ESTERILIZACION CONVENCIONAL
Francisco Claver Delgado Rodriguez
La esterilización del fruto de palma aceitera, consiste en someter a un tratamiento térmico a base de vapor saturado (“cocinar”), tanto los racimos como la fruta suelta, hasta una presión máxima de 45 p.s.i. (3 bares), en un recipiente cilíndrico horizontal, con una o dos puertas de cierre hermético (autoclaves) y buscando que las pérdidas de aceite en tusas (raquis), en condensados y frutos adheridos a los raquis sean lo más bajas posible.
OBJETIVOS
Esta primera etapa del proceso de extracción de aceite de palma, tiene por objeto:
1 – Inactivar las enzimas que causan el desdoblamiento del aceite y en consecuencia el incremento del porcentaje de ácidos grasos libres (acidez) en el mismo. Dichas enzimas lipoliticas llamadas también lipasa se inactivan a temperaturas relativamente bajas, del orden de los 55 °C. Esto significaría que el tratamiento de los racimos para “esterilizarlos” podría efectuarse simplemente mediante el uso de agua caliente, pero la necesidad de mayores temperaturas para cumplir con otros objetivos, hacen que se requiera el uso de vapor saturado de agua. La inactivación de la lipasa originó el nombre de la esterilización.
2 – Ablandar el pedúnculo de unión de los frutos con su soporte natural o raquis. Este ablandamiento se había iniciado previamente durante el proceso de maduración y en la esterilización lo que se hace es simular y acelerar dicho proceso y para lo cual son favorables una mayor temperatura y un mayor tiempo de contacto de los racimos con el vapor. Al conseguir este objetivo, se disminuyen las pérdidas que ocurren por mala desfrutación y por lo tanto no deberían exceder del 0.1 % del aceite total producido (0.1% Ex.. o 4% de racimos mal desfrutados) en la planta extractora.
3 – Debilitar los tejidos de la pulpa, de manera a disminuir su resistencia a la maceración durante el proceso de digestión. No están bien definidas las condiciones de tiempo y temperatura que se requieren para obtener este efecto, pero se conoce de todas formas que para ambos casos son altos.
4 – Calentar y deshidratar parcialmente las almendras contenidas dentro de las nueces, reduciendo su tamaño y facilitando su recuperación durante la etapa de la palmistería. Esto ocurre al final de cada pico de esterilización, cuando ocurre una expansión (descompresión) por escape del vapor hacia la atmósfera, ocasionando el desecamiento parcial no solamente de las partes externas del racimo, sino también de las internas como es el caso de las almendras.
5 – Coagular las proteínas e hidrolizar la materia mucilaginosa, contenidas en la pulpa del fruto, en las pequeñas celdas que guardan el aceite y que posteriormente actuarían como “emulsificantes” del aceite en el agua, causando molestias en el proceso de la clarificación y pérdidas adicionales en las aguas de desecho.
CAPACIDAD DE ESTERILIZACION
Para garantizar un proceso continuo, en la planta extractora, se requiere que la esterilización tenga un flujo constante de fruto cocinado. Esto está relacionado con la capacidad de proceso, el número de autoclaves, la capacidad de cada vagoneta o canasta de esterilización, la cantidad de vagonetas por autoclave y el tiempo total de esterilización.
Ce = ( A ) x ( V) x (Cv) x 60 (Tons. / Hora).
(1000 x Te)
Donde:
Ce = Capacidad de esterilización de la planta extractora, en Ton/Hora
A = Numero de autoclaves de la planta extractora.
V = Numero de vagonetas o canastas por autoclave.
Cv = Capacidad de cada vagoneta o canasta, en Kilogramos.
Te = Tiempo total de esterilización en minutos (incluye manipuleo).
Tiempo de manipuleo = 10 minutos.
Con la capacidad de proceso y la capacidad de esterilización, se determina el factor de esterilización. Se considera que un factor de esterilización de 1.30, garantiza la continuidad en el proceso. (Ver Tabla No. 1)
Fe = ( Ce / Cp )
Donde :
Fe = Factor de esterilización.
Ce = Capacidad de esterilización en Tons / Hora.
Cp = Capacidad de proceso en Tons / Hora.
FACTORES QUE AFECTAN LA ESTERILIZACION
En cada planta extractora se ha establecido un procedimiento, para realizar la esterilización, y que pude estar condicionado por los siguientes factores:
· La generación del vapor, que garantiza una correcta ejecución de la esterilización. Si la cantidad de vapor generado por hora es suficiente, podemos realizar un proceso completo de tres picos, de lo contrario se tiene que ajustar de acuerdo a las posibilidades.
· El tipo constructivo de las autoclaves, incluyendo diámetros de las tuberías de entrada de vapor, desfogues, drenajes y by-pass de entrada y drenajes. De acuerdo a cada instalación en particular, variarán las maniobras a realizar. (Ver Tabla No. 1), (ver Figura No. 1)
· Variedad y edad de las palmas de las cuales se cosecha el fruto. La mayoría de las plantas extractoras están subutilizadas, económicamente, se busca procesar mayores volúmenes de fruta, con la misma capacidad de planta, buscando el mayor aprovechamiento de la misma. Lo anterior implica que se procese una mezcla de variedades de fruta, proveniente de palmas de diversas edades (fruta propia y de proveedores externos), haciendo más complejo el proceso de la esterilización.
· El grado de madurez del fruto a procesar (ciclos de cosecha). Esto hace necesario el reajuste del procedimiento de esterilización, evaluando la tendencia de la mayoría del fruto que entra al proceso. Ciclos de cosecha largos implican un grado de sobremadurez del fruto y por el contrario los ciclos cortos, llevan a un fruto con tendencia a verde.
· La confiabilidad de las maniobras de esterilización, es decir la correcta ejecución de los picos. La voluntad humana es caprichosa y ejecuta hasta cierto punto las cosas bien; la automatización garantiza que todo el tiempo se hagan las maniobras correctamente.
EQUIPOS PARA LA ESTERILIZACION
La siguiente descripción, corresponde a los requerimientos para realizar un buen proceso de esterilización y es extractado de los datos recolectados de las plantas extractoras de la zona oriental. (Ver Tabla No. 6), (Ver tabla No. 1).
· Autoclaves cilíndrico horizontales con enrielado, aislamiento, bandejas repartidoras de vapor y puerta (s) de cierre hermético.
· Válvula de entrada de vapor (A) de diámetro apropiado, de acuerdo al tamaño de la autoclave, lo cual implica tubería de alimentación de vapor del mismo diámetro.
· Válvula de by – pass (A´) a la válvula de entrada de vapor, equivalente aproximadamente al 35 % del diámetro de la válvula principal. Esta es para mantener la presión constante (manteniendo la principal cerrada).
· Válvula de desfogue o evacuación de vapor en las expansiones (B), de diámetro aproximado a 150 % del diámetro de la válvula principal (A), igualmente la tubería asociada.
· Válvula de salida de condensados (C), equivalente aproximadamente al 70 % del diámetro de la válvula de entrada de vapor (A), igualmente la tubería asociada. Utilizada en la desaireación y las expansiones de la esterilización.
· Válvula de by – pass (D) a la válvula de salida de condensados (C), generalmente de 1” de diámetro, para mantenerla completamente abierta durante los picos y la presión constante, garantizando una esterilización en seco por la evacuación continua de los condensados.
· Desaireadores automáticos o manuales, instalados en forma alternada en los costados de las autoclaves. Estos ayudan en la desaireación y permiten visualizar la eliminación total del aire.
· Rompedores de vacío, consistentes en cheques instalados en la parte superior, con la flecha hacia la autoclave, evitan que la autoclave sufra por el vacío generado en las expansiones.
Tabla No. 1 Capacidad de esterilizacion (zona oriental de Colombia)
Fig. No. 1 - Conexiones tipicas para un esterilizador
Manómetros instalados en sitios equidistantes a las válvulas de entrada y desfogue de la autoclave, para facilitar al operario las maniobras necesarias en este proceso.
· Termómetro en la tubería de drenaje de condensados, para vigilar la evacuación continua de condensados, reflejada en altos valores de temperatura.
· Actualmerente y después de numerosos ensayos, en las plantas extractoras de la zona oriental, se recomienda realizar la "expansión" o evacuación del vapor por la parte inferior de la autoclave, durante los picos y también en la evacuación final del vapor. Con los ensayos realizados se comprobó que las perdidas de aceite por impregnación en los raquis son menores que usando la practica tradicional y adicionalmente se evita el "chorreadero" de las vagonetas o canastas de esterilización cuando se sacan de la autoclave.
DESCRIPCION DE PICOS DE ESTERILIZACION
DESAIREADO: Busca eliminar el aire contenido en el autoclave, para evitar la formación de bolsas de aire que impiden la esterilización completa de los racimos.
La presencia de aire, disminuye el coeficiente de transferencia de calor, esto quiere decir que podemos tener una presión de 40 P.S.I. con una temperatura que no supere los 90°C.
Se recomienda hacerlo por 5 minutos, con inyección lenta de vapor.
PICOS : Se recomiendan tres (3) picos de presión, que oscilen entre 20 y45 P.S.I. (operar a mayores presiones afectan la calidad del aceite en cuanto a su blanqueabilidad o fijación del color), con expansiones hasta 2 ó 5 P.S.I., para garantizar completa desaireación y eliminación de condensados. (Ver Figura No. 2).
Fig. No. 2 - Picos de esterilizacion
Los picos son importantes para ayudar a ablandar los frutos del raquis y acondicionar las nueces para su posterior rotura. En la Tabla No. 5 se muestra la forma de ejecución de los picos de esterilización en las plantas extractoras de la Zona Oriental.
TIEMPO DE COCCION: Tiempo de presión constante, el cual se determina dependiendo de la calidad de la fruta y puede estar oscilando entre 30 a 45 minutos. Este es el verdadero cocimiento de la fruta. Un tiempo de cocción o presión constante, demasiado largo incrementa las pérdidas de aceite en condensados de esterilización y en impregnación en los raquis.
Tabla No. 2 - Temperatura para diferentes presiones de vapor saturado
PURGA CONTINUA: Necesaria para obtener un rendimiento máximo del vapor y evitar que entren en equilibrio vapor y condensados, disminuyendo la transferencia de calor al fruto, además el aceite puede lavarse con estos condensados incrementando las pérdidas por este concepto. En la Tabla No. 4, se relacionan las diferentes formas, de operar las válvulas, durante la esterilización.
REQUERIMIENTOS DE VAPOR: El consumo de vapor en la esterilización corresponde entre el 40 al 50 %, del vapor requerido en la planta extractora. Este debe ser saturado y no seco, porque el desprendimiento de los frutos se realiza a causa de la hidrólisis en los puntos de unión de los frutos al raquis. Para el proceso, general, se necesitan 370 Kg de vapor/Ton de fruta procesada, en instalaciones grandes, o 450 Kg de vapor/Ton de fruta procesada en instalaciones pequeñas.
Tabla No. 3 Equivalencias entre Unidades de Presión
Tabla No. 4 - Operación de las válvulas en la Esterilización - Plantas Extractoras de la Zona Oriental (Colombia)
Tabla No. 5 Picos de Esterilización, en las Plantas Extractoras de la Zona Oriental (Colombia)
DESFRUTACION
OBJETIVOS:
Después de la esterilización, se procede a desfrutar los racimos para arrancarle los frutos a las tusas o raquis. Esto se consigue en un tambor rotativo, girando a una velocidad tal que los racimos sean levantados y dejados caer de cierta altura, de esta forma los golpes continuos, producen el desgranado y separación, a través de los barrotes del tambor, de los frutos del raquis.
Es importante, tener en cuenta que la velocidad de giro no produzca centrifugación de los racimos, porque el desfrutado, en esa situación, es bastante deficiente.
Un punto importante en la operación del desfrutador, además de la velocidad de giro, que está dada por el diseño del equipo mismo, es la homogeneidad en la alimentación de los racimos y para ello el alimentador debe tener la posibilidad de variar la rata de alimentación (Variador de velocidad electrónico en el motor del alimentador), de acuerdo a los requerimientos del proceso, pero sin incurrir en sobrecargas. Si el desfrutador se alimenta en forma discontinua, con sobrecarga temporal, este operará por momentos con una capacidad excesiva, para el cual no ha sido calculado, con la consiguiente ineficiencia en su funcionamiento y altos riesgos de fallas del equipo.
CONSTRUCCION GEOMETRICA
El tambor es una jaula compuesta por barrotes longitudinales y cinturones perimetrales, a través de los cuales pasan los frutos que se sueltan de las tusas o raquis. Los barrotes se componen normalmente por perfiles del tipo canal en “U”, “Tee” o platinas planas colocadas radialmente (de canto), separados suficientemente para permitir el paso de los frutos sueltos, pero no de los racimos vacios.
Despues de numerosos ensayos, se ha llegado a la conclusión que el uso de las platinas (colocadas de canto) en el tambor de la desgranadora o desfrutadora, mejora notablemente el proceso de desfrutado, obteniendo menores % de racimos mal desfrutados.
Generalmente la construcción geométrica de este equipo, está enmarcado, en los siguientes rangos:
· Diámetro entre 1500 hasta 2100 m.m. de acuerdo a la capacidad total de proceso. (Ver Tabla No. 6).
· Longitud entre 4 hasta 5 metros.
· Velocidad de giro entre 20.5 hasta 23 r.p.m.
EFICIENCIA EN EL DESFRUTADO
Un buena operación de desfrutado, puede medirse con los siguientes parámetros:
· El contenido de aceite impregnado en los raquis vacios. Debe estar por el orden de 8.1 % aceite / SSNA. Un incremento puede deberse a una esterilización excesiva o a demasiada carga de racimos sobre el alimentador del desfrutador (No depositar más de una vagoneta a la vez) o a un período muy largo de permanencia de los racimos esterilizados, antes de ser desfrutados.
· El número residual en los raquis vacios, de frutos adheridos, el cual no debe ser superior a 5 por cada raquis. Un buen desfrutado, significa que la cantidad de racimos mal desfrutados sea inferior al 4%. Si este valor es superior, la falla puede imputarse: al desfrutador mismo, a la deficiencia en la esterilización o a la calidad de los racimos que pueden estar insuficientemente maduros (racimos enfermos o anormales).
RACIMOS MAL DESFRUTADOS
Se consideran racimos mal desfrutados, aquellos que al salir de la desgranadora o desfrutadora, presentan más de cinco (5) frutos adheridos y se pueden sacar fácilmente de la tusa o raquis.
La norma establecida para considerar que la desgranadora está operando correctamente, es de máximo 4 %. Esto se controla a la salida de la desgranadora, realizando conteo sobre 100 tusas a las cuales se les verifica esta condición.
ACEITE PERDIDO EN FRUTOS ADHERIDOS A LAS TUSAS
En la planta extractora de GUAICARAMO S.A., se evaluó el contenido de aceite que se pierde en los frutos adheridos a las tusas por mal desfrutamiento, obteniendo la siguiente información:
· En las tablas No.7 y No.8, tenemos los datos de los porcentajes de los racimos mal desfrutados, correspondientes a los meses de Agosto y septiembre/99. En las tablas No.9 y No.10 los de los meses de Abril y Mayo/2000. Observamos que dicho porcentaje no supera al 3% en promedio.
· El porcentaje de tusas o raquis con respecto a la fruta procesada, está por el orden del 21%, dato obtenido a partir del pesaje diario de todo el raquis que se genera en el proceso.
· De los raquis capturados con frutos adheridos, se sacaron dichos frutos y se determinó su peso e igualmente el peso de las tusas. Esta información se muestra en la Tabla No.11, donde se observa que el peso promedio de los frutos adheridos es de 0.487 Kg. y 5.57 Kg. para los raquis.
· Si en la planta extractora se procesan 100 toneladas de fruta, significa que se producen 21 toneladas de raquis (100 x 21%).
· A los frutos sacados de los raquis mal desfrutados, se les determinó su contenido de aceite, mediante la extracción por destilación con disolvente. Los resultados se pueden apreciar en la tabla No. 12, donde podemos observar que este potencial de aceite no supera el 23.67 % en promedio sobre el peso de dichos frutos.
Tabla No. 12
· Cantidad de racimos mal desfrutados: (21 tons raquis x 3% mal desfrutados) = 0.63 tons (630 Kg.).
· Cantidad de frutos adheridos perdidos en la totalidad de los raquis mal desfrutados: (630 Kg. raquis mal desfrutados x 0.487 Kg. peso frutos / 5.57 Kg. peso de raquis) = 55.08 Kg. de frutos perdidos.
· Aceite de los frutos perdidos: (55.08 Kg. de frutos perdidos x 23.67% ) = 13.04 Kg. de aceite perdido, equivalente a 0.013 % de la extracción de aceite ((13.04/100000) x 100).
· Si repetimos el anterior análisis, para una situación más desfavorable, suponiendo que los racimos mal desfrutados alcanzan el 4 % y que el contenido de aceite de los frutos perdidos es del 30%, obtenemos que el aceite perdido es de 22.03 Kg., equivalentes a 0.022% de la extracción de aceite.
· Con el anterior análisis, podemos comprobar como está funcionando la desgranadora de fruta en combinación con la esterlización.
· En la Tabla No. 13, se muestra el aspecto economico de esta pérdida de aceite.
ACEITE PERDIDO EN RACIMOS DUROS
En la planta extractora de GUAICARAMO S.A., se evaluó el contenido de aceite que se pierde en los raquis de racimos duros, obteniendo la siguiente información:
· En las tablas No.7 y No.8, tenemos los datos de los porcentajes de los raquis de racimos duros, correspondientes a los meses de Agosto y septiembre/99. En las tablas No.9 y No.10, aparecen los datos de Abril y Mayo/2000. Observamos que dicho porcentaje no supera el 7.0% en promedio.
· El porcentaje de tusas o raquis con respecto a la fruta procesada, está por el orden del 21%, dato obtenido a partir del pesaje diario de todo el raquis que se genera en el proceso.
· De los raquis de racimos duros capturados, se sacaron los frutos y se determinó su peso e igualmente el peso de las tusas., donde se observa que el peso promedio de los frutos adheridos en racimos duros es de 0.586 Kg. y 5.84 Kg. para los raquis. (Ver Tabla No.14).
Si en la planta extractora se procesan 100 toneladas de fruta, significa que se producen 21 toneladas de raquis (100 x 21%).
· A los frutos sacados de los raquis de racimos duros, se les determinó su contenido de aceite, mediante la extracción por destilación con disolvente. Los resultados se pueden apreciar en las Tablas No. 15 y No. 16, donde podemos observar que este potencial no supera el 18.70 % en promedio sobre el peso de dichos frutos (los rojizos de mayor contenido de aceite).
Tabla No. 15
Tabla No. 16
· Cantidad de racimos duros: 21 tons raquis x 7.0% racimos duros = 1.470 tons (1470 Kg.).
Cantidad de frutos adheridos perdidos en la totalidad de los raquis de racimos duros: (1470 Kg. racimos duros x 0.586 Kg. peso frutos / 5.84 Kg. peso de raquis) = 147.503 Kg. de frutos perdidos en racimos duros.
· Aceite de los frutos perdidos: (147.503 Kg. de frutos perdidos x 18.70 %) = 27.58 Kg. de aceite perdido, equivalente a 0.028 % de la extracción de aceite ((27.58/100000) x 100). Asumiendo que todos los frutos adheridos son rojizos (caso más desfavorable).
El aspecto economico se muestra en la Tabla No.17.
INCREMENTO DE LAS PERDIDAS DE ACEITE EN LOS RAQUIS
La mayor pérdida de aceite impregnado, en los raquis puede ser causado por:
1. Madurez excesiva del fruto.
2. Esterilización exceciva (tiempo muy largo en la presión constante).
3. Drenaje deficiente de los condensados de esterilización.
4. Amontonamiento de fruto esterilizado, en la tolva alimentadora a la desgranadora.
5. Congestión de Racimos en la desgranadora o desfrutadora, por alimentación en exceso o por tamaño incorrecto de la misma.
6. Presencia de frutos sueltos junto con los racimos esterilizados.
