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Proyecto de Prefactibilidad para un Proceso Proyecto de Prefactibilidad para un Proceso de Beneficiado en Seco de Variedades de Beneficiado en Seco de Variedades Amargas de Quinua, basado en la AplicaciAmargas de Quinua, basado en la Aplicacióón n de un Lecho Fluidizado de Tipo Surtidorde un Lecho Fluidizado de Tipo Surtidor

(Tecnolog(Tecnologíías Ecolas Ecolóógicamente Sostenibles)gicamente Sostenibles)

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IntroducciIntroduccióónn

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Sólidos granulares

dp[mm]

ρs[Mg/m3]

Geometría del lecho Flujo de alimentación

[kg/ h]Dr

[cm]

H[cm]

Escala Laboratorio

Trigo16 4.1 1.4 15 9-21 Batch

Trigo16 4.1 1.4 15 14 1.8-3.6

Quinua15 2 1,4 7.44 5 Batch

Trigo17 3.92 1.37 15.24 20.3-31.4 Batch

Escala Piloto

Trigo16 4.0 1.4 30 30-122 110-270

Escala Industrial

Arvejas16 6.7-7.5 1.4 61 214 1000-1700

Lentejas16 4.4 - 61 214 1160

Características de los Lechos Fluidizados a nivel Laboratorio, Piloto e Industrial

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Diagrama de un Lecho Fluidizado

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Objetivo GeneralObjetivo General• Contar con un Proyecto de Prefactibilidad

para un proceso de beneficiado en seco de variedades amargas de quinua de zonas de Oruro y Potosí, basado en la aplicación de un lecho fluidizado de tipo surtidor y respaldado por investigación empírica en laboratorio y pruebas de campo en un prototipo piloto, bajo los principios de uso eficiente de energía y tecnologías limpias

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Objetivos EspecObjetivos Especííficosficos

• Línea Base

• Prototipo laboratorio

• Prototipo semicomercial piloto por lotes

• Estudio de prefactibilidad técnica, financiera, ambiental, social y privada

• Difusión resultados

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Alcance de la PropuestaAlcance de la Propuesta

• Prototipo piloto funcional

• Prefactibilidad basada en un nuevo proceso de beneficiado en seco

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MetodologMetodologíía de la investigacia de la investigacióónn

• Diagnóstico situación actual (Línea base técnica, ambiental, económica y social)

• Desarrollo teórico experimental en laboratorio

• Desarrollo prototipo a nivel piloto

• Elaboración proyecto de prefactibilidad

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• Visita a empresas beneficiadoras– Quinua Boliviana del Sur (Salinas de Garci

Mendoza)

– Real Andina (Uyuni)

• Llenado de encuesta– Entrevista a personal de la empresa

– Observaciones

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• Selección Variedades de Quinua• Identificación de variables

– Geometría del Equipo• Diámetro reactor• Diámetro boquilla• Angulo sección cónica del reactor

– Condiciones de Operación• Alto de lecho (carga)• Flujo de aire (velocidad lineal)• Caída de presión en el lecho fluidizado• Tiempo de procesamiento

• Caracterización de Lecho

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• Diseño Experimental Estadístico• Desaponificación de Muestras• Evaluación Calidad del Grano

– Morfológica de los gránulos– Contenido de Proteína (Método AOAC)– Contenido de Saponina (Método

Espectrofotométrico Vanillina – Acido sulfúrico, y Método de la Espuma)

– Contenido de Lípidos (Método AOAC)

• Análisis e interpretación de datos

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• Diseño del prototipo piloto– Lotes (posibilidad continuo)

• Construcción

• Validación

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Perfil de Propuesta

• Elaborar un estudio de pre-factibilidad técnica, socioeconómica y ambiental para la implantación de un nuevo proceso a nivel industrial, basado en las características de dos industrias participantes y en la validación de los resultados de operación del prototipo semicomercial construido.

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• Validación de resultados de prototipo semicomercial

• Estudio de mercado y capacidad óptima de planta

• Diseño de ingeniería

• Evaluación de impacto ambiental

• Evaluación financiera social y privada

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ResultadosResultadosLínea Base

Empresas beneficiadoras de quinua: Quinua Boliviana del Sur y Real Andina

• Aspectos técnicos

• Aspectos ambientales• Aspectos económicos

• Aspectos sociales

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Aspectos TécnicosQuinua Boliviana del Sur Real Andina

Materia prima Blanca 60 %, Pandela rosada 30 %, Amarilla 10 %, Roja (Pisanqalla)

Blanca 50 %, Pandela rosada 40 %, Amarilla 10 %, Roja (Pisanqalla), Negra

Capacidad de producción

70 qq/d (Secado aire libre)100 qq/d (Secado aire caliente)

50 – 80 qq/d (Secado carpa solar)

Etapas del proceso 14 etapas 9 etapas

Consumo de agua 12 a 14 m3/ton 15 m3/ton

Consumo de energía Energía mecánica 27 kWh/ton Energía mecánica 14 kWh/ton

Control de calidad Materia prima contaminadaProducto final de buena calidad (sensor óptico y clasificador magnético)

Materia Prima clasificadaProducto final requiere de una fase adicional de procesamiento (otra empresa)

Etapa critica Despedregado Secado

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Aspectos AmbientalesQuinua Boliviana del Sur Real Andina

Residuos sólidos 6qq/turno (Secado al aire libre)8 qq/turno (Secado aire caliente)

3 qq /turno

Residuos líquidos Similar al volumen de agua usado

Similar al volumen de agua usado

Sistema de recolección de saponina en polvo

Deficiente sistema de recolección

Descarga directa

Sistemas de tratamiento de los efluentes contaminados con saponina

Descarga directa, sin tratamiento Descarga directa, sin tratamiento

Recursos hídricos circundantes

Salar de Thunupa, Vertiente Khora Khora

Salar de Uyuni

Flora y fauna predominantes

Llamas, ovejas, vicuñas, thola, paja brava,

Llamas, ovejas, vicuñas, thola, paja brava,

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Aspectos Sociales y EconómicosQuinua Boliviana del Sur Real Andina

Vida útil de la empresa 20 años (8 años funcionamiento) 20 años (6 años de funcionamiento)

Inversión 150 000 $US (Maquinaria)10 000 $US (Terreno)

Número de empleados 6 empleados, 3 eventuales 9 empleados, 4 eventuales

Comunidades aledañas Achoco, Marcavinto, Siringani, Tocoroma

Chacala, Colchani, Vinto K, Pulacayo

Zonas de cultivo Salinas de Garai Mendoza, Llica, Uyuni

Uyuni

Zona de ubicación Salinas de Garci Mendoza/Urbana Uyuni/Urbana

Grupos étnicos Aimaras Quechuas

Actividad económica principal de la zona

Producción Quinua Producción Quinua, ComercioTurismo

Precio materia prima 730 Bs/qq 750 Bs/qq

Precio producto final 3200 $US/ton, precio FOB Arica

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C o rrid a N o .

V arie d ad Q u in u a

P ro ce n t. S ap o n in a P ro m e d io

[% ]

P o rce n t. P ro te ín a [% ]

1 Q u i n u a R e a l B la n ca 0,27 10,492 Q u i n u a R o s a d a 0,84 13,583 Q u i n u a A m a ri l l a 0,35 10,08

2 mm

Caracterización Materia Prima

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Desaponificación de la Quinua en función del tiempo

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Corrida N° Variedad

Diametro boquilla,

mmAltura lecho,

cm

Diámetro de lecho,

cm MASA, kgMASA

residual, kg%

perdidasF,

L/minF/M,

L/min-kg

Porcentaje Saponina en

grano, %

Porcentaje proteina en

grano, %

1 Blanca Real 1.8 mm 12.5 cm 7.5 0.350 0.324 2.60% 33 94.3 0.006 13.462 Blanca Real 4 mm 7.5 cm 7.5 0.190 0.181 0.92% 69 363.2 0.128 12.213 Amarilla 4 mm 12.5 cm 20 1.450 1.373 7.68% 92 63.4 0.114 11.844 Blanca Real 4 mm 7.5 cm 20 0.440 0.420 1.96% 88 200.0 0.083 12.725 Blanca Real 4 mm 12.5 cm 20 1.450 1.380 7.00% 94 64.8 0.095 11.836 Blanca Real 4 mm 12.5 cm 7.5 0.350 0.317 3.31% 95 271.4 0.123 11.837 Amarilla 1.8 mm 12.5 cm 7.5 0.350 0.326 2.45% 32 91.4 0.006 12.278 Blanca Real 1.8 mm 12.5 cm 20 1.450 1.378 7.25% 33 22.8 0.091 10.479 Blanca Real 1.8 mm 7.5 cm 7.5 0.190 0.174 1.56% 30 157.9 0.006 8.81

10 Blanca Real 4 mm 7.5 cm 7.5 0.190 0.180 0.95% 73 384.2 0.081 12.1811 Amarilla 1.8 mm 7.5 cm 20 0.440 0.413 2.73% 25 56.8 0.133 12.2112 Amarilla 1.8 mm 7.5 cm 7.5 0.190 0.178 1.24% 24 126.3 0.010 12.0213 Blanca Real 1.8 mm 7.5 cm 20 0.440 0.421 1.94% 20 45.5 0.157 15.5114 Amarilla 4 mm 7.5 cm 20 0.440 0.418 2.23% 70 159.1 0.171 12.2015 Blanca Real 1.8 mm 12.5 cm 20 1.450 1.390 5.96% 33 22.8 0.114 12.1516 Amarilla 4 mm 7.5 cm 7.5 0.190 0.180 0.99% 70 368.4 0.199 13.0217 Amarilla 1.8 mm 7.5 cm 20 0.440 0.398 4.23% 25 56.8 0.218 13.7418 Amarilla 4 mm 12.5 cm 7.5 0.350 0.331 1.89% 75 214.3 0.109 11.7519 Blanca Real 1.8 mm 12.5 cm 7.5 0.350 0.327 2.33% 34 97.14 0.006 11.6320 Amarilla 1.8 mm 12.5 cm 7.5 0.350 0.326 2.37% 32.5 92.86 0.006 11.8921 Amarilla 1.8 mm 12.5 cm 20 1.450 1.370 8.02% 31 21.38 0.086 12.1222 Amarilla 4 mm 12.5 cm 20 1.450 1.377 7.33% 95 65.5 0.166 14.6623 Amarilla 4 mm 7.5 cm 20 0.440 0.414 2.62% 62 140.91 0.165 12.1324 Blanca Real 4 mm 7.5 cm 20 0.440 0.419 2.07% 65 147.73 0.114 15.5725 Amarilla 1.8 mm 7.5 cm 7.5 0.190 0.178 1.23% 25 131.58 0.062 11.2626 Amarilla 1.8 mm 12.5 cm 20 1.450 1.376 7.38% 33 22.76 0.123 12.6327 Blanca Real 1.8 mm 7.5 cm 20 0.440 0.418 2.15% 27 61.36 0.119 12.6128 Amarilla 4 mm 7.5 cm 7.5 0.190 0.179 1.05% 70 368.42 0.161 15.5729 Amarilla 4 mm 12.5 cm 7.5 0.350 0.328 2.21% 93 265.71 0.180 15.5530 Blanca Real 4 mm 12.5 cm 20 1.450 1.380 7.00% 100 68.97 0.142 13.0031 Blanca Real 1.8 mm 7.5 cm 7.5 0.190 0.179 1.07% 25 131.58 0.006 11.8932 Blanca Real 4 mm 12.5 cm 7.5 0.350 0.329 2.14% 97 277.14 0.006 11.91

Evaluación calidad muestras procesadas

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Análisis morfológico Quinuas Procesadas

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Variedad Blanca Real

Diámetro de reactor 20

Diámetro de boquilla P = 0.00171.8 4

-0.17 -0.07 0.03 0.13 0.23Residuales

P = 0.0195Amarilla

P = 0.00067.5

Altura de lecho P = 0.095112.5 7.5

Análisis de varianza multifactorial (ANOVA), concentración de saponina

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1.8 4Diámetro de boquilla

0.04

0.06

0.08

0.1

0.12

0.14

0.16

Por

cent

aje

sapo

nina

s Valor de aceptación consumidor < 0,12 %

Efecto del diámetro de la boquilla sobre el porcentaje de saponina

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020406080

100120140160180200

0 2 4 6 8 10 12 14 16

Ve

loci

dad

lin

eal

a l

a sa

lida

de

la b

oq

uill

a, m

s-1

Altura de lecho, cm

COLAPSO ROMPIMIENTO Lecho estable Lecho para operar

0

20

40

60

80

100

120

140

0 5 10 15 20 25V

elo

cid

ad

lin

ea

l a

la

sa

lid

a d

e l

a b

oq

uil

la,

ms-

1Altura de lecho, cm

COLAPSO ROMPIMIENTO LECHO ESTABLE LECHO DE OPERACIÓN

Velocidades lineales en función de las alturas de lecho

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7.5 20Diámetro de reactor

0.04

0.06

0.08

0.1

0.12

0.14

0.16

Por

cent

aje

sapo

nina

s

Valor de aceptación consumidor < 0,12 % %

Efecto del diámetro del lecho sobre el porcentaje de saponina

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7.5 12.5Altura de lecho

62

82

102

122

142(X 0.001)

Por

cent

aje

sapo

nina

s Valor de aceptación consumidor < 0,12 %

Efecto de la altura del lecho sobre el porcentaje de saponina

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Altura de lecho=12.5

1.5 2 2.5 3 3.5 4Diámetro de boquilla

610

1418

22

Diámetro de reactor0

0.04

0.08

0.12

0.16

Con

cent

raci

ón d

e sa

poni

nas

Concentración de saponinas0.0-0.020.02-0.040.04-0.060.06-0.080.08-0.10.1-0.120.12-0.140.14-0.160.16-0.180.18-0.2

Superficie de respuesta de la concentración (Real Blanca)

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Contorno de superficie de respuesta para quinua amarilla

Altura de lecho=12.5

1.8 2.2 2.6 3 3.4 3.8 4.2Diámetro de boquilla

7

10

13

16

19

22

Diá

met

ro d

e re

acto

rConcentración de saponinas

0.00.020.040.060.080.10.120.140.160.180.2

Contorno de respuesta de la concentración de saponina (Amarilla)

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Variedad Blanca Real

Altura de lecho 7.5

Diámetro de boquilla P = 0.12321.8 4

-3.1 -1.1 0.9 2.9 4.9Residuos

P = 0.4044Amarilla

P = 0.581712.5

Diámetro de reactor P = 0.33877.5 20

Análisis de varianza multifactorial (ANOVA), concentración de proteína

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ConclusionesConclusionesCaracterización de Lecho• Las velocidades de flujo no dependen del diámetro del lecho.• Cuanto mayor es la altura del lecho los flujos volumétricos

necesarios para generar el surtidor se incrementan.• Las caídas de presión que ocurren en el surtidor son dos

órdenes de magnitud mayores a las que se generan en lechos de remoción de capas externas de otro tipo de semillas.

• Las velocidades lineales necesarias para establecer los flujos máximos y mínimos son un orden de magnitud mayores a las que se generan en lechos de remoción de capas externas de otro tipo de semillas.

•

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ConclusionesConclusionesRemoción de saponinas - Análisis de resultados del

diseño experimental• Los factores más preponderantes son el diámetro del lecho y

el diámetro de la boquilla, seguidos de la variedad. • Se alcanzan valores de saponinas mínimos (0 - 0,04%) en los

intervalos de 1,8 a 2,2 mm para el diámetro de boquilla y 7,5 a 12,5 cm para el diámetro de lecho y una altura de lecho de 12,5 cm. Por consiguiente, para el diseño del prototipo piloto se deberán tomar en cuenta estos rangos de valores.

• Ninguno de los factores estudiados: diámetro de boquilla, diámetro de lecho, altura de lecho y variedad tiene un efecto significativo sobre el porcentaje de proteínas a un nivel de confianza de 95 %.

•

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ConclusionesConclusiones• El porcentaje de proteínas en los granos se incrementa con la

remoción de saponinas.• El consumo unitario de energía eléctrica es alto cuando se

utiliza un compresor• La recuperación de saponinas es total

“ Como conclusión general se puede afirmar que la configuración del lecho fluidizado de tipo surtidor que no utiliza agua es idónea para la remoción de saponinas de diferentes variedades de quinua amarga en escala de laboratorio (escala casera)”

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RecomendacionesRecomendaciones• Corridas adicionales, condiciones optimas de proceso, para

las principales variedades de Quinua de las Empresas Beneficiadoras, en función al tiempo

• Corridas en el prototipo piloto en las condiciones optimas de proceso.

• Determinación del contenido de materia grasa en las muestras donde se tuvo una mayor remoción de saponina.

• Determinación del contenido de saponina, proteína y análisis morfológico de las muestras de las corridas nuevas.

• Análisis morfológico, micrografías SEM. para evaluar la remoción del episperma

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GraciasGracias

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