El proceso de cocimiento de azúcar, es una de las etapas más importantes de la fabricación comercial de azúcar de caña, tanto cruda como refinada. En esta etapa se comienza a formar los cristales de azúcar y básicamente se compone de dos operaciones secuenciales que se describen a continuación:
1) Cristalización en caliente
2) Cristalización en frío
La cristalización en caliente se realiza en cuerpos llamados “tachos de cocimientos”, donde se cuece el “Melado Virgen” proveniente de la etapa de evaporación del jugo de caña, mezclados con otros productos intermedios a los que se denominan “Masa Cocida”.
1) Cristalización en caliente
2) Cristalización en frío
La cristalización en caliente se realiza en cuerpos llamados “tachos de cocimientos”, donde se cuece el “Melado Virgen” proveniente de la etapa de evaporación del jugo de caña, mezclados con otros productos intermedios a los que se denominan “Masa Cocida”.
Esta operación se efectúa al vacío para trabajar con temperaturas menores al de la evaporación del agua pura (100[ºC]). Los tachos son evaporadores intermitentes del “Melado Virgen”, que posee una concentración aproximada de 70ºBx y una pureza (cantidad de sacarosa) de 83 a 85%. Con la operación en los tachos se busca llevar el melado a una condición de solución azucarada sobresaturada para favorecer la formación y/o crecimiento de los cristales hasta un tamaño adecuado y uniforme. La operación al vacío garantiza que los cristales no adquieran una coloración fuerte por acción de temperaturas de ebullición elevadas.
La masa cocida obtenida se descarga en unos equipos llamados cristalizadores donde se finaliza el crecimiento de los cristales por enfriamiento de los mismos (cristalización en frío). Por último, el producto obtenido se descarga hacia una batería de centrífugas, por medio de un equipo mezclador-distribuidor llamado “Malaxor”, para separar la miel madre de los cristales de azúcar.
Cabe destacar que el sistema de cocimiento puede ser realizado en partes, denominadas “templas” y representan las operaciones con que se forman las diferentes masas cocidas. La cantidad de templas a realizar depende del grado de agotamiento de la sacarosa en la masa cocida que se puede obtener de manera económica. Existen sistemas de dos, tres y cuatro templas, siendo el más común el de tres templas.
La primera masa cocida a partir del melado o meladura (“Melado Virgen”), se la denomina “Masa Cocida A” y a la miel madre, separada de la centrífuga, se la llama normalmente “Miel Agotada A” o “Miel Primera”. Esta posee una alta proporción de azúcar cristalizable, por eso se conservan aparte y se utilizan para hacer crecer masas cocidas posteriores en un pie de templa conveniente. De igual manera, la masa cocida obtenida de la segunda templa, se la llama “Masa Cocida B”, y por consiguiente, la miel madre que se separa de ella en la centrífuga, se denomina “Miel Agotada B”.
Las templas pueden repetirse varias veces con algunas limitaciones que tienen que ver con el agotamiento de las mieles como se anticipo anteriormente, pero también a los contenidos de azúcares no cristalizables que inmovilizan una cierta proporción de azúcar y a la elevada viscosidad de las mieles sucesivas que dificultan la circulación dentro de los tachos. La última miel que se obtiene de la operación de cocimiento, se denomina “melaza” y posee una baja pureza, que económicamente resulta inviable recuperar el azúcar contenido. Es importante aclarar que la pureza de una solución azucarada es la relación entre la cantidad de azúcar contenida sobre el total de materias en solución. La pureza representa un índice del agotamiento producido en las diferentes etapas del cocimiento de azúcar.
Sobresaturación de la masa cocida
El proceso de cocimiento se conduce en base al coeficiente de sobresaturación de la solución azucarada, el cual se define como:
Numerador: cantidad de azúcar por arriba de la curva de saturación (S>1)
Denominador: cantidad de azúcar sobre la curva de saturación (S=1)
La Ec. 1 permite identificar diferentes zonas de trabajo:
En la figura inicial, se observa la curva de sobresaturación de la sacarosa pura, en la zona no saturada (S < 1,00), no se formará ningún cristal y cualquier cristal existente se disolverá.
En la fase sobresaturada (S > 1,00), se diferencian a su vez tres zonas posibles de trabajo:
zona metaestable (S = 1,00 a 1,25), donde no hay formación espontánea de cristales en las condiciones ordinarias, pero si es agregado un cristal, este crecerá a expensas de la miel presente. En la zona intermedia (S= 1,25 a 1,40), además del crecimiento de los cristales existentes, hay posibilidad de formación de nuevos cristales, pero solo en presencia de los que ya se encuentran. Finalmente la zona lábil (S > 1,40), los cristales existentes crecen y pueden formarse nuevos granos aún en ausencia de los cristales formados. En esta zona también es susceptible que se formen falsos granos, que son núcleos de sacarosa que inician su crecimiento y luego se disuelven sin mantener una estructura fija debido a la variación de las condiciones del medio y a la sensibilidad de formación de estos núcleos.
En la práctica se ha determinado que la sobresaturación a la cuál comienza a cristalizar el azúcar, varía entre 1,10 y 1,50, dependiendo de las condiciones de presión y temperatura en el tacho y del ingreso de melado virgen.
La masa cocida obtenida se descarga en unos equipos llamados cristalizadores donde se finaliza el crecimiento de los cristales por enfriamiento de los mismos (cristalización en frío). Por último, el producto obtenido se descarga hacia una batería de centrífugas, por medio de un equipo mezclador-distribuidor llamado “Malaxor”, para separar la miel madre de los cristales de azúcar.
Cabe destacar que el sistema de cocimiento puede ser realizado en partes, denominadas “templas” y representan las operaciones con que se forman las diferentes masas cocidas. La cantidad de templas a realizar depende del grado de agotamiento de la sacarosa en la masa cocida que se puede obtener de manera económica. Existen sistemas de dos, tres y cuatro templas, siendo el más común el de tres templas.
La primera masa cocida a partir del melado o meladura (“Melado Virgen”), se la denomina “Masa Cocida A” y a la miel madre, separada de la centrífuga, se la llama normalmente “Miel Agotada A” o “Miel Primera”. Esta posee una alta proporción de azúcar cristalizable, por eso se conservan aparte y se utilizan para hacer crecer masas cocidas posteriores en un pie de templa conveniente. De igual manera, la masa cocida obtenida de la segunda templa, se la llama “Masa Cocida B”, y por consiguiente, la miel madre que se separa de ella en la centrífuga, se denomina “Miel Agotada B”.
Las templas pueden repetirse varias veces con algunas limitaciones que tienen que ver con el agotamiento de las mieles como se anticipo anteriormente, pero también a los contenidos de azúcares no cristalizables que inmovilizan una cierta proporción de azúcar y a la elevada viscosidad de las mieles sucesivas que dificultan la circulación dentro de los tachos. La última miel que se obtiene de la operación de cocimiento, se denomina “melaza” y posee una baja pureza, que económicamente resulta inviable recuperar el azúcar contenido. Es importante aclarar que la pureza de una solución azucarada es la relación entre la cantidad de azúcar contenida sobre el total de materias en solución. La pureza representa un índice del agotamiento producido en las diferentes etapas del cocimiento de azúcar.
Sobresaturación de la masa cocida
El proceso de cocimiento se conduce en base al coeficiente de sobresaturación de la solución azucarada, el cual se define como:
Numerador: cantidad de azúcar por arriba de la curva de saturación (S>1)
Denominador: cantidad de azúcar sobre la curva de saturación (S=1)
La Ec. 1 permite identificar diferentes zonas de trabajo:
| S < 1,00 - Zona no saturada |
| 1,00 < S < 1,25 - Zona saturada (metaestable) |
| 1,25 < S < 1,40 - Zona intermedia |
| S > 1,40 - Zona sobresaturada |
En la figura inicial, se observa la curva de sobresaturación de la sacarosa pura, en la zona no saturada (S < 1,00), no se formará ningún cristal y cualquier cristal existente se disolverá.
En la fase sobresaturada (S > 1,00), se diferencian a su vez tres zonas posibles de trabajo:
zona metaestable (S = 1,00 a 1,25), donde no hay formación espontánea de cristales en las condiciones ordinarias, pero si es agregado un cristal, este crecerá a expensas de la miel presente. En la zona intermedia (S= 1,25 a 1,40), además del crecimiento de los cristales existentes, hay posibilidad de formación de nuevos cristales, pero solo en presencia de los que ya se encuentran. Finalmente la zona lábil (S > 1,40), los cristales existentes crecen y pueden formarse nuevos granos aún en ausencia de los cristales formados. En esta zona también es susceptible que se formen falsos granos, que son núcleos de sacarosa que inician su crecimiento y luego se disuelven sin mantener una estructura fija debido a la variación de las condiciones del medio y a la sensibilidad de formación de estos núcleos.
En la práctica se ha determinado que la sobresaturación a la cuál comienza a cristalizar el azúcar, varía entre 1,10 y 1,50, dependiendo de las condiciones de presión y temperatura en el tacho y del ingreso de melado virgen.
