La vinaza de jugos de caña energética y su aplicación en los suelos cañeros
Observatorio de la Economía Latinoamericana

 


Revista académica de economía
con el Número Internacional Normalizado de
Publicaciones Seriadas  ISSN 1696-8352

 

Economía de Cuba

La vinaza de jugos de caña energética y su aplicación en los suelos cañeros

Autores:
Msc. Susana Mirían Perdigón Martín*
presidente@gea.ss.minaz.cu
Dra. Raquel de la Cruz Soriano **
Ing. Joaquín Obregón Luna **
Msc. Irenio Curbelo Tribicio***
* Grupo Empresarial Agroindustial Azucarero
** Centro Universitario José Martí Pérez.

Resumen

Los desechos originados en la industria azucarera y derivados pueden convertirse en subproductos, con cierto valor económico y a la vez, evitar el impacto al medio ambiente que ocasionaría su incorrecta disposición. Se determinó las características del residual a utilizar, para encontrar la alternativa más atractiva en cada caso. Se realiza el estudio y caracterización de un nuevo residual líquido (vinaza), obtenido en el proceso de fabricación de alcohol que se produce a partir de los Jugos de Caña Energética pasterizada + Miel Final. Se caracteriza la vinaza originada durante la Prueba a escala industrial de este nuevo substrato, en el laboratorio de Recursos Hidráulicos de Sancti Spiritus, a partir de 7 muestras colectadas en el punto de control existente, en el Esquema de Control establecido sin apreciarse distorsión en la información obtenida. Con los resultados de la investigación se pudo apreciar que las vinazas presentan pH más bajos, al ser los jugos más ácidos y conductividad eléctrica menor, por tener menos cenizas los mismos. Se propone como alternativa más factible ambientalmente de inmediato, el fertirriego, mezclado con los residuales líquidos del central en período de zafra, y aplicado con no más de 5 días de retención. Se presenta la evaluación del comportamiento del suelo y de los rendimientos agrícolas cañeros de los campos fertirregados con estos residuales.

Summary

The waste originated in the sugar and derived industry can become by-products, with certain economic value and at the same time, to avoid the impact to the environment that would cause their incorrect disposition. It was determined the characteristics of the residual one to use, to find the most attractive alternative in each case. He/she is carried out the study and characterization of a new residual liquid (vinaza), obtained in the process of production of alcohol that takes place starting from the Juices of Cane Energy pasteurized + Final Honey. The vinaza is characterized originated during the Test to industrial scale of this new substratum, in the laboratory of Hydraulic Resources of Sancti Spiritus, starting from 7 samples collected in the point of existent control, in the Outline of established Control without being appreciated distortion in the obtained information. With the results of the investigation you could appreciate that the vinazas presents lower pH, to the being the sourrest juices and smaller electric conductivity, to have less ashy the same ones. He/she intends environmentally immediately as more feasible alternative, the fertirriego, blended with the residual liquids of the central one in period of harvest, and applied with not more than 5 days of retention. The evaluation of the behavior of the floor is presented and of the yields agricultural cañeros of the fields fertirregados with these residual ones.

Palabras Claves:

Vinazas.- Constituye el principal residuo líquido de la fermentación de la fabricación de alcohol.

Fertirriego.- Elementos derivados de las destilerías azucareras y que son empleados como fertilizantes en los suelos donde se cultiva la caña de azúcar.

Miel Final.- Es un subproducto obtenido de la industria azucarera que combinado con el jugo de la caña energética

 

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Introducción:

En la industria azucarera las vinazas constituyen el principal residuo líquido de la fermentación de la fabricación de alcohol. Por cada hectolitro de alcohol producido, se obtienen de 1,6 a 1,8 metros cúbicos de vinaza.

La composición es muy variable, pero como promedio cada metro cúbico de vinaza aporta: 1,8 kilogramos de Nitrógeno (N2), 1,5 kilogramos de pentóxido de difósforo (P2O5) y 4,5 kilogramos de óxido de potasio (K2O) , por lo que la aplicación de 60 metros cúbicos por hectárea garantiza los nutrientes necesarios para la fertilización de la caña _108 kilogramos por hectárea de (N2), 30 de (P2O5) y 270 de (K2O) _ (Cuellar y col., 2003). Además, su contenido de materia orgánica es elevado, fluctuando entre 6,5 y 7,5 por ciento (Gómez y Santiesteban, 2000).

Por otra parte los desechos originados en la destilería Paraíso son vertidos a un sistema de lagunas facultativas para su tratamiento, sin embargo pueden convertirse en subproductos con cierto valor económico y a la vez evitar el impacto al medio que ocasionaría su incorrecta disposición. Existen varias alternativas para cumplir con estas premisas, las que se han aplicado y reportado por varios autores, y que fueron resumidas en trabajos realizados en la Empresa “Melanio Hernández” y la Destilería “Paraíso” (López, 1999; de la Cruz, 2002).

Ante la decisión de destinar los jugos de caña energética para la producción de bioetanol, es necesario estudiar el efecto del uso de una nueva materia prima en el proceso y dentro de este contexto su impacto en la generación de residuales líquidos (vinazas), su composición, viabilidad técnico – económica en el uso de las alternativas de tratamiento y disposición de las mismas, y en su defecto, la búsqueda de nuevas alternativas de solución. Por lo que, caracterizar estas nuevas vinazas, valorar alternativas de usos, disposición constituye un valioso aporte en el completamiento de la información necesaria para el uso de la caña energética como alternativa energética viable en un concepto de gestión medio ambiental e integradora.

Materiales y métodos

1) Metodología para la toma de muestra de las vinazas.

El lugar de muestreo, es el normal existente y utilizado en esta fábrica, situada a la salida de la sifa instalada en la parte inferior de la columna destiladora, la temperatura es de 99,0º C a 99,6º C durante los muestreos. Ver anexo 3

2) Diseño y tratamiento estadístico.

El diseño concebido es un diseño estadístico no paramétrico con pruebas de hipótesis, de los principales indicadores de agresividad de las vinazas, comparando las normales procedente de fermentación de miel final sola, con las originadas por la mezcla de jugos de caña energética pasterizados + miel final.

El tamaño muestral es de 7 muestras de cada tipo de vinazas, las procedentes de miel final sola, estructurada, 1 antes, 5 durante y 1 después de la prueba; y las de las mezclas, las 7 durante la misma. La forma de muestreo es tomarla 2 horas después de haberse iniciado la destilación del fermentador.

Para el procesamiento estadístico se utilizó el programa SPSS para Windows, versión 0.6 La comparación entre las vinazas de jugos de caña energética pasteurizada + miel final y miel final sola; con el fin de determinar si hay diferencias significativas entre las mismas, se realizó por Análisis de Varianza Unifactorial (ONEWAY) y no Paramétrico, (Prueba de Kruskcal-Wallis) para los factores: pH, Conductividad Eléctrica, DQO cr,.%Brix Final y % Reductores Residual.

a) Vinazas de miel final sola fermentadas.-

7 muestras, 1antes, 5 durante y 1 después de la Prueba. Se obtiene la Tabla 1.

 

b) Vinazas de mezclas de jugos de caña energética pasterizados + miel final.

7 muestras durante la prueba. Se obtiene la Tabla 2.

3) Métodos analíticos utilizados para las vinazas.

Las muestras bien identificadas, de cuáles Fermentadores eran, se enfriaron y, se guardaron bajo congelación cuando fue necesario, hasta llevarlas a los Laboratorios de Recursos Hidráulicos donde se caracterizaron por los análisis correspondientes.

Las determinaciones realizadas, por considerarse las más importantes y posibles a realizarse fueron:

 

· Demanda química de oxígeno (DQO): Oxidación al Dicromato

Método Auto-clave

· pH: por Potenciometría

 

· Conductividad Eléctrica: (CE), por método conductimétrico.

· % Brix Final: por el método Refractométrico.

Marca del equipo: Bellingham + Stanley Limited.

· % Reductores Residual: Método de Eynon y Lane a Volumen Constante.

 

4) Métodos analíticos utilizados en la caracterización de los suelos

donde se va a regar el residual.

Para la realización del proyecto de riego fue necesario clasificar y caracterizar los suelos existentes en el área en estudio. Bloques 34, 36, 37 y 40. Los análisis hidrofísicos del suelo se realizaron por el método gravimétrico el cual consistió en tomar muestras en los puntos seleccionados cada 10 cm de espesor de suelo hasta los 0.70 metros por medio de una barrera edafológica tipo sonda.

Los suelos predominantes en la zona de estudio se clasificaron como Pardos con Carbonato cuya caracterización sin haberle aplicado residuales se expone en la Tabla 3

Se realizaron los análisis químicos por los métodos de:

Ø pH = en agua y ClK disolución de 1:5.

Ø Materia Orgánica = combustión por el método de WALKLEY Black.

Ø Ca y Mg = por volumetría con EDTA.

Ø K y Na = por fotometría de llama.

Ø P = por el método calorimétrico de Arnold y KURTZ.

Ø HCO3. = extracción con pasta saturada.

Ø SST = evaluado por la CE.

Ø Cl = volumétrico método de Mohr.

Ø P2O5 y K2O = método de Oniani.

Una vez determinadas las características del suelo, se realizaron los análisis químicos de las aguas residuales de la laguna “S” utilizada para el riego de la caña en el año 2003.

Los análisis realizados fueron de: pH, Conductividad Eléctrica (CE) y Sales solubles totales (SST). Para la recogida de las muestras se estableció tres lecturas diarias del caudal por medio de aforadores Parshal. Ver la Tabla 4

Métodos analíticos utilizados para las aguas residuales:

Ø pH = pH metro Digital GLP 22 Crison.

Ø Conductividad eléctrica (CE) = Conductímetro Digital TOA. (Cubana).

Ø SST = evaluado por la CE.

Posteriormente se le hicieron análisis a los suelos que se regaron con el residual para saber como era la influencia de los residuales sobre las áreas en estudio y se obtiene la tabla 5

Por ultimo se realizo la comparación en rendimientos de la caña en t/h de los campos en estudio entre la zafra 2003 y 2004, presentado en la tabla 6

 

Resultados y discusión.

Tabla: 1 Vinazas de miel final sola.

 

% Brix % Reduct. pH Conductividad

Muestra Final Residual Rec. Hid. Eléctrica DQOCr.

1

4,77

0,92

4,44

14

050

59

200

2

5,16

0,64

4,47

14

450

59

200

4

4,65

0,70

4,44

14

000

57

600

9

5,66

0,98

4,00

14

950

65

600

12

5,98

0,96

4,63

16

950

64

000

13

5,68

1,06

4,68

16

200

72

000

14

5,78

0,94

4,70

16

300

72

000

Prom.

5,38

0,89

4,48

15

271

64

229

 

Tabla: 2 Vinaza de mezclas de jugos de caña energética pasterizados + miel final

% Brix % Reduct. pH Conductividad

Muestra Final Residual Rec. Hid. Eléctrica DQOCr

15

6,55

1,12

4,15

14

950

52

900

16

5,77

0,72

4,21

16

300

74

000

17

5,99

1,22

4,19

16

200

72

000

3

4,96

1,08

4,39

14

300

59

200

8

6,45

2,04

4,36

10

800

67

000

10

5,88

0,70

4,03

11

000

51

200

11

5,88

0,70

4,21

17

450

59

200

Prom.

5,93

1,08

4,22

14

429

62

214

 

Se comparan las características promedio de las vinazas cuando se fermentaron miel final solas, con las mezclas de jugos de caña energéticas pasterizados + miel final, se observan los siguientes aspectos:

 

A continuación presentamos los datos que nos muestran las características del suelo donde se van a regar los residuales.

Tabla 3 Características de los suelos sin la aplicación de aguas residuales.

 

 

Prof.

Muest

 

MASLOVA

 

NyK

P

 

N

 

P2O5

 

K2O

 

MO

 

pH

 

ONIANI

 

SST

 

Cl

 

HCO3

(cm)

Na

K

Ca

Mg

 

 

Kg.ha-1

 

 

P2O5

K2O

 

ppm

 

cmol.Kg-1

ppm

%

 

mg/100g

0-20

0.52

0.63

42.0

9.5

18

119

82

591

3.97

6.1

10.4

43.1

531

355.0

427.0

20-40

0.65

0.45

44.5

9.0

9

107

41

422

3.55

6.6

5.15

30.8

529

177.5

610.0

 

Las características químicas de este suelo son adecuadas para ser regadas con aguas residuales.

Para la aplicación de los riegos se utilizó las aguas provenientes de la destilería y el central mezclada en el embalse “S”, cuyas características se observan en la tabla 3.11.

 

Tabla 4 Análisis químico de las aguas residuales de la laguna “S” utilizada para el riego de la caña. Bloque No. 34, 36, 37 y 40.

 

 

Fechas por meses

 

pH

Conductividad Eléctrica

(CE) mS.cm-1

 

SST ppm

Marzo 2003

5.30

1.75

1120

Abril 2003

6.00

1.94

1242

Mayo 2003

6.38

1.94

1242

 

Observaciones: Los resultados expresan valores medios de las muestras por cada mes.

Los resultados de los análisis de las aguas utilizadas durante todo el tiempo que se aplicaron los riegos muestran que tanto el pH como los valores de CE y SST son adecuados para el riego de la caña y cumplen lo establecido en la metodología. Por ello se espera que los efectos en el suelo sean beneficiosos.

 

Tabla 5 Efectos de los riegos con aguas residuales sobre las características agroquímicas del suelo.

Aguas

Utilizadas para

 

Na

 

K

 

Ca

 

Mg

N, K

P

 

N

 

P2O5

 

K2O

 

MO

 

pH

Riegos.

cmol.Kg-1

ppm

Kg.ha-1

%

 

Agua clara para el riego

 

0.52

 

0.63

 

42.0

 

9.5

 

18

 

119

 

82

 

591

 

3.97

 

6.1

Agua residual embalse “S”

 

0.50

 

0.88

 

45.0

 

5.5

 

570

 

154

 

2611

 

826

 

5.12

 

7.0

 

Los resultados de los análisis de suelo contenidos en la tabla 5 muestran que las aplicaciones de las aguas residuales influyen favorablemente sobre la fertilidad del suelo, pues la variante No. 2 que recibió agua residual se obtuvo aumentos considerables en el contenido de Materia Orgánica, N, P y K, con relación a la variante No. 1 que fue regada con agua clara y recibió fertilizante químico.

Los aumentos de la fertilidad del suelo tienen influencia favorable sobre el potencial productivo de los suelos y ello favorece el crecimiento de la caña y en el aumento de los rendimientos que se obtengan.

Influencia de las aplicaciones de las aguas residuales sobre los rendimientos de la caña.

En la tabla 6 se muestran los rendimientos de la caña obtenidos en los bloques 34, 36, 37 y 40 .

Tabla 6: Efectos de la aplicación de aguas residuales sobre los rendimientos de la caña.

 

 

Bloque

Sin aguas residuales

Con aguas residuales

Aumentos de los

rendimientos

 

2003

2004

 

 

 

(t/ha)

(t/ha)

%

34

44.44

87.02

42.58

95.81

36

27.5

49.7

22.20

80.73

37

33.75

63.35

29.60

87.7

40

25

36.1

11.10

44.4

Media

32.67

59.04

26.37

80.71

 

Se observa que los rendimientos obtenidos en la zafra 2004, donde se regó la caña con aguas residuales los rendimientos son más altos que los obtenidos en la zafra del año 2003 en la que no se aplicó aguas residuales; el aumento del rendimiento promedio en los cuatro bloques evaluados fue de 26.37 t / ha . Este aumento es equivalente al 80.71 % con relación a los rendimientos obtenidos en la zafra que no se aplicó residual.

 

Estos aumentos de los rendimientos se corresponden con el aumento de la fertilidad de los suelos mostrado en la tabla 5. Es importante tener presente que estos aumentos de los rendimientos se obtuvieron sin la aplicación de fertilizantes químicos.

 

Conclusiones

 

1. Están disponibles las técnicas analíticas, los reactivos y el instrumental de laboratorio necesario para la caracterización de las materias primas, de la vinaza, las aguas residuales y los suelos en esta investigación.

 

2. Los puntos seleccionados para la toma de muestra son los mismos del Esquema de Control normal, no ocurriendo distorsión en la información obtenida.

 

3. El Diseño estadístico estuvo bien concebido; las adecuaciones que se realizaron por necesidades en el transcurso de la prueba, no afectaron el buen desarrollo del mismo, basándose en el real comportamiento del proceso.

 

4. El contenido en materia orgánica de la vinaza, expresado por la DQO, presenta fluctuaciones que normalmente se presentan en esta fábrica, debido a las características de la materia prima, pero sobre todo, a deficiencias en el control del proceso industrial.

 

5. El uso de los residuales de la destilería “Paraiso” y el central “Melanio Hernández” posibilitaría beneficiar con el riego a 805 ha de áreas cañeras, lo cual puede elevar el rendimiento por este concepto prácticamente al doble del alcanzado sin este aporte orgánico.

 

6. La solución más viable ambientalmente, de manera inmediata, es el fertirriego; para este proyecto, ya que existe en la empresa un sistema de fertirriego capaz de asimilar todo el residual de la misma. Se elimina un foco contaminante de la Cuenca Zaza al no verter los residuales al río, eliminando el impacto ambiental negativo.

Bibliografía:

1. Cuellar y col. 2003. Caña de Azúcar Paradigma de Sostenibilidad. Unidad Grafica del MINREX. 123-127 pp.

2. de la Cruz, S. R. 2002. Aplicaciones del Análisis Complejo de procesos en el estudio de alternativas de integración de un Complejo Agroindustrial Azucarero con una planta de alcohol. Tesis presentada para la opción del Grado Científico de Doctor en Ciencias Técnicas. UCLV.

3. Gómez, R y C. M. Santiesteban.2000. Vinaza. Manual de los derivados de la caña de azúcar. L. Gálvez, Editor general. ICIDCA, Ciudad de la Habana, 485 pp.

4. ICIDCA, 1999. La industria de los Derivados de la Caña de azúcar. Edit. Científico-Técnico, La Habana.

5. López. G., L. 1999. Alternativas para el tratamiento del residual de la destilería Paraíso. Tesis presentida para la opción del Grado de Master en Análisis de Procesos en la Industria Química. UCLV.

6. López Planes, R. 1998. Diseño estadístico de experimentos. Editorial Científico – Técnico. pp. 73 – 77. Cuba.

7. Manual de métodos analíticos para el control unificado azúcar crudo. Primera y Segunda Parte. Octubre 1996.

8. Martínez, V. A. Y Pérez, M. A. 2003. Utilización de los Residuales en la Empresa Azucarera “Melanio. Forum Tecnológico Especial de Calidad. Sancti Spíritus.

9. Mesa Redonda. 1989. “Conclusiones y Recomendaciones de la Mesa Redonda: Líquidos residuales de la Industria Azucarera y sus derivados como fuente de riego y fertilización para la caña de azúcar”. 45 Congreso ATAC. ATAC. No 4. Julio- agosto.

10. MINAZ. 1971. Normas y Manual para la Operación de Destilería. Fermentación y Recuperación de Levadura. Instituto cubano del Libro, La Habana. pp. 97-102.


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