad, lo cual ratifica el uso de este criterio en la priorización de los riegos por balance hídrico. El período entre los 8 y 10 meses corresponde a la segunda prioridad de riego. Finalmente, se considera necesario establecer otros experimentos en suelos de textura fina a muy fina que se agrietan al secarse, los cuales son altamente representativos del valle del río Cauca.
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Bibliografía Centro de Investigación de la Caña de Azúcar de Colombia. (1984). Informe Anual,1983. Cali, Colombia. 88 p. Cruz, R. y Moreno, C.A. (2000). Respuesta de la producción de caña al agua. Memorias V Congreso Colombiano de la Asociación de Técnicos de la Caña de Azúcar-Tecnicaña. Cali, Colombia. 10 p. Doorembos J., Kasam A. H. (1986). Yield Response to Water. FAO Irrigation and Drainage Paper 33. Roma. 194 p.
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Revista Tecnica単a No. 32, Diciembre de 2013
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Compactación en suelos cultivados con caña de azúcar durante más de 100 años en la zona sur del Valle del Cauca Edgar Madero Morales1, Jorge Armando Ramírez Alzate2, Álvaro Albán3, Betsy Yadira Escobar4, Luis Fernando García5 y María Elvira Peña Artunduaga6
Resumen En el estudio se estimó la compactación de las mejores tierras agrupadas en las clases agrológicas I y II, entre ocho clases por capacidad de uso, cultivadas con caña de azúcar por más de 100 años, entre los municipios de Palmira, El Cerrito y Candelaria en el Valle del Cauca, Colombia. Inicialmente se hizo la cartografía de un índice de compactación basado en la densidad aparente en campo y la humedad entre 0 cm y 15 cm de profundidad en el suelo, en 144 puntos de muestreo. La cartografía de estas clases se obtuvo del estudio ® detallado de suelos de este sector (IGAC, 1969-1971a, b) con la ayuda del software ArcGIS . El estudio también comprobó la influencia de tres índices de compactación predominantes sobre algunas propiedades hidrodinámicas y el régimen de humedad del suelo durante un período de 75 días (R.H.S). Los suelos presentaron bajo grado de compactación; además, altos contenidos de materia orgánica (4% - 6%). Se encontró que, las características hidrológicas, retención de humedad y laborabilidad fueron adecuadas; el R.H.S no presentó diferencias entre tratamientos. Palabras clave: Consistencia, índice de compactación, régimen de humedad
Introducción El departamento del Valle del Cauca está localizado al suroccidente de Colombia y forma parte de las regiones Andina y Pacífica. Debido a la alta fertilidad natural de los suelos, el relieve plano y el clima cálido, en la zona se desarrolla aproximadamente el 60% de la agroindustria azucarera (Carbonell et al., 2001), considerada como el principal renglón agrícola de la economía regional. 1 2 3 4 5 6
Profesor Asociado Departamento de Ingeniería, Facultad de Ingeniería, Universidad Nacional de Colombia sede Palmira. eemaderom@unal.edu.co. Magíster Ciencias Agrarias énfasis suelos, Universidad Nacional de Colombia sede Palmira. jara85@gmail.com. Ingeniero Agrícola, Universidad del Valle, Cali, Colombia. alvaroalban75@gmail.com. Ingeniera Agrícola, Universidad del Valle, Cali, Colombia. betsyyadira@gmail.com. Ingeniero Agrícola, Universidad del Valle, Cali, Colombia. luisfega2@hotmail.com. Ingeniera Agrícola, Universidad del Valle, Cali, Colombia. maripena@univalle.edu.co .
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El uso intensivo de estos suelos y las constantes prácticas de laboreo en condiciones de altos contenidos de humedad, ocasionan problemas de degradación física en la estabilidad estructural, la organización del espacio poroso y la densidad en la capa arable, características que pueden dificultar la utilización de agua y nutrientes del suelo por parte de las plantas, originando cambios en el régimen de humedad, la fertilidad y la eficiencia del riego (Grenland y Lal, 1977; Greenland y Szabolcs, 1994). Teniendo en cuenta lo anterior, se consideró importante evaluar el grado de compactación de algunos suelos cultivados con caña de azúcar en los municipios de Palmira, El Cerrito y Candelaria en el Valle del Cauca, Colombia, y estimar su influencia sobre algunas propiedades hidrodinámicas y el régimen de humedad del suelo (R.H.S.) (Lozano et al., 2005). Igualmente, se validó el modelo de simulación Somore (Pla, 1997), una aplicación de libre utilización que permite predecir el régimen de humedad del suelo en función del balance hídrico histórico diario y las propiedades físicas del suelo como tasa promedio de infiltración, conductividad hidráulica saturada por debajo de la zona de raíces, curva característica de humedad, límite líquido y límite plástico.
(DPT) se hizo con base en la densidad aparente en campo (Lozano et al., 2005). Los suelos del estudio –clases agrológicas I y II– han sido cultivados con caña de azúcar durante varios años y son considerados de alta capacidad de uso según el Soil Conservation Service de EE.UU. (Klingebiel y Montgomery, 1961). Las áreas correspondientes a estas clases se obtuvieron del estudio detallado de suelos de la parte plana de los municipios de Palmira, El Cerrito y Candelaria (IGAC, 1969) mediante la aplicación ArcGIS. En total se realizaron 144 muestreos en aproximadamente 50.000 ha, distribuidos en una malla de puntos siguiendo un patrón de distribución de logaritmo natural (Riezebos, 1989), con el fin de tener en cuenta las variabilidades: largo (7000 m), medio (700 m), corto (70 m) y muy corto rango (7 m) (Figura 1). En cada punto se midieron: la densidad aparente (D.A.) por el método de la cajuela (USDA, 1999), la humedad del suelo e infiltración
rápida (TIr) (USDA, 1999), la conductividad hidráulica saturada (Kh) a más de 15 cm de profundidad en el suelo (USDA, 1999), la distribución de partículas por tamaño (Jaramillo, 2002) y carbono orgánico (Walkey Black modificado), separando, en lo posible, en laboratorio las fracciones orgánicas sin descomponer en cada muestra. Para desarrollar el IC se descartó aproximadamente el 10% de las muestras debido a la presencia de fragmentos gruesos (> 2 mm) en más del 25% del volumen, lo que afecta significativamente la D.A. Propiedades físicas y R.H.S. en función de los IC modales Por cada IC –I.C4 o consistencia friable, I.C3 o consistencia muy friable, I.C2 o consistencia blanda– se seleccionaron dos localidades. Los puntos de muestreo fueron localizados en tres haciendas cultivadas con caña situadas en el municipio de Palmira: La Josefina ubicada en el km 3 vía Candelaria, La Gertrudiz ubicada 10 km al norte del municipio, y El Porve-
Materiales y métodos Cartografía de compactación, infiltración rápida y conductividad hidráulica La cartografía de un índice de compactación (IC) en áreas homogéneas en materia orgánica (M.O.) y distribución de partículas por tamaño
Figura 1. Distribución del muestreo en patrón de logaritmo natural (Malla ubicada entre Palmira y Candelaría. Fuente: Tomado de Estudio detallado de suelos) (IGAC, 1969-1971a, b).
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nir ubicada en la vereda La Reforma, corregimiento de Amaime. Todas ellas sobre terrazas medias del valle aluvial del río Cauca, a 1000 m.s.n.m., precipitación media anual entre 1000 y 1200 mm, temperatura promedio de 24 oC, humedad relativa de 75% y zona de vida de bosque seco tropical. Los suelos se clasifican como Haplustoll Páchico francoso fino isohipertérmico mezclado (Hacienda La Josefina); Haplustoll Fluventico francoso grueso isohipertérmico mezclado (Hacienda La Gertrudiz), y Haplustoll Cumúlico francoso fino isohipertémico mezclado (Hacienda El Porvenir) (IGAC, 1969). Para medir el R.H.S se hicieron muestreos diarios entre 9 a.m. y 11 a.m. con el fin de evitar que la radiación solar favoreciera altas tasas de evaporación. Para el efecto, durante 75 días continuos con un sacabocado se tomaron muestras de suelo entre 0 cm y 15 cm de profundidad, las cuales fueron pesadas en campo y colocadas en horno a 105 °C durante 24 h. La infiltración se determinó por el método de anillos infiltrómetros, y una vez terminada la prueba se cubrió con plástico negro por 48 h. Al finalizar este tiempo se tomaron muestras de 200 g a 300 g a 15 cm de profundidad para determinar la humedad a capacidad de campo (Jaramillo, 2002). La conductividad hidráulica saturada se midió por el método de ‘abatimiento de carga’ (Bagarello et al., 2004). Las curvas de retención de humedad se determinaron por el método de ollas y platos de presión a 0.1, 0.3, 1, 5 y 15 bares (Jaramillo, 2002). Los límites líquido y plástico fueron obtenidos mediante los métodos estandarizados de cazuela
de Casagrande y de rollo de suelo, respectivamente (Jaramillo, 2002). La humedad en el suelo fue graficada en eje cartesiano vs. tiempo, teniendo presente los valores críticos de la curva de retención de humedad de cada suelo. Validación de software Somore La curva de humedad diaria en el suelo estimada mediante el uso del software Somore fue comparada gráfica y estadísticamente con la curva real de humedad para los mismos días. Para la comparación se utilizó la definición de las variables número de días con lámina fácilmente aprovechable (LAFA) y número de días por debajo del límite plástico. El diseño experimental fue completamente al azar con dos repeticiones, tomando como tratamientos los tres tipos de compactación que presentaban los suelos. Las variables LAFA y número de días por debajo del límite plástico fueron comparadas mediante análisis de varianza, y la prueba de separación de medias de Duncan (P < 0.05) entre la lámina real y la simulada por Somore, lo cual permitió determinar las diferencias o aproximaciones entre los modelos. Adicionalmente se realizó un análisis de varianza con otras características físicas como tasa media de infiltración (TI), infiltrabilidad (lb), lámina acumulada (La), porcentaje de arena (A), coeficiente de dispersión (CD), relación lámina de agua fácilmente aprovechable (LAFA) sobre lámina de agua aprovechable (LAA), número de días en LAFA y lámina acumulada entre capacidad de campo y humedad a 1.5 bar (PMT).
21
Resultados y discusión Cartografía de compactación, infiltración rápida y conductividad hidráulica Los valores más frecuentes de D.A. 3 (89%) fueron < 1.35 g/cm , es decir, que estos suelos con alta capacidad de uso tienen densidades relativamente bajas. Aproximadamente 11% de los suelos presentaron densidades 3 > 1.45 g/cm debido al incremento del contenido de arena y/o fragmentos gruesos, por tanto, no fueron afectados por compactación y fueron descartados para el análisis. Lo anterior se relaciona tanto con manejo agrícola conservacionista como con resiliencia innata de los suelos (IGAC, 1969; Grenland y Lal, 1977; Greenland y Szabolcs, 1994) (Figura 2). De acuerdo con los valores de densidad y los niveles aceptables de conductividad hidráulica hasta 15 cm de profundidad, predominaron las buenas condiciones para la infiltración superficial de agua en el suelo y por ende para la aplicación de riego (Pla, 1997), en un rango entre 2 mm/h y 5 mm/h. Estas propiedades no fueron mapeadas debido a la baja dependencia espacial que presentaron (Figuras 3 y 4). La mayor parte de las muestras (97%) presentó un IC con valores considerados entre los cuatro primeros niveles en una escala de 9, que coincidieron con consistencias friables y blandas, indicando poca compactación entre 0 cm y 15 cm de profundidad y buenas condiciones estructurales y de labranza. Los IC más altos se detectaron en la franja oriental del mapa como respuesta a incrementos superficiales de la
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fracción arena debido a los aportes aluviales por su ubicación más alta en el paisaje (Figura 5).
Figura 2. Distribución porcentual de la densidad aparente en campo (g/cm3)
El promedio de M.O. fue 4.85 ± 25%, siendo el rango más frecuente de 2.5% - 5% con 70% de los valores ubicados en estos valores, lo que muestra un incremento significativo en relación con los años 1960 y 1970, cuando era aproximadamente de 1.5% para los suelos de la parte plana (IGAC, 1969). De acuerdo con Greenland y Szabolcs (1994), el nivel crítico en sistemas sostenibles debe ser aproximadamente de 5% para garantizar en el tiempo la buena calidad de suelos dedicados a la agricultura. Estos resultados sugieren que en estos suelos se está realizando un manejo sostenible en términos físicos, y que el reciclado de los residuos del cultivo de la caña de azúcar (hojas, compost y vinaza) generan un buen aporte de M.O. en el suelo, en especial en el área de influencia de los ingenios con tierras propias (Figura 6). Propiedades físicas y R.H.S en función de los I.C. modales
Figura 3. Frecuencias de la velocidad de infiltración (mm/h)
Figura 4. Frecuencias de la conductividad hidráulica (mm/h) / 15 cm
Los suelos del estudio presentaron en la capa arable altos contenidos de M.O. (aprox. 4%) y contenidos de arcilla entre 30% y 35%, lo que permite clasificarlos como de muy buena laborabilidad (Cuadro 1). Los IC presentaron valores < 5, que corresponden a suelos no-compactados, como lo muestran las propiedades físicas y los parámetros hidrológicos y de retención de humedad, adecuados y similares (Cuadro 1). La lámina acumulada en el proceso de humedecimiento del suelo alcanzó valores entre 70 mm y 100 mm, considerados adecuados para una agricultura de secano o de riego. El promedio de la infiltración
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Figura 5. Cartografía del Índice de compactación - I.C (1 a 5) entre 0 cm y 15 cm
fue > 10 mm/h, acompañada por infiltraciones básicas > 5 mm/h, valores esperados para suelos con alta capacidad de uso (Jaramillo, 2002). Los coeficientes de dispersión en los tres grados de compactación fueron < 10, es decir, muy bajos con respecto al nivel crítico que corresponde a un valor de 25, por tanto, se puede considerar que los suelos analizados poseen alta estabilidad estructural (Castillo et al., 2000). La relación LAFA:LAA (lámina de agua fácilmente aprovechable:lámina total de agua aprovechable) fue aproximadamente de 60%, valor muy cercano a lo deseable para una agricultura de alto rendimiento y directamente proporcional a las altas capacidades de campo que fueron, en promedio, de 50% de la porosidad total.
23
Figura 6. Cartografía de la materia orgánica-M.O (%) entre 0 cm y 15 cm.
El límite plástico estuvo cerca a la humedad de 1.5 bar, el cual se asemeja al punto de marchitez temporal, define el suelo como de muy buena laborabilidad y permite las prácticas de cultivo sin peligro de degradación (Jaramillo, 2002). El número de días con agua fácilmente aprovechable varió entre 20 y 40 días para los 75 días incluidos en el análisis, lo que estuvo de acuerdo con el bajo régimen de lluvias presentado, no obstante, los tratamientos no influyeron en esta propiedad (P < 0.05) (Cuadro 2). La lámina de agua fácilmente aprovechable (LAFA = Lámina a CC -Lámina a 100 cm) fluctuó entre 850 mm y 2000 mm (P > 0.05) y se correlacionó con el número de días con agua fácilmente aprovechable,
en consecuencia las diferencias no se pueden atribuir a la condición del suelo, sino al balance hídrico (Cuadro 2). Los resultados corresponden a suelos con muy buena laborabilidad ya que la mayor parte del tiempo, incluyendo las épocas de lluvias, presentaron contenidos de humedad reales por debajo de este límite sin diferencias estadísticas entre ellos (P > 0.05) (Cuadro 2).
Validación de Somore De acuerdo con las variables de respuesta evaluadas, el modelo Somore fue válido para la predicción del régimen de humedad en el suelo (Cuadro 3). No obstante, presentó tendencia a subestimar estos parámetros, posiblemente por la metodología utilizada para evapotranspiración, ya que no se empleó un radiómetro.
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24
Cuadro 1. Valores Promedio - Propiedades físicas para los tres grados de compactación
Punto
Grad. Comp.
I.C.
LA
VI
Ib
% Ar
%A
C.D.
M.O (%)
Lp
Friable
4/9
91.3 a
14.2 a
8.8 a
29.0 a
34.3 a
7.3 a
4.3 a
36.9 a
49.1 34.4 a 20.8 a a
0.6
Muy Friable
3/9
70.1 a
11.8 a
6.8 a
35.8 a
23.6 a
9.3 a
4.0 a
35.9 a
50.3 30.9 a 21.2 a a
0.7
Blanda
2/9
105.7 a
12.9 a
24.0 b
29.8 a
31.0 a
6.9 a
3.8 a
30.0 a
45.3 31.2 a 20.5 a a
0.6
42 95 136 137 92 94
C.C.
1.5 bar
15 bar
LAFA/LAA
LA: Lamina almacenada, VI: Velocidad de infiltración, Ib: Infiltración básica, % Ar: Porcentaje de arcillas, % A: Porcentaje de arenas, CD: Coeficiente de dispersión, M.O: Materia orgánica, Lp: Limite plástico, CC: Capacidad de campo, 1.5 bar: Punto de marchitez temporal, 15 bar: Punto de marchitez permanente, LAFA: Lámina de agua fácilmente aprovechable, LAA: Lámina de agua aprovechable. (En el Cuadro la columna 1, muestra el número del punto de muestreo original de la base de datos – 144 en total).
Cuadro 2. Comparación de medias del régimen de humedad del suelo para los tres grados de compactación (DUNCAN – 0.05%)
Punto
Grad. Comp.
I.C.
Días CC - PMT
Lam. CC - PMT
Días ≤ Lp
Friable
4/9
26.5 a
1553.7 a
72.5 a
Muy Friable
3/9
39.5 a
1954.4 a
71.5 a
Blanda
2/9
19.5 a
848.8 a
51.5 a
42 95 136 137 92 94
Cuadro 3. Comparación de medias para la validación de SOMORE (DUNCAN – 0.05%)
Método
Días CC - PMT
Lam. CC - PMT
Días ≤ Lp
REAL
28.5 a
1452.3 a
65.1 a
SOMORE
22.8 a
1307.5 a
58.2 a
Conclusiones Los suelos de los municipios de El Cerrito, Palmira y Candelaria incluidos en el estudio no mostraron compactación de acuerdo con los I.C., las propiedades físicas y el R.H.S. Los suelos presentaron incrementos en el contenido de M.O. frente a registros anteriores, con rangos entre 4% y 6%. El R.H.S no varió entre los índices de compactación (I.C.) que predominaron en el estudio. Las propiedades hídricas del suelo no han sido alteradas y sus niveles son óptimos para una agricultura de alto rendimiento, lo cual
sugiere un buen manejo a lo largo del tiempo. El modelo de simulación Somore predijo razonablemente el R.H.S de la capa arable.
Agradecimientos A la Universidad Nacional de Colombia sede Palmira por la financiación y apoyo en el proyecto; al laboratorio de física de suelos por su colaboración para la realización de los análisis, y a los ingenios azucareros Manuelita, Providencia e Incauca por su generosa y oportuna colaboración para la realización de las pruebas en sus haciendas.
Bibliografía Bagarello, V., Iovino, M. y Elrick, D. (2004). A simplified fallinghead technique for rapid determination offield-saturated hydraulic conductivity. Soil Sci. Soc. Am. J. 68:66 -73. Castillo, J. Amézquita, E. y MüllerSämann, K. (2000). La turbidimetría una metodología promisoria para caracterizar la estabilidad estructural de los suelos. Suelos Ecuatoriales 152 -156p. Carbonell, J. Amaya, A. Ortiz, B. Torres, J. Quintero, R. e Isaacs, C. (2001). Zonificación agroecológica para el cultivo de caña de azúcar en el valle del río Cauca, tercera aproximación. Serie técnica Cenicaña, 29. Cali: Centro de Investigación de la Caña de Azúcar de Colombia (Cenicaña). Grenland, D. y Lal, R. (1977). Soil conservation and management in the humid tropics. International Institute of Tropical Agriculture, Agricultural Research Council of Nigeria. Wiley. 283 p.
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CON HECTÁREA APLICADA LAS MALEZAS EN SU CULTIVO
CONTROLAMOS PACORA 800 SC INSUMOS REBOLLEDO SIOUFI
AGROINCA
AGROINCA BIOESTIMULACIÓN
INCAPHOS AGROINCA
AMINA
480 SL
INSUMOS REBOLLEDO SIOUFI
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Revista Tecnicaña No. 32, Diciembre de 2013
Evaluación de la compactación causada por dos equipos de fertilización Luis A. Rodríguez1, Jhon J. Valencia2, Eliana M. Espinosa3, Juan D. Londoño4
Resumen Se evaluó la compactación causada por dos equipos de fertilización mecánica; se hizo medición de los esfuerzos causados al paso de los equipos, la resistencia a la penetración y las secciones roturadas. El equipo 1 es una abonadora convencional operada por un tractor rígido de 230HP; y el equipo 2 es un integrado operado por un tractor articulado de 330 HP. Sensores colocados en el suelo, a 60 cm de profundidad, registraron esfuerzos entre 20 y 27 kPa. El equipo 2 mostró registros mayores en la resistencia a la penetración en uno de los sitios de evaluación, especialmente en la capa superficial como resultado de la mayor presión de contacto. Gran parte de esta compactación superficial es eliminada por la roturación que hace el equipo integrado al profundizar hasta 50 cm y roturar una sección de 1810 cm2. Según los registros de esfuerzos y de resistencia a la penetración, los dos equipos causan niveles moderados de compactación y tienen comportamiento similar. El equipo integrado tiene mayor capacidad para aliviar la compactación que causa, rotura mayor área y a mayor profundidad.
Introducción La compactación en suelos agrícolas es un fenómeno complejo por la variabilidad de los factores que intervienen en ella, la principal causa es el tránsito de máquinas en el campo, y los efectos son más notables cuando se transmiten al suelo cargas elevadas. Además de las cargas deben considerarse aspectos como la distribución de pesos de los equipos, el tipo de rodamiento, las superficies de contacto, las presiones de inflado y principalmente el tipo y condición del suelo, pues la textura es un factor determinante en la susceptibilidad de los suelos a la compactación. En el proceso se afectan, entre otras propiedades, la porosidad, el 1 2 3 4
Ing. Mec., MSc., Ph.D. Cenicaña Ing. Agrícola., MSc. Cenicaña Est. Ing. Agrícola. Cenicaña Ing. Agrícola. Ingenio Riopaila-Castilla
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cargas verticales que impone cada abonadora. Los pesos, medidas y características de los equipos se incluyen en Tabla 1.
movimiento de agua y aire en el suelo y la capacidad de almacenamiento de agua. Estas limitaciones hacen que la compactación sea un problema preocupante, especialmente porque la mecanización intensiva es parte importante en las técnicas de producción. Aunque el tránsito durante la cosecha es la mayor causa de compactación en el cultivo de la caña, otras labores pueden causar efectos igualmente nocivos dependiendo de las condiciones de operación. Una de ellas es la fertilización mecánica en la que se ha pasado de máquinas pequeñas a equipos de alta capacidad y peso que pueden ser causantes de niveles preocupantes de compactación. Este trabajo se realizó con el objetivo de evaluar la compactación causada por dos equipos de fertilización en dos suelos con diferente contenido de humedad.
3.
4.
Muestreo previo de resistencia a la penetración en los sitios de prueba. Se midió en el centro del entresurco hasta 80 cm de profundidad. Se hicieron cuatro mediciones previas en cada lote de prueba. Colocación de sensores de esfuerzos. Registraron el esfuerzo vertical causado al paso de los equipos. Se colocaron cuatro sensores por equipo y por lote de prueba (dos sensores en cada punto de registro), alineados con
5.
27
la dirección de viaje a 60 cm de profundidad para evitar el efecto del vástago de trabajo profundo del equipo integrado, como muestra la Figura 1. Pase de los equipos en posición de trabajo sobre los sensores para el registro de los esfuerzos (Figura 1).
6.
Medición de la resistencia a la penetración después del pase de los equipos.
7.
Se ejecutaron cuatro mediciones por equipo y por lote de prueba.
8.
Medición del perfil de suelo roturado. Muestreo para contenido de humedad.
9.
Procedimiento Para la evaluación de los dos equipos de fertilización se estableció el siguiente procedimiento: 1.
2.
Selección de sitios de prueba Lugar: Ingenio Riopaila-Castilla. Planta Castilla Sitio 1: Hacienda Castilla, suerte 250, suelo Corintias (Typic Haplusterts), familia textural fina, contenido de humedad 21%.
Figura 1. Posición de los sensores en la calicata y paso de los equipos (integrado) sobre los sensores
Tabla1. Características de los equipos de fertilización y tractores
Equipo 1
Equipo 2
Abonadora
Tractor
Abonadora
Tractor
Convencional
Case MX230 Rígido
Integrado
Case 330 Articulado
Peso (kg)
1895
12160
2370
18310
Tipo
Sitio 2: Hacienda Sarita, suerte 050, suelo Argelia (Vertic Argiustolls), familia textural fina, contenido de humedad 26%.
Capacidad (kg)
725
2490
Peso total (kg)
2620
4860
Pesaje. Se efectuó para conocer el comportamiento de los tractores respecto a las diferentes
Distancia ejes (cm)
306
360
Llanta delantera
480/70R30
710/70R38
Llanta trasera
710/70R38
710/70R38
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Revista Tecnicaña No. 32, Diciembre de 2013
Resultados
los tractores, los equipos de fertilización causaron sobrecargas hasta del 89% sobre los ejes traseros, lo cual incrementa los riesgos de compactación que causan ambos conjuntos.
Comportamiento dinámico de los equipos Los pesajes realizados se utilizaron para determinar algunas características dinámicas de los conjuntos tractor-abonadora a través de las reacciones mostradas en la Figura 2. Los implementos de enganche en tres puntos influyen en el equilibrio de los tractores, especialmente en las reacciones del piso, las cuales se muestran en la Tabla 2. Con respecto a la distribución inicial de pesos en
Las reacciones sobre los ejes traseros de ambos tractores son altas; cuando se deben levantar las abonadoras se alcanzan cargas por eje hasta de 12430 kg (equipo 1) y 16660 kg (equipo 2) dependiendo del llenado de los recipientes. Los mayores efectos de compactación se deben al paso de los ejes traseros
Tabla 2. Reacciones, centroides, superficies y presiones de contacto
Equipo 1 1.
Reacciones
Equipo 2
R1 (kg)
R2 (kg)
R1 (kg)
R2 (kg)
Tractor solo
4260
7900
9430
8830
Tractor con equipo suspendido
2420
12430
6470
16660
Tractor con equipo en el piso
4100
10610
9370
13840
Área de contacto (cm )
1614
2872
2631
3531
Presión media de contacto (cm2)
126
179
169
206
2
2.
Centroides
Tractor, X1(cm)
107
185
Abonadora vacía, X2 (cm)
215
225
Abonadora llena, X2 (cm)
215
219
X1
R2
X2
Figura 2. Reacciones y posición de centroides en los equipos de fertilización.
R1
por su mayor carga; en posición de trabajo (abonadora sobre el piso) las reacciones traseras disminuyen a 10610 kg y 13840 kg, respectivamente. En el tractor Case 330, que operó el equipo integrado de fertilización, se presenta mejor distribución de las cargas verticales sobre los ejes; en posición de trabajo las reacciones en este tractor son 40% sobre el eje delantero y 60% sobre el trasero, respectivamente, mientras que en el equipo convencional son de 29% y 71%. La posición del centroide de cada abonadora en condiciones de vacío y llena son muy similares, lo cual indica que la geometría de las tolvas genera una distribución de masa del producto (fertilizante) concordante con la distribución de masa de la estructura del equipo. Preferiblemente, la distribución de masa del producto debe mover el centroide de la abonadora hacia adelante, como ocurre en el equipo integrado, para disminuir la transferencia de peso ocasionada en el tractor. En posición de trabajo, la presión promedio sobre la superficie de contacto de las llantas traseras de los dos tractores presenta valores muy cercanos, 179 kPa y 206 kPa, en la diferencia solo influyen las cargas porque suelo, tipo de llanta y presión de inflado son condiciones iguales para ambos equipos. Aunque las reacciones sobre el eje trasero del tractor del equipo 2 son 30% mayores, también su superficie de contacto es 23% mayor, dando como resultado una presión de contacto solo 15% mayor que en el equipo 1. Esta diferencia puede dar lugar a mayor efecto del equipo integrado en la capa superficial porque la compactación en los primeros 40
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cm depende de la presión sobre la superficie de contacto (Smith y Dickson, 1990).
Medición de esfuerzos Los sensores de esfuerzos están siendo ampliamente utilizados como medio para identificar problemas de compactación causados por el tráfico de equipos agrícolas. El tránsito de equipos pesados causa grandes esfuerzos que generan altos niveles de compactación a nivel tanto superficial como profundo. Esfuerzos mayores de 500 kPa fueron medidos por Horn et al. (2004) al evaluar equipos de cosecha forestal. Estos son esfuerzos similares a los causados por los equipos de cosecha de caña en el valle geográfico del río Cauca (Rodríguez et al., 2012). La Figura 3 muestra el registro de esfuerzos verticales a 60 cm de profundidad al paso de los equipos de fertilización en el suelo Corintias de la hacienda Castilla. El equipo 1 con abonadora convencional registró esfuerzos pico en el eje trasero de 21 kPa; su registro delantero es muy bajo debido a que la llanta no pasa directamente sobre el sensor por diferencias en la trocha. Con el equipo integrado se registraron esfuerzos de 27 kPa y 12 kPa al paso de los ejes trasero y delantero, respectivamente. La diferencia en los esfuerzos pico causados bajo las llantas traseras de los dos tractores es muy pequeña, y se debe fundamentalmente a la carga por eje que define la magnitud de la compactación en el subsuelo (Smith y Dickson, 1990). El suelo Argelia de la hacienda Sarita es mas arcilloso y presentaba mayor contenido de humedad al realizar las pruebas. Se registraron
Figura 3. Esfuerzos medidos bajo las llantas en el suelo Corintias de hacienda Castilla: Tractor MX230 con abonadora convencional y Tractor 330 con equipo integrado
valores pico de 16 y 23 kPa bajo los ejes traseros de los dos tractores (Figura 4). Nuevamente la diferencia es pequeña y se debe a la carga por eje. Los esfuerzos medidos en ambos sitios muestran que frente a la compactación causada, los dos equipos tienen comportamiento similar. Los esfuerzos medidos al paso de los equipos de fertilización varían con la profundidad desde el esfuerzo o presión sobre la superficie de contacto (179 kPa – 206 kPa) hasta los valores medidos entre 20 kPa y 27 kPa a 60 cm de profundidad. Estos son esfuerzos moderados si se les
compara con los esfuerzos causados por equipos de cosecha, como se muestra en la Figura 5, donde se registran los esfuerzos pico a 50 cm y 70 cm de profundidad al paso del eje trasero de un vagón HD12000 cargado con caña picada (Rodriguez et al., 2012). A estas profundidades el vagón causó esfuerzos pico de 200 kPa y 110 kPa, mientras el registro para el tractor del equipo integrado de fertilización fue solamente de 27 kPa. Estos esfuerzos son indicadores del nivel de compactación que causa cada equipo y su gran diferencia tiene origen en el tipo y dimensiones de la llanta que se usa en cada
Figura 4. Esfuerzos medidos bajo las llantas en el suelo Argelia de Hacienda Sarita: Tractor 230 con abonadora convencional y Tractor 330 con equipo integrado
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Figura 5. Comparación de los esfuerzos medidos al paso de vagones de cosecha y el equipo integrado de fertilización
labor: llantas tipo implemento para la cosecha y llantas de tracción para labores de fertilización. Mediciones de resistencia a la penetración (RP) La resistencia a la penetración es una de las características más utilizadas en la evaluación de la compactación causada durante el tránsito de máquinas en suelos agrícolas, y refleja el efecto sobre las propiedades físicas del suelo. Sakai et al., (2008) encontraron que un incremento de 200 kPa en el índice de cono equivale a una reducción de 2.6% en la porosidad, igualmente concluyeron que esta propiedad se reduce 5.7% por un incremento de 100 kPa en la presión de contacto. Se utilizó el penetrologger para realizar las mediciones antes y después del pase de cada equipo en cada sitio; se midió en 24 puntos hasta una profundidad de 80 cm. Los promedios para cada lugar se muestran en la Figura 6. La condición inicial de compactación fue muy similar en los dos sitios. En la capa superficial la resistencia a la pene-
tración aumentó con la profundidad hasta unos 2MPa a 40 cm y hasta 4 MPa a 80 cm, valores indicadores de suelos compactados por efecto natural durante el desarrollo del cultivo y por el tránsito de equipos durante la cosecha reciente. Al paso de los tractores con los equipos suspendidos se mantuvieron las tendencias y las magnitudes tanto en la capa superficial como en el subsuelo. En
la hacienda Sarita (suelo Argelia) los dos equipos muestran registros muy similares hasta la profundidad de prueba (80 cm), mientras que en la hacienda Castilla (suelo Corintias) hubo registros mayores para el equipo integrado en la capa superficial. La causa es la mayor presión de contacto que define la magnitud de la compactación superficial, y gran parte de esta compactación es eliminada por la roturación que hace el mismo equipo. En la capa subsuperficial la tendencia y magnitud en la variación de la resistencia a la penetración es nuevamente similar en los dos equipos. Secciones roturadas por los equipos de fertilización Los equipos convencionales de fertilización mecánica tienen entre sus funciones la escarificación de la capa superficial del suelo para colocar el fertilizante, mientras que los equipos integrados hacen además roturación profunda; estos
Figura 6. Mediciones de resistencia a la penetración en los dos sitios de prueba, son registros antes y después del pase de los equipos
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Figura 7. Perfiles roturados por los equipos de fertilización
últimos son regularmente de mayor capacidad, más robustos y demandan tractores de mayor tamaño y potencia, a su vez deben roturar una sección mayor como se muestra en la Figura 7. El equipo convencional diseñado para escarificar roturó una sección de 850 cm2, mientras que el equipo integrado, con cuerpos para trabajo más profundo, roturó una sección de 1810 cm2. La sección roturada y su profundidad son importantes porque representan la capacidad de cada equipo para eliminar la compactación superficial que pueden causar. El equipo integrado además de roturar mayor área, realiza trabajo más profundo y elimina compactación hasta profundidades entre 40 cm y 50 cm, mientras el equipo convencional rotura hasta 35 cm.
•
Conclusiones Los dos equipos tienen comportamiento muy similar respecto a la compactación que gene-
ran. Según los registros de los esfuerzos y de la resistencia a la penetración, se trata de compactación moderada. •
El equipo integrado tiene mayor capacidad para eliminar la compactación causada, rotura mayor sección y a mayor profundidad. •
Cenicaña cuenta con la metodología y los instrumentos para evaluar el efecto que equipos y tractores generan en el suelo, y su posible impacto sobre el cultivo de la caña de azúcar.
Bibliografía Horn, R., Vossbrink, J., Becker, S. (2004). Modern forestry vehicles and their impacts on soil physical properties. Soil and Tillage Research. Vol 79, p. 207–219. Holanda. Rodríguez, L.A., J.J. Valencia, J.A. Urbano (2012). Soil compaction and tires for harvesting and transporting sugarcane.
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Revista Tecnicaña No. 32, Diciembre de 2013
Reducción de la reabsorción de jugo en molinos de caña mediante el uso de mazas con drenajes internos Mayor extracción de sacarosa y menor humedad en el bagazo José Jair Sánchez A.1
Resumen Se presenta una innovación tecnológica (Maza XM) que busca minimizar la reabsorción de jugo en los molinos de caña para aumentar su extracción. Se trata de una innovación sobre la maza Lotus que no se construye en acero sino en hierro gris muy similar al material de los cascos convencionales y consiste en implementar drenajes hacia el interior de las mazas para separar rápidamente el jugo del bagazo durante la molienda. En la raíz de los dientes de las mazas se instalan cientos o miles de boquillas que capturan el líquido y lo dirigen internamente hacia amplios drenajes longitudinales para finalmente canalizarlo por los costados laterales, con el fin de que drene hacia la bandeja recolectora de jugo. Inicialmente se construyeron drenajes internos en la maza superior que es la de mayor superficie de contacto con el jugo, logrando así una importante reducción en la humedad del bagazo a la salida del último molino y un aumento de la extracción de sacarosa en el primero. Posteriormente se construyeron las mazas cañera, bagacera y cuarta maza, con drenajes internos para mejorar o mantener los buenos indicadores a través del tiempo. En Colombia se logran extracciones superiores a 75% con drenajes internos en las cuatro mazas del primer molino, y humedad en bagazo de 45% a 50%, y drenajes internos sólo en la maza superior del último molino. Un caso especial es un molino secador instalado en Ecuador, donde el bagazo sale del difusor con humedad aproximada del 80% y al pasar por el molino se obtienen humedades inferiores al 50% con drenajes internos en las mazas cañera y superior.
Introducción Durante la extracción de jugo en los molinos de caña de azúcar es inevitable la reabsorción del jugo en el bagazo, lo cual disminuye la extracción de sacarosa e incrementa la humedad en el bagazo que sale del molino. Por décadas los diseñadores han implementado diferentes
1 Fundiciones Universo S.A., Cali, Colombia. jsanchez@fundicionesuniverso.com
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métodos y dispositivos para aumentar y mejorar los drenajes de jugo con resultados cada vez más positivos contra la reabsorción, entre ellos: mazas Lotus, mazas cribadas, ranuras Messchaert, menores ángulos en el rayado de los dientes, succionadores de vacío. Las mazas con drenajes internos ofrecen una solución efectiva para reducir la reabsorción en los molinos, ya que permiten la separación rápida del jugo del bagazo al producirse la compresión entre las mazas (Figura 1). Un buen ejemplo son las mazas Lotus que se construyen desde hace varios años en fundición de acero con bajo carbono. Los resultados en extracción y humedad en bagazo son buenos, pero implican elevados tiempos de fabricación, altos costos de producción e inversión y demasiado tiempo en su mantenimiento. Los cascos de acero requieren equipos
de fusión más especializados que los cascos en fundición gris laminar, y sus procesos de mecanizado también son más extensos y complejos; en consecuencia, el costo de fabricación es elevado y solo pueden ser producidos en acerías. Durante la molienda, la corrosión generada por el jugo ataca más rápidamente al acero que al hierro gris, por tanto, es necesario proteger los fondos de los dientes para evitar su acelerado desgaste. Un casco de acero con bajo carbono (< 0.30% C) se puede reconstruir con soldadura para recuperar la forma y dimensiones originales, sin embargo, este proceso casi siempre resulta más costoso y dispendioso que cambiar el mismo casco pero en hierro gris laminar. Adicionalmente, no es fácil evitar la acumulación de bagazo en los conductos axiales y radiales, ya que una vez que son bloqueados se pierde la funcionalidad de los drenajes internos. Todo lo anterior ha impedido la difusión de
33
estas mazas en la industria azucarera (Rein, 2007). Las nuevas mazas con drenajes internos, denominadas en este estudio mazas perforadas o mazas XM, solucionan los principales problemas de las antecesoras, ya que son construidas en un material de hierro gris muy similar al de las mazas convencionales, pero con algunas propiedades metalúrgicas mejoradas para soportar las perforaciones internas. Se utiliza hierro gris laminar con resistencia a la tracción > 40.000 PSI o algún hierro nodular cuya resistencia mecánica supere fácilmente dicho valor. En estas condiciones es posible construir las mazas XM sin afectar significativamente su costo y con simples rutinas de operación y mantenimiento. Estas mazas tienen instaladas toberas o boquillas en el fondo de los dientes para drenar el jugo que luego es dirigido radialmente hacia unos tubos que atraviesan el casco longitudinalmente. De esta manera el jugo sale por cada extremo del casco y finalmente cae por gravedad en la bandeja recolectora. En una fábrica con suficiente capacidad de evaporación de agua en los procesos de calentamiento de jugo, los drenajes internos permiten aumentar la cantidad de agua de imbibición para maximizar la extracción de sacarosa en los molinos. Otra opción es aumentar la velocidad del molino, aprovechando el mayor drenaje para aumentar la capacidad de molienda Rein (2007).
Diseño y construcción de mazas perforadas Figura 1. Molino de cuatro mazas con drenajes internos
Cada maza XM tiene un diseño único, ya que es necesario modificar el
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Revista Tecnica単a No. 32, Diciembre de 2013
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molino para permitir la instalación de los nuevos drenajes internos. El diseño incluye la ubicación de las boquillas y de los tubos longitudinales, la modificación de los flanges o bridas y la canalización lateral del jugo mediante la instalación de platos deflectores (Figura 2). Las boquillas son toberas con un orificio central entre 1/4” y 5/16”; se instalan en dirección radial con el cono divergente hacia el interior del casco, y en su parte exterior toman la forma del ángulo de los dientes de la maza. La longitud depende del espesor del casco y de la ubicación de los drenajes longitudinales, normalmente mide entre 2” y 3” y se pueden construir en plástico duro, aunque es preferible hacerlas en acero o en bronce para facilitar el blindaje de los dientes con revestimientos duros. La gran mayoría de mazas XM son en hierro gris, las boquillas de bronce son adecuadas, se instalan fácilmente y su vida útil es similar a la del casco de hierro (entre doce y veinticuatro meses en
Figura 2. Detalles de maza superior XM
diferentes periodos de molienda). Algunos ingenios usan regularmente cascos en fundición de acero y mazas XM que pueden ser construidas en el mismo material; en este caso se recomienda usar boquillas en acero para prolongar su duración. Independiente del material, las boquillas siempre deben estar protegidas durante el proceso de blindaje para evitar que se obstruyan con residuos de soldadura. La cantidad de boquillas depende de las dimensiones del molino y es directamente proporcional al paso entre los dientes y al ancho y diámetro exterior de la maza. Es aconsejable instalar la mayor cantidad de boquillas para capturar el jugo y evitar que se reabsorba en el bagazo; también es conveniente instalar un exceso de boquillas porque es inevitable impedir que algunas se obstruyan con diferentes sólidos durante la molienda. Un buen diseño de maza XM evita el rebose de jugo en la maza superior y favorece su conservación durante un periodo
35
mayor de tiempo. Las boquillas deben ser colocadas seguidamente en los fondos de los dientes, pero no deben quedar alineadas para evitar que se incrusten las puntas del peine raspador y reducir el riesgo de fractura del casco, tampoco deben quedar muy cerca de los extremos laterales. Los drenajes longitudinales son tubos que atraviesan el casco axialmente, su diámetro debe ser el mayor posible, pero están limitados por el espesor del casco. Se requiere un proceso especial de fundición para vaciar el metal líquido de hierro gris sobre los tubos de acero que formarán los drenajes internos. También es posible hacer estos conductos barrenados sobre el casco, pero esto incrementará los tiempos y los costos de fabricación. La cantidad y la ubicación de los conductos que forman los drenajes longitudinales están limitadas por el diámetro del eje y por la cantidad de tornillos requeridos para montar los flanges o bridas laterales. Se requiere un rediseño para colocar cada elemento y dejar libre las salidas laterales de jugo con suficiente amplitud que evite la formación de tacos de bagazo. También es indispensable instalar platos deflectores para canalizar el jugo y evitar que ingrese entre los cojinetes de bronce y los apoyos del eje (Figura 3). Normalmente esta zona es muy estrecha y se deben instalar platinas limpiadoras en cada extremo de la maza XM para retirar continuamente el bagazo que trata de estancarse en este punto. En las mazas superiores estas platinas pueden ser fijadas a las chumaceras para evitar golpes durante la flotación de la maza.
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diseño debe garantizar el drenaje de la maza perforada, la resistencia mecánica de todos sus componentes y la mayor vida útil de sus elementos, por lo menos durante un periodo de molienda. Cada ingenio debe implementar rutinas de mantenimiento para revisar y limpiar periódicamente los sólidos que se incrusten en los orificios de las boquillas y garantizar que los drenajes funcionen correctamente.
Figura. 3. Instalación de deflector de jugo y platina limpiadora de bagazo
En las Figuras 2 y 3 se observan las modificaciones que se hicieron a dos flanges de una maza superior XM para permitir la salida lateral del jugo. En muchos molinos no existe espacio suficiente para estos nuevos drenajes, pues los flanges están muy cerca de las chumaceras o de los sellos que se instalan para impedir la entrada del jugo en los apoyos de los cojinetes, por tanto, es conveniente acondicionar cada elemento para liberar el espacio requerido para la salida del jugo con arrastre de bagazo. Casi siempre es necesario reducir el espesor del flange para ganar ese espacio y a su vez lograr la canalización del jugo, en este caso es muy importante verificar la resistencia mecánica del flange para garantizar la rigidez del conjunto; algunas veces es indispensable cambiar el material por acero de mayor resistencia para compensar su menor sección transversal. En algunos ingenios se han construido en acero inoxidable 410 que ofrece más de 100,000 PSI de resistencia a la tracción, con dureza hasta de 400 Brinell, y de paso se logra mejor resistencia a la corrosión
de este material, permanentemente expuesto al ataque corrosivo del jugo de caña. Por otra parte, es posible que se deba reubicar y calcular nuevamente la capacidad de los tornillos que sujetan el flange, lo que puede ser posible reduciendo el diámetro y aumentando el número de estos para conservar el área total sin perder la capacidad de sujeción contra la maza XM. Para lograr una amplia canalización del jugo, los platos deflectores se deben instalar lo más cerca posible de los cojinetes o chumaceras y para ello deben ser montados en los extremos del casco, como se observa en la Figura 3, o en los flanges, Figura 4. Al igual que los flanges, es aconsejable construirlos en acero inoxidable para mejorar la resistencia a la corrosión y prolongar su vida útil. El diseñador debe seleccionar las mejores opciones para acondicionar cada uno de los elementos de acuerdo con las dimensiones del molino y los materiales disponibles para construir las boquillas, flanges y deflectores de jugo. Un buen
El casco se debilita por la instalación de las boquillas y los conductos internos, por lo que es indispensable calcular los esfuerzos mecánicos y establecer los factores de seguridad para garantizar la confiabilidad de cada maza perforada. Para el efecto se realiza un análisis de esfuerzos por elementos finitos mediante Solidworks Simulation versión 2012, teniendo en cuenta las condiciones de molienda, el material del casco y la posición de la maza en el tándem de molinos. La simulación se basa en estimar las cargas que tratan de separar las mazas debido al paso del bagazo por el molino; las variables que intervienen son: tasa de molienda, porcentaje de fibra, velocidad angular del molino, medidas de ajustes entre las mazas y la cuchilla central, flotación de la maza superior, presión y diámetro del pistón en los cabezotes hidráulicos, materiales y dimensiones tanto del casco como del eje. Con estos datos se calcula la compactación del bagazo (kg/m3), y a partir de ella se estiman las fuerzas resultantes sobre las superficies de cada maza. Es importante resaltar que la compactación del bagazo es mayor en el último molino (aproximadamente 1000 kg/m3) y menor en los primeros molinos (aproxima-
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damente 500 kg/m3), por tanto, los esfuerzos mecánicos serán mayores en la maza XM del último molino. Como resultado de la simulación aparecen los valores de los esfuerzos medidos en las diferentes zonas de la maza. Es importante prestar especial atención a los puntos críticos ubicados en los agujeros de las boquillas y los drenajes de jugo (Figura 4). Una vez que se han obtenido los esfuerzos se pueden calcular los factores de seguridad estáticos y dinámicos, teniendo en cuenta los materiales de construcción tanto del casco como del eje. El cálculo del factor de seguridad estático se basa en la teoría de la energía de distorsión para materiales dúctiles (eje) y la fórmula general de esfuerzos de Von Mises, :
donde , σ1, σ2, σ3, son cada uno de los esfuerzos principales (Budynas y Nisbbett, 2007).
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Igualmente se utiliza la teoría de Mohr-Coulomb para materiales frágiles (casco). Las ecuaciones de diseño son las siguientes:
donde ,σA, σB son los esfuerzos, n es el factor de seguridad, Sut y Suc son los límites de resistencia del material a tensión y a compresión (Budynas y Nisbbett, 2007). El factor de seguridad dinámico emplea el criterio de fatiga de Soderberg, con base en la relación siguiente:
Donde, σ A es el esfuerzo alterno, σm es el esfuerzo medio, Se es el límite de resistencia a la fatiga, Sy es el límite de fluencia y n
es el factor de seguridad (Budynas y Nisbbett, 2007). Para ambos factores de seguridad se requiere la experiencia del diseñador con el objeto de determinar cuáles son los valores mínimos aceptables que garanticen el correcto funcionamiento de las mazas perforadas. Se sugiere un valor mínimo de 2.5 para el factor de seguridad estático y de 1.2 para el factor de seguridad a fatiga. Los cascos en acero y en hierro nodular superan fácilmente estos valores, sin embargo, los cascos en hierro gris laminar tienen factores de seguridad muy bajos y tal vez sea necesario rediseñar la maza XM hasta conseguir esfuerzos moderados con factores de seguridad ligeramente superiores a los valores mínimos aceptables.
Resultados obtenidos con el uso de las mazas perforadas Figura 4. Análisis de esfuerzos por elementos finitos, Solidworks 2012
En Colombia se han instalado mazas XM desde el 2007. El primero en usarlas fue el Ingenio Providencia, en la maza superior del sexto molino.
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Desde entonces se han montado en casi todos los ingenios azucareros de Colombia con excelentes resultados en extracción de sacarosa y en la reducción de la humedad en el bagazo que sale de los molinos.
excedentes de bagazo para los periodos donde no se hace molienda o reducir el consumo de combustibles fósiles que se mezclan con bagazo, para disminuir la contaminación del medio ambiente.
Inicialmente se construyeron sólo mazas superiores XM, pues son las que mayor aprovechamiento tienen para capturar el jugo y dirigirlo hacia los drenajes internos. Fue necesario resolver múltiples inconvenientes en la construcción, en el montaje y durante la molienda para evitar que se obstruyeran las boquillas y los drenajes. Los buenos resultados en reducción de humedad y en alta extracción de sacarosa motivaron la continuidad y perfeccionamiento de este desarrollo, a pesar de los problemas que surgieron en los primeros años de fabricación. Posteriormente se construyeron mazas inferiores XM e incluso algunas cuartas mazas XM, cada una con un diseño particular que ha contribuido al mejoramiento de los indicadores de los molinos. También se han construido algunas mazas cañeras XM conservando las ranuras Messchaert cada dos fondos de dientes, sin embargo, es ideal reemplazar dichas ranuras por boquillas, ya que ellas debilitan los cascos y facilitan la rotura de los dientes ante la presencia de sólidos durante la molienda.
En el primer molino una maza superior XM puede aumentar la extracción de sacarosa hasta en 5%. Por otro lado, un ingenio con las cuatro mazas perforadas en el primer molino puede obtener extracciones superiores a 75%. Esta innovación tecnológica se ha implementado en Colombia, Venezuela, Perú, Ecuador, Argentina, Panamá, Guatemala, México, Martinica, República Dominicana y Estados Unidos. A la fecha se han construido aproximadamente 600 mazas XM para más de sesenta ingenios azucareros en dichos países.
En un ingenio con humedad en bagazo superior a 52%, una maza superior XM puede reducir 2% de la humedad en el último molino, lo cual representa un aumento aproximado de 6% en la energía calorífica que puede entregar aquel cuando se quema en la caldera con un incremento aproximado de 200 BTU/libra de bagazo. Con esto se pueden tener
sas: El primero montado sobre el eje tendrá los conductos longitudinales, y el segundo, montado sobre el primero, tendrá el rayado con las boquillas, lo que simplificará la fabricación de la maza perforada y reducirá los tiempos y los costos de manufactura.
El diseño se ha ido perfeccionando para maximizar los drenajes y aumentar la cantidad de boquillas. Actualmente se construyen mazas XM con más de 1200 boquillas para Okeelanta en USA y Valdez en Ecuador, en ambos molinos de 84” con rayado de 1.1/2”, se obtiene una densidad de diecisiete boquillas por pie cuadrado de superficie exterior de la maza.
En la actualidad, la humedad del bagazo en la mayoría de los ingenios colombianos es inferior a 50%, la sacarosa en bagazo inferior a 2% y la extracción reducida superior a 97%. Otro dato importante es el comportamiento de las mazas XM en los molinos secadores de los difusores de caña en Casagrande y Valdez. En estos ingenios, con un solo molino se logró fácilmente una humedad de 50% o menor. El bagazo sale del difusor con una humedad cercana a 80% y pasa por un desaguador que la reduce en un 5%. En este caso, anteriormente se requerían dos molinos en línea para secar el bagazo y conseguir humedades de 50%.
Cuando se construyó una maza superior XM en hierro nodular, además de drenar el jugo, se logró un material de mayor resistencia mecánica para reducir al máximo la rotura de los dientes y un factor de seguridad apropiado en una maza XM muy delgada, que fue posible con uso de hierro gris laminar. Actualmente se está investigando el desarrollo de una nueva maza con drenajes internos cuyo casco será construido en dos cami-
Conclusiones •
Las mazas con drenajes internos mejoran la operación de los molinos de caña, ya que reducen significativamente la reabsorción de jugo, elevan la extracción de sacarosa, permiten aumentar la cantidad de agua de imbibición para maximizar dicha extracción, reducen la humedad del bagazo y estabilizan la operación de las calderas. •
Al disponer de un mayor drenaje se puede aumentar la velocidad de los molinos para procesar más caña y subir la capacidad de molienda (Rein, 2007). También es posible lograr buenos indicadores en un tándem corto de cinco
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de rotura, permite esperar hasta los mantenimientos programados para realizar la limpieza sin detrimento de los indicadores.
unidades como lo han hecho los ingenios Paramonga, San Jacinto y Tuman, en Perú, y San Carlos, en Ecuador. •
Los avances en ingeniería mecánica y metalúrgica han hecho posible la construcción de mazas perforadas en fundición de hierro gris especial, con todas las ventajas que ofrece este material en los molinos de caña, como son: bajo costo de producción, adecuados tiempos de fabricación, facilidad en la operación durante la molienda y simplicidad en las labores de mantenimiento. •
Siempre es indispensable realizar un diseño de cada maza XM para asegurar la funcionalidad de los drenajes sin perder la resistencia mecánica del casco. En algunos casos no será posible construir la maza XM en fundición gris laminar, pero se puede seleccionar un acero de bajo carbono o un hierro nodular. El diseño debe ser cuidadosamente evaluado y calculado para no sobrepasar los esfuerzos admisibles del material y garantizar los factores de seguridad mínimos aceptables tanto estáticos como dinámicos. •
Se debe instalar la mayor cantidad posible de boquillas que admita la superficie exterior de la maza, con esto asegura una mayor capacidad de drenaje y se logra mantener por más tiempo un buen indicador de extracción. Después de varias semanas, es inevitable que la maza XM pierda efectividad para drenar el jugo, ya que algunas boquillas se taparán con los sólidos que coincidan con su orificio central. Instalar boquillas en exceso, sin correr riesgos
•
Es posible construir cualquier maza de un molino con drenajes internos. La maza superior proporcionará los mejores resultados porque tiene una mayor superficie de contacto con el jugo; no obstante, se consigue mejorar aún más la extracción en la medida en que se acompañe de otras mazas XM y se implemente en todos los molinos del tándem. •
Es necesario implementar rutinas de mantenimiento para garantizar el drenaje continuo de las mazas XM, se requiere una inspección regular sobre el estado de las boquillas, las salidas laterales y los tubos internos. Se deben realizar limpiezas frecuentes de la maza XM con agua, vapor o aire a presión, dirigido hacia las boquillas y las salidas laterales de jugo. Esto es aún más necesario cuando el molino tiene poca cantidad de fluido o cuando entran al ingenio muchos sólidos o residuos de cosecha con la caña en la época de lluvias. Los paros periódicos del molino pueden ser aprovechados para profundizar esta limpieza y retirar los sólidos que se incrustan en las boquillas.
Bibliografía Rein, P. (2007). Cane Sugar Engineering. Berlin, Germany: Bartens. Budynas, R. G. y Nisbbett, J. K. (2008). Diseño en ingeniería mecánica de Shigley. 8ª ed. México: McGraw-Hill.
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Aplicación combinada de adsorbentes de alto rendimiento en jugo diluido, meladura y tachos en una fábrica de azúcar J.F. Hidalgo1, J. Muñoz2, A.M. Jiménez M.3, C. Reartes4, L. Jaramillo5, C.A. Donado6, A. Vawda7, E.M. Sarir8
Resumen El artículo presenta un caso de aplicación de adsorbentes de alto rendimiento de patente en trámite en un ingenio azucarero como alternativa para la optimización de la purificación y producción más eficiente. Se aplicaron adsorbentes de diferentes tipos en jugo, meladura y en los tachos de cocimiento de una fábrica de azúcar en Ecuador. El objetivo de la aplicación de adsorbentes fue sustituir el proceso de sulfitación de jugo, optimizar el agotamiento de sacarosa y mejorar la calidad final del azúcar. Palabras clave: Clarificación de jugo, meladura, tachos de cocimiento, decoloración, masa cocida, adsorbente, sulfitación.
Abstract The paper presents a case study of application of patent pending high performance adsorbents on a sugar mill as an alternative for the optimization of purification and more efficient production. Different kinds of adsorbents were applied into cane juice, syrup and in boiling pans of a sugar mill in Ecuador. The aim of the application of adsorbents was to replace the sulfitation process, improve final sugar quality and optimize the sucrose exhaustion. Keywords: Juice clarification, syrup, Boiling pans, decolorization, massecuite, adsorbents, sulfitation.
1 2 3 4 5 6 7 8
Ing. Mecánico, Gerente de Producción Ingenio Monterrey-Ecuador, hidalgoj@malca.ec Ing. Químico, Ingenio Monterrey-Ecuador, munozj@malca.ec Ing. de Alimentos, Carbo UA Colombia, anamaria@carboua.com Carbo UA Argentina, Carmen@carboua.com Ing. Agroindustrial, Gerente Regional Carbo UA LatinoAmérica, jaramillol@carboua.com Ing. Químico, Gerente de Operaciones Carbo UA Ltd. Brasil, andresdonado@carboua.com Ing. Químico, Gerente Técnico Carbo UA Ltd, avawda@carboua.com Ing. Mecánico, CEO y Presidente Carbo UA Ltd., esarir@carboua.com
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Introducción Este estudio presenta la revisión de un proceso en donde se incluye, como alternativa eficiente en términos de costo-beneficio para la clarificación de jugo y la decoloración de masas cocidas, la tecnología de Adsorbentes de Alto Rendimiento. Serán revisados los resultados alcanzados durante un ensayo de aplicación en proceso realizado en la zafra 2013 en un ingenio de Ecuador, donde se aplicaron conjuntamente un producto adsorbente en el jugo diluido en reemplazo de la sulfitación; otro producto adsorbente y decolorante en meladura para la optimización de su clarificación; y en tachos de cocimiento para el tratamiento y purificación de masas cocidas.
•
Eliminación de la sulfitación de jugo, 100% •
Reducción de más del 40% de cal
Optimizar la clarificación de meladura: mediante la aplicación de adsorbente en la meladura sin clarificar, mejorando su calidad y reduciendo así el consumo de químicos en la clarificación.
2. Aplicación en meladura y tachos Dosificación y preparación del producto
Asegurar el cumplimiento de especificaciones de color y mejorar globalmente la calidad del azúcar en cuanto a turbidez, cenizas, sulfitos y potencial floc: mediante la aplicación de adsorbente líquido en el cocimiento.
Metodología Se presenta a continuación el caso específico analizado, los problemas de procesos planteados y las soluciones tomadas.
Estudio de Caso Se trata de una fábrica de azúcar blanco de caña que utiliza la sulfitación de jugo como método de decoloración y clarificación de meladura.
Este fue el procedimiento: 1. Aplicación en jugo
En los tachos de cocimiento, como ayuda de proceso se agrega normalmente un producto tensoactivo en las masas de primera, segunda y tercera.
Dosificación y preparación del producto
•
Se usaron dos adsorbentes diferentes con la misma finalidad:
Objetivos planteados y soluciones propuestas Reducir o eliminar la sulfitación de jugo, mejorar problemas de incrustaciones en evaporadores: se reem-
Cambios en el proceso
plaza la sulfitación con un producto adsorbente sólido aplicado en jugo diluido, previo a la clarificación.
Los productos adsorbentes de alto rendimiento, indistintamente del punto del proceso en el cual se apliquen, proporcionan una decoloración y adsorción superior de impurezas, lo que posibilita eliminar el uso de otros químicos de purificación y la obtención de materiales de mejor calidad en el proceso. Es por ello que dan respuesta a las necesidades de este ingenio y de muchos otros en cuanto a mejoras en calidad, eficiencia, operativas y económicas.
•
Un producto en polvo, preparado en solución al 30%, aplicando al jugo diluido 80 ppm. Un producto líquido, dosificado sin dilución, directo al jugo diluido, a 80 ppm.
41
Para su aplicación tanto en meladura como en tachos, se realizó una dilución de otro producto adsorbente líquido, 1:1 con agua, usando 250 ppm en la meladura cruda y 180 ppm en masas de primera. Cambios en el proceso •
Reducción del 50% de ácido fosfórico usado en la clarificación de meladura. •
Se suspendió el uso de tensoactivo en las masas de primera.
Resultados Mediante la aplicación conjunta de adsorbentes de alto rendimiento en jugo, meladura y masas cocidas, se consigue una mejora global del proceso, lo cual se ve representado en las siguientes tablas. Los resultados del ensayo se comparan con datos promedios de la zafra 2012 y 2013.
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Tabla 1. Consumo de insumos químicos
Cal Kg/TCM
Azufre Kg/ TCM
Ácido fosfórico Kg/TCM
Zafra 2012
0,99
0,15
0,44
Dos semanas previas
1,26
0,14
0,47
0,73
0
0,30
Proceso normal
Proceso con adsorbentes
Durante el periodo con adsorbentes se eliminó el 100% del azufre y se logró una reducción en el consumo de cal del 26% y del 32% del ácido fosfórico. Tabla 2. Perfiles de los materiales de proceso: jugos
Jugo clarificado Turbidez (IU) Zafra 2012
505
Dos semanas previas
175
Proceso normal
Proceso con adsorbentes
139
En el periodo de aplicación de adsorbentes, la turbidez del jugo clarificado mejoró en un 22% respecto a los días previos. Tabla 3. Perfiles de los materiales de proceso: meladuras
Meladura cruda
Proceso normal
Meladura clarificada
Sacarosa %
Turb. IU
Sacarosa %
Turb. IU
Zafra 2012
52,46
1054
48,77
582
Dos semanas previas
52,88
860
51,39
257
53,73
547
51,92
220
Proceso con adsorbentes
En la clarificación de meladura se aprecia buena remoción de turbidez, al usar el producto en la meladura cruda, incluso utilizando sólo el 50% de la dosis usual de ácido fosfórico. Tabla 4. Perfiles de los materiales de proceso: masas
Semilla B
Proceso normal
Masa C
Miel C - Melaza
Caida pureza C
Sacarosa %
Pureza %
Sacarosa %
Pureza %
Sacarosa %
Pureza %
Zafra 2012
74,48
89,26
52,79
57,29
31,74
40,87
16,42
Dos semanas previas
76,80
88,13
51,98
55,45
32,14
39,62
15,83
75,93
87,33
52,54
54,84
30,13
36,16
18,68
Proceso con adsorbentes
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Conclusiones
A pesar de no contar con altas purezas en las masas, se consiguió un mejor agotamiento en tachos, traducido en bajo contenido de sacarosa y baja pureza en la melaza, y por lo tanto, un aumento de eficiencia en la producción.
El uso de las nuevas tecnologías de adsorbentes de alto desempeño en el proceso de fabricación de azúcar ha demostrado proveer alternativas más eficientes para la mejora en las operaciones de purificación, permitiendo mejoras en la calidad y en las condiciones de proceso de la producción de azúcar.
Tabla 5. Calidad del producto terminado
Azúcar blanco Color (IU) Turb. (IU) Proceso normal
Cenizas (%)
Sulfitos Potencial (ppm) Floc
Zafra 2012
232
173
0,24
26
0,60
Dos semanas previas
266
87
0,12
16
0,94
269
69
0,06
2
0,06
Proceso con adsorbentes
En este caso particular se demuestra cómo es posible conseguir importantes beneficios como:
La calidad del azúcar logró ser mejor durante la aplicación de adsorbentes, mejorando el contenido en turbidez, cenizas, sulfitos y potencial floc. Se proyectan aun mejores resultados, bajo condiciones normales de proceso y el continuo uso de los adsorbentes.
Reemplazo de la sulfitación de jugo Optimización de la clarificación de jugo y meladura Reducción de consumos en productos químicos Mejora de la calidad del producto final Aumento en la eficiencia, traducible en un aumento en la producción diaria. •
•
•
Tabla 6. Calidad del agua de caldera
•
Caldera
Proceso normal
Soda (Kg/ día)
S.T.D.
Zafra 2012
16
-
Dos semanas previas
13 7
Proceso con adsorbentes
pH
Sulfitos
1218
11,42
83
434
11,43
24
La calidad del agua de calderas también presentó un menor residual de sulfitos como de sólidos totales disueltos, que causan ensuciamiento (incrustaciones) en las tuberías. El consumo de soda ha sido reducido en más del 50% desde la aplicación de los productos adsorbentes, lo que implica menor desgaste de las mismas. Tabla 7. Evaluación económica
Cal
Azufre
Ácido fosf.
Soda cáustica
Adsorbente jugo
Adsorbente meladura y tacho
Costo total/ tcm
Proceso tradicional $/ TCM
0,17
0,05
0,56
0,02
-
-
0,80
Proceso con adsorbentes $/TCM
0,10
0
0,28
0,01
0,11
0,20
0,70
El costo total de elaboración con adsorbentes se proyecta con el 11% menos del costo actual, al bajar aún más el consumo de cal y ácido, como se está logrando en el ingenio.
43
•
Finalmente, se destaca el uso de adsorbentes de alto rendimiento como tecnología de gran flexibilidad, dado que su dosificación puede ser adaptada a las condiciones cambiantes de cada proceso y para conseguir diferentes objetivos, lo cual permite responder a las particularidades de cada fábrica.
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No.32 / Diciembre de 2013 ISSN 0123-0409