DISEO, CONSTRUCCIN Y PRUEBAS DE UN SISTEMA PROTOTIPO PARA LA PRODUCCIN DE ETANOL A PARTIR DE MANZANA Y ZANAHORIA

DISEO, CONSTRUCCIN Y PRUEBAS DE UN SISTEMA PROTOTIPO PARA LA PRODUCCIN DE ETANOL A PARTIR DE MANZANA Y ZANAHORIA

Ingeniera AmbientalAsignatura: Ingeniera de bioprocesos ambientalesDocente: Ing. P. OrmacheaAlumnos:Malqui, Sergio.Prada, Sheyla.

UAPCAPTULO I1. GENERALIDADES Y OBJETIVOS1.1. Antecedentes.La palabra alcohol proviene del rabe al (el) y kohol que significa sutil. Los rabes conocieron el alcohol extrado del vino por destilacin. Sin embargo su descubrimiento se hace remontar a principios del siglo XIV, atribuyndose al mdico Arnau de Villanova, sabio alquimista y profesor de medicina en Montpellier.

1.2. Introduccin.

En la actualidad, los procesos ms utilizados, aunque no tan rentables para la obtencin de etanol a partir de almidn, son los que realizan una hidrlisis previa para transformar este ltimo a glucosa y, posteriormente, fermentar sta a etanol mediante levaduras. Dentro de los cultivos no convencionales, la papa, la zanahoria y la manzana son unos de los ms prometedores para la obtencin de etanol en nuestro pas, debido a su alto contenido de hidratos de carbono fcilmente fermentables.

1.3. Justificacin.

El etanol obtenido por medios biotecnolgicos se constituye en una importante alternativa para el aprovechamiento de la sobreproduccin de ciertos productos tales como la manzana y la zanahoria.Una de las tcnicas ms utilizadas, y econmicas en la obtencin de Etanol, es la descomposicin o fermentacin a travs de microorganismos, logrando que la materia utilizada sea la adecuada para la obtencin de este producto.

1.4. Objetivos.

1.4.1. Objetivo generalDisear, construir y probar un sistema prototipo para la produccin de etanol a partir de Manzana y Zanahoria.1.4.2. Objetivos especficos Analizar el marco terico sobre el sistema de produccin de etanol. Seleccionar el proceso ms adecuado para la produccin de etanol. Analizar el proceso de fermentacin de la biomasa. Disear el sistema de destilacin. Instalar y probar el sistema de produccin de etanol. Analizar los costos del sistema.

CAPTULO II2. MARCO TERICO DEL PROCESO DE FERMENTACIN Y DESTILACIN DE ETANOL.

2.1. Que es el etanol.El compuesto qumico etanol, o alcohol etlico.Al mezclarse con agua en cualquier proporcin, da una mezcla azeotrpica.

2.1.1. Caractersticas del etanol. Es un lquido inflamable, incoloro y es el alcohol de menor toxicidad. Es usado como desinfectante o solvente. Posee un alto octanaje y una mayor solubilidad en gasolina que el metanol. Puede ser utilizado como un combustible alternativo. Adems es usado como un aditivo que se le aade a la gasolina para oxigenarla, el cual ayuda a que se produzca una mejor y limpia combustin. 2.1.2. Usos del etanol. Presente en diversas bebidas fermentadas. El etanol se utiliza ampliamente en muchos sectores industriales y en el sector farmacutico.Es un buen disolvente, y puede utilizarse como anticongelante.La industria qumica lo utiliza como compuesto de partida en la sntesis de diversos productos, como el acetato de etilo (un disolvente para pegamentos, pinturas, etc.), el ter di etlico, etc.

CAPITULO III

Fermentacin alcohlicaLafermentacin alcohlicaes unproceso biolgicodefermentacinen plena ausencia deaire(oxgeno- O2), originado por la actividad de algunos microorganismos que procesan loshidratos de carbono(por regla general azcares: como por ejemplo laglucosa, lafructosa, lasacarosa, elalmidn, etc.) para obtener como productos finales: unalcoholen forma de etanol.

2.2. Proceso de preparacin de la materia prima y su fermentacin. 2.2.1. Preparacin de la materia prima.

Antes de la fermentacin del producto se procede a la preparacin de la materia prima, la cual consiste en el retiro de las partes innecesarias coma la raz y el tallo.Una vez listo el producto se procede a la obtencin del zumo o jugo, para lo cual se puede utilizar un extractor de zumo de frutas.A continuacin el fermento es activado y colocado en un lugar fresco y de preferencia en condiciones escazas de luz, para que las levaduras estn en su mejor habitad y puedan realizar un buen trabajo de fermentacin. Este proceso termina cuando las bacterias o levaduras dejan de producir CO2, lo cual nos indica que est listo para el proceso posterior que es la destilacin.

La fermentacin alcohlica tiene como finalidad biolgica proporcionar energa anaerbica a losmicroorganismos unicelulares(levaduras) en ausencia deoxgenoa partir de la glucosa. En el proceso las levaduras obtienen energa disociando lasmolculasdeglucosay generan como desechosalcoholy dixido de carbono CO2. Las levaduras y bacterias causantes de este fenmeno son microorganismos muy habituales en lasfrutasycerealesy contribuyen en gran medida al saborde losproductos fermentados.Una de las principales caractersticas de estos microorganismos es que viven en ambientes completamente carentes deoxgeno(O2), mxime durante la reaccin qumica, por esta razn se dice que la fermentacin alcohlica es un procesoanaerbico.

La fermentacin alcohlica es un proceso anaerobio en el que las levaduras y algunas bacterias, descarboxilan el piruvato obtenido de la ruta Embden-Meyerhof-Parnas (glicolisis) dando acetaldehdo, y ste se reduce a etanol por la accin del NADH2Siendo la reaccin global conocida como la ecuacin de Gay-Lussac

C6H12O6-> 2 CH3CH2OH + 2 CO2

El balance energtico de la fermentacin puede expresarse de la siguiente forma :

C6H12O6+ 2 ADP + 2 H3PO4> 2 CH3CH2OH + 2 CO2+ 2 ATP + 2 H2O

LA LEVADURASACCHAROMYCES CEREVISIAELa levadura se encuentra en la naturaleza, son seres vivos que se encuentran en nuestro entorno: en el agua, la tierra, en las frutas y en las hojas de las plantas. Se conocen unas 500 especies de levaduras. Su nombre cientfico, saccharomycescerevisiae, significa floritura que fermenta el azcar de un cereal para producir alcohol y dixido de carbono. Una clula de levadura tiene unos 6000 genes diferentes. Tambin tiene cromosomas, como cualquier organismo vivo. Una clula de levadura tiene solo 16 cromosomas

METODOLOGIA

Materiales

Frasco hermticos.Sondas LevaduraMateria prima (manzana, zanahoria)

Pasos del proceso (proyecto piloto)Exprimir o triturar para liberar el azcar (Zanahoria)Diluir con agua, aunque no siempre es necesarioFermentar

RECOMENDACIONES ( DESPUES DE REALIZAR EL MUESTREO PILOTO)REACTOR:Es recomendable que sea de plstico o material reciclado.El reactor tiene que ser de paredes circulares/ovaladas.El tamaoTransparenteTermostatoMATERIA PRIMA:Es preferible usar un extractorLa zanahoria en este caso tiene que cumplir ciertas caractersticas fsicas.

DISEO Y CONSTRUCCION DEL REACTOR

1.4. Objetivos.

1.4.1. Objetivo generalDisear, construir y probar un sistema prototipo para la produccin de etanol a partir de Manzana y Zanahoria.1.4.2. Objetivos especficos Analizar el marco terico sobre el sistema de produccin de etanol. Seleccionar el proceso ms adecuado para la produccin de etanol. Analizar el proceso de fermentacin de la biomasa. Disear el sistema de destilacin. Instalar y probar el sistema de produccin de etanol. Analizar los costos del sistema.

zanahoriaMANZANA6 KG3 KG2.5 LT2LT10 gr5 gr

BURBUGEOZM3 DIAS5 DIAST AMBIENTET AMBIENTEY=m+X1B1+X2B2+X3B3YX1X2X3DIASLEVADURA (Gr)SUMO (LT)TEMERATURA

PAPEL ORGANICORESULTADOSDIASZANAHORIAMANZANA1XX2XX3XX4X5X6ANALISIS DE COSTOSCostos de inversin

Los costos de inversin son todos los gastos que se ha venido realizando en la construccin del sistema de obtencin de etanol incluyndose los costos directos, indirectos y totales.

CANTIDADESPECIFICACIONESVALOR UNITARIO(EN SOLES)VALOR TOTAL(EN SOLES)2BALDE DE 10 LT12242SONDAS MEDICAS1.532FRASCOS PEQUEOS DE 250 ML241SILICONA33TOTAL34Costos de produccinCANTIDADESPECIFICACIONESVALOR UNITARIO(EN SOLES)VALOR TOTAL(EN SOLES)1LEVADURA4.54.56ZANAHORA KG1.596MANZANA KG212TOTAL25.5ConclusionesSe concluye que antes de comenzar a disear este tipo de reactor, es muy importante saber la cantidad de fermento que se va a obtener de la materia prima a utilizar.El material ms adecuado para este tipo de proceso de obtencin de etanol, es el cobre por su alta conductividad trmica, pero debido a su alto costo, se emplea un material alternativo ms econmico.Se pudo observar que las zanahorias son las de mejor comportamiento; poseen un mayor porcentaje de azcares reductores y por consiguiente sus jarabes glucosados produjeron mayor contenido de etanol.

RecomendacionesEntendimos que en un proceso que usa clulas vivas completas como es un bioproceso se obtienen los cambios fsicos o qumicos deseados, razn por la cual recomendamos el empleo de la ingeniera de bioprocesos que involucren el aprovechamiento de la materia, que involucren agentes biolgicos para dar solucin a los problemas ambientales, problemas econmico productivos e industriales.