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Introducción: El trabajo presenta la experiencia en desarrollo para viabilizar las alternativas de encadenamiento productivo en condiciones ambientalmente compatibles, de la empresa de la caña de azúcar Heriberto Duquesne fundamentado en el concepto de biorrefinería y empleando la economía circular. Objetivo: Mostrar una vía efectiva y en perfeccionamiento, de formación de doctores que contribuyan con sus investigaciones a fortalecer el encadenamiento productivo de la empresa para su funcionamiento y su desarrollo como biorrefinería de manera que crezcan paulatinamente sus volúmenes de negocios. Materiales y Métodos: La investigación se realiza articulando las actividades de postgrado de los profesionales de la empresa que se superan en postgrados de maestrías y doctorados que actúan como coordinadores de proyectos que aglutinan las acciones de maestría y de profesionales que no están incorporados a los cursos de la maestría en un sistema de trabajo por proyectos. Resultados y Discusión: Esta acción de formación doctoral y la pirámide científica, es componente de un sistema anticipatorio de gestión estratégica, que tiene, la misión contribuir al aprendizaje de la mejor manera de un desarrollo sustentable mediante el encadenamiento creciente con otros sectores de la vida económica y social del país. Conclusiones: El trabajo brinda la posibilidad de contribuir con la generación de conocimientos al desarrollo industrial sustentable que favorezca en lo económico, y además el impacto social de los territorios mediante la reanimación del batey de esta empresa de la industria de la caña de azúcar

Introducción: La mayor parte del alcohol etílico que se produce es a partir de fuentes azucaradas, miel final, pero esta es cada día más cotizada debido al incremento de las producciones biotecnológicas, por lo que se impone el estudio de otras fuentes de sustratos azucarados y/o sus mezclas. Objetivo: Realizar un estudio preliminar en la etapa de fermentación alcohólica del empleo de mezcla de jugo de los filtros, miel final y meladura. Materiales y Métodos: Se realizó un diseño de experimentos tipo enrejado simple, realizando la preparación de medios de cultivos, unos como base y el resto son combinaciones de ellos. Se tiene en cuenta hasta un 100% de azúcares reductores totales (ART) de los sustratos. La variable de respuesta es el porciento alcohólico. Resultados y Discusión: Los mostos fermentados tienen por ciento entre 5,22 y 5,50. El mayor se alcanzó en los experimentos cuatro y cinco, donde se utilizaron los sustratos miel final y meladura, 5,48 y 5,50 % respectivamente. Mientras que, al emplear el jugo de los filtros (experimentos uno, dos y tres) se obtuvieron los niveles más bajos de concentración alcohólica en el medio, valores que difieren a los alcanzados en otros estudios fermentativos. Conclusiones: El empleo de la meladura en la fermentación permite un mejor aprovechamiento de la caña que no se debe destinar a la producción de azúcar, dada su baja calidad. En el estudio se alcanza el mayor porciento alcohólico cuando se emplea esta corriente como sustrato.

Introducción: El aceite de fúsel es un residuo del proceso de rectificación del etanol, compuesto por diferentes alcoholes ligeros donde predomina el alcohol isoamílico y el isobutanol. Objetivo: Realizar una revisión bibliográfica que permita conocer los principales usos del aceite de fúsel en la actualidad. Materiales y Métodos: Se consultan trabajos realizados por diferentes autores que permiten identificar las ventajas del uso del aceite de fúsel como combustible alternativo en motores de combustión interna, para la generación de vapor y para la obtención de ésteres. Resultados y Discusión: El aceite de fúsel como combustible alternativo en motores de combustión interna reduce la densidad, el poder calorífico y el número de cetano de los combustibles modificados. Las mezclas de aceite de fúsel y diésel en estos motores aumentan la presencia de hidrocarburos hasta un 40 % y reduce el contenido de óxidos de nitrógeno en las emisiones de gases. El empleo como combustible en generadores de vapor de las destilerías permite un ahorro de fuel de un 2,12 % en relación al total requerido en el proceso de obtención de alcohol. En la esterificación a partir del isobutanol y el alcohol isoamílico se alcanzan rendimientos molares de 57,48 % y 54,04 % para el acetato de isobutilo y acetato de isoamilo respectivamente, ésteres que son demandados en la industria alimenticia. Conclusiones: El aceite de fúsel tiene amplias utilidades industriales al emplearlo como combustible y como fuente de materia prima para la obtención de productos de alto valor agregado como los ésteres.

Introducción: El aceite de fúsel constituye una impureza del proceso de obtención de etanol, a partir de él se pueden obtener productos de alto valor agregado como los ésteres. Objetivo: Obtener experimentalmente acetato de isoamilo aprovechando la fracción pesada (>132 oC) separada en la destilación del aceite de fúsel. Materiales y Métodos: El estudio experimental se realizó en cuatro etapas: deshidratación del aceite de fúsel por extracción líquido - líquido con una solución saturada de cloruro de sodio, empleando el sulfato de sodio anhidro como agente desecante; separación de los alcoholes presentes por destilación, esterificación y purificación del producto final. En la esterificación se realizó un diseño de experimentos Plackett-Burman analizando el efecto, en el rendimiento, de las variables: relación de alimentación, tiempo de reacción y cantidad de catalizador. Resultados y Discusión: El agua eliminada representó el 24 % de la muestra inicial de aceite de fúsel y al destilar y caracterizar por cromatografía gaseosa, se obtuvo que la fracción de trabajo (>132 oC) contenía un 95,09 % p/p de alcohol isoamílico. El mayor rendimiento de acetato de isoamilo se alcanzó en el experimento IV, al emplear una relación de alimentación ácido/alcohol de 1,2, 60 min de reacción y 0,5 % p/p de catalizador, obteniéndose en la purificación el éster a un 98,01 % p/p. Conclusiones: El aceite de fúsel empleado contenía etanol, n-propanol, isobutanol y alcohol isoamílico. La esterificación de la fracción pesada, con mayor presencia de alcohol isoamílico, permitió obtener su éster correspondiente con altos niveles de pureza.

Introducción: En la industria azucarera cubana es estratégico estudiar el posible desarrollo como biorrefinería, obteniendo alcohol, levadura torula y xilitol. Objetivo: Determinar las proporciones óptimas de extracción de jugo de los filtros para la obtención de levadura torula y el aprovechamiento del bagazo sobrante en la producción de xilitol en el concepto de biorrefinería. Materiales y Métodos: El análisis estadístico se emplea para obtener los modelos de cada etapa del proceso de obtención de azúcar crudo, utilizando datos en período de zafra. Se profundiza en los modelos que representan corrientes intermedias, como el jugo de los filtros, analizando diferentes porcientos de extracción de esta corriente, sus beneficios en la etapa de purificación y en la cantidad de bagazo sobrante. Se determinan los indicadores económicos para las alternativas estudiadas. Resultados y Discusión: El porciento óptimo de extracción de jugo de los filtros, en la etapa de purificación, es el 21,9%. Este valor permite una reducción del consumo de vapor del proceso azucarero. Las pérdidas de azúcar y miel se encuentran en el orden de los 545322,43 USD anuales y están superadas por las ganancias en la producción de xilitol y levadura torula. Conclusiones: La cantidad de jugo de los filtros extraída en el proceso azucarero garantiza la producción de miel para la obtención de levadura torula durante todo el año. Las pérdidas económicas, provocadas por la disminución en la obtención de azúcar y miel, por el jugo extraído, están superadas por las ganancias de la producción de xilitol y levadura torula.

Introducción: Los alcoholes obtenidos por destilación del aceite de fúsel, son un gran potencial en la obtención de ésteres como el acetato de etilo, acetato de n-propilo, acetato de isobutilo y acetato de isoamilo. Estos productos constituyen materias primas en diferentes industrias, especialmente en la alimenticia. Objetivo: Determinar las condiciones experimentales para la obtención de ésteres, como productos de alto valor, mediante la esterificación de fracciones destiladas del aceite de fúsel. Materiales y Métodos: Se realizó un diseño experimental 2k para la obtención de ésteres de la fracción destilada 79 - 108 oC del aceite de fúsel. Las variables independientes fueron: relación alcohol/ácido acético y tiempo de reacción y el rendimiento la variable respuesta. Resultados y Discusión: En la esterificación de la fracción destilada del aceite de fúsel de 79 - 108 oC los mejores resultados se alcanzaron cuando se emplearon las dos variables independientes en sus máximos niveles. Se obtuvo un mayor rendimiento de éster formado para el acetato de isobutilo con 42,52 %, seguido del acetato de n-propilo con 13,73 % y en una menor proporción el acetato de etilo con 2,96 %. Conclusiones: Los rendimientos determinados, a las muestras purificadas de las reacciones de esterificación, indicaron la presencia en todas las fracciones destiladas de acetato de etilo, acetato de n-propilo y acetato de isobutilo. La mayor proporción obtenida de los ésteres, por cromatografía, se corresponde con sus puntos de ebullición en el rango de temperaturas en que fueron obtenidas las fracciones destiladas.

Introducción: Los procesos de producción de azúcar crudo y alcohol etílico son de gran importancia para la economía cubana. En la actualidad estas industrias se han visto afectadas por la obsolescencia tecnológica y la carencia de nuevas tecnologías, por lo que es necesario aplicar la teoría de la fiabilidad para enmendar estos problemas. Objetivo: Optimizar la fiabilidad en las producciones de azúcar crudo y alcohol etílico en un central azucarero y destilería de etanol. Materiales y Métodos: La metodología propuesta considera un diagrama de trabajo que se basa, fundamentalmente, en la obtención de los datos de tiempo de trabajo sin fallo de los equipos, confección de los diagramas de fiabilidad de los procesos y determinación de la fiabilidad de ambos sistemas. Todo ello permite aplicar el método de Programación no Lineal de Enteros (PNLE) en Excel para obtener el número óptimo de equipos en cada etapa estudiada. Resultados y Discusión: La metodología propuesta permitió obtener el número óptimo de equipos que se deben colocar en cada etapa del proceso de fabricación de azúcar crudo y etanol. Conclusiones: Las fiabilidades actuales del central y la destilería son 0,02517 y 0,1719 respectivamente, las cuales son bajas debido a la obsolescencia tecnológica del equipamiento y sus frecuentes roturas lo cual puede ser enmendado con la asignación de nuevas redundancias a los equipos más vulnerables. Esta metodología permitió considerar por primera vez la disponibilidad de la instalación mediante los análisis de fiabilidad en la estrategia de desarrollo de una fábrica de azúcar como biorrefinería.

Introduction: There are several distilleries in Cuban central region that are characterized by obtaining high quality alcohol as their main product. Technological schemes installed in each one are different, therefore, production can be carried out more efficiently or not taking into account water and steam consumption. Objective: To analyze the technologies in distilleries A and B that produce extrafine alcohol to propose modifications in the less efficient technology according to the one that performs better. Materials and Methods: Processes in the two analyzed distilleries were studied through material and energy balances, taking into account the operating characteristics of each industry. Results and Discussion: Distillery B has a lower steam and cooling water consumption per hectoliter of produced alcohol, due to energy use in certain process streams, such as alcoholic vapors coming out of the rectifier and hydroselector columns. Conclusions: A redistribution of streams in Distillery A reduces the cooling water and steam consumption rate by 35.3 % and 18.9 % of their current values. In this way, only steam generated by the boiler is needed for distillation and final rectifier columns.

Introducción: Es necesario estudiar los beneficios de extraer el jugo de los filtros de la producción de azúcar crudo en una industria azucarera. La misma es destinada a la producción de azúcar refino que se emplea como materia prima para la obtención de glucosa. Objetivo: Cuantificar el efecto que tiene la mejora de la calidad del azúcar crudo con la extracción del jugo de los filtros, analizando su efecto en la producción de azúcar crudo, azúcar refino y glucosa por vía enzimática, y en las inversiones necesarias. Materiales y Métodos: La investigación se realizó combinando experimentos a nivel de laboratorio, de control operacional y análisis de alternativas técnico económico, ajustándolos en un procedimiento de estrategia y análisis de procesos. Resultados y Discusión: Mientras que la inversión en la refinería de azúcar es rápidamente recuperable, no lo es en la de extracción del jugo de los filtros, si esta tiene solamente como destino la producción de etanol. Por lo que es recomendable aprovechar la capacidad extractiva en otras producciones de alto valor agregado. Conclusiones: El orden de ejecución de las inversiones debe realizarse con una proyección de futuro del desarrollo como biorrefinería.

Introducción: Existen varios tipos de lignina y, entre ellas, la que deriva de los procesos que usan solventes orgánicos en presencia de catalizador, ácido o básico posee menor impacto ambiental con respecto a los convencionales, ya que los solventes orgánicos se recuperan fácilmente por destilación, también este tipo de ligninas, posee dada su estructura, usos específicos. La hidrólisis del bagazo de caña de azúcar produce corrientes ricas en lignina que pueden ser integradas en el concepto de biorrefinería. Objetivo: Demostrar la factibilidad económica de la integración del proceso de producción de lignina en el concepto de biorrefinería partiendo de las características de la misma y del conocimiento de sus productores a nivel internacional. Materiales y Métodos: Se realiza una búsqueda (briefing) que brinda datos de utilidad para el desarrollo del proceso de obtención de la lignina, partiendo de esto se integra este proceso en el concepto de biorrefinería y se determinan sus indicadores económicos. Resultados y Discusión: Las aplicaciones de la lignina producto de la hidrólisis del bagazo pueden ser: la elaboración de fibras de carbono, vainillina, y en la producción de derivados del fenol. Al valorar la factibilidad de inversión del esquema de biorrefinería con la integración de la lignina, se obtienen indicadores dinámicos de rentabilidad que demuestran la factibilidad de la propuesta, manteniendo la recuperación de la inversión en 5,2 años como de Armas, (2019). Conclusiones: El proceso propuesto se justifica con las aplicaciones de la lignina y puede ser integrado a la biorrefinería manteniendo su rentabilidad.

El presente trabajo tiene como objetivo evaluar prospectivamente alternativas de transformación en la industria azucarera “5 de Septiembre”, ubicada en Cienfuegos por una biorefinería de alcohol extrafino. Se tomaron en cuenta dos alternativas; la primera propone que a partir de la instalación de una destilería de 500 hl/día de alcohol, utilizando las mieles y el 10% del jugo de los filtros provenientes del central como complemento de la etapa de fermentación y una planta de producción de biodiesel a partir de microalgas y de cachaza separada en el central y la instalación de otra destilería de 500 hL/día de alcohol utilizando mieles, los jugos de los filtros y un hidrolizado de microalgas. La segunda alternativa propone una destilería donde experimentalmente se obtuvo un ahorro de 67 % para las mieles y 22,73 % para el agua. La alternativa más factible obtuvo un PRD de 5 años, una TIR del 21% y un VAN de U$D37 104 419,21.

La industria azucarera cubana abre posibilidades para el desarrollo de una biorrefinería por las características de sus corrientes de flujos másicos y sus facilidades para la obtención de diferentes productos, coproductos y energía. En el presente artículo seevaluaron esquemas de biorrefinería en una fábrica de azúcar cubana con la integración de productos y coproductos. Se plantearon dos esquemas para el desarrollo de una biorrefinería en una industria azucarera cubana, considerando la obtención de alcohol de segunda generación (2G) y biodiesel de tercera generación (3G) (Alternativa I), así como la obtención de alcohol a partir de Miel-Jugo de los filtros e Hidrolizado de Bagazo y biodiesel de 3G (Alternativa II). Al analizar las dos alternativas a partir de los resultados de los balances de masa, la I no resulta factible desde el punto de vista técnico pues la cantidad de bagazo destinada para la producción del hidrolizado hace que el central no sea autoabastecido energéticamente, consumiendo 2 868 609 kW-h/añodel Sistema Eléctrico Nacional (SEN). Al realizar la evaluación económica se obtuvo que es factible técnica y económicamente la aplicación de la alternativa II, pues la misma tiene un VAN de $ 19 129 956, una TIR de 41,9% y un periodo de recuperación de 4,4 años, lográndose de esta forma la integración de una industria azucarera a una biorrefinería que obtenga productos de segunda y tercera generación.

Se realizó, con estilo innovativo, un estudio previo inversionista para la creación de plantas dedicadas al tratamiento industrial de yuca, que incluyó vigilancia tecnológica, selección de surtidos y variantes, identificación de procesos requeridos en cada variante y diseño tecnológico del equipamiento. Se seleccionaron como surtidos: harina, casabe y almidón. Los costos de adquisición del equipamiento se automatizaron a través de ecuaciones que relacionan al parámetro principal de diseño con la capacidad de trabajo de la instalación lo que permitió, con ayuda de los balances de materiales y energía, determinar los indicadores económico financieros del proyecto para las alternativas propuestas variando la capacidad de trabajo, lo cual constituye en el contexto cubano una novedad tecnológica. Por tamizado, se descartó el surtido Casabe en atención a su baja competitividad en el mercado nacional y se seleccionó una planta de harina con secado en trozos y en pastas, una de almidón por vía tradicional y una variante que combina los tres surtidos buscando insertar el coproducto almidón en estos esquemas para mejorar financieramente los proyectos. Con los indicadores de rentabilidad y sensibilidad de la inversión se recomendaron las alternativas tecnológicas y los volúmenes de producción de los productos acorde con las demandas del mercado.

La industria de la caña de azúcar abre una perspectiva extraordinaria para transformarse en una biorrefinería que emplea integralmente la caña de azúcar como fuente de productos químicos y energía, siendo muchas las posibilidades que se han estudiado para integrar esta industria en el concepto de biorrefinería. Una de las vías que se está comenzando a analizar es el empleo de las vinazas residuales del proceso de producción de alcohol como medio de cultivo de microalgas, las que a su vez constituyen la biomasa fundamental para la obtención de biocombustibles de tercera generación (biodiesel y bioetanol). Las vinazas constituyen un medio idóneo para el cultivo de microalgas y a través de estas mejoraría la calidad de las vinazas como vertimiento por la remoción de componentes contaminantes orgánicos e inorgánicos solubles. Además, su integración a una destilería, en un complejo azucarero, permitiría aprovechar a su vez las vinazas el dióxido de carbono desprendido en la fermentación del proceso de producción de bioetanol. La biomasa de microalgas tiene el mayor rendimiento de aceite frente a diversas fuentes de energía alternativa de origen vegetal, lo que la presenta como una vía prometedora para la obtención de biodiesel. Por otra parte esta biomasa además de lípidos, contiene celulosa y hemicelulosa que se pueden utilizar como fuente de carbono en los procesos de fermentación para producir etanol, teniendo como ventaja su bajo contenido de lignina que permite suprimir la etapa de pretratamiento de la biomasa y realizar directamente la hidrólisis de este material celulósico.

En el trabajo se propone una alternativa para obtener etanol y productos químicos por vía fermentativa con la integración del proceso azucarero y de sus derivados con el objetivo de diversificar la industria azucarera. Dentro del proceso azucarero existen corrientes intermedias, como jugos secundarios y de los filtros, que son empleados como sustratos azucarados para la obtención de etanol con resultados económicos y ambientales superiores a los tradicionales. Con este fin también puede ser utilizado el hidrolizado resultante de la obtención de etanol a partir de bagazo y las vinazas de destilerías. El bagazo constituye un residuo del proceso azucarero que es tradicionalmente usado en los centrales para quema en las calderas y presenta gran potencial para la obtención de etanol de segunda generación y productos químicos de alto valor agregado al igual que la paja de caña, la cual constituye un residuo de después de la cosecha de la caña. A pesar de constituir los residuos más agresivos de la industria alcoholera, algunas de las características que posee la vinaza hacen de ella un medio para la producción de levadura torula, que es empleada para el consumo animal.

En la investigación que se presenta se exploran alternativas que contribuyen a la disminución del impacto ambiental de una planta de producción de etanol, teniendo en cuenta el uso de corrientes intermedias como las flemas alcohólicas y el aceite de fúsel, así como la recirculación de las vinazas. Tomando como base una planta que obtiene 900 Hl de alcohol puro, se generan como subproducto en la etapa de destilación 352,8 t/año de flemas alcohólicas, que representan energéticamente 235,7 t/año de crudo, por lo que el importe de crudo ahorrado con su empleo como combustible de forma general es de $ 32 558,60. De forma similar se analizó la alternativa de quemar las 294 t/año de aceite de fúsel obtenidas, a partir de las cuales se ahorran 178,45 t de crudo anual que representan $ 96 577. Por otra parte se valoró la obtención de ésteres a partir del aceite de fúsel, estudiándose de escala de laboratorio hasta el diseño de una planta con una capacidad de producción de 160 kg/h. En cuanto a la recirculación de vinazas se determinó a través de un diseño experimental la composición de la mezcla agua-vinazas-flemazas que garantiza un buen rendimiento en fermentación y la no afectación de las variables de operación del proceso, resultando ser de 80 % agua, 12 % vinazas y 8 % flemazas. Con este estudio se logra una sustitución de un 20 % del agua para diluir y una reducción de 10 m3/h de esa corriente que constituye el residual más agresivo del proceso.

En el trabajo se realiza la evaluación de alternativas para la intensificación y reconversión de una instalación industrial para adaptarlas a los requerimientos y demandas del mercado con productos derivados de la caña de azúcar que propicien nuevas alternativas de desarrollo territorial fomentando nuevos empleos. Este desarrollo solo se podrá lograr mediante el vínculo entre los centros de conocimientos, las empresas y los intereses de los gobiernos que potencien el desarrollo tecnológico de las empresas. Finalmente, se presentan ejemplos específicos en los cuales se ha logrado la reconversión de instalaciones industriales mediante el vínculo universidad-empresa en interés de los desarrollos territoriales.