Descripcin del proyectoLA PANELA ALIMENTO NATURAL, PRODUCIDA A PARTIR DE LA CAA DE AZUCAR. El jugo de caa de azcar es cocido a altas temperaturas hasta formar la miel y luego la panela. La panela es considerada un alimento, que a diferencia del azcar, que es bsicamente sacarosa, presenta significativos contenidos de glucosa, fructosa, protenas, minerales como el calcio, hierro, fsforo y vitaminas. En Colombia la panela es consumida directamente como bebida aguapanela , de dos formas, con limn o con leche. La India es el principal productor, el segundo es Colombia que, a su vez, es el que tiene mas consumo. Dada la nueva normatividad para trapiches paneleros en Colombia, estamos planeando remodelar el trapiche actual de Gualanday y construir unas instalaciones acorde con las nuevas normas. Nuestro objetivo es construir un trapiche panelero modelo de desarrollo sostenible donde se tenga en cuenta el bienestar de los trabajadores y se respete el medio ambiente. En el presente, dado el precio tan bajo de la panela, nuestro trapiche no es sostenible econmicamente pero estamos seguros que si lo remodelamos podremos modernizar el proceso para conservar los empleos que genera, aumentar la produccin y generar ms empleos. Queremos tambin desarrollar un proyecto ecolgico donde adems de producir la panela podamos generar mas empleos recibiendo turismo interesado en el proceso de la produccin de la panela en Colombia. Estamos tambin interesados en recibir voluntarios interesados en cultivos orgnicos, compostaje y produccin de alimentos naturales en Colombia. Calculamos en aproximadamente 100 millones de pesos 50.000 US dlares el costo del nuevo trapiche repartidos en 50 millones en la compra del molino, motor, pailas, bateas. El resto seria el costo de la adecuacin del terreno, remodelacin del edificio, electrificacin, aguas, permisos sanitarios etc. Superficie de la finca Gualanday: 46 hectreas. Sembradas en caa: 45 hectreas, el 70 de los cultivos de caa pertenece a cosecheros. Tipo de caa: blanca valluna, cosecha 18 meses, se corta cada 3 meses. En la finca Gualanday estamos tratando de aprovechar al mximo los subproductos de la panela, primero para alimentar las mulas con la cachaza y luego para elaborar compost para abonar los cultivos de la caa.

Con el estircol de las mulas , 19 en total utilizadas para el transporte de la caa mezclado con bagazo, hojas, ceniza del horno, cal, elaboramos nuestro propio compost. Preparamos tambin fertilizantes utilizando la cachaza subproducto de la panela que mezclamos con leche, estiercol y dejamos fermentar para abonar la huerta y las plantas ornamentales. Tenemos tambin una poltica de sembrado de huertas y sembrado de plantas cerrajeras como el chachafruto , la morera, botn de oro, San Juaquin para alimentar los animales. El trapiche pertenece a la familia Martinez de Yolombo. Un miembro de la familia administra la finca Gualanday. Una carga 96 kilos de panela es vendida en Yolombo 84.000 pesos. 29 euros, US 41 Debido al bajo precio de venta de la panela las ganancias no cubren los gastos del trapiche. Para la familia es difcil hacer toda las inversiones necesarias para modernizar el trapiche y adecuarlo a las normas nuevas requeridas por el gobierno por eso estamos buscando patrocinio. Para ms informacin ver el documento en .PDF anexo. Pueden ver los videos sobre el trapiche actual, como se prepara la panela y testimonios de los trabajadores asi como una explicacin del proyecto. http://www.youtube.com/watch v Lzf_CouQTdw

http://www.youtube.com/watch v -EVz2LFa0iw http://www.youtube.com/watch v DEnawFWQPDw

Ms informacinCon la construccin del nuevo trapiche queremos mejorar las condiciones de trabajo para las personas que all trabajan, tambin queremos hacer un proceso de produccin mas respetuoso del medio ambiente. Proyectamos tambin aprovechar el trapiche panelero para desarrollar turismo ecolgico y responsable para aquellas personas interesadas en viajar y aprender ms sobre las la producan de productos alimentarios naturales. Queremos tambin recibir voluntarios interesados en este tipo de proyectos y que con su experiencia nos puedan ayudar a mejorar. Pensamos que la mejor manera de luchar contra la violencia en Colombia es ayudando a las

pequeas empresas que generan trabajo y el trapiche Gualanday es un buen ejemplo. Si Gualanday cierra la produccin de panela, 60 familias unas 250 personas perdern su salario y sern obligadas a desplazarse a otros lugares donde no tienen ni casa ni trabajo. Si podemos construir el nuevo trapiche este ser modelo de desarrollo sostenible en la regin y respetuoso del medio ambiente. Por este motivo es importante para nosotros dar a conocer toda la informacin sobre este trapiche y buscar ayudas gubernamentales o institucionales como una forma de luchar por la paz en Colombia.

Objetivos

Proponer innovaciones tecnolgicas al proceso de produccin de la panela granulada, a travs de un estudio energtico apropiado y al desarrollo de tecnologas de automatizacin y control.

Para este proyecto se ha realizado un estudio de alto nivel en el que se ha tenido que investigar acerca de fenmenos de transferencia de calor y combustin para optimizar el proceso. Las tcnicas de automatizacin y control han sido importantes e imprescindibles para realizar un correcto monitoreo y obtencin de informacin de los mdulos de produccin de panela actualmente operativos en la zona de la sierra de Piura, en concreto en la zona de Montero. A medida que se ha avanzado con la investigacin se pudo verificar que la construccin del prototipo con innovaciones tecnolgicas respecto a los mdulos de produccin de panela actualmente existentes deba realizarse en la zona de produccin y en tal sentido se seleccion la asociacin de productores de Santa Rosa de Chonta (Montero, Ayabaca, Piura). La totalidad de mdulos construidos en la Sierra de Piura funcionan en base al sistema tradicional, es as, que el conocimiento adquirido deba permitir hacer modificaciones importantes en las hornillas que no requirieran la construccin total del mdulo, que es lo que permiten las mejoras investigadas en este proyecto.

Antecedentes

La agroindustria panelera en Per est desarrollando a pasos importantes, principalmente en la zona de la sierra de Piura. En tal sentido es importante conocer ampliamente el proceso de produccin de panela granulada (azcar orgnico), desarrollar tecnologa local que permite hacer frente a los retos que involucran dicha agroindustria, pasando tambin por la formacin de cuadros tanto tcnicos, as como profesionales y cientficos. Teniendo como marco la convocatoria de proyectos del Fincyt[1] la Universidad de Piura (UDEP) verific la necesidad de realizar mejoras importantes al proceso de produccin de panela granulada que incluya un estudio profundo y riguroso del proceso de produccin de panela, identificacin de principales problemticas, diseo del prototipo, la construccin y la realizacin de pruebas de operacin.

Localizacin del Proyecto

El proyecto, en cuanto a la parte de investigacin, ha sido desarrollado en las instalaciones de la Universidad de Piura, Seccin Energa. En cuanto a la parte operativa de toma de datos, adecuacin, construccin y pruebas del prototipo, ha sido desarrollada en la localidad de Santa Rosa de Chonta. La localidad de Santa Rosa de Chonta, se encuentra situada en el distrito de Montero, provincia de Ayabaca, departamento de Piura.

Diagnstico PROCESO DE PRODUCCIN. LA PANELA GRANULADA

La panela es un producto alimenticio, que se utiliza como bebida o como edulcorante obtenida mediante la concentracin de los slidos solubles totales, disueltos en el jugo de la caa de azcar. La produccin de azcar orgnico es una agroindustria tpica rural, donde una gran cantidad de pequeos, medianos y algunos grandes cultivadores de caa de azcar, transforman individual y directamente, este producto agrcola en un alimento. El proceso de elaboracin de azcar orgnico, comienza con la recepcin de la caa, seguido por la extraccin y acondicionamiento de jugos (molienda, filtracin decantacin y almacenamiento

de los jugos), obtencin de mieles (limpieza y clarificacin, evaporacin, concentracin y punteo) y por ltimo la elaboracin de la panela (cristalizacin enfriamiento y tamizado).

Justificacin

El proyecto Panela es un proyecto de investigacin aplicada dedicado al estudio cientfico y riguroso del proceso de produccin de panela granulada en las zonas de la sierra de Piura y a partir de dicho conocimiento desarrollar, implementar e incorporar mejoras tecnolgicas de manera que pueda contribuir a elevar el nivel de ingresos de los productores, mejorando su productividad en cuanto a cantidad y a calidad del producto, a la vez que se disminuyen los riegos de impacto ambiental. Para esto se ha hecho uso de la ciencia y tecnologa, la cual por un lado aplica un sistema automatizado para la captura de datos de parmetros fsicos del proceso, con el fin de poder realizar un estudio apropiado desde el punto de vista energtico. Para el anlisis energtico se han afrontado temas de investigacin de alto nivel tales como la combustin del bagazo (biomasa slida) que se da en la cmara de combustin de la hornilla panelera y los procesos de transferencia de calor que se dan en el ducto de humos y que facilitan la transferencia de calor de los gases producto de la combustin hacia las pailas, donde se realiza el proceso de evaporacin. El proyecto se justifica porque hasta la fecha no se haba afrontado de manera cientficamente rigurosa el proceso de produccin de panela granulada, el estudio de las tecnologas de produccin, las problemticas y la posibilidad de implementar mejoras justificadas. En tal sentido la decisin de los especialistas de la Universidad de Piura por afrontar el tema ha permitido el diseo, construccin y fase de pruebas de un prototipo a escala real, completamente funcional, en el que se han implementado una serie de tecnologas nunca antes realizadas en Per.

El proyecto de investigacin aplicada ha permitido ampliar el conocimiento cientfico del proceso de produccin de panela granulada, estudiar la problemtica ligada a la tecnologa del proceso de produccin, analizar alternativas de solucin e implementar innovaciones tecnolgicas en el proceso de obtencin de panela granulada a partir de la caa de azcar.

Problema Central

El problema central trabajado en el proyecto hace referencia a la falta de estudios rigurosos y cientficos previos a la construccin de una hornilla panelera, que traen como consecuencia utilizar hornillas que desde el punto de vista energtico no son eficientes, desde el punto de vista econmico no son rentables y desde el punto de vista ambiental generan emisiones contaminantes. De manera operativa y prctica para la implementacin del prototipo se realiz el anlisis de la hornilla panelera situada en Santa Rosa de Chonta, el cual presentaba muchas deficiencias y se encontraba inoperativo.

Causas

La situacin de operacin de los mdulos existentes en la sierra de Piura es similar, pero para efectos prcticos de desarrollo, adecuacin y construccin del prototipo se ha centrado la investigacin al mdulo de produccin de Santa Rosa de Chonta. Una causa del estado de los mdulos es que no se contaba localmente con expertos en el diseo de mdulos de produccin de panela granulada, debiendo construirse la mayor parte de ellos con planos estndares. De otro lado faltan programas de capacitacin continuos para la formacin de operadores de los mdulos en base a las buenas prcticas existentes. Debido a la mala operacin se verificaron en la zona de molienda tres problemas importantes:

La contaminacin del jugo de caa con aceites y lubricantes propios del molino, debido a un mal diseo de fabricacin, que no permita aislar el jugo de los contaminantes. El desgaste de las mazas y la oxidacin de las mismas, debido a un inadecuado mantenimiento. El motor Diesel que usaba el molino, haba recibido un mal mantenimiento, adems, presentaba el problema que se estaban evacuando directamente los gases producto de la combustin en el recinto donde se realizaba la molienda.

En la zona de la hornilla se verific que la deficiencia est relacionada con la cmara de combustin, siendo una cmara tradicional, es decir, tiene el rea de parrilla demasiado grande que tiene grandes excesos de aire, originando una combustin ineficiente y altos porcentajes de liberacin de CO.

Descripcin de la Innovacin

En particular se desarroll una metodologa para el diseo de hornillas paneleras y otra para el anlisis energtico de trapiches paneleros ya construidos, que operan actualmente. Para la metodologa de diseo del nuevo prototipo se usaron herramientas informticas que facilitaron estudiar las mejoras desde el punto de vista energtico el proceso actual, poder simular innovaciones y disminuir el nmero de pruebas experimentales (por limitaciones de recursos). Esta herramienta consiste en la simulacin mediante la dinmica de fluidos computacional del proceso de combustin, del proceso de transferencia de calor del mdulo de produccin. El software utilizado es el Fluent 6.3. y se ha contado con colaboradores especialistas en dichos temas de simulacin. La innovacin consiste en disear, dimensionar, adecuar y construir un prototipo de hornilla panelera que sea energticamente eficiente, econmicamente rentable y ambientalmente "amigable". Teniendo conocimiento de la situacin actual de las hornillas paneleras en la sierra de Piura y aplicando los conocimiento cientficos necesarios se realiz la construccin del prototipo de hornilla panelera que se encuentra actualmente operativo y funcionando en la localidad de Santa Rosa de Chonta, Montero, Ayabaca, Piura. Para evitar el problema de contacto de aceites con el guarapo, se seleccion y adquiri un nuevo molino, el cual adems de tener un mejor diseo, permite una mayor capacidad de molienda (1500 kg caa por hora). Una vez analizadas las mayores problemticas de la hornilla anterior, se hizo un estudio en el cual se investig acerca de las tecnologas actuales para el proceso de produccin de azcar orgnico. Es as que se llego en primer lugar a la conclusin de que era ms conveniente construir una hornilla del tipo ward cimpa, que sera la primera construida de este tipo en Per. Este tipo de hornilla permite mayores temperaturas de combustin, permite utilizar bagazo con humedades de hasta el 45% y adems libera menor cantidad de CO. En la figura 1 se muestra el modelo 3D de la cmara de combustin construida. Como se puede observar este tipo de cmara tiene dos entradas de aire: una primaria y otra secundaria, esto permite que haya un mejor desarrollo de la combustin. Adems esta cmara cuenta con una rampa de pre-secado de bagazo lo que permite se pueda usar bagazo hasta con un 45 % de humedad. La altura de la cmara es otro factor importante, en este caso la altura es de aproximadamente 4 metros, esto permite que

no haya contacto directo entre las pailas y la llama. Una creencia incorrecta que se tiene, es que se piensa que el hecho que la llama tenga contacto directo con las pailas es beneficioso cuando en realidad es todo lo contrario.

Figura 1. Cmara de combustin tipo Ward-Cimpa

Ducto de humos La figura 2 muestra la vista en isomtrico del ducto de humos, cada detalle de este elemento de la hornilla panelera ha sido previsto para favorecer el fenmeno de transferencia de calor de los gases de combustin al jugo de caa. Este ducto ha sido recubierto, al igual que la cmara de combustin con ladrillo refractario. El uso de ladrillo refractario se justifica en el hecho que este material a pesar de ser ms costoso que el ladrillo comn, proporciona un mejor aislamiento lo que se traduce en una reduccin importante de las prdidas de calor a travs de las paredes de la hornilla. Adicionalmente se puso una doble pared ya que de esta manera se reduce an ms las prdidas de calor por las paredes.

Figura 2. Cmara de combustin tipo Ward-Cimpa

Chimenea La chimenea es la encargada de dar el tiro [1] necesario para la correcta evacuacin de los gases. Hay que tener en cuenta que si la altura de la chimenea es muy baja, esto provocar que la velocidad salida de los gases sea muy alta, lo que a su vez se traducir en un proceso ineficiente de la transferencia de calor. Por otro lado si la altura de la chimenea es muy alta esto puede causar un estancamiento o retorno de los gases de combustin, cosa que tampoco se desea. Como es de entenderse, el clima cambiante de cada zona de produccin hace que las caractersticas de la combustin cambien y por ende el tiro total requerido debe ser reajustado, para ello se hace uso de una vlvula mariposa (ver figura 3).

Figura 3. Vlvula mariposa

DIMENSIONAMIENTO Y SELECCIN DE PAILAS En el dimensionamiento de las pailas hay que tomar factores tcnicos importantes (utilizando conocimientos de mecnica de fluidos y transferencia de calor) y tambin factores ligados a la manera cmo los productores manejan el proceso de produccin de panela granulada. Al productor no se le puede cambiar drsticamente la manera como viene produciendo panela. En otras palabras la innovacin tecnolgica a implementar debe respetar la idiosincrasia en cuanto a la produccin de panela de la zona, claramente respetando algunos lineamientos comunes. En el caso del prototipo a construir, se toma en consideracin la cantidad de caa disponible de la zona, las perspectivas de crecimiento en cuanto a caa de azcar a cultivar, la forma como vienen produciendo la panela los agricultores de la zona y tambin el rea disponible para la construccin. ara este prototipo en el diseo y construccin se consider 5 pailas, con una capacidad de produccin de la planta de aproximadamente 80 a 100 kg/h. Como condicin imprescindible se tiene que las pailas deben realizar el proceso para el cual han sido diseadas, respetando los tiempos de calentamiento y evaporacin del agua contenida en el jugo. En la figura 4 se muestra el resultado, despus de validar los diferentes modelos. A continuacin se mencionan las caractersticas de las pailas utilizadas en la construccin del prototipo. Paila semicilndrica (paila 1):

Se utilizan cuando el paso de los jugos se hace manualmente. Tienen la ventaja que ofrecen mayor rea de transferencia de calor que una paila tipo plana. [2]

Pailas semiesfricas (pailas 2 y3):

De igual manera a las anteriores, se utilizan cuando el paso de los jugos se hace manualmente.

Pailas Planas aleteadas (pailas 4 y 5):

Son ms eficientes, que pailas planas. Presentan mayor relacin del rea de transferencia de calor con respecto al rea plana. Permiten obtener hornillas relativamente ms pequeas. Este tipo de intercambiadores se fabrica agregando estas superficies extendidas (aletas) a pailas planas. Hay que tener en cuenta que se tiene que hacer un clculo matemtico para determinar las dimensiones y el nmero de aletas para obtener rendimientos ptimos.

Figura 10. Nombre, posicin y uso de las pailas del mdulo construido

[1] Diferencia de presin necesaria para el movimiento de gases a travs del ducto. [2] Esta paila es un tronco de pirmide, el cual se encuentra abierto en su base mayor, y su base menor se encuentra expuesta a los humos para transferencia de calor.

El proyecto(impacto)

El proyecto Panela es financiado por el Programa de Ciencia y Tecnologa -FINCyT- durante la primera convocatoria de proyectos. El perodo de desarrollo del proyecto es de 24 meses, desde febrero de 2008 a enero 2010. La fases de desarrollo del proyecto se muestran a continuacin: 1. Anlisis del proceso actual de produccin de panela granulada. 2. Simulacin de las innovaciones tecnolgicas desde el punto de vista energtico y de las tecnologas de control y automatizacin. 3. Diseo, construccin, puesta en operacin y anlisis de resultados de un prototipo de produccin de panela granulada que considere las innovaciones tecnolgicas. 4. Elaborar un programa de transferencia tecnolgica y de generacin de patentes.

Impacto SocialSocios beneficiados del proyecto La ejecucin de este proyecto (que siendo un proyecto ejecutado por una universidad, de investigacin aplicada) beneficiar social y econmicamente directamenteS a las 22 familias que conforman la APPAGROP Santa Rosa de Chonta. El hecho de construir en la zona de produccin permitir mejorar la calidad de vida de los productores, reduciendo sus costos de operacin y en tal sentido aumentar la rentabilidad de su proceso (mayores ganancias). Los socios de dicha APPAGROP pertenecen al distrito de Montero, provincia de Ayabaca, departamento de Piura y son productores de escasos recursos que al contar con un equipo nuevo podrn mejorar los estndares de produccin de panela granulada y esto definitivamente significar una mayor rentabilidad y una mejoramiento en su calidad de vida. Indirectamente permitir que los hijos de estas familias de productores puedan frecuentar escuelas y aspirar a mayor formacin.

Nios beneficiados del proyecto Adicionalmente, se puede mencionar el impacto que ha tenido en los profesionales que han participado en el proyecto, ya que les ha permitido crecer no solo en la parte intelectual sino tambin en la personal. Desde un punto de vista acadmico afrontar el tema se justifica, pues se han tratado temas muy puntuales, en concreto la combustin del bagazo y la transferencia de calor. Dichos temas han permitido afianzar los conocimientos de las materias impartidas por los profesores universitarios. Con lo desarrollado en el proyecto se propone la publicacin de dos artculos. Los artculos reflejan el conocimiento adquirido relacionado con la produccin de panela granulada y lo relacionado con los procedimientos de simulacin de los fenmenos de combustin y transferencia de calor en la cmara de combustin. Los ttulos propuestos de los artculos son los siguientes:

1. Evaluacin energtica del proceso de combustin de bagazo en una cmara de combustin tipo ward-cimpa utilizando tcnicas de dinmica de fluidos computacional. 2. Implementacin de mejoras tecnolgicas para el mdulo de produccin de Santa Rosa de Chonta, Montero, Ayabaca, Per.

3. Impacto Tecnolgico 4.5. Modelo 3D hornilla construida 6. En base al conocimiento adquirido ahora es posible implementar y replicar experiencia en la construccin del prototipo de hornilla panelera, en cualquiera de los mdulos ya construidos, de manera de poder elevar los ndices de operacin de stos y as contribuir al desarrollo de la agroindustria de la zona. Se ha verificado que la tecnologa es fundamental para el desarrollo sustentable de los pueblos, pero sobretodo que un factor fundamental es la organizacin de la comunidad hacia un objetivo, que en este caso es la gestin del mdulo de produccin de panela granulada. 7. 8. 9. 10. M o d e l o

de lecho de combustin 11. Se ha hecho un estudio exhaustivo desde el punto de vista energtico, haciendo hincapi en los fenmenos de combustin y transferencia de calor. Este estudio ha permitido comprender los fenmenos que ocurren en dicha parte de la hornilla panelera y poder optimizar el diseo de la misma. El uso de herramientas informticas TIC, se hace evidente en el proceso de adquisicin y procesamiento de datos (temperatura y grados Brix) en hornillas existentes para poder validar los modelos desarrollados y del mismo modo dichos datos son necesarios para poder hacer un estudio energtico correcto. 12. 13. Para poder llevar a cabo el diseo y construccin del prototipo, primero se tuvo que tener una fase de investigacin en la que, se estudi a fondo el proceso de produccin de panela, de manera de saber cules eran las fases del procesos y como se llevaban a cabo. Luego en base a este conocimiento se estudiaron las diferentes tecnologas para la produccin de panela. Por ltimo, se analiz cul era la mejor opcin para el caso concreto que se tena en la Sierra de Piura. El conocimiento obtenido se ha sistematizado en dos partes fundamentales como son la parte de metodologa de evaluacin de hornillas paneleras y la metodologa referida al diseo de hornillas paneleras eficientes. Los planteamientos alternativos radican en que para poder construir el mdulo se han tenido en cuenta las condiciones nicas de la Sierra de Piura, y por lo tanto el prototipo construido tiene caractersticas nicas que no tienen otros mdulos ni en Per ni en Colombia. 14. 15. Se ha realizado un estudio desde el punto de vista terico, como tambin desde el punto de vista computacional, haciendo uso de tcnicas de dinmica de fluidos computacional (CFD). La Universidad de Piura, adquiri especficamente para este proyecto un software denominado FLUENT que permite hacer simulaciones de diferentes fenmenos fsicos, con resultados muy buenos. El uso de este software ha permitido reducir los errores, sobretodo porque no se contaba con recursos para hacer modelos preliminares a los del prototipo. Es decir, se tena una sola posibilidad para hacer el prototipo, as que las herramientas informticas en tal sentido han sido fundamentales. Se ha hecho simulaciones relacionadas con el proceso de combustin del bagazo en la cmara de combustin, para tener en cuenta el efecto del aire primario y secundario, la geometra de la cmara, la temperatura mxima desarrollada, la temperatura de los gases al ingresar al ducto de humos y hacer contacto con la primera paila. 16. 17. Software para toma de datos 18. Se ha hecho uso de software y hardware especializado para la adquisicin de datos (temperatura, grados Brix, PH). Con el proyecto se han adquirido equipos que han permitido hacer una toma de datos muy precisa on-line, un anlisis no realizado antes en ningn mdulo existente. En tal sentido la confiabilidad de los equipos, asegura que los datos son precisos y

consecuentemente el anlisis energtico y la validacin de los modelos lo ser. Del mismo modo se hace uso de dichas tecnologas para lo que se refiere a la evaluacin del mdulo prototipo construido y poder encontrar los ndices energticos y de produccin. 19. 20. Con el conocimiento obtenido sobre el procesamiento de panela granulada y habiendo realizado la validacin de los modelos fsico-matemticos se diseo un prototipo de hornilla panelera, teniendo como variables fundamentales la produccin de caa de azcar de la zona, los perodos de cultivacin, entre otros datos. Se ha construido un prototipo, el cual ha sido evaluado y ha mostrado muy buenos resultados. Del mismo modo las tecnologas de control son imprescindibles para la fase de toma de datos en el prototipo, midiendo parmetros on-line de los puntos crticos de temperatura, concentracin, peso, etc. 21. Simulaciones en Fluent 22. Se ha realizado un estudio desde el punto de vista terico, como tambin desde el punto de vista computacional, haciendo uso de tcnicas de dinmica de fluidos computacional (CFD). La Universidad de Piura, adquiri especficamente para este proyecto un software denominado FLUENT que permite hacer simulaciones de diferentes fenmenos fsicos, con resultados muy buenos. El uso de este software ha permitido reducir los errores, sobretodo porque no se contaba con recursos para hacer modelos preliminares a los del prototipo. Es decir, se tena una sola posibilidad para hacer el prototipo, as que las herramientas informticas en tal sentido han sido fundamentales. Se ha hecho simulaciones relacionadas con el proceso de combustin del bagazo en la cmara de combustin, para tener en cuenta el efecto del aire primario y secundario, la geometra de la cmara, la temperatura mxima desarrollada, la temperatura de los gases al ingresar al ducto de humos y hacer contacto con la primera paila. 23. Con el conocimiento obtenido sobre el procesamiento de panela granulada y habiendo realizado la validacin de los modelos fsico-matemticos se diseo un prototipo de hornilla panelera, teniendo como variables fundamentales la produccin de caa de azcar de la zona, los perodos de cultivacin, entre otros datos. Se ha construido un prototipo, el cual ha sido evaluado y ha mostrado muy buenos resultados. Del mismo modo las tecnologas de control son imprescindibles para la fase de toma de datos en el prototipo, midiendo parmetros on-line de los puntos crticos de temperatura, concentracin, peso, etc. 24. 25. El proyecto ha permitido sistematizar los resultados, a travs de dos metodologas. Una para el diseo de hornillas paneleras tipo Ward-cimpa energticamente eficientes y otra metodologa para la evaluacin de hornillas paneleras. La metodologa de diseo toma en cuenta todos los datos necesarios y no se trata de replicar diseos estandarizados que no

se adaptan a las circunstancias de cada zona. En cuanto a la evaluacin de hornillas, se cuenta con una herramienta que facilitar el clculo de los indicadores de operacin de los diferentes mdulos de produccin de panela.

26. 27. Hornilla construido y sus componente

Impacto Ambiental

Desde el punto de vista ambiental la hornilla prototipo construida ha permitido reducir las emisiones contaminantes. La hornilla cuenta con una cmara de combustin con un diseo mejorado permitiendo una mejor combinacin del aire y el combustible. Existe una entrada de aire primario y una entrada de aire secundario de tal manera que la combustin del bagazo se realiza de manera completa, evitando la generacin de CO y sustancias no quemadas que podran ser emitidas al ambiente.

De otro lado la correcta combustin asegura que el bagazo producido en la molienda sea el combustible suficiente para la produccin de panela granulada. De este modo no es necesario recurrir a la tala de rboles para la quema o al uso de otro tipo de materiales ms contaminantes.

Impacto Econmico

La mejora de la competitividad de este sector productivo radica en dos puntos fundamentales: El primer lugar el prototipo de hornilla panelera construido permite una mayor produccin de panela granulada por kilogramos de caa de azcar (kg panela/kg caa de azcar), lo que se traduce en un aumento de la produccin. En segundo lugar, los tiempos de residencia de los jugos de la caa de azcar son menores, lo que afecta directamente y de manera positiva a la calidad final del producto. De otro lado al tener un mayor control en el proceso, la calidad de la panela producida es mayor, con lo que puede ser vendida en mercados ms exigentes. Los mdulos existentes son de capacidades de 50 kg/h, hornillas tradicionales y con el proyecto se ha trabajado y diseado un prototipo para 100 kg/h de produccin de panela granulada.

Resultado Indicadores - Innovacin

Dimensin

Indicador

Descripcin del indicador

Situacin Inicial (ELB)

Situacin Final (ELS)

Inversin en innovacin

Nivel tecnolgico de las hornillas en operacin.

Al inicio del proyecto se contaba con una hornilla tradicional, en el que las innovaciones tecnolgicas eran mnimas.

El prototipo construido cuenta con innovaciones en cuanto al diseo energtico del mismo. Se aprovecha de manera ms eficiente el combustible (bagazo) para producir panela granulada en mayor cantidad, de mejor calidad y en menor tiempo, con baja contaminacin ambiental. Se ha construido un sistema de molienda que permite mayor nivel de extraccin del jugo de la caa de azcar.

Innovacin

Recursos humanos

Personal capacitado en el diseo de hornillas paneleras.

Los recursos humanos de las actividades precedentes han sido realizados por personal de CEPICAFE, PIDECAFE, y apoyo de profesionales de Ecuador y Colombia.

Se ha tenido capacitaciones por profesionales Colombianos expertos tanto en el diseo de hornillas y en el del sistema de molienda. A esto se ha sumado el conocimiento de los docentes de la Universidad de Piura que son especialistas en temas Energticos, de manera que a la experiencia emprica de los Colombianos se ha sumado un

estudio terico riguroso que ha permitido el desarrollo del prototipo construido.

En el prototipo construido se proces 9925 kg de caa de azcar en un tiempo de 19 horas y obtenindose 875 kg de panela. Con estos valores se obtiene un indicador de produccin de 46 kg de panela por hora. Al ser la primera vez que se calcula este indicador en la hornilla, se debe tener en cuenta el tiempo que se ha utilizado para precalentar la hornilla y de otro lado que la caa de azcar cultivada tiene alto contenido de agua (no es la temporada de cosecha de caa). De acuerdo con lo expresado por los productores, slo a partir de julio se tiene valores interesantes de Brix de la caa. A pesar de ello, el indicador obtenido es aproximadamente 25% superior respecto al mdulo sobre el cual se ha realizado el estudio de Lnea de Base del proyecto. Si consideramos a rgimen, descontando las horas de calentamiento, el indicador sube a 60 kg de panela producida por hora. Comparando esta situacin con el mdulo anterior, se tendra que a rgimen el prototipo es superior en 33%. En situacin de rgimen es muy importante sealar que el prototipo llegar a valores superiores al de diseo (85 kg de panela por hora) ya que la caa tendr menor contenido de humedad en los meses que van de julio a diciembre.

En el mdulo de "Marmas Bajo" que es la hornilla de mayores rendimientos que actualmente opera en la Sierra de Piura y donde se hicieron las pruebas para el estudio de lnea base, se tuvo que para procesar 7100 kg de caa con un tiempo total de 16.5 horas, para obtener 609 kg de panela granulada. Incremento en productividad Con estos valores el indicador del mdulo es de 37 kg de panela por hora, el cual es un valor representativo bastante alto de los mdulos tradicionales existentes en Montero. A rgimen, considerando como horas de operacin desde que se extrae panela de la paila punteadora, el indicador puede llegar a alcanzar un valor de 45 kg de panela producida por hora.

Cantidad de panela producida

Indicadores - Ambiental

Dimensin

Indicador

Descripcin del indicador Cantidad de gases contaminantes emitidos por a la salida de chimenea.

Situacin Inicial (ELB)

Situacin Final (ELS)

Ambiental

Impactos ambientales

Se han seleccionado tres indicadores para medir el impacto ambiental actual, todos tomados en los gases de

La concentracin de emisiones se muestra continuacin:

combustin a la salida de la chimenea: -Concentracin de CO: 2731.90 ppm. -Concentracin de NO: 75.95 ppm. -La concentracin de SO2: 28.20 ppm.

- Concentracin de CO: 1000 ppm. - Concentracin de NO: 40 ppm. - La concentracin de SO2: 15 ppm. Como se puede observar en el prototipo se ha disminuido en buena medida la cantidad de gases contaminantes producto de la combustin del bagazo.

Conservacin de recursos

Cantidad de lea utilizada en el proceso de combustin.

Si bien es cierto en el mdulo mostrado en el estudio de lnea base, se obtuvo que ste era autosuficiente. Es cierto que en otros mdulos no ocurre lo mismo, motivo por el que se necesita hacer uso de lea para poder mantener la hornilla operando.

El prototipo construido es complemente autosuficiente, es ms, el bagazo generado no solo abastece complemente a la hornilla sino que tambin sobra. Esto permite concluir que los productores podrn tener ingresos adicionales por la venta del bagazo o lo pueden utilizar para otras actividades, como por ejemplo: abono, cama para aves de corral, cubierta protectora de tierra recin sembrada, etc.

Indicadores - Econmicos

Dimensin

Indicador

Descripcin del indicador

Situacin Inicial (ELB) a) En el mdulo que se analiz durante el estudio de lnea base se obtuvo que 3445 kg de bagazo producen 609 kg de panela, el indicador es 18%. b) El mdulo analizado ha tenido un I2 = 40.28 % lo que significa que es autosuficiente, sin embargo y como ya se indic ste es uno de los ms eficientes. Contrariamente hay mdulos en los que en ocasiones se ha dado el caso que se ha tenido que comprar bagazo (adicional al obtenido de la molienda) o hacer uso de lea, para poder producir panela, es decir actualmente no es autnomo. c) Las prdidas de calor en los gases que salen por la

Situacin Final (ELS) a) Actualmente para producir 875 kilos de panela, se utilizaron 2500 kg de bagazo, siendo el indicador 35%, lo cual es aproximadamente un 100% de aumento. b) El mdulo analizado ha tenido un I2 = 9.8 % lo que significa que es autosuficiente. Es de enfatizar que este valor aumentar ya que durante la prueba realizada se ha utilizado caa con gran cantidad de agua, y por lo tanto se ha requerido de mayor potencia trmica para poder evaporar esta agua, y consecuentemente mayor cantidad de bagazo utilizado. c) Las prdidas de calor en los gases que salen por la chimenea son del 25 %

Se identifican tres indicadores para evaluar la reduccin de costos: a) Cantidad de bagazo que se requiere para producir una cantidad de panela: Reduccin de costos b) Autonoma o autosuficiencia de la hornilla:

Econmico

c) Calor que perdido en los gases de la chimenea.

chimenea son de 42.92 %

ndice de competitividad

El precio en el mercado internacional es del orden de USD $ 1200 por tonelada

En el ao 2009 la cantidad de panela que se export aproximadamente fue 600 toneladas, con una ganancia aproximada de 720 000 dlares.

La panela est siendo cada vez ms solicitado en los mercados internacionales siendo as que replicar (pasar a fase de escala) asegura se pueda llegar a satisfacer la demanda generada.

Indicadores - Social

Dimensin

Indicador

Descripcin del indicador

Situacin Inicial (ELB)

Situacin Final (ELS)

Debido a las mejoras en el prototipo en cuanto a la produccin y as a las mayores ganancias. La asociacin encargada sta previendo la contratacin de un ingeniero o tcnico de planta para que se encargue del control y mantenimiento de la hornilla. Creacin de puesto de trabajo Durante las jornadas de produccin de panela se contratan personal para la operacin del cuarto de molienda y la hornilla. Si se replica la hornilla construida se podrn generar puestos de trabajo. Adicionalmente tambin se contrata personal para la operacin del cuarto de molienda y la hornilla, la diferencia con lo anterior, es que se tiene planeado capacitar a estos operarios, los mismos que sern supervisados por el ingeniero o tcnico de planta.

Empleo

Social

El jornal estaba en entre S/ 12 y 20 soles, un promedio de 6 persona operan un mdulo productivo. 1.- En el cuarto de molienda del mdulo de Marmas Bajo es el ms eficiente, obtenindose en ste un promedio 727 litros de guarapo por hora, correspondiendo a un porcentaje en extraccin en peso (Ep) de 50%. Cabe indicar que anteriormente en el mdulo de Santa Rosa de chonta del valor de Ep oscilaba entre el 40 y 45%. 2.- En la sala de proceso, se tena que para procesar 3565 kg de jugo se necesitan 16.5 horas, lo que corresponde a un promedio de 216 kg de jugo por

Actualmente jornal es entre S/ 15 y 25 soles, un promedio de 6 personas operan un mdulo productivo. El aumento de ingresos a los productores, es debido a que: 1.- En primer lugar al haber diseado un sistema de molienda eficiente, se ahorra tiempo durante ste proceso de manera que reducen costos de consumo de petrleo y adems se reduce el tiempo para moler una determinada cantidad de caa de azcar. En promedio se obtiene 876 litros de guarapo por hora lo que implica un 20 - 25 % de reduccin en el tiempo de molienda y por lo tanto en reduccin de horas hombre a ser pagadas. El Ep es de 67 % que significa un menor contenido de jugo en el bagazo

Aumento de ingresos de productores

Reduccin de gastos durante la operacin de la hornilla, se analizan los siguientes puntos: 1.- Cuarto de molienda 2.- Sala de proceso

hora

que sale del molino. En el caso anterior el bajo porcentaje implica que el bagazo que sale del molino lleva un alto contenido de jugo que se pierde. 2.- Al tener mayores temperaturas y alto grado de transferencia de calor, se reduce el tiempo que se requiere para procesar una determinada cantidad de jugo, lo que tambin es una reduccin de costos de pago a los operarios de la hornilla. Para procesar 6649.75 ton de caa se necesitan 19 horas, lo que corresponde a un promedio de 350 kg de jugo por hora, siendo esto un 62 % superior al caso anterior.

Conclusiones

Se ha construido un prototipo de mdulo de produccin de panela en el que se han implementado las innovaciones tecnolgicas para aumentar la competitividad del sector agroindustrial de produccin de panela granulada, reduciendo los costos de produccin, aumentando la cantidad de panela producida ya que se ha mejorado la eficiencia de combustin y transferencia de calor, adems se han reducido las prdidas energticas en el horno. Se cuenta con un conocimiento avanzado sobre proceso de produccin de panela que ha permitida potenciar las capacidades de los investigadores de la Universidad de Piura que han participado del proyecto. Dicho conocimiento no ha sido anteriormente sistematizado por alguna universidad en Per, con lo cual se puede decir que la Universidad de Piura est a la vanguardia en cuanto a lo que se refiere a tecnologas de produccin de panela granulada. Se ha concretado un acercamiento entre la universidad, la empresa y una asociacin de productores, con resultados muy buenos y que ha permitido no slo mejorar la calidad de vida de los productores sino tambin hacer ms competitiva la empresa responsable de la comercializacin de panela granulada orgnica, con mayor cantidad de panela producida y con un producto de mayor calidad. Se han desarrollado metodologas para la evaluacin de hornillas paneleras y para el diseo de hornillas paneleras eficientes. Es importante subrayar que la metodologa de diseo toma en cuenta las condiciones de la zona, de la caa de azcar, entre otros; que hacen que el diseo sea apropiado para dicha comunidad o zona. Se ha adquirido conocimiento para disear hornillas de diferente capacidad, lo que significa que no es necesario replicar el mismo modelo de la misma capacidad en otras zonas. Se ha adquirido conocimiento sobre dos temas fundamentales en ingeniera, tales como son la modelacin de la combustin de biomasa (bagazo de caa de azcar) y los fenmenos de transferencia de calor. Es importante mencionar que la combustin de slidos como el bagazo es un tema poco afrontado a nivel mundial y ha sido todo un reto poder llegar a modelar y simular lo relacionado con la combustin del bagazo. La participacin de este proyecto ha permitido

estrechar lazos de cooperacin con la Universidad de Roma La Sapienza, quienes cuentan con un departamento con buena experiencia en la simulacin de fenmenos fsicos. Hay que tomar en cuenta que la produccin de panela en la sierra de Piura, pasa por superar muchos inconvenientes y dificultades adicionales, siendo uno de ellos el acceso a la zona, pues no se cuenta con carreteras apropiadas y esto se agravia sobretodo en los periodos lluviosos. La tecnologa es fundamentalmente importante para la innovacin y la mejora de la competitividad de los sectores productivos. Y el desarrollo de tecnologa, conocimiento local es mucho ms importante para asegurar la sostenibilidad de los diferentes proyectos de investigacin y de mejora de competitividad. En ese sentido la formacin de cuadros ser importante para el desarrollo nacional.