guía de prevención de la contaminación para el beneficiado de café

GUÍA DE PREVENCIÓN DE LA CONTAMINACIÓN PARA EL

BENEFICIADO DE CAFÉ EN EL SALVADOR

USAID/Environmental Pollution Prevention Project (EP3)

Agradecimientos

Este manual fue preparado bajo el auspicio de la Agencia Para el Desarrollo Internacional de losEstados Unidos (USAID) y preparado por Hagler Bailly, Inc., contratista principal del Proyectode Prevención de la Contaminación Ambiental (EP3).

La investigación técnica fue realizada por el Ing. Carlos Porres, consultor de EP3, y por el Ing.Miguel Franco de Hagler Bailly, Inc., bajo la dirección del Dr. Lino Gallo de Hagler Bailly, Inc..

El EP3 agradece al Sr. Peter Gore y a la Sra. Mary Rodríguez de USAID/El Salvador por suapoyo, y al Sr. René Ramírez de UCRAPROBEX, por su apoyo y asistencia en la realización delas visitas de campo y de investigación.

Por más información, por favor dirigirse a:

Dr. Lino Gallo

Hagler Bailly, Inc.

1530 Wilson Blvd., Suite 400

Arlington, Va 22209-2406

Tel: (703) 312-8697

Fax: (703) 351-0360

Correo electrónico: [email protected]


Indice

1) ANTECEDENTES

Breve Descripción de EP3EP3 y los Beneficios de Café en El SalvadorPropósito de la Guía

2) INTRODUCCIÓN

La Industria del Café en El Salvador

3) DESCRIPCIÓN GENERAL DEL BENEFICIADO HÚMEDO DE CAFÉ Y OPORTUNIDADES DEPREVENCIÓN DE LA CONTAMINACIÓN

IntroducciónBeneficiado Húmedo de Café

Recepción del café-uva y su clasificación(1) Recepción del café-uva(2) Transporte del café al sifón(3) Sifón de clasificación(4) Cribado del material que flota(5) Oportunidades de prevención de la contaminación en la recepción y clasificación

del café en uva(a) Recolección del fruto en el campo(b) Tanques de recepción(c) Clasificación en el sifón(d) Criba de flotes

Despulpado del café-uva y clasificación de los granos(1) Despulpado del café-uva(2) Limpieza del café despulpado(3) Oportunidades de prevención de la contaminación en las etapas de despulpado y

clasificaciónFermentación del café recién despulpado(1) Sustitutos de la fermentación(2) Oportunidades de prevención de la contaminación en la fermentaciónLavado del café(1) Lavado del café fermentado(2) Oportunidades de prevención de la contaminación en el lavadoSecado del café(1) Secado al sol(2) Secadoras mecánicas(3) Oportunidades de prevención de la contaminación en el secado

Beneficiado Seco


TransporteRecepción del caféDepuración gruesaTrillado del café lavadoClasificación por tamañoClasificación neumática (Catadoras)Clasificación vibroneumáticaClasificación electrónicaEscogido manualMezclado

4) SUBPRODUCTOS DEL BENEFICIADO DE CAFÉ Y SU DISPOSICIÓN

5) EFICIENCIA ENERGÉTICA EN LOS BENEFICIADOS DE CAFÉ

6) ANEXOS

GlosarioCitas Bibliográficas


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ANTECEDENTES

BREVE DESCRIPCIÓN DE EP3

El Proyecto Para la Prevención de la Contaminación (EP3) es un proyecto de una duración decinco años auspiciado por la Agencia Para el Desarrollo Internacional de los Estados Unidos(USAID). EP3 promueve el uso de prácticas y sistemas que permiten a la industria en países envías de desarrollo reducir la contaminación, ahorrar dinero, y aumentar la productividad. EP3ayuda a países en vías de desarrollo a adaptar a las condiciones locales experiencias enprevención de la contaminación y tecnologías limpias mundialmente aceptadas.

EP3 presta asistencia técnica y capacitación a industrias y empresas urbanas y ofrece centros deintercambio de información para aquellas organizaciones interesadas en prevenir lacontaminación y utilizar tecnologías de prevención de la contaminación.

El equipo de EP3 conducen diagnósticos de las plantas industriales para identificaroportunidades en las cuales puedan utilizarse técnicas de prevención de la contaminación ytecnologías más limpias a un costo cero o muy bajo.

EP3 también realiza talleres y seminarios para asistir a personal y gerentes de las plantasindustriales a entender y reconocer los beneficios de la prevención de la contaminación, así comoa cambiar sus prácticas operativas y procesos productivos para hacer un buen uso de estaestrategia.

EP3 Y LOS BENEFICIOS DE CAFÉ EN EL SALVADOR

En El Salvador, EP3 trabaja junto a la Asociación Salvadoreña de Industriales (ASI), teniendocomo objetivo el de encaminar los esfuerzos hacia la prevención de la contaminación en lossectores de tenerías y beneficiados de café. Este objetivo traerá como consecuencia cambios enel proceso industrial, una reducción en la generación de contaminantes y que se obtenganbeneficios económicos para las empresas. Estos beneficios económicos se obtienenprincipalmente del ahorro de agua, de la disminución en los costos del tratamiento de aguasresiduales y del consumo eficiente de la energía.

La primera etapa fue la de hacer un análisis sectorial de las industrias en el Salvador paradeterminar cuales eran las industrias más importantes y más propicias a trabajar en este tipo deproyectos. Luego de determinar las industrias se decidió trabajar con los beneficios de café y lastenerías. En el caso de los beneficios de café, se desarrolló una guía presentando lasoportunidades de prevención de la contaminación detectadas en los beneficios de El Salvador.

La siguiente etapa del proyecto consistió en la visita a los beneficios de café y la evaluación delos procesos productivos. Esta etapa contó con la participación de los equipos de trabajo de EP3y los beneficios. Posteriormente, se elaboró un borrador de la guía para ser presentado en el tallerdestinado al sector de beneficiado de café.


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El proceso de evaluación de los programas de prevención de la contaminación, así como loscambios que se generan a partir de éste, involucra la participación de personal de la propiaempresa, así como personal externo en la medida en que la misma empresa lo requiera.

PROPÓSITO DE LA GUÍA

En esta guía se describen las etapas en que consiste el beneficiado de café, así como algunasoportunidades de prevención de la contaminación que fueron detectadas durante las visitasrealizadas a beneficios de El Salvador. Esta guía intenta mostrar que el concepto de prevenciónde la contaminación puede ser introducido en las empresas de beneficiado de café, noimportando su tamaño, para lograr la reducción de la contaminación y al mismo tiempo obtenerahorros económicos por medio del incremento en la eficiencia de producción. El concepto deprevención de la contaminación se enfoca en la realización de cambios en el proceso deproducción, empezando por los cambios más sencillos y continuando con los más complejos, queresulten en ahorros económicos principalmente por disminución en el consumo de agua yenergía. Una consecuencia directa de estos cambios es la reducción de la contaminación, porejemplo, por disminución en el volumen de las descargas de aguas residuales, disminución en laconcentración de los contaminantes, o por la utilización de los subproductos del proceso.

Algunas opciones de prevención de la contaminación no requieren inversión para suimplementación, solamente un cambio en los procedimientos de producción, aunque otrasopciones si requieren alguna inversión. Sin embargo, estas inversiones tienen por lo general unperíodo corto de recuperación, a diferencia del tratamiento de las aguas residuales, el cualsiempre representa un costo a las empresas sin posibilidad de recuperación.


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INTRODUCCIÓN

LA INDUSTRIA DEL CAFÉ EN EL SALVADOR

La industria cafetalera representa para El Salvador una de sus principales y más importantesactividades agroindustriales desde finales del siglo XVIII y principios del siglo XIX, cuando fueintroducido al país. La etapa de recolección y beneficiado comienza en octubre y puede llegarhasta marzo.

El consumo global del café experimentó un aumento significativo entre 1900 y 1950 y para1971, ya se tenían en El Salvador 147,039 hectáreas (210,265 manzanas) cultivadas con café. Lamayor importancia de participación por regiones correspondía a: Región Occidental con 95,825manzanas; Región Central con 57,570 manzanas; Región Oriental con 44,595 manzanas; y laRegión Paracentral con 12,275 manzanas.

Para el año 1977, el área cultivada de café era de 265,695 manzanas, según estudios realizadospor el Instituto Salvadoreño de Investigaciones (ISIC); para el año 1979 este valor habíaaumentado a 265,759 manzanas.

Un indicador importante a considerar es la producción de café como porcentaje del PIB a travésdel tiempo. Este valor a disminuido de ~5.1 % en 1970 a ~2.8 % en 1994, lo que indica unadisminución de la participación del café como rubro importante en el PIB de Él Salvador.

En 1994, El Salvador es el onceavo país de mayor producción de café en el mundo, con unaproducción casi ocho veces menor que el mayor productor, Brasil. Esto implica que el impactoque pudiese tener El Salvador en el mercado mundial del café es pequeño en comparación aBrasil o Colombia.


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DESCRIPCIÓN GENERAL DEL BENEFICIADO HÚMEDO DE CAFÉ Y OPORTUNIDADES

DE PREVENCIÓN DE LA CONTAMINACIÓN

INTRODUCCIÓN

En el ámbito mundial las especies de café más importantes por su orden son: Coffea arabica,Coffea canephora, y Coffea Liberico. Sin embargo, la única especie que se cultiva en ElSalvador es la Coffea arabica representada por las élites de las variedades Bourbon, Pacas y laTypica llamada también Arábico. Las variedades más comúnmente cultivadas son Bourbon yPacas. La siembra de la variedad Bourbon se realiza arriba de los 1 000 m.s.n.m. donde seexplota su mayor capacidad de producción. La variedad Pacas se considera una mutaciónoriginada en el Bourbon y ha demostrado tener mejor adaptación al bajío (500 – 800 m.s.n.m.)(Flores, 1979)

Existen dos métodos para procesar el fruto del cafeto: el proceso seco y el proceso húmedo. Enel proceso seco, el fruto completo del café es secado al sol en capas delgadas inmediatamentedespués de su cosecha. Posteriormente, por medios mecánicos es removida la pulpa (el epicarpioy parte del mesocarpio) y el pergamino (endocarpio). Este proceso se utiliza principalmente enel Brasil.

Figura 3.1: Sección esquemática del fruto del cafeto

En el caso de Centroamérica, el café se procesa por el método húmedo. En este sistema el frutode café recién cortado se recibe en el beneficio e inmediatamente se procede a removerle la pulpapor medios mecánicos para luego eliminar el mucílago por una fermentación natural o conmáquinas desmucilaginadoras. Una vez que el mucílago se degradó con la fermentación, elgrano de café es lavado y deshidratado al sol o en secadoras mecánicas. Cuando los granos estánsecos, se les remueve el pergamino y se someten a un proceso de selección obteniéndose elproducto final de exportación al que se le llama café-oro. En el diagrama 3.1 se presenta enforma general el proceso de beneficiado del café tal como se realiza en El Salvador.

Pulpa

(mesocarpio)

Pergamino

(endocarpio)

Película

plateada

(espermodermo)

Semilla

(endospermo)


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En el procesamiento del café por la vía húmeda, uno de los principales problemas lo constituyeel excesivo uso de agua para el proceso y la generación de aguas residuales con altos niveles decontaminación. De acuerdo con las mediciones de consumo de agua realizadas por variosinvestigadores en diferentes beneficios de El Salvador, se puede afirmar que estos tienen fuertesvariaciones entre los diversos centros de procesamiento. Sin embargo, Arévalo y col. (1984)reportan que el consumo promedio de agua en los beneficios de El Salvador es de 30litros/kilogramo de café-oro producido. El autor menciona que algunos beneficios han reportadoconsumos de hasta 83 l/Kg de café-oro. En cuanto a su uso en las diferentes etapas delbeneficiado, se menciona que en la recepción y despulpado se consumen 3.5 l/Kg de café-oro, enel lavado del café fermentado, sí éste se realiza en forma manual, se gastan 21.7 l/Kg de café-oroy si se realiza en lavadoras mecánicas el consumo varía entre 8 – 13 l/Kg de café-oro. El autortermina diciendo que en ensayos realizados en el ámbito de un beneficio experimental en loscuales se recircularon los diferentes flujos de agua, se logró un consumo de 4.13 l/Kg de café-oro. En estudios más recientes, Larde y col. (1997) realizaron mediciones en 31 beneficiossituados en las zonas occidental, central y oriental de El Salvador y encontraron que el consumopromedio de agua es de 10.4 l/Kg de café-oro y el rango de variación es de 3.2 a 41.8 l/Kg decafé-oro. En la etapa de despulpado, el consumo promedio es de 4.4 l/Kg de café-oro y el rangode variación es de 0.0 – 23.8 l/Kg de café-oro y en la etapa de lavado el consumo promedio es de6.1 l/Kg de café-oro y el rango de variación es de 0.6 – 17.8 l/Kg de café-oro. En cuanto a lacomposición química de las diferentes descargas, las aguas de despulpado presentaron unademanda química de oxígeno (DQO) promedio de 21 900 mg/l (rango de variación entre 2 400mg/l a 91 600 mg/l) y un pH alrededor de 4.5. Las aguas de lavado presentaron una DQO de 17000 mg/l (rango de variación entre 3 000 mg/l y 59 500 mg/l) y un pH promedio de 4.4. Amanera de ejemplo se puede mencionar que, un beneficio localizado en el Departamento de LaLibertad (El Salvador) y que fue visitado por los autores de este documento, reportó un consumode agua de 5.0 l/Kg. de café-oro, cifra que se considera muy cercana al rango más adecuado quese puede lograr en la práctica, el cual es de alrededor de 3.0 – 4.0 l/Kg. de café-oro.

De acuerdo a informaciones proporcionadas por la Asociación Nacional del Café de Guatemala(ANACAFE) (comunicación personal), el consumo promedio de agua en los beneficios de estepaís que no han adoptado técnicas de ahorro de agua es de 55.0 l/Kg de café-oro. Si seimplementan medidas de ahorro de agua, el consumo se puede reducir a valores entre 3.3 l/Kg decafé-oro a 4.1 l/Kg de café-oro.

Como se puede observar en las informaciones proporcionada por Lardé (1997) y por el beneficiovisitado, en El Salvador existen ya centros de procesamiento que aparentemente están operandocon el mínimo de agua y cuyos sistemas (con algunos cambios) deberían servir de modelo paraotros beneficios.

En las próximas secciones se describe someramente cada una de las etapas del beneficiadohúmedo y se identifican algunas oportunidades para reducir la contaminación.


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Diagrama 3.1Diagrama general del procesamiento de café en El Salvador

Recepción de café-uva

Clasificación en canal-sifón

Despulpado café de 1era.

Pulperos

repasadores

Cribado

Criba Flotes

Flotes

Sistema de Distribución

Cribado

Café Primera

Café segunda

Café medio verde

reseco o pequeño

Frutos resecos o

anormales

Trampas para pitas,

piedras y arena

Café vano

Fermentación

Lavado

Repasos

Secado

Café pergamino

seco

Recepción

café pergamino

Depuración

gruesaRetrilla

Selección y

limpieza catadoras

Clasificación por Tamaño

(zarandas o cilindros rotatorios)

Clasificación vibroneumática

(clasificadoras tipo Oliver)

Selección

electrónica

Selección a mano Mezclado

Café-oro

Café para

exportación

Cascarilla

Pulpa

Café despulpado

Aguas mieles

Café pergamino húmedo


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BENEFICIADO HÚMEDO DE CAFÉ

i) Recepción del café-uva y su clasificación

Recepción del café en uva

El café en uva proveniente de la plantación es recibido en tanques, llamados de recepciónsemisecos, cuyo fondo está formado por dos lados inclinados aproximadamente 20º con respectoa la horizontal hacia un canal central. El fondo a su vez tiene un declive de aproximadamente4% – 5% hacia la descarga, la cual puede estar localizada en diferentes puntos de la parte másbaja del lado con mayor profundidad. Esta geometría facilita el movimiento por gravedad de lamasa de café. La abertura de descarga puede ser un tubo de 7.6 cm a 15.2 cm (3” a 6”) dediámetro o simplemente un agujero rectangular que permita la descarga del café (ver figura 3.2).

Figura 3.2: Tanque de recepción semiseco de café-uva

En este tanque, el café es recibido en seco y se le agrega agua únicamente para facilitar sumovimiento hacia la descarga del tanque. El área de recepción puede constar de varios tanquespara separar los diferentes tipos de café, los cuales se pueden clasificar ya sea por la altura de laplantación de donde provienen (café de bajío, de media altura o estricta altura) o de la formacomo se cultivó (café normal u orgánico). El volumen de los tanques varía de acuerdo a lacapacidad del beneficio pero estos deben ser capaces de almacenar el máximo de la cosechadiaria (día pico) más un margen de seguridad de 25%.

Transporte del café al sifón

A las pilas de recepción en semiseco se le agrega agua para facilitar el drenaje del café-uva haciael punto de descarga del tanque, para luego ser conducido hacia el sifón de clasificación.Dependiendo de la altura a la cual se localizan los tanques de recepción con respecto al sifón, elcafé-uva puede ser transportado hacia el sifón por gravedad o por medio de una bombacentrífuga de rodete abierto.

café en uva

Agua limpia o

recirculada.


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Sifón de clasificación

El sifón es un tanque cuya geometría es variable pero normalmente en una vista longitudinal deéste (ver figura 3.3), se puede observar que consta de una sección superior (de forma rectangular)y una sección inferior (de forma triangular) con el fondo inclinado hacia la zona de descarga. Enel fondo de la sección triangular se localiza una salida la cual normalmente es una tubería de101.2 mm (4”) de diámetro, la cual por una acción de sifón descarga el café de mayor peso. Enla parte superior del sifón hay una abertura rectangular la cual puede estar localizada a un lado oen el frente, por la que desborda el agua y arrastra todo el material que flota. Este material estáformado principalmente por dos clases de café: a) el llamado ”bolita” o “jocote”, el cual es unfruto anormal, reseco y enjuto que resulta principalmente del ataque de enfermedades (Koleroga,antracnosis, etc.) o de una cosecha fuera de tiempo y b) por el fruto de color y tamaños normalespero que es liviano por tener un pergamino vacío y un solo grano normal pesado y generalmentebien desarrollado (café vano). Este grano bueno produce una bebida normal y es generalmentemayor que el café ordinario de primera, en cambio el café reseco es un grano de inferior calidad.

Figura . 3.3: Detalle de canal sifón (Barrios, 1998).

La masa constituida por café de buena calidad y agua se descarga por la parte inferior del sifón,la cual pasa por un canal hacia una trampa donde se retienen cordeles y otros filamentos plásticosy luego por una trampa donde se eliminan piedras y arena. Estas trampas impiden el paso demateriales indeseables y peligrosos hacia el equipo de despulpado. Los frutos de cafésuspendidos en agua son conducidos a un canal de distribución que tiene como funciónrepartirlos uniformemente a cada pulpero.

Cribado del material que flota

Si se despulpan los flotes o vanos junto con el café de primera se arruina el buen grano al dejarlofermentar con una masa llena de pulpa y de frutos enfermos, además de gastar mano de obraadicional en los canales de clasificación hidráulica (“correteo”). Por lo tanto, para clasificar elmaterial que flota en el sifón, se utilizan cribas cilíndricas construidas de lámina perforada demetal con ranuras rectangulares o bien cribas de varillas de metal de 6.4 mm (1/4”) de diámetro,


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separadas entre sí alrededor de 11 mm. Las cribas tienen aproximadamente 1 m de largo y0.45 m de diámetro. La operación de la criba consiste en recibir por un extremo el rebalse delsifón de manera que entre los espacios de las ranuras se escapa el fruto indeseable junto con elagua de arrastre, en tanto que el fruto de tamaño normal, sale por el otro extremo del aparato. Elfruto se conduce luego al canal que alimenta los pulperos primarios. El fruto indeseable seacumula en un tanque y luego se seca en los patios.

Oportunidades de prevención de la contaminación en recepción y clasificación del café enuva

En las etapas de recepción y clasificación del café-uva se detectaron las siguientes oportunidadesde reducción de la contaminación:

• Recolección del fruto en el campo: Cosechar únicamente los frutos del cafeto que esténcompletamente maduros. Cortar granos verdes conlleva a que las partidas arrastren una seriede deficiencias que alteran la calidad del producto final.

• Tanques de recepción: Recibir en seco el café en los tanques y luego agregarle aguarecirculada para descargarlo y transportarlo al canal sifón. Detalles sobre el circuito cerradode agua de proceso en las áreas de recepción, clasificación, despulpado y cribado se daránposteriormente.

• Clasificación en el sifón: Clasificar el fruto maduro en sifones de paso continuo utilizandoagua de recirculación.

• Criba de flotes: Utilizar agua recirculada en la caja de la criba de flotes. Transportar losflotes rechazados por la criba con una corriente de agua recirculada hacia el tanque de flotesy al final del canal, instalar un recuperador de agua que puede ser un adelio o un tamizinclinado y retornar el agua al tanque de recirculación. El café vano se envía con unacorriente de agua para juntarlo con el café de primera.

ii) Despulpado del café-uva y clasificación de los granos

Despulpado del café-uva

El café en uva de primera procedente del sifón y el café que sale por el extremo de la criba deflotes, se conduce por medio de una corriente de agua hacia los pulperos. Previo a llegar alcilindro despulpador se realiza una separación del agua de arrastre y del fruto de café.

Los pulperos tienen por objeto separarle la pulpa al fruto del cafeto. La pulpa, que consiste en elepicarpio y una parte del mesocarpio del fruto, es separada de los granos aprovechando lacualidad lubricante del mucílago del café. Esta operación deberá realizarse de forma que seminimice el daño al pergamino del grano de café. Por consiguiente, los pulperos se gradúan detal manera que no lo lastime y a su vez se obtenga en lo posible una pulpa libre de grano y uncafé despulpado libre de café en uva sin despulpar y de pulpa.


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Los pulperos más comúnmente usados en el despulpado del café-uva de primera son los pulperosde cilindro de pecho de hule. La parte principal de estos equipos está constituida por un cilindrosobre el cual va fija una camisa de lámina de cobre provista de ponchaduras de tamañosdiferentes dependiendo de la variedad de café a despulpar. Cuando el cilindro gira, aprisiona yaplasta la cereza contra una plancha cóncava llamada “pechero” que posee canales por donde losgranos sueltos se ven forzados a moverse. El pechero de hule despulpa bien, tanto el café-uvamaduro de tamaño pequeño como el grande, dejando pasar casi sin daño el café medio verde. Elcafé despulpado abandona el pulpero por una ranura continua o por varias ventanillas llamadas“palacios”, todas localizadas en el frente del equipo. Los granos de café despulpado sonconducidos hacia una criba para su clasificación. Por otro lado, la pulpa ya liberada del grano esarrastrada por las ponchaduras de la camisa y descargada en la parte de inferior del pulpero yconducida en canales hacia el exterior del beneficio, por una corriente de agua. Algunosbeneficios han implementado un sistema de recirculación de agua que funciona en la siguienteforma: la masa de pulpa y agua es conducida a un tamiz inclinado construido de varillasmetálicas o lámina perforada. En el tamiz se separa la pulpa y el agua de arrastre; esta última esde nuevo retornada al tanque de recirculación y luego repartida a las áreas de recepción,clasificación y despulpado.

Limpieza del café despulpado

Si el material que sale despulpado procediera únicamente de café-uva completamente maduro,estaría formado por granos despulpados y una cierta cantidad de pulpa, la cual depende del ajustey la calidad del pulpero. Sin embargo, ocurre usualmente que el café de primera despulpadoarrastra cierta cantidad de café medio verde y también café reseco; este último debido a que elsifón no realiza una separación perfecta. Estos tipos de café nunca pueden ser bien despulpadosen una sola pasada por el pulpero de primera, porque, o tiene poco mucílago o carecen de él.Además, dependiendo del tipo y grado de ajuste del pulpero, puede dejar pasar café en uva detamaño pequeño. Por consiguiente, es necesario eliminar todos estos tipos indeseables de frutosdefectuosos antes de proceder al proceso de fermentación.

La limpieza del café despulpado se hace principalmente utilizando cribas rotatorias. Las cribasesencialmente consisten en un cilindro que gira horizontalmente y que está formado por unaestructura hecha de anillos que sostienen un envarillado o bien la misma estructura puede estarforrada con lámina metálica perforada. Las cribas más comúnmente utilizadas están construidasde lámina metálica perforada, con perforaciones rectangulares con un largo de 25.4 mm (1”) yun ancho de 7.9 mm (5/16”). Las dimensiones usuales de las cribas son: 3 m. de largo y 0.90 m.de diámetro. También se pueden usar cribas construidas con varillas de hierro de 6.4 mm (1/4”)de diámetro, separadas entre sí 7.9 mm (5/16”), con un largo de 3.5 m y un diámetro de 0.5 m.Las ventajas de las cribas rotatorias es que trabajan parcialmente inundadas y eso permite separartres calidades de café: a) el grano de café que pasa a través de los agujeros (normalmente café deprimera), b) el grano de café que sale en el extremo de la criba (café de segunda) y c) el grano decafé que flota en la caja de la criba (flotes o natas).

Los granos de café que pasan a través de los agujeros de la criba son evacuados con agua por unsifón localizado en el fondo de la caja. Luego, los granos se pasan por un cilindro perforado(longitud 1m, diámetro 0.90 m y agujeros de 4.8 mm (3/16”) de diámetro) llamado “escurridor”


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con el objeto de eliminar cualquier exceso de agua. El café escurrido es enviado portransportadores helicoidales a los tanques de fermentación (Menchú, 1973).

El café rechazado por la criba (café medio verde, café reseco, o café que sale de los pulperosprincipales con pulpa adherida y que, por falta de mucílago no fue bien despulpado) esconducido por una bomba o por gravedad a los pulperos de repaso. Normalmente los pulperosde repaso son pulperos cilíndricos con pecho de metal. Este material es despulpado y luego pasaa una segunda criba rotatoria para su clasificación. El material que pasa por los agujeros,dependiendo de las prácticas del beneficio, se puede mezclar con el café de primera o procesarsecomo café de segunda. El café que se descarga por el extremo de la criba va a un contrarepaso oa los patios de secado.

Oportunidades de prevención de la contaminación en las etapas de despulpado yclasificación:

Es técnicamente factible reducir significativamente los consumos de agua en las áreas de: 1)recepción de café-uva, 2) canal sifón, 3) despulpado y 4) cribado, por medio de la instalación deun sistema de recirculación de agua también conocido como circuito cerrado de agua de proceso.En el diagrama 3.2 se sugiere un posible esquema para la recirculación del agua en lasmencionadas áreas.

• La suspensión de frutos de café en agua de recirculación, ya libre de piedras y arena y quefluye hacia los pulperos de primera, se le deberá separar el agua en un recuperador de agua(adelio o tamiz inclinado). El café-uva, libre del agua de arrastre, se descargará a untransportador helicoidal equipado con varias compuertas graduables de descarga localizadassobre cada pulpero lo que permitirá obtener una alimentación uniforme.

• Se sugiere que, en la medida de lo posible, el café en uva debería despulparse en seco. Eldespulpado en seco tiene las siguientes ventajas: a) hay un considerable ahorro de agua,b) se logran fermentaciones más rápidas debido a que se evita el lavado de azucares delgrano, c) al efectuar fermentaciones rápidas, se evitan pérdidas de peso del grano ya que sereduce la pérdida de alcoholes y aceites esenciales y d) el beneficio no queda supeditado a ladisponibilidad de grandes cantidades de agua. Para el despulpado en seco del café-uva deprimera se pueden utilizar pulperos con diseños tecnológicamente más eficientes como loconstituyen los pulperos cónicos verticales que por su diseño despulpan mejor el café, nolastiman el grano y consumen aproximadamente 50% menos de energía. Además, estospulperos operan sin agua. Los pulperos convencionales pueden dañar mecánicamente elgrano si la maduración no es óptima y regularmente requieren de cierta cantidad de agua paradespulpar bien el café.

• La pulpa descargada por los pulperos deberá ser transportada fuera del área de procesamientopor medio de un transportador helicoidal (tornillo sin fin) para evitar el uso de agua y,además, prevenir el lavado de sus azúcares que ayudan en el proceso de elaboración de abonoorgánico.


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• Recircular el agua en la sección de cribado de café en la siguiente forma: el café de primeraaceptado por la criba deberá pasar por un recuperador de agua y luego a un transportadorhelicoidal para enviarlo a los tanques de fermentación. El café rechazado por esta deberápasar a un recuperador de agua y luego a los pulperos de repaso. El material saliendo de lospulperos de segunda deberá cribarse y la fracción aceptada pasar por un recuperador de aguaantes de ser enviada a los tanques de fermentación del café de repaso. Todas las aguas de losrecuperadores deberán enviarse al tanque de recirculación. La clasificación del cafédespulpado y el transporte hacia los recuperadores de agua de las diferentes fraccionesseparadas, se deberán llevar a cabo utilizando agua de recirculación.

• En el cribado del café despulpado se pueden sustituir las cribas convencionales de metal porcribas construidas de polietileno de alta densidad y metales ligeros como el aluminio. Estascribas por su menor peso consumen menos energía y no son afectadas por los efectoscorrosivos de la miel del café.

• En el repaso del café rechazado por las cribas, se pueden utilizar pulperos tradicionales perocon el pecho de metal modificado para evitar lastimar el café verde.

• Frecuentemente se detecta en los beneficios que los motores eléctricos estánsobredimensionados con respectos a los requerimientos reales de potencia de las máquinas.Se deben utilizar motores de alta eficiencia con la potencia que requieren los equipos.

• Si se cuenta con pulperos de alta eficiencia que dejan pasar poca pulpa con el cafédespulpado, se pueden clasificar los granos de café de primera y segunda en las siguientesformas: a) con zarandas oscilantes utilizando únicamente un rocío de agua para distribuir elcafé a lo ancho de la zaranda o b) con cribas de varillas que funcionando en seco. Lasdiferentes fracciones separadas se pueden conducir en transportadores de tornillo sin fin. Conesta medida se estaría eliminado el agua de cribado y solo quedaría el circuito del sifón.


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Diagrama 3.2Recirculación de agua en las áreas de recepción,

clasificación, despulpe y cribado de café (Barrios, 1998)

iii) Fermentación del café recién despulpado

El grano de café recién despulpado está cubierto de una capa mucilaginosa que representaalrededor de 20% en peso del fruto maduro. Este mucílago esta formado principalmente porpectina y azúcares que se degradan en el proceso de fermentación. La fermentación de losgranos recién despulpados procede por un mecanismo complejo ya que actúan sobre el mucílagolas enzimas propias del grano y otras enzimas extracelulares producidas por los microorganismospresentes. Desde el punto de vista bioquímico, la eliminación del mucílago procede a través deuna degradación de la pectina y otras sustancias pécticas a ácido galacturónico y los azúcares se

Clasificación en canal-sifón

Despulpado café de 1era.

RepasoCribado

Criba FlotesFlotes

Distribuidor grano

Cribado

Transporte a pilas de fermentación

café primera y segunda

Café Primera Café segunda

Recuperador

de agua

Repaso

Flotes

Agua recirculada

de retorno

Agua recirculada

alimentación

Tanque decantador y

recirculador

Agua recirculada

alimentación

Agua recirculada

alimentación

Agua recirculada

de retorno

Agua de recirculación/

alimentación

Café vano

Recepción de café-uva

Agua recirculada

alimentaciónAgua recirculada

alilmentación

Flotes


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transforman primeramente a alcoholes y luego a ácidos orgánicos. Conforme avanza lafermentación, la formación de ácidos hace que el pH de la masa de granos de café, baje de unvalor de 6.0 que tiene el mucílago fresco, hasta alrededor de 4.0 cuando la partida está a punto delavado. La actividad enzimática se acelera fuertemente con la temperatura. Además, cuando serecircula el agua de despulpado, el líquido se enriquece de microorganismos e inocula los granosrecién despulpados dando como resultado una notable aceleración al proceso de fermentación.El tiempo de fermentación varía dependiendo de muchos factores pero en general puede durar de12 a 15 horas.

Los tanques de fermentación varían de acuerdo a sus capacidades, pero en general, suprofundidad no es mayor de 1 m con el objeto de tratar de mantener un ambiente aerobio en todala masa y evitar las fermentaciones anaerobias que generan ácidos grasos que imparten olores ysabores desagradables. Cuando la capa mucilaginosa se ha degradado lo suficiente para que susrestos se desprendan fácilmente se procede a un lavado con agua de los granos. El agua residualconteniendo una fuerte carga de sustancias orgánicas es descargada a fosas de absorción, lagunasde tratamiento y en muy pocos casos a los ríos.

Sustitutos de la fermentación

Como se mencionó anteriormente, la función primordial de la fermentación es la eliminación delmucílago, la cual puede realizarse también por otros medios, a saber:

Medios mecánicos: se utiliza normalmente máquinas accionadas por energía eléctrica queeliminan parcialmente el mucílago dejando restos de esta sustancia en la hendidura del grano.

Medios químicos: conlleva el uso de sustancias químicas tales como la soda cáustica, la calcomún o el cloruro de calcio para la eliminación del mucílago.

Fermentación enzimática artificial: al café recién despulpado se le agregan enzimaspectinolíticas en cantidades de 0.2% – 0.25 % del peso inicial con el fin de degradar el mucílago.

Oportunidades de prevención de la contaminación en la fermentación del café.

En la etapa de fermentación se detectaron las siguientes oportunidades de reducción de lacontaminación:

• Eliminar el mucílago por medios mecánicos utilizando máquinas desmucilaginadoras, lascuales consumen poca agua aunque el consumo de energía eléctrica es relativamente elevado.Estos equipos proporcionan una manera de eliminar el mucílago del grano en forma continua,lo que significa que se reduce el tiempo que conlleva fermentar naturalmente. Su empleopuede considerarse una operación versátil, sin embargo, al final del proceso quedan residuosde mucílago en la hendidura del grano afectando su apariencia si no se tiene un secadoinmediato. Si no es posible secar inmediatamente, se aconseja fermentar el café por un cortotiempo (alrededor de 6-8 horas) para terminar de eliminar los restos de mucílago. A manerade ilustración se puede mencionar que un desmucilaginador vertical ascendente presenta unconsumo de energía eléctrica de 6.6 HP para producir de 1 600 – 2 000 Kg de café lavado por


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hora (36 – 44 quintales/hora) y requiere entre 800 – 1 000 litros de agua. El mucílagoeliminado con estas máquinas se obtiene como una solución acuosa concentrada y puede serincorporado a la pulpa del café para mejorar su contenido de materia orgánica.Alternativamente, se pueden segregar estas aguas residuales de las provenientes del área deproceso y ser tratadas por separado. A manera de ilustración se puede mencionar que unbeneficio de café localizado en Juayúa, en El Salvador, reportó que el agua residualproveniente de las desmucilaginadoras, se hace pasar por un tamiz vibratorio inclinado dondese separa una masa de mucílago concentrado y un efluente con una carga orgánica mas baja;éste líquido se usa para regar una plantación de cítricos. En cuanto al mucílago, se acumulaen una fosa de absorción pero están planificando evaluar la opción de agregárselo a la pulpa.

• Eliminar el mucílago utilizando enzimas pectinolíticas a razón de aproximadamente 1 partede enzima por 400 partes de café despulpado. El costo de las enzimas es elevado pero suacción es eficaz.

• Suplir aire a la masa de café durante el proceso de fermentación para evitar fermentacionesanaerobias.

iv) Lavado del Café

Lavado del café fermentado

El café fermentado a punto de lavado debe someterse a una operación que elimine los residuosde mucílago, así como las sustancias formadas durante la fermentación con el objeto de obtenerun pergamino áspero y sin restos de mucílago en la hendidura. Una forma de lavar el café es pormedio del correteo. El correteo es un canal de longitud variable con un ancho entre 0.45 – 0.60m y profundidad de 0.5 m y con una inclinación de 0.75%. Su forma de operarlo consiste enalimentar inicialmente el café fermentado al principio del canal, en el que se han instaladopreviamente por lo menos tres tabiques de madera a diferentes distancias. Luego se procede aalimentar agua para clasificar y lavar el café. El café lavado de primera tiene un peso específicode alrededor de 1.17 y se retiene en los primeros tabiques, el café de segunda con un pesoespecífico menor (alrededor de 1.13) se retiene en los tabiques subsiguientes y los flotes y nataspasan sobre los tabiques. Este sistema se caracteriza por un elevado consumo de agua.

El café también puede lavarse por medio de máquinas lavadoras continuas que esencialmenteconstan de un cilindro de lámina de metal dentro del cual gira un eje central dotado de paletasque remueve y hace circular hacia el extremo opuesto la masa de café que se está lavando. En elcaso más sencillo, la masa de café junto con el agua sucia salen por el extremo opuesto,debiéndose completar el desaguado en un cilindro escurridor.

Otra forma de lavar el café es por medio de bombas centrífugas de impulsor abierto yalimentación axial, de forma que la fricción y la turbulencia generada dentro de la tubería albombear los granos de café con agua y los cambios bruscos de dirección son suficientes paradesprender los residuos de la fermentación. Este sistema maneja la suspensión de café en agua auna concentración de 40% de sólidos.


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Oportunidades de prevención de la contaminación en el lavado del café:

El lavado del café fermentado es la operación del proceso que más agua requiere. Porconsiguiente, se debe poner mucha atención a la reconversión de los actuales sistemas de lavado.En esta área se han detectado oportunidades importantes de reducción de la contaminación,algunas de las cuales se mencionan a continuación:

• Para economizar agua, tanto en el despulpado como en el lavado del café, se sugiere evaluarla opción técnica consistente en construir en el punto más bajo del beneficio, un sistemarecolector/decantador para captar y recircular las aguas del proceso (ver figura 3.4). Elsistema podría constar de dos tanques individuales: uno para recircular el agua de despulpadoy el otro para recircular el agua de lavado del café fermentado (agua miel). Cada uno de estostanques debería estar equipado con una bomba sumergible de rodete abierto capaz de manejarsólidos en suspensión de un tamaño de hasta 2.54 cm (1”). Además, los tanques deberíanconstruirse de tal forma que pudiesen funcionar utilizando dos capacidades diferentes deagua: una capacidad baja que almacene un volumen de agua tal que permita operar elbeneficio al principio y final de la cosecha y otra alta para almacenar el agua requeridadurante la temporada pico. El sistema de bombeo del tanque de aguas mieles debería sercapaz de manejar suspensiones de granos de café en agua. En la tubería de descarga deltanque de aguas mieles, podría instalarse un adelio con su respectiva tolva para separar elcafé semilavado de las aguas mieles y éstas retornarlas al tanque de fermentación paraterminar de evacuar el café. El café semilavado podría continuar el proceso de acuerdo a lasprácticas de cada beneficio. Los técnicos del área de post-cosecha de la AsociaciónNacional del Café de Guatemala (ANACAFE) recomiendan instalar en la tubería de descargadel tanque de aguas mieles un filtro hidráulico (ver plano en el anexo 6.3). El filtro encuestión, consta básicamente en dos secciones de tubería arregladas en forma concéntrica, detal forma que la tubería de menor diámetro, está perforada en su mitad inferior para permitirla salida parcial de las aguas mieles, las cuales retornan al tanque de fermentación, y en sumitad superior hay una abertura que permite la descarga del café pergamino parcialmentelavado hacia la próxima etapa del proceso.

• Si el método de procesamiento del café en un beneficio en particular no incluye el lavado yclasificado de los granos en canales de “correteo”, el café podría lavarse en una lavadora deeje horizontal y paletas. Luego la masa de café con agua miel se enviaría a una escurridora lacual, en su primera mitad, drenaría el agua miel y en la segunda mitad le agregaría agualimpia en forma de rocío a presión para terminar de lavar el café. Estas aguas serecolectarían y se recircularían a la caja de distribución donde se recibe el café fermentadosin lavar. Al café lavado se le agregaría agua limpia para transportarlo hasta los patios y alfinal de la tubería se colocaría un adelio para recuperar el agua limpia y retornarla a la bombade transporte, y el café escurrido se descargaría a una tolva de almacenamiento.


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Si las prácticas específicas de un beneficio o las normas de calidad del café a producirrequiriesen que éste se clasificase en canales hidráulicos (“correteo”) se han sugerido algunosmétodos para operar estos canales, los cuales se describen a continuación:

• El café fermentado suspendido en agua miel, saliendo del tanque de fermentación, estransportado a través del sistema de bombeo del tanque recolector/decantador hacia un adeliodonde se desagua el café semilavado. El café pergamino húmedo se descarga por medio deuna tolva al principio del canal de correteo y el agua miel se retorna al tanque defermentación para ayudar a la evacuación del café fermentado. Al finalizar la descarga deltanque, el agua de primer lavado se envía al sistema de tratamiento. Al canal de correteo sele agrega agua limpia y se procede a la operación de clasificación. Al final del canal secoloca un separador de sólidos de forma que permita separa el agua y por medio de unabomba se retorna al principio del canal hasta finalizar el proceso. Al concluir la clasificación,el agua de segundo lavado se envía al tanque recolector/decantador para reusarla en eldespulpado o como agua de primer lavado.

• El café fermentado suspendido en agua miel saliendo del tanque de fermentación esbombeado a través del sistema de bombeo del tanque recolector/decantador hacia un filtrohidráulico. En este filtro, parte del agua miel se retorna al tanque de fermentación paracontinuar evacuando el café y la otra parte se va con el café parcialmente lavado hacia elcanal de correteo. Cuando todo el café pergamino húmedo y el agua miel de primer lavadoestán en el canal de correteo se inicia el proceso de clasificación. Al igual que en el casoanterior, al final de canal de correteo se instala un separador de sólidos de forma que permitarecuperar el agua y retornarla por medio de una bomba al principio del canal. Cuando elproceso de clasificación está avanzado, se descarga el agua de miel de primer lavado y seenvía al sistema de tratamiento. Luego, se agrega agua limpia para finalizar la clasificación yterminar de lavar. El agua de segundo lavado podrá reutilizarse como agua de primer lavadoo para despulpar (ver figura 3.5) (Barrios, 1998).

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Figura 3.4Tanques decantadores y recolectores para la recirculación

de las aguas mieles y aguas de despulpado (Solís, 1997)

Nivel superior

Nivel superiorNivel inferior

Nivel inferior

Filtro hidráulico

Bombas sumergiblesTanque colector-decantador

aguas mieles

Aguas mieles

Café pergamino húmedo

+ agua primer lavado

al correteo

Café fermen-

tado + agua Agua recirculación

A despulpado

Tanque colector-decantador

agua de despulpado

Desagües

Agua limpia al inicio

del lavadoAgua retorno

del correteo

Pila

fermento


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Figura 3.5Circuito de lavado de café fermentado y clasificación en “correteo” (Barrios,

1998)

v) Secado del café

Secado al sol

El café lavado y recién escurrido tiene una humedad de alrededor de 55% (base húmeda) y en laetapa de secado reduce su humedad hasta valores de 9 – 12% para almacenarlo, trillarlo ovenderlo. En el caso particular del café, el mecanismo de secado se inicia con una etapa develocidad constante de secado, en la cual se evapora el agua superficial. Luego le sigue unasegunda etapa en la cual la velocidad de secado es decreciente y el agua debe emigrar del interiordel grano hacia la superficie del mismo, debiendo atravesar la película plateada para luego pasara una cámara de aire, la cual será mayor a medida que avanza el proceso de secado. Luego elagua en forma de vapor atravesará la cubierta o pergamino antes de que la corriente de airepueda arrastrarlo.

La práctica de secado más común es el secado al sol en patios de concreto o de ladrillos de barrococido. Esta práctica se reduce a extender el café recién lavado, inicialmente en capas delgadasy luego en capas de mayor espesor conforme avanza el secado. Se mezcla varias veces al díapara acelerar y homogeneizar el grado de secado y en época de lluvia o durante la noche se lerecoge y resguarda en casetas apropiadas. De acuerdo con el lugar y el régimen de lluviasimperante, la operación de secado al sol puede tardar de 5 a 15 días. El movimiento de volteo decafé en los patios se hace con rastrillos que forman surcos, de manera que una nueva pasadacambia y revuelve los surcos antes formados.

Correteo

Bomba

Recuperador

de agua

Agua limpia al finalizar

clasificación

Depósito

colector decantador

Agua primer

lavado

Café

lavado

Filtro

hidráulico

Pila

fermentoCafé

+ agua miel

Agua miel primer

lavado recirculada

Agua limpia

al inicio

Agua miel a

tratamiento

Agua segundo lavado

para despulpar


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Secadoras mecánicas

El café también puede secarse en secadoras mecánicas siendo las más comunes las siguientes:

Secadora cilíndrica vertical (tipo Pacas): Esta secadora está constituida por una columnacilíndrica vertical, formada por la unión de tres secciones cilíndricas circulares y una de ellas, lainferior, se halla totalmente perforada con agujeros circulares. Internamente y en formaconcéntrica a esta sección cilíndrica perforada, se encuentra un cilindro con una punta cónica conperforaciones circulares. Esta sección en forma de cono facilita el flujo de café, el cual se muevede arriba hacia abajo a través del espacio anular que queda entre el cilindro interno y la paredexterna.

La acción de secado del café se lleva a cabo en la sección anular formada por las seccionescilíndricas perforadas donde el aire entra perpendicular al avance de la masa de granos. Cuandola masa de café deja la sección de secado cae a una tolva y es recirculada a la parte superior delsecador. El tiempo de secado es de aproximadamente 27 – 29 horas y la capacidad de la secadoraes de 4,840 Kg (107 quintales) de café seco por tanda.

Secadora de cilindro horizontal tipo Guardiola: Esta secadora está constituida por un tamborcilíndrico rotatorio en cuyo interior se coloca el café húmedo a secar. Las paredes de la secadorason de metal y están perforadas para permitir la salida del aire húmedo hacia el exterior. Elcilindro se halla montado sobre un eje hueco por donde circula aire caliente que es puesto encontacto con los granos de café mediante un conducto axial con brazos radiales perforados.Además, cuenta con ventanillas para la carga y descarga del café. El tiempo de secado es deaproximadamente 25 – 26 horas y su capacidad 3 637 – 3 773 Kg (80 – 83 quintales) de caféseco por tanda.

Secador de columna vertical: Esta secadora se basa en el principio de poner en contacto encontracorriente una cascada de granos que descienden por gravedad con un flujo de aire caliente,para luego sufrir un descanso parcial en el fondo de la secadora. El café en el fondo de lasecadora es trasladado hacia fuera por un transportador horizontal de tornillo y luego un elevadorde cangilones lo conduce hasta la parte superior. El tiempo de secado es de 36 – 39 horas y sucapacidad de 11 337 kg (250 quintales) de café húmedo por tanda.

En el secado del café normalmente se combina el secado al sol con el secado en secadorasmecánicas.

Oportunidades de prevención de la contaminación en el secado

En la etapa de secado se detectaron las siguientes oportunidades de prevención decontaminación:

• Con relación al horno o calorífero de las máquinas de secado, este consta normalmente de unhogar donde se quema el combustible y un sistema de intercambio de calor donde se calientael aire de secado. Los intercambiadores de calor actualmente en uso tienen muy bajaeficiencia (entre 19%–30%) al transferir el calor contenido en los gases de combustión hacia


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el aire de secado. Esto trae como consecuencia un alto consumo de energía ysobrecalentamiento de los sistemas de intercambio de calor. Además, debido a un diseñoinadecuado, algunas unidades requieren de ventiladores de gran potencia para hacer pasar elaire a través del intercambiador de calor. Es necesario rediseñar los intercambiadores decalor tradicionales por sistemas más eficientes. Se sugiere considerar los intercambiadoresde calor consistentes en bancos de tubos verticales en los cuales, los gases de combustión aalta temperatura fluyen por el interior de los tubos, y el aire de secado a calentarse, fluye enel exterior en forma perpendicular realizando al menos dos pasos por el banco. La caída depresión a través del sistema es baja comparada con las unidades tradicionales. Su eficienciavaría entre 45% a 70%. También se pueden utilizar los gases de combustión en formadirecta mezclados con aire frío para secar el café pero es necesario que estos gases esténlibres de partículas sólidas, residuos de combustible y humo.

• Utilizar primordialmente como fuente de calor los combustibles generados por el proceso deproducción de café como podría ser la cascarilla (pergamino seco) y la leña proveniente de laplantación.

• En la fase de evaporación constante (de 55% a 35% de humedad), la evaporación del agua esfácil y rápida y en dicha fase se recomienda el uso de presecadoras o patios. En la fasecrítica (35% - 20% de humedad) se recomienda el uso de secadoras de tipo rotativo. En elperíodo de estabilización de humedad del grano, en donde el grano alcanza su punto desecado final, se recomienda realizarla de preferencia al sol. Si se usan secadoras mecánicassu temperatura deberá ser menor de 60 grados centígrados.

• Descartar el uso de secadoras que tienen altos requerimientos de energía (eléctrica y calórica)para evaporar el agua contenida en el grano.

c) BENEFICIADO SECO DE CAFÉ

En el beneficiado seco del café la materia prima a utilizar es el café pergamino seco obtenido delbeneficiado húmedo. El producto final lo constituye el café en oro y para su obtención esnecesario eliminar primeramente el pergamino o cascarilla que constituye aproximadamente un20% de la materia prima y luego eliminar los granos defectuosos por medios mecánicos. Si lapreparación lo exige, es necesaria la intervención de elemento humano para un escogido manual(banda de escogido).

i) Transporte

El transporte del café en el beneficio seco supone mover el café de un lugar a otro, para lo cualse utilizan los equipos necesarios tales como: carretillas manuales, montacargas, transportadoresneumáticos, transportadores de cangilones, bandas transportadoras, etc. que no solo permitentrasladar el café de un lugar a otro, sino elevarlo a diferentes alturas dependiendo de lasnecesidades de las instalaciones.


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ii) Recepción del café

El proceso de transformación del café pergamino empieza en la tolva de recepción. Esta poseeun enrejado con el fin de eliminar objetos grandes ajenos al café que podrían dañar la maquinariadurante el proceso. Todo el café que se deposite aquí abastece la línea de producción.

iii) Depuración gruesa

En este primer limpiado se utilizan zarandas o cribas con tamices calibrados que permitenseparar los materiales indeseables gruesos y finos del café pergamino. Normalmente laszarandas tienen un tamiz de 12.7 mm (1/2”) que retiene cordeles, piedras, etc. y deja pasar elcafé.

iv) Trillado del café lavado

El café pergamino seco (humedad entre 11% – 13%) es sometido a la operación de trilla la cualconsiste en separar el pergamino del café-oro. Esta operación se lleva a cabo en equiposllamados trillas o retrillas. Al momento de salir de la trilla, el café es pasado por un succionadorque remueve el pergamino suelto. El beneficio seco procesa no solo el café pergamino sinotambién, el café en estado de cereza seca (café natural). Este necesita trillas más potentes y unagraduación diferente entre la “concha” y el “gusano”, por su estructura diferente.

El grado de secado que se le dio al café afectará el rendimiento de la trilla ya que si un café estádemasiado seco, la trilla quebrará un mayor porcentaje de grano que será succionado junto con elpergamino, lo cual afectará negativamente el rendimiento o la razón de conversión de cafépergamino a café-oro.

v) Clasificación por tamaño

Luego de la trilla, el café en oro se pasa por una zaranda vibratoria donde se separa el granoredondo, el café de primera y el polvillo. También se pueden utilizar clasificadoras de cilindrosrotatorios.

vi) Clasificación neumática (Catadoras)

Luego de la clasificación por tamaños sigue la clasificación neumática de grano la cual se lleva acabo por medio de maquinas llamadas “Catadoras”. Estas efectúan una clasificación pordensidad, eliminando granos que no tienen el peso específico de un grano normal, tales comogranos quebrados, verdes, vanos y argeñados. La estructura de estas máquinas es de columnasde base rectangular que poseen un ventilador en la parte inferior. Las catadoras son alimentadaspor la parte superior dejando caer café sobre la fuente de aire que es impulsada hacia arriba. Enla salida superior sale el polvillo, en la media el café de segunda y en la inferior el café deprimera.

El transporte entre las diferentes etapas del proceso se realiza por transportadores de cangilones oneumáticos.


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vii) Clasificación vibroneumática

Luego del paso por las catadoras, el café se somete a una clasificación vibroneumática. Esteproceso se lleva a cabo en una máquina tipo Oliver que realiza una clasificación por peso,neumática y gravimétrica que funciona basándose en aire, gravedad y vibraciones. En la partesuperior tiene cuatro salidas en las cuales se descargan las siguientes calidades de grano: en laprimera salida, granos grandes y deformes; en la segunda, granos de primera; y en la tercera ycuarta, granos pequeños y poco densos.

viii) Clasificación electrónica

Luego de la selección en la máquina tipo Oliver el café se selecciona en forma electrónica. Estaoperación se lleva a cabo con una máquina de selección electrónica, la que se encarga deeliminar todo aquel grano que no encaje dentro del patrón de color (verde normal) que se le hayapredeterminado. Los granos de café que ingresan a la máquina son pasados por un conductodonde están ubicados los analizadores electrónicos siendo apartados por un impulso de aire si nocumplen con el patrón previamente establecido.

ix) Escogido manual

Dado que las máquinas mencionadas anteriormente no realizan una selección perfecta, al finaldel proceso de beneficiado seco, el café en oro tiene que ser escogido a mano. Esto se lleva acabo en las bandas de escogido a mano, donde se esparce el café a medida que la banda corre, loque permite que los operarios fácilmente separen los granos defectuosos.

x) Mezclado

Esta operación consiste en mezclar diferentes tipos de café de acuerdo a las preparaciones aelaborar (preparación americana, preparación europea y preparación japonesa). El mezclador noes más que un tanque cilíndrico metálico con fondo cónico equipado con un transportador detornillo vertical para recircular los diferentes tipos de café que se están mezclando.

Oportunidades de prevención de la contaminación en el beneficiado seco:

En esta etapa se identificaron las siguientes oportunidades:

• Evitar las fugas de aire conteniendo polvo de cascarilla de café en las diferentes áreas delbeneficiado seco especialmente durante el trillado y la clasificación con máquinas tipoOliver.

• Utilizar motores de alta eficiencia en los diferentes equipos del beneficiado seco.


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SUBPRODUCTOS DEL BENEFICIADO DE CAFÉ Y SU DISPOSICIÓN

Los subproductos del beneficiado del café son los siguientes:

• Pulpa• Mucílago• Pergamino o cascarilla

a) PULPA DE CAFÉ

i) Composición

La pulpa de café está formada por el epicarpio y una parte del mesocarpio del fruto del cafeto.Esta constituye alrededor del 40% en peso (base húmeda) del fruto y su humedad es deaproximadamente 85%. Su composición varía dependiendo de muchos factores, sin embargo, amanera de ilustración se presenta a continuación un análisis aproximado:

Tabla 4.1: Composición química de la pulpa del café

COMPONENTE CONTENIDO (%)(base seca)

Cafeína 0.95Polifenoles 2.90Azúcares totales 4.10Proteína cruda 13.30Lignina 19.30Materia grasa bruta 1.73Celulosa 18.30Digestibilidad materia orgánica 55.0Cenizas 9.70

Capacidad calorífica: 15,900 kJ/kg.

ii) Posibles usos de la pulpa de café

Alimentación animal

Se han realizado ensayos de alimentación animal con pulpa de café y se encontró que la pulpa decafé puede incorporarse hasta en un 5% en dietas para aves, en un 16% para porcinos y en un20% para ganado bovino tanto de carne como de leche (Jarquín, R., 1987).

Crecimiento de hongos basidiomicetos


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Se han realizado ensayos de crecimiento de hongos comestibles (basidiomicetos),específicamente el hongo Pleurotus Ostreatus u hongo ostra, sobre pulpa fresca de caféobteniendo rendimientos de 113 – 176 Kg de hongos frescos por tonelada de pulpa de café pesohúmedo (Guzmán, G. y colaboradores, 1987). La desventaja de este proceso radica en que loshongos crecen bien sobre pulpa fresca la cual está disponible únicamente 3 meses al año y elresto del tiempo habría que utilizar pulpa conservada por medio de ensilado y sobre este materiallos hongos ya no crecen bien.

Crecimiento de larvas y lombrices

Se han realizado ensayos de crecimiento de larvas y lombrices con buen éxito (Lardé, G., 1987).Sin embargo, esta técnica resuelve solo parcialmente el problema del tratamiento de grandescantidades de pulpa generadas en los pocos meses de cosecha.

Prensado y combustión de pulpa

La pulpa puede ser prensada en una prensa continua de tornillo donde se eliminaaproximadamente un 35 % de su peso fresco inicial. Como resultado se genera un material conuna humedad de aproximadamente 82 – 83 % y de buenas características físicas que facilitan susecado al sol. Este material se seca en aproximadamente 3 días y un área de patio de un metrocuadrado es capaz de secar al sol 14.67 Kg de pulpa prensada y rendir 3.07 Kg de pulpa seca(Porres, C., 1987). Este material se puede mezclar en partes iguales en peso con cascarilla decafé y quemarse en los hornos de las secadoras con excelentes resultados. Sin embargo, la pulpade café sin prensar y seca presenta problemas para su combustión. No obstante lo antesexpuesto, la utilización de la pulpa como combustible presenta los siguientes problemas:

• Si se prensa pulpa para secar durante la temporada de cosecha, el secado de este materialcompetiría con los granos de café por el uso de los patios.

• En el prensado de la pulpa se genera un líquido llamado jugo de pulpa de café que esaltamente contaminante (alrededor de 70,000 mg de DQO/litro (Lardé, G., 1997)) y sudisposición vendría a agravar el problema de contaminación causado por los subproductosdel café.

• Si se conserva la pulpa de café por medio de ensilado para ser prensada fuera de temporada yasí poder aprovechar los patios que están en desuso, el problema de la disposición del jugo dela pulpa aún persistiría. Además, el material ensilado tiene un carácter ácido y cuando seutiliza como combustible, se han tenido informes que los ácidos orgánicos no se destruyencompletamente en el hogar del horno y luego se depositan en las chimeneas, provocandocorrosión del metal.

Abono Orgánico

La elaboración de abono orgánico (o compost) a partir de pulpa de café, presenta una alternativaviable y acertada para solucionar el problema de disposición de la pulpa. La elaboración deabono orgánico es un proceso aeróbico en el cual hay que mantener un suministro constante de


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aire a toda la masa de material que se está fermentando. Esto se puede lograr en dos formas: a)mezclando las pilas de material al menos una vez cada día en la etapa de mayor actividad o b)por un método acelerado que consiste en apilar la pulpa de café sobre un tubo plástico perforadoal cual se le conecta un ventilador en el extremo. El ventilador funciona con cierta periodicidadsuccionando aire a través de la pila de material. El proceso de composteo utilizando mezcladomanual podría durar aproximadamente entre 1 –2 meses mientras que el proceso aceleradopodría durar entre 18 a 22 días.

El abono orgánico durante su proceso de elaboración pasa por tres fases distintas. La primerafase se caracteriza por una elevación de la temperatura hasta 40 – 50 grados centígrados durantelas primeras 24 – 48 horas y se consumen los nutrimientos fácilmente degradables. Luegodurante la segunda fase, la temperatura se eleva a 40 – 70 grados centígrados, y la celulosa ysubstancias menos biodegradables son destruidas. La tercera fase o fase de curado comienzacuando la concentración de sustancias biodegradables declina. En este momento el material esrecolonizado por microorganismos mesofílicos desde las capas exteriores de la pila y el materialse enriquece de sustancias húmicas. Además, y lo que es más importante, el abono orgánico serecoloniza con agentes de control biológico de las enfermedades del suelo y tiene la valiosacualidad de actuar como un supresor de éstas. La concentración de los principales nutrimientos(NPK) en el abono es relativamente baja pero su cualidad como acondicionador de suelos esexcelente. Es importante resaltar que los beneficios del abono orgánico se pierden cuando seretorna a la plantación la pulpa fresca o ensilada (como resultado de haberla dejado apilada sinningún tipo de aireación). Además, el retornar la pulpa fresca al campo sin un proceso decomposteo podría representar una forma de contaminar la plantación con enfermedades de otraszonas, en aquellos casos que se reciben lotes de café de diferentes fincas. La calidad del abonoorgánico se puede mejorar cuando se le mezclan otros subproductos agrícolas tales como bagazode caña, cachaza (proveniente de la clarificación del jugo de caña), cenizas, gallinaza seca,estiércol seco, etc. y, además, su venta al público podría representar un ingreso económico extrapara el beneficio. Los caficultores han reportado aumento en la producción de sus cafetoscuando utilizan abono orgánico.

b) MUCÍLAGO DEL CAFÉ

El mucílago del café está constituido por el mesocarpio del fruto y representa de un 15% a 20%del peso de la fruta fresca. El pH del mucílago fresco varía entre 5.5 - 6.2. El mucílago tiene uncontenido de pectina (en base seca) que pueden variar entre 15.9% - 33%. El resto decomponentes lo constituyen: agua, azúcares reductores y no reductores, celulosa, cenizas, etc.En ensayos realizados por García y col. (1987) encontraron que la pectina del mucílago es debajo contenido de metoxilo, su peso molecular es inferior a las pectinas cítricas y de manzana, yque las pectinas de café ensayadas no formaron geles consistentes después de la adición de ionescalcio. Por lo tanto, desde el punto de vista técnico y económico no es atractivo su aislamiento ycomercialización.

Durante el proceso de fermentación de los granos de café despulpado, el mucílago es degradadoa ácido galacturónico, ácidos orgánicos (principalmente acético y láctico), alcohol y otrosproductos de la fermentación y el pH del mucílago baja hasta aproximadamente 4.0. En estepunto los granos de café son lavados con agua dando como resultado las aguas mieles, teniendo


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éstas una demanda química de oxigeno de aproximadamente 17 000 mg/l y se producen en unvolumen de aproximadamente 6.1 ± 3.8 litros por Kg. de café-oro producido (Lardé, G., 1997).

En lo referente al tratamiento de las aguas mieles, se sugiere que la primera acción que deberíarealizar el beneficio sería separar las descargas líquidas más contaminadas (agua de despulpado yagua de primer lavado) de las menos contaminadas y tratarlas por separado. El mucílago sedebería extraer con la menor cantidad de agua posible y este líquido concentrado agregárselo a lapulpa fresca o al compost durante la fase de mayor temperatura. Si esto no fuese técnicamentefactible, se sugiere el siguiente esquema: mezclar el agua de despulpado con el agua del primerlavado o el agua de desmucilaginado en un tanque pulmón y el resto de las aguas separarlas paratratarlas por separado. Bombear las aguas de despulpado y primer lavado hacia un tamizvibratorio inclinado, de ranuras rectangulares con abertura entre 1.0 mm a 2.0 mm, para separarlos sólidos gruesos. Luego pasar a un tanque de dosificación y mezcla, donde se agregaría cal ysulfato de aluminio. Este líquido sería alimentado a un sedimentador estático con el objeto deeliminar los sólidos en suspensión y las sustancias insolubles formadas al adicionar iones calcio.El diseño del sedimentador debería realizarse basado en los resultados de ensayos experimentalesde sedimentación en columna efectuados con este líquido simulando las condiciones delbeneficio. Como resultado de estos ensayos se obtendría la carga volumétrica con la cual sedebería alimentar el sedimentador por unidad de superficie por día. El líquido libre de sólidos ensuspensión y neutralizado, se alimentaría a un estanque de tratamiento anaerobio, el cual deberíase diseñado en base a la carga orgánica alimentada por unidad de superficie por día. Luego delestanque anaerobio, el líquido se pasaría a un estanque de tratamiento facultativo y finalmente aun estaque aeróbico de alta tasa (todos debidamente diseñados). Al final del tratamiento, ellíquido podría ser enviado a pozos de absorción o utilizado para regar campos de sacrifico dondese hayan sembrado plantas resistentes a este líquido. Es oportuno señalar que la infiltración delas aguas residuales en el suelo sin ningún tratamiento podría conducir a una contaminación de lacapa freática en aquellos terrenos donde no está muy profunda.

A manera de ilustración se incluye en la tabla 4.2 algunos criterios normalmente utilizados en eldiseño de lagunas de tratamiento:

Tabla 4.2: Parámetros de diseño normalmente usados en el cálculo de lagunas detratamiento

Tipo deLaguna

Tiempo de residenciahidráulico(días)

pH Profundidad

(m)

CargaOrgánica(Kg BOD5/Ha-d)

Laguna anaerobia 20 – 50 6.5 – 7.2 2.5 - 5.0 225 – 560

Laguna aeróbicade alta tasa

4 – 6 6.5 – 10.5 0.3-0.5 90 – 180

Se han realizado ensayos de tratamiento de aguas mieles en reactores anaerobios de flujoascendente a través de un manto de lodos (Up-flow anaerobic sludge blanket (UASB)). Los


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resultados obtenidos con cargas espaciales de 3 Kg de DQO/m3/día, un día de tiempo deresidencia del líquido en el reactor, obteniéndose reducciones de un 90 – 95% de DQO (Calzada,1987). Sin embargo, el principal problema radica en que el reactor debe ser alimentadoconstantemente para que aumente su biomasa interna y por ende su rendimiento. En el caso deusarse el reactor únicamente para aguas mieles, este pasaría inactivo alrededor de 9 meses al añoa menos que se almacenaran las aguas mieles para alimentar el reactor fuera de la temporada.

c) CASCARILLA O PERGAMINO DE CAFÉ:

La cascarilla de café constituye un 20% en peso del grano de café (base seca), con un contenidode humedad del 12 %. Su composición química (en base seca) es de: 47.2% de carbono, 4.6 %de hidrógeno, 0.12% de azufre, 48.1% de oxígeno y 9-12 % de humedad. Su poder calorífico esde 17,500 kJ/kg y por sus características físicas y químicas constituye un excelente combustiblepara ser utilizado en los hornos de las máquinas de secado de café.

Además de constituir un excelente combustible que se puede almacenar todo el año, la cascarillaseca es un buen sustrato para el crecimiento de hongos comestibles (basidiomicetos). El procesode producción de hongos es el siguiente: el material es pasteurizado, enriquecido con nutrientes,acondicionado, y luego es inoculado con el micelio del hongo. Posteriormente es colocado enbolsas plásticas y dejado en incubación por un determinado periodo de tiempo hasta que elmicelio cubre la masa de material. Luego se abren las bolsas para que aparezcan los cuerposfructificantes y se cosechan. La cascarilla usada podría utilizarse como un acondicionador desuelos.


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EFICIENCIA ENERGÉTICA EN LOS BENEFICIADOS DE CAFÉ

Se recomienda implementar un programa de cambio de motores de eficiencia estándar (actuales)a motores de alta eficiencia una vez que los motores actuales dejen de prestar servicio. Es decir,cuando un motor del beneficiado necesite reparación o remplazo, en lugar de reemplazarlo conun motor de eficiencia estándar, reemplazarlo con un motor de alta eficiencia.

Los motores de alta eficiencia están construidos con mejores soportes del eje de rotación yembobinados con el fin de reducir las pérdidas por fricción y por resistencia eléctrica.Dependiendo del caballaje del motor, las eficiencias de operación pueden ser desde 1% hasta10% mayores que las eficiencias de operación de los motores regulares. En general, se puededecir que, entre mayor el motor menor el aumento de la eficiencia. Normalmente se debe pagarun costo diferencial por un motor de alta eficiencia.

Los motores de alta eficiencia consumen menos cantidad de energía que los motores deeficiencia estándar con el mismo trabajo. El cálculo de los ahorros de los motores de altaeficiencia se realiza a partir de las siguientes ecuaciones:

Ecuación 1: Cálculo de la Energía Ahorrada

ES HP x N x C x LF x UF x H xE E

ECS ES Costo de l

c p

= −

= ×

1

1 1

a energia

donde:HP = Caballaje del motor a considerar, HPN = Número de motores de un determinado tamaño, sin unidadesC1 = Constante de conversión, 0.746 kW/HPLF = Fracción de la carga nominal a la cual trabaja normalmente el motor, se asume 75%UF = Fracción del tiempo de operación en el cual el motor trabaja, sin unidadesH = Tiempo de operación anual del equipo movido por el motor, h/añoEc = Eficiencia estimada de un motor existente (a 75% de carga), sin unidadesEp = Eficiencia estimada del motor de alta eficiencia (a 75% de carga), sin unidadesES = Energía ahorrada en kWh/añoECS = Costo de la energía ahorrada, $


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Ecuación 2: Cálculo de la Demanda Ahorrada

donde:HP = Caballaje del motor a considerar, HPN = Número de motores de un determinado tamaño, sin unidadesC1 = Constante de conversión, 0.746 kW/HPLF = Fracción de la carga nominal a la cual trabaja normalmente el motor, se asume 75%EFFc = Eficiencia estimada de un motor existente (a 75% de carga), sin unidadesEFFp = Eficiencia estimada del motor de alta eficiencia (a 75% de carga), sin unidadesCF = Factor de coincidencia la probabilidad de que el equipo contribuya a un pico en la

demanda de la planta, mensual.DUF = Fracción del año en la que el equipo contribuye a la demanda pico.C2 = Constante de conversión, 12 meses/añoDS = Ahorro en la demanda, kW/añoDCS = Ahorro en costo por la demanda, $

La duración de un programa de cambio de motores es permanente, por lo que es necesario que seinvolucre al personal de mantenimiento en el programa de reemplazo de motores, definir laspolíticas de reemplazo y comprometer a la administración a llevarlo a cabo.

Adicionalmente se debe tener en cuenta cual es el tamaño de motor que genera mayor consumode kWh. En la Figura 2, se puede observar que los motores de mayores a 100 HP consumen el59% de la energía eléctrica y en segundo lugar se encuentran los menores a 5 HP con el 14%.

Sin embargo, en los motores de baja potencia es en donde más se nota el ahorro de kWh, ya quela diferencia entre la eficiencia de los de baja y los de alta es mucho mayor. En la Figura 3, sepuede observar que los motores menores ó iguales a 5 HP son los que presentan un mayor ahorroal ser cambiados, con el 45%. Las figuras 2 y 3 facilitan la toma de decisiones para el cambio amotores de alta eficiencia.

EFF p

1 -

EFFc

1 x C 2 x DUF x CF x LF x C1 x N x HP = DS

demanda la de cos to x DS = DCS


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Figura 2: Consumo de Energía por Tamaño de Motor

<5 hp14% 5-10 hp

6%10-20 hp7%

50-100 hp7%

>100 hp59%

20-50 hp7%

Figura 3: Ahorro de energía por Tamaño de Motor

<5 hp45%

5-10 hp9%

10-20 hp4%

20-50 hp8%

50-100 hp12%

>100 hp22%


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GLOSARIO DE TÉRMINOS

Adelio: equipo utilizado en los beneficios de café para separar el agua de los granos de café.Consta de una sección curva forrada de lámina perforada donde rota un eje dotado de paletas deforma que el agua drena por los orificios y el café escurrido es sacado por las paletas.

Aguas mieles: aguas residuales provenientes del lavado del café contenido en las pilas defermentación, estas aguas contienen mucílago y productos de degradación del éste.

Beneficio de café: complejo agroindustrial donde se procesa el fruto del cafeto para obtener elcafé-oro.

Beneficiado seco: es el proceso por medio del cual al café pergamino seco se le elimina lacascarilla y luego se clasifica por densidad, tamaño y apariencia para producir el café-oro.

Beneficiado húmedo: Proceso por el cual el café-uva es transformado en café-oro, utilizandoagua para clasificarlo, despulparlo y desmucilaginarlo y finalmente el grano húmedo es secado.Todo este proceso se lleva a cabo en un centro de procesamiento llamado beneficio.

Café-uva: Fruto maduro del cafeto.

Café-oro: Café que se obtiene al procesar el café-uva en los beneficios. Consiste en la semilladel fruto del cafeto seca a la cual se le ha eliminado el epicarpio, mesocarpio y endocarpio.

Cascarilla: Subproducto que se obtiene en el trillado, y consiste en el endocarpio del fruto delcafeto que está entre la parte pulposa o pericarpio y la membrana plateada.

Canal de correteo: Canal con desnivel utilizado para lavar y clasificar café, construido deconcreto a lo largo de los patios y en su extremo final tiene un depósito cubierto con una láminade metal perforada que permite separar el agua del grano de café.

Cereza seca: Fruto del cafeto que no es despulpado sino secado después de cortado.

Criba: Cilindro metálico que sirve para separar por densidad y tamaño, el café de las impurezasque trae consigo.

Despulpadora: máquina que se encarga de separar la semilla de la materia carnosa que laenvuelve.

Día pico: es el día en el período de cosecha en que se recibe la mayor cantidad de café-uva.

Mucílago: es el mesocarpio del fruto del cafeto y consiste en una película que rodea la semilladel café antes de entrar al proceso de fermentación.

Patio: superficie plana con cierto grado de inclinación cubierta de concreto o ladrillos de barrococido y se utiliza para secar el café al sol.


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Café pergamino: grano de café que sale del despulpe (café pergamino húmedo) o grano de caféque sale del proceso de secado (café pergamino seco)

Pulpa: epicarpio del fruto del café que se separa en las despulpadoras.

Punto de fermentación: momento cuando la fermentación del mucilago del grano ha llegado aun punto tal que permite su remoción fácilmente.

Punteo o punto de secado: momento en el cual el café pergamino alcanza un nivel de humedadentre el 10% –12%

Presecadora: máquina que se encarga de reducir la humedad del grano de café desde sucontenido inicial como fruto fresco (55%) hasta alrededor de 35%.

Resacas: café de baja calidad que se utiliza para el consumo doméstico en los paísesproductores.

Secadora: máquina que se utiliza para secar el café normalmente hasta su punto final (12% dehumedad) utilizando una corriente de aire caliente.


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CITAS BIBLIOGRÁFICAS

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Documents

guía de prevención de la contaminación para el beneficiado de café