BALANCE MASICO Y ENERGETICO EN PROBLEMAS AMBIENTALES

PROYECTO FINAL

PRESENTADO POR:

JEIKON REYNALDO REYES DELGADILLO

CODIGO: 1.110.061.400

GRUPO: 93

PRESENTADO A:

JANET BIBIANA GARCIA

Directora del curso

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA UNAD

ESCUELA DE CIENCIAS AGRCOLAS, PECUARIAS Y DEL MEDIO AMBIENTE (ECAPMA)

PROGRAMA DE INGENIERIA AMBIENTAL

Diciembre de 2014

ETAPAS SELECCIONADAS

Etapa 1: secado al sol.

Etapa 2: Secrecin directa de aceite.

Etapa 3: lavado.

Etapa 4: transesterificacin con metanol base.

Etapa 5: decantacin.

CORRIENTES MSICAS Grupo: 93

Entrada de maleza hmeda al secador = 93 x 100 = 9300 kg/hora Masa de agua que entra al secador = 90% x 9300= 8370 kg/hora Porcentaje de aceite en la maleza (despus de secarla) = 93% Para la purificacin de aceite no ingresan adicionales. El Metanol-base ingresado para la transformacin de aceite en biodiesel se consume en

un 80% En la quinta etapa tamices moleculares no requiere ningn adicional, la salida de

adicional en los residuos es cero.

Tecnologa Eficiencia Entradas adicionales Masa de adicionales (kg/hora)

1.1 100% Ninguna 0

2.6 93% Ninguna 0

3.6 100% Emulsificante 93*26=2418

4.2 80% Metanol-base 93*5=465

5.5 100% Ninguna 0

DIAGRAMA DEL PROCESO

Tabla de resultados de balance de materia grupo N 93

1. tecnologas seleccionadas

Nombre : Jeikon Reynaldo Reyes Delgadillo

Etapa 0. Materia prima

Etapa 1. Secado

Etapa 2. Extraccin de aceite

Etapa 3.

Purificacin de aceite

Etapa 4. Transformacin de aceite

Etapa 5. Purificacin de biodiesel

Maleza de PTAR Secado al

sol

Secrecin directa de

aceite

Lavado

Transesterificacin metanol- base

Decantacin

2. Balance de materia por etapa

Etapa Nombre de la corriente

Componente

de la corriente

Flujo

msico del componente (kg/ hora)

% del total

Flujo total de la corriente ( kg/hora)

1. Secado

Entrada 1 Agua 8370 90.00

9300 Maleza 930 10.00

Salida 1 Agua

evaporada 8370 100.00 8370

Salida 2 Maleza seca 930 100.00 930

2. Extraccin de aceite

Entrada 1

Maleza seca 930 100.00 930

Salida 1 Aceite

extrado 804.35 100.00 804.35

Salida 2

Maleza

desgrasada

65.1

51.81

125.65

Aceite no extrado

60.55 48.19

3. Purificacin de

aceite

Entrada 1 Aceite

extrado

804.35 100.00 804.35

Entrada 2 Emulsificante 2418 100.00 2418

Salida 1

Aceite purificado

804.35 100.00 804.35

Salida 2 Emulsificante 2418 100.00 2418

4.Transformacin del

aceite

Entrada 1

Aceite purificado

804.35 100.00 804.35

Entrada 2 Metanol base 465 100.00 465

Salida 1

Aceite si reaccionar

160.87 17.92

897.35 Metanol base

sin reaccionar

93 10.36

Biodiesel

643.48 71.72

5. Purificacin del biodiesel

Entrada 1

Aceite si reaccionar

130.87 17.92

897.35 Metanol base

sin reaccionar

93 10.36

Biodiesel

643.48 71.72

BALANCE DE ENERGIA

Balance de energa para sistemas abiertos

+ + = +

=

Flujos del proceso para determinar Q

Q =m1*H1+m2*H2 +m3*H3

ETAPA 1: SECADO AL SOL

Salida 1: Agua evaporada:

T= 25 C =299 K

Calor latente de vaporizacin del agua:

Se calculan la entalpia H= Cp (T2-T1) + calor de vaporizacin del agua. Donde cp= calor especifico del agua. T1= 25C=298 K T2= 100 C = 373 K

El calor especfico del agua a 100C es ,

..

H1= 4,216

.. (373K - 298K) + calor latente de vaporizacin del agua.

H1= 316,2

. + 2257

H1= ,

Salida 2: Maleza seca:

T1= 25C=298 K T2= 100 C = 373 K

H= 4,216

.. (373K - 298K)

H= ,

.

Para hallar Q es necesario tener en cuenta los flujos del proceso Q=H1*m1+H2*m2

Q= 2573,2

(8370

) + 316,2

. (930

) Q=

ETAPA 2: SECRECION DIRECTA DE ACEITE

Este proceso se realiza a temperatura ambiente lo cual sus entalpias especficas son cero.

ETAPA 3: LAVADO

En esta etapa ingresa emulsificante lo cual su cp se asume como la misma del agua, pero como en este proceso se realiza a temperatura ambiente su Q= 0

Salida 1 Biodiesel purificado

643.48 100.00 643.48

100 %

EFICIENCIA

Maleza hmeda 9300 Kg/ h

Maleza seca 930 Kg/h

Agua evaporada 8370 Kg/ h

ETAPA 4: TRANSESTERIFICACIN CON METANOL BASE

Salida 1: Biodiesel, residuos de aceite y residuos de metanol base. .

Capacidad calorfica del metanol 81

.

1

1000

1

32

1000

1

1

273 = .

.

Punto de ebullicin del etanol 78 C = 351 K Se utilizara 10C menos que el punto de ebullicin. 68C =341 K t1 = 298 K t2=341 K

cp de Metanol: 0.00927

.

H=cp (t2-t1)

= 0,00927

. (341 298)

= 0,39

Q=H3*m3

= (0,39

) (897.35

)

= (.

)

ETAPA 5 Este proceso se realiza a temperatura ambiente, no requiere energa para realizar la purificacin del biodiesel.

TABLA DE RESULTADOS BALANCE DE ENERGIA

2. Balance de Energa por etapa

ETAPA

Flujo msico del

componente (kg/ hora)

T1 (K)

T2 (K)

cp (kJ / kg.K)

Entalpia (H)

(Kj/kg.K)

CALOR (Q) (kJ/

h)

1. Secado

Salida 1

Agua evaporada

298 373 4.216 2573.2

21831750 Salida

2 Maleza seca

930 298 373 4.216 316.2

4.Transformacin de aceite

Salida 1

Aceite si reaccionar

130.87

298 341 0.00927 0.39 349.96

Metanol base sin

reaccionar

93

Biodiesel 643.48

100 % EFICIENCIA

Metanol-base 465 Kg/h

Biodiesel 643.48 Kg/h

Aceite purificado 804.35 Kg/h

EXPLICACIN DE LA RUTA SELECCIONADA

Para la eleccin de las tecnologas utilizadas con el fin de obtener un producto como el biodiesel a partir del aprovechamiento de la maleza se tuvieron en cuenta diferentes criterios como lo son, ambientales, econmicos, energticos y de rendimiento. Se realizaron cinco etapas en las cuales cada una se caracteriza por ser la mejor alternativa segn las investigaciones realizadas.

La desecacin o tambin llamado proceso de secado es uno de los pre tratamientos que debe realizrsele a la maleza antes de ingresar a la etapa de extraccin de aceite; el secado solar utiliza la radiacin solar como fuente de energa; existen dos tipos; el indirecto y el directo; el indirecto se caracteriza por que capta la radiacin solar por medio de un colector en donde circula un flujo de aire el cual es el encargado de secar la maleza hmeda. Este mtodo tiene la desventaja de ser lento, lo cual hace que en el momento de necesitar secar una mayor cantidad de maleza este no ser optimo; por otra parte, este mtodo de deshidratacin es el de menor costo en la industria, y menor consumo energtico. El secado solar directo afecta la clorofila de la masa del alga; desde el punto de vista ambiental esta masa se recalienta y a su vez es dependiente del clima en la zona.

La segunda etapa escogida fue la de secrecin directa de aceite se caracteriza por ser un proceso el cual su temperatura es ambiente, no necesita calor en este proceso se extrae el aceite de la maleza; despus se realiza el proceso de lavado que tambin es a temperatura ambiente en donde ingresa emulsificante para purificar el aceite.

Los aceites vegetales, estn constituidos por cidos grasos y glicerol; en la transesterificacin lo que se realiza es reemplazar el glicerol (alcohol trivalente) por un alcohol, en este caso el metanol; en algunos casos tambin es utilizado el etanol; estos forman molculas pequeas (esteres monoalqulicos) llamado biodiesel.

La transesterificacin con metanol base es la tcnica ms utilizada ya que el metanol siendo un derivado del petrleo reacciona ms rpido; pero a su vez es altamente toxico e inflamable, esto conlleva a adoptar medidas en donde se disminuye el contaminante emitido y as disminuir impactos ambientales.

Por ltimo se escogi la para la purificacin de biodiesel, decantacin en donde es utilizado un tanque que se encarga de separar las fases por gravedad ya que no ingresa ningn adicional. Esta se realiza a temperatura ambiente, por tal razn no implica gasto de energa.

Estas etapas seleccionadas son efectivas debido a su mnimo gasto de energa y gran rendimiento para poder llevar a cabo el proceso de obtencin del biodiesel para diferentes usos en la industria.

CONCLUSIONES

Se realizaron los respectivos clculos para hallar el balance de masa en cada una de las etapas seleccionadas obteniendo as las bases para llevar a cabo el balance de energa en donde se relacionan las masas en cada una de las salidas, capacidad calorfica, temperaturas iniciales y finales.

Este tipo de tecnologas son las que comnmente se utilizan para la obtencin de dicho combustible, el cual no genera tanta contaminacin al ambiente y son rentables.

La etapa de secado al sol requiere un gasto de energa solar; esto quiere decir que no se le debe suministrar energa de otra forma. En este balance de energa se calcul el calor que necesita suministrarle el sol a la maleza para poder secarla.

La etapa de transformacin del aceite es 80% eficiente, pero es viable si se tiene en cuenta que no requiere tanta energa, esto hace que sea rentable y traer beneficios en la produccin.

Las etapas de destilacin comn, lavado y decantacin son tecnologas que no implican gasto de energa, pues estas re realizan a temperatura ambiente por ende su entalpias son nulas.

Estas etapas brindan la seguridad de poder efectuarse sin implicar consecuencias al medioambiente ni tampoco gastos elevados de dinero y si asegura un gran rendimiento, teniendo en cuenta su eficiencia para realizar cada proceso.

BIBLIOGRAFIA

Barriga E . Diseo del mdulo de transesterificacin de una planta piloto para produccin de biodiesel a partir de aceites usados de cocina. Recuperado el 28 de Noviembre de 2014, de http://tesis.pucp.edu.pe/repositorio/bitstream/handle/123456789/1021/BARRIGA_MORENO_EDUARDO_TRANSESTERIFICACION_BIODIESEL_ACEITES.pdf?sequence=1

Monthieu C. Estudio tcnico econmico de la extraccin de los lpidos de las microalgas para la produccin de biodiesel. Recuperado el 28 de Noviembre de 2014, de http://www.iit.upcomillas.es/pfc/resumenes/4c2200f964f8e.pdf

Rubianes J. Estudio tcnico-econmico de produccin de biodiesel mediante algas. Recuperado el 28 de Noviembre de 2014, de http://www.iit.upcomillas.es/pfc/resumenes/4df88a95199ae.pdf

Garca, J. (2014). Balance msico y energtico en problemticas ambientales, Gua nica Trabajo colaborativo. Universidad Nacional Abierta y a Distancia UNAD