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ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA Y AGROINDUSTRIA OPTIMIZACIÓN DEL PROCESO DE EXTRACCIÓN DE ACEITE ROJO DE PALMA AFRICANA EN LA EMPRESA “HERMANOS MUÑOZ” PROYECTO PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE INGENIERO QUÍMICO GABRIELA ESTEFANÍA MUÑOZ PARREÑO [email protected] DIRECTOR: ING. EDWIN VERA PhD. [email protected] Quito, Marzo 2016
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ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL
FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA Y
AGROINDUSTRIA
OPTIMIZACIÓN DEL PROCESO DE EXTRACCIÓN DE ACEITE
ROJO DE PALMA AFRICANA EN LA EMPRESA “HERMANOS
MUÑOZ”
PROYECTO PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE INGENIERO
QUÍMICO
GABRIELA ESTEFANÍA MUÑOZ PARREÑO
DIRECTOR: ING. EDWIN VERA PhD.
Quito, Marzo 2016
© Escuela Politécnica Nacional (2016)
Reservados todos los derechos de reproducción
DECLARACIÓN
Yo, Gabriela Estefanía Muñoz Parreño, declaro que el trabajo aquí descrito es de
mi autoría; que no ha sido previamente presentado para ningún grado o
calificación profesional; y, que he consultado las referencias bibliográficas que se
incluyen en este documento.
La Escuela Politécnica Nacional puede hacer uso de los derechos
correspondientes a este trabajo, según lo establecido por la Ley de Propiedad
Intelectual, por su Reglamento y por la normativa institucional vigente.
_______________________________
Gabriela Estefanía Muñoz Parreño
CERTIFICACIÓN
Certifico que el presente trabajo fue desarrollado por la Srta. Gabriela Estefanía Muñoz Parreño.
_________________________
Ing. Edwin Vera Calle, PhD. DIRECTOR DE PROYECTO
AGRADECIMIENTO
Agradezco a Dios porque me ha dado todo en esta vida y por darme la capacidad
para realizar y culminar este trabajo. Él me ha guiado en mi camino y ha sido un
pilar fundamental en mi vida.
A mis padres Luis y Nancy por su paciencia, su amor incondicional y por sus
palabras de apoyo que me brindaron en cada paso que he dado en mi vida, cada
uno ha sabido darme su ayuda de manera diferente para la realización de este
trabajo. Les agradezco por todo el esfuerzo que hacen día a día por cada uno de
sus hijos, sin ustedes no seríamos nada.
Al Ing. Edwin Vera, un gran ejemplo. Agradezco su apoyo, su guía y saber
aconsejarme en la realización este trabajo. Agradezco su esfuerzo y su
colaboración.
A Daniel qué ha sido un apoyo. Le agradezco por sus palabras cuando fueron
necesarias y por toda su ayuda durante la elaboración de este proyecto.
Finalmente a todas esas personas que en pequeñas cosas han ayudado en la
realización de este trabajo. A mi tío Marcelo y todos los colaboradores del
laboratorio de operaciones unitarias, su contribución fue muy significativa para la
culminación de este proyecto.
i
ÍNDICE DE CONTENIDOS
PÁGINA ABREVIATURAS xi RESUMEN xii INTRODUCCIÓN xiii 1. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA
1
1.1. Extracción de aceite de palma africana
1
1.1.1. Generalidades 1 1.1.2. Aceite de palma africana 6 1.1.3. Extracción de aceite rojo de palma 8 1.1.3.1. Recepción de fruta 8 1.1.3.2. Esterilización 9 1.1.3.3. Desgranado 11 1.1.3.4. Digestión 12 1.1.3.5. Prensado 13 1.1.3.6. Decantación y secado 15 1.1.3.7. Separación de fibra 17 1.1.4. Plantas de pequeña escala 17 1.1.4.1. Plantas de pequeña escala 17 1.1.4.2. Proceso tradicional en África 18 1.1.5. Operación de la planta extractora 19 1.1.6. Desechos de la industria de aceite de palma 21 1.1.6.1. Desechos sólidos 22 1.1.6.2. Desechos líquidos 23 1.1.6.3. Emisiones gaseosas 24 1.1.7. Tratamiento de desechos en la industria de aceite de palma 24 1.1.8. Usos del aceite de palma 25 1.2. Mejoras en la extracción de aceites
26
1.2.1. Extracción con solventes 27 1.2.2. Ruptura mecánica 28 1.2.3. Nanotecnología 29 1.2.4. Reacción in situ 29 1.2.5. Mejoras en la esterilización 30 1.1.5.1. Esterilización continua 30 1.1.5.2. Esterilización con microonda 31 1.1.5.3. Esterilización acuosa con enzimas 32 2. PARTE EXPERIMENTAL
33
2.1. Evaluación de la situación actual de las operaciones unitarias de la extractora de aceite rojo de palma africana
33 2.1.1. Esterilización y desgranado 33 2.1.2. Digestión 35 2.1.3. Prensado 36
ii
2.1.4. Decantación 36 2.1.5. Secado 37 2.1.6. Tamizado 37 2.1.7. Centrifugado 38 2.1.8. Análisis de producto terminado 38 2.1.9. Balance de masa 38 2.2. Determinación de los parámetros óptimos de operación de esterilización y de digestión
39 2.2.1. Ensayos a escala de laboratorio 40 2.2.2. Análisis de la fibra del proceso de prensado y del aceite obtenido
40
2.3. Evaluación teórica del rendimiento del proceso con los cambios propuestos
41 2.4. Evaluación económica antes y después de la optimización del proceso
44 3. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
46
3.1. Evaluación de la situación actual de las operaciones unitarias de la extractora de aceite rojo de palma africana
46 3.1.1. Esterilización y desgranado 52 3.1.2. Digestión 55 3.1.3. Prensado 55 3.1.4. Decantación 57 3.1.5. Secado 58 3.1.6. Tamizado 60 3.1.7. Centrifugado 62 3.1.8. Análisis de producto terminado 63 3.1.9. Balance de masa 64 3.2. Determinación de los parámetros óptimos de operación de esterilización y de digestión
72
3.3. Evaluación teórica del rendimiento del proceso con los cambios propuestos
82 3.3.1. Prensado 83 3.3.2. Decantación 84 3.3.3. Secado 87 3.3.4. Sistema de recuperación 88 3.3.5. Balance de masa 90 3.4. Evaluación económica de la planta antes y después de la optimización del proceso
98 4. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
103
iii
4.1. Conclusiones 103 4.2. Recomendaciones
104
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
106
ANEXOS
113
iv
ÍNDICE DE TABLAS
PÁGINA
Tabla 1.1. Promedio de producción anual del total de aceites y grasas, y
grasas de animales
2
Tabla 3.1. Nomenclatura utilizada en los equipos del diagrama PFD y en
el diseño de la planta
48
Tabla 3.2. Determinación de la composición de los racimos de fruta 53
Tabla 3.3. Determinación de humedad de las corrientes del esterilizador 53
Tabla 3.4. Determinación de extracto etéreo de la corriente de entrada al
esterilizador
53
Tabla 3.5. Datos bibliográficos de composición del racimo de palma
africana
54
Tabla 3.6. Determinación de humedad de la corriente de entrada del
digestor
55
Tabla 3.7. Determinación de humedad de la corriente de entrada del
prensado
56
Tabla 3.8. Determinación de humedad y extracto etéreo de la corriente de
fibra de la prensa
56
Tabla 3.9. Determinación de la humedad de la corriente de entrada de la
decantación
57
Tabla 3.10. Determinación de la humedad de la corriente de la purga de la
decantación
57
Tabla 3.11. Determinación de aceite de la corriente de la purga de la
decantación
58
Tabla 3.12. Determinación de humedad de las corrientes del secador 59
Tabla 3.13. Determinación de aceite de la corriente de la purga del secador 59
Tabla 3.14. Determinación de granulometría de la corriente de entrada al
tamiz
60
Tabla 3.15. Determinación de humedad y extracto etéreo de la corriente de
desecho sólido del tamizado
61
Tabla 3.16. Determinación de la humedad de las corrientes de entrada y
salida del centrifugado
62
v
Tabla 3.17. Determinación de humedad y aceite de la corriente de desecho
líquido del centrifugado
63
Tabla 3.18. Parámetros de calidad del aceite de palma africana 64
Tabla 3.19. Cantidad y composición de la corriente F 66
Tabla 3.20. Metodología utilizada para el balance de masa 66
Tabla 3.21. Rendimiento del proceso de extracción 70
Tabla 3.22. Eficiencia teórica del proceso de extracción 70
Tabla 3.23. Pérdidas de aceite en las operaciones unitarias 71
Tabla 3.24. Relación entre el extracto etéreo del aceite obtenido en
laboratorio y el de la fibra de extractora
73
Tabla 3.25. Extracto etéreo y porcentaje de pérdida de aceite de la prensa
obtenido del diseño experimental 22 compuesto
74
Tabla 3.26. Puntos óptimos del diseño experimental 22 compuesto 76
Tabla 3.27. Parámetros de calidad del aceite de palma africana obtenido del
diseño experimental 22 compuesto
79
Tabla 3.28. Composición de las corrientes del prensado actuales 83
Tabla 3.29. Composición de las corrientes del prensado optimizadas 84
Tabla 3.30. Dimensionamiento de los diferentes sedimentadores
considerados para la optimización
85
Tabla 3.31. Composición de las corrientes de decantación actuales 86
Tabla 3.32. Composición de las corrientes de decantación optimizada 86
Tabla 3.33. Composición de las corrientes del secador actuales 87
Tabla 3.34. Composición de las corrientes del secador optimizadas 88
Tabla 3.35. Composición de las corrientes de entrada y salida del sistema
de recuperación
89
Tabla 3.36. Composición de las corrientes de entrada y salida del sistema
de recuperación optimizado
90
Tabla 3.37. Eficiencia global del proceso de extracción actual y optimizada,
respecto a los racimos frescos y respecto al aceite
91
Tabla 3.38. Pérdidas de aceite en las operaciones unitarias sin y con la
optimización del proceso
92
Tabla 3.39. Costo de producción mensual de aceite de palma africana antes
de la optimización del proceso
99
vi
Tabla 3.40. Ingresos mensuales por venta del proceso y subproducto antes
de la optimización
100
Tabla 3.41. Índices financieros del proceso de extracción de aceite de
palma actualmente realizado
100
Tabla 3.42. Costo de producción mensual de aceite de palma africana
después de la optimización del proceso
101
Tabla 3.43. Ingresos mensuales por venta del proceso y subproducto
después de la optimización
102
Tabla 3.44. Índices financieros del proceso de extracción de aceite de
palma actualmente realizado
102
Tabla AII.1. Requisitos del aceite de palma africana especificados en la
norma INEN 30
119
Tabla AIII.1. Pesos inicial y final para la determinación de humedad 120
Tabla AIII.2. Humedades de las muestras y el promedio de cada corriente 121
Tabla AIV.1. Pesos total y de las fracciones de cada muestra 122
Tabla AIV.2. Porcentaje de aceite en las muestras H e I 123
Tabla AV.1. Pesos total retenido en los tamices 124
Tabla AV.2. Porcentaje retenido acumulado y pasado acumulado 125
Tabla AVI.1. Análisis de varianza del porcentaje de extracto etéreo 126
Tabla AVI.2. Análisis de varianza del índice de yodo 126
Tabla AVI.3. Análisis de varianza del índice de peróxido 127
Tabla AVI.4. Análisis de varianza de la acidez 128
Tabla AVIII.1. Estado de pérdidas y ganancias de la producción actual de
aceite de palma africana
131
Tabla AVIII.2. Flujo de caja de 10 años para la producción actual de aceite de
palma
132
Tabla AVIII.3. Datos utilizados para la realización de la gráfica de punto de
equilibrio del proceso actual
133
Tabla AIX.1. Estado de pérdidas y ganancias de la producción optimizada de
aceite de palma africana
134
Tabla AIX.2. Flujo de caja de 10 años para la producción optimizada de
aceite de palma africana
135
Tabla AIX.3. Datos utilizados para la realización de la gráfica de punto de
vii
equilibrio del proceso optimizado 136
viii
ÍNDICE DE FIGURAS
PÁGINA
Figura 1.1. Tipos de palma aceitera Elaeis guineenssi. Dura, Pisifera y
Tenera
3
Figura 1.2. Partes de palma aceitera Elaeis guineenssi. 1. Estigma. 2.
Exocarpio. 3. Mesocarpio. 4. Endocarpio. 5. Almendra. 6.
Embrión
4
Figura 1.3. Racimo de palma africana 5
Figura 1.4. Producción de aceite de palma (millones de toneladas) desde
1970 a 2010
7
Figura 1.5. Esterilizador horizontal de plantas extractoras de aceite de
palma
10
Figura 1.6. Desgranado de la industria de palma africana 12
Figura 1.7. Prensa de doble tornillo de extracción de aceite de palma 14
Figura 1.8. Desgranado manual 18
Figura 1.9. Desechos sólidos de las plantas extractoras de aceite. (A)
Racimos vacíos (B) Fibra (C) Cascara de palmiste
22
Figura 1.10. Sistema experimental de esterilización continua 30
Figura 2.1. Diagrama de flujo y lugar de toma de muestras de las
operaciones unitarias de la extracción de aceite en la empresa
“Hermanos Muñoz”
34
Figura 2.2. Esquema del decantador trifásico 44
Figura 3.1. Diseño general de la planta 49
Figura 3.2. Diseño del área de producción de la planta extractora 50
Figura 3.3. Vista isométrica del área de producción de la planta extractora 51
Figura 3.4. Granulometría de la corriente de entrada al tamiz 61
Figura 3.5. Resultados obtenidos de los análisis de cada operación unitaria 65
Figura 3.6. Diagrama de bloques del proceso de extracción de aceite crudo
de palma actualmente utilizado en la Extractora “Hermanos
Muñoz”
68
Figura 3.7. Diagrama de flujo del proceso de extracción de aceite crudo de
ix
palma actualmente utilizado en la Extractora “Hermanos
Muñoz”
69
Figura 3.8. Diagrama de Pareto estandarizado para el parámetro de extracto
etéreo diseño experimental 22 compuesto
75
Figura 3.9. Líneas de contorno para el parámetro del extracto etéreo del
diseño experimental 22 compuesto
77
Figura 3.10. Líneas de contorno para el parámetro de índice de yodo del
diseño experimental 22 compuesto
80
Figura 3.11. Líneas de contorno para el parámetro de índice de peróxido del
diseño experimental 22 compuesto
81
Figura 3.12. Líneas de contorno para el parámetro del extracto etéreo del
diseño experimental 22 compuesto
81
Figura 3.13. Diagrama de Bloques del proceso de extracción de aceite crudo
de palma optimizado
94
Figura 3.14. Diagrama de Flujo del proceso de extracción de aceite crudo de
palma optimizado
95
Figura 3.15. Diseño de los equipos optimizado 96
Figura 3.16. Vista isométrica del área de producción optimizado 97
Figura AVI.1. Superficie de respuesta del porcentaje de extracto etéreo 126
Figura AVI.2. Superficie de respuesta del índice de yodo 127
Figura AVI.3. Superficie de respuesta del índice de peróxido 127
Figura AVI.4. Superficie de respuesta de la acidez 128
Figura AVIII.1. Punto de equilibrio de la producción de aceite de palma africana 133
Figura AIX.2. Punto de equilibrio de la producción optimizada de aceite de
palma africana
136
x
ÍNDICE DE ANEXOS
PÁGINA
ANEXO I
Normas para la evaluación de las corrientes de la planta extractora
114
ANEXO II
Requisitos del aceite de palma africana descritos en la norma INEN 30
119
ANEXO III
Datos y ejemplo de cálculo para determinación de humedad
120
ANEXO IV
Datos y ejemplo de cálculo de composición de aceite en las purgas
122
ANEXO V
Datos para la determinación granulométrica del tamiz
124
ANEXO VI
Análisis estadístico del diseño experimental
126
ANEXO VII
Hojas de especificación de los equipos para la optimización
129
ANEXO VIII
Datos de la evaluación económica actual
131
ANEXO IX
Datos de la evaluación económica con la optimización del proceso
134
xi
ABREVIATURAS
°C: Grados centígrados
BFD: Diagrama de bloques
cg: Centigramos
g: Gramos
h: Horas
kg: Kilogramos
m: Metros
meq: Miliequivalentes
mt: Millones de toneladas
PFD: Diagrama de flujo
psi: Libra por pulgada cuadrada
t: Toneladas
um: micras
xii
RESUMEN
En el presente proyecto se optimizó el proceso de extracción de aceite de palma
de la empresa “Hermanos Muñoz”. Para la optimización del proceso se determinó
el estado actual de la extractora, para lo cual se analizó las corrientes de entrada
y salida de cada operación unitaria. Se determinó que las operaciones unitarias
de decantación, secado y el proceso de recuperación no se realizan
adecuadamente en la extractora. En base a este análisis se propone aumentar un
decantador para la separación adecuada en esta operación unitaria, el cambio de
las condiciones del secado y el remplazó de un decantador trifásico en lugar del
tamiz y la centrífuga, que actúan como sistema de recuperación.
Por otra parte, se determinó mediante un diseño experimental 22 compuesto con
tres puntos centrales las condiciones óptimas de extracción en la esterilización y
en la digestión. En el diseño experimental las variables controladas fueron la
presión de la esterilización y la temperatura de la digestión. Como variable de
respuesta se midió el extracto etéreo en la fibra del prensado. Para el diseño
experimental se realizó en laboratorio la obtención del aceite de palma, con las
diferentes condiciones de extracción. Las condiciones óptimas de extracción son
54 psi para la presión de esterilización y 97 °C para la temperatura de digestión.
La cantidad de aceite que se pierde en el prensado disminuye de 0,5 t/día a 0,4
t/día, representa 1,6 toneladas al mes más de aceite extraído.
Mediante balance de masa con los datos obtenidos de la extractora se determinó
que la eficiencia actual de extracción es de 17,70 %. Al realizar los cambios
propuestos en las operaciones unitarias antes mencionadas y con las condiciones
óptimas de extracción determinadas se calculó la eficiencia de extracción
optimizada que corresponde a 18,85 %.
En la evaluación económica realizada al estado actual de la extractora se
encontró un TIR de 11 %. Con la optimización del proceso se obtuvo un TIR de 54
%. Por lo cual la optimización del proceso es rentable económicamente.
xiii
INTRODUCCIÓN
El cultivo de palma africana posee la mayor eficiencia de producción de los
cultivos de aceites vegetales. De la palma africana se obtiene dos importantes
aceites: el aceite rojo de palma, proveniente del mesocarpio de la fruta, y el aceite
de palmiste, que se obtiene de la nuez de la fruta (Corley y Tinker, 2003, p. 1).
En Ecuador, la plantación de palma africana se fomentó desde el año 1961. La
principal región del Ecuador donde se instaló este cultivo fue en Santo Domingo
de los Tsachilas. En la misma se instalaron plantas para la producción del aceite
de palma (FLACSO Y MIPRO, 2012, p. 1). Actualmente la producción de palma
africana en Ecuador se ha expandido a zonas como Quinindé, La Unión, La
Concordia, Quevedo, Los Ríos, Sucumbíos y Orellana. La zona de mayor
producción se encuentra entre Quinindé y La Concordia (Pro Ecuador, 2014, p. 6;
Potter, 2011, p. 40).
En el año de 1975 existía 13 plantas extractoras de aceite de palma y de palmiste,
para el año de 1984 se registraron 27 plantas de extracción (FLACSO, 1985, p.
51). Actualmente se registran 51 empresas de elaboración de aceite, según el
censo económico realizado en 2010 (FLACSO Y MIPRO, 2012, p. 2).
Mundialmente los países de mayor producción de aceite de palma son Malasia e
Indonesia. Ecuador es el segundo productor de aceite de palma de Sudamérica
después de Colombia (Pro Ecuador, 2014, p. 5). En el 2009 Malasia fue
responsable del 45 % e Indonesia del 47 % de las exportaciones a nivel mundial
(Gustone, 2011, p. 8), mientras que Ecuador tuvo un aporte a la exportación
mundial de aceite de palma del 1 % (Lai, Tan, y Akoh, 2012, p. 254).
Dado que el sector de extracción de palma africana es grande en Ecuador, existe
competitividad entre las empresas de producción. Por este motivo es importante
buscar la mayor eficiencia de producción. Para lo cual las empresas buscan
mayor productividad y eficiencia. Se debe entender que la productividad engloba
muchas cosas, no solo el volumen de producción sino el rendimiento del proceso.
xiv
La eficiencia busca la menor pérdida de materia prima, insumos y esfuerzo
(Hamblin, 1991, p. 74; Yánez y García, 2004, p. 450).
El aceite de palma es el aceite vegetal más comercializado en el mundo, de igual
manera tiene un mercado muy competitivo por lo que la calidad es fundamental.
Sin embargo, en la producción industrial siempre se tendrán pérdidas, las cuales
pueden cambiar al optimizar un proceso (Choong y McKay, 2013, p. 1).
El prensado es la operación unitaria principal en la planta, en este se obtiene el
aceite a partir de la fruta fresca (Harun et. al, 2015, p. 3). Por esta razón es
importante tomar en cuenta las operaciones unitarias y los factores que influyen
en la eficiencia del prensado. La esterilización permite el acondicionamiento de la
fruta para la extracción de aceite, esta operación ablanda el mesocarpio de la
fruta para la digestión y el prensado (Alfaro y Ortiz, 2006, p. 2; Corley y Tinker,
2003, p. 454). La digestión ayuda a la separación de las células para la liberación
del aceite en el prensado (Corley y Tinker, 2003, p. 454). La digestión es un
proceso crítico para la recuperación de aceite (Lai, et. al, 2012, p. 310).
La extractora de aceite crudo de palma africana “Hermanos Muñoz” fue fundada
en el año 1980 por el Sr. Luis Muñoz Bolaños. En el año 2002 paso a manos de
los hijos como parte de herencia. Actualmente es administrada por 4 hijos del
fundador. La extractora presenta varios problemas en el área de producción. En la
extractora no se ha realizado mantenimientos programados de los equipos.
Por lo mencionado anteriormente se ve la necesidad de realizar una optimización
del proceso de extracción de planta. Para la determinación del estado actual de la
planta extractora se realizaron varios análisis en cada una de las operaciones
unitarias. Además se evaluó las condiciones óptimas de extracción del aceite en
la esterilización y el prensado mediante un diseño experimental. Con los
resultados obtenidos se propusieron cambios en las operaciones unitarias que no
cumplan adecuadamente el requerimiento de la planta. Finalmente se realizó una
evaluación del nuevo rendimiento y una evaluación económica de la propuesta.
1
1. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA
1.1. EXTRACCIÓN DEL ACEITE DE PALMA AFRICANA
1.1.1. GENERALIDADES
La mayoría de aceites vegetales son obtenidos mediante semillas procedentes de
plantas. El aceite vegetal se obtiene mediante prensado o extracción con hexano.
Los aceites de palma y de oliva son obtenidos mediante el prensado del
mesocarpio de la fruta (Gustone, 2011, p. 1).
La producción mundial de aceite y grasas es dominada por los aceites vegetales
con un porcentaje de 55 %, seguido por las grasas animales con 40 % y
finalmente los aceites de origen marino con 5 % (Thomas, 2012, p. 19).
Del 2008 al 2009 el rendimiento de producción mundial promedio de los aceites
fueron de soya 18 %, canola 39 %, girasol 41 %, maní 32 %, algodón 14 %, coco
62 %, palmiste 44 %, palma 45 – 50 %, oliva 25 – 30 % y maíz 5 %. Se observa
que el de mayor rendimiento es el de aceite de palma (Gustone, 2011, p. 1).
Tabla 1.1. Promedio de producción anual del total de aceites y grasas, y grasas de animales
Año 1909/
1913
1936/
1939
1958/
1962 1976/ 1980
1986/ 1990
1996/ 2000
Aceites y grasas vegetales (mt)
13,1 20,2 29,8 52,6 75,7 105,1
Grasas animales
(mt) 6,5 8,5 11,8 17,2 19,8 21,3
Grasas animales (%) 50 42 40 33 26 20
Fuente: Gunstone (2011) p. 3
Los aceites vegetales han aumentado su producción en los últimos años, al nivel
de dominar el mercado de aceites y grasas sobre los procedentes de animales.
2
Se puede observar la producción de los aceites y grasas vegetales y animales del
siglo veintiuno en la tabla 1.1 (Gustone, 2011, p. 3).
Existen nueve tipos de aceite vegetal los cuales pueden ser clasificados de
diferentes maneras. Una clasificación incluye los cuatro aceites de mayor
producción: aceite de palma, soya, canola y girasol. Dos aceites láuricos de coco
y palmiste y los restantes: algodón, maní y oliva (Gustone, 2011, p. 3).
El clima influye en el rendimiento de producción de las plantaciones de semillas
para la obtención de aceites, los fertilizantes, pesticidas, herbicidas y la irrigación
ayudan a mejorar la producción. Hay cultivos que duran varios años, como por
ejemplo la palma africana de 25 a 35 años y el de oliva alrededor de 100 años
(Gustone, 2011, p. 4).
La influencia del clima en la producción de las semillas determina la cosecha de
estas. Pero existe plantaciones como la palma africana y el coco las cuales son
cosechadas en todo el año, pero la calidad y el rendimiento del aceite cambia con
las estaciones (Gustone, 2011, p. 4).
Como se mencionó la producción de los aceites y grasas vegetales han
aumentado. La producción de aceite de palma entre 1995/96 al 2008/09 ha
aumentado un 167 %, seguido de la producción de soya de 76 % (Gustone, 2011,
p. 6).
La planta de aceite de palma es un cultivo tropical y es uno de los de mayor
producción a nivel mundial. La producción industrial de esta plantación se ha
incrementado en muchos países de la zona tropical que poseen clima caliente y
húmedo (Corley y Tinker, 2003, p. 7; Hansen, et. al, 2015, p. 2).
Las plantaciones de aceite de palma presentan mayor eficiencia por hectárea que
cualquier otro cultivo para obtención de aceite y grasa vegetal. Esta planta genera
dos tipos de aceite: el aceite rojo de palma proveniente de mesocarpio de la fruta
3
y el aceite de palmiste que se obtiene de la nuez (Corley y Tinker, 2003, p. 1;
Gunstone, 2011 p. 25).
Los países de mayor producción plantan y procesan principalmente el tipo de
palma denominada tenera, ya que produce mayor rendimiento de aceite por
racimo de fruta el cual es alrededor de 22,5 – 25,5 %. El aceite de palma africana
representa el 30 % de la producción mundial de aceites y grasas vegetales. Las
plantas de aceite de palma son las más eficientes en producción dado un
rendimiento de 3,6 – 3,7 toneladas/ha/año, además de aceite de palmiste con un
rendimiento de 0,42 toneladas/ha (Corley y Tinker 2003, p. 7; Gunstone, 2011, p.
25).
Actualmente la palma africana se produce en las áreas tropicales de la línea
ecuatorial. Se da en lugares como África, Sur-este de Asia y, Sur y Centro
América. Este cultivo se da en esta zona debido a las condiciones climáticas del
lugar (Corley y Tinker, 2003, p. 53).
Figura 1.1. Tipos de palma aceitera Elaeis guineenssi. Dura, Pisifera y Tenera (Corley y Tinker, 2003, 563)
4
Una variación de palma africana es denominada Elaeis guineenssi esta variedad
se divide en tres: Dura la cual posee un mesocarpio delgado, por lo que no existe
mucho aceite en esta variedad; Tenera es una mezcla entre Dura y Pisifera la
cual tiene un mesocarpio denso y un endocarpio delgado; y la variedad Pisifera la
cual posee un denso mesocarpio y la ausencia de endocarpio. En la figura 1.1 se
puede observar los tipos de fruta de palma aceitera (Corley y Tinker, 2003, p. 6;
Lai, et. al. 2012, p. 3).
La fruta de palma aceitera pesa alrededor de 6 – 20 mg. La fruta contiene una
membrana exterior, exocarpio; la pulpa de la fruta, mesocarpio de donde se
obtiene el aceite rojo de palma; y en endocarpio que es la nuez de la fruta que
contiene el palmiste, de donde se obtiene también aceite. Las partes de la fruta de
palma africana se observan en la figura 1.2. (Corley y Tinker, 2003, p. 28).
Figura 1.2. Partes de palma aceitera Elaeis guineenssi. 1. Estigma. 2. Exocarpio. 3. Mesocarpio. 4. Endocarpio. 5. Almendra. 6. Embrión
(Corley y Tinker, 2003, 3)
La palma africana tiene mayor rendimiento por área que cualquier otro cultivo.
Una hectárea de palma africana produce diez veces más que cualquier otra
semilla de producción de aceite (Mba, Dumont y Ngadi, 2015, p. 2).
El cultivo de palma africana es productiva después de 3 años de ser plantada y
produce 25 años consecutivos. Si la planta tiene las condiciones adecuadas
5
puede producir hasta 5 toneladas de aceite por hectárea al año, esta producción
representa aproximadamente 10 veces más que la producción de soya
(Gunstone, 2011, p. 25; Lai, Tan, y Akoh, 2012, p. 251).
Figura 1.3. Racimo de palma africana (Corley y Tinker, 2003, 563)
La semilla de la fruta de palma aceitera es la nuez que queda después de eliminar
el mesocarpio. La fruta de palma africana consta del mesocarpio, de donde se
obtiene el aceite de palma y una, dos o tres nueces o endocarpio; generalmente
solo poseen una nuez. La nuez de la variedad tenera por lo general mide 2 cm o
menos de largo. La fruta tiene una longitud mayor o igual 5 cm, y un peso de 3 a
30 g. La fruta generalmente tiene un color violeta en la base y amarillo en el
apéndice. El peso del racimo de fruta aumenta con la edad de la palma, con un
peso de 5 kg para palmas jóvenes de 3 años y de más de 25 kg para palmas de
15 años o más. El racimo de la fruta de palma se observa en la figura 1.3. (Corley
y Tinker, 2003, p. 28; Lai, et. al., 2012, p. 252).
El cultivo de palma aceitera crece en clima tropical, a altas temperaturas de
alrededor de 24 – 28 °C. A temperaturas de 15 °C el cultivo no crece. La variación
de la temperatura entre estaciones no debe ser mayor a 6 °C. Además de la
temperatura la palma aceitera necesita niveles adecuados de agua. Si no se
planta en lugares con suficiente agua, la planta sufre estrés por falta de agua
(Corley y Tinker, 2003, p. 53, 63, 64). Los lugares adecuados para la plantación
6
son lugares húmedos cálidos. Este cultivo se da en zonas tropicales y requiere
2000 mm de lluvia anual y 2000 horas de sol (Lai, et. al., 2012, p. 254).
1.1.2. ACEITE DE PALMA AFRICANA
El aceite de palma domina el mercado de aceites vegetales, la producción de este
ha aumentado más del doble en la última década (Boucher, et. al., 2011, p. 51).
El aceite de palma africana es el que más se negocia con 31 millones de
toneladas al año entre importaciones y exportaciones. También es el aceite que
se produce en mayor cantidad (43 millones de toneladas) (Gustone, 2011, p. 8).
La Unión Europea importa el 11 % de la producción mundial (Boucher et. al.,
2011, p. 52).
La mayor producción y exportación de este aceite es dominada por Malasia e
Indonesia, en consecuencia estos países son los que regulan el precio de venta
(Boucher et. al., 2011, p. 53). En el 2008/09 Indonesia produjo el 46 % de aceite
de palma global y Malasia el 41 %. En exportaciones Indonesia fue el responsable
de 47 % y Malasia del 45 %. Otros países con menor producción de aceite de
palma son, en orden decreciente: Tailandia, Nigeria, Colombia, Ecuador y Nueva
Guinea. Estos países producen entre 1,4 y 0,4 millones de toneladas (Gustone,
2011, p. 8).
La industria de aceite de palma es una de las más importantes en Malasia e
Indonesia. Esta industria se ha incrementado en áreas de plantación en un 28 %
en Malasia y 101 % en Indonesia en el periodo de 2000 a 2009 (Lai, et. al., 2012,
p. 235).
Malasia tiene 395 plantas de extracción de aceite. La capacidad total de las
plantas es de 89,8 millones de toneladas de fruta fresca por año. En 2010 se
produjo 15,4 millones de toneladas de aceite crudo de palma y se procesó 74,5
millones de toneladas de racimos de fruta fresca (Lai, et. al., 2012, p. 235).
7
En América Latina los países con mayor producción de aceite de palma son
Colombia en primer lugar, siendo responsable de 2 % de la producción mundial,
seguida por Ecuador con 1 % y Brasil se encuentra en el tercer lugar con 0,5 %
(Lai, et. al., 2012, p. 254).
La producción de aceite de palma es abarcada por Malasia e Indonesia, los
cuales en el 2013 produjeron el 85 % de la producción mundial. Este año Ecuador
tuvo una participación del 0,9 % obteniendo el octavo puesto de la producción
mundial (Pro Ecuador, 2014, p. 5).
La producción de aceite de palma en Ecuador está destinada al consumo interno,
el cual en el 2013 fueron 0,22 millones de toneladas, y la exportación de aceite de
palma fue de 0,29 millones de toneladas (Pro Ecuador, 2014, p. 5).
En Ecuador también se ha incrementado la producción de aceite de palma
alrededor de 10,7 % durante los últimos cinco años. En el año 2014 se produjo
0,54 millones de toneladas de aceite crudo de palma (Pro Ecuador, 2014, p. 6).
En el 2002 Ecuador tuvó una producción de aceite de palma de 240 000
toneladas al año (Corley y Tinker, 2003, p. 21).
Figura 1.4. Producción de aceite de palma (millones de toneladas) desde 1970 a 2010 (Fedapal, 2015)
8
En Sudamérica la palma africana ha desarrollado diferentes enfermedades, los
que disminuye el tamaño de plantaciones comparadas con las de Asia y África.
Desde 1973 al 2005 la producción de aceite de palma se ha incrementado en
Malasia e Indonesia significativamente, mientras que el aumento de producción
en el resto del mundo ha sido menor. Este incremento de producción se puede
observar en la figura 1.4. (Corley y Tinker, 2003, p. 11).
El incremento en la producción de aceite de palma tiene relación con la expansión
de producción de biodiesel. El aceite palma se utiliza para la elaboración de
biodiesel en varios países (Jaimes, Rocha, Vesga, y Kafarov, 2012, p. 62).
1.1.3. EXTRACCIÓN DE ACEITE ROJO DE PALMA
Los racimos de fruta recién cosechados deben ser procesados en la planta de
extracción inmediatamente para minimizar el aumento de ácidos grasos libres, los
cuales determinan la calidad del aceite de palma (Lai, et. al., 2012, p. 238). El
rango de ácidos grasos libres en el aceite de palma es de 2,3-6,7 % (Tan, et. al.
2009, p. 645).
La eficiencia general de las plantas extractoras de aceite es de 90 – 93 %
respecto a la recuperación de aceite. Esta eficiencia depende de la maquinaria de
la planta y del proceso de control. Respecto al peso de fruta fresca que ingresa al
proceso se obtiene un rendimiento de 18 – 23 % (Lai, et. al., 2012, p. 238).
El aceite de palma se obtiene generalmente mediante método mecánico como es
el prensado, también se obtiene mediante solventes. De estos dos métodos se
obtiene aceite de palma con componentes deseados y no deseados (Mba et. al.,
2015, p. 2).
El vapor utilizado en la extracción de aceite proviene del caldero, el cual utiliza
como combustible la fibra que se obtiene del prensado. Para la industria de
extracción de aceite es fundamental la utilización de vapor. Este es utilizado en la
mayor parte del proceso (Corley y Tinker, 2003, p. 455).
9
1.1.3.1. Recepción de fruta
La fruta de palma llega a la planta y normalmente es entregada en rampas
elevadas. La fruta suele estar por varias horas en el área de recepción antes de
que la planta esté lista para el proceso. El proceso de transportación de la fruta se
debe realizar diariamente y el proceso de producción por lo general funciona 24
horas al día (Corley y Tinker, 2003, p. 453).
1.1.3.2. Esterilización
El proceso de extracción consta de la esterilización de los racimos de palma para
detener el incremento de ácidos grasos libres, para facilitar y ayudar al
desgranado de la fruta y el acondicionamiento de la fruta para la extracción del
aceite. La esterilización sirve para inhibir las enzimas que degradan la fruta y
aumentan la acidez de esta. Además sirve para el ablandamiento del mesocarpio,
para la realización de la digestión y del prensado, y finalmente al ablandamiento
de la nuez (Alfaro y Ortiz, 2006, p. 2; Corley y Tinker, 2003, p. 454).
La generación de ácidos grasos libres se da gracias a la enzima lipasa. La
inactivación de esta enzima se obtiene con la esterilización. La baja temperatura
es un factor de la activación de la enzima lipasa (Vincent, Shamsudin,
Baharuddin, 2014, p. 124).
La esterilización es un pre-tratamiento de la palma para el proceso de extracción.
Un pre-tratamiento se refiere a un proceso que permite separar o solubilizar uno o
más de los componentes principales: hemicelulosa, celulosa, lignina y extractos
(Vincent, et. al., 2014, p. 123).
La esterilización actualmente se realiza en esterilizadores horizontales, los cuales
se encuentran estandarizados. En plantas de pequeña escala se utiliza
esterilizadores verticales. Los esterilizadores son recipientes cilíndricos
presurizados como se observa en la figura 1.5. (Corley y Tinker, 2003, p. 453).
10
Figura 1.5. Esterilizador horizontal de plantas extractoras de aceite de palma
La fruta ingresa a los esterilizadores mediante cajones. Los cajones tienen
aproximadamente una capacidad de 1,5 – 2,5 toneladas. La capacidad de los
esterilizadores depende de la longitud de estos (Corley y Tinker, 2003, p. 453).
Cuando la fruta ingresa a los esterilizadores estos se cierran e ingresa vapor de
agua a 3 kg/cm2, que corresponde a una temperatura de 130 °C. Llegada a la
presión, se mantiene de 60 a 90 minutos (Corley y Tinker, 2003, p. 453-454; Lai,
et. al., 2012, p. 238). En algunas empresas la fruta es esterilizada por 12 – 15
minutos separada del racimo, de esta manera se disminuye las pérdidas de aceite
en la esterilización (Corley y Tinker, 2003, p. 454).
Existen investigaciones de esterilización a menor presión, de esta manera se
prevée disminuir las pérdidas de aceite. Pero la esterilización a menor presión no
suaviza lo suficiente la fruta para la digestión (Corley y Tinker, 2003, p. 454).
La esterilización es el primer pretratamiento de los racimos frescos de palma. La
esterilización utiliza vapor y a pequeña escala los frutos son cocinados en las
autoclaves y no existe inyección de vapor. La utilización de los diferentes tipos de
esterilizadores depende de cada planta, pero esta normalizado la utilización de
esterilizadores horizontales en plantas de gran escala (Lai, et. al., 2012, p. 307).
11
El vapor que es adicionado en la esterilización actúa químicamente para romper
gomas, resinas y almidones que generan espuma con el aumento de la
temperatura, esto sucede ya que son solubles en agua (Lai, et. al., 2012, p. 309).
Las pérdidas de aceite que suceden en la esterilización se dan por la
condensación del vapor después de la esterilización. Estas pérdidas están
relacionadas con la transportación de los racimos a la planta. Para disminuir estas
pérdidas se debe tomar precauciones en el transporte para disminuir los
moretones en la fruta (Lai, et. al., 2012, p. 310).
1.1.3.3. Desgranado
Los racimos esterilizados pasan al desgranador, el cual es un tambor giratorio a
manera de jaula con barrotes longitudinales que separa la fruta del racimo. Los
racimos vacíos son llevados a las plantaciones de palma como fertilizante (Corley
y Tinker, 2003, p. 454; Jaimes, et. al., 2012, 63). En la figura 1.6 se observa el
equipo de desgranado.
El desgranador sirve para la separación de la fruta de los racimos vacíos.
Actualmente este proceso se realiza en desgranadores tipo tambor estandarizado.
En plantas de pequeña escala utilizan desgranadores tipo batidora (Corley y
Tinker, 2003, p. 254; Lai, et. al., 2012, p. 310).
En algunas extractoras se utiliza el desgranador con una recirculación de los
racimos para garantizar la separación de la fruta. El tambor del desgranador rota
a una velocidad aproximada de 22 rpm. Si se agrega brazos al desgranador se
aumenta la eficiencia (Corley y Tinker, 2003, p. 454).
12
Figura 1.6. Desgranado de la industria de palma africana
1.1.3.4. Digestión
La fruta desgranada pasa a la digestión donde se inyecta vapor de agua, en el
digestor la fruta es agitada para soltar el mesocarpio de la fruta y liberar la nuez.
La digestión ayuda a que el mesocarpio de la fruta abra las células para liberar el
aceite antes del prensado (Corley y Tinker, 2003, p. 454).
Los digestores son recipientes cilíndricos verticales con agitadores, los cuales
trituran la fruta y mueven la fruta que se encuentra en las paredes del digestor. En
este proceso se inyecta vapor o agua caliente. Este proceso es importante para la
realización del prensado, ya que separa la nuez del mesocarpio de la fruta (Corley
y Tinker, 2003, p. 454). La digestión es un proceso continuo, por lo que la
alimentación mediante el elevador debe ser continua al igual que la descarga (Lai,
et. al., p. 310).
13
El proceso de digestión es crítico para la recuperación de aceite de palma. Este
proceso es considerado el corazón de la extracción ya que influye de gran manera
en la eficiencia. La eficiencia de la digestión se realiza de mejor manera si el
digestor se llena adecuadamente. Esto se debe a que este proceso es influido por
el movimiento de fricción mecánico que se da con el agitador, la fruta y las
paredes del digestor (Lai, et. al., 2012, p. 310).
1.1.3.5. Prensado
En esta operación unitaria se obtiene el aceite de palma, por esta razón es
considerada la operación más importante del proceso. Esta operación sirve para
la separación de los componentes de la fruta de palma africana. Generalmente la
capacidad de la planta está dada por la capacidad de la prensa (Harun et. al.,
2015, p. 3).
Esta operación unitaria fue realizada mediante centrifugación en las primeras
plantas existentes, el prensado hidráulico se introdujo alrededor del año 1920.
Posteriormente en 1950 se utilizó la prensa de tornillo. Actualmente las prensas
de tornillo son utilizadas universalmente. La extracción mediante prensado es más
eficiente. El cambio de la prensa hidráulica por la de tornillo tiene significativas
ventajas para la extracción (Corley y Tinker, 2003, p. 454).
Una ventaja de la prensa de tornillo es su funcionamiento continuo, mientras que
la prensa hidráulica tiene funcionamiento batch por lo que se requiere menos
fuerza laboral. Tiene mayor rendimiento que la prensa hidráulica. La prensa de
tornillo requiere menos energía que la prensa hidráulica por un alto rendimiento.
La prensa de tornillo permite obtener la fibra con menos cantidad de aceite, lo
cual permite una separación más fácil de la fibra con la nuez (Corley y Tinker,
2003, p. 454).
En las plantas extractoras se utiliza prensas de doble tornillo, estas permiten
procesar más materia prima que las de un solo tornillo. En las plantas industriales
14
por lo general se utiliza dos prensas que trabajan en paralelo (Harun et. al., 2015,
p. 5). En la figura 1.7 se observa una prensa de extracción de aceite de palma.
Figura 1.7. Prensa de doble tornillo de extracción de aceite de palma
La mezcla obtenida de la digestión ingresa a la prensa, la cual mediante rotación
del cilindro permite la obtención del aceite y la separación de este con la fibra.
Algunas prensas de tornillo el diámetro de este disminuye, esto ayuda a
incrementar la presión de la prensa (Corley y Tinker, 2003, p. 455).
La eficiencia del prensado depende de la presión adecuada la cual extraiga la
mayor cantidad de aceite con mínimas pérdidas en la fibra. Además depende de
la digestión, si se ha realizado adecuadamente (Alfaro y Ortiz, 2006, p. 2).
El prensado ha sido investigado a lo largo de los años para mejorar esta
operación unitaria. Una opción que se ha evaluado es un proceso húmedo, en el
cual se utiliza agua caliente después de la digestión. Esta operación ha dado
resultados favorables para empresas de pequeña escala. Esta extracción opera
funcionalmente para una capacidad de 0,7 – 2 toneladas de racimo por hora
(Corley y Tinker, 2003, p. 455).
Otra alternativa al sistema de prensado es un proceso basado en la extracción de
aceite de oliva. Este proceso genera una mezcla de aceite de palma y aceite de
palmiste, lo cual es una desventaja dependiendo del uso del aceite. Este método
de extracción consiste en la esterilización de la fruta y la trituración de esta
15
incluida la nuez en un molino de martillos, seguida por la separación del aceite en
un decantador trifásico (Corley y Tinker, 2003, p. 455).
Se ha investigado la extracción de aceite mediante solventes, esta extracción
genera mayor eficiencia que la extracción mediante prensado pero no funciona a
nivel industrial.
También se ha investigado la extracción del aceite sobrante de la fibra después
de la extracción por prensa. Sin embargo, el solvente utilizado y las
características de este aceite recuperado presentan diferencias como gran
cantidad de carotenoides y componentes como la cera (Corley y Tinker, 2003, p.
455).
Las pérdidas de aceite en el prensado están en la fibra. Las pérdidas en este
proceso se deben a una digestión incompleta o inapropiada. La presión de la
prensa puede ser aumentada con el objetivo de disminuir las pérdidas, pero esto
puede comprometer la ruptura de la nuez y por lo tanto la calidad del aceite (Lai,
et. al., 2012, p. 312).
1.1.3.6. Decantación y secado
Después de la liberación del aceite mediante las prensas de tornillo, este pasa al
decantador donde se separa el aceite del agua y los sólidos. Después del
decantador el aceite pasa al secado el cual en algunas plantas se realiza al vacío.
En el secado se elimina la humedad sobrante para que el aceite pueda ser
almacenado (Corley y Tinker, 2003, p. 455).
El aceite proveniente del prensado está constituido por aceite, agua y sólidos. La
composición de la corriente depende de la cantidad de agua que se agrega previo
al prensado (Corley y Tinker, 2003, p. 455).
16
Para la separación de los componentes de interés, que es el aceite, se utiliza la
decantación, la cual es una clarificación donde el componente de interés es el
líquido en la mezcla (Corley y Tinker, 2003, p. 455).
Los tanques de sedimentación son alimentados por la mezcla por la mitad de
estos, el aceite es recuperado por la parte de arriba y el lodo (sólidos, agua y
pequeñas cantidad de aceite) es obtenida por la parte de abajo del tanque. La
composición del aceite al salir del decantador debe reducir la cantidad de sólidos
a 0,01 % (Corley y Tinker, 2003, p. 455).
La composición de la corriente de salida del decantador se busca que sea
mayormente aceite (90 %) y en menor cantidad agua (10 %). Este proceso es
crítico para la calidad del aceite, en este se eliminan las impurezas de este (Lai,
et. al., 2012, p. 313).
El proceso de sedimentación para la extracción de aceite se realiza de 1,5 a 5
horas. El proceso puede ser mejorado mediante la utilización de paneles
vibratorios. Después del tiempo de sedimentación existen dos fracciones: la de
arriba es el aceite y la de abajo los sólidos y el agua (Lai, et. al., 2012, p. 314).
La fracción de agua y sólidos contienen restos de aceite los cuales deben ser
recuperados mediante la centrifugación. La eficiencia de la recuperación puede
ser mejorada mediante el uso de decantadores (Lai, et. al., 2012, p. 314).
El aceite debe contener 0,1 % de agua, para esta especificación el aceite debe
ser secado mediante unidades de secado con vapor o por secados al vacío a 0,93
bar (Jaimes, et. al., 2012, p. 63). El aceite obtenido con la humedad requerida es
almacenado a temperaturas entre 50 y 55 °C. Esta temperatura no deteriora al
mínimo posible la calidad de aceite (Corley y Tinker, 2003, p. 455).
El lodo que sale del decantador como purga aun contiene aceite, por este motivo
esta corriente pasa a un sistema de recuperación como centrifugación o
decantadores (Corley y Tinker, 2003, p. 455).
17
1.1.3.7. Separación de la fibra
La fibra obtenida del prensado se encuentra mezclada con la nuez (palmiste). La
nuez debe ser separada de la fibra ya que tienen diferente funcionalidad. La fibra
es utilizada en el caldero para la generación de vapor indispensable para la
planta. La nuez es utilizada para la obtención del aceite de palmiste (Corley y
Tinker, 2003, p. 455).
En algunas empresas se realiza la obtención de este aceite también, pero es otro
proceso de extracción diferente al de aceite de palma (Corley y Tinker, 2003, p.
455). Para la separación de la nuez con la fibra se utiliza ciclones los cuales
mediante flujo de aire y diferencia de densidades se logra separar esta corriente.
1.1.4. PLANTAS DE PEQUEÑA ESCALA
1.1.4.1. Plantas de pequeña escala
Las plantas a pequeña escala utilizan procesos no mecánicos o procesos
mecánicos pero con menor rendimiento y diseño más simple para la obtención del
aceite de palma. En América las plantas de pequeña escala se han vuelto
comunes, con una capacidad de procesamiento de 1 a 3 toneladas de racimos
frescos por hora (Corley y Tinker, 2003, p. 456).
El proceso a pequeña escala no mecánico utiliza alta fuerza laboral, varios
procesos son realizados manualmente. El proceso requiere desgranado manual al
igual que el prensado manual. Además se recalienta la masa que se obtiene de la
fruta (Corley y Tinker, 2003, p. 457). En la figura 1.8 se observa el proceso de
desgranado manual en una extractora de pequeña escala.
Otro proceso no mecánico utilizado incluía un digestor horizontal y una prensa
hidráulica manual. La fibra se separaba de la nuez manualmente, y se realizaba
un segundo prensado. Este proceso no utilizaba mucha agua por lo que no se
18
tenía efluentes. Este proceso era barato pero no daba gran eficiencia (Corley y
Tinker, 2003, p. 457).
Figura 1.8. Desgranado manual (Corley y Tinker, 2003, 457)
El principal problema con las plantas de pequeña escala es el control de estas,
muchas plantas de este tipo no se controlan adecuadamente o no se conoce la
eficiencia de la planta y las pérdidas de esta (Corley y Tinker, 2003, p. 458).
1.1.4.2 PROCESO TRADICIONAL EN ÁFRICA
La esterilización se realiza después del desgranado de la fruta, este proceso se
realiza así ya que los racimos son cuarteados antes de entrar al proceso. En este
proceso los racimos no son esterilizados inmediatamente llegados a la planta,
sino que se espera algunos días antes de empezar la extracción. La esterilización
se realiza en tambores los cuales son llevados a ebullición por 1 a 2 horas. El
objetivo de esta operación es el mismo que en plantas de gran escala (Lai, et. al.,
2012, p. 317).
La digestión se realiza en un mortero donde se tritura la fruta. Después es
separado la nuez de la masa de fibra manualmente. Para la extracción de aceite
se realiza en una prensa hueca la cual mediante una llave se realiza la extración
del aceite. El aceite sale por huecos de la prensa y es dirigido a un recipiente.
19
Este proceso debe ser repetido hasta obtener todo el aceite posible (Lai, et. al.,
2012, p. 318).
La decantación y el secado no se realizan como en las plantas industriales, en la
industria tradicional se deja sedimentar el aceite en el recipiente que se recolectó
el aceite de la extracción. Después de sedimentado se recupera el aceite y está
listo para el uso. En el efluente del decantado se encuentran pérdidas de aceite
que no son consideradas (Lai, et. al., 2012, p. 318).
1.1.5. OPERACIÓN DE LA PLANTA EXTRACTORA
Existen dos procesos de extracción del aceite de palma: el proceso seco y
húmedo. El proceso húmedo utiliza agua en la digestión para la extracción de
aceite, mientas que en el proceso seco se extrae el aceite del prensado hidráulico
o de tornillo (Lai, et. al., 2012, p. 238).
Para mejorar la eficiencia de extracción del aceite de palma es importante
conocer donde suceden las pérdidas en el proceso. Además se importante
minimizar estas pérdidas al máximo para mejorar la eficiencia (Hamblin, 1991, p.
74; Lai, et. al., 2012, p. 238).
Para la operación de las plantas extractoras se debe tomar en cuenta dos factores
principales: la ubicación de esta y el control del proceso (Corley y Tinker, 2003, p.
459).
Para la ubicación de la planta es importante tener cerca disponibilidad de agua
pura para el proceso. Asimismo, se debe tener espacio suficiente para los
efluentes líquidos y sólidos del proceso. Además, la planta debe estar cerca de
las plantaciones de palma (Corley y Tinker, 2003, p. 459).
Para el control del proceso se debe considerar la eficiencia de producción la cual
debe tomar en cuenta las pérdidas del proceso, la producción de aceite y la
20
cantidad de racimos frescos que ingresan al proceso (Corley y Tinker, 2003, p.
459).
Las pérdidas “conocidas” de aceite que se tiene en el proceso son en la fibra, los
tallos de los racimos y los efluentes líquidos. Las pérdidas “conocidas pero no
registradas” de aceite son el condensado de esterilización, los racimos sin
desgranar, aceite impregnado en los racimos y los derrames de fruta. Y las
pérdidas “no conocidas” son errores en el pesaje de la materia prima o del aceite
producido y fraudes (Corley y Tinker, 2003, p. 459; Yánez, García y Fuentes,
2000, p. 313).
Para controlar la producción de aceite y el peso de fruta que ingresa al proceso se
debe pesar la materia prima antes de que se descargue. Generalmente el peso
del aceite se mide con el volumen del tanque de almacenamiento y con la
conversión de la densidad de este a la temperatura adecuada (Corley y Tinker,
2003, p. 459).
El condensado de la esterilización puede ser medido con la toma de muestras a
intervalos determinados y analizando el contenido de aceite. Con esto se puede
estimar la pérdida de aceite en este proceso. Esta pérdida de aceite es pequeña y
muchas plantas no la consideran para el cálculo de eficiencia. Sin embargo, la
pérdida de aceite varía con los ciclos de esterilización (Corley y Tinker, 2003, p.
459).
El peso de los racimos vacíos del proceso pueden ser estimados mediante el
pesaje de estos al salir del proceso, o con muestras ponderadas de los racimos
en los incineradores o que regresan al campo. Estos racimos pueden ser
analizados por la cantidad de aceite que absorben esto y por la cantidad de fruta
que no es desgranada. La cantidad de fruta que no es desgranada en la realidad
es difícil de medir. La pérdida que se obtiene de los racimos si no son reciclados
al proceso es de 1 % del peso de los racimos frescos o 5 % del aceite total
(Corley y Tinker, 2003, p. 460).
21
La pérdida de aceite en la fibra del prensado es la que más se ha analizado y se
ha mejorado en los últimos años reduciendo de 20 % a menos de 6 % de pérdida
de aceite. El cálculo de esta pérdida es fácil de estimar para lo cual mediante una
muestra de fibra se analiza mediante extracción la cantidad de aceite en esta
(Corley y Tinker, 2003, p. 460).
El lodo proveniente de la decantación se estima mediante el análisis del efluente a
la salida de la centrífuga y la determinación de aceite en la decantación. La
pérdida de aceite en los efluentes es significativa (Corley y Tinker, 2003, p. 460).
Algo importante de la operación de las plantas extractoras es la economía de
estas. Se ha incrementado la productividad de extracción a través de los años
mediante la adición de prensas de tornillo en lugar de las centrífugas. También se
ha aumentado la productividad con la utilización de ciclos de esterilización de tres
picos, la automatización de las rampas, del caldero y del digestor (Corley y Tinker,
2003, p. 460).
El aceite que se recupera de los efluentes líquidos no es de la misma calidad que
el aceite que se obtiene en el proceso. Los equipos utilizados, los métodos y el
número de procesos influyen en la calidad del aceite (Lai, et. al., 2012, p. 238,
2012, p. 302).
La baja eficiencia en algunas extractoras se debe a métodos ineficientes de
extracción, generalmente se da en plantas de pequeña o mediana escala (Lai, et.
al., 2012, p. 302).
1.1.6. DESECHOS DE LA INDUSTRIA DE ACEITE DE PALMA
La industria de palma africana genera gran cantidad de desechos desde el
proceso de cosecha hasta el proceso de producción de aceite, los desechos
incluyen la generación de biogás y biomasa (Lai, et. al., 2012, p. 694). Los
desechos de la extracción de aceite son altos en fibra a excepción del efluente
22
líquido. La mayoría de los desechos que se tienen en la industria son utilizados
para la fertilización de la misma plantación y para la generación de vapor para el
funcionamiento de la planta (Awalludin, Sulaiman, Rokiah, y Nadhari, 2015, p.
1470).
1.1.6.1. Desechos sólidos
Los desechos sólidos del proceso de producción de aceite de palma africana
incluyen los troncos de palma, las frondas de la planta, los racimos vacíos, la fibra
y la cascara de la nuez (Lai, et. al., 2012, p. 694). En la figura 1.9 se presenta los
desechos sólidos que se obtiene en las plantas extractoras. El aumento de
producción de aceite de palma involucra por sí el aumento de desechos de la
industria de extracción (Simarani, et. al., 2009, p. 57). De los desechos sólidos
que se genera, el 40 % corresponde a la fibra y la cascara del palmiste y el 60 %
a los racimos vacíos (Salomón, Gomez y Matin, 2013, p 41).
Figura 1.9. Desechos sólidos de las plantas extractoras de aceite. (A) Racimos vacíos (B) Fibra (C) Cascara de palmiste
(Awalludin et. al, 2015, 1473)
Los racimos vacíos que se generan en la extracción de aceite son ricos en
nutrientes y además ayudan a mejorar las propiedades físicas y químicas del
suelo, por estas razones se utiliza en el suelo de las plantaciones de palma
aceitera (Corley y Tinker, 2003, p. 463). Los racimos vacíos son utilizados como
fertilizantes orgánicos (Simarani, et. al., 2009, p. 58).
23
La fibra que se obtiene después del prensado y la cascara de la nuez son
utilizadas como combustible para la generación de vapor (Lai, et. al., 2012, p.
697). La nuez se rompe y se obtiene el palmiste y la cascara de la nuez. El
palmiste es vendido para la obtención del aceite de este (Vijaya, Choo, y Nik,
2008, p. 488).
Los racimos vacíos tienen alto contenido de fibra y son utilizados para la
extracción de fibra comercialmente. La fibra que se obtiene en el proceso
presenta algunas características críticas como son la cantidad de aceite, la
humedad y las impurezas que poseen (Lai, et. al., 2012, p. 697).
1.1.6.2. Desechos líquidos
Los efluentes líquidos del proceso de extracción de aceite de palma son
denominados POME por sus siglas en inglés (palm oil mil effluent), estos son
producidos en las últimas operaciones unitarias del proceso de extracción. Por lo
general, por una tonelada de aceite extraído se genera 2,5 toneladas de POME
(Corley y Tinker, 2003, p. 462; Lai, et. al., 2012, p. 698).
El POME consiste de varios materiales suspendidos. Tiene alto contenido de
material orgánico, nitrógeno y fosforo (Kamyab, et. al., 2015, p. 2401). El efluente
de la extracción es un coloide que contiene 95 – 96 % de agua, 0,6 – 0,7 % de
aceite, 4 – 5 % de sólidos (Lai, et. al., 2012, p. 694).
Uno de los mayores contribuyentes a los gases de efecto invernadero es el
POME. El tratamiento de efluentes se realiza generalmente con piscinas abiertas
para un tratamiento anaeróbico, mediante los cuales se genera los gases de
invernadero (Yoshizaki, et. al., 2013, p. 1).
En el proceso de extracción se estima que se utiliza 5 – 7,5 toneladas de agua por
cada tonelada de aceite producido. Aproximadamente el 50 % del agua se elimina
en el POME (Kasivisvanathan, Ng, Tay, y Ng, 2012, p. 696).
24
1.1.6.3. Emisiones gaseosas
Los principales problemas de las emisiones gaseosas son las cenizas y las
emisiones del caldero y el biogás que se libera en la digestión anaeróbica de las
piscinas de tratamiento (Lai, et. al., 2012, p. 698).
Para la generación de vapor en el proceso se utiliza la fibra como combustible del
caldero, esto hace que el proceso sea económicamente eficiente. Pero esto
genera emisiones y material particulado (Lai, et. al., 2012, p. 698).
Las emisiones atmosféricas que se tiene en la producción de aceite de palma
hacen que el proceso no sea amigable ambientalmente, y además que se deba
regular todas las emisiones que genera (Lai, et. al., 2012, p. 698).
1.1.7. TRATAMIENTO DE DESECHOS EN LA INDUSTRIA DE ACEITE
PALMA
El tratamiento que se realiza actualmente a los efluentes líquidos de la extracción
de aceite de palma es un proceso anaeróbico, facultativo y aeróbico. En el
proceso anaeróbico que se realiza se libera metano y se reduce la contaminación
del efluente (Lai, et. al., 2012, p. 700).
El tratamiento biológico con aplicación a la tierra permite realizar el agua obtenida
para irrigación de las plantaciones y como líquido de fertilización. El tratamiento
biológico con aplicación en la tierra se utiliza generalmente en las plantas de
extracción. El tratamiento biológico esta constituido por una digestión anaeróbia
(Lai, et. al., 2012, p. 702).
Existe también el tratamiento biológico que no es aplicable a la tierra, en este se
realiza una digestión anaeróbica, después de una piscina facultativa, una piscina
aeróbica y algunas veces se utiliza un filtro de arena. Para este sistema se
requiere bastante energía (Lai, et. al., 2012, p. 702).
25
El aceite de palma africana tiene gran contenido de carotenos, por lo que los
desechos líquidos también. Existen estudios para la recuperación de aceite y de
los carotenoides. Esta extracción se realiza mediante solventes n-hexano. La
extracción se realiza en sistema batch (Ahmad, Chan, Abd, y Don, 2008, p. 384).
En la actualidad, por la gran producción de desecho en la industria de palma,
existen estudios para la realización de plantas productoras de biogás y compost
asociadas a las extractoras de aceite. Al instalar estas plantas conjuntamente son
más rentables que la instalación individual de estas (Yoshizaki, et. al., 2013, p. 3).
1.1.8. USOS DEL ACEITE DE PALMA
El aceite de palma africana tiene varios usos y su aplicación incrementa con el
desarrollo de la tecnología. Los usos generales del aceite de palma en varios
países son aceite de cocina, el uso de vitaminas para medicamentos, para
producir vino de palma y para alimentación (Corley y Tinker, 2003, p. 464).
El aceite de palma es destinado a la producción de jabones y velas, antioxidante
en plantaciones de estaño, cosméticos y lubricantes (Boucher et. al., 2011, p. 52).
El uso no alimenticio de aceite de palma ha incrementado en los últimos años.
Uno de los principales usos no alimenticio de aceite de palma es en biodiesel y
varios oleo químicos
(Corley y Tinker, 2003, p. 464).
La producción de aceite de palma ha aumentado gracias a la necesidad de
producir biodiesel a partir de este. La producción de biodiesel se debe a
decisiones políticas y los subsidios que existen alrededor del precio de la gasolina
(Biermann, et. al. 2011, p. 3857).
26
El 90 % de la producción mundial de aceite de palma africana está destinada a la
industria alimenticia. Se utiliza para la fabricación de margarinas, grasa para
elaboración de panes, aceite de cocina y para la industrialización de comida frita.
El 10 % de la producción de aceite es destinado a la industria no alimenticia,
como es la fabricación de velas, jabones, cosméticos, detergentes, sustitutos del
diésel, la industria de acero y metal, también para la industrialización de vitaminas
como la A y la E (Lai, et. al., 2012, p. 11).
En la industria de alimentación de animales, se utiliza principalmente para la
generación de balanceados. En esta industria se utiliza la mezcla de
subproductos de la extracción de aceite de palma (Lai, et. al., 2012, p. 11).
El uso de aceite de palma en la elaboración de biodiesel se ha incrementado
últimamente, ya que presenta una solución a varios problemas actuales acerca de
combustibles de origen fósil. La utilización del aceite con este propósito genera
oportunidad para incrementar la industria de aceite de palma ya que presenta
mayor demanda de esta materia prima (Lai, et. al., 2012, p. 11).
1.2. MEJORAS EN LA EXTRACCIÓN DE ACEITES
Para el mejoramiento de la esterilización se investiga la utilización de
esterilizadores verticales, inclinados y esféricos. Esta investigación incluye el
cambio del proceso de batch a continuo. También la realización de la
esterilización a presión atmosférica. Todo esto se investiga para mejorar la
eficiencia del esterilizado. Existen estudios del uso de esterilización mediante
microondas (Corley y Tinker, 2003, p. 463).
En la extracción de aceite se investiga la utilización de solventes para la
recuperación de aceite remanente en la fibra del prensado. Después de este
tratamiento la fibra aún sigue siendo utilizada para la generación de vapor. El
aceite que se obtiene de este proceso es utilizado para la alimentación de
27
animales y no para el consumo humano, esto es por los solventes que se utilizan
(Corley y Tinker, 2003, p. 462).
En la separación del aceite se desarrolla el uso de decantadores de dos fases en
lugar de los decantadores verticales que se utilizan. Con el uso de los
decantadores de dos fases se reduce un 50 % la generación de efluentes líquidos
(POME) (Corley y Tinker, 2003, p. 463).
En el tratamiento de efluentes se investiga el uso de tanque de digestión
anaeróbica con las plantas de producción de biogás. Procesos de tratamiento
terciario para llegar a los estándares de los desechos. El tratamiento actual de los
efluentes es muy largo (Corley y Tinker, 2003, p. 462).
El proceso de extracción de aceite está siendo investigado para su desarrollo con
diferentes estudios y con la utilización de tecnología de otras industrias adaptadas
a la extracción de aceite de palma. La mayoría de la mejoras del proceso se
enfocan en el rendimiento del proceso y la tasa de recuperación de aceite, como
la productividad de las plantas (Corley y Tinker, 2003, p. 463).
1.2.1. EXTRACCIÓN CON SOLVENTES
Se puede extraer con solventes como hexano de grado alimenticio o con éter de
petróleo, el aceite de los efluentes líquidos. La extracción se realiza mediante
método soxhlet. Para la realizar la extracción de aceite se requiere la filtración y el
secado del efluente. Esta extracción tiene alto rendimiento de obtención de aceite,
pero por los requerimientos de este, como son maquinaria e infraestructura, no es
un método rentable para la recuperación de aceite (Lai, et. al., 2012, p. 320).
Un método más rentable para la recuperación de aceite de los efluentes líquidos
es la extracción mediante fluidos supercríticos como el dióxido de carbono.
Métodos como este se utilizan en otras industrias como el café descafeinado, o la
obtención de diferentes sabores para el lúpulo de cerveza. Para este proceso se
28
utiliza una presión mayor a 350 bares donde se incrementa la solubilidad del
aceite. Con este método se puede recuperar el fluido supercrítico, por esta razón
es un método que para esta aplicación es rentable y presenta gran eficiencia (Lai,
et. al., 2012, p. 320).
La aplicación de fluidos supercríticos también es aplicable para la separación de
aceite crudo de palma con el aceite de palmiste. La utilización de fluidos
supercríticos genera grandes ventajas como son: un proceso a menores
temperaturas, obtención de productos de buena calidad y productos nuevos que
se mejoren la calidad y los nutrientes (Lai, et. al., 2012, p. 321).
La extracción de solventes también se aplica al aceite que se encentra adherido a
la fibra. Existen estudios para tratar la fibra del prensado con fluidos supercríticos
como el dióxido de carbono (Norulaini, et. al. 2008, p. 273).
Estos estudios se realizan ya que en la fibra de palma existe un 3 a 6 % de aceite.
La extracción con dióxido de carbono permite la recuperación del aceite a
temperaturas moderas (Norulaini, et. al. 2008, p. 273, 274).
Los procesos de extracción con solvente por lo general se enfocan en la
utilización de dióxido de carbono. Existen estudios para la extracción de aceite de
palma mediante el refrigerante R134a (Mustapa, et. al. 2009, p. 606, 615).
En los estudios de utilización de R134a se revela que la eficiencia de extracción
es dependiente de la temperatura y presión a la que se realiza el proceso. El
proceso de extracción se realiza en un horno donde se puede controlar la
temperatura (Mustapa, et. al. 2009, p. 607).
Para la extracción de aceite de la fibra de prensado se investiga la utilización de
solventes como propano, etanol y la mezcla de estos. La investigación se realizó
a escala de laboratorio con un proceso semi-batch. El rendimiento máximo
obtenido resulto de la mezcla de etano y propano, se obtuvo 70 % de
29
recuperación de aceite. La cantidad de carotenos en el aceite depende del
solvente utilizado (Jesus, et. al. 2013, p. 246, 252).
1.2.2. RUPTURA MECÁNICA
La extracción del aceite de la fibra con solventes no es un proceso amigable con
el ambiente. En la actualidad se requiere que los procesos de extracción sean
limpios y amigables con el ambiente (Mercer y Armenta, 2011, p. 540).
Para este proceso se utiliza un molino de bolas, mediante el cual la biomasa
tritura y permite la extracción del aceite de la biomasa. Este proceso permite la
mínima contaminación de fuentes externas. La extracción de aceite con un molino
de bolas se realiza de mejor manera con la extracción de solventes
conjuntamente. El rendimiento del proceso depende del contacto de las bolas con
la biomasa (Mercer y Armenta, 2011, p. 541).
Para la extracción de aceite de la fibra de la prensa también se utiliza este
mecanismo. Para esta extracción se utiliza un molino de bolas conjuntamente con
una hidrolisis enzimática (Zakaria, Hirata y Hassan, 2014, p. 237).
1.2.3. NANOTECNOLOGÍA
El proceso de esterilización genera una emulsión entre el agua y el aceite la cual
no se puede separar mediante métodos mecánicos. Por este motivo se ha
investigado la utilización de nanotecnología surfactante. El uso de soluciones bio-
surfactantes ayuda a la ruptura de la emulsión y permite que el aceite fluya hacia
arriba de la mezcla. Esto ayuda a que la pérdida de aceite sea menor por lo que
genera la disminución de la demanda biológica de oxígeno (Lai, et. al., 2012, p.
322).
30
Se ha investigado la utilización de esta tecnología para mejorar la eficiencia de la
extracción y el tratamiento de los efluentes líquidos del proceso. Los resultados de
las investigaciones revelan el incremento de eficiencia y la disminución de
pérdidas de aceite en el fluente líquido (Lai, et. al., 2012, p. 322).
1.2.4. REACCIÓN IN SITU
La reacción in situ es un método para la recuperación de aceite de los efluentes
líquidos del proceso de extracción. Con este método se transforma el aceite en
otro producto en el lugar, como por ejemplo ésteres de alquilo. Una ventaja de
este método es que el aceite recuperado no requiere una pre-extracción, por este
motivo es más económico. El proceso in situ funciona y ha dado buenos
resultados a nivel del laboratorio (Lai, et. al., 2012, p. 324).
1.2.5. MEJORAS EN LA ESTERILIZACIÓN
La esterilización es una operación unitaria muy importante en el proceso de
extracción. El actual proceso de extracción de aceite de palma involucra una
esterilización batch (Vincent, et. al., 2014, p. 123).
1.2.5.1. Esterilización continua
Una opción para mejorar la esterilización es realizar un proceso continuo. Se
investiga la esterilización a altas presiones para garantizar la eficiencia de este
proceso. La esterilización continua no es un proceso 100 % eficiente
económicamente (Vincent, et. al., 2014, p. 124).
31
Figura 1.10. Sistema experimental de esterilización continua (Vincent, Shamsudin y Baharuddin, 2014, 125)
En la figura 1.10 se observa el invento para la esterilización continua. Los
estudios de este proceso se han realizado a escala de laboratorio y piloto. En este
proceso se utiliza una trituradora de doble tornillo para separar la fruta de los
racimos. Al ocupar un doble tornillo se previene la ruptura de la nuez. En este
proceso los racimos de fruta son transportados entre el esterilizador y la
trituradora, para después descargar (Vincent, et. al., 2014, p. 124).
1.2.5.2. Esterilización con microonda
Otro proceso que se investiga en la esterilización es la utilización de microonda.
La utilización de microonda representa varias ventajas: es un proceso más rápido
y efectivo, también se disminuye el tamaño de los equipos y opera a una
temperatura relativamente baja (Maya y Talb, 2013, p. 153; Vincent, et. al., 2014,
p. 126).
La esterilización de la palma africana mediante microonda se realiza en menor
tiempo que la esterilización actual. En un estudio se determina que la
esterilización para la inhibición de la enzima lipasa se realiza en 17 minutos. El
tiempo de esterilización es proporcional a la cantidad de materia que ingresa al
proceso (Maya y Talb, 2013, p. 154).
32
La calidad del aceite obtenida mediante este proceso es adecuada para la
comercialización del mismo. Pero se obtiene una disminución en la cantidad de
carotenoides en el aceite comparado con el que se comercializa (Maya y Talb,
2013, p. 155).
La temperatura de esterilización en el proceso con microonda es importante para
la inhibición de las enzimas que provocan el aumento de los ácidos grasos libres.
Al incrementar la temperatura de esterilización se disminuye la activación de la
enzima (Umudee, Chongcheawchamna, Kiatweerasakul y Tanguri, 2013, p. 112).
1.2.5.3. Esterilización acuosa con enzimas
El proceso de esterilización acuosa es un método alternativo de extracción de
aceite, el cual es amigable con el ambiente. En las actuales investigaciones el
proceso no refleja un rendimiento alto de extracción (Teixeira, et. al. 2013, p. 575-
576).
La eficiencia de la esterilización acuosa puede ser mejorada mediante la
utilización de enzimas hidrolíticas. Se logra una extracción del 90 % en varios
aceites con la utilización de enzimas. La eficiencia de extracción y la calidad del
aceite dependen de las enzimas que se aplique (Teixeira, et. al. 2013, p. 576).
En este proceso la fruta fresca es tratada con vapor a 125 °C por 5 minutos.
Después se separa la fruta de los racimos. La fruta es trata en una atmosfera
controlada con las enzimas. Se inactiva las enzimas con tratamiento calórico y se
centrífuga la mezcla (Teixeira, et. al. 2013, p. 576).
33
2. PARTE EXPERIMENTAL
2.1. EVALUACIÓN DE LA SITUACIÓN ACTUAL DE LAS
OPERACIONES UNITARIAS DE LA EXTRACTORA DE
ACEITE ROJO DE PALMA AFRICANA
En el presente proyecto se analizó el proceso de extracción de aceite rojo de
palma africana de la extractora Hermanos Muñoz ubicada en el sector de la
Concordia, provincia de Santo Domingo. Para la evaluación de la situación actual
de las operaciones unitarias se tomó dos muestras a la entrada y salida de las
operaciones unitarias y se analizó cada corriente. Las muestras fueron tomadas el
mismo día en dos cargas distintas de producción.
En la figura 2.1 se observa el diagrama de flujo de la extracción de aceite rojo de
palma que se realizó en la empresa. Se puede observar cada corriente donde se
tomó muestras para los análisis definidas con letras de la A a la O. Los análisis
realizados a cada corriente se describen a continuación.
2.1.1. ESTERILIZACIÓN Y DESGRANADO (A, B)
Se tomó muestras de los granos de fruta que ingresa al proceso, se tomó 20
granos de diferentes racimos de palma. La muestra de fruta de palma fue tomada
en el punto A del proceso. A esta muestra se realizó análisis de humedad y de
extracto etéreo.
El análisis de extracto etéreo se realizó mediante el método de extracción por
solventes utilizando el equipo VELP SCIENTIFIC SER 148. Para la determinación
de extracto etéreo primero se realizó una determinación de humedad. Para esto
se realizó un secado en la estufa HERAEW a 100 °C y 100 mmHg por 4 horas y
después en un desecador por 1 hora. Finalmente se registró el peso inicial y final
de la muestra.
34
Figura 2.1. Diagrama de flujo y lugar de toma de muestras de las operaciones unitarias de la extracción de aceite en la empresa Hermanos Muñoz
ESTERILIZACIÓN
DESGRANADO
DIGESTIÓN
PRENSADO
DECANTACIÓN
SECADO 1
TAMIZADO
CENTRIFUGADO
SECADO
VAPOR DE AGUA
RACIMO DE FRUTA
APURGA
C
RACIMO VACÍOS
B
VAPOR DE AGUA
D
FIBRA DE PRENSA
E
F
G
ACEITE
ACEITE
J
PURGA
H
PURGA
I
K
EFLUENTE SÓLIDOS
M
L
N
EFLUENTE LÍQUIDO
O
AGUA
35
Después se pesó 5 gramos de muestra y se introdujo dentro de los dedales de
celulosa. En los vasos de extracción se midió 50 mL de éter etílico y se introdujo
los vasos de extracción con el solvente dentro del equipo de extracción. Se
colocaron las condiciones de la extracción en el equipo, después de 60 minutos
se realizó el reflujo de lavado en el equipo por 60 minutos y se procedió a la
evaporación del solvente. Se retiró los vasos de extracción y se secó en la estufa
por 30 minutos a 100 °C.
Finalmente se registró el peso de la muestra. El porcentaje de materia grasa se
calcula con la siguiente fórmula:
[2.1]
Donde:
Mi: peso inicial de la muestra
Mf: peso final de la muestra
Además, se pesó 10 racimos de fruta provenientes de la corriente A en una
balanza. Se marcó los racimos con alambre antes de ingresar al proceso y se
colocaron dentro de las 5 diferentes autoclaves. Después de transcurrido el
tiempo de esterilizado y de desgranado se pesó los racimos vacíos marcados en
la corriente B. Esto se realizó para la determinación de la composición del racimo.
2.1.2. DIGESTIÓN (C)
Se tomó muestras del punto C, que corresponde a la corriente que ingresa al
digestor. Se tomó dos muestras de 20 granos correspondientes a diferentes
cargas del proceso de extracción. A las muestras se realizó análisis de humedad
con el método de la estufa de aire que se describe en el anexo I-a.
36
2.1.3. PRENSADO (D, E)
Se tomó dos muestras en los puntos D y E. Se tomó 200 mL de las muestras del
punto D y del punto E se tomó alrededor de 100 gramos de muestra.
Para las muestras del punto D se realizó análisis de humedad como se describe
en el anexo I-a.
La muestra del punto E se realizó análisis de humedad y de extractor etéreo. Las
muestras del punto E corresponden a la corriente conformada por la fibra de la
fruta. Los análisis de humedad se realizaron mediante el método descrito en el
anexo I-a. Y el análisis de extracto etéreo como se describe en el numeral 2.2.1.
2.1.4. DECANTACIÓN (F, H)
Se tomó dos muestras en cada punto F y H correspondiente a la entrada de la
decantación y de la purga de decantación, respectivamente. Se tomó
aproximadamente 100 mL de cada muestra.
Para las muestras F y H se realizaron análisis de humedad como se describe en
el anexo I-a.
Además a la muestra H se realizó un ensayo de centrifugación de la siguiente
manera: se centrifugó por 10 minutos a 3000 rpm en la centrífuga DAMON/EC
DIVISION. Se midió el volumen de cada fracción obtenidas después de la
centrifugación y se registró el peso total de la muestra. Para la determinación de
la fracción de aceite en esta corriente se obtuvo el porcentaje en peso de cada
fracción, para lo cual la densidad de la primera fracción se consideró igual a 0,8
g/mL, la densidad de la segunda fracción se consideró igual a 1 g/mL y el peso de
la última fracción se obtuvo por diferencia de las otras dos. La fracción de aceite
se determinó con la siguiente fórmula:
37
[2.2]
Donde:
F1, F2 y F3: el porcentaje de cada fracción
xAF2: fracción de aceite en la fracción 2
xAF3: fracción de aceite en la fracción 3
2.1.5. SECADO (G, J, I)
Se tomó dos muestras de aproximadamente 100 mL de los puntos G, J e I, que
corresponden a la entrada, la salida y la purga del secado respectivamente.
A todas las muestras se realizaron análisis de humedad con el método descrito en
el anexo I-a.
A la muestra I se realizó un ensayo de centrifugación como se describe en el
numeral 2.1.4.
2.1.6. TAMIZADO (K, M)
Se tomaron 200 mL de cada muestra de la corriente K. La muestra K corresponde
a la corriente de entrada al tamiz. A esta muestra se realizó un análisis
granulométrico con la norma ASTM c 136-06 como se especifica en el anexo I-b.
Según las especificaciones del equipo de tamizado que se utiliza en la planta
extractora, el tamaño de malla es un tamiz No 140, correspondiente a una
abertura de malla de 106 um según la norma ASTM c 136-06. Con este dato y los
resultados del análisis granulométrico se determinó la eficiencia del tamizado.
Se tomó también 100 mL de la muestra M, correspondiente al efluente sólido que
se obtiene del tamiz. En esta muestra se realizó un análisis de humedad y de
extracto etéreo como se especifica en el numeral 2.2.1.
38
2.1.7. CENTRIFUGADO (L, N, O)
Se tomó dos muestras de aproximadamente 100 mL en cada punto denominados
L, N y O, los cuales corresponden a las corrientes de entrada, salida y desecho de
la centrífuga respectivamente.
A las muestras L, N y O se realizaron análisis de humedad como se especifica en
el anexo I-a. Además a la muestra O se realizó un análisis de extracto etéreo
como se especifica en el numeral 2.2.1.
2.1.8. ANÁLISIS DEL PRODUCTO TERMINADO
El producto de la extracción corresponde a la mezcla del aceite que se obtiene en
el proceso principal y el correspondiente de la recuperación de aceite. De este
producto se tomó dos muestras de 100 mL. A esta muestra se realizó análisis de
índice de yodo, índice de peróxido y acidez como se especifica en los anexos I-c,
I-d y I-e, respectivamente.
2.1.9. BALANCE DE MASA
Con los datos obtenidos de cada operación unitaria y la capacidad actual de la
planta, se realizó los diagramas de bloque y de flujo. Además se realizó el
balance de masa de cada proceso y el balance global de la planta. Se determinó
el rendimiento de extracción y se realizó el diseño de la planta y la vista
isométrica.
Para el balance de masa se consideró que la composición de la fruta de palma es
90 % mesocarpio y el 10 % la nuez el cual es un valor medio de varias referencias
bibliográficas (Arroyo, 2007, p. 117; Bockisch, 1998, p. 210; Chánaba, 2003, p.
28; Ocampo, 1995; Pérez, 2000). Además la composición de la fibra respecto a la
fruta fue tomada de bibliografía.
39
La humedad de los racimos vacíos se consideró que es la misma que la
determinada de las muestras A y C.
Se consideró también que los sólidos que se obtienen en las corrientes de las
purgas son los provenientes de los sólidos del mesocarpio de la fruta. Además
para la corriente de la purga de la esterilización se consideró que esta
corresponde al 6 % de los racimos de fruta que ingresa al proceso, este
porcentaje es un valor promedio de bibliografía (Corley y Tinker, 2003 p. 452; Lai,
et. al., 2012 p. 301). Esta corriente está constituida por aceite y agua. El aceite
corresponde al 0,2 % de la corriente de racimos de fruta (Lai, et. al., 2012 p. 312).
Se consideró que la nuez no tiene humedad y que no absorbe humedad en todo
el proceso. Por lo que las humedades determinadas sólo corresponden a la
humedad del mesocarpio de la fruta, es decir, la corriente sin la nuez.
2.2. DETERMINACIÓN DE LOS PARÁMETROS ÓPTIMOS
DE OPERACIÓN DE ESTERILIZACIÓN Y DE
DIGESTIÓN
Los parámetros óptimos que se determinaron en los procesos de esterilización y
digestión fueron la presión y la temperatura, respectivamente. Para la
determinación de estos parámetros se realizaron ensayos a escala de laboratorio,
para lo cual se utilizó un autoclave rotatorio tipo batch, un mezclador tipo batch
CRYPTO-PEERLESS, un digestor con camisa de calentamiento acoplado a un
baño de calentamiento LAUDA-THERMOSTAT, una prensa hidráulica con
calentamiento tipo batch LANDAU-PFALZ y finalmente la centrífuga DAMON/EC
DIVISION.
40
2.2.1. ENSAYOS A ESCALA DE LABORATORIO
Para la determinación de las condiciones óptimas de operación de la esterilización
y de la digestión se utilizó un diseño experimental central compuesto 22. Donde
los factores fueron la presión de la esterilización y la temperatura en la digestión.
Los puntos iniciales del diseño factorial son: 30 psi, 96 °C; 50 psi; 96 °C; 50 psi,
80 °C y 30 psi, 80 °C. Los puntos axiales del diseño experimental son: 40 psi, 99
°C; 54 psi, 88 °C; 40 psi, 77 °C y 26 psi, 88 °C. Y el punto central es 40 psi, 88 °C.
Para los ensayos a escala de laboratorio se pesó 2 kilogramos de fruta de palma
africana y se colocó dentro de la autoclave rotatoria y se agregó 500 mL de agua.
La esterilización se realizó a 26, 30, 40, 50 y 54 psi por 40 minutos.
La fruta esterilizada se llevó al mezclador por 10 minutos para lograr una
separación del mesocarpio de la fruta y de la nuez. Después de esto, la fruta fue
llevada al digestor el cual se acopló a un baño de calentamiento para regular la
temperatura. La digestión se llevó acabo a 77, 80, 88, 96 y 99 °C. Para obtener
las dos últimas temperaturas se utilizó para la chaqueta de calentamiento aceite
de cocina en lugar de agua. La digestión se realizó por 30 minutos una vez que se
llegó a la temperatura requerida dentro del digestor.
El producto obtenido del digestor se colocó en la prensa hidráulica con
calentamiento a 50 °C y 130 bares de presión por 5 minutos. Se tomó muestras
de la fibra que se obtiene como desecho del proceso para analizar la cantidad de
aceite. El aceite obtenido del proceso se colocó dentro de los tubos para
centrífuga y se centrifugó a 1500 rpm por 15 minutos. Se tomó muestras del
aceite obtenido después de la centrifugación.
41
2.2.2. ANÁLISIS DE LA FIBRA DEL PROCESO DE PRENSADO Y DEL
ACEITE OBTENIDO
En las muestras de fibra del diseño factorial se analizó el extracto etéreo como se
describe en el numeral 2.2.1.
Además, el aceite obtenido se analizó índice de yodo, índice de peróxido y acidez
como se describe en el anexo I-a, b y c, respectivamente. Se verificó que cumplan
con la norma INEN 30:2012 que se encuentra en el anexo II (INEN, 2012).
2.3. EVALUACIÓN TEÓRICA DEL RENDIMIENTO DEL
PROCESO CON LOS CAMBIOS PROPUESTOS
Mediante la evaluación realizada en el numeral 2.1 se determinó que las
operaciones unitarias de decantación, secado y del sistema de recuperación de
aceite no se realizan adecuadamente en el proceso de extracción.
Se propuso el cambio del equipo de decantación al igual que el cambio en el
tiempo de operación, para lo cual se determinó la capacidad necesaria del
decantador mediante el balance de masa realizado. El tiempo de decantación se
determinó mediante bibliografía. Y finalmente se consideró varias opciones de
decantadores para esta operación.
Para la determinación de los equipos de decantación se determinó la velocidad de
sedimentación mediante la siguiente fórmula:
[2.3]
Donde:
vt: velocidad de sedimentación (m/s)
Dp: diámetro de partícula = 0,0001 m
: densidad de la partícula = 1037 kg/m3 (Pérez, 2005, p. 2).
42
: densidad del fluido = 880 kg/m3
: viscosidad de fluido = 0,009 Pa*s
El valor de densidad del fluido fue estimado mediante la composición de la
corriente de entrada a la decantación con las densidades de aceite de 0,8 g/cm3 y
de 1 g/cm3 para el agua. La viscosidad del fluido se estimó con la misma
composición con las viscosidades de aceite de 0,015 Pa*s y 5x10-4 Pa*s (Perry,
2001, p. 2-329). El diámetro de la partícula se tomó de bibliografía como arena
gruesa (Pérez, 2005, p. 2).
Para el decantador rectangular se determinó el área de sedimentación con la
siguiente fórmula:
[2.4]
Donde:
As: área de sedimentación (m2)
Q: caudal (m3/s)
W: ancho de decantador (m)
H: Altura del decantador (m) H=5W (Pérez, 2005, p. 3).
Y el volumen del sedimentador rectangular se determina con:
[2.5]
Donde:
V: volumen (m3)
L: longitud (m); H=3L (Pérez, 2005, p. 3).
Se evaluó si el equipo seleccionado cumple con las condiciones de producción, si
los suministros requeridos y el espacio que ocupa son adecuados para la planta.
43
Para el cambio del sistema de recuperación se consideró el cambio de la
centrífuga por un decantador trifásico. Se determinó mediante el balance de masa
la capacidad requerida de la centrífuga.
En el secado se realizó el balance de masa con las nuevas condiciones de
operación y con la humedad que determina la norma INEN 30 (anexo II). Se
realizó el balance de masa sin necesidad de la realización de purga en esta
operación unitaria.
Para el dimensionamiento del decantador trifásico se calculó el rendimiento del
proceso mediante la fórmula:
[2.6]
Donde:
Ql: caudal del concentrado
Qf: caudal de alimentación
Qp: caudal de floculante
xs: porcentaje de sólidos en el pastel
xf: porcentaje de sólidos en la alimentación
xp: porcentaje de sólidos en el floculante
xl: porcentaje de sólidos en el concentrado
El caudal de floculante es igual a cero ya que las partículas no son demasiado
pequeñas por lo que no requiere floculante el proceso. El caudal de alimentación
(Qf) se obtiene del balance de masa previo a esta operación al igual que el
porcentaje de sólidos en la alimentación (xf). Y el porcentaje de sólidos en el
pastel es la cantidad de sólidos en los desechos, este se calcula mediante el
balance de masa de agua y la cantidad de aceite en pastel que corresponde a
0,02 (Rackerseder, 2013, p. 49), Ql es el caudal del aceite que sale del proceso y
xl es la cantidad de sólidos en esta corriente para este caso es cero ya que el
aceite no sale con sólidos.
44
Para la determinación del volumen del decantador trifásico se utilizó la siguiente
fórmula:
[2.7]
Donde:
V: volumen de decantador (m3)
L1: longitud mayor (m)
L2: longitud menor (m)
D1: diámetro mayor (m)
D2: diámetro menor (m)
En la figura 2.2 se observa un esquema del decantador trifásico, se observa las
dimensiones del decantador y las corrientes de este.
Figura 2.2. Esquema del decantador trifásico Fuente: Records y Sutherland, 2001, p. 20
Se realizó las vistas isométricas y el diseño de la planta antes y después de la
optimización para visualizar los cambios sugeridos de los equipos.
Finalmente, con el rendimiento de las operaciones unitarias de esterilización y
digestión determinadas en el numeral 2.2. Se realizó un nuevo balance de masa y
se determinó el nuevo rendimiento de la planta y de cada operación unitaria. Se
comparó los rendimientos obtenidos para analizar la factibilidad del proyecto
desde el punto de vista técnico.
45
2.4. EVALUACIÓN ECONÓMICA DE LA PLANTA ANTES Y
DESPUÉS DE LA OPTIMIZACIÓN DEL PROCESO
Para la evaluación económica de la planta se realizó un flujo neto de caja, para lo
cual se recopiló información actual de la extractora. Se recopiló información de
ingresos y egresos; se determinó la nómina del personal de la planta y el salario
de cada uno de ellos, el costo de la materia prima por tonelada y el ingreso de
esta por mes, el costo de suministros por mes agua y electricidad. También se
determinó el costo de reparaciones de los equipos, se determinó el precio del
aceite rojo de palma por tonelada y el precio del cuesco de palmiste por tonelada.
Con el flujo neto de caja de la situación actual se determinó los índices financieros
como son la tasa interna de retorno (TIR) y el valor actual neto (VAN). Para lo cual
se utilizó las siguientes fórmulas:
[2.8]
[2.9]
Donde:
: Valor actual neto [$]
: Valor de la inversión inicial [$]
: Beneficio neto en un periodo de tiempo t [$]
: Tasa de interés [%]
: Cantidad de periodos
Para la evaluación económica después de la optimización se tomó datos del
nuevo rendimiento de la planta y se calculó nuevamente los ingresos de la planta
y los egresos. Se realizó un nuevo flujo neto de caja con estos valores y con la
inversión de los equipos que se adquieren, se calculó el TIR y el VAN después de
la optimización. Finalmente se comparó con lo obtenidos anteriormente, para
evaluar la factibilidad de proyecto desde el punto de vista económico.
46
3. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
A continuación se presentan los resultados obtenidos de la evaluación de la
situación actual de las operaciones unitarias de la extractora de aceite rojo de
palma africana, la determinación de los parámetros óptimos de operación de
esterilización y de digestión, la evaluación teórica del nuevo rendimiento del
proceso con los cambios propuestos y las condiciones óptimas de operación de
esterilización y digestión y la evaluación económica de la planta extractora antes y
después de la optimización del proceso.
3.1. EVALUACIÓN DE LA SITUACIÓN ACTUAL DE LAS
OPERACIONES UNITARIAS DE LA EXTRACTORA DE
ACEITE ROJO DE PALMA AFRICANA
La extractora “Hermanos Muñoz” emplea el siguiente proceso de extracción. La
palma africana que ingresa a la fábrica es pesada antes de ingresar al proceso.
En la zona de descargue se apila la palma antes de que entre al proceso. La
fábrica consta de 5 autoclaves las cuales son llenadas con la materia prima
mediante una tolva, después de cerrar las autoclaves se inyecta vapor de agua
proveniente del caldero a 40 psi y se mantiene esta presión por 45 minutos.
Después de acabado el proceso de esterilización se despresuriza las autoclaves y
se descarga por la parte de debajo de estas. La materia prima pasa al
desgranador el cual separa la fruta de palma africana del racimo. Separada la
fruta mediante un elevador se descarga en los digestores los cuales consta de
agitadores, se calienta mediante agua a 90 °C.
La fruta después de los digestores pasa a 2 prensas de tornillo dispuestas en
paralelo, la cual mediante presión libera el aceite crudo de palma. En las prensas
se tiene dos corrientes de salida: la del aceite, agua y sólidos, y la corriente
compuesta de fibra y la nuez de la fruta. La última corriente es separada
47
posteriormente mediante un ciclón, el cual separa mediante diferencia de
gravedad.
El aceite con las impurezas pasa a los decantadores los cuales son calentados y
dejados en reposo por 60 minutos, después de este tiempo por la parte de abajo
de los equipos se descarga la purga y por la parte media del equipo se descarga
la corriente de aceite que pasa al secador.
El secador, son tanques cilíndricos provistos de un serpentín mediante el cual
pasa vapor para la evaporación de agua. En esta operación también se realiza
una purga en la cual se elimina todo los restos de sólidos del aceite.
En el tanque pulmón se unen las corrientes de purga de la esterilización, de la
digestión y del secado. Esta corriente formada sigue el sistema de recuperación,
el cual primero pasa por el tamiz y después a la centrífuga la cual, por la
capacidad de esta, trabaja 16 horas diarias. La corriente que sale de la centrífuga
pasa al secado para obtener aceite de segunda.
En el diseño de la planta que se presenta a en la figura 3.1, 3.2 y 3.3 se puede
observar la distribución de la planta, se observa que esta funciona en niveles para
utilizar la gravedad para el llenado y descargue de ciertos equipos como las
autoclaves y el desgranador. Se puede observar de manera más clara la
distribución de los equipos que se tiene en la planta en el plano isométrico de
esta.
En el diseño general de la planta se visualiza que la báscula se encuentra al
ingresar. La báscula como se mencionó se utiliza para registrar la cantidad de
racimos de palma fresca que ingresan al proceso, pesando los camiones con la
fruta y sin ella. En el diseño de la planta se puede diferenciar las áreas de la
planta las cuales se han dividido en cinco. El área de recepción, que consta del
patio donde se apila la fruta antes de ingresar al proceso. El área de producción,
donde están todos los equipos de extracción de aceite desde las autoclaves hasta
los secadores. El área de recuperación, que está conformado por el tanque
48
pulmón, el tamiz y la centrífuga. También se observa el área de generación de
vapor, donde se encuentra el caldero, el ciclón y el sistema de distribución de
vapor. Y finalmente está el área de almacenaje, que consta de dos tanques de
almacenamiento del aceite.
Tabla 3.1. Nomenclatura utilizada en los equipos del diagrama PFD y en el diseño de la planta
Área Equipo Código
Producción
Esterilizadores
E-201
E-202
E-203
E-204
E-205
Desgranador D-201
Digestores Di-201
Di-202
Prensas P-201
P-202
Decantadores
C-201
C-202
C-203
Secadores
S-201
S-202
S-203
S-204
S-205
Recuperación
Tanque pulmón T-301
Tamiz Ta-301
Centrífuga Ce-301
De generación de vapor
Caldero Ca-401
Ciclón Cl-401
Distribuidor de vapor G-401
Almacenamiento Tanques de aceite T-501
T-502
49
Fig
ura
3.1
. Dis
eño
gene
ral d
e la
pla
nta
50
Fig
ura
3.2
. Dis
eño
del á
rea
de p
rodu
cció
n de
la p
lant
a ex
trac
tora
51
Fig
ura
3.3
. Vis
ta is
omét
rica
del
áre
a de
pro
ducc
ión
de la
pla
nta
extr
acto
ra
52
En la distribución de la planta del área de producción en la figura 3.2 se observa
la disposición de los equipos y la cantidad de cada uno de ellos. Se puede
observar que el área de producción empieza con las autoclaves, las cuales son
cinco, donde se realiza la esterilización. Después de esta, en un nivel inferior se
encuentra un desgranador. Se puede observar la presencia de dos digestores con
sus respectivas prensas de tornillo. En el mismo nivel se encuentran tres
decantadores y cinco secadores. En la tabla 3.1 se puede observar los equipos y
su código utilizado en el diagrama PFD y en el diseño de la planta.
En el área de recuperación se observa el tanque pulmón donde se unen las
corrientes de purga de la esterilización, de la decantación y del secado. Del
tanque pulmón se abastece el sistema de recuperación donde se observa el tamiz
en la parte superior y abajo la centrífuga.
Se realizó la evaluación de las operaciones unitarias del proceso de extracción de
palma africana en el Departamento de Ciencia de los Alimentos y Biotecnología
de la Escuela Politécnica Nacional. Para los análisis señalados se tomó muestras
de las corrientes de entra y salida de cada operación unitaria antes mencionadas.
3.1.1. ESTERILIZACIÓN Y DESGRANADO
En la tabla 3.2 se observa la composición de los racimos de fruta, los cuales se
determinaron pesando los racimos vacíos después del desgranado. Este dato
servirá para la realización del balance de masa. La inspección visual que se
realizó de los racimos vacíos, se determinó una cantidad mínima de fruta en el
racimo después del desgranado.
A la corriente de entrada del esterilizador se realizó análisis de humedad según el
procedimiento descrito en el anexo I-a. A continuación se presenta el resultado
del análisis:
53
Tabla 3.2. Determinación de la composición de los racimos de fruta
% de la fruta % de la racimo
Muestra 1 80,00 20,00
Muestra 2 78,57 21,43
Muestra 3 80,00 20,00
Muestra 4 80,00 20,00
Muestra 5 81,25 18,75
Promedio 79,96 ±0,85 20,04 ±0,85
En la tabla 3.3 se observa la humedad de la materia prima a la entrada del
esterilizador. Los valores de humedad de las corrientes son requeridos para la
determinación de la cantidad de vapor que se utiliza en esta operación. Los datos
utilizados para la determinación de humedad se encuentran en el anexo III.
Tabla 3.3. Determinación de humedad de las corrientes del esterilizador
% Humedad
Muestra 1 39,38
Muestra 2 38,32
Promedio 38,85 ±0,53
Se realizó una análisis de extracto etéreo de la fruta que ingresa al proceso para
lo cual se siguió el procedimiento en la sección 2.2.1.
Como se observa en la tabla 3.4 la cantidad de aceite en la fruta de palma
africana obtenida en laboratorio fue en promedio de 45,96% en base seca, este
valor corresponde a la cantidad de aceite en el mesocarpio de la fruta.
Tabla 3.4. Determinación de extracto etéreo en base seca de la corriente de entrada al esterilizador
% Extracto etéreo
Muestra 1 46,83
Muestra 2 45,09
Promedio 45,96 ±0,87
54
En la tabla 3.5 se presentan diferentes datos bibliográficos de la composición del
racimo de palma africana. Las composiciones se presentan respecto al peso del
racimo de fruta.
Tabla 3.5. Datos bibliográficos de composición del racimo de palma africana
Componente E.
Guineensis tenera 1
E. Guineensis 2
E. Guineensis 3
Variedad Tenera 4
Asia 5
Racimo 22,0 25,0 22,0 34,0 29
Fruta 78,0 75,0 78,0 66,0 71
Nuez 9,0 14,0 5,0 7,9 11
Mesocarpio
Aceite 22,5 20,0 22,0 22,5 23,4
Fibra 13,0 7,0 13,5 12,0
Agua 33,5 34 37,5 24,6
Fuente: 1 Ocampo (1995). 2 Arroyo (2007). 3 Pérez (2000). 4 Chánaba (2003). 5 Bockisch (1998).
En la tabla 3.2 se observa que la cantidad de fruta en el racimo es de 79,96 % y la
del racimo vacío de 20,04 %. Al comparar estos valores con los de la tabla 3.5 no
difieren mucho, se observa que el porcentaje en peso del racimo determinado es
solo un poco menor al que se reporta en bibliografía.
Para determinación de aceite respecto al racimo de fruta, se utilizó los valores de
la humedad del mesocarpio que se observa en la tabla 3.3, el porcentaje de fruta
en el racimo que se observa en la tabla 3.2 y corresponde a 79,96 % y la cantidad
de mesocarpio en la fruta que se asumió 90 % como valor promedio de
bibliografía. El valor de aceite en el racimo de fruta es de 20,23 %. Como se
observa en la tabla 3.2, este dato se encuentra dentro de los valores reportados
en bibliografía que están entre 20 y 23 %.
55
3.1.2. DIGESTIÓN
En la corriente de entrada de la digestión, se realizó un análisis de humedad
como se explica en la sección 2.2.2. A continuación se observan los resultados
obtenidos de las muestras de las corrientes de entrada de esta operación.
En la tabla 3.6 se muestra la cantidad de agua a la entrada del proceso de
digestión. Este dato se utilizó para el balance de masa de la extractora y la
determinación del rendimiento de extracción.
Se observa que la humedad de la entrada de la esterilización en la tabla 3.4 es
menor que la humedad en la entrada de la digestión. Esto es consistente con la
utilización de vapor en la operación de esterilización. Los datos utilizados para la
determinación de humedad se encuentran en el anexo III.
Tabla 3.6. Determinación de humedad de la corriente de entrada del digestor
% Humedad
Muestra 1 42,15
Muestra 2 40,25
Promedio 41,20 ±0,95
En la operación de digestión se agrega agua para la adecuada realización de esta
operación. La digestión es importante para un eficiente prensado.
3.1.3. PRENSADO
A la corriente de entrada del prensado se realizó un análisis de humedad como se
explica en la sección 2.2.3. A continuación se observan los resultados obtenidos
de las muestras de las corrientes de entrada de esta operación.
En la tabla 3.7 se observa la humedad de la corriente de entrada a la prensa, esta
humedad es mayor a la humedad de la corriente de entrada a la digestión. Esto
56
es coherente con la agregación de agua que se realiza en la operación de
digestión. Los datos de humedad son necesarios para la realización del balance
de masa. Los datos utilizados para la determinación de humedad se encuentran
en el anexo III.
Tabla 3.7. Determinación de humedad de la corriente de entrada del prensado
% Humedad
Muestra 1 44,63
Muestra 2 46,67
Promedio 45,65 ±1
En la tabla 3.8 se presenta dos datos obtenidos de la humedad y del extracto
etéreo de la corriente que sale de la prensa que está constituida de la fibra de la
fruta. Esta corriente tiene como componentes el agua, el aceite y los sólidos (fibra
de prensa). Los datos utilizados para la determinación de humedad se encuentran
en el anexo III.
Según bibliografía, la humedad de la fibra de prensa se encuentra entre 15 y 42%
(Lai, et. al., 2012 p. 696; Pérez, 2000). Se observa en la tabla 3.8 que la humedad
promedio de la fibra de la extractora es de 31,27 % la cual está dentro de los
valores reportados en bibliografía.
El extracto etéreo obtenido en el laboratorio fue de 2,72 % en promedio. Según
bibliografía, la cantidad de aceite en la fibra del prensado es de 6-8 % en base
seca (8-11 % base húmeda) (Pérez, 2000), por lo que la cantidad de aceite en la
fibra es baja comparada con lo reportado en bibliografía.
Tabla 3.8. Determinación de humedad y extracto etéreo de la corriente de fibra de la prensa
% Humedad % Extracto etéreo
Muestra 1 31,47 2,55
Muestra 2 31,07 2,89
Promedio 31,27 ±0,2 2,72 ±0,17
57
3.1.4. DECANTACIÓN
A las corrientes de entrada y purga de la decantación se realizó análisis de
humedad, además a la purga se determinó la cantidad de aceite como se
menciona en el numeral 2.2.4. A continuación se observan los resultados
obtenidos de composición de las muestras de las corrientes de entrada y salida
de esta operación.
En las tablas 3.9 y 3.10 se presentan los resultados de la humedad determinada
de la corriente de entrada a la decantación y la purga, respectivamente. Se
observa que la humedad de la entrada es de 51,68 % la cual está relacionada con
la cantidad de agua que se agrega en las operaciones previas. En bibliografía se
reporta una humedad de 24 %, pero se menciona que se puede tener humedades
de hasta 50 % dependiendo de la cantidad de agua que se agrega (Lai, et. al.,
2012 p. 455)
Se observa que la humedad de la purga de decantación es de 80,54 %, este dato
es necesario para la realización del balance de masa de la extracción de aceite.
Se reporta humedades de esta corriente de entre 79,2 y 85 % (Pérez, 2000), por
lo que la humedad obtenida se encuentra dentro de los rangos de humedad.
Tabla 3.9. Determinación de la humedad de la corriente de entrada de la decantación
% Humedad
Muestra 1 51,02
Muestra 2 52,34
Promedio 51,68 ±0,66
Tabla 3.10. Determinación de la humedad de la corriente de la purga de la decantación
% Humedad
Muestra 1 79,75
Muestra 2 81,33
Promedio 80,54 ±0,79
58
En la tabla 3.11 se presentan los resultados del ensayo de centrifugación de la
corriente de la purga de la decantación. Se observa la cantidad en mililitros de
cada fracción que compone esta corriente. Como se observa la corriente está
compuesta por tres fracciones. La primera fracción es aceite; la segunda fracción
es una mezcla líquida que contiene aceite, agua y sólidos; la última fracción es
una mezcla de agua, aceite y sólidos. La segunda fracción se consideró que
posee un porcentaje de aceite de 0,79 % que corresponde al aceite determinado
en la fase líquida obtenida en la centrifugación del proceso (numeral 3.1.7). El
porcentaje de aceite en la tercera fracción se asumió que es de 11,92 % que es el
extracto etéreo del desecho sólido que hay en el tamizado del proceso (numeral
3.1.6). Para la determinación del porcentaje de aceite en la purga de decantación
se utilizó la composición en peso de cada fracción y la composición de aceite en
cada una de estas, los cálculos realizados se encuentran en el anexo IV. Como se
observa el porcentaje de aceite en la purga es de 10,49 %.
Tabla 3.11. Determinación de aceite de la corriente de la purga de la decantación
Volumen de cada fracción (mL)
% de cada fracción (en peso)
% aceite en cada fracción
Fracción 1 5,0 8,76 100
Fracción 2 37,5 82,16 0,79
Fracción 3 5,0 9,08 11,92
Total 47,5 100 10,49
3.1.5. SECADO
A las corrientes de entrada, salida y purga del secado se realizó un análisis de
humedad como se explica en la sección 2.2.5. A continuación se observan los
resultados obtenidos de las muestras de las corrientes de entrada, salida y purga
de esta operación.
En la tabla 3.12 se observa la humedad de las corrientes de entrada, salida y
purga del secador, en la operación de secado el objetivo es la eliminación de
59
agua para llegar a límites de humedad que especifica la norma INEN 30. Donde la
humedad del aceite rojo de palma no debe superar el 0,2%. Se puede observar
que la humedad del aceite obtenido es del 1,21%, por lo cual no se está
cumpliendo con la norma.
Tabla 3.12. Determinación de humedad de las corrientes del secador
% Humedad
Corriente de entrada Corriente de salida Purga
Muestra 1 40,37 1,64 53,43
Muestra 2 37,63 0,78 52,11
Promedio 39,00 ±1,3 1,21 ±0,43 52,77 ±0,66
Ya que el aceite no cumple con este parámetro el precio de este puede ser
castigado. Corley y Tinker (2003) señala que el contenido de agua en el aceite
debe ser de 0,15%. El secado debe ser evaluado para que se mejore la calidad
del aceite obtenido (p. 455).
Tabla 3.13. Determinación de aceite de la corriente de la purga del secador
Volumen de cada fracción (mL)
% de cada fracción (en peso)
% aceite en cada fracción (en peso)
Fracción 1 2,5 4,26 100
Fracción 2 25,0 53,23 0,79
Fracción 3 17,5 42,51 11,92
Total 45,0 100 9,75
En la tabla 3.13 se presentan los resultados del ensayo de centrifugación de la
corriente de la purga del secado. En la tabla se observa la cantidad en mililitros de
cada fracción que compone esta corriente. Como se observa la corriente está
compuesta por tres fracciones. La primera fracción es aceite; la segunda fracción
es una mezcla líquida; y la última fracción es una mezcla sólida. El porcentaje de
aceite en cada fracción se asumió que es la misma que se mencionó en el
numeral 3.1.4. Para la determinación del porcentaje de aceite en la purga de
decantación se utilizó la composición en peso de cada fracción y la composición
60
de aceite en cada una de estas los cálculos se encuentran en el anexo IV. Como
se observa el porcentaje de aceite en la purga es de 9,75 %.
3.1.6. TAMIZADO
Al producto de la corriente de entrada del tamiz se realizó un análisis
granulométrico para la determinación del tamiz. A continuación se observa el
porcentaje retenido y acumulado de la corriente y el grafico que representa el
porcentaje retenido y pasado acumulado.
En la tabla 3.14 se observa los pesos retenidos obtenidos en el análisis
granulométrico, los cuales se utilizaron para el cálculo de los porcentajes retenido
y pasado acumulado, los cálculos se presentan en el anexo V. Esto se utilizó para
la realización de la figura 3.4 y la determinación de la eficiencia del tamizado.
Como se observa en la figura 3.4, la eficiencia del tamiz es de 41% el cual
corresponde a un tamiz número de malla de 140, que es el utilizado en la
extractora analizada este dato fue obtenido de información de la extractora este
número de tamiz corresponde a un tamaño de partícula de 106 um.
Tabla 3.14. Determinación de granulometría de la corriente que entra al tamiz
No Abertura del tamiz (um)
Peso retenido (gramos)
% retenido % retenido acumulado
% pasado acumulado
50 300 37,63 37,59 37,59 62,41
80 180 13,79 13,78 51,37 48,63
100 150 3,37 3,37 54,74 45,26
140 106 3,84 3,84 58,57 41,43
200 75 5,60 5,59 64,17 35,83
Fondo 0 35,87 35,83 100,00 0,00
100,01
61
El tamizado es parte del proceso de recuperación de aceite de la corriente de
purga, esta operación unitaria es previa la centrifugación. Por lo cual, el objetivo
es la eliminación material de granulometría grande que pueda dañar la centrífuga.
El material de interés se encuentra en la corriente que pasa por el tamiz no por la
retenida. Se observa en la figura 3.4 que la eficiencia del tamiz no es adecuada ya
que bastante material de interés queda en el retenido del tamiz.
Figura 3.4. Granulometría de la corriente de entra al tamiz
Los procesos de recuperación de las corrientes de purga son diferentes en las
plantas. Por lo cual no se tiene datos bibliográficos de la eficiencia de esta
operación unitaria.
Tabla 3.15. Determinación de humedad y extracto etéreo de la corriente de desecho sólido del tamizado
% Humedad % Extracto etéreo
Muestra 1 76,55 11,94
Muestra 2 76,49 11,90
Promedio 76,52 ±0,03 11,92 ±0,02
En la tabla 3.15 se presentan los resultados obtenidos de la humedad y extracto
etéreo que se realizó al desecho sólido del tamiz. El porcentaje de aceite en esta
0,00
10,00
20,00
30,00
40,00
50,00
60,00
70,00
80,00
90,00
100,00
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300
%
Tamaño de particula (um)
% retenidoacumulado
% pasadoacumulado
62
corriente fue utilizado para la determinación de la composición de aceite en las
purgas de la decantación y del secado. Estos datos son necesarios para la
elaboración del balance de masa y para la determinación de las pérdidas en el
proceso de extracción.
3.1.7. CENTRIFUGADO
A continuación se muestra los resultados obtenidos de los análisis de humedad
realizados a las corrientes de entrada y salida de la centrífuga.
En la tabla 3.16 se observa las humedades de las corrientes de entrada y salida
de la centrifugación, como se observa al salir de la centrífuga se ha disminuido el
porcentaje de agua.
Tabla 3.16. Determinación de la humedad de las corrientes de entrada y salida del centrifugado
% Humedad
Entrada 60,52
Salida 39,60
La centrifugación es un proceso de separación por medio de la diferencia
gravimétrica de las partículas que conforman la corriente de entrada. El proceso
de centrifugación debería reducir significativamente el porcentaje de sólidos de la
corriente de entrada. En la extractora, posteriormente de la centrifugación se
realiza el secado del aceite. Por lo cual la composición de sólidos debería ser
disminuida hasta 0,01% (Corley y Tinker, 2003, p. 455).
En la tabla 3.17 se muestran los resultados de los análisis de humedad y de
aceite realizados a la corriente de desecho líquido de la centrífuga. La
composición de aceite en esta corriente se tomó para la determinación de la
composición de aceite en las purgas de decantación y secado.
63
Tabla 3.17. Determinación de humedad y aceite de la corriente de desecho líquido del centrifugado
% Humedad % Extracto etéreo
Muestra 1 89,33 0,76
Muestra 2 88,87 0,82
Promedio 89,10 ±0,23 0,79 ±0,03
3.1.8. ANÁLISIS DEL PRODUCTO TERMINADO
Al aceite de palma africana se realizó una análisis de índice de yodo, índice de
peróxido y de acidez para lo cual se siguió el procedimiento del anexo I-c d y e. A
continuación se presentan los resultados de los análisis.
Según la norma INEN 30 los requisitos para aceite crudo de palma africana el
índice de peróxido debe ser máximo de 10 meq. O2/kg de aceite. Como se
observa en la tabla 3.18, el promedio de índice de peróxido determinado en
laboratorio del aceite producido en la extractora es de 4,50; por lo que este valor
entra en el rango de la norma.
Se puede observar también que el índice de yodo promedio obtenido en
laboratorio es de 49,08 cg/100 g. Según la norma el rango de índice de yodo es
de 44 y 60 cg/100 g. El valor obtenido del aceite está dentro del rango de la
norma.
La norma INEN determina que la acidez libre debe ser máxima de 0,2 %, se
observa que la acidez promedio obtenida corresponde a 2,68%. La acidez de un
aceite está ligada a la rancidez de este. Los análisis de aceite no se realizaron
inmediatamente después de tomar las muestras, por lo que la acidez aumenta
con el almacenamiento de estas al igual que con el calentamiento. Las muestras
obtenidas se debieron calentar para realizar los análisis por el estado sólido de
estas. Otras bibliografías reportan como máximo una acidez de 5% (Rincón y
Martínez, 2009, p. 13).
64
Tabla 3.18. Parámetros de calidad del aceite de palma africana
Índice de acidez
(mg KOH/g aceite)
Acidez
(g/100g ácido palmítico)
Índice de peróxido
(meq. O2/Kg aceite)
Índice de yodo
(cg I/100 g)
Muestra 1 5,88 2,68 4,23 48,21
Muestra 2 5,88 2,68 4,76 49,94
Promedio 5,88 ±0,0 2,68 ±0,0 4,50 ±0,27 49,08 ±0,86
La calidad del aceite se mide con los parámetros anteriormente mencionados y se
castiga el precio del aceite si uno de estos parámetros no se cumple. La calidad
del aceite de la extractora cumple con dos parámetros de la norma. La acidez del
aceite puede ser menor al realizar los análisis inmediatamente después de ser
tomadas las muestras, por lo que se puede determinar que el aceite de la
extractora es de buena calidad.
3.1.9. BALANCE DE MASA
En la figura 3.5 se presenta los resultados obtenidos de los análisis de cada
operación unitaria, estos datos se utilizaron para la realización del balance de
masa. También se observa el nombre de cada corriente las cuales se utilizaron
para el balance de masa que se describe a continuación.
Para la realización del balance de masa de la extractora de aceite se tomó como
base la capacidad de producción que actualmente maneja la planta. Esta
información fue obtenida de los datos de producción de la planta. La planta
procesa 400 toneladas a la semana de estas 3 toneladas a la semana es fruta
verde que no ingresa al proceso. Por lo que la capacidad de producción es de
9,93 toneladas por hora. La planta opera una jornada diaria de ocho horas, lo que
representa una capacidad diaria de 79,4 toneladas.
65
Se asumió que la humedad del racimo vacío en las operaciones de esterilización
y desgranado es la misma que la determinada en el mesocarpio de la fruta. La
fracción de humedad de las corrientes de entrada de la esterilización, entrada de
la digestión y entrada del prensado es la humedad perteneciente al mesocarpio
de la fruta y no de la corriente. Además se asumió que la nuez se conserva en el
proceso. Se asumió que la humedad de las corrientes de entrada y salida del
desgranador es la misma.
Figura 3.5. Resultados obtenidos de los análisis de cada operación unitaria
*composición respecto al mesocarpio
ESTERILIZACIÓN
DESGRANADO
DIGESTIÓN
PRENSADO
DECANTACIÓN
SECADO 1
TAMIZADO
CENTRIFUGADO
SECADO
RACIMOS DE FRUTA20,04% Racimo79,96% Fruta*XhF = 0,3885*XaF= 0,2810
PURGA
*XhD=0, 4120
RACIMO VACÍOS
VAPOR DE AGUA
*XhG = 0,4565
FIBRA DE PRENSAXhH =0,3127XaH =0,272
XhI=0,5168
XhJ=0,39
ACEITE
ACEITEXhM =0,121Acidez 2,68
Índice de Peróxido 4,50Índice de Yodo 49,08
PURGAXhK =0,8054XaK =0,1049
PURGAXhN =0,5277XaN =0,975
GranulometríaEficiencia 41 %
EFLUENTE SÓLIDOSXaP =0,1192XhP =0,7652
XhQ =0,6052
EFLUENTE LÍQUIDOXaS =0,079 aceite
XhS=0,8910
AGUA
VAPOR DE AGUA
AGUA
XhT =0,3960
A
F R
B
C
D
E
G
H
WNUEZ
I
K
J
N
M
L
O
Q
P
S
T
V
U
66
Xh: facción de humedad
Xa: fracción de aceite
La composición de la corriente de entrada de racimos de fruta (F) está constituida
de racimos vacíos, nuez, aceite, agua y sólidos. La composición de F se tomó de
los análisis de extracto etéreo y humedad correspondientes al mesocarpio de la
fruta. La cantidad de fruta en el racimo se tomó de la determinación de la
composición de esta que se observa en la tabla 3.5. En la tabla 3.19 se observa la
composición de la corriente F. La cantidad de nuez se asumió que corresponde al
10 % de la fruta. Los sólidos del mesocarpio se determinaron por la diferencia de
los demás componentes.
Tabla 3.19. Cantidad y composición de la corriente F
Componente Cantidad (t/h) %
Racimo 1,99 20,04
Nuez 0,79 8,00
Aceite 2,01 20,23
Agua 2,78 27,96
Sólidos 2,36 23,78
En la tabla 3.20 se presenta la metodología utilizada para la realización del
balance de masa se puede observar las ecuaciones utilizadas para cada proceso
y los valores conocidos y calculados. En el balance de masa se determinó el valor
de cada corriente y su composición.
Tabla 3.20. Metodología utilizada para el balance de masa
Proceso Ecuaciones Valores
conocidos Valores
calculados
Esterilización
F, R, W
xhF, xhD, xhR
A
B
Desgranado
B, F
xhF, xhB
C
D
Digestión
D, W
xhD, xhG
E
G
67
Tabla 3.20. Metodología utilizada para el balance de masa (continuación)
Prensado
G, W
xhG,, xhH, xhI
H
I
Decantación
I
xhI,, xhK, xhJ
K
J
Secado 1
J
xhN,, xaN
xhJ, xhM
N
M
L
xsN
Tamizado
O
P
Q
Centrifugado
Q
xhQ,, xhS, xhT
S
T
Secado 2
T
xaT, xhV
V
U
Los flujos másicos y las composiciones obtenidas del balance de masa se
observan en la figura 3.6 y 3.7 en donde se encuentra la tabla de resumen de
corrientes.
En los diagramas del proceso se puede observar las operaciones unitarias las
cuales se describieron anteriormente. Se observa los diagramas de bloques
(BFD) y flujo (PFD). En el BFD se puede observar las operaciones unitarias del
proceso y las corrientes de entrada y salida de estos. Los diagramas se observan
en las figuras 3.6 y 3.7, respectivamente.
La producción de la planta respecto al aceite es de 1,60 toneladas por hora,
además como subproducto se obtiene 0,79 toneladas por hora de palmiste, el
cual es vendido a otras empresas. Aceite de segunda se obtiene a 0,16 toneladas
por hora.
Los flujos de salida que se obtiene en el proceso es el racimo vacío, del cual se
produce 2,07 toneladas por hora; la corriente compuesta por la fibra de la fruta es
de 2,36 toneladas por hora; el lodo que sale del tamiz 1,66 toneladas por hora; y
el efluente de la centrífuga 0,89 toneladas por hora.
68
De las corrientes antes mencionadas, los racimos vacíos son un desecho sólido
del proceso, este ocasionalmente es vendido como abono para las mismas
plantas de aceite de palma. El efluente que se obtiene de la centrífuga se
almacena en las piscinas de tratamiento. Los sólidos que se obtiene del tamiz son
otros desechos sólidos del proceso. La fibra del prensado se utiliza en el caldero
como combustible para proporcionar la energía del proceso.
Figura 3.6. Diagrama de bloques del proceso de extracción de aceite crudo de palma actualmente utilizado en la Extractora “Hermanos Muñoz”
ESTERILIZACIÓN
DESGRANADO
DIGESTIÓN
PRENSADO
DECANTACIÓN
SECADO
TAMIZADO
CENTRIFUGADO
SECADO
Racimos de Palma9,93 t/h
Vapor de Agua0,93 t/h
Racimos 2,07 t/h
PURGAAceite 0,02 t/hAgua 0,58 t/h
Agua 0,61 t/h
Nuez 0,79 t/h
Agua 0,74 t/hAceite 0,06 t/hSólidos 0,79 t/h
PURGAAceite 0,18 t/hAgua 1,39 t/h
Sólidos 0,15 t/h
Agua 0,60 t/h
Agua 0,02 t/hAceite 1,58 t/h
PURGAAceite 0,17 t/hAgua 0,91 t/h
Sólidos 0,65 t/h
AguaAceiteSólidos
Agua 1,27 t/hAceite 0,20 t/hSólidos 0,19 t/h
Agua 1,19 t/hAceite 0,01 t/hSólidos 0,13 t/h
Agua 0,41 t/hSólidos 0,47 t/h
Aceite 0,16 t/h
PROCESO PRINCIPAL
PROCESO DE RECUPERACIÓN DE
ACEITE
69
Fig
ura
3.7
. Dia
gram
a de
Flu
jo d
el p
roce
so d
e ex
trac
ció
n d
e ac
eite
cru
do
de
pal
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actu
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en
la
Ex
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E-2
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Ag
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Ac
eit
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Agu
a
Ag
ua
Ra
cim
os
Só
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ce
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Ag
ua
Só
lido
sA
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ce
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Ac
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20
1
5
P-2
01
7
8
11
13
16
15
4
19
21
12
14
16
18
23
24
20
6
284
0
60
60
60
60
80
80
60
60
60
80
60
60
60
60
60
60
80
80
40
Nu
ez
109
Corr
ient
es1
23
45
67
89
1011
1213
1415
1617
1819
2021
2223
Fluj
o m
ásic
o (t
/h)
9,93
10,2
60,
930,
602,
078,
190,
618,
802,
360,
795,
641,
723,
921,
721,
590,
604,
041,
662,
381,
331,
050,
160,
89
Raci
mo
1,99
2,07
2,07
Nue
z0,
790,
790,
790,
790,
79
Ace
ite
2,01
1,99
0,02
1,99
1,99
0,06
1,92
0,18
1,74
0,17
1,58
0,37
0,20
0,17
0,01
0,16
0,16
Agu
a2,
783,
050,
930,
583,
050,
613,
650,
742,
911,
391,
530,
910,
020,
602,
871,
271,
601,
190,
420,
000,
41
Sólid
os2,
362,
362,
362,
361,
560,
800,
150,
650,
650,
800,
190,
610,
130,
470,
47
70
En la tabla 3.21 se observa las eficiencias del proceso principal y la del proceso
de recuperación de extracción. Se observa que la eficiencia global de extracción
es de 17,70%. En la tabla 3.22 se presenta diferentes datos bibliográficos de la
eficiencia de extracción. Si se compara con el obtenido del balance de masa,
resulta un poco inferior a la recuperación que se reporta en bibliografía que
corresponde a un mínimo de 18 %. La eficiencia que se obtiene en la extractora
se ve afectada por la falta de control de las operaciones unitarias y las
operaciones que no se realizan adecuadamente. En la tabla 3.21 se observa el
rendimiento respecto al aceite que ingresa al proceso el cual corresponde a 86,44
%, en bibliografía se reporta una recuperación de aceite entre 90 y 93 % (Lai, et.
al., 2012, p. 455). Como se observa, la recuperación es menor que la reportada
en bibliografía.
Tabla 3.21. Rendimiento del proceso de extracción
Proceso Entrada
(t/h) Aceite
obtenido (t/h) Eficiencia
(%)**
Rendimiento
(%)*
Proceso Principal 9,93 1,59 16,06 78,45
Proceso de Recuperación
9,93 0,16 1,64 7,99
Global 9,93 1,76 17,70 86,44
*Respecto al aceite que ingresa **Respecto al racimo que ingresa
Tabla 3.22. Eficiencia teórica del proceso de extracción
Eficiencia Teórica (%)
20-251 222 18-233 22,5-25,54
Fuente: 1 Chanabá (2003), 2 Pérez (2000), 3 Lai, Tan y Akoh (2012), 4 Gustone (2011)
En la tabla 3.23 se observa las pérdidas de aceite que se obtiene en la extractora.
Se observa el porcentaje de pérdida de aceite y el porcentaje de aceite que se
van en la purgas, estos fueron calculados respecto a la cantidad de aceite que
ingresa al proceso que es de 2,01 t/h como se observa en la tabla 3.19. Las
operaciones unitarias que se tiene pérdida son el prensado, el tamizado y en el
centrifugado. Las purgas de la esterilización, decantación y secado entran al
71
proceso de recuperación por esta razón no son pérdidas de aceite en el proceso.
Las pérdidas de fruta en el desgranado no son significativas en la extractora, por
esta razón no se cuantificaron.
En la tabla 3.23 se observa que la máxima pérdida de aceite se produce en los
sólidos del tamizado, que corresponde a 9,83 %. Por lo cual se debe evaluar esta
operación unitaria. Se debe considerar que el tamizado proviene del proceso de
recuperación de las purgas, por lo cual es una opción a considerar en la
utilización de un decantador centrífugo de tres fases.
El porcentaje de pérdida de aceite respecto a las pérdidas totales estan en el
prensado 26,3%, en el tamizado 72,5% y en la centrifugación 3,9 %. Se observa
que la máxima pérdida de aceite sucede en el tamizado seguido por las pérdidas
en la prensa.
En los procesos de esterilización, decantación y secado, se realizan purgas las
cuales contienen aceite, por lo cual se realiza un proceso de recuperación
mediante la centrifugación. En la esterilización se observa que el porcentaje de
aceite en la purga es de 0,99%, lo que demuestra que la purga corresponde a un
mínimo porcentaje de la corriente de entrada. En la decantación y secado se tiene
los mayores porcentajes de aceite en las purgas.
Tabla 3.23. Pérdidas de aceite en las operaciones unitarias
Proceso Cantidad de aceite (t/h)
Aceite en purgas* (%)
Pérdidas* (%)
Proceso
Principal
Esterilización 0,02 0,99 -
Prensado 0,06 - 3,20
Decantación 0,18 8,99 -
Secado 0,17 8,37 -
Proceso de Recuperación
Tamizado 0,20 - 9,83
Centrifugado 0,01 - 0,52
*Respecto al aceite que ingresa
72
Se observa que la pérdida de aceite en el prensado es de 3,20%, que
corresponde a una pérdida baja según bibliografía en donde se acepta hasta un
6,2% de pérdida (0,84% en peso de racimo fresco) (Corley y Tinker, 2003 p. 454).
En las figuras 3.6 y 3.7 se observa que en la operación de decantación se tiene
sólidos a la salida de este proceso los cuales son 0,65 toneladas por hora que
corresponde a porcentaje de 16,49 %, el cual es un alto porcentaje de sólidos
para salir del proceso de decantación. El objetivo de la decantación es separar
por gravimetría los sólidos e impurezas del aceite. Esta operación unitaria no se
está realizando adecuadamente, ya que se requeriría que la composición de la
corriente de salida del decantador este compuesta de aceite y agua, para que
esta última sea eliminada en el proceso posterior de secado (Corley, Tinker, 2003,
p. 455)
En la decantación el contenido de sólidos se debería reducir a un 0,01% y la
composición de la corriente de salida del decantador debe ser de 90% aceite y
10% agua, lo cual no se está logrando en la extractora por lo que se requiere la
mejora de esta operación (Lai, et. al., 2012 p. 313)
3.2. DETERMINACIÓN DE LOS PARÁMETROS ÓPTIMOS
DE OPERACIÓN DE ESTERILIZACIÓN Y DE
DIGESTIÓN
Se determinó los parámetros óptimos de operación de esterilización y de digestión
mediante un diseño experimental 22 compuesto con punto central. Para el diseño
experimental se trabajó con dos variables que fueron la presión en la
esterilización y la temperatura en la digestión. Como variable de respuesta se
utilizó el rendimiento en el proceso de prensado. A continuación se presenta los
resultados obtenidos del diseño experimental en el anexo VI se encuentra el
detalle de cálculo.
73
En la tabla 3.24 se presenta la relación entre el extracto etéreo determinado del
aceite obtenido en el laboratorio y el extracto etéreo que se obtuvo de la fibra de
la extractora. Para el análisis del diseño experimental se consideró que la pérdida
de aceite obtenida del punto central corresponde a la pérdida de aceite que se
obtiene en la extractora. Siendo el valor de promedio de los puntos centrales de
16,72 %, correspondiente al valor de 2,72 % que es la pérdida de aceite en el
prensado de la extractora. Los demás valores obtenidos del diseño experimental
se relacionaron con el punto central para la determinación de estos.
Tabla 3.24. Relación entre el extracto etéreo del aceite obtenido en laboratorio y el de la fibra de extractora
Extracto etéreo fibra de
laboratorio
Extracto etéreo de la fibra extractora
16,72 % 2,72 %
En la tabla 3.25 se muestran los resultados de extracto etéreo y el porcentaje de
pérdida de aceite del prensado. En la tabla se observa el número de pruebas
realizadas del diseño experimental 22 compuesto que corresponde a 11. Las
pruebas del punto central corresponden a los números 5, 6 y 7 con las variables
de presión de esterilización de 40 psi y de temperatura digestión de 88 °C,
correspondientes a las condiciones utilizadas en la extractora. Como se observa
en la tabla 3.25 los valores de porcentaje de extracto etéreo al punto central
corresponde a: 16,79 %, 20,59 % y 16,65 %. Dado que el valor de 20,59 % varía
de los otros dos valores obtenidos, se eliminó del análisis, para obtener una
mayor precisión en el resultado del diseño experimental.
La pérdida de aceite obtenida experimentalmente es mayor a la obtenida en la
extractora, esto se debe a los equipos utilizados en laboratorio no poseen la
misma eficiencia de los utilizados en la planta extractora. La prensa utilizada en el
diseño experimental fue una prensa hidráulica, mientras que en la extractora se
utiliza prensas de tornillo siendo estas más eficientes (Corley y Tinker, 2003, p.
454). También, al realizar un proceso batch se disminuye la eficiencia, en la
74
extractora la mayoría del proceso de extracción es un proceso continuo mientras
que en el laboratorio se siguió un proceso batch por la disposición de los equipos.
Tabla 3.25. Extracto etéreo y porcentaje de pérdida de aceite de la prensa obtenido del diseño experimental 22 compuesto
Prueba
# Presión
(psi)
Temperatura
(°C)
Extracto Etéreo
Laboratorio (%)
Extracto Etéreo
Extractora (%)
Pérdida de aceite
(%)
1 40
77 23,79 3,87
4,56
2 30 80 24,49 3,98 4,69
3 50 80 22,46 3,65 4,30
4 26 88 22,43 2,44 2,87
5 40 88 16,79 2,73 3,22
6 40 88 20,59 3,35 3,94
7 40 88 16,65 2,71 3,19
8 54 88 11,82 1,92 2,26
9 30 96 23,23 3,78 4,45
10 50 96 17,06 2,78 3,27
11 40 99 12,87 2,09 2,47
Para la determinación de la eficiencia del prensado se realizó el análisis de
extracto etéreo de la fibra. La eficiencia del prensado no se determinó mediante la
medición de la cantidad de materia prima ingresada en el proceso realizado en el
laboratorio y la cantidad de aceite obtenido. Esto se debe a que en el proceso
realizado en laboratorio se tiene varias pérdidas de aceite no solamente en el
prensado, estas pérdidas no se tienen en el proceso en la extractora. En el
proceso seguido en el laboratorio, se debió llevar la materia prima esterilizada del
laboratorio de Operaciones Unitarias al laboratorio de la planta piloto del DECAB,
por la disposición de los equipos. Después de la realización de la digestión, la
materia prima se transportó nuevamente al laboratorio de Operaciones Unitarias
para la realización del prensado. El aceite de palma africana es sólido a
temperatura ambiente porque posee alto contenido de glicéridos (Boucher et. al.,
2011, p. 52; Vincent, et. al., 2014, p. 123), por esta razón se obtuvieron bastantes
75
pérdidas de aceite al transportar la materia prima de un laboratorio a otro. Para la
separación del aceite obtenido de los sólidos se realizó mediante centrifugación,
en este proceso también se obtuvieron pérdidas de aceite. Las pérdidas de aceite
en el proceso realizado en el laboratorio no fueron posible cuantificarlas, ya que
muchas de ellas se encontraron en los equipos.
En la tabla 3.25 la columna de “porcentaje de extracto etéreo” corresponde al
valor obtenido del diseño experimental y la columna de “porcentaje de pérdida de
aceite” corresponde al valor de pérdida de aceite que se obtendría en la
extractora con la utilización del equipo adecuado y el proceso continuo.
Figura 3.8. Diagrama de Pareto estandarizado para el parámetro de extracto etéreo diseño experimental 22 compuesto
En la figura 3.8 se observa el diagrama de Pareto estandarizado. En este se
puede observar el efecto de las variables sobre la variable de respuesta extracto
etéreo. Las variables que sobrepasan la línea azul tienen un efecto
estadísticamente significativo sobre la variable de respuesta. Como se observa en
la figura 3.8 ninguna variable ni interacción pasa la línea, por lo que no tienen
efecto estadístico sobre la variable de respuesta. También se observa que las
variables de presión (A) y de Temperatura (B) se aproximan más a la línea azul, a
diferencia de las interacciones entre las variables. Por esta razón se determinó
que las variables de presión y temperatura tienen efecto sobre la variable de
respuesta, pero las interacciones entre las variables no tienen efecto. En la figura
3.8 se observa que las variables de presión, temperatura y la interacción AB
76
tienen efecto negativo, mientras que las interacciones BB y AA son de efecto
positivo.
En la tabla 3.25 se observa que la menor pérdida obtenida del diseño
experimental es 2,26 % correspondiente a la prueba número 8, con presión de
esterilización de 54 psi y temperatura de digestión de 88 °C. El porcentaje de
pérdida del punto central que corresponde a las condiciones de la extractora es
de 3,20 %. Se observa que disminuye la pérdida de aceite en la extracción al
optimizar la esterilización y digestión.
En la tabla 3.26 se observa la optimización del diseño experimental. En la tabla se
presenta la combinación de los valores de presión y de temperatura, que permite
la mínima pérdida de aceite en el prensado en el rango dado. Se observa que el
rango de trabajo para la presión de la esterilización es entre 25,86 y 54,14 psi. El
rango de trabajo de la temperatura de la digestión corresponde valores entre
76,69 y 99,31 °C. Las condiciones óptimas determinadas en el diseño
experimental son 54,14 psi de presión y 97,26 °C de temperatura. A estas
condiciones se obtiene un valor de extracto etéreo de 12,62 %, este valor
corresponde a un extracto etéreo de 2,05 en la extractora de aceite. La pérdida de
aceite en estas condiciones es de 2,41%. El resultado obtenido de la tabla 3.26 se
calcula tomando en cuenta los errores del diseño experimental.
Tabla 3.26. Puntos óptimos del diseño experimental 22 compuesto
Factor Bajo Alto Óptimo
Presión (psi) 25,86 54,14 54,14
Temperatura (°C) 76,69 99,31 97,26
% Extracto etéreo 12,62
La diferencia entre las condiciones óptimas determinadas mediante el diseño
experimental, y las condiciones determinadas en el laboratorio donde se obtiene
mayor rendimiento se debe a que el diseño experimental calcula la predicción del
punto óptimo de rendimiento tomando en cuenta el error de los datos del diseño
experimental. Por esta razón la predicción de las condiciones óptimas del diseño
77
experimental en la tabla 3.26 son más fácil de reproducir en la extractora. Estas
son las condiciones que se tomará como óptimas para la determinación del
rendimiento de la extractora.
En la figura 3.9 se presenta el gráfico de líneas de contorno que se obtienen del
diseño experimental. En la figura se tiene como ejes la presión de esterilización
en el eje X y la temperatura de digestión en el eje Y. Se puede observar las
diferentes zonas de rendimiento representadas con diferentes colores. También
se observa que al aumentar la presión el porcentaje de extracto etéreo disminuye,
por lo que disminuye también el porcentaje de pérdida de aceite en la prensa.
El mayor rendimiento se obtiene a la presión de 50 psi y temperatura de digestión
de 96 °C. Las líneas de superficie nos muestra la tendencia de la variable
rendimiento con las variables de presión y temperatura, se puede observar que la
zona de óptima del proceso se encuentra en la esquina superior del gráfico de
extracto etéreo de 14,2 %.
Figura 3.9. Líneas de contorno para el parámetro del extracto etéreo del diseño experimental 22 compuesto
En la figura 3.9 se puede observar que la relación de presión de esterilización con
el rendimiento del prensado es positiva, se observa que mientras se aumenta la
presión se obtiene mayor rendimiento en el prensado. Esto concuerda con la
bibliografía donde se evalúa el ablandamiento del fruto a diferentes presiones, el
ablandamiento del fruto aumenta con la presión (Díaz, et. al. 2007 p. 2). El
30 34 38 42 46 50
Presión
80
84
88
92
96
Tem
pera
tura
Extracto Etéreo13,014,215,416,617,819,0
20,221,422,6
23,825,026,2
78
ablandamiento del fruto influye en la liberación de aceite, la cual aumenta el
rendimiento del prensado (Díaz, et. al. 2007 p. 2). La disminución de la pérdida de
aceite disminuye con el aumento de la presión de esterilización, pero al trabajar
con presiones demasiado elevadas se tiene pérdida de aceite en la esterilización.
También se puede observar que la relación entre la temperatura de digestión y el
rendimiento es positivo, a mayor temperatura se obtiene un mayor rendimiento.
Según bibliografía se obtiene mayor rendimiento de extracción de aceite a
mayores temperaturas de digestión, normalmente se trabaja con una temperatura
de digestión de 100 °C, la cual garantiza mayor rendimiento (Corley y Tinker,
2003, p. 454). Al realizar las diferentes pruebas en el laboratorio se observó que a
mayor temperatura el aceite se desprendía más fácilmente del mesocarpio de la
fruta, a temperaturas menores no se observaba desprendimiento de aceite en el
proceso de digestión.
La evaluación de los parámetros de optimización se realizaron en un rango
máximo de temperatura de digestión de 99 °C y de 54 psi de presión de
esterilizado, a temperaturas más altas la calidad del aceite se ve comprometida
(Umudee et. al., 2013, 111).
La esterilización de la fruta de palma africana es importante en el proceso de
extracción, este proceso es fundamental para la inhibición de enzimas para evitar
la rancidez de la fruta y por consecuencia del aceite. También es importante ya
que permite la separación de la fruta del racimo. El tiempo y la presión de
esterilización son fundamentales para la separación adecuada de la fruta (Lily y
Muhammad, 2011, p. 2). La esterilización permite un ablandamiento de la fruta, la
cual ayuda a la extracción de aceite (Díaz, et. al. 2007, p. 2). Para las pruebas
realizadas en el laboratorio se utilizó solo los granos de fruta de palma africana,
esto se debe a la capacidad de la autoclave que se utilizó, el cual es de 2 litros. El
volumen de los racimos de palma africana es superior a la capacidad de la
autoclave utilizada. Por este motivo no fue posible evaluar la separación de los
granos de fruta del racimo. La evaluación que se realizó en la extractora
“Hermanos Muñoz” la cual fue una inspección visula de los racimos vacíos,
determina que no existe pérdida significativa de fruta. Por lo cual el tiempo de
79
esterilización utilizado es adecuado para la separación. La inhibición de enzimas
tampoco se puedo evaluar en el proceso realizado en laboratorio ya que como se
mencionó anteriormente la materia prima utilizada, se mantuvo en refrigeración
por varios días antes de realizar las pruebas esto influye en la activación de las
enzimas.
La digestión es un proceso fundamental para la extracción de aceite, este permite
el ablandamiento de la fruta gracias a la temperatura y a la agitación en el
proceso. Tradicionalmente se utiliza temperaturas entre 90 y 100 °C (Corley y
Tinker, 2003, p. 454). En las pruebas realizadas en el laboratorio se observó que
a mayor temperatura de digestión, había más desprendimiento de aceite en este
proceso por el calentamiento. Este desprendimiento de aceite es importante para
la extracción ya que facilita el prensado de la fruta y la obtención de un mayor
rendimiento del proceso.
Tabla 3.27. Parámetros de calidad del aceite de palma africana obtenido del diseño experimental 22 compuesto
Prueba
# Presión
(psi)
Temperatura
(°C)
Acidez
(g/100g ácido palmítico)
Índice de peróxido
(meq. O2/kg aceite)
Índice de yodo
(cg/g)
1 40 77
5,5 5 59
2 30 80 5,2 7 63
3 50 80 5,7 13 56
4 26 88 5,6 6 57
5 40 88 5,5 2 71
6 40 88 5,4 3 71
7 40 88 5,2 4 70
8 54 88 5,1 3 70
9 30 96 5,5 2 72
10 50 96 5,2 2 70
11 40 99 5,7 3 72
En la tabla 3.27 se muestran los parámetros de calidad del aceite de palma
africana evaluados del aceite obtenido en el diseño experimental. Se muestran los
80
resultados de los análisis realizados de acidez, índice de peróxido e índice de
yodo.
La figura 3.10 son las líneas de contorno para el parámetro de índice de yodo del
diseño experimental. Se observa que el índice de yodo aumenta al aumentar la
presión y la temperatura, esto es porque el grado de enranciamiento se relaciona
directamente con la temperatura. La norma INEN 30 determina que el rango de
índice de yodo es de 44 a 60 cg/100 g. Se observa en la tabla 3.27 que las
pruebas de la 5 a la 11 no cumplen con la norma, siendo los valores obtenidos de
índice de yodo superiores a 70 cg/100 g. El aumento en el índice de yodo en las
pruebas es relacionado al grado de enranciamiento, y este es afectado por el
calentamiento del aceite. Los dobles y triples enlaces son más sensibles a la
oxidación. El aumento del índice de yodo se debe al proceso utilizado en
laboratorio y al calentamiento que se debió realizar al aceite para las pruebas, ya
que el estado del aceite es sólido a temperatura ambiente.
Figura 3.10. Líneas de contorno para el parámetro de índice de yodo del diseño experimental 22 compuesto
En la figura 3.11 se presenta los resultados obtenidos del diseño experimental
respecto al índice de peróxido. Según la norma INEN 30 el índice de peróxido
debe ser máximo de 10 meq. O2/kg de aceite, se observa en la tabla 3.27 que la
prueba número 3 no cumple con los valores de la norma esta prueba corresponde
Contours of Estimated Response Surface
30 34 38 42 46 50
P
80
84
88
92
96
T
I de Yodo59,060,562,063,565,066,568,069,571,072,574,075,5
81
a presión de esterilización de 50 psi y temperatura de 80 °C. La relación entre la
presión y la temperatura respecto al índice de peróxido es inversa. Dado que las
pruebas cumplen con la norma la influencia de los tratamientos realizados no
influye en este parámetro de calidad. En la figura 3.11 se observa que el rango de
respuesta del índice de peróxido es de 0 a 11, sin diferir mucho de la norma.
Figura 3.11. Líneas de contorno para el parámetro de índice de peróxido del diseño experimental 22 compuesto
En la figura 3.12 se presenta el resultado de las líneas de contorno del diseño
experimental para el párametro de acidez. Se observa que los resultados no
tienen una relación definida con la presión y la temperatura. El rango de acidez en
la figura es de 5,1 a 5,74 lo que significa que en los tratamientos realizdos en el
laboratorio no influyó significativamente en el valor de la acidez.
Figura 3.12. Líneas de contorno para el parámetro del extracto etéreo del diseño experimental 22 compuesto
30 34 38 42 46 50
P
80
84
88
92
96
T
I de P0,01,02,03,04,05,06,07,08,09,010,011,0
30 34 38 42 46 50
P
80
84
88
92
96
T
Acidez5,15,185,265,345,425,5
5,585,665,74
5,825,95,98
82
Acerca de la acidez la norma INEN 30 determina como rango máximo 0,2 %, se
observa en la tabla 3.27 el porcentaje de acidez obtenido es de alrededor de 5 %.
Como se mencionó anteriormente la acidez del aceite está ligada a la rancidez de
este. Otras bibliografías reportan como máximo una acidez de 5% (Rincón,
Martínez; 2009 p. 13). Para la obtención del aceite en el laboratorio se utilizó la
misma muestra de materia prima, la materia prima se debió guardar refrigerada
por varios días antes de realizar las pruebas. En las extractoras, la materia prima
es procesada casi inmediatamente de llegada a la extractora con máximo cuatro
días de cosecha, ya que esto influye en la acidez del producto (Corley y Tinker,
2003, p. 452). Por esta razón la acidez obtenida en laboratorio es mayor a la que
se obtiene en la extractora. Además el aceite obtenido se debió guardar por varios
días antes de realizar los análisis correspondientes, por la falta de disponibilidad
de reactivos necesarios para los análisis.
3.3. EVALUACIÓN TEÓRICA DEL RENDIMIENTO DEL
PROCESO CON LOS CAMBIOS PROPUESTOS
A continuación se presentan los resultados obtenidos de la optimización del
proceso de extracción de aceite de palma africana. Se presentan los resultados
del rendimiento calculado con los cambios de equipo y de condiciones de
operación propuestos.
Para la evaluación teórica del nuevo rendimiento de extracción se consideró el
cambio de equipos y condiciones de operación que no cumplan con los
requerimientos de extracción. A demás se consideró las pérdidas de aceite. Se
determinó en el numeral 3.1 que las operaciones que deben ser evaluadas son: la
decantación, el secado, y el sistema de recuperación constituido por el tamiz y la
centrífuga.
Se determinó que el decantador no cumple con un adecuado funcionamiento, ya
que como se mencionó anteriormente la corriente de salida tiene gran porcentaje
83
de sólidos y la función del decantador es la disminución de sólidos a un contenido
de agua del 10 % y 90 % de aceite (Lai, et. al., 2012 p. 313).
Dado el cambio que se realiza en el decantador también existe cambio en las
condiciones del secado, ya que no es necesario la corriente de purga. Además la
humedad del aceite obtenido en la extractora supera al máximo permitido según
la norma INEN 30 de 0,2 %.
El sistema de recuperación de aceite de las purgas consta de un tamiz y una
centrífuga. Esta operación unitaria no está cumpliendo los requerimientos ya que
en la centrífuga la corriente de salida tiene gran cantidad de sólidos, y la función
de esta es separar el aceite de los sólidos y el agua. En el tamiz se tiene un gran
porcentaje de pérdidas de aceite como se observó en la tabla 3.23.
3.3.1. PRENSADO
En la tabla 3.28 y 3.29 se presenta la composición de las corrientes del prensado
que existe actualmente y optimizadas, respectivamente. Se observa que la
corriente de salida optimizada existe un porcentaje un poco mayor al actual, esto
se debe a la optimización que se determinó en el numeral 3.2.
Tabla 3.28. Composición de las corrientes del prensado actuales
% nuez % aceite % agua % sólidos
Entrada 9,03 22,60 41,53 26,84
Salida - 34,12 51,68 14,20
Corriente de Fibra - 2,72 31,22 66,01
Corriente de Nuez 100 - - -
Con la optimización existe menor cantidad de aceite en la corriente de fibra. Con
las condiciones actuales existe una recuperación de aceite de 19,38 % respecto al
racimo que ingresa y con la optimización es de 19,54 %, siendo mínima el
aumento de recuperación.
84
Tabla 3.29. Composición de las corrientes del prensado optimizadas
% nuez % aceite % agua % sólidos
Entrada 9,03 22,60 41,53 26,84
Salida - 34,40 51,68 13,92
Corriente de Fibra - 2,05 31,27 66,68
Corriente de Nuez 100 - - -
3.3.2. DECANTACIÓN
A continuación se presenta los resultados obtenidos de los diseños de
decantadores para la operación unitaria. Se consideró 3 opciones para esta
operación, se consideró el diseño de un sedimentador rectangular, sedimentador
circular y el aumento del tiempo de residencia con el actual decantador. También
se presenta el rendimiento del decantador con las mejoras propuestas y el actual
de la extractora.
En la tabla 3.30 se presenta las dimensiones de los sedimentadores que se
consideraron para operación óptima de la decantación. En la tabla se observa las
dimensiones de un sedimentador rectangular, como se observa el volumen de
este equipo considerado debe ser de 28,3 m3. La opción de cambiar los actuales
sedimentadores por un solo rectangular presentaría varios inconvenientes para la
extractora, el principal es el factor económico que implica un nuevo equipo y la
remoción de los anteriores.
En la tabla 3.30 se puede observar las dimensiones de un sedimentador circular,
las dimensiones de este fueron consideradas como la adición de un sedimentador
a los que actualmente existen. Este sedimentador nuevo tiene un volumen de
13,5 m3 y las dimensiones de diámetro y alto de 1,8 m y 5,4 m, respectivamente.
Estas dimensiones son similares a los decantadores que se tienen actualmente
en la extractora. Por lo que la implementación de este equipo presenta menos
inconvenientes que el sedimentador rectangular. Las especificaciones del nuevo
equipo se encuentran en el anexo VII.
85
En la tabla 3.30 se observa finalmente las dimensiones de los actuales
sedimentadores de la planta, como se mencionó, son 3 sedimentadores. Se
observa que el volumen general de estos es de 15,7 m3, el cual difiere del
volumen de sedimentación obtenido mediante cálculos, que es de 29,2 m3. Esta
diferencia de volumen es una de las razones por las que la operación unitaria no
se realiza adecuadamente.
Tabla 3.30. Dimensionamiento de los diferentes sedimentadores considerados para la optimización
Q (m3/h) Vs (m/s) L (m) W (m) H (m) D (m) V (m3)
Rectangular 6,26 1,54x10-4 2,5 2,8 4,0 - 28,3
Circular 6,26 1,54x10-4 - - 5,4 1,8 13,5
Actual 6,26 1,54x10-4 - - 5,5 1,1 15,7
Se consideró la opción de utilizar los decantadores actuales de la extractora y
aumentar el tiempo de residencia el cual actualmente es de 60 minutos. Se
consideró esta opción dado que esto permitirá un ahorro en instalación nueva de
equipos. Esta opción permite igual resultados de eficiencia y separación que la de
instalar nuevos equipos. La opción de aumentar el tiempo de residencia es igual
de eficiente, ya que así se obtendría la separación que pretende con esta
operación unitaria. La eficiencia de la decantación está determinada por el tiempo
de residencia y las dimensiones del equipo (Pérez, 2005, p. 2). El tiempo de
residencia que se necesita para los equipos actuales es de 4 horas, con este
tiempo de residencia no se puede lograr la separción adecuada en los equipos de
la extractora. Este tiempo generaría que la decantación sea un cuello de botella
para el proceso. Por esta razón se descartó esta posibilidad.
Dado que las partículas de la corriente de entrada del decantador no son muy
pequeñas, no es necesario la utilización de floculantes para aumentar la velocidad
de sedimentación. Los floculantes son necesarios cuando el tamaño de la
partícula es pequeña y el tiempo de sedimentación es demasiado largo para un
proceso (Pérez, 2005 p. 4).
86
Para el balance de masa realizado para las condiciones óptimas del proceso de
decantación, se tomó como referencia la eficiencia de extracción de aceite que es
de 90 % del aceite que ingresa al proceso de extracción (Lai, et. al., 2012, p. 455).
En la tabla 3.31 y en la tabla 3.32 se presenta las composiciones de las corrientes
de entrada, salida y purga de la operación de decantación, con las condiciones
actuales de operación y la optimización del proceso, respectivamente. Se puede
observar que la composición de la entrada del decantador en las dos condiciones
es similar, la diferencia de estas se debe los cambios realizados previamente en
el prensado. La composición se diferencia debido al aumento de recuperación de
aceite en el prensado.
Tabla 3.31. Composición de las corrientes de decantación actuales
% aceite % agua % sólidos
Entrada 34,12 51,68 14,20
Salida 44,51 39,00 16,49
Purga 10,49 80,54 8,97
Tabla 3.32. Composición de las corrientes de decantación optimizada
% aceite % agua % sólidos
Entrada 34,40 51,60 13,92
Salida* 90,00 9,99 0,01
Purga 3,65 74,74 21,61
* Lai, Tan, y Akoh, 2012 p. 313
Se puede observar en la corriente de salida del decantador que las
composiciones varían de gran manera, esto se debe a que el proceso en la
extractora no se realiza adecuadamente. Al realizar la optimización se obtiene
mayor recuperación de aceite, esto se observa en la corriente de purga y el
porcentaje de aceite de este. Se observa en las tablas 3.31 y 3.32 que el
porcentaje de aceite en la purga actualmente es de 10,49 % y con la optimización
3,65 %. Esto es una gran diferencia en la composición, lo que permitiría tener
mayor obtención de aceite de primera. La composición de la corriente de salida
del decantador se observa en la tabla 3.29 que la cantidad de sólidos corresponde
87
a 0,01 % (Lai, et. al., 2012 p. 313). El porcentaje de sólidos en la corriente se
salida del decantador después de la optimización tiene gran diferencia con el
porcentaje de sólidos que se obtiene actualmente en la extractora que
corresponde a 16,49 %. Con la mejora sugerida ya no es necesario la realización
de una purga en la siguiente operación unitaria, lo que disminuye la pérdida de
aceite en otra purga.
3.3.3. SECADO
A continuación se presenta los resultados con la optimización del proceso de
extracción en la operación unitaria de secado. Como se mencionó anteriormente
las condiciones de esta operación cambian, al no requerir purga.
En las tablas 3.33 y 3.34 se presentan la composición de las corrientes de
entrada, salida y purga del secado, de las condiciones actuales de la planta y de
la optimización, respectivamente. Se puede observar las diferencias en las
composiciones de las corrientes. La corriente de entrada al secador difiere de la
composición actual de la extractora, dado que es la corriente de salida del
decantador ya optimizada la cual se considera para el nuevo balance del secado.
Tabla 3.33. Composición de las corrientes del secador actuales
% aceite % agua % sólidos
Entrada 44,51 39,00 16,49
Salida 98,79 1,21 -
Purga 9,75 52,77 37,48
En la tabla 3.34 se observa que no existe la corriente de purga en la optimización
del proceso, esto se debe a que ya no es necesario debido a la disminución
previa de los sólidos en la decantación. La eliminación de la corriente de purga en
la operación unitaria de secado representa la disminución de pérdidas de aceite,
dado que al realizar una purga existe una cantidad de aceite que se pierde
mediante esta.
88
Se puede observar en las tablas 3.33 y 3.34 la composición de la corriente de
salida del secador, en los dos casos consta solamente de agua y aceite. Se
observa el porcentaje de agua en cada una de estas corrientes, siendo de 1,21 %
la humedad actual de la extractora y 0,2 % la humedad con la optimización del
proceso. Esta disminución de humedad en el aceite es beneficioso dado que el
precio del aceite de palma africana es castigado por el incumplimiento de algún
requisito de la norma INEN 30. Como se mencionó anteriormente, el aceite de
palma se acepta con humedad máxima de 0,2 %.
Tabla 3.34. Composición de las corrientes del secador optimizadas
% aceite % agua % sólidos
Entrada 90,00 9,99 0,01
Salida 99,80 0,20* -
Purga - - -
*Este valor está dentro del Requerimiento de la norma INEN 30
Para el balance de masa de la operación de secado se tomó como corriente de
entrada al proceso la calculada anteriormente en la optimización del decantador.
Y los requerimientos de la corriente de salida se tomaron la humedad máxima que
se permite en la norma INEN 30, que corresponde a 0,2 %. En el balance de
masa también se eliminó la corriente de purga, la cual ya no es necesaria. Por lo
que en el proceso se tiene una corriente de entrada y dos de salida. Las de salida
son el agua evaporada en el proceso de secado y el aceite obtenido con humedad
de 0,2%.
3.3.4. SISTEMA DE RECUPERACIÓN
A continuación se presenta los resultados con la optimización del proceso de
extracción en el sistema de recuperación de aceite. En la evaluación del proceso
se observó que esta operación genera un alto porcentaje de pérdida de aceite.
89
El sistema de recuperación de aceite proveniente de las purgas del proceso que
se utiliza actualmente consta de un tamiz y una centrífuga. En el tamiz se separa
la corriente entre los sólidos y la parte líquida y partículas suspendidas.
Actualmente en la operación de la extractora la corriente de sólidos de salida del
tamiz poseen alto contenido de aceite como se puede observar en la tabla 3.35.
El porcentaje de aceite en la corriente de los desechos sólidos es de 11,92 %.
Este porcentaje representa una alta pérdida de aceite en la extractora. En la
centrífuga la corriente de entrada es separada en un efluente líquido, con un
porcentaje de aceite de 0,79 %, y la corriente de salida que conforma el aceite, la
cual va al secador.
Tabla 3.35. Composición de las corrientes de entrada y salida del sistema de recuperación
% aceite % agua % sólidos
Entrada 9,12 71,07 19,81
Desecho sólidos 11,92 76,52 11,56
Desechos líquidos 0,79 89,10 10,11
Salida 15,27 39,6 45,13
Para la optimización del proceso de recuperación se consideró el cambio del
tamiz por uno de mayor número de malla. Al cambiar el número de malla se
obtendría menos cantidad de sólidos en la corriente de desechos, pero la
composición de la corriente no cambia ya que es un separador. Si la composición
de la corriente de desechos sólidos no cambia, la cantidad de aceite que se
pierde en el proceso es igualmente grande y no disminuye significativamente.
Otro problema con el cambio del tamiz, se presenta en el funcionamiento de la
centrífuga, ya que si se tiene partículas grandes en la operación de la centrífuga
esta se obstruye.
Para optimizar el proceso de recuperación se seleccionó un decantador trifásico,
el cual se ha utilizado en los últimos años para la recuperación de aceite de los
efluentes líquidos, las especificaciones del equipo se encuentran en el anexo VII
(Rackerseder, 2013, p. 48). Para el balance de masa en el decantador trifásico la
corriente de entrada se obtiene de la suma de las purgas del proceso
90
(esterilización y decantación), además se asumió que la recuperación de aceite es
del 3 % del aceite que ingresa al proceso, ya que es el porcentaje de aceite
faltante para la obtención de la máxima eficiencia de extracción de aceite, según
bibliografía, corresponde al 93 % (Lai, et. al., 2012, p. 455).
La utilización del decantador trifásico presenta varias ventajas al proceso utilizado
actualmente; con el decantador triásico se obtiene menos porcentaje de aceite en
la corriente de desecho como se observa en la tabla 3.36 que es de 2,21 %. En
este porcentaje de aceite se observa una gran diferencia con el porcentaje que se
obtiene en el tamiz. La disminución del porcentaje de aceite representa menos
pérdidas de aceite en el proceso.
Finalmente, otra ventaja con el cambio de equipo es la composición del aceite de
recuperación. Se observa en la tabla 3.36 que la composición de este es con
humedad de 0,20 %. Esta humedad es adecuada para el aceite de palma como
se mencionó anteriormente ya que se especifica en la norma INEN 30. En la tabla
3.35 se observa que la composición de la corriente de salida de la centrífuga aun
contiene sólidos y 39,60 % de agua. Esta corriente requiere ser secada y realizar
una purga nuevamente para obtener los requerimientos del aceite. Con el
decantador trifásico la utilización del secado no sería necesario, esto representa
un ahorro en energía de la planta.
Tabla 3.36. Composición de las corrientes de entrada y salida del sistema de recuperación optimizado
% aceite % agua % sólidos
Entrada 3,60 77,83 18,56
Desecho 2,21 78,96 18,83
Salida 99,80 0,20 -
En la tabla 3.35 y 3.36 se observa la diferencia entre las corrientes de entrada de
cada una, esto se debe a los cambios realizados anteriormente en las
operaciones unitarias de esterilización, digestión, decantación y secado. La
extracción de aceite con la optimización aumenta, por esta razón la composición
91
de aceite en la entrada del sistema de recuperación es menor con la optimización
del proceso.
3.3.5. BALANCE DE MASA
Con las optimizaciones realizadas en las operaciones unitarias de esterilización,
digestión, decantación, secado y el sistema de recuperación se realizó el balance
de masa del proceso de extracción. Mediante el balance de masa del proceso se
determinó la eficiencia de extracción para compararla con la obtenida
actualmente.
Tabla 3.37. Eficiencia global del proceso de extracción actual y optimizada, respecto a los racimos frescos y respecto al aceite
Proceso Entrada
(t/h) Aceite
obtenido (t/h) Eficiencia
(%)**
Rendimiento
(%)*
Proceso Principal
Actual 9,93 1,59 16,06 78,45
Proceso de Recuperación Actual
9,93 0,16 1,64 7,99
Global
Actual 9,93 1,76 17,70 86,44
Proceso Principal Optimizada
9,93 1,81 18,24 90,00
Proceso de Recuperación optimizada
9,93 0,06 0,61 3,00
Global
optimizada 9,93 1,87 18,85 93,00
*Respecto al aceite que ingresa **Respecto al racimo que ingresa En la tabla 3.37 se observa las eficiencias globales del proceso de extracción
respecto al racimo fresco de fruta que ingresa al proceso y respecto al aceite
recuperado del proceso actual de la extractora y con la optimización. Se puede
observar que la eficiencia con la optimización aumenta de 17,70 % a 18,85 %. El
aumento de la eficiencia de extracción presenta rentabilidad económica para la
planta. Con la optimización la eficiencia de 18,85 % entra dentro de los rangos de
92
extracción de aceite reportados en bibliografía de 18 – 23 % (Lai, et. al., 2012, p.
238).
En la tabla 3.38 se presenta las pérdidas de aceite que se tienen en el proceso de
extracción. Se observa las pérdidas de aceite que se tienen actualmente y las
pérdidas calculadas con la optimización del proceso. En el proceso de extracción
las pérdidas de aceite se realizan en las mismas operaciones unitarias después
de la optimización. La diferencia es el porcentaje de pérdida de aceite que se
obtiene con la optimización, es considerablemente menor a las que se tiene
actualmente.
Se observa en la tabla 3.38 que la máxima pérdida de aceite con la optimización
corresponde al proceso de prensado el cual es una pérdida de 2,41 % del aceite
que ingresa a la planta. Se observa que el cambio de las condiciones de
operación de la esterilización y la digestión, disminuye la pérdida de aceite en el
prensado, en el que actualmente se pierde 3,20 % de aceite. En bibliografía la
pérdida de aceite se acepta hasta 6,2 % del aceite que ingresa (Corley y Tinker,
2003 p. 454).
Tabla 3.38. Pérdidas de aceite en las operaciones unitarias sin y con la optimización del proceso
Proceso Pérdidas %
Actual
Prensado 3,20
Tamizado 9,83
Centrifugado 0,52
Optimizada Prensado 2,41
Desecho 4,59
Con la optimización se logra reducir la pérdida de aceite de los desechos a 4,59
%. Esta pérdida es mínima comparada con la que se obtiene actualmente en la
extractora de 9,83 % en los desechos sólidos y de 0,52 % en los desechos
líquidos. La disminución de pérdida de aceite en estas dos corrientes se debe a la
utilización del decantador trifásico en lugar de la centrífuga.
93
A continuación se presentan los diagramas de bloques y de flujo del proceso de
extracción de aceite de palma con la optimización del proceso. En la figura 3.13
se observa el diagrama de bloque del proceso, en este se puede observar que el
proceso de extracción de aceite sigue las mismas operaciones unitarias que en el
proceso actual de la extractora a excepción del sistema de recuperación. Este fue
cambiado por un decantador trifásico eliminando las operaciones de tamizado y
centrifugado.
La cantidad de aceite obtenido después del secado aumenta dado la optimización
del proceso en la esterilización, en la digestión, en la decantación y en el secado.
El aumento de aceite de palma obtenido se debe a la disminución de pérdidas en
estos procesos.
En la figura 3.14 se presenta el diagrama de flujo del proceso, en este se observa
la tabla de resumen de las corrientes. Se puede observar la composición de cada
una de las corrientes y los cambios que se ha realizado. Respecto a las
condiciones de operación, la esterilización funciona a 54 psi con la optimización
mientras que actualmente funciona a 40 psi. En la digestión el calentamiento de la
fruta se realiza a 97 °C. Con este cambio de condiciones de operación se
disminuye la pérdida de aceite en la prensa.
Se observa que con la optimización se obtendría 1,81 t/h de aceite crudo de
palma con humedad del 0,2 %. Actualmente se obtiene 1,59 t/h con humedad de
1,21 %. Además se recupera 0,06 t/h aceite de segunda del cual actualmente se
obtiene 0,16 t/h. La optimización del proceso permite mayor extracción de aceite
de primera el cual tiene mayor valor económico por sus características.
Las pérdidas de aceite en la prensa son de 0,05 t/h con la optimización, y las
pérdidas en los desechos sólidos y líquidos son de 0,9 t/h. La disminución de
pérdidas de aceite presenta un gran control del proceso y utilización adecuada de
los equipos. Lo que refleja un proceso óptimo de extracción de aceite.
Actualmente no se tiene un control adecuado del proceso de extracción por lo que
94
se tiene un rendimiento bajo, alto porcentaje de pérdida de aceite en ciertas
operaciones unitarias.
En la figura 3.14 se observa que los equipos que se han cambiado son el
decantador trifásico en lugar del tamiz y la centrífuga. Y se agregó un decantador
para el proceso de decantación, para complementar el volumen requerido para la
separación adecuada de las corrientes de aceite con agua y sólidos. La nueva
distribución de los equipos se pueden observar en las figuras 3.15 y 3.16 donde
se presenta el diseño y la vista isométrica con los nuevos equipos.
Figura 3.13. Diagrama de bloques del proceso de extracción de aceite crudo de palma optimizado
ESTERILIZACIÓN
DESGRANADO
DIGESTIÓN
PRENSADO
DECANTACIÓN
SECADO
DECANTACIÓN TRIFÁSICA
Racimo de Palma 9,93 t/h
Vapor de Agua0,93 t/h
Racimos2,07 t/h
PURGAAceite 0,02 t/hAgua 0,58 t/h
Agua 0,61 t/h
Agua 0,74 t/hAceite 0,05 t/hSólidos 1,58 t/h
Nuez 0,79 t/h
PURGAAceite 0,13 t/hAgua 2,71 t/h
Sólidos 0,78 t/h
Agua 0,20 t/h
Aceite 1,81 t/h
Aceite 0,15 t/hAgua 3,29 t/hSólidos 0,78 t/h
Agua 3,29 t/hAceite 0,09 t/hSólidos 0,78 t/h
Aceite 0,06 t/h
PROCESO PRINCIPAL
PROCESO DE RECUPERACIÓN DE
ACEITE
95
F
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Dia
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60
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80
80
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60
60
80
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60
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97
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0,60
2,07
8,19
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8,80
2,36
0,79
5,64
3,63
2,01
1,81
0,20
4,23
1,08
3,08
0,06
Ra
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992,
072,
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0,79
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2,01
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1,99
1,99
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1,81
1,81
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0,05
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0,06
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2,78
3,05
0,93
0,58
3,05
0,61
3,65
0,74
2,91
2,71
0,20
0,00
0,20
3,29
0,33
2,96
0,00
Só
lid
os
2,36
2,36
2,36
2,36
1,58
0,78
0,78
0,00
0,78
0,71
0,08
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Fig
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6. V
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izad
o
98
3.4. EVALUACIÓN ECONÓMICA DE LA PLANTA ANTES Y
DESPUÉS DE LA OPTIMIZACIÓN DEL PROCESO
La evaluación económica de la planta extractora antes y después de la
optimización del proceso fue realizada con base en los costos de producción
directos como costo de materia prima, insumos y mano de obra. A partir de estos
valores se determinó índices financieros: valor actual neto (VAN) y tasa interna de
retorno (TIR).
La planta extractora tiene capacidad de producción de 9,93 toneladas hora de
racimos frescos que ingresan al proceso. La extractora opera 8 horas diarias, 20
días mensuales.
Los datos de costo de producción fueron recolectados de la extractora, se
consideró la fuerza laboral de la extractora y el personal administrativo. El precio
de la materia prima y, del producto y subproductos de la planta son un promedio
de los precios del último semestre. Los costos de producción también fueron
recolectados de los gastos de la extractora.
Con los datos obtenidos del balance de masa y la evaluación realizada del
proceso se determinó la cantidad de productos y subproductos producidos con la
capacidad de la planta correspondiente. En la tabla 3.39 se presenta el costo de
producción mensual de aceite de palma africana que se obtiene actualmente.
En la tabla 3.39 se puede observar la cantidad de materia prima que ingresa al
proceso y el costo de obtención de este, el cual corresponde a $ 110,00 siendo un
valor promedio del costo de adquisición en los últimos meses. También se
observa el costo de insumos que se requiere para la producción de aceite los
cuales son insumos para el caldero y los repuestos de maquinaria. Respecto a la
mano de obra, la empresa consta de 12 operarios de distintas funciones de
operación; en el sueldo mensual consta de las horas extra que la empresa paga y
los valores correspondientes de seguro social y sobresueldos. En la tabla 3.39 se
encuentra el desglose del personal administrativo el cual se consideró para la
99
determinación del costo de producción. Además se consideró los gastos
mensuales promedios que posee la extractora como son agua, energía eléctrica e
internet.
Con todos los datos antes mencionados se observa en la tabla 3.39 que el costo
de producción de aceite crudo de palma es de $ 187.638,69.
Tabla 3.39. Costo de producción mensual de aceite de palma africana antes de la optimización del proceso
Costos Fijos y
Variables Concepto Cantidad Unidad
Costo unitario ($)
Costo Mensual ($)
Materia Prima Racimos de
Palma africana
1.588,00 t 110,00 174.680,00
Insumos
Insumos para el caldero
- - 200,00 200,00
Repuestos - - 333,33 166,67
Mano de Obra
Operarios 9 Personas 582,37 5.241,35
Jefe de producción
1 Personas 682,83 682,83
Decantador 2 Personas 486,75 973,49
Personal Administrativo
Gerente 1 Personas 1.111,81 1.111,81
Presidente 1 Personas 542,30 542,30
Secretaria 2 Personas 529,76 1.059,51
Guardia 2 Personas 585,37 1.170,73
Suministros industriales
Agua 90 m3 3,00 270,00
Electricidad 28.400,00 kW/h 0,05 1.420,00
Internet - - - 120,00
Equipos Amortización por equipos
- - - -
TOTAL COSTOS DE PRODUCCIÓN 187.638,69
En la tabla 3.40 se presentan los ingresos mensuales de la planta. Los ingresos a
la planta son la venta del aceite de palma con un precio promedio de $ 670,00 por
tonelada y de palmiste a un precio promedio de $ 110,00 la tonelada. Se observa
que los ingresos son de $ 202.828,80. Con los costos de producción y los
100
ingresos a la planta se realizó el flujo de caja para 10 años y se determinó los
índices financieros del proceso de extracción, en el anexo VIII se encuentra el
detalle de cálculo. En la tabla 3.41 se observa los índices actuales del proceso.
Tabla 3.40. Ingresos mensuales por venta del producto y subproducto antes de la optimización
Concepto Cantidad Unidad Costo unitario
($) Costo Mensual
($)
Aceite de palma 281,60 t 670,00 88.672,00
Palmiste 126,40 t 112,00 14.156,80
TOTAL DE INGRESOS POR VENTAS 202.828,80
En la tabla 3.41 se observa que el TIR es de 11 % el cual es mayor a la tasa
mínima atractiva de retorno (TMAR) que es de 10,21 %. Este valor determina que
el proyecto de obtención de aceite es rentable. Pero el VAN del proyecto es
negativo lo que describe el problema actual que sufre la extractora.
Tabla 3.41. Índices financieros del proceso de extracción de aceite de palma actualmente realizado
Índice Valor
TIR 11 %
VAN -($ 102.976,76)
Para el cálculo de los índices financieros después de la optimización del proceso
se realizó en base a la cantidad de producto obtenido con el balance de masa
realizado con los cambios realizados en el proceso. En la tabla 3.41 se presenta
el costo mensual de producción que se obtendrá al realizar los cambios en el
proceso.
En la tabla 3.42 se observa que la cantidad de materia prima y el costo de esta no
difiere de la que se presenta en la tabla 3.39, ya que la cantidad de materia prima
que ingresa al proceso no se cambia porque es la capacidad de producción
instalada en la extractora. El cambio que se tiene en los gastos de producción son
los referentes a la mano de obra. Con la instalación del equipo de decantación
101
trifásica se elimina las horas extra de los operarios de la planta, esta disminución
de egreso de planta modifica el cambio en el costo de producción.
Se observa en la tabla 3.42 que el costo de producción con la optimización del
proceso es de $ 189.395,64. Siendo está un poco mayor a la que se tiene
actualmente y se observa en la tabla 3.39. Existe una disminución en la mano de
obra por la eliminación de horas extra en los operarios de la planta. El costo de
producción aumenta debido a la amortización de los equipos.
Tabla 3.42. Costo de producción mensual de aceite de palma africana después de la optimización del proceso
Costos Fijos y
Variables Concepto Cantidad Unidad
Costo unitario ($)
Costo Mensual ($)
Materia Prima Racimos de
Palma africana
1.588,00 t 110,00 174.680,00
Insumos
Insumos para el caldero
- . 200,00 200,00
Repuestos - - 333,33 166,67
Mano de Obra
Operarios 9 Personas 506,10 4.554,89
Jefe de producción
1 Personas 682,83 682,83
Decantador 2 Personas 486,75 973,49
Personal Administrativo
Gerente 1 Personas 1.111,81 1.111,81
Presidente 1 Personas 542,30 542,30
Secretaria 2 Personas 529,76 1.059,51
Guardia 2 Personas 585,37 1.170,73
Suministros industriales
Agua 90 m3 3,00 270,00
Electricidad 28.400,00 kW/h 0,05 1.420,00
Internet - - - 120,00
Equipos Amortización por equipos
2.443,41
TOTAL COSTOS DE PRODUCCIÓN 189.395,64
En la tabla 3.43 se presentan los ingresos mensuales de la planta. Los ingresos a
la planta son la venta del aceite de palma y de palmiste. Se observa que los
102
ingresos son de $ 214 620,80, son un poco mayores a los que se tiene
actualmente. Con los costos de producción y los ingresos a la planta se realizó el
flujo de caja para 10 años y se determinó los índices financieros del proceso de
extracción. En la tabla 3.44 se observa los índices actuales del proceso.
Tabla 3.43. Ingresos mensuales por venta del producto y subproducto después de la optimización
Concepto Cantidad Unidad Costo unitario
($) Costo Mensual
($)
Aceite de palma 299,20 t 670,00 200.464,00
Palmiste 126,40 t 112,00 14.156,80
TOTAL DE INGRESOS POR VENTAS 214.620,80
En la tabla 3.44 se observa el TIR y el VAN calculado después de la optimización
del proceso. Para la obtención de los índices financieros se tomaron en cuenta el
aumento de producción de aceite que se obtiene gracias a la optimización del
proceso. En este análisis también constan los costos de los equipos agregados
que son un decantador circular más y un decantador trifásico para la recuperación
de aceite de los efluentes líquidos. En el anexo IX se detallan los cálculos.
Se observa que el TIR del proceso con la optimización aumenta de un valor de 11
% a 54 %. El TIR alto refleja que la propuesta en los cambios de los equipos es
económicamente rentable.
Tabla 3.44. Índices financieros del proceso de extracción de aceite de palma actualmente realizado
Índice Valor
TIR 54 %
VAN $ 745.182,90
103
4. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
4.1 CONCLUSIONES
- El promedio del porcentaje de extracto etéreo en la fruta de palma africana
estudiada es de 20,23 %. Este valor está dentro del rango reportado en
bibliografía, el cual corresponde entre 20 y 23 % del peso del racimo de
fruta.
- Los parámetros de calidad del aceite que se produce en la Extractora
“Hermanos Muñoz” son de: 4,5 el índice de yodo, 49 cg/100 g el índice de
peróxido y de 2,68 cg/100 g la acidez. Los dos primeros parámetros
cumplen los requerimientos de la norma INEN 30.
- El análisis de las condiciones actuales de la extractora reveló que las
operaciones de decantación, secado y el sistema de recuperación de
aceite no funcionan adecuadamente en la extractora.
En la decantación se determinó que la separación de sólidos es deficiente.
En el secado la corriente de entrada tiene alto contenido de sólidos, y se
realizan purgas que generan pérdidas. Además el aceite obtenido en la
extractora contiene humedad de 1,21, incumpliendo la norma INEN de
requerimientos del aceite de palma.
En el sistema de recuperación de aceite de los desechos líquidos, existe un
alto porcentaje de pérdida de aceite en la corriente de sólidos del tamiz,
además la corriente de salida de la centrífuga contiene alto contenido de
sólidos, por lo que en el secado es necesario igualmente realizar una purga
que produce pérdidas significativas.
- En la empresa “Hermanos Muñoz” se produce actualmente 1,76 toneladas
por hora de aceite de palma. La eficiencia de extracción es de 17,70 %,
siendo un poco inferior a lo que se reporta en bibliografía. La falta de
eficiencia de extracción se da por las pérdidas de aceite, las cuales se
104
producen en el proceso de prensado, tamizado y centrifugado; las cuales
son de 3,2 %, 9,8 % y de 0,5 % respecto a la cantidad de aceite que
ingresa respectivamente. El mayor porcentaje de pérdida corresponde a la
operación del tamizado.
- En el diseño experimental 22 compuesto se determinó que al aumentar la
presión en la esterilización o la temperatura de digestión, el aumento en el
rendimiento de extracción es mínimo y pasa de 95,8 % hasta 96,6 %. Las
condiciones óptimas de extracción son de 54 psi en la esterilización y 97 °C
en la digestión. Con estas condiciones se obtiene un porcentaje de pérdida
de aceite en el prensado de 2,4 % que son 0,05 t/h. Actualmente la pérdida
de aceite es de 3,2 % que son 0,06 t/h.
- Para mejorar el proceso de extracción de la empresa Hermanos Muñoz, se
sugirió el aumento de un decantador y el cambio del tamiz y la centrífuga
por un decantador trifásico. Con estos cambios se lograría:
Que la corriente del decantador salga con 0,01 % de sólidos en lugar de
16,49 % con las condiciones actuales.
En el secado ya no se realizaría purga, obteniendo mayor cantidad de
aceite de primera, y no habría pérdidas de aceite en esta etapa.
La eficiencia global de extracción de aceite aumentaría de 17,70 % a 18,85
%.
El TIR de proceso sería de 54 % convirtiendo el proceso en rentable.
Actualmente el TIR es de 11 % y tiene un VAN negativo lo que representa
los problemas económicos actuales.
4.2 RECOMENDACIONES
- Realizar un análisis energético a la planta extractora de aceite “Hermanos
Muñoz” que complemente la optimización del proceso de extracción.
105
- Realizar la separación de aceite obtenido a escala laboratorio mediante
sedimentación con el aceite caliente. En el proceso realizado del diseño
experimental se utilizó centrifugación, lo cual presentó varios problemas
como la solidificación del aceite.
- Realizar un análisis de las condiciones óptimas de esterilización y digestión
en la planta extractora para obtener resultados más precisos de la
optimización.
- Utilizar la palma aceitera inmediatamente después de realizar el muestreo
para la realización del diseño experimental. El almacenaje de palma
aceitera aumenta la cantidad de ácidos grasos libres del aceite obtenido y
por ende la calidad del aceite.
- Analizar las muestras de aceite inmediatamente después de ser obtenido
para que los valores de índice de yodo no sean alterados por el almacenaje
y precalentamiento de las muestras.
106
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113
ANEXOS
114
ANEXO I
NORMAS PARA LA EVALUACIÓN DE LAS CORRIENTES DE
LA PLANTA EXTRACTORA
ANEXO I-a
DETERMINACIÓN DE HUMEDAD, NORMA AOAC
MÉTODO DE LA ESTUFA DE AIRE
Para la determinación de humedad se pesó en una balanza aproximadamente 5 g
de muestra en una caja Petri de vidrio previamente tarada. La muestra fue
colocada en una estufa STABIL-THERM GRAVITY OVEN a 130 ºC por 5 horas.
Se pesó la muestra y se colocó nuevamente en la estufa por una hora hasta
obtener un peso constante.
Se registró el peso inicial y el peso final de la muestra. El porcentaje de humedad
se calcula con la siguiente fórmula:
[AI-a.1]
Donde:
Mi: peso inicial de la muestra
Mf: peso final de la muestra
115
ANEXO I-b
DETERMINACIÓN GRANULOMÉTRICA, NORMA ASTM c 136-06
Se midió 100 mL de muestra y se pasó ésta por una serie de tamices de abertura
ordenada en forma descendente.
La serie de tamices se conformó de los siguientes: tamiz número 50 (abertura 300
um), tamiz número 80 (180 um), tamiz número 100 (150 um), tamiz número 140
(106 um), y tamiz número 200 (75 um).
Las fracciones obtenidas en cada tamiz y en el fondo se pesaron en una balanza.
Y se registró el peso correspondiente a cada abertura de tamiz.
Para el cálculo de la eficiencia de tamiz se calculó el porcentaje de retenidos en
cada tamiz y el porcentaje retenido acumulado que le corresponde, para lo cual se
utilizó la siguiente fórmula:
[AI-b.1]
Donde:
Pi: peso en gramos del retenido en cada tamiz
PT: total de peso en gramos del retenido de todos los tamices
116
ANEXO I-c
DETERMINACIÓN DE ÍNDICE DE YODO, NORMA AOAC 920.159
MÉTODO DE WIJS
Se pesó 0,4 gramos de muestra y se agregó 25 mL del reactivo de Wijs se agitó el
contenido y se colocó fuera de la luz. Después se agregó 20 mL de solución de
yoduro de potasio y 150 mL de agua. Se tituló con la solución de tiosulfato de
sodio hasta que el color amarillo desapareció. Se agregó 0,5 mL de solución de
almidón y se tituló hasta que desapareció el color azul.
Para el cálculo del índice de yodo se utilizó la siguiente fórmula:
[AI-c.1]
Donde:
c: concentración en moles por litro de la solución de tiosulfato utilizada.
V1: volumen en mL de tiosulfato utilizado en el ensayo en blanco.
V2: volumen en mL de tiosulfato utilizados en la titulación.
m: masa de la muestra en gramos.
117
ANEXO I-d
DETERMINACIÓN DE ÍNDICE DE PERÓXIDO, NORMA AOAC 965.33
Se pesó 5 gramos de muestra y se agregó 30 mL de la solución de ácido acético
glaciar y cloroformo. Se agregó 0,5 mL de la solución saturada de yoduro de
potasio, se llevó el matraz a agitación durante 1 minuto. Se agregó 30 mL de agua
destilada. Se tituló la muestra con una solución 0,1 N de tiosulfato de sodio hasta
que el color amarillo desapareció. Se añadió 0,5 mL de la solución indicadora de
almidón y se tituló hasta que el color azul desapareció completamente.
Para la determinación del índice de peróxido se utilizó la siguiente fórmula:
[AI-d.1]
Donde:
I: índice de peróxido en meq. O2 por kilogramo de aceite.
v: volumen de tiosulfato de sodio empleados en la titulación en mL.
N: normalidad del tiosulfato de sodio.
m: masa de la muestra en gramos.
118
ANEXO I-e
DETERMINACIÓN DE ACIDEZ, NORMA ISO 660:1996
Se pesó 2,5 gramos de muestra. Se calentó hasta ebullición 50 mL de etanol con
0,5 mL de fenolftaleína y se neutralizó con una solución 0,1 mol/L de hidróxido de
sodio. Se mezcló la muestra con el etanol neutralizado, se llevó la muestra a
ebullición y se tituló con la solución de hidróxido de sodio.
El índice de acidez se determinó con la siguiente fórmula:
[AI-e.1]
Donde:
Iacidez: índice de acidez en miligramos de hidróxido de sodio por gramos de aceite.
V: es el volumen en mL de hidróxido de sodio usado.
c: es la concentración en moles por litro del hidróxido de sodio utilizado.
m: es la masa en gramos de la muestra.
La acidez se determinó con la siguiente fórmula:
[AI-e.2]
Donde:
V: es el volumen en mL de hidróxido de sodio usado.
c: es la concentración en moles por litro del hidróxido de sodio utilizado.
M: es masa molar en gramos por mol de ácido palmítico (256 g/mol)
m: es la masa en gramos de la muestra.
119
ANEXO II
REQUISITOS DEL ACEITE DE PALMA AFRICANA
DESCRITOS EN LA NORMA INEN 30
Tabla AII.1. Requisitos del aceite de palma africana especificados en la norma INEN 30
120
ANEXO III
DATOS Y EJEMPLO DE CÁLCULO PARA DETERMINACIÓN
DE HUMEDAD
Para la determinación de la humedad de las corrientes en las operaciones
unitarias se realizó mediante el método de Estufa de Aire, descrito en el Anexo I-
a.
A continuación se presenta los datos obtenidos y el ejemplo de cálculo para la
determinación de la humedad.
Tabla AIII.1. Pesos inicial y final para la determinación de humedad
Muestra Peso Inicial (g) Peso Final (g)
C 1 4,9953 2,8898
C 2 5,0355 3,0087
D 1 5,1016 2,8249
D 2 4,9912 2,6616
F 1 5,4178 2,6536
F 2 5,2048 2,4806
G 1 5,1452 3,0681
G 2 5,2524 3,2759
J 1 5,9694 5,8715
J 2 4,6135 4,5777
L 5,2256 2,0631
N 6,1709 3,727
H 1 5,028 1,0182
H 2 4,967 0,9273
I 1 6,099 2,8403
I 2 5,898 2,8245
Para el ejemplo de cálculo de humedad se tomaron los datos correspondientes a
la muestra C1.
121
Las humedades calculadas y el promedio de cada corriente se presentan en la
tabla AIII.2.
Tabla AIII.2. Humedades de las muestras y el promedio de cada corriente
Muestra Humedad (%) Promedio (%)
C 1 42,15 41,20
C 2 40,25
D 1 44,63 45,65
D 2 46,67
F 1 51,02 51,68
F 2 52,34
G 1 40,37 39,00
G 2 37,63
J 1 1,64 1,21
J 2 0,78
L 60,52 -
N 39,60 -
H 1 79,75 80,54
H 2 81,33
I 1 53,43 52,77
I 2 52,11
122
ANEXO IV
DATOS Y EJEMPLO DE CÁLCULO DE COMPOSICIÓN DE
ACEITE EN LAS PURGAS
Para la determinación de la composición de las corrientes en las operaciones
unitarias se centrifugó las muestras por 15 minutos y se midió el peso y el
volumen inicial de los tubos de centrifugación con muestra y el volumen de cada
fracción después de la centrifugación.
A continuación se presenta los datos obtenidos y el ejemplo de cálculo para la
determinación de la composición de aceite en la purgas de decantación y secado.
Tabla AIV.1. Pesos total y de las fracciones de cada muestra
Muestra Peso Total
(g) Volumen Total
(mL) Fracciones
Volumen de cada fracción
(mL)
H* 45,645 47,5
Primera 5,0
Segunda 37,5
Tercera 5,0
I** 46,965 45
Primera 2,5
Segunda 25,0
Tercera 17,5
*Purga de decantación **Purga de secado
Para la determinación de la cantidad de aceite en las corrientes se consideró que
la primera fracción es sólo aceite con una densidad de 0,8 g/mL, la segunda
fracción tiene mayor porcentaje de agua por lo que se consideró la densidad de 1
g/mL y la tercera fracción se obtuvo el peso por la diferencia de las dos fracciones
anteriores. El ejemplo de cálculo se realizó para la muestra H.
123
La cantidad de aceite en la fracción 2 se consideró igual a 0,79 % que
corresponde al aceite en el efluente líquido del proceso. En la fracción 3 se
consideró que el porcentaje de aceite es de 11,92 % correspondiente al aceite en
el efluente sólido del proceso. Para el porcentaje de aceite en la purgas se utilizó
la siguiente fórmula:
[AIV.1]
Los resultados del porcentaje de aceite y las fracciones de cada corriente se
muestran en la tabla AIV.2.
Tabla AIV.2. Porcentaje de aceite en las muestras H e I
Muestra Fracciones (%) Aceite (%)
H
8,76
10,49 82,16
9,08
I
4,26
9,75 53,23
42,51
124
ANEXO V
DATOS PARA LA DETERMINACIÓN GRANULOMÉTRICA
DEL TAMIZ
Para la determinación de la granulométrica de la corriente de entrada al tamiz se
realizó mediante la norma ASTM c 136-06, descrito en el Anexo 1-b.
A continuación se presenta los datos obtenidos y el ejemplo de cálculo para la
granulometría de la muestra K.
Tabla AV.1. Pesos total retenido en los tamices
No Abertura (um) Peso (g)
50 300 37,63
80 180 13,79
100 150 3,37
140 106 3,84
200 75 5,6
400 0 33,04
Total 97,27
Para el ejemplo de cálculo de los porcentajes retenido acumulado y pasado
acumulado se tomó los datos correspondientes al tamiz N° 80.
125
En la tabla AV.2 se muestra los resultados de los porcentajes pasados
acumulados y retenidos acumulados correspondientes a todos los números de
malla.
Tabla AV.2. Porcentaje retenido acumulado y pasado acumulado
No Abertura (um) % Retenido % Retenido Acumulado
% Pasado Acumulado
50 300
38,69 38,69 61,31
80 180 14,18 52,86 47,14
100 150 3,46 56,33 43,67
140 106 3,95 60,28 39,72
200 75 5,76 66,03 33,97
400 0 33,97 100,00 0,00
126
ANEXO VI
ANÁLISIS ESTADÍSTICO DEL DISEÑO EXPERIMENTAL
Tabla AVI.1. Análisis de varianza del porcentaje de extracto etéreo
Efectos Suma de cuadrados GL Cuadrado Medio Razón -F Valor-P
A:presion 67,3078 1 67,3078 5,52 0,0786
B:temperatura 61,069 1 61,069 5,01 0,0888
AA 6,83912 1 6,83912 0,56 0,4955
AB 4,2849 1 4,2849 0,35 0,5852
BB 15,2362 1 15,2362 1,25 0,3262
Total error 48,7746 4 12,1937
Total (corregido) 197,76 9
Figura AVI.1. Superficie de respuesta del porcentaje de extracto etéreo
Tabla AVI.2. Análisis de varianza del índice de yodo
Efectos Suma de cuadrados GL Cuadrado Medio Razón -F Valor-P
A:Presión 11,0092 1 11,0092 0,56 0,4877
B:Temperatura 214,087 1 214,087 10,90 0,0214
AA 65,12 1 65,12 3,32 0,1283
AB 6,25 1 6,25 0,32 0,5970
BB 32,4141 1 32,4141 1,65 0,2552
Total error 98,1951 5 19,639
Total (corregido) 406,727 10
30 34 38 42 46 50presion
8084
8892
96
temperatura
13
15
17
19
21
23
25
127
Figura AVI.2. Superficie de respuesta del índice de yodo
Tabla AVI.3. Análisis de varianza del índice de peróxido
Efectos Suma de cuadrados GL Cuadrado Medio Razón -F Valor-P
A:Presión 0,386045 1 0,386045 0,04 0,8404
B:Temperatura 44,3137 1 44,3137 5,16 0,0723
AA 7,96328 1 7,96328 0,93 0,3797
AB 9,0 1 9,0 1,05 0,3528
BB 4,96324 1 4,96324 0,58 0,4813
Total error 42,9252 5 8,58503
Total (corregido) 106,727 10
Figura AVI.3. Superficie de respuesta del índice de peróxido
30 34 38 42 46 50P
8084
8892
96
T59
62
65
68
71
74
30 34 38 42 46 50P
8084
8892
96
T
0
2
4
6
8
10
128
Tabla AVI.4. Análisis de varianza de la acidez
Efectos Suma de cuadrados GL Cuadrado Medio Razón -F Valor-P
A:Presión 0,0321445 1 0,0321445 0,85 0,3998
B:Temperatura 0,000857861 1 0,000857861 0,02 0,8864
AA 0,00414221 1 0,00414221 0,11 0,7546
AB 0,16 1 0,16 4,21 0,0953
BB 0,0541421 1 0,0541421 1,43 0,2861
Total error 0,189914 5 0,0379829
Total (corregido) 0,456364 10
Figura AVI.4. Superficie de respuesta de la acidez
30 34 38 42 46 50P
8084
8892
96
T
5,1
5,3
5,5
5,7
5,9
Acid
ez
129
ANEXO VII
HOJAS DE ESPECIFICACIÓN DE LOS EQUIPOS PARA LA
OPTIMIZACIÓN
HOJA DE ESPECIFICACIÓN N° 1
NOMBRE DEL EQUIPO: Decantador
FABRICANTE: NA MODELO: NA N° EN PLANTA: 1
DIMENSIONES:
× Diámetro: 1,75 m
× Alto: 5,24 m
PARÁMETROS DE DISEÑO:
× Material: acero ASTM A36
× Tanque abierto
× Volumen de 12,58 m3
PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO:
Por diferencia de densidad y por tiempo de residencia el equipo separa la
corriente de entrada en dos corrientes. La corriente superior tiene el
componente de interés.
TIPO DE OPERACIÓN: batch
ESQUEMA DEL EQUIPO:
130
HOJA DE ESPECIFICACIÓN N° 2
NOMBRE DEL EQUIPO: Decantador Trifásico (Tricanter)
FABRICANTE: Flottweg MODELO: Z4E-4 N° EN PLANTA: 1
DIMENSIONES:
× Longitud: 1600 mm
× Ancho: 900 mm
× Alto: 1600 mm
PARÁMETROS DE DISEÑO:
× Velocidad del tambor: 3800 rpm
× Potencia: 33 kW
× Capacidad: 6-8 m3/h
PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO:
Gracias al funcionamiento conjunto de la presión de un tornillo sinfín y la
diferencia de gravedad, el equipo separa la corriente de entrada en tres
corrientes. Una de interés y dos corriente de desecho.
TIPO DE OPERACIÓN: continua
ESQUEMA DEL EQUIPO:
131
ANEXO VIII
DATOS DE LA EVALUACIÓN ECONÓMICA ACTUAL
Tabla AVIII.1. Estado de pérdidas y ganancias de la producción actual de aceite de palma africana
Designación Valor Porcentaje sobre
ventas
Ventas $2.433.945,60 100,00
(-) Costos de producción $2.274.180,94 093,44
Utilidad bruta por ventas $159.764,66 006,56
(-) Gastos por ventas $0,00 000,00
Utilidad neta por ventas $159.764,66 006,56
(-) Gastos de administración $46.612,24 001,92
Utilidad bruta en operaciones $113.152,42 004,65
(-) Impuesto a la renta $16.972,86 000,70
Utilidad Neta en Operaciones $96.179,56 003,95
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133
Figura AVIII.1. Punto de equilibrio de la producción de aceite de palma africana
Tabla AVIII.3. Datos utilizados para la realización de la gráfica de punto de equilibrio del proceso actual
Unidades
Producidas por año
(t)
Costos Fijos Anuales
($)
Costos Variables
($)
Costos totales
($)
Ventas
($)
0 129.384,30 0,00 129.384,30 0,00
337,92 129.384,30 37.171,20 166.555,50 226.406,40
675,84 129.384,30 74.342,40 203.726,70 452.812,80
1013,76 129.384,30 111.513,60 240.897,90 679.219,20
1351,68 129.384,30 148.684,80 278.069,10 905.625,60
1689,6 129.384,30 185.856,00 315.240,30 1.132.032,00
2027,52 129.384,30 223.027,20 352.411,50 1.358.438,40
2365,44 129.384,30 260.198,40 389.582,70 1.584.844,80
2703,36 129.384,30 297.369,60 426.753,90 1.811.251,20
3041,28 129.384,30 334.540,80 463.925,10 2.037.657,60
3.379 129.384,30 371.712,00 501.096,30 2.264.064,00
0,00
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150.000,00
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PUNTO DE EQUIIBRIO
Costos Fijos Anuales Costos totales Ventas
134
ANEXO IX
DATOS DE LA EVALUACIÓN ECONÓMICA CON LA
OPTIMIZACIÓN DEL PROCESO
Tabla AIX.1. Estado de pérdidas y ganancias de la producción optimizada de aceite de palma africana
Designación Valor Porcentaje
sobre ventas
Ventas $2.575.449,60 100,00
(-) Costos de producción $2.265.861,13 087,98
Utilidad bruta por ventas $309.588,47 012,02
(-) Gastos por ventas $0,00 000,00
Utilidad neta por ventas $309.588,47 012,02
(-) Gastos de administración $46.612,24 001,81
Utilidad bruta en operaciones $262.976,22 010,21
(-) Impuesto a la renta $39.446,43 001,53
Utilidad Neta en Operaciones $223.529,79 008,68
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$2
92.5
49,5
5
$292
.549
,55
$2
92.5
49,5
5
$292
.549
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72,3
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136
Figura AIX.1. Punto de equilibrio de la producción optimizada de aceite de palma africana
Tabla AIX.3. Datos utilizados para la realización de la gráfica de punto de equilibrio del proceso optimizado
Unidades
Producidas por año
(t)
Costos Fijos Anuales
($)
Costos Variables
($)
Costos totales
($)
Ventas
($)
0 161.971,86 0,00 161.971,86 0,00
359,04 161.971,86 39.494,40 201.466,26 240.556,80
718,08 161.971,86 78.988,80 240.960,66 481.113,60
1077,12 161.971,86 118.483,20 280.455,06 721.670,40
1436,16 161.971,86 157.977,60 319.949,46 962.227,20
1795,2 161.971,86 197.472,00 359.443,86 1.202.784,00
2154,24 161.971,86 236.966,40 398.938,26 1.443.340,80
2513,28 161.971,86 276.460,80 438.432,66 1.683.897,60
2872,32 161.971,86 315.955,20 477.927,06 1.924.454,40
3231,36 161.971,86 355.449,60 517.421,46 2.165.011,20
3.590 161.971,86 394.944,00 556.915,86 2.405.568,00
0,00
50.000,00
100.000,00
150.000,00
200.000,00
250.000,00
0 100 200 300 400 500
PUNTO DE EQUILIBRIO
Costos Fijos Anuales Costos totales Ventas
