INTRODUCCIÓN

La caña de azúcar (Saccharum sp) es un hibrido complejo de varias especies, derivadas principalmente del Saccharum Officinarum y otras especies de Saccharum, en la que a través de reacciones químicas propias del metabolismo de la planta, se forma la sacarosa (nombre químico del azúcar), aumentando su concentración durante su período de crecimiento, alcanzando su valor máximo aproximadamente entre el mes número doce y el trece, momento en el que tiene una composición aproximada de 71% de agua, 14% de fibra, 13% de sacarosa y 2% de sólidos solubles: glucosa, fructosa y otros no azúcares (Rein, 2012).

La masa de agua que acompaña a la caña, una vez entrada a fábrica, debe ser extraída en la mayor medida posible, según vaya pasando por las diferentes fases del proceso, sin dejar de tomar en cuenta, que en alguna de ellas, también se adiciona una proporción de agua que luego hay que extraer, como es el caso, de la etapa de extracción del jugo en los molinos, o también, la que lleva implícita la lechada de cal que luego se adiciona en el proceso de clarificación de los jugos, implicando un gasto energético.

Esta industria permaneció sin muchos cambios apreciables hasta que los problemas energéticos y la presencia en el mercado de diferentes tipos de edulcorantes, naturales o sintéticos, le obligaran a su reordenamiento, en busca de soluciones que promovieran la reducción de los costos de producción, básicamente, a partir de la elevación del rendimiento agrícola y la eficiencia industrial, así como, la generación de excedentes de bagazo y electricidad para la venta a la red pública, demandando tanto de la inclusión de la modificación de los esquemas de proceso y el incremento del rendimiento agrícola, todo ello, mediante la aplicación de tecnologías modernas que permitieran reducir los costos (Bastida, 2016).

Como parte de estas transformaciones tecnológica, aparece a su vez, un nuevo enfoque, dirigido a ver la Cogeneración como una fuente de ingreso para la industria, a partir de la producción de un excedente de energía eléctrica a entregar al Sistema Electroenergético Nacional (SEN), lo que dependerá de la capacidad de generación instalada, al respecto, (Morales, 2017) apunta que la mayoría de las fábricas de azúcar, que no se ocupan de maximizar su generación de electricidad para exportar, tienen sus capacidades de generación justas para lograr dos objetivos básicos: (I) Satisfacer la demanda de vapor y (II) Satisfacer la electricidad para el proceso de la caña de azúcar, limitándolos de la participación para sus ingresos de nuevos rubros comercializables, por demás, sostenibles ambientalmente.

Esta situación tiene para Cuba, un comportamiento muy particular, pues si bien, motivado por el proceso de redimensionamiento del sector, la capacidad instalada se redujo a 247,5 MWh con relación a 1991, el índice de generación en las últimas zafras, se ha duplicado hasta 38 kWh por tonelada de caña molida, resultado de los esfuerzos dirigidos a mejorar el balance energético en las fábricas. La potencia instalada al cierre de 2010 era de 497,50 MWh, con un consumo anual del sector, incluyendo su propia generación, de 830 GWh, del cual se aportan al SEN 310 GWh (Bastida, 2016).

Un elemento a tener en cuenta^,es lo planteado por (Morales, 2017) cuanto advierte sobre el incremento de los costos por inversión que se produce al buscar un incremento de la eficiencia de los ciclos termodinámicos, pues se requiere de un incremento de la presión y la temperatura en el vapor que generan las calderas, para su posterior empleo en las turbinas que producen la electricidad, para lograr con ello, un incremento de la cantidad de electricidad generada por toneladas de caña molidas (kWh/tc).

Los análisis de cambio tecnológico se debe centrar en la valoración de los esquemas energéticos más difundidos en la actualidad en los centrales azucareros: el de ciclo a vapor con turbina de contrapresión; el de ciclo de vapor con turbina de extracción- condensación con altos parámetros de vapor de 40-80 bar, tecnología comercial, moderna y eficiente; el ciclo combinado con gasificación del bagazo y ciclo combinado con turbina de gas y turbina de vapor, considerada una tecnología de avanzada que aún está en etapa de demostración. (Arocha, 2016).

Actualmente, la mirada a nivel internacional está centrada en la búsqueda de Bioenergéticas que funciones con fuentes de biomasa seguras y relativamente baratas, el bagazo es una de ellas. Según (Arocha, 2016) el costo de una instalación de ese tipo se estima en 1,8 millones de dólares por megavatio instalado, básicamente, por la necesaria adquisición de equipos en las cinco áreas básicas que las integran: plantas eléctricas (turbogeneradores); planta de generación de vapor (calderas); planta de tratamiento de agua para alimentar las calderas; almacén de biomasa y enlace con el Sistema Electroenergético Nacional (SEN), sin contar las obras de construcción y montaje. Esto demuestra, la necesidad de buscar esquemas energéticos que aseguren un éxodo de biomasa, para lograr sinergia con lo antes planteado y disponer de herramientas adecuadas para realizar los balances energéticos en tiempo real y conducir desde ellos, la toma de decisiones, resulta fundamental.

MATERIALES Y MÉTODOS

Se empleó como método, el Análisis Documental, para la constatación de las diferentes metodologías reportadas, enfocadas al balance energético de un central azucarero, en Cuba y en el mundo, para poder desarrollar la nueva metodología propuesta y además, se desarrolló todo el balance de energía, con la consecuente valoración de los flujos másicos y la generación y consumos de vapor por las diferentes actividades del proceso productivo, a partir de la características y tiempo de trabajo de los diferentes equipos tecnológicos.

Los datos usados pertenecen en tiempo real, al Central Azucarero “Ciudad Caracas” en una zafra estimada en 120 días, estimándose de igual modo, el tiempo perdido por limpiezas y paradas y, por tanto, el tiempo efectivo de molienda. Se consultaron datos de la bibliografía, los que se utilizaron como referentes en la discusión de los resultados, incluido el aporte económico.

Para el análisis se tomaron como referentes en el trabajo las metodologías desarrollada por (Motito-Legrá, 2016), implementada en el Central “Paquito Rosales” de la provincia Santiago de Cuba; la de (Silvia, 2013) implementada en el Central azucarero “Urbano Noris”, de la provincia de Holguín; la desarrollada por (Carreño, 2016) implementada en la Empresa Azucarera “Antonio Sánchez”, Aguada de Pasajeros, provincia Cienfuegos y la desarrollada por (Morales, 2017)Morales implementada en el Central azucarero “Carlos Baliño” de la provincia Villa Clara.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

En este proceso, el consumo de potencia y de energía térmica depende de muchas variables, como son: la variedad de caña, porcentaje de fibra, tipo de cosecha de caña, contenido de materia extraña, limpieza de la caña, grado de imbibición (%), tipo de turbinas y motores eléctricos, presión y contrapresión de trabajo en turbogeneradores y turbinas de mando, tipo de equipos y esquema de evaporación-calentamiento, tipo de tachos y sistema de cocimientos, tipo de equipos y sistema de vacío usado, refinería, destilería y deshidratadores, utilización del tiempo hábil de molienda, tipos de calderas y de combustibles utilizados, fundamentalmente.

Los autores de esta investigación consideran que la preparación de la caña debe ser otro factor a considerar, por su incidencia en el tamaño con que saldrá el bagazo para alimentar los hornos, así como, la frescura de la caña entrada a fábrica, por la incidencia que tiene sobre la viscosidad de los jugos y la formación de oligómeros y polímeros que retardan a su vez la velocidad de cristalización, aumentando los tiempos de proceso y por ende, el consumo; como también, y no menos importante, la disciplinas tecnológica, muy pocas veces considerada en los análisis, pero en la práctica, uno de los principales elementos de consumo energético, sobre todo, en el proceso de evaporación y cocción.

En proceder sistemático dentro del proceso de producción, cualquier ahorro de vapor que se realice, conducirá a una disminución de la extracción de vapor en la turbina y por lo tanto contribuirá a que ésta opere con mayor eficiencia en la generación de energía eléctrica (Alderetes, 2016).

El balance fue realizado utilizando datos reales del Central Azucarera “Ciudad Caracas” como ya se ha dicho, programado en hojas de Excel, en una de las hojas del Excel se encuentra todos los datos y las fórmulas y en la otra el esquema de interconexión de equipos del central azucarero.

Resultados del balance:

Para una mejor comprensión de los resultados se hace necesario, antes de mostrar los mismos, declarar que la variable de demanda, según la metodología implementada, está representa en el Excel por las letras D o G, respectivamente y el flujo que se elimina por la letra
.

Balances de masas

Según los datos primarios utilizados para el balance, los resultados de los cálculos están dados en las tablas 2 y 3

Tabla 2. Resultado de cálculos de balance de masa 1.

Cálculo de la cantidad de bagazo
Masa de bagazo (kg/h)	58 759,20
Cálculo de la cantidad de Jugo en molinos
Masa de jugo en molinos (kg/h)	145 478,50
Cálculo del agua de imbibición
Agua de imbibición (t/d)	1 218,75
Cálculo de la cantidad de jugo de filtros
Jugo de filtros (t/d)	523,72
Cálculo de Jugo mezclado
Jugo Mezclado (t/d)	4 015,21
Jugo Mezclado (kg/h)	167 300,28