Proyecto final verdadero

Obtención de Biodiesel a partir del piñón mexicano e higuerilla

1

Universidad Autónoma del Estado de Hidalgo

Instituto De Ciencias Agropecuarias

“ANTEPROYECTO DE OBTENCION DE BIODIESEL A PARTIR DE PIÑON MEXICANO E

HIGUERILLA”

FORMULACIÓN Y EVALUACIÓN DE PROYECTOS

PROF. M. en A. ESPINO GARCIA JOSE JESUS

ALUMNOS:

BAUTISTA FRANCISCO CARLOS

MONTIEL CHAVEZ ABDIAS

SEMETRE: 90 GRUPO: 1

Tulancingo de Bravo, Hgo. Noviembre de 2011


2

INDICE

INDICE DE FIGURAS ............................................................................................... 6

RESUMEN EJECUTIVO ........................................................................................... 7

INTRODUCCIÓN ...................................................................................................... 9

OBJETIVO GENERAL ............................................................................................ 11

OBJETIVOS ESPECÍFICOS .................................................................................. 11

JUSTIFICACIÓN ..................................................................................................... 12

1 ESTUDIO DE MERCADO ................................................................................... 15

1.1 ANTECEDENTES ......................................................................................... 15

1.1.1 ANTECEDENTES DE CULTIVO ............................................................ 16

1.1.2 PRODUCCIÓN DE BIODIESEL EN EL MUNDO .................................. 20

1.1.3 SITUACIÓN DEL BIODIESEL EN MÉXICO ........................................... 23

1.2 ESPECIFICACIONES DEL BIODIESEL ....................................................... 26

1.2.1 ALMACENAMIENTO DEL BIODIESEL .................................................. 31

1.2.2 CONDICIONES DE ALMACENAMIENTO DEL COMBUSTIBLE ........... 31

1.2.3 CONTAMINANTES DEL BIODIESEL .................................................... 31

1.2.4 PRODUCTOS DE DEGRADACIÓN DEL BIODIESEL ........................... 32

1.3 ÁREA DE INFLUENCIA O PLAN DE NEGOCIOS ....................................... 33

1.4 ANÁLISIS DE LA DEMANDA Y OFERTA DEL DIESEL EN MÉXICO .......... 35

1.5 DETERMINACION DEL MERCADO POTENCIAL ....................................... 42

1.6 CANAL DE COMERCIALIZACIÓN ............................................................... 44

1.8 DISPONIBILIDAD DE LA MATERIA PRIMA ................................................. 49

1.9 CONCLUSIONES ......................................................................................... 53

2 ESTUDIO TÉCNICO ............................................................................................ 55

2.1 DETERMINACIÓN DEL TAMAÑO DE LA PLANTA ..................................... 55

2.2 LOCALIZACIÓN DE LA PLANTA ................................................................. 56

2.3 INGENIERIA DEL PROYECTO .................................................................... 75

2.3.1 EVALUACIÓN TÉCNICA DE LAS MATERIAS PRIMAS ........................ 75

2.3.2 INFORMACIÓN TÉCNICA SOBRE PRODUCTOS, PROCESOS Y PATENTES ...................................................................................................... 85

2.3.3 SELECCIÓN DEL PROCESO O SISTEMA DE PRODUCCIÓN ............ 98


3

2.3.4 DESCRIPCION DEL PROCESO ............................................................ 99

2.3.5 DIAGRAMA DE FLUJO ........................................................................ 102

2.3.6 DIAGRAMA ASME ............................................................................... 103

2.3.7BALANCES DE MATERIA Y ENERGIA ................................................ 104

2.3.8 SELECCIÓN DE MAQUINARIA Y EQUIPO ......................................... 140

2.3.9 DISEÑO DE LOS SISTEMAS DE MANEJO Y TRANSPORTE DE MATERIALES ................................................................................................ 145

2.3.10 DISTRIBUCIÓN DE PLANTA ............................................................. 145

2.3.11DISTRIBUCIÓN DEL EQUIPO EN EL ÁREA DEL PROCESO ........... 145

2.3.12 ESPECIFICACIONES DE LA OBRA CIVIL ........................................ 145

2.3.13 PROGRAMACIÓN DE LA CONSTRUCCIÓN, INSTALACIÓN Y PUESTA EN MARCHA DE LA PLANTA ....................................................... 148

3 ESTUDIO ECONOMICO ................................................................................... 152

3.1 INVERSIÓN FIJA ........................................................................................ 152

3.1.1 ESTIMACIÓN DE LA INVERSIÓN FIJA MEDIANTE EL USO DE FACTORES DESGLOSADOS ...................................................................... 154

3.2 DETERMINACIÓN DEL CAPITAL DE TRABAJO ...................................... 155

3.2.1 INVENTARIO DE MATERIAS PRIMAS ............................................... 156

3.2.2 INVENTARIO DE PRODUCTO EN PROCESO ................................... 156

3.2.3 Inventario de producto terminado ......................................................... 156

3.2.4EFECTIVO EN CAJA ............................................................................ 157

3.2.5CUENTAS POR COBRAR .................................................................... 157

3.2.6 CUENTAS POR PAGAR ...................................................................... 157

3.2.7 SUMA DEL CAPITAL DE TRABAJO .................................................... 158

En resumen el capital de trabajo es la suma del activo circulante que es el inventario de materia prima, de producto en proceso, producto terminado, efectivo en caja y cuentas por cobrar, menos el pasivo circulante que son las cuentas por pagar. .................................................................................................................... 158

3.2.8 DETERMINACIÓN DE LA INVERSIÓN TOTAL ................................... 158

3.3 ESTIMACIÓN DE COSTOS Y PRESUPUESTOS ...................................... 159

3.3.1 PRESUPUESTOS DE INGRESOS ...................................................... 159

3.3.2 PRESUPUESTO DE EGRESOS .......................................................... 159


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3.3.3 SUMA DE PRESUPUESTO DE EGRESOS ........................................ 166

3.4 PRESUPUESTO DE UTILIDADES ............................................................. 167

3.4.1 UTILIDAD BRUTA ................................................................................ 167

3.4.2 UTILIDAD NETA ................................................................................... 167

3.5 PUNTO DE EQUILIBRIO ............................................................................ 168

4 ESTUDIO FINANCIERO .................................................................................... 171

4.1ORGANIZACIÓN EMPRESARIAL ............................................................... 171

Se divide en los siguientes rubros: ................................................................... 171

4.1.1FACTORES QUE DETERMINAN LA FORMA JURÍDICA DE UNA EMPRESA ..................................................................................................... 171

4.1.2 ORGANIGRAMA EMPRESARIAL ........................................................ 172

4.2 FINANCIAMIENTO DEL PROYECTO ........................................................ 172

4.2.1 FORMA DE PAGO DE LOS CRÉDITOS ............................................. 172

4.2.2 CRÉDITOS OTORGADOS PARA EL FINANCIAMIENTO DEL ANTEPROYECTO ......................................................................................... 173

4.3 ESTADOS FINANCIEROS ......................................................................... 175

4.3.1 ESTADO DE RESULTADOS PROFORMA .......................................... 175

4.3.2 ESTADO DE SITUACIÓN FINANCIERA PROFORMA ........................ 178

4.4 EVALUACION FINANCIERA ...................................................................... 181

4.4.1 TASA MÍNIMA ACEPTABLE DE RENDIMIENTO (TMAR) .................. 181

4.4.3 RENTABILIDAD ................................................................................... 181

4.4.4 TASA INTERNA DE RENDIMIENTO (TIR) .......................................... 182

4.4.5 FLUJO NETO DE EFECTIVO .............................................................. 182

4.4.6 ESTIMACIÓN DE LA TIR ..................................................................... 183

4.4.7 CONCLUSIONES ................................................................................. 185


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INDICE DE TABLAS

Tabla 1 Principales productores de biodiesel en la Unión Europea ....................... 21 Tabla 2 Fuente de lípidos para la producción de biodiesel .................................... 22 Tabla 3 compatibilidad de sustancias para el transporte de biodiesel ................... 27 Tabla 4 requisitos del biodiesel para la mezcla con combustibles ......................... 33 Tabla 5 producción y demanda de biodiesel .......................................................... 35 Tabla 6 Consumo de diesel en México (SENER, 2006) ......................................... 37 Tabla 7 Oferta de mezclas de biodiesel (SENER, 2006) ........................................ 39 Tabla 8 Datos para la proyección ........................................................................... 42 1.7 DETERMINACION DEL PRECIO Tabla 9 Concentrado estatal del potencial productivo de la Jatropha curcas L. bajo condiciones de temporal en Mexico. Fuente INIFAP 2008 .............................................................................................. 45 Tabla 10 Superficie agrícola requerida para el 2014 (CONAFOR, 2007) .............. 52 Tabla 11 Simbología de la distribución de los parques industriales del Estado de Hidalgo .................................................................................................................... 61 Tabla 12 Principales centros educativos de las zonas metropolitanas de Tamaulipas ............................................................................................................. 65 Tabla 13 Distancia en Km a las principales ciudades del país (puertoaltamira.com.mx) ......................................................................................... 69 Tabla 14 Asignación de peso de los factores ......................................................... 72 Tabla 15 Tabla comparativa entre Tula, Hidalgo y Altamira, Tamaulipas .............. 73 Tabla 16 Entrada de materias primas ..................................................................... 75 Tabla 17 rendimientos de las semillas por hectárea .............................................. 76 Tabla 18 principales características que deben de contener los aceites ............... 77 Tabla 19 características que deben contar el aceite para la producción de biodiesel ................................................................................................................................ 78 Tabla 20 especificaciones del metanol ................................................................... 80 Tabla 21 Características químicas del producto bruto ........................................... 84 Tabla 22 principales patentes que describen el proceso de obtención de biodiesel y glicerina ................................................................................................................ 97 Tabla 23 Consumo de energía eléctrica ............................................................... 138 Tabla 24 Servicios auxiliares ................................................................................ 139 Tabla 25 Diagrama de Gantt ................................................................................ 150 Tabla 26 Precio de equipos .................................................................................. 153 Tabla 27 Estimación de la inversión fija mediante el uso de factores desglosados .............................................................................................................................. 154 Tabla 28 Costo de materia prima para un día de producción ............................... 155 Tabla 29 Inventario de materias primas ............................................................... 156 Tabla 30 Estimación del capital de trabajo ........................................................... 158


6

Tabla 31 Costos variables .................................................................................... 162 Tabla 32 cargos fijos de inversión ........................................................................ 163 Tabla 33 Gastos generales ................................................................................... 165 Tabla 34 créditos refaccionarias ........................................................................... 173 Tabla 35 Crédito de habilitación ........................................................................... 174 Tabla 36 Estado de resultados PROFORMA ....................................................... 176 Tabla 37 Flujo neto de efectivo ............................................................................. 184

INDICE DE FIGURAS Ilustración 1 Modelo de etiqueta ............................................................................. 28 Ilustración 2 colocación de carteles en las unidades de transporte ....................... 29 Ilustración 3 Clase 3 "líquidos inflamables" ............................................................ 30 Ilustración 4 Área de influencia ............................................................................... 34 Ilustración 5 Producción y demanda de PEMEX diesel para el año 2000 al 2014 en México (SENER, 2006) ........................................................................................... 36 Ilustración 6 Consumo de diesel en México ........................................................... 38 Ilustración 7 Proyección de demanda diesel en México al 2014 (SENER, 2006) .. 38 Ilustración 8 Oferta de biodiesel en México (SENER, 2006) .................................. 40 Ilustración 9Proyeccion de oferta de mezclas de biodiesel (SENER, 2006) .......... 41 Ilustración 10Mercado potencial ............................................................................. 43 Ilustración 11Canal de comercialización ................................................................ 44 Ilustración 12 Potencial productivo de la Jatropha curcas L. de temporal en México ................................................................................................................................ 50 Ilustración 13 Área donde se piensa instalar la planta de procesamiento .............. 50 Ilustración 14 Ubicación del Estado de Hidalgo ..................................................... 57 Ilustración 15 Distribución de los parques industriales en el Estado de Hidalgo .... 60 Ilustración 16 Localización del estado de Tamaulipas (googlemaps) .................... 64 Ilustración 17 Ubicación geográfica del parque industrial de Altamira ................... 68 Ilustración 18 Enlaces carreteros del puerto de Altamira ....................................... 68 Ilustración 19 Enlaces ferroviarios .......................................................................... 69 Ilustración 20 Distribución de la zona industrial de Altamira .................................. 70 Ilustración 21 Reacción de transesterificacion ....................................................... 86 Ilustración 22 Mecanismo químico de transesterificacion de un triglicérido ........... 88 Ilustración 23 Reacciones implicadas en la transesterificacion .............................. 89 Ilustración 24 Esterificación de los AGL ................................................................. 90 Ilustración 25 Proceso "Batch" ............................................................................... 94 Ilustración 26 Plug Flow Reactor y Reactor CSRT ................................................ 95 Ilustración 27 Punto de equilibrio .......................................................................... 169


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RESUMEN EJECUTIVO En el presente estudio de la producción de biodiesel a partir de semillas

oleaginosas de Jatropha curcas L. e Higuerilla (Ricinus communis L.), los cuales

no forman parte de los cultivos básicos y que por sus ventajas agronómicas es

interesante y que puede dar una impulso a la agricultura y la producción de

biodiesel en la Republica Mexicana.

El proceso para la obtención del biodiesel se realizara mediante la

transesterificación con metanol en medio básico, empleando como catalizador

hidróxido de potasio.

Por otra parte el desarrollo de la industria de los Bioenergéticos podría ampliar el

acceso a los sistemas de energía, crear fuentes de trabajo y aumentar el ingreso

en zonas rurales de nuestro país. El establecimiento de estos cultivos servirá para

reforestar las áreas que presentan el grave problema de desertización ya que

estas plantas tienen la gran capacidad de adaptarse a suelos áridos.

El biodiesel obtenido será vendido a Petróleos Mexicanos (PEMEX) a un precio de

$ 16 por litro, pero al público será de un precio más bajo debido a los subsidios

que recibe del gobierno. Existe gran mercado potencial del cual solo se abarcara

un pequeño porcentaje de 0.144 %. Como resultado de esto el área de influencia

serán las 3 ciudades más importantes de nuestro país la Cd de México, Monterrey

y Guadalajara.

La localización de la planta se encontrara en el parque industrial de la Ciudad de

Altamira, Tamaulipas, ya que hay suficiente infraestructura para realizar las

instalaciones de dicha planta y además que es un punto estratégico para la

comercialización así como la adquisición de materia prima.

El presente anteproyecto requerirá de una inversión total de $ 33, 532,798 el cual

en México actualmente se está apoyando este tipo de proyectos por medio de

SAGARPA y la Secretaria de Energía (SENER). Realizando los estudios

económicos y financieros este nos arroja unos ingresos de $ 45, 486,720 anuales.


8

La forma jurídica de la empresa será una SOCIEDAD ANONIMA DE CAPITAL

VARIABLE (S.A de C.V,). La empresa tendrá una Tasa Mínima Aceptable de

Rendimiento (TMAR) del 29%.


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OBTENCIÓN DE BIODIESEL A PARTIR DEL PIÑÓN MEXICANO Y LA HIGUERILLA

INTRODUCCIÓN

Ante el grave problema de la contaminación ambiental, el hecho de que las

reservas de combustibles fósiles se agotarán en un futuro y el incremento del

precio internacional del crudo muchos países han decidido impulsar el desarrollo y

uso de fuentes de energías alternativas, que ofrecen grandes ventajas sobre las

fuentes energéticas actuales, ya sea por su menor efecto contaminante o

fundamentalmente por su posibilidad de renovación.

Los combustibles de origen fósil han sido muy útiles en el desarrollo de la

sociedad mundial y, en particular para México, han sido una base para el

desarrollo nacional. Sin embargo, la diversificación de fuentes primarias de

energía favorece la seguridad energética al disminuir nuestra dependencia de una

sola fuente de energía, por lo que se debe fomentar la diversificación tecnológica

para usos de combustibles tradicionales, pero, principalmente, es deseable

incorporar a las fuentes renovables a los sistemas de producción de energía.

México cuenta con un gran potencial para el desarrollo de energías renovables,

como la hidroeléctrica, como la geotérmica, eólica, la solar, la mareomotriz y la

energía de la biomasa, el cual debe ser impulsado para beneficio de todos los

mexicanos.

México ha considerado el uso de energías alternativas como el biodiesel, el

bioetanol, la energía solar y eólica entre otras. De acuerdo al último estudio de la

Secretaría de Energía (SENER, 2006), la producción de biodiesel a escala

comercial puede ser factible en el mediano plazo de realizar acciones integrales

que deben incluir aspectos técnicos, económicos y medioambientales, de

concertación con el sector agrario y agroindustrial.


10

El biodiesel se trata de un combustible renovable, que puede ser utilizado en su

forma pura, o mezclado en distintas proporciones con diesel en cualquier motor

que utilice diesel. El mismo es obtenido a partir de aceites vegetales y/o grasas

animales. Actualmente es utilizado en varios países en distintos porcentaje de

mezclas.

Existen fuentes vegetales silvestres en México con alto contenido de aceite, como

la Jatropha curcas L. (piñón, piñoncillo o pistache mexicano) y la higuerilla (Ricinus

communis L.) que no forma parte de los cultivos básicos y que por sus ventajas

agronómicas es interesante y que puede dar un impulso a la agricultura y la

producción de biodiesel en la República Mexicana.


11

OBJETIVO GENERAL Determinar la factibilidad para la producción y comercialización de biodiesel a

partir del cultivo de Jatropha curcas L. (Piñón mexicano) y Ricinus communis L.

(higuerilla).

OBJETIVOS ESPECÍFICOS

• Elaborar un plan de comercialización para poder generar estrategias de

marketing y así plantear pautas que sirvan de guía en la creación de una

nueva industria perteneciente al sector de los biocombustibles.

• Establecer el tipo de tecnología (equipos, herramientas y maquinarias)

apropiada en el proceso de producción del biodiesel a partir del cultivo de

higuerilla y piñón mexicano.

• Calcular los costos que requiere llevar a cabo para la extracción del aceite

(piñón mexicano y la higuerilla), convertir este en biodiesel y lo que conlleva

finalmente a su comercialización.


12

JUSTIFICACIÓN

La futura disminución de recursos fósiles, el aumento del precio del petróleo, el

impacto ambiental de su producción y uso, así como el desarrollo tecnológico que

está alcanzando la producción de energía a partir de fuentes renovables, está

llevando a muchos países a tomar medidas para iniciar la transición hacia un

consumo energético no basado en combustibles fósiles. Actualmente los

biocombustibles son una opción a mediano plazo, en particular el biodiesel y el

bioetanol.

Por otra parte el desarrollo de la industria de los Bioenergéticas podría ampliar el

acceso a los sistemas de energía, crear fuentes de trabajo y aumentar el ingreso

en zonas rurales de nuestro país. Las zonas donde no existe un alto potencial

para la producción de alimentos pueden ser aptas para el desarrollo de especies

útiles como insumos para la producción de Bioenergéticas.

En el entorno ambiental, el establecimiento de cultivos de piñón mexicano e

higuerilla serviría para reforestar las áreas que presentan el grave problema de

desertización y/o pérdida del suelo, así como de la retención de los mantos

freáticos (agua subterránea), además de ser útil como bastión para la captura del

CO2 y por ende podría ayudar a la disminución de la contaminación.

El biodiesel es considerado como un combustible de segunda generación ya que

son producidos a partir de materias primas que no son fuentes alimenticias. Es un

hecho de que los combustibles de segunda generación serán una alternativa muy

efectiva para reemplazar a los combustibles fósiles sin utilizar cultivos alimenticios.

Si un agricultor siembra un cultivo de uso potencial para la producción de

biocombustibles, tiene un valor agregado, ya que lo puede vender para

transformarlo en etanol o biodiesel, dependiendo del cultivo. En definitiva, hay más

opciones comerciales para cultivos de esa naturaleza y el mercado está creciendo.

Es muy ventajoso ya que en México se cuentan con políticas nacionales que

obligan a la mezcla de biocombustibles en cierta proporción, pues asegurarán un


13

mercado para los biocombustibles y les permitirán a sus productores enfocarse en

el cumplimiento de los niveles de calidad requeridos.


14

ESTUDIO

DE

MERCADO


15

1 ESTUDIO DE MERCADO

1.1 ANTECEDENTES

El nacimiento del biocombustible ocurre en el año de 1900 cuando Rudolf Diesel

utilizó el aceite de cacahuate en el primer motor diesel; este producto es

actualmente conocido como Biodiesel. Se trata de un combustible renovable, que

puede ser utilizado en su forma pura, o mezclado en distintas proporciones con

diesel en cualquier motor que utilice diesel. El mismo es obtenido a partir de

aceites vegetales y/o grasas animales. Actualmente es utilizado en varios países

en distintos porcentaje de mezclas.

Entre los beneficios del mismo se encuentran los siguientes:

Ø Su proceso de producción primaria y elaboración industrial determina un

balance de carbono menos contaminante que los combustibles fósiles.

Ø No contiene azufre por lo tanto no genera emanaciones que contengan

este elemento, las cuales son responsables de las lluvias ácidas.

Ø Genera una mejor combustión, que reduce el humo visible en el arranque

en un 30%.

Ø Cualquiera de sus mezclas reduce en proporción equivalente a su

contenido, las emanaciones de CO2, CO, partículas e hidrocarburos

aromáticos.

Ø Los derrames de este combustible en las agua de ríos y mares resultan

menos contaminantes y letales para la flora y fauna marina que los

combustibles fósiles.

Ø Volcados al medio ambiente se degradan más rápidamente que los

petrocombustibles.

Ø Su combustión genera menos elementos nocivos que los combustibles

tradicionales, reduciendo las posibilidades de producir cáncer.

Ø Es menos irritante para la epidermis humana.

Ø Actúa como lubricante de los motores prologando su vida útil.


16

Ø Su transporte y almacenamiento es más seguro.

Las semillas de jatropha e higuerilla en este caso contienen un aceite no

comestible, que se puede utilizar directamente para aprovisionar de combustible a

lámparas y motores de combustión o se puede transformar en biodiesel, mediante

un proceso de transesterificación. Además se usa para fabricar jabones, entre

otros beneficios.

También de que este tipo de plantas resisten un alto grado la sequia y prosperan

con apenas 250 a 600 milímetros de lluvia al año. Además de que el uso de

pesticidas no es importante, gracias a las características pesticidas y fungicidas de

la misma planta, en lo que se refiere a la jatropha puede llegar a vivir hasta 40

años.

1.1.1 ANTECEDENTES DE CULTIVO

Higuerilla (Ricinus communis L.)

La higuerilla es una oleaginosa cuyo aceite se utiliza en la industria de motores de

alta revolución, en pinturas, lacas, barnices, plásticos, fertilizantes, para uso

antiparasitario en humanos, etc.; en total se utiliza en más de ciento ochenta

productos.

Tiene gran capacidad de adaptación y hoy día es cultivada prácticamente en

todas las regiones tropicales y subtropicales, aunque es típica de regiones

semiáridas.

Clasificación

Orden: Euphorbiales

Familia: Euphorbiaceae

Género: Ricinus

Especie: communis


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Origen: Originario de África tropical (Abisinia) y posiblemente de la India;

extensamente introducido en las regiones cálidas y templado cálidas de todo el

mundo. (GONZALEZ. L. 2001)

Nombres populares

Argentina: Tártago, higuerilla, castor.

Brasil Mamona, mamoneira, tártago, ricino, ricino mamona, carrapateiro, palma

christi.

Paraguay: Mbai-sivó, ambaí-sivó, palma christi, higuerilla infernal.

Colombia: Catapucia mayor, ricino, higuerilla.

Cuba: Degha, higuereta, koch, palma christi, ricino.

Puerto Rico: Higuereta.

Venezuela: Tártago

Alemania: Rizinussamen

Francia: Semences de ricin

Inglaterra: Castor bean, castor seed, castor-oil plant, palma christi.

México: Higuerilla, higuerilla infernal, tlapatl.

Características

Arbusto perenne diclino monoico muy ramificado que alcanza entre 2 y 4 metros

de altura, de raíz superficial y tallo erecto, cilíndrico, hueco, color rojo-vinoso,

recubierto por una tenue capa de cera.

Tiene gran capacidad de adaptación y hoy día es cultivada prácticamente en

todas las regiones tropicales y subtropicales, aunque es típica de regiones

semiáridas.


18

En regiones tropicales se alcanzan rendimientos promedio de 1.400 kg/ha de

grano limpio. El contenido de aceite oscila entre 35 y 55% según variedades y el

estado de madurez, además de otros factores. (GONZALEZ. L. 2001)

Piñón mexicano (Jatropha communis L.)

El piñón, piñoncillo o pistache mexicano como se le conoce en Morelos (Jatropha

curcas L.) pertenece a la familia de las Euphorbiaceae, nativa de México y

Centroamérica, ampliamente cultivada en Centro América, África y Asia. La planta

de J. curcas es resistente a la sequía y crece en suelos pobres y arenosos, en

climas tropicales y semitropicales, en altitudes que van desde los 0 a los 1600

msnm, el látex de sus hojas, se ha utilizado en medicina tradicional y también

como cerca viva, y reforestar zonas erosionadas (Makkar et al. 1998; Martínez et

al., 2006). El rendimiento de semilla reportado para J. curcas varía de 0.5 a 12

ton/año/ha, dependiendo del tipo de suelo, fertilización y condiciones de riego. El

arbusto de J. curcas tiene un periodo productivo de más de 40 años. Además,

que desde el primer año (9-10 meses) se obtiene semilla. Un promedio anual de

producción de semilla alrededor de 5 Ton/ha puede esperarse en excelentes

tierras y precipitaciones de 900-1200 mm (Francis et al. 2005). De acuerdo a

estudios realizados con plantaciones piloto de J. curcas en Morelos, se puede

obtener un rendimiento de 5/ton/año/ha al quinto año con una densidad de 2,500

plantas. Las semillas de mexicanas tienen un contenido de aceite entre 55-60%

en promedio. (ASTURIAS. R, 2006)

En México, la planta se encuentra en forma silvestre en diversos estados de la

República Mexicana, como Tamaulipas, Veracruz, Tabasco, Yucatán, Quintana

Roo, Chiapas, Oaxaca, Guerrero, Michoacán, Sinaloa, Sonora, Puebla, Hidalgo y

Morelos, pero sólo es utilizada de manera tradicional por los pobladores de la

región de Papantla, Veracruz, la Huasteca Hidalguense y la Sierra de Puebla en

la preparación de diferentes platillos como tamales, pollo en pipían (mezclado con

semillas de calabaza y ajonjolí), con huevo o simplemente tostada en comal.


19

Las semillas de piñón mexicano poseen un 25-30% de proteína y 55-60% de

aceite que puede ser convertido a biodiesel mediante transesterificación. La

conveniencia de conversión del aceite de J. curcas a biodiesel ha sido claramente

demostrada por diversos investigadores, con rendimientos superiores al 98%

(Foidl et al., 1996; Francis et al., 2005).


20

1.1.2 PRODUCCIÓN DE BIODIESEL EN EL MUNDO El uso por primera vez de aceites vegetales como combustibles, se remonta al año

de 1900, siendo Rudolph Diesel, quien lo utilizara por primera vez en su motor de

ignición compresión y quien predijera el uso futuro de biocombustibles.

Durante la segunda guerra mundial, y ante la escasez de combustibles fósiles, se

destaco la investigación realizada por Otto y Vivacqua en el Brasil, sobre diesel de

origen vegetal, pero fue hasta el año de 1970, que el biodiesel se desarrollo de

forma significativa a raíz de la crisis energética que sucedía en el momento, y el

elevado costo del petróleo.

Las primeras pruebas técnicas con biodiesel se llevaron a cabo en 1982 en Austria

y Alemania, pero solo hasta el año de 1985 en Silberberg (Austria), se construyó la

primera planta piloto productora de RME (Rapeseed Methyl Ester – metil ester

aceite de semilla de colza).

Hoy en día países como Alemania, Austria, Canadá, Estados Unidos, Francia,

Italia, Malasia y Suecia son pioneros en la producción, ensayo y uso de biodiesel

en automóviles.

El biodiesel puro es biodegradable, no toxico y esencialmente libre de azufre y

compuestos aromáticos, sin importar significativamente el alcohol y el aceite

vegetal que se utilice en la transesterificación. (IICA, 2007)

En Europa, es producido principalmente a partir del aceite de la semilla de canola

(mejor conocido como colza o rapeseed) y el metanol, denominado

comercialmente como RME (Rapeseed Methyl Ester), el cual es utilizado en las

maquinas diesel puro o mezclado con aceite diesel, en proporciones que van

desde un 5% hasta un 20%, generalmente. En Alemania y Austria se usa puro

para máximo beneficio ambiental. La tabla muestra los principales países de

Europa productores de Biodiesel:


21

Tabla 1 Principales productores de biodiesel en la Unión Europea

País Producción (ton/año 2009)

Alemania 5,200,000

Francia 2,505,000

Italia 1,910,000

Bélgica 705,000

Austria 707,000

Suecia 212,000

Checoslovaquia 247,000

Total 11,486,000

En la Unión Europea se estipuló que para 2005, el 5% de los combustibles debe

ser renovable, porcentaje que debió duplicarse para 2010: en Francia, todos los

combustibles diesel poseen un mínimo del 1% de biodiesel. En Alemania, el

biocombustible se comercializa en más de 350 estaciones de servicio y su empleo

es común en los cruceros turísticos que navegan en sus lagos.

Con el paso del tiempo, la necesidad de producción del biodiesel se ha

incrementado en tal forma que se ha necesitado experimentar con diferentes

aceites vegetales y grasas animales para su producción y comercialización.

Muchas han sido las fuentes encontradas y los trabajos publicados sobre el tema

en cuestión. Por dar un ejemplo, se citan en la siguiente tabla algunos de los

trabajos hechos por diferentes investigadores para la producción de este

biocombustible:


22

Tabla 2 Fuente de lípidos para la producción de biodiesel

Fuente Investigador (es)

Aceite de desecho de cocina Y. Zhang, M.A.Dube (2002)

Aceite crudo de palma Crabbe Edward, Sonomoto (2001)

Aceite Heterotrópico de Microalgas

Aceite de Camelina sativa

Xiaoling, Miao (2006)

A. Frolich (2005)

Aceite de soya G. Recinos, J. Yeohmans (2006)

Grasa de pollo Dalla Costa (2006)

Aceite de Higuerilla Zieba A. (2009)

Aceite de Jatropha curcas Berchmans H.J. (2010)

En la actualidad, la producción mundial de biodiesel se concentra en pocos

países. Por ejemplo, del total durante el 2006, alrededor del 75% se produjo en

Europa, donde Alemania contribuyó con el 55%, y la mayor parte del 25% restante

fue producido por Estados Unidos de América. Estas cifras son muy dinámicas

entre los países de América que reportan la producción de biodiésel a cierta

escala comercial (como Canadá, Brasil y Argentina), mientras que la mayoría de

los demás países informan una producción incipiente o en una escala de prueba.

Aunque se puede producir biodiesel de cualquier aceite, las fuentes que han sido

utilizadas hasta el presente son pocas. La producción de la Unión Europea (UE)

proviene principalmente del aceite de colza y en menor medida del aceite de

palma aceitera, mientras que la producción de los Estados Unidos proviene

principalmente del aceite de soja. En términos potenciales, se puede decir que

para los países de climas templados, la materia prima para la producción de

biodiesel proviene del aceite de la colza y de soja, mientras que para los países


23

subtropicales y tropicales, procede del aceite de la palma africana y otras

oleaginosas. (IICA, 2007)

1.1.3 SITUACIÓN DEL BIODIESEL EN MÉXICO

La producción de biodiesel a escala comercial puede ser factible en México en el

mediano plazo de realizar acciones integrales que deben incluir aspectos técnicos,

económicos y medioambientales, de concertación con el sector agrario y

agroindustrial así como un esfuerzo importante en investigación y desarrollo

tecnológico.

El biodiesel producido a partir de jatropha es técnicamente viable aunque no se

tiene tanta experiencia a nivel internacional; finalmente el biodiesel de palma tiene

el inconveniente de no permitir que los ésteres satisfagan los requerimientos de

flujo en frío en las regiones templadas. (SENER, 2006)

El análisis económico muestra que en todos los casos los precios de producción

del biodiesel son mayores que el costo de oportunidad del diesel comercializado

por PEMEX. En este sentido, la situación en México no es muy diferente de la de

otros países, pero es más evidente dado el bajo costo del diesel de petróleo, el

cual cuenta incluso con subsidios especiales dentro del sector agrícola. Los costos

de producción del biodiesel tienen un rango de entre $5.3 a $12.4 pesos por litro

equivalente. Los cultivos más competitivos son la palma, girasol y soya.

La jatropha curcas L. es promisoria pero debe resolverse el problema de posibles

toxinas en la glicerina y otros subproductos generados en el proceso. Los costos

de los insumos agrícolas representan entre el 59% y 91% de los costos de

producción del biodiesel. En muchos casos, como la soya, estos costos dependen

en gran medida de la posibilidad de vender los subproductos agrícolas.

La introducción del biodiesel podría basarse sobre todo en el uso de materias

primas de bajo costo como aceites y grasas recicladas. En el mediano plazo se

requerirán esquemas de incentivos para la introducción del biodiesel de manera


24

masiva a fin de permitir la sustitución de entre el 2% y 5% del diesel de petróleo

después del 2012. Para lograr estas metas se necesita un plan de desarrollo del

mercado de este combustible que contemple aspectos como: establecer de

manera inmediata el marco legal por ejemplo, una directiva de biodiesel con metas

claras, estándares nacionales para este combustible e incentivos a la producción

agrícola y comenzar a desarrollar una industria nacional de producción de

biodiesel, incluyendo actividades de capacitación y de investigación y desarrollo

Asimismo, se necesita aumentar de manera muy significativa el área de cultivos

oleaginosos, puesto que nuestro país no cubre actualmente ni siquiera la

demanda de aceites comestibles. (SENER, 2006)

Para llegar a sustituir un 5% del diesel de petróleo en el país será necesario

instalar 10 plantas industriales con capacidad de 100.000 t/año cada una o más de

140 plantas pequeñas con capacidad de 5,000 t/año cada una. Para optimizar el

suministro de los cultivos agrícolas, y reducir el costo de distribución de biodiesel y

sus subproductos, las plantas de producción deben instalarse en las cercanías de

refinerías o de las plantas productores de aceites vegetales.

Desde el punto de vista logístico, la mejor opción son plantas integradas de

producción de aceites vegetales y biodiesel.

Las ventajas de un programa nacional de biodiesel serían muy importantes. Desde

el punto de vista ambiental, la sustitución de diesel de petróleo por biodiesel

permitiría ahorrar alrededor de 1.7 millones de toneladas de CO2 /año hacia el año

2010 y 7.5 millones de toneladas de CO2/año hacia el 2014.

Dentro del sector rural, apropiadamente diseñado, un programa de introducción de

biodiesel podría presentar un balance ecológico positivo y ayudar al desarrollo de

las economías regionales y locales. Para lograr estos objetivos es muy importante

que, en las zonas tropicales, los cultivos de biodiesel ejemplo; Aquéllos basados

en aceite de palma- no se establezcan sobre bosques naturales. Asimismo, se

debe evitar la competencia por el uso de la tierra para fines de alimentación, o

evitar la contaminación por el uso intensivo de fertilizantes químicos y pesticidas.


25

En este sentido, se debería enfatizar un enfoque agroecológico e impulsar los

cultivos perennes–como la Jatropha- que permitan el uso de tierras de temporal

y/o marginales y aseguren una mayor cobertura del suelo para control de erosión.

(SENER, 2006)


26

1.2 ESPECIFICACIONES DEL BIODIESEL El biodiesel se debe transportar en carrotanques o camiones cisterna, los cuales,

además con la reglamentación de la autoridad competente, deben cumplir lo

siguiente:

• Si se utiliza una flota que no es dedicada, se deben utilizar cisternas o

tanques que transporten sustancias compatibles (tabla 1), estos deben

estar constituidos con materiales que no alteren la calidad del producto.

• Los materiales que no se permiten en las cisternas o tanques son:

aleaciones de cobre como latón y bronce; zinc, estaño, plomo, caucho

natural y nitrilo.

• Los materiales compatibles son el acero inoxidable y el aluminio


27

Tabla 3 compatibilidad de sustancias para el transporte de biodiesel

Nombre del

producto

Material de la

cisterna

Recomendaciones

de lavado

Incompatible

con Compatible con

Aceite de

algodón

refinado

Aluminio/ acero

inoxidable/

acero al carbón

Lavar con abundante

agua y

desengrasante,

aplicar vapor

Ácidos y sus

derivados Biodiesel

Aceite de maíz

Aluminio/ acero

inoxidable/

acero al carbón

Lavar con abundante

agua y

desengrasante,

aplicar vapor

Ácidos y sus

derivados Biodiesel

Aceite de soya

Aluminio/ acero

inoxidable/

acero al carbón

Lavar con abundante

agua y

desengrasante,

aplicar vapor

Ácidos y sus

derivados Biodiesel

Diesel

Aluminio/ acero

inoxidable/

acero al carbón

Lavar con abundante

agua y

desengrasante

Ácidos y sus

derivados Biodiesel

Metanol

Aluminio/ acero

inoxidable/

acero al carbón

Lavar con abundante

agua y jabón

Ácidos y sus

derivados Biodiesel

Mezcla de

aceites

vegetales

Aluminio/ acero

inoxidable/

acero al carbón

Lavar con abundante

agua y

desengrasante

Ácidos y sus

derivados Biodiesel

El rotulado de los tanques o cisternas se establecerá de acuerdo a la NOM-004-

SCT/2000, Sistema de identificación de unidades destinadas al transporte de

substancias, materiales y residuos peligrosos. Establece lo siguiente:

• Las unidades vehiculares, camiones, unidades de arrastre, autotanques,

carrotanques, contenedores, contenedores cisterna, tanques portátiles y


28

recipientes intermediarios a granel, empleados en el transporte de

substancias, materiales, o residuos peligrosos deben portar carteles de

identificación como señalamientos de seguridad.

• Los carteles deben indicar el riesgo principal asociado con la substancia,

material o el residuo peligro, así como el número de Naciones Unidas que

lo identifican.

Ilustración 1 Modelo de etiqueta

• Los carteles deberán colocarse en la parte media superior de las vistas

laterales y posterior de las unidades de autotransporte, en el caso de

unidades tipo tractocamion o camión se debe colocar en la parte frontal,

siempre y cuando no se obstruya la visibilidad del operador, para

combinaciones vehiculares de doble semirremolque, los carteles se

colocarán en ambos remolques.

• Los carteles deben estar colocados de tal forma, que no se obstruya o

confunda su visibilidad con otro tipo de información en los vehículos.


29

Ilustración 2 colocación de carteles en las unidades de transporte

Los carteles deben estar elaborados de acuerdo a las siguientes características:

• Ser de material de alta resistencia a la intemperie, de tal manera que no

sufran decoloración en su uso normal, para evitar que se deteriore la

información contenida en los mismos.

• Ser de tipo fijo en condiciones normales de operación de los vehículos o

rotulados de acuerdo al uso y unidad de transporte. Los porta carteles

deben ser fijos y accesibles al cambio de cartel de acuerdo al riesgo de la

substancia, material o residuo transportado, colocados de tal forma que se

garantice su permanencia.

• Deben corresponder totalmente a la etiqueta de la clase de substancia

peligrosa de que se trate en lo que se refiere al diseño, color y símbolo (de

acuerdo al biodiesel será la clase 3).


30

Ilustración 3 Clase 3 "líquidos inflamables"

• Tener el número de la clase o división de riesgo, de las substancias

peligrosas de que se trate.

• En la parte superior se colocará el símbolo internacional de la substancia o

material que se transporte, de acuerdo a la clasificación de riesgo, en el

vértice inferior el número correspondiente a su clase o división de riesgo; en

su parte media, en un rectángulo se colocará el numero de identificación de

la substancia o material peligroso, asignado por la Organización de las

Naciones Unidas, excepto en los carteles que indiquen el riesgo

secundario, las cuales únicamente ostentarán el símbolo del riego

correspondiente.


31

1.2.1 ALMACENAMIENTO DEL BIODIESEL

Normalmente el biodiesel producido tiene estabilidad en sus propiedades bajo

condiciones normales de almacenamiento, sin formación de productos insolubles

de degradación, aunque algunos reportes sugieren que el biodiesel puede

degradarse más rápido que el diesel. El biodiesel que va a ser almacenado por

periodos prolongados se debe seleccionar cuidadosamente para evitar aumento

de acidez, viscosidad y formación de sedimentos, que puede taponar los filtros

afectando la operación de la bomba de combustible, y/o obstruir los inyectores.

1.2.2 CONDICIONES DE ALMACENAMIENTO DEL COMBUSTIBLE Los niveles de contaminación del combustible se pueden reducir en tanques de

almacenamiento mediante el drenado regular del agua libre. El agua promueve

corrosión y crecimiento microbiológico que ocurre generalmente en la interface

agua-combustible. Se prefiere el almacenamiento isotérmico o bajo tierra, porque

evita extremos en la temperatura; los tanques sobre superficie deben ser pintados

con pinturas reflectivas. El almacenamiento a altas temperaturas acelera la

degradación del biodiesel Se debe diseñar el techo de los tanques para mantener

un límite de oxígeno y de aireación en el tanque. El uso de contenedores sellados

que permitan una cantidad de aire definida puede aumentar el tiempo de

almacenamiento del biodiesel.

1.2.3 CONTAMINANTES DEL BIODIESEL

El biodiesel debe estar libre de materiales extraños que pueden deteriorar la

calidad del biodiesel haciéndolo menos apropiado o inapropiado para su uso. Los

contaminantes del biodiesel incluyen materiales introducidos después de su

manufactura o productos de degradación del mismo.


32

1.2.4 PRODUCTOS DE DEGRADACIÓN DEL BIODIESEL

Son materias formadas en el biodiesel después de haber sido producido. Los

productos de degradación insolubles pueden combinarse con otros contaminantes

y reforzar el efecto de deterioro. Los productos de degradación solubles (ácidos y

gomas) pueden ser más o menos volátiles que el biodiesel y pueden causar

incremento de depósitos en los inyectores. La formación de productos de

degradación puede ser catalizada por el contacto con metales, especialmente que

contengan cobre y en menor grado en los que contengan hierro.

Existen aditivos para mejorar la estabilidad durante el tiempo de almacenamiento

del biodiesel. La mayoría deben ser agregados tan cerca como sea posible del

lugar de producción, para maximizar beneficios. Estos pueden ser los biocidas o

biostatos destruyen o inhiben el crecimiento de hongos y bacterias que pueden

crecer en las interfaces agua – biodiesel, generando alta concentración de

partículas. (Potenciales y Viabilidad del Uso de Bioetanol y Biodiesel para el

Transporte en México (SENER-BID-GTZ) Task C: Biodiesel production and end-

use in Mexico; Task D: Potentials in relation to sustainability criteria)


33

Tabla 4 requisitos del biodiesel para la mezcla con combustibles

Propiedad Unidades Requisitos

Densidad a 15 ºC Kg/m3 880

Viscosidad Mm2/s 1,9-6,0

Contenido de

agua Mg/kg 500 máximo

Contaminación

total Mg/kg 24 máximo

Punto de

inflamación ºC 120 máximo

Cenizas sulfatadas % en masa 0,02

Glicerina libre % en masa 0,02

1.3 ÁREA DE INFLUENCIA O PLAN DE NEGOCIOS

Se han desarrollado diferentes estudios para estimar escenarios de introducción

de los biocombustibles, como el estudio SENER-BID-GTZ sobre potenciales y

viabilidad del uso de bioetanol y biodiesel para el transporte en México, así como

los estudios de potencial productivo por cultivo y por regiones, realizados por

INIFAP; estudios que se tomaron como base para impulsar la producción de

biomasa para bioenergéticos, que permita en el periodo de 2010-2012 la

introducción de dichos biocombustibles de las tres zonas metropolitanas de

Guadalajara, Jalisco, en una primera etapa, seguida de Monterrey, Nuevo León y

el valle de México, incluido el D.F.


34

Por otra parte la demanda de biodiesel también se integrara a las actividades

agropecuarias, así como también en la industria, esta se ira integrando

gradualmente.

Ilustración 4 Área de influencia


35

1.4 ANÁLISIS DE LA DEMANDA Y OFERTA DEL DIESEL EN MÉXICO

Tabla 5 producción y demanda de biodiesel

Año

Producciónmillones

debarriles/año

Demandamillonesde

barriles/año

2000 102,2 110,6

2001 108,5 108,5

2002 102,2 106,9

2003 117,9 117,9

2004 125 121,8

2005 120,3 124,2

2006 123,4 125

2007 125,8 128,1

2008 137,6 137,6

2009 133,6 136

2010 141,5 141,5

2011 141,5 143,1

2012 145,4 147

2013

2014

147

153,3

149,4

155,7


36

Ilustración 5 Producción y demanda de PEMEX diesel para el año 2000 al 2014 en México (SENER, 2006)

En la actualidad, el biodiesel tiene que competir con los combustibles fósiles, que

siguen siendo dominantes en la demanda mundial de energía en todo el sector del

transporte.

México es el cuarto mayor productor de petróleo crudo en el mundo, que es una

fortaleza de la economía política Mexicana. En 2004 sobre 1, 306,778.4

barriles/año de petróleo crudo que se produjeron alrededor de 607,966.45

barriles/año se utilizaron en México, mientras que el resto se exporta se exporta

principalmente a los Estados Unidos de América.

En el 2004 el diesel represento aproximadamente el 15% del consumo final de

energía del país. La demanda de diesel petróleo, como se describe en la grafica

anterior, va a aumentar a partir de aproximadamente 124.2 millones de

barriles/año en 2005 hasta unos 155.7 millones de barriles/año aproximadamente

para el 2014.

La grafica anterior nos muestra la manera de cómo la oferta y la demanda en lo

que corresponde al diesel va en aumento año con año, lo que nos sirve para

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

Mill

ones

de

barr

iles/

año

PE

MEX

die

sel

Produccion millones de barriles/año

Demanda millones de barriles/año


37

desarrollar la proyección que puede seguir el biodiesel ya que este se irá

mezclando en los próximos años en mayores porcentajes ya que los combustibles

fósiles vendrán a la baja y tendrán que ser reemplazados por aquellos

provenientes de la biomasa, para obtener energías alternativas.

Tabla 6 Consumo de diesel en México (SENER, 2006)

Año Millonesdebarrilesalaño

2006 104,4

2007 107,3

2008 110,2

2009 113,2

2010 116,4

2011 119,7

2012 123

2013 126,7


38

Ilustración 6 Consumo de diesel en México

Ilustración 7 Proyección de demanda diesel en México al 2014 (SENER, 2006)

*Un barril = 159 litros de diesel.

0

20

40

60

80

100

120

140

2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013

Mill

ones

de

barr

iles/

año

Millones de barriles al

y = 3.1702x - 6255.5

0

20

40

60

80

100

120

140

2004 2006 2008 2010 2012 2014

Mill

ones

de

barr

iles/

año

Millones de barriles al año


39

Estudio de la oferta de biodiesel en México

Tabla 7 Oferta de mezclas de biodiesel (SENER, 2006)

Año

MezclaB5

millonesde

barriles/año

MezclaB10

millonesde

barriles/año

MezclaB20

millonesde

barriles/año

2006 5,1 10,6 20,8

2007 5,5 10,6 21,5

2008 5,5 10,9 21,9

2009 5,8 11,3 22,6

2010 5,8 11,7 23,4

2011 5,8 12 24,1

2012 6,2 12,4 24,5

2013 6,2 12,8 25,2


40

Ilustración 8 Oferta de biodiesel en México (SENER, 2006)

La oferta de biodiesel cada día va creciendo en México, como se muestra en la

gráfica la mezcla B20 va en aumento de pasar de 21.5 millones barriles/año en el

año 2007 se ha hecho la proyección hacia el 2013 la cual muestra un crecimiento

hasta llegar a tener una demanda de 25.2 millones barriles/año.

La producción de biocombustibles continuara en incremento debido a diversos

factores que la impulsan:

• Demanda mundial en constante crecimiento

• Impulso al desarrollo regional

• Seguridad energética (ahorro de petróleo)

• Contribución para reducir emisiones contaminantes.

México cuenta con diversidad genética, climática y edáfica para la producción

sostenible y competitiva de especies bioenergéticas. Se dispone de especies que

no compiten directamente con la producción de alimentos considerados en la

canasta básica de México.

5.1 5.5 5.5 5.8 5.8 5.8 6.2 6.2

10.6 10.6 10.9 11.3 11.7 12 12.4 12.8

20.8 21.5 21.9 22.6 23.4 24.1 24.5 25.2

0

5

10

15

20

25

30

2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013

Mill

ones

de

barr

iles/

año

Mezcla B5 millones de barriles/año




41

La siguiente grafica nos mostrara la proyección del constante crecimiento en la

mezclas de biodiesel, lo cual nos da una respuesta favorable a la factibilidad que

tiene este proyecto como objetivo.

Ilustración 9Proyeccion de oferta de mezclas de biodiesel (SENER, 2006)

0

5

10

15

20

25

30

2004 2006 2008 2010 2012 2014

Mill

ones

de

barr

iles/

año

de m

ezcl

a de

bio

dies

el




42

1.5 DETERMINACION DEL MERCADO POTENCIAL

De acuerdo a los datos obtenidos de la demanda que corresponde a PEMEX

diesel y la oferta que hay de mezcla biodiesel B20 se obtuvieron las siguientes

proyecciones.

Tabla 8 Datos para la proyección

Año

Demanda

PEMEXdiesel

millonesde

barriles/año

Ofertade

biodieselB20

millonesde

barriles/año

2006 125 20,8

2007 128,1 21,5

2008 137,6 21,9

2009 136 22,6

2010 141,5 23,4

2011 143,1 24,1

2012 147 24,5

2013 149,4 25,2


43

Ilustración 10Mercado potencial

Mercado potencial= Demanda – Oferta

Mercado potencial = 149.4- 25.2 millones de barriles/año

Mercado potencial = 124.2 millones de barriles/año

El mercado potencial para el biodiesel es muy amplio como se puede observar en

la gráfica anterior donde se proyectan la demanda de diesel y la oferta de

biodiesel de la mezcla B20, muestra un resultado de 124.2 millones de

barriles/año para el año 2013.

El mercado potencial muestra un amplio campo para la oferta de biodiesel para los

próximos años, pero en este caso el proyecto solo abarcara el 0.0144% del

mercado potencial, una producción preliminar en la planta de 17,892 barriles/año

de biodiesel, lo cual permitirá obtener la cantidad de 7,897 litros/día.

125 137.6 141.5

149.4

20.8 21.9 23.4 25.2

y = 3.4202x - 6734.5

y = 0.6333x - 1249.7

0

20

40

60

80

100

120

140

160

2004 2006 2008 2010 2012 2014

Mill

ones

de

barr

iles/

año

Demanda PEMEX diesel millones de barriles/año Oferta de biodiesel B20 millones de barriles/año


44

1.6 CANAL DE COMERCIALIZACIÓN

B 5 (Biodiesel 5% y PEMEX diesel 95%)



Consumidor final

Ilustración 11Canal de comercialización


45

En la figura 11 se aprecia perfectamente el canal de comercialización que se

piensa tener, la planta industrial se lo venderá a Petróleos Mexicano (PEMEX),

este se encargara de hacer las mezclas que serán las siguientes:

• B 5: que es el 5 % de biodiesel con el 95 % de PEMEX diesel.



Las mezclas se distribuirán en las estaciones de servicio en el área de influencia

mencionado anteriormente.

Este canal de comercialización se diseñó ya que PEMEX comprara el biodiesel y

se encargara de realizar las mezclas correspondientes con PEMEX diesel para

abastecer las áreas metropolitanas de Guadalajara, Jalisco, Monterrey, Nuevo

León y el Distrito Federal.

1.7 DETERMINACION DEL PRECIO

Los costos de producción del biodiesel tienen un rango de entre $5.3 a $12.4

pesos por litro (SENER 2006). Con estos costos se tomara un promedio de los dos

el cual da un costo de aproximadamente $9 pesos. El costo anterior nos servirá

para determinar la utilidad y el precio que la empresa pretende obtener. Se

pretende tener una utilidad del 30% (Cabe mencionar que estos datos están

sujetos a cambios, ya que en realidad en esta etapa del proyecto aún no se sabe

con exactitud los costos reales del producto; si no que, estos costos fueron

determinados de un estudio que realizo la Secretaria de Energía (SENER 2006).

Con los datos anteriores se determinó el precio de la siguiente manera:

Precio = Costo

1- utilidades


46

Precio = 9

1- 0.3

A este precio se le piensa vender a PEMEX

Cabe mencionar que este precio es mayor al que se está vendiendo el diesel que

es de $10.76 pesos Mexicanos.

Este precio se justifica, ya que, los precios de las gasolinas y el Diesel en México

se determinan en dos momentos: primero los correspondientes al precio del

productor, una vez fijados estos, se establece el precio al consumidor final:

• De acuerdo con la Secretaria de Energía, los precios al productor de las

gasolinas y el diesel buscan reflejar el costo de oportunidad, es decir, el

precio de un determinado producto en el mercado internacional. El precio al

producto que tienen estos petrolíferos en México es aquel que tendría en el

mercado internacional ajustado, en caso de ser necesario, por diferencias

en calidad y por la logística de transporte. El empleo de precios del

mercado internacional busca, entre otras cosas, que PEMEX no actué

como monopolio; ayuda a realizar una medición de su desempeño

económico y maximizar las utilidades en un entorno competitivo. Secretaría

de Energía, Prospectivas de petrolíferos 2008-2017. México, 2008.

Para fijar el precio del producto se consideran las siguientes referencias

internacionales, todas de la costa norteamericana del golfo:

• Para PEMEX Magna se emplea la Unleaded Regular 87.

Precio = $12.85


47

• Para PEMEX Premium se emplea la Unleaded Regular 87/ Unleaded

Premium 93

• Para PEMEX Diesel se emplea la Fuel Oil # 2 Low Sulphur

Sintéticamente, el precio al productor de las gasolinas y el diesel en México se

determina por la suma de la referencia internacional, los ajustes por la calidad, el

costo de transporte y el manejo.

Respecto a los precios al público a los que venden distribuidores y franquicias de

PEMEX estos se determinan de la siguiente manera:

En México, existe un conjunto de precios de bienes y servicios administrados por

el Gobierno Federal que están regulados en el artículo 31, fr. X con relación al

artículo 34 fr. V de la Ley orgánica de la Administración Pública Federal. La

interpretación conjunta de ambos artículos nos permite afirmar que el Gobierno

Federal, a través de la Secretaria de Hacienda y Crédito Público (SHCP),

establece y revisa los precios y tarifas de los bienes y servicio de la administración

pública federal y con la Secretaria de Economía establecen las bases para fijar

dichos precios y tarifas. Ley Orgánica de la Administración Pública Federal.

Disponible en: http://www.diputados.gob.mx/LeyesBiblio/doc/153.doc

Los precios al consumidor de las gasolinas y el Diesel son administrados, tiene

como características que no responden a las leyes del mercado, por el contrario,

son impuestos por el sector público en mercados no competitivos (subsidios)

En términos generales, el concepto de subsidio se define de la siguiente manera:

“Asignaciones que el Gobierno Federal otorga para el desarrollo de actividades

prioritarias de interés general, a través de las dependencias y entidades a los

diferentes sectores de la sociedad, con el propósito de: apoyar sus operaciones;

mantener los niveles en los precios; apoyar el consumo, la distribución y

comercialización de los bienes; motivar la inversión; cubrir impactos financieros;

así como para el fomento de las actividades agropecuarias, industriales o de


48

servicios. Estos subsidios se otorgan mediante la asignación directa de recursos o

a través de estímulos fiscales”. Secretaría de Hacienda y Crédito Público, Glosario

de los Términos más Usuales en la Administración Pública Federal. México, DF.


49

1.8 DISPONIBILIDAD DE LA MATERIA PRIMA Las materias primas que se necesitan en el proceso son:

• Piñón Mexicano (Jatropha curcas L.): es originario de México y

Centroamérica, cuenta con tres semillas por fruto. El rendimiento de semilla

reportado para J. curcas tiene un promedio productivo de más de 40 años.

Además, que desde el primer año (9-10 meses) se obtiene semilla. Un

promedio anual de producción de semilla alrededor de 5Ton/ha puede

esperarse en excelentes tierras y precipitaciones de 900-1200 mm (Francis

et. 2005).

Los resultados de la zonificación agroecológica (INIFAP) muestran que existen

más de 6 millones de hectáreas con potencial alto y medio para el establecimiento

de plantaciones de piñón mexicano e higuerilla, lo cual se muestra en la figura 12.

La figura 13 representa el acercamiento en donde se piensa instalar la planta de

procesamiento que es al norte del Estado de Puebla con los límites del Estado de

Veracruz, en donde se encuentran las tierras adecuadas para el cultivo del piñón

mexicano y de la higuerilla, se ha escogido esta área de la República Mexicana

porque tiene buena ubicación en cuestión con el acercamiento de la materia prima

y de la conexión que se tiene con la ciudad de México que es aproximadamente

de 5 horas, en los próximos años se inaugurará la autopista México-Tuxpan, con

lo que se ahorra la mitad de tiempo.


50

Ilustración 12 Potencial productivo de la Jatropha curcas L. de temporal en México

Ilustración 13 Área donde se piensa instalar la planta de procesamiento

En la tabla 9. Se muestra los estados que tienen potencial para el cultivo del piñón

mexicano, la mayoría de los estados tienen dicho potencial para el crecimiento del

piñón, mas sin embargo el área de influencia que se está planteando es el norte

del estado de puebla y de Veracruz en este último estado, tiene un potencial alto

para el cultivo contando con 336,314 hectáreas para cultivo.


51

Tabla 9: Concentrado estatal del potencial productivo de la Jatropha curcas L. bajo

condiciones de temporal en México. Fuente INIFAP 2008

ESTADO ALTO (ha) MEDIO (ha)

Baja California Sur 5,960

Campeche 23,832 23,812

Chiapas 230,273 114,031

Chihuahua 477 144,493

Coahuila 5,928 226,407

Colima 119,812 12,867

Durango 9,612 49,702

Guanajuato 857

Guerrero 282,158 283,191

Hidalgo 293 6,014

Jalisco 123,474 261,989

México 2,653 10,836

Michoacán 197,288 34,736

Morelos 21,170 46,879

Nayarit 44,887 230,866

Nuevo León 138,945 84,235

Oaxaca 111,822 191,587

Puebla 25,260 153,657

Querétaro 178 3,566

Quintana Roo 4,229 53

San Luis Potosí 1,646 128,495

Sinaloa 557,641 259,651

Sonora 59,251 348,446

Tabasco 15,539

Tamaulipas 317,690 442,935

Veracruz 160,891 336,314

Yucatán 174,005 31,568

Zacatecas 25,702

Total 2,619,916 4,368,428


52

En muchos estados de México se está cultivando o se planea cultivar miles de

hectáreas de Jatropha:

• El gobernador de Veracruz anuncio que se van a cultivar 200,000 hectáreas

de piñón en el sur del estado; en Yucatán, una empresa anuncia 6,000 ha;

• En Chiapas el gobierno anuncia 20,000 ha;

• En Michoacán el gobierno ya propuso en 2008 una meta de 6000 ha.

A nivel nacional, la CONAFOR, que ya venía apoyando las plantaciones desde

2007, tiene previsto apoyar cerca de 20 mil hectáreas de Jatropha en 2009, en

Campeche, Chiapas, Guerrero, Michoacán, Morelos, Oaxaca, Puebla, Quintana

Roo, Sinaloa, Tabasco, Tamaulipas, Veracruz y Yucatán.

Tabla 9 Superficie agrícola requerida para el 2014 (CONAFOR, 2007)

Rendimiento

(litros/ha)

Superficie agrícola requerida en

2014 (ha)

Superficie

agrícola

actual

(ha)

Área

potencial

(ha) B-5 B-10 B-20

Palma

de

aceite

3,390 30,881 609,762 1,219,524 15,000 2,500,000

Jatropha 730 1,415,717 2,831,434 5,666,868 NS 1,000,000

Girasol 665 1,554,095 3,108,190 6,216,381 900 NS

Canola 619 1,669,585 3,339,171 6,678,341 10,050 NS

Cártamo 409 2,526,830 5,053,659 10,107,319 224,000 NS

Soya 289 3,576,032 7,152,065 14,304,129 110,000 NS


53

1.9 CONCLUSIONES

A lo que lleva este trabajo es que el producto que se ofrecerá es un producto

aceptable pero a largo plazo debido a que aún no se cuenta con los cultivos

necesarios por lo cual hay que implementarlos, los costos de producción suelen

ser más elevados que el precio ofrecido en el mercado.

.

El precio dado a Pemex será de $12.85 (precio sujeto a cambio debido al costo de

producción) y al público de $10 debido a los subsidios que recibe del gobierno.

El mercado potencial nos arroja un resultado de 124.2 millones de barriles al año

del cual solo podremos ofertar el 0.0144% de demanda nacional.

Dando como resultado un área de influencia las tres ciudades más importantes de

nuestro país la Cd de México, Monterrey y Guadalajara.


54

ESTUDIO

TECNICO


55

2 ESTUDIO TÉCNICO

2.1 DETERMINACIÓN DEL TAMAÑO DE LA PLANTA

La capacidad instalada de la planta seria de 10,000 litros/día. Se producirá 7,897

litros/día del cual para sacar nuestro nivel de aprovechamiento en la planta

ocuparemos la siguiente formula:

𝑁𝑖𝑣𝑒𝑙 𝑑𝑒 𝑎𝑝𝑟𝑜𝑣𝑒𝑐ℎ𝑎𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 =𝐶𝑎𝑝𝑎𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑅𝑒𝑎𝑙

𝐶𝑎𝑝𝑎𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑖𝑛𝑠𝑡𝑎𝑙𝑑𝑎

Nivel de aprovechamiento =7,897 𝑙𝑖𝑡𝑟𝑜𝑠/𝑑𝑖𝑎10, 000 litros/dia

Nivel de aprovechamiento= 78.97 %

El resultado del análisis anterior es que obtuvo un nivel de aprovechamiento del

78.97 % en la planta, lo cual es un rendimiento favorable.


56

2.2 LOCALIZACIÓN DE LA PLANTA

La instalación de la planta se pretende instalar entre Tula, Hidalgo y Altamira,

Tamaulipas, estos lugares se eligieron, por que en ambos municipios cuentan con:

• Parque industrial, estos cuentan con todos los servicios de agua, energía

eléctrica, gas entre otros servicios

• Cercanía a una refinería

• Cuentan con todos los servicios necesarios para los trabajadores como:

hospitales, escuelas, áreas de recreación, facilidades habitacionales, etc.

• Cuentan con vías de comunicación como carreteras y vías ferroviarias, las

cuales comunican con gran parte del país.

• Ambos parques industriales están ubicados en zonas estratégicas para la

comercialización de los productos a elaborar.

• Cercanía a la materia prima.

• Ambos municipios se caracterizan por tener gran actividad económica e

industrial.

A continuación se describirán las cualidades que cuenta cada estado, así como

también las características que cuentan los municipios en donde se pretende

instalar la planta. Una que se hayan analizado los pros y los contras de cada

municipio, se determinara que municipio será apto para la instalación de la planta.

Datos generales del Estado de Hidalgo

Ubicación

Tiene una superficie de 20 846 km2, Colinda al norte con los estados de San Luis

Potosí y Veracruz, al este con el estado de Puebla, al sur con los estados de

Tlaxcala y México y al oeste con el estado de Querétaro.


57

Ilustración 14 Ubicación del Estado de Hidalgo

Población

Según el último censo disponible (INEGI, 2010) el estado tiene una población total

de 2 665 018, el 2.3% del total del país. De los cuales 1 379 796 son mujeres y 1

285 222 son hombres. La distribución de población es: 52% urbana y 48% rural.

Ciudades más importantes

Las ciudades consideradas como más importantes del estado son:

• Pachuca de Soto

• Tulancingo de Bravo

• Tula de Allende

• Tizayuca

• Tepeji del Río

• Actopan

• Apan

• Huejutla de Reyes

• Ciudad Sahagún,

• Ixmiquilpan y Huichapan.


58

En el estudio más reciente sobre zonas metropolitanas (ZM), publicado en 2005,

por el Consejo Nacional de Población (CONAPO), el Instituto Nacional de

Estadística y Geografía (INEGI) y la Secretaría de Desarrollo Social (SEDESOL),

se estableció que en el Estado de Hidalgo existen sólo tres zonas Metropolitanas:

• Zona Metropolitana de Pachuca,

• Zona Metropolitana de Tulancingo

• Zona Metropolitana de Tula.

Escolaridad

El grado promedio de escolaridad de la población de 15 y mas años es de 8.1

(INEGI, 2010).

Educación

El estado cuenta con numerosas instituciones de educación superior, entre las

cuales se encuentra la Universidad Autónoma del Estado de Hidalgo como

máxima casa de estudios en este estado.

Entre las universidades privadas destacan el Centro Hidalguense de Estudios

Superiores, Universidad del Fútbol y Ciencias del Deporte, Instituto Tecnológico de

Estudios Superiores de Monterrey Campus Hidalgo, Universidad La Salle

Pachuca.

También se encuentran las escuelas universitarias públicas:

• Instituto Tecnológico Superior de Huichapan.

• Instituto Tecnológico Superior Occidente del Estado de Hidalgo.

• Instituto Tecnológico Superior del Oriente del Estado de Hidalgo.

• Instituto Tecnológico de Atitalaquia.

• Instituto Tecnológico de Huejutla.

• Universidad Tecnológica Tula-Tepeji.


59

• Universidad Tecnológica de Tulancingo.

• Universidad Tecnológica de la Huasteca Hidalguense.

• Universidad Tecnológica de la Sierra Hidalguense.

• Universidad Tecnológica del Valle del Mezquital.

• Universidad Politécnica de Francisco I. Madero.

• Universidad Politécnica de Pachuca.

• Universidad Politécnica de Tulancingo.

• Universidad Politécnica Metropolitana de Hidalgo.

Carreteras y autopistas

Cuenta con 11 795.4 kilómetros de carreteras, de los cuales 36 corresponden a

Caminos y Puentes Federales de Ingresos y Servicios Conexos (CAPUFE), a

carreteras federales el 12.9 %, a carreteras estatales el 30.6 %, a caminos rurales

el 48.2 % y el 7.8 % a caminos construidos por diversas dependencias para el

apoyo de sus propias funciones.[]

El estado ocupa el 5º lugar a nivel nacional en infraestructura de autopistas,

carreteras estatales y federales.

Las principales rutas que cruzan el estado son: carreteras federales, la Carretera

Federal 85 México-Laredo; la Carretera Federal 105, vía corta a Tampico que toca

a Real del Monte, Omitlán, Atotonilco el Grande, Zacualtipán, Molango y Huejutla;

la Carretera Federal 130 hacia Túxpam por Tulancingo y Acaxochitlán, con

desviación en el Ocote (km 14) hacia Tepeapulco.[112] La autopista denominada

Arco Norte atraviesa el estado de Hidalgo, dicha autopista que une el centro del

país sin tener que cruzar por la Ciudad de México.

Industrias

El estado es sede de las cementeras Cruz Azul y Tolteca. También de las

compañías lecheras Alpura, Real de Tizayuca y Santa Clara y de las empresas

Totis, Devlyn, las textiles Grypho, Toallas San Marcos y Cobertores San Luis. La


60

industria petrolera de la entidad está integrada por una planta de refinación y una

de petroquímica básica.

El volumen de producción promedio de refinados fue de 127 821 900 barriles. De

estos, el 40.1 % correspondió a gasolinas; el 28.5 % a combustóleos; el 19.3 % a

diesel; el 6.3 % a kerosinas y el resto a gas licuado, combustible industrial y

asfaltos.

Parques industriales del Estado de Hidalgo

Ilustración 15 Distribución de los parques industriales en el Estado de Hidalgo


61

Tabla 10 Simbología de la distribución de los parques industriales del Estado de Hidalgo

Simbología de parques Industriales

Parques industriales Parques industriales en desarrollo

1 Parque industrial Huejutla 8 Parque Logístico Tizayuca-PLOT

2 Parque industrial Atitalaquia 9 Parque industrial Metropolitano

3 Parque industrial Tula 10 Parque industrial Tlanalapa

4 Parque industrial Tepeji del Rio Parques en prospección

5 Parque industrial Tizayuca 11 Parque industrial Tulancingo

6 Parque industrial La reforma 12 Parque industrial Tepeapulco

7 Parque industrial Sahagún 13 Parque industrial Villa de

Tezontepec.

PARQUE INDUSTRIAL TULA

Dirección

Km 26 de la carretera Jorobas- Tula, Sabino Hernández numero 38. Atitalaquia,

Hgo.

Administración

Mixta, privada.

Gobierno del Estado de Hidalgo.

Corporación de Fomento de Infraestructura Industrial.

Superficie

Superficie total: 97 has.

Superficie disponible: 16.82 has.

Servicios


62

• Energía eléctrica 23/85 Kwa (tensión de suministro).

• Gas natural: gasoducto PEMEX a 500 ML del parque industrial

• Agua

• Drenaje: conexión a la red municipal, con punto de descarga en rio Salado.

• Telefonía: conexión con fibra óptica con TELMEX.

• Ferrocarril: estación Bojay (tfm) a 1 Km

Vocación del parque

Petroquímica, alimentos y construcción automotriz y metalmecánica.

Mapa de ubicación

Figura 16: Ubicación del parque industrial de Tula, Hidalgo


63

Refinería Miguel Hidalgo

La Refinería Miguel Hidalgo se encuentra localizada en el Estado de Hidalgo, en el

municipio de Tula de Allende, a 82 km. al norte de la Ciudad de México.

Sus instalaciones ocupan un área total de 749 hectáreas, que se encuentran

estratégicamente situadas por encontrarse entre los principales productores de

aceite crudo y el mayor consumidor de combustible.

Esta refinería es considerada como una de las más importantes en el país por su

capacidad instalada, y la porción del mercado que controla, ya que procesa el 24%

de crudo total que se refina en México.

Tula cuenta actualmente con una capacidad de refinación de 325,000 barriles por

día. El área productiva está integrada por 10 sectores de proceso que incluyen

plantas de proceso, plantas ecológicas, sistemas de bombeo y almacenamiento de

productos y un sector de servicios auxiliares.

Los recursos humanos son muy importantes para Pemex y en particular, para esta

refinería que ha realizado diversas obras en beneficio de los trabajadores y sus

familias, así como la población en general. La Refinería cuenta con dos clínicas de

emergencia, un hospital de especialidades médicas, un centro de desarrollo

infantil, dos escuelas primarias, una zona habitacional para empleados de

confianza y dos colonias para personal sindicalizado, un hotel y una asociación

deportiva entre otras.

Para enfrentar los cambios que el país demanda, la Refinería Miguel Hidalgo, ha

decidido desarrollar e implementar un sistema de calidad en busca de la mejora

continua, que permita obtener energéticos que satisfagan las necesidades de

nuestros clientes, cumpliendo con estándares y normas a nivel internacional,

operando con eficiencia, seguridad y rentabilidad, protegiendo el medio ambiente y

proporcionando al personal un espacio de trabajo satisfactorio.


64

La Refinería Miguel Hidalgo cuenta con certificados de calidad en los productos:

Turbosina, Propileno, Gasoleo Industrial, Pemex Diesel y Gasolina Pemex Magna.

Es importante destacar que el Certificado de calidad de la gasolina Pemex Magna

tiene validez internacional.

Tamaulipas

Ilustración 16 Localización del estado de Tamaulipas (googlemaps)

El estado de Tamaulipas colinda al oeste con el estado de Nuevo León, con el

golfo de México hacia el este, con los estados de Veracruz y San Luis Potosí hacia

el sur y al norte con el estado estadounidense de Texas.

Superficie: 80, 175 km2

Población: 3, 268, 554 hab. (INEGI 2010)

Municipios: 43

Clima: el 58 % del estado presenta clima cálido sub-húmedo, el 38 % presenta

clima seco y semi-seco en el centro, el norte y hacia el suroeste del estado; el 2 %

es cálido húmedo localizado hacia el suroeste.

La temperatura media anual es de 22 ºC en los meses de junio a septiembre.


65

Las lluvias se presentan en verano en los meses de junio a septiembre. (INEGI

2010)

Promedio de escolaridad: 9.1 años (INEGI 2010)

Principales centros educativos

Tabla 11 Principales centros educativos de las zonas metropolitanas de Tamaulipas

Matamoros Nuevo Laredo Reynosa Tampico

Escuela normal "lic.

j. Guadalupe

Mainero y Rosaura

zapata"

Instituto

tecnológico de

nuevo Laredo

Instituto

tecnológico de

Reynosa

Escuela náutica

mercante de

Tampico

Instituto

tecnológico de

matamoros

Universidad

Autónoma de

Tamaulipas,

campus Laredo

Universidad

Autónoma de

Tamaulipas,

campus Reynosa

Escuela normal

superior del sur de

Tamaulipas

Universidad

Autónoma de

Tamaulipas

Escuela normal

urbana

Cuauhtémoc

Universidad

tamaulipeca

Instituto oriente de

estudios superiores

de Tamaulipas

Universidad

Autónoma del

Noreste, (UANE)

Universidad

panamericana de

nuevo Laredo

Universidad

panamericana

normal, campus

Reynosa

Universidad

Autónoma de

Tamaulipas, UAT,

campus Tampico -

madero

Ciudades importantes

• Ciudad Victoria es la capital del estado y la sede de los poderes ejecutivo,

judicial y legislativo del Estado de Tamaulipas. Esta ubicada en el cruce de

dos carreteras troncales, la Monterrey-Tampico y la México-Reynosa.

• Reynosa es la ciudad más poblada del estado y es frontera con Hidalgo,

Mission y Pharr, Texas. Tiene la planta de la industria maquiladora más


66

grande del noreste de México y la tercera de toda la frontera México-

Estados Unidos.

• Heroica Matamoros es una ciudad fronteriza que conforma la Zona

Metropolitana Heroica Matamoros-Brownsville Texas y fue denominada en

1955 la puerta grande de México. También denominada popularmente

como Tres veces Heroica por sus distintas victorias en contra de ejércitos

internacionales. Tiene la segunda planta más importante de la industria

maquiladora en Tamaulipas. En el sur del municipio se ubica el Puerto de

Matamoros, cuya remodelación de puerto de cabotaje a Puerto de Altura,

inició en 2007.

• Nuevo Laredo forma parte de la Zona Metropolitana con Laredo (Texas).

Considerada la "Capital Aduanera de Latinoamérica". Es la frontera

terrestre más importante de México y en 2009 el movimiento de comercio

exterior en ambos sentidos se estimaba en 250 mil millones de dólares.

• Tampico ciudad sede del “cluster” portuario más importante del estado y

del Golfo de México, es la parte de la zona metropolitana más poblada del

Estado de Tamaulipas, además de ser importante centro comercial,

educacional, hospitalario y de servicios de la región Huasteca.

• Ciudad Madero forma parte de la Zona metropolitana de Tampico, tiene la

única refinería del estado (Francisco I. Madero) (PEMEX) y tiene una playa

turística (Miramar).

• Ciudad Altamira se encuentra en la Zona Metropolitana de Tampico y

alberga a uno de los puertos industriales más importantes de México, es el

primer puerto a nivel nacional en el manejo de fluidos petroquímicos y el

cuarto en el manejo de carga.

• Ciudad Mante se encuentra en la zona sur del estado de Tamaulipas, la

economía del municipio gira en torno a la agricultura, la ganadería, pequeña

y mediana industria y el comercio, la Industria Azucarera es de las

principales actividades económicas del municipio. Ciudad Mante sigue

siendo la principal ciudad de la zona sur del estado solo detrás de la Zona

Metropolitana de Tampico y el sostén su alrededor, donde los municipios


67

colindantes acuden a esta ciudad a realizar sus compras debido a que

cuenta con diferentes centros comerciales así como diferentes tiendas,

negocios importantes, y bancos que no se encuentran en los demás

municipios.

Zonas metropolitanas

El estado de Tamaulipas cuenta con cuatro zonas metropolitanas, de ellas, tres

son binacionales y una es bi-estatal:

1. La Zona Metropolitana más grande, Reynosa-Río Bravo-McAllen está

conformada por dichos municipios del estado de Tamaulipas y el

Condado de Hidalgo en el estado de Texas y cuenta con un total de

1.501.919 habitantes.

2. Zona Metropolitana de Heroica Matamoros-Brownsville con 895,413

habitantes.

3. Zona Metropolitana Nuevo Laredo–Laredo con 636,516 habitantes.

4. Nona metropolitana bi-estatal de Tampico que está conformada por los

municipios de Tampico, Altamira y Madero del estado de Tamaulipas y

en conjunto agrupan un total de 825,385 habitantes

Ubicación del parque industrial de Altamira, Tamaulipas

El parque industrial, se encuentra localizado estratégicamente en la zona sur del

estado de Tamaulipas donde provee a las empresas una ventaja competitiva en la

manufactura de productos destinados a la distribución nacional e internacional.

Permite la importación de materias primas a gran escala a través del Puerto de

Altamira para proveer a la industria instalada.

La distribución de la superficie del área contempla la zonificación de las áreas para

la instalación de cualquier tipo de industria.

El Complejo Industrial Portuario cuenta con una extensiva red de electricidad.

Actualmente, se encuentran operando 2 importantes empresas de origen


68

extranjero, en 3 plantas generadoras de electricidad, produciendo en conjunto más

de 2,500 MW/hr.

Hay más de 2,000 hectáreas disponibles para el desarrollo de proyectos

industriales y más de 1,500 hectáreas disponibles en el Recinto Portuario para el

desarrollo de terminales marítimas. El Complejo también tiene las características

necesarias para complementar el estilo de vida de sus ejecutivos, trabajadores y

sus familias.

Vías de comunicación de puerto de Altamira

Ilustración 17 Ubicación geográfica del parque industrial de Altamira

Ilustración 18 Enlaces carreteros del puerto de Altamira


69

Distancias a las Áreas de Influencia

Tabla 12 Distancia en Km a las principales ciudades del país (puertoaltamira.com.mx)

CIUDAD DISTANCIA (Km)

Guadalajara, Jalisco 748

México, DF 473

Monterrey, NL 550

Ilustración 19 Enlaces ferroviarios


70

Ilustración 20 Distribución de la zona industrial de Altamira

Refinería Francisco I. Madero

La Refinería Francisco I Madero se encuentra localizada en la margen izquierda

del río Pánuco, casi en su desembocadura al Golfo de México; dentro del

municipio de Ciudad Madero, Tamaulipas; de cuya región está tomado su nombre.

La Refinería cuenta actualmente con 20 plantas de proceso en operación, en las

cuales se lleva a cabo la destilación atmosférica, destilación al vacío,

desintegración catalítica, hodro-tratamiento y petroquímica.

Así mismo, cuenta con instalaciones auxiliares, tales como la planta de fuerza,

patios de tanques de almacenamiento, talleres, almacenes, muelles, estaciones de

bombas del Poliducto Madero-Cadereyta, instalaciones para bombeo de productos

petroquímicos, así como oficinas, campos deportivos y una colonia residencial,

entre otras. La capacidad nominal del proceso de crudo de la Refinería es de

186,000 barriles/día.


71

Los productos que se obtienen en la Refinería de Madero cubren la demanda de

su zona de influencia, y en ocasiones, algunos de ellos se exportan de acuerdo a

los pactos comerciales que Pemex realiza en el extranjero.

Los productos son: Gas Licuado, Gasolinas Pemex Magna, Pemex Premium y

Pemex Diesel, Gas-avión 100, Turbosina, Diesel, Diesel Marino, Combustóleo,

Coque, Asfalto ac-20 y AC-30 y Azufre.

Evaluación por puntos

A continuación se les asignara una calificación con escala del 0 al 1 a los

siguientes factores para poder determinar la zona mas apropiada para las

instalaciones de la planta:

• Superficie disponible

• Topografía del terreno

• Características mecánicas del suelo

• Costo del terreno

• Proximidad a las vías de comunicación

• Proximidad a los servicios públicos

• Transportes urbanos y suburbanos

• Servicios de luz, agua, teléfono, gas, etc.

• Facilidades habitacionales, escuelas, hospitales y demás servicios de los

trabajadores

Se han seleccionado dichos factores, ya que estos influyen drásticamente en la

elección de la zona para la instalación de la planta. La calificación se les asigno de

acuerdo a la importancia que tienen dichos factos, en la tabla (14) se presentan

las calificaciones asignadas.


72

Tabla 13 Asignación de peso de los factores

Factor Peso

1. Superficie disponible 0.10

2. Topografía del terreno 0.15

3. Características mecánicas del suelo 0.05

4. Costo del terreno 0.07

5. Proximidad a las vías de comunicación 0.16

6. Proximidad a servicios públicos 0.16

7. Transportes urbanos y suburbanos disponibles 0.05

8. Servicios de luz, agua, teléfono, gas, etc. 0.16

9. Facilidades habitacionales, escuelas, hospitales y demás

servicios para los trabajadores.

0.05

10. Futuros desarrollos en los alrededores del terreno. 0.05


73

Tabla 14 Tabla comparativa entre Tula, Hidalgo y Altamira, Tamaulipas

Factor Peso Calificación Calificación ponderada

Tula de

Allende,

Hidalgo

Altamira,

Tamaulipas

Tula de

Allende,

Hidalgo

Altamira,

Tamaulipas

1 0.10 7 10 0.7 1.0

2 0.15 9 9 1.35 1.35

3 0.05 8 9 0.4 0.45

4 0.07 9 8 0.63 0.56

5 0.16 9 9 1.44 1.44

6 0.16 9 9 1.44 1.44

7 0.05 9 9 0.45 0.45

8 0.16 10 10 1.6 1.6

9 0.05 9 10 0.45 0.5

10 0.05 9 9 0.45 0.45

Total 1 8.91 9.14

De acuerdo a la evaluación por puntos de las ciudades de Tula de Allende,

Hidalgo y Altamira Tamaulipas, en donde se ubican los parques industriales más

cercanos a las refinerías y a nuestras áreas de influencia, la mayor calificación fue

para la ciudad de Altamira Tamaulipas.

En la ciudad de Altamira Tamaulipas, se encuentra ubicado el puerto de Altamira

que es uno de los puertos más importantes de la Republica Mexicana el cual

provee a las empresas una ventaja competitiva en la manufactura de productos

destinados a la distribución nacional e internacional, este puerto incluye un parque

industrial.

Su ubicación es una zona estratégica, ya que tiene gran conexión con las

principales carreteras del país e inclusive a las zonas de influencia que son

Guadalajara, Jalisco, Monterrey Nuevo León y el Distrito Federal al igual que

cuenta con las vías ferroviarias que conecta a gran parte del país.


74

Muy cerca de este se encuentra la refinería Francisco I. Madero, que esta ubicada

en Cd. Madero. De tal forma será mas accesible distribuir el biodiesel en esta

refinería para sus subsiguientes mezclas.

Otro punto a favor, es que la materia prima estará disponible, ya que en la zona

sur del estado de Tamaulipas y norte del estado de Veracruz se encuentran las

condiciones necesarias para el cultivo piñón mexicano e higuerilla, por lo tanto los

costos de transporte de materia prima se reducirán.

Cabe señalar, que en los parques industriales se cuentan con todos los servicios

de agua, luz, electricidad, tratamiento de aguas residuales, el terreno ya esta apto

para la construcción.

Es por estas razones que se ha elegido a la zona de Altamira Tamaulipas para el

desarrollo de las instalaciones del presente proyecto.


75

2.3 INGENIERIA DEL PROYECTO

2.3.1 EVALUACIÓN TÉCNICA DE LAS MATERIAS PRIMAS En la tabla 16 se presentan las materias primas que se ocupan en la producción

de biodiesel, así como también los servicios auxiliares que son indispensables en

el proceso, por otra parte es importante mencionar también los subproductos que

se obtienen en la producción de biodiesel (torta proteica y glicerina bruta).

Tabla 15 Entrada de materias primas

Materias primas

Semilla de Jatropha e higuerilla

Metanol

Catalizador (Hidróxido de potasio)

Acido mineral (Acido sulfúrico)

Servicios

Agua potable

Agua

Vapor de agua

Drenaje

Electricidad

Diesel

Subproductos

Glicerina (bruta)

Torta proteica


76

ESPECIFICACIONES DE LA MATERIA PRIMA

Semillas de Jatropha e higuerilla: Estas se deben de ser almacenadas y

preparadas para la extracción de aceite, con el fin de mantener un producto

final de alta calidad. Se ha evidenciado que el almacenamiento de semillas por

periodos prolongados (mas de 8 meses) afecta la calidad y cantidad extraído,

por lo que debe ser evitado. La exposición directa al sol en periodos

prolongados también degrada la calidad del aceite. Para un almacenamiento

normal se recomienda hasta lograr un 7-10% de humedad.

En el almacenamiento, las semillas deben estar debidamente aireadas. Esto

puede hacerse en silos similares a los utilizados para almacenar maíz.

Tabla 16 rendimientos de las semillas por hectárea

Concepto Año 1 Año 2 Año 3 Año 4 Año 5

Rendimiento de

semilla (ton/ha)

1.2 2.6 3.1 4.3 5.0

Producción de aceite

l/ha (50% extracción)

600 1300 1550 2050 2500

Biodiesel obtenido l/ha

(97 % de conversión)

582 1261 1503.5 1988.5 2425

Pasta residual kg/ha

(60% proteína)

600 1300 1550 2050 2500


77

Características del aceite:

Tabla 17 principales características que deben de contener los aceites

Propiedades Unidades Estándares

Densidad a 15 °C 900-930 kg/m3 Acorde con DIN EN ISO

3675

Punto flash: mínimo 220 °C Acorde con DIN EN ISO

2719

Viscosidad cinemática a

40 °C 36 mm2/ s

Acorde con DIN EN ISO

3104

Valor calorífico mínimo 36, 000 Acorde con DIN EN ISO

51900-1, -2

Ignición mínima 39 Acorde con DIN EN ISO

10370

Numero de sulfuro 10 mg/kg


20846 o Acorde con DIN

EN ISO 20884


78

Tabla 18 características que deben contar el aceite para la producción de biodiesel

Nota: Las características y las normas que se presentan han sido desarrolladas

para el aceite de canola, los valores también se aplican a otros aceites como el de

piñón mexicano e higuerilla, ya que son en su mayoría relacionados con el uso del

aceite.

Contaminación: describe la cantidad de material extraño (particulas) presentes

en el aceite.

Estabilidad a la contaminación: significa que la calidad del aceite no se degrade en

un ambiente caluroso.

Contenido de fosforo: cuando el prensado se hace en frio, la mayoría del fosforo

presente en la semilla queda en el residuo del prensado y no en el aceite. La

presencia de fosforo en el aceite causa obstrucción en el filtro de combustible del

motor y la oxidación de la cámara de combustión, porque a altas temperaturas el

fosforo es un antioxidante fuerte.

Propiedades variables Unidades Estándares

Contaminación total 24 mg/kg Acorde con DIN EN

12662

Estabilidad de oxidación

a 110 °C mínimo 6 h

Acorde con DIN EN

14104

Contenido de fosforo

máximo 12 mg/kg

Acorde con DIN EN

14107

Monto total de magnesio

y calcio máximo 20 mg/kg


14538

Agua máxima 0.08 % Acorde con DIN EN

ISO14538


79

Contenido de agua: el material vegetal contiene un porcentaje de agua. En el

aceite el contenido de agua debe ser limitado, porque el agua hace q el material

del filtro de combustible se obstruya. Además el agua puede oxidar el interior del

equipo de inyección

Criterios de manejo del aceite

El contacto con los ojos causa irritación, mientras que su ingestión puede resultar

en vómitos y diarrea. El contacto con la piel no es peligroso, pero se recomienda

utilizar equipo de seguridad (overol, gafas y zapatos cerrados). Se debe evitar que

el aceite vaya a los desagües, aguas superficiales y subterráneas. Aunque los

aceites vegetales son biodegradables, al entrar en contacto con el agua cubren su

superficie formando una capa que impide el intercambio de aire con el agua, asi

como con las criaturas que viven en ella.

CRITERIOS DE ALMACENAMIENTO

Conservar en un lugar fresco, seco, evitando la exposición a la luz y a sustancias

volátiles gaseosas potenciales (como gasolinas). El tanque en el cual el aceite se

almacena de preferencia deber ser hermético y llenado hasta su nivel maximo.

Esto evita la condensación y por lo tanto la presencia de agua en el aceite. Los

tanques de almacenamiento pueden ser reutilizados y, por tanto deben ser fáciles

de limpiar. Para almacenar o transportar el aceite, se pueden utilizar dispositivos

de acero o de plástico duro.

Los aceites vegetales provienen de plantas y contienen compuestos fotosensibles

como las clorofilas y carotenos. Entre otros compuestos, la clorofila es la que hace

que el aceite parezca de color amarillo o rojo. En abundacia de luz estos

compuestos activan lo que resulta en el cabio de color del aceite. Para evitar esto

se recomienda almacenar el aceite en zonas oscuras o zonas donde la intensidad

de la luz sea baja. En general, esto implica la selección de una unidad no

transparente para el almacenamiento. ( Janske van eijck)


80

Metanol: También llamado metílico, es un líquido incoloro y móvil, de olor

característico a alcohol, es muy venenoso, es necesario mantener las medidas de

seguridad correspondientes para su manipulación. Se utiliza principalmente como

deshidratante por sus características higroscópicas y por su rápida evaporación.

También se lo utiliza en el proceso de transesterificacion, para la producción de

biodiesel. A continuación se presentan las especificaciones que debe tener el

metanol:

Tabla 19 especificaciones del metanol

Propiedad Valores aceptables

Aspecto Liquido claro, libre de sedimentos

Pureza (% p/p) Mín. de 99.850

Densidad 791.8 kg/m3

Rango de destilación (CNP) Máx. 1.0 ºC, en torno a 64.6 ºC

Olor

Viscosidad

Característico

0.69 cp (centi poise)

Fuente: Cía. Química y Agroquímica Argentina S.A

En su manipulación

• Evitar su exposición y/o contacto

• Mantener el recipiente bien cerrado

• Aparatos/lámparas con seguridad de chispas y explosión

• Tomar precauciones contra cargas electrostáticas

• Manipular recipientes vacíos sucios como los llenos

Almacenamiento:

• Conservar alejado del calor y de fuentes de ignición , agentes de oxidación,

ácidos y bases


81

• Almacenar en un lugar seco y bien ventilado

• Almacenar en un sistema totalmente cerrado

• Conexión de la cisterna a tierra

• Se necesita una cubeta para recoger derrames líquidos.

Material de envasado adecuado:

• El metanol no es corrosivo en contacto con la mayoría de los metales a

temperatura ambiente, excepto plomo y magnesio.

• Revestimientos de cobre (o aleaciones), Zinc o aluminio no son adecuados

ya que son atacados lentamente

• Se recomienda acero inoxidable como material de construcción para

cisternas.

• Conservar alejado de fuentes de calor, ignición, agentes de oxidación,

ácidos, halógenos, bases, etc.

Catalizador: (Hidróxido de potasio) son gránulos hemisféricos sólidos de diámetro

y espesor uniforme, inodoras y de color blanco. Su geometría reduce la formación

de polvos y el apelmazamiento de manera tal que el producto se pueda almacenar

y manipular mejor.

El hidróxido de potasio (KOH) provoca quemaduras graves en la piel, los ojos y las

membranas mucosas. Evite respirar el polvo y se debe utilizar una ventilación

adecuada. Puede ser fatal de ser ingerido.

Acido sulfúrico: (H2SO4), es un líquido incoloro ligeramente turbio

• Pureza del 98.5%

• A temperatura ambiente es un líquido corrosivo, es más pesado que el

agua.

• Olor picante y penetrante.

• Es soluble en agua, pero reacciona violentamente al mezclarse con ella,

generando calor.

• Peligros para la salud:

• Corrosivo para todos los tejidos del cuerpo.


82

• La inhalación de los vapores puede causar daño pulmonar grave.

• Contacto con los ojos puede resultar en la perdida total de la visión.

• Su ingestión provocaría la corrosión de las membranas mucosas de la

boca, garganta y esófago.

Almacenamiento y manipulación:

• Evitar el contacto del ácido con el agua.

• Almacenar separado de carburos, cloratos, fulminatos, nitratos, metales en

polvo, materiales oxidantes y combustibles.

• Evitar el contacto con el ácido.

• Almacenar en un lugar aislado, no expuesto a la luz y bien ventilado.

• Almacenar en envases de fierro o polietileno, protegiéndolo de la humedad.

EL almacenamiento se debe de realizar en lugares ventilados, frescos y secos.

Lejos de fuentes de calor, ignición y de la acción directa de los rayos solares.

Separar de materiales incompatibles. Rotular los recipientes adecuadamente. No

almacenar en contenedores metálicos. No fumar en zonas de almacenamiento o

manejo por causa del peligro de la presencia de Hidrogeno en tanques metálicos

que contengan acido. Evitar el deterioro de los contenedores, se debe procurar

mantener cerrados los tanques cuando no estén en uso. Almacenar las menores

cantidades posibles. Los contenedores vacíos se deben separar del resto.

Inspeccionar regularmente la bodega para detectar posibles fugar o corrosión. EL

almacenamiento debe ser retirado de áreas de trabajo. El piso debe ser sellado

para evitar la absorción.

El almacenamiento se debe realizar en recipientes irrompibles y/o en

contenedores de acero inoxidable. La bodega de almacenamiento debe estar

provista con piso de concreto resistente a la corrosión.


83

Características de subproductos

Glicerina

La glicerina se puede obtener por síntesis química a partir de materias primas de

origen petroquímico como el propileno, síntesis biológica mediante la fermentación

microbiana o como co-producto de varios procesos de transformación de los

aceites vegetales y las grasas animales (saponificación, hidrolisis y

transesterificacion).

En la transesterificacion de los aceites lo que finalmente se obtiene no es glicerina

pura, sino fase rica en ese componente, cuya pureza depende de la tecnología de

producción utilizada, por lo que debe procesarse, de tal modo que se obtenga un

producto con la pureza requerida en el mercado.

El glicerol es compatible con muchos otros compuestos químicos; es soluble en

agua y alcohol, pero no en hidrocarburos y esteres, presenta gran estabilidad bajo

condiciones normales de almacenamiento, no es toxico y es biodegradable. Lo

anterior, unido a sus propiedades físicas (incolor, inodoro y viscoso), hace que el

glicerol sea un compuesto de gran versatilidad y, en consecuencia, con múltiples

aplicaciones en diversas industrias, ya sea, como ingrediente o aditivo, o como

materia prima.


84

Tabla 20 Características químicas del producto bruto

Componente Cantidad

Glicerol Mínimo 80%

Humedad Máximo 15%

Cenizas brutas Máximo 7.5 % (principalmente P y Na)

Metanol Máximo 0.5%

Materias orgánicas no glicerinosas Máximo 2%

pH

Densidad

Viscosidad

6.5

1,261 kg/m3

1.3923 kg/m*s


85

2.3.2 INFORMACIÓN TÉCNICA SOBRE PRODUCTOS, PROCESOS Y PATENTES

PROCESOS QUÍMICOS PARA LA PRODUCCIÓN DE BIODIESEL.

Existen tres formas básicas de producir biodiesel:

• Transesterificación con catalizador básico de un aceite con metanol.

• Esterificación con catalizador ácido de un aceite con metanol.

• Conversión del aceite en ácidos grasos, y luego en metil ésteres por

catálisis ácida.

Aunque la transesterificación es la reacción más utilizada al nivel mundial, los

otros procesos se proponen para tratar aceites que contienen mayor porcentaje de

ácidos grasos. El uso de la catálisis acida sirve como pre-tratamiento de materia

base con alto contenido de ácidos grasos libres, pero la velocidad de reacción

para convertir triglicéridos a metil ésteres es muy lenta. La casi totalidad de los

metil esteres que se producen en la actualidad se hacen con el primer método de

transesterificación alcali-catalizada, porque este método es el más económico:

• Proceso con baja temperatura (60-70°C) y presión (1,3 bar).

• Gran rendimiento de conversión (98%) con reacciones laterales mínimas.

• Tiempo de reacción corto.

• La conversión en metil éster es directa, sin pasos intermedios.

• No se necesitan materiales de construcción exóticos.

La mayoría de los procesos para fabricar biodiesel utiliza un catalizador para

iniciar la reacción. Su uso es necesario porque el alcohol es escasamente soluble

en la fase aceitosa. El catalizador crea un aumento de la solubilidad para permitir

que la reacción se desarrolle a velocidad razonable. Los catalizadores básicos se

usan esencialmente en las plantas que procesan aceites vegetales porque estos

tienen generalmente un bajo contenido de ácidos grasos libres y de agua, los dos

siendo perjudiciales al buen desarrollo de la reacción de transesterificación. Así,

los catalizadores más utilizados son bases minerales fuertes tal como hidróxido de


86

sodio o de potasio. Después de la reacción, estos catalizadores básicos deben

neutralizarse con ácidos minerales fuertes.

TRANSESTERIFICACIÓN CON CATALIZADOR BÁSICO DE UN ACEITE CON METANOL.

La transesterificación se basa en la reacción de moléculas de triglicéridos (el

número de átomos de las cadenas está comprendido entre 15 y 23, siendo el más

habitual de 18) con alcoholes de bajo peso molecular (metanol, etanol, propanol,

butanol) para producir ésteres y glicerina (que puede ser utilizada en cosmética,

alimentación, farmacia, etc.).

El contenido máximo de ácidos grasos libres aceptable con el proceso de

transesterificación es de 2%, lo mejor siendo inferior a 1%. La catálisis básica es

relativamente rápida porque el tiempo de residencia suele ser de 5 minutos a 1

hora, según la temperatura, la concentración, la mezcla y el ratio entre alcohol y

triglicérido. Los catalizadores que se ocupan usualmente son el hidróxido de sodio

NaOH, el hidróxido de potasio KOH y el metóxido de sodio (obtenido por mezcla

del metanol con NaOH).

La reacción de transesterificación básicamente convierte triglicéridos en biodiesel,

según la ecuación siguiente:

Aceite vegetal Metanol Catalizador Biodiesel Glicerina Catalizador

Ilustración 21 Reacción de transesterificacion


87

Las típicas proporciones de productos utilizados en el proceso de fabricación del

biodiesel mediante transesterificación son:

• reactantes: aceite (100 kg)

• alcohol primario (10 kg, metanol)

• catalizador: base mineral (0,3 kg de hidróxido de sodio o potasio)

• neutralizante: ácido mineral (0,25 kg de ácido sulfúrico o clorhídrico).

MECANISMO QUÍMICO DE LA TRANSESTERIFICACIÓN.

En la siguiente figura, se explica químicamente el proceso de transformación de

una de las tres cadenas ácida de un triglicérido, el componente principal del aceite

vegetal, en un metil éster (biodiesel).

En el paso (a) de la reacción, el metanol (CH3OH) reacciona con el catalizador

básico (denominado X). R1 es el grupo alquilo que forma parte de la cadena del

ácido graso del triglicérido. En el paso (b) el radical cargado negativamente

(CH3O-) reacciona con el doble enlace del grupo carbonilo del triglicérido. En el

paso (c) se forma una molécula del éster alquílico (R1COO CH3) – en nuestro

caso especifico se trata del metil éster. En el paso (d) se regenera el catalizador

formándose un diglicérido. Los pasos (a) al (d) se repiten hasta la desaparición del

triglicérido con la formación del mono alquil éster y glicerina como productos

finales.


88

Ilustración 22 Mecanismo químico de transesterificacion de un triglicérido

En la reacción de transesterificación se utiliza un catalizador para mejorar la

velocidad de reacción y el rendimiento final. Es importante destacar que sin él, no

sería posible esta reacción. Los catalizadores pueden ser ácidos homogéneos

(H2SO4, HCl, H3PO4, RSO3), ácidos heterogéneos (Zeolitas, Resinas Sulfónicas,

SO4/ZrO2), básicos heterogéneos (MgO, CaO, Na/NaOH/Al2O3), básicos

homogéneos (KOH, NaOH) o enzimáticos (Lipasas: Candida, Penicillium,

Pseudomonas). De todos ellos, los catalizadores que se suelen utilizar a escala

comercial son los catalizadores homogéneos básicos ya que actúan mucho más

rápido y además permiten operar en condiciones moderadas. En el caso de la


89

reacción de transesterificación, cuando se utiliza un catalizador ácido se requieren

condiciones de temperaturas elevadas y tiempos de reacción largos, lo que limita

su interés.

Ilustración 23 Reacciones implicadas en la transesterificacion

ESTERIFICACIÓN CON CATALIZADOR ÁCIDO DE UN ACEITE CON METANOL.

Aunque los catalizadores ácidos pueden ser utilizados para transesterificación, se

considera generalmente que son demasiado lentos para una fabricación industrial

de biodiesel. Los sistemas con catálisis ácida se caracterizan entonces por una

velocidad de reacción baja y un requerimiento del ratio alcohol: triglicérido alto

(20:1 y más).


90

Por esta razón, la reacción con catálisis acida se utiliza más comúnmente para la

esterificación de ácidos grasos libres (AGL) a ésteres o para convertir jabones a

ésteres, siendo una etapa de pre-tratamiento de materia base con alto contenido

de AGL. De este modo, este proceso se combina con la transesterificación de

manera a aprovechar el subproducto de ácidos grasos y producir asimismo

biodiesel. Dada la importancia de los ésteres se han desarrollado numerosos

procesos para obtenerlos. El más común es el calentamiento de una mezcla del

alcohol y del ácido correspondiente con ácido sulfúrico, utilizando el reactivo más

económico en exceso para aumentar el rendimiento y desplazar el equilibrio hacia

la derecha (esterificación de Fischer).

Ilustración 24 Esterificación de los AGL

Los catalizadores ácidos incluyen el ácido sulfúrico y el ácido fosfórico. El tiempo

de residencia de la mezcla en el reactor puede variar de 10 min a 2 horas. Al usar

ácido sulfúrico, este sirve tanto de catalizador como de sustancia higroscópica que

absorbe el agua formada en la reacción. A veces es sustituido por ácido fosfórico

concentrado. En la práctica este procedimiento tiene varios inconvenientes.

El alcohol puede sufrir reacciones de eliminación formando olefinas, esterificación

con el propio ácido sulfúrico o de formación del éter, y el ácido orgánico puede

sufrir decarboxilación.

Este proceso tiene varias características generales:

Puede ser en lote o continúo


91

• La temperatura es de 200 a 250°C y las presiones superiores a 10 bar.

• Necesita un retiro continuo del agua (porque esta apaga el catalizador)

• Se necesita aceros resistentes al ácido

• El rendimiento alcanza 99% en sistemas de contra corriente

• Los AGL que no reaccionaron se pueden remover con un depilado cáustico.

La catálisis ácida no se utiliza en el proceso industrial de transesterificación por

ser lento e intensivo en consume de energía (para calendar y presionar la mezcla).

Después de esta esterificación, el aceite tratado para eliminar los AGL se puede

transesterificar para convertir los triglicéridos en biodiesel. La mezcla (agua,

jabones y aceite) es secada, saponificada y ésterificada con metanol utilizando

como catalizador un ácido inorgánico. El proceso necesita un gran exceso de

alcohol y el costo de recuperación de este alcohol determina la factibilidad de este

proceso.

CONVERSIÓN DEL ACEITE EN ÁCIDOS GRASOS, Y LUEGO EN METIL ÉSTERES POR CATÁLISIS ÁCIDA.

Este método tiene poca aplicación industrial pero se usa para aceite con alto

grado de AGL, como alternativa al proceso anterior. En vez de hacer una

esterificación de los ácidos grasos libres y luego una transesterificación de los

triglicéridos restantes en la mezcla, este proceso pretende transformar el resto de

triglicéridos en AGL y después se aplica esterificación ácida al aceite para formar

biodiesel. El proceso para transformar triglicéridos en AGL, con obtención de

glicerina como co-producto, se llama hidrólisis.

Figura 26: Hidrólisis del triglicérido en AGL

Para ser eficiente, el proceso de hidrólisis mezcla vapor de agua con los

triglicéridos. Las propiedades de la hidrólisis son:


92

• Puede ser continuo o por lote

• Necesita aceros resistentes a los ácidos

• El rendimiento alcanza 99% en los sistemas de contra flujo

El proceso de hidrólisis se hace comúnmente en un reactor de contra flujo con uso

de vapor con ácido sulfúrico o sulfonico.

La segunda etapa consiste en una esterificación, generalmente a contra flujo, de

los ácidos grasos libres, donde los AGL se transforman en metil ésteres en

presencia de alcohol y con catálisis acida. Por fin, los ésteres se neutralizan y

secan. Esta reacción permite rendimientos de 99% pero el equipamiento

necesitara ser resistente a los ácidos. Sin embargo, la ventaja de este proceso es

el muy bajo costo de la materia base recuperada de procesos industriales como

grasa o aceites usados.

PROCESOS EN DESARROLLO

Proceso con co-solventes biox (sin catálisis)

Este proceso utiliza un co-solvente (tetrahidrofurano THF) para solubilizar el

metanol, cuya muy baja solubilidad en la fase de triglicérido disminuye mucho la

velocidad de reacción. Eso permite aumentar esta velocidad para obtener

biodiesel en 5 a 10 minutos y no tener residuos catalíticos en las fases de éster y

de glicerol. Se elige este co-solvente entre otros porque tiene un punto de

ebullición muy cerca al del metanol. Cuando se termine la reacción, el exceso de

metanol y THF se recuperan en una sola etapa. Este sistema necesita una

temperatura de funcionamiento relativamente baja, del orden de 30°C.

Los co-solventes pertenecen a la lista de contaminantes tóxicos del aire elaborada

por la EPA y por lo tanto requieren un equipamiento especial que garantice la

estanquidad del sistema, incluyendo la recuperación y reciclado de la mezcla

metanol co-solvente.


93

Proceso en Condiciones Supercríticas (sin catálisis)

Un ejemplo de sistema sin catalizadores es el que utiliza un elevado ratio de

alcohol:aceite

(42:1). Bajo condiciones supercríticas (350 a 400ºC y P>80 atm) la reacción se

completa en 4 minutos. Los costos de instalación y de operación son más altos y

la energía consumida mayor. Este proceso da la posibilidad de reaccionar el aceite

con el metanol sin ayuda de un catalizador, lo que elimina la necesidad de lavar el

biodiesel por agua. Además, las altas temperatura y presión permiten

transesterificar el aceite sin tener que eliminar o convertir los ácidos grasos libres.

Aunque los resultados mediante este proceso son muy interesantes, el escalado

de estas instalaciones a nivel industrial puede ser por lo tanto más difícil.

PROCESOS INDUSTRIALES PARA LA PRODUCCIÓN DE BIODIESEL.

Proceso discontinuo

El método más simple para la producción de biodiesel es el uso de un reactor con

un agitador dentro del estanque donde tiene lugar la reacción. Se denominan

estos reactores "batch" por funcionar por lotes, donde la producción se hace en

forma discontinua. Se han reportado soluciones de alcohol-triglicérido de 4:1 a

20:1 (mol-mol). La soluciones 6:1 es el más comúnmente utilizado. Se trata de

reactores con agitación, donde el reactor puede estar sellado o equipado con un

condensador de reflujo. Las condiciones de operación más habituales son a

temperaturas de 65ºC, aunque rangos de temperaturas desde 25ºC a 85ºC

también han sido publicadas. El catalizador más común es el NaOH, aunque

también se utiliza el KOH, en rangos del 0,3% al 1,5%.

Describamos el funcionamiento del sistema "batch". Primero, se carga el aceite en

el sistema, y después el catalizador y el metanol. El sistema esta agitado durante

el tiempo de reacción y al final se corta la agitación.

En algunos procesos, se deja la mezcla que reaccionó reposar para iniciar una

separación entre glicerol y ésteres.


94

En otros procesos, la mezcla se bombea hacia un estanque de decantación o se

separa en una centrifuga. El alcohol se remueve de ambos glicerol y éster

utilizando un evaporador o una unidad "flash" (alta temperatura, baja presión). Los

ésteres son neutralizados, lavados suavemente utilizando agua caliente levemente

ácida para remover las sales y el metanol residual, antes de secarlo. El biodiesel

final se manda a almacenamiento. Por otra parte, el flujo de glicerol se neutraliza y

lava con agua suave, antes de entrar a una etapa de refinación.

lava con agua suave, antes de entrar a una etapa de refinación.

Ilustración 25 Proceso "Batch"


95

Proceso continuo

Consta de una serie de reactores continuos del tipo tanque agitado. Son los

llamados CSTR del inglés, Continuous Stirred Tank Reactor. Este tipo de

reactores puede ser variado en volumen para permitir mayores tiempos de

residencia y lograr aumentar los rendimientos de la reacción.

Así, tras la decantación de glicerol primario, la reacción en un segundo CSTR es

mucho más rápida, con un porcentaje del 98% de producto de reacción.

Un elemento esencial en el diseño de los reactores CSTR es asegurarse que la

mezcla se realiza convenientemente para que la composición en el reactor sea

prácticamente constante. Esto tiene el efecto de aumentar la dispersión del glicerol

en la fase éster, lo que hace que el tiempo requerido para la separación de fases

se incrementa.

Existen diversos procesos que utilizan la mezcla intensa para iniciar la reacción

de esterificación que se puede hacer por bombas o mezcladores fijos. Un ejemplo

de alternativa a los reactores CSTR es el reactor de flujo pistón, del inglés Plug

Flow Reactor (PFR). En vez de tener la reacción en un estanque con agitación, el

reactor es de tipo tubular y la mezcla de reacción se mueve longitudinalmente por

este tipo de reactores, con poca mezcla en la dirección axial. En este caso, la

reacción se comporta como si fueran pequeños reactores CSTR en serie.

Ilustración 26 Plug Flow Reactor y Reactor CSRT


96

El resultado es un sistema en continuo que requiere tiempos de residencia

menores (del orden de 6 a 10 minutos) –con el consiguiente ahorro, para terminar

la reacción. Este tipo de reactor puede operar a elevada temperatura y presión

para aumentar el porcentaje de conversión.

PATENTES DE LOS PROCESOS EN LA OBTENCIÓN DE BIODIESEL.

Las patentes son documentos públicos donde los inventores detallan

procedimientos o dispositivos para resolver los problemas que se encuentran, en

cualquier campo de la técnica. A cambio los gobiernos les conceden el monopolio

de su explotación durante un número limitado de años.

No hay patentes de productos, como tal, de biodiésel, bioetanol o de ésteres

etílicos o metílicos, ya que son productos conocidos desde hace mucho tiempo y

de utilización común. Lo que se registra son procesos industriales para su

obtención, que mejoran los conocidos anteriormente, y otorgan a sus propietarios

una ventaja competitiva respecto a sus competidores. Igualmente el proceso de

transesterificación es bien conocido en la química orgánica, y sus principales

técnicas fueron registradas por Colgate-Palmolive-Peet y por E.I. duPont de

Nemours & Company entre los años 1942 y 1950, siendo 1945 donde se

patentaron los principales procesos para su obtención.


97

Tabla 21 principales patentes que describen el proceso de obtención de biodiesel y glicerina

Patente Inventor Titular Titulo Año

US 2.360.844 Bradshaw

E.I. duPont de

Nemours &

Company

Preparation of

detergents 1944

US 2.383.579 Allen Colgate-

Palmolive-Peet

Process for

treating fats and

fatty oils

1945

US 2.383.580 Arrowsmith Colgate-

Palmolive-Peet

Treating Fatty

Materials 1945

US 2.383.581 Arrowsmith Colgate-

Palmolive-Peet

Process for

preparing fatty

materials

1945

US 2.383.596 Dreger Colgate-

Palmolive-Peet

Method of

treatement of

fatty glycerides

1945

US 2.383.601 Keim Colgate-

Palmolive-Peet

Treating fats and

fatty oils 1945

US 2.383.602 Keim Colgate-

Palmolive-Peet

Process of

treatemet of fatty

glycerides

1945

US 2.383.632 Trent Colgate-

Palmolive-Peet

Process of

treating fatty

glycerines

1945

US 2.833.614 Percy Colgate-

Palmolive-Peet

Treatrement of

fatty glycerides 1945


98

2.3.3 SELECCIÓN DEL PROCESO O SISTEMA DE PRODUCCIÓN

El proceso elegido es el proceso discontinuo, ya que es el método más simple

para la producción de biodiesel, donde la producción se hace en forma discontinua

(lotes).

Este proceso es óptimo para la producción que se obtendrá que será de 7,897

litros por día. Por otra parte existen equipos para la producción de biodiesel que es

10, 000 litros diarios, con el paso del tiempo estos equipos tienen la facilidad de

aumentar su producción y se pueden ocupar con otro tipo de aceites ya se de

origen de vegetal o animal para la producción de biodiesel.


99

2.3.4 DESCRIPCION DEL PROCESO

A continuación se describe brevemente de lo que se realizara durante la

producción de biodiesel:

Recepción de materias primas

Toda materia prima se almacenará esperando a ser procesada y/o ocupada, de la

misma forma se tiene que realizar pruebas de calidad.

Acondicionamiento de la semilla

Este acondicionamiento de la semilla se le da, ya que algunas semillas aun vienen

con impurezas, por otra parte se les tienen que dar un pre-acondicionamiento para

que estas puedan entrar a la extracción del aceite. El cual consiste reducir el

contenido de humedad de un 10 a un 2 % con la ayuda de un secador. En esta

etapa dependiendo del tipo de secador que se requiera para llegar al porcentaje

deseado se utilizara un secador que insufle aire caliente el cual determinara el

tiempo necesario de trabajo.

También por el tipo de semilla a utilizar en este proceso se tendrá que realizar un

descascarillado antes de entrar en la extracción, el cual también el tiempo será

determinado por la capacidad de la maquina a ocupar.

Extracción mecánica de aceite

Este proceso se encarga de triturar las semillas, en donde se utiliza algún tipo de

maquina de presión o prensa para extraer el aceite de las semillas. Actualmente

se encuentran disponibles diferentes tipos de tecnologías para la extracción. La

selección de la tecnología a utilizar consiste en encontrar un equilibrio entre el

nivel de complejidad aceptable, los costos de la tecnología y calidad requerida del

aceite.


100

Transesterificacion

Es una reacción con triglicéridos (aceite vegetal) y metanol (alcohol) con la ayuda

de un catalizador (KOH) producen metil-esteres (biodiesel) y glicerina esta ultima

puede ser utilizada en cosmética, alimentación, farmacia, etc.

Dicha reacción se lleva acabo en reactores con agitación en el cual su duración

será de 2 horas a una temperatura de 60 °C.

Neutralización

Los ácidos grasos libres en el aceite vegetal pueden reaccionar con el catalizador

básico en presencia de agua, ocurriendo así mismo una reacción indeseable,

produciendo jabón. Esta reacción se considera parasita porque pone el catalizador

en una forma en que no contribuye a acelerar la reacción. Además, el exceso de

jabón puede inhibir el proceso posterior de biodiesel. En efecto, los jabones de

ácidos grasos libres tienden a solidificarse a temperatura ambiente así que una

mezcla de productos con exceso de jabón podría gelificar y formar una masa

media solida que seria difícil de remover.

Esta reacción se neutraliza agregando ácidos después de la transesterificacion la

cual se realiza en los mismos reactores con una duración de 2 horas.

Destilación y/o recuperación del metanol

Es necesario reciclar el metanol por que se agrega en exceso a la reacción para

apurarla y aumentar el rendimiento de conversión. El uso de este metanol de

nuevo en el proceso permite ahorrar en los costos de los insumos y evitar las

emisiones de metanol al ambiente.

Si el metanol se deja en el sistema al momento de separar las fases, el metanol

actúa como un estabilizador de fases, atrasando la velocidad de separación por

gravedad. Es ventajoso remover el metanol antes de la separación.


101

La recuperación del metanol en este proceso se realizara en un evaporador que

trabajara a 80 °C para recuperar el 90 % de metanol el cual su punto de ebullición

es de 64.7 °C.

Centrifugación de biodiesel y glicerina

Una vez que la reacción se ha completado y el metanol ha sido removido, existen

dos productos principales: el metil ester (biodiesel) y el glicerol. Debido a la

diferencia de densidades entre la glicerina y el metil ester (biodiesel), los dos

pueden ser separados por gravedad o centrifugación. Cualquier capa difusa puede

ser reciclada o enviada a un tratamiento de efluentes.

Lavado de biodiesel

Los jabones serán removidos durante el lavado por agua y los ácidos grasos

quedaran en el biodiesel. El lavado por agua sirve para remover todo catalizador,

jabón, metanol o glicerol libre quedando biodiesel. Neutralizar antes de lavar

reduce el agua necesaria y minimizar la potencialidad de emulsiones durante el

lavado.

Centrifugación de biodiesel

El biodiesel aun puede contener agua, ya sea como agua disuelta o como gotitas

suspendidas. Es por eso necesario de prever sistemas de secado o centrifugación

para el almacenamiento seco de biodiesel. El agua suspendida es un problema en

los sistemas de inyección de combustible porque participa en la corrosión de las

piezas más finas y cerradas de los inyectores. El agua puede contribuir además al

desarrollo de microbios en el combustible.


102

2.3.5 DIAGRAMA DE FLUJO


Acondicionamiento

de la semilla

Extracción

Mecánica

Aceite vegetal

Metanol

Trans-esterificación Catalizador

( KOH)

Neutralización Acido mineral (H2SO4)

Lavado biodiesel

Centrifugación biodiesel

Biodiesel al depósito

Centrifugación biodiesel/glicerina

Destilación metanol

Glicerina bruta


103

2.3.6 DIAGRAMA ASME


Acondicionamiento

de la semilla

Extracción mecánica

Aceite vegetal

Metanol

Trans-esterificación

Catalizador (kOH)

Neutralización Acido mineral (H2SO4)

Lavado biodiesel

Centrifugación biodiesel

Biodiesel al depósito

Centrifugación biodiesel/glicerina

Destilación metanol

Glicerina bruta

Silos


104

2.3.7BALANCES DE MATERIA Y ENERGIA

PARA LOS CANGILONES:

Para transportar los granos del silo hasta el secador se utilizan cangilones los

cuales utilizan un motor con una potencia de 0.26Hp que equivalen a 197.6Watts

este procesa 2Ton/hr si se transportaran 23.3Ton, se hace

2Ton----------------1hr

23.3Ton--------------X

X= 11.65hrs si por cada hora consume 197.6Watts se multiplica el tiempo por la

cantidad de Watts consumidos en 1hr y nos da:

11.65ℎ𝑟𝑠 197.6𝑤𝑎𝑡𝑡𝑠 = 2302.04𝑊𝑎𝑡𝑡𝑠 − ℎ𝑟 = 2.3𝐾𝑤-hr


105

BALANCES DE MATERIA EL SECADOR DE SEMILLAS

Al proceso de secado de semillas entran 23.3 toneladas con un 10% de humedad,

estas contienen un 60% de aceite, en donde se elimina un 8% de agua,

obteniendo al final 21.4 toneladas de semillas con un 2% de humedad.

SECADOR

Agua (B)

21.4 Ton de

Semilla con 2%

De humedad (C)

23.3 ton de Semilla con Un 10%

humedad (A), 60% aceite

BMG

A=B+C

Balance % de solidos

A (XA) = B (XB) + C (XC)

A (0.9) = B (0) + C (0.98)

A (0.9) = C (0.98)

C =20.970.98

C=21.4 Toneladas de semilla con un 2% de humedad

B=A – C

B=23.3 – 21.4


106

BALANCES DE ENERGÍA DEL SECADOR

Datos para determinar el volumen de aire caliente necesarios para evaporar un

8% de humedad presentes en las semillas.

1. Condiciones del aire del medio ambiente del municipio de Altamira,

Tamaulipas, México:

T° promedio anual = 30°C

HR = 85%

Y Humedad absoluta = 0.024 kg de agua

kg de aire seco

VE = 0.89𝑚!

𝑘𝑔 𝑑𝑒 𝑎𝑖𝑟𝑒 𝑠𝑒𝑐𝑜

2. Condiciones del aire seco

T° del bulbo seco = 45°C

Y Humedad absoluta = 0.030 kg de agua

kg de aire seco

VE = 0.91𝑚!

𝑘𝑔 𝑑𝑒 𝑎𝑖𝑟𝑒 𝑠𝑒𝑐𝑜

El aire del medio ambiente tiene una humedad relativa del 85% a una temperatura

de 30 °C lo cual indica que el aire es capaz de absorber un porcentaje de agua

muy bajo, así que es necesario elevar la temperatura del aire a 45 °C para obtener


107

un aire capaz de absorber la mayor cantidad de agua de las semillas,

obteniéndose aire saturado con un 100% de humedad relativa.

Sacando las diferencias de la humedad absoluta tanto del aire del medio ambiente

como la del aire seco se tiene como resultado:

∆Y = 𝑌 ! − 𝑌!

∆Y = 0.030 kg de agua

kg de aire seco− 0.024 kg de agua

kg de aire seco

∆Y = 0.006 kg de agua

kg de aire seco

1 kg de aire−−−−0.006 kg de agua

x−−−−−−−−− 1,900 kg de agua

X = 316,666.67 kg de aire Seco necesario para poder eliminar los 1,900 kg de

agua.

Energía requerida para el secador:

Calor sensible del aire = m ∗ cp ∗ ∆T

Datos:

masa del aire = 316,666.67 kg

Cp = 1.0053kj

kg ∗ °C

∆T = 45− 30°C = 15°C


108

Sustituyendo valores

Calor sensible del aire = 316,666.67 kg ∗ 1.005kj

kg ∗ °C ∗ 15°C

Calor sensible del aire = 4,775,175.05 !"!"#laboral del secador

La cantidad de kj que gasta el secador es convertida a kw para saber cuánta

energía se ocupara por hora (Considerando que el secador trabajara 14.5 horas

diarias):

En donde:

!!= watt

1 kw = 1,000 watt

1 dia laboral del secador = 14.5 hr

1 hora = 3,600 segundos

Energia requerida del secador = 4,775,175.05kjdia

lote por dia14.5 hr

Energia requerida en el secador = 4,775,175.05kj

14.5 hr1 hr3600 s = 91.47

kjs ó Kw

𝐄𝐧𝐞𝐫𝐠𝐢𝐚 𝐫𝐞𝐪𝐮𝐞𝐫𝐢𝐝𝐚 𝐞𝐧 𝐞𝐥 𝐬𝐞𝐜𝐚𝐝𝐨𝐫 = 𝟗𝟏.𝟒𝟕 𝐊𝐰 ∗ 𝟏𝟒.𝟓 𝐡𝐫𝐚𝐬 𝐝𝐞 𝐭𝐫𝐚𝐛𝐚𝐣𝐨

𝐄𝐧𝐞𝐫𝐠𝐢𝐚 𝐫𝐞𝐪𝐮𝐞𝐫𝐢𝐝𝐚 𝐞𝐧 𝐞𝐥 𝐬𝐞𝐜𝐚𝐝𝐨𝐫 = 𝟏,𝟑𝟐𝟔.𝟑𝟏 𝐤𝐰.𝐡𝐫

La energía necesaria para el secador será de 91.47 kw pero en esta etapa del

proceso el secador trabajara 14 .5 horas lo cual generara un mayor consumo de

energía el cual será de 1,326.31 Kw - hr para lograr el porcentaje de humedad

requerido en los granos para su mejor extracción de aceite.


109

BALANCE DE MATERIA EN EL DESCASCARADO

En el descascarado entran 21.4 toneladas de semilla con cascara, con un 2 % de

humedad, donde se eliminan el 35 % respecto al peso total de la semilla,

obteniendo así un 13.91 toneladas de semilla sin cascara

DESCASCARADO

7.49Ton de cascara (D)

21.4 Ton de Semilla con Cascara con 2%

Humedad (C)

13.91 Ton

De almendra

(E)

BMG

C=D+E

Balance % de cascara

C (XA) = D (XD) + E (XE)

C (0.35) = D (1) + E (0)

C (0.35) = D (1)

D =7.491

D = 7.49 Toneladas de cascara

E = C - D

E = 21.4 – 7.49


110

BALANCE DE ENERGÍA PARA LA DESCASCARILLADORAS

Se utilizaran tres secadores que procesan 800Kg/h si en total se procesaran

21400Kg de semilla que es lo de un lote de trabajo cada una de ellas procesara

7100Kg

800Kg-------------------1hr

7100Kg------------------- X

X= 8.9Hrs.

Si por cada hora este equipo gasta 2.05Kw y cada máquina trabajara 8.9Hrs se

consumirán:

2.05 𝐾𝑤 8.9ℎ𝑟 3 = 54.7𝐾𝑤 − ℎ𝑟

Los 54.7Kw-hr se consumirán en 8.9hrs por las tres descascarilladoras


111

BALANCE DE MATERIA EN LA EXTRACCIÓN DE ACEITE

En el proceso de extracción de aceite entran 13.91 toneladas de semilla el cual

contiene un 60 % de aceite y salen 8.07 toneladas de aceite vegetal, en donde

hubo perdidas del 4.8 % de aceite el cual se queda en la torta residual.

EXTRACCION DE ACEITE

5.84Ton Torta residual (F)

13.91Ton de Almendra con 60% de aceite (E)

8.07Ton de

Aceite vegetal (G)

Balance Gral. En el extractor

E=F+G

Balance para % de aceite

E (XE)= F (XF) + G (XG)

E (0.6) = F (0.048) + G (1)

Balance para % de solidos

E (XE)= F (XF) + G (XG)

E (0.4) = F (0.952) + G (0)

E (0.4) = F (0.952)

F =5.5640.952

F = 5.84Ton de torta con un 4.8% de aceite

Retomando el balance Gral. Del extractor

E=F+G

G=E-F

G =13.91- 5.84

G = 8.07 Toneladas de aceite vegetal


112

BALANCES DE ENERGÍA PARA LA EXTRACCIÓN DE ACEITE

Para esta operación se van a procesar 13.91Ton de almendra con un 60% de

aceite para lo cual se eligió trabajar con 3 prensas que trabajan 14Ton/24hrs. y

consumen 20Kw cada una.

Si dividimos el volumen que procesa entre las horas de trabajo este procesara:

14𝑇𝑜𝑛24ℎ𝑟𝑠 = 0.58𝑇𝑜𝑛 ℎ𝑟

Estas máquinas solo trabajaran 8hrs diarias por lo tanto procesaran:

0.58𝑇𝑜𝑛ℎ𝑟𝑟 8ℎ𝑟𝑠 = 4.64𝑇𝑜𝑛 𝑑𝑒 𝑎𝑙𝑚𝑒𝑛𝑑𝑟𝑎 𝑐𝑎𝑑𝑎 𝑢𝑛𝑎

Multiplicándola por las 3 máquinas obtenemos que procesaran todo el lote en

8hrs.

4.64𝑇𝑜𝑛 3 = 13.92𝑡𝑜𝑛 𝑒𝑛 8 ℎ𝑟𝑠 𝑐𝑜𝑛 𝑡𝑟𝑒𝑠 𝑚𝑎𝑞𝑢𝑖𝑛𝑎𝑠

Multiplicando las 8hrs por las 3 máquinas nos dan un total de 24hrs. estas

multiplicadas por el gasto de energía nos da un total de:

24ℎ𝑟𝑠 20𝐾𝑤 = 480𝐾𝑤 − ℎ𝑟 Para procesar un lote completo en la extracción

Para esta etapa del proceso se utilizaran bombas de desplazamiento positivo de

engranaje y de acero inoxidable ya que esta permite manejar fluidos de altas y

bajas viscosidades además son de fácil mantenimiento, operación confiable y alta

eficiencia. Esta será utilizada para llevar el aceite desde la extracción hacia la

transesterificacion. La cual tendrá una potencia de 0.5 hp y un gasto de energía de

297Watts en 20min que es lo que tardara en bombera el aceite desde el punto de

extracción hasta la transesterificacion los cálculos para determinar esto son los

siguientes:

Propiedades del aceite:

Densidad= ⍴ = 900𝐾𝑔/𝑚!


113

Viscosidad= 𝜇 = 62𝑥10!!𝑃𝑎 ∙ 𝑠

∀= 𝑔𝑎𝑠𝑡𝑜 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑡𝑟𝑖𝑐𝑜

∀= 8.97𝑚!/20𝑚𝑖𝑛 Esto es lo que se bombeara y también se puede expresar en :

7.475x10-3 m3/s

Con un tubo de acero inoxidable de 2plg de diámetro Ø que son equivalentes a

0.0508m

𝑅𝑒 =DVρµ

𝑉 =∀A

𝐴 = 𝜋𝑟! 𝐴 = 𝜋0.0254! 𝐴 = 2.02𝑥10!!𝑚!

𝑉 =(8.97𝑚!/20min )2.02𝑥10!!𝑚!

𝑉 = 4440.59m/20min = 3.7𝑚/𝑠

𝑅𝑒 =(!.!"!#)(!.!!! )(!""!"

!! )

!"!!"!!

𝑅𝑒 = 2728.45

𝜖𝐷 =

0.000150.0508

=2.95x10-3

f′ =0.046 sacado de tablas

𝐸𝑓 = 𝑓′ !!

!!!

De donde D=diámetro; L= longitud del tubo

𝐸𝑓 = 0.046 !.!!

!!.!!"!.!"!#


114

𝐸𝑓 = 35.81

𝐸𝑚 = 𝐿 𝑔 !!

!𝐸𝑓 Donde g= a la gravedad

𝐸𝑚 = 𝑍 𝑔 +𝑉!

2 + 𝐸𝑓

𝐸𝑚 = 5.778 9.81 +3.7!

2 + 35.81

𝐸𝑚 = 99.34

ᵯ=(⍴)(∀)

ᵯ=(900)(7.475x10-3)

ᵯ=6.7275

Potencia = 𝐸𝑚 ᵯ

Potencia = 99.34 6.7275

Potencia = 668.30 esta potencia es si el equipo trabajara al 100%, pero como

nuestras bombas trabajaran al 75%

%eficiencia = !"!#$%& !"#$"!%&'!"!#$%& !"#$%$!&'()(

energia suministrada =𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑎 𝑟𝑒𝑞𝑢𝑒𝑟𝑖𝑑𝑎

% eficiencia

energia suministrada =668.300.75

energia suministrada = 891.1J/S Esto equivale a 891.1 Watts

891.1 𝑤𝑎𝑡𝑡𝑠 !!"!"#!"##$

=1.17 Hp


115

Esta potencia de la bomba es para el lote completo, pero como se utilizan tres

equipos se divide entre 3 y obtenemos:

1.17𝐻𝑝3 = 0.39𝐻𝑝

Por lo tanto cada equipo utilizara un bomba de 0.39Hp como no hay bombas de

esa potencia se utilizaran bombas de ½ Hp.


116

BALANCE DE MATERIA EN LA TRANSESTERIFICACIÓN

Al proceso de Transesterificación entran 8.07 toneladas de aceite vegetal, así

mismo se introducen 0.8 toneladas de metanol y 0.05 toneladas de catalizador,

obteniendo 8.92 toneladas de aceite con metanol y catalizador.

TRANSESTERIFICACION

0.8 Ton de metanol (H)

8.07Ton de aceite

Vegetal (G)

8.92Ton (J) de aceite con metanol y catalizador

0.05ton de catalizador (I)

Por cada 1.03Ton de aceite vegetal se necesitan 102Kg de metanol y 6.2Kg de KOH. Para 8.07 toneladas de aceite se necesitan:

7.84 (102) = 799.68Kg de metanol

7.84 (6.2) = 48.61Kg de KOH

BALANCE EN EL TRANSESTERIFICACION

J=G+H+I

J=8.07+0.8+0.05

J= 8.92 Toneladas de aceite con metanol y catalizador


117

BALANCE DE ENERGÍA

Calor sensible de la solución (Aceite + metanol+ Hidróxido de Potasio)

𝐸. 𝑟𝑒𝑞𝑢𝑒𝑟𝑖𝑑𝑎 𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑐𝑎𝑙𝑒𝑛𝑡𝑎𝑟 𝑙𝑎 𝑚𝑒𝑧𝑐𝑙𝑎 = 𝑄 𝑠𝑒𝑛𝑠𝑖𝑏𝑙𝑒 𝑑𝑒𝑙 𝑎𝑐𝑒𝑖𝑡𝑒 + 𝑄𝑠𝑒𝑛𝑠𝑖𝑏𝑙𝑒 𝑑𝑒𝑙 𝑚𝑒𝑡𝑎𝑛𝑜𝑙 + 𝑄 𝑠𝑒𝑛𝑠𝑖𝑏𝑙𝑒 𝑑𝑒𝑙 𝐾𝑂𝐻

• Calor sensible del aceite Datos: 𝑚 = 2,690 𝑘𝑔 (Esa cantidad es porque se ocuparan tres reactores)

𝐶𝑝 = 1.97𝑘𝑗𝑘𝑔°𝐶

∆𝑇 = 60− 30°𝐶 = 30°𝐶

Formula: Calor sensible del aceite = m ∗ cp ∗ ∆T

Calor sensible del aceite = 2,690kg ∗ 1.97kj

kg ∗ °C ∗ 30°C

𝐂𝐚𝐥𝐨𝐫 𝐬𝐞𝐧𝐬𝐢𝐛𝐥𝐞 𝐝𝐞𝐥 𝐚𝐜𝐞𝐢𝐭𝐞 = 𝟏𝟓𝟖,𝟗𝟕𝟗 𝐤𝐣

• Calor sensible del metanol Datos:

𝑚 = 266.66 𝑘𝑔(Esta cantidad es porque se ocuparan tres reactores)


∆𝑇 = 60− 30°𝐶 = 30°𝐶

Formula: Calor sensible del metanol = m ∗ cp ∗ ∆T

Calor sensible del metanol = 266.66kg ∗ 2.533kj

kg ∗ °C ∗ 30°C

𝐂𝐚𝐥𝐨𝐫 𝐬𝐞𝐧𝐬𝐢𝐛𝐥𝐞 𝐝𝐞𝐥 𝐦𝐞𝐭𝐚𝐧𝐨𝐥 = 𝟐𝟎,𝟐𝟔𝟑.𝟓 𝐤𝐣


118

• Calor sensible del Hidróxido de Potasio Datos: 𝑚 = 16.66 𝑘𝑔(Esta cantidad es porque se ocuparan tres reactores)


∆𝑇 = 60− 30°𝐶 = 30°𝐶

Formula: Calor sensible del metanol = m ∗ cp ∗ ∆T

Calor sensible del metanol = 16.66kg ∗ 1.0075kj

kg ∗ °C ∗ 30°C

𝐂𝐚𝐥𝐨𝐫 𝐬𝐞𝐧𝐬𝐢𝐛𝐥𝐞 𝐝𝐞𝐥 𝐦𝐞𝐭𝐚𝐧𝐨𝐥 = 𝟓𝟎𝟑.𝟓𝟒 𝐤𝐣

Sustituyendo esta ecuación:

𝐸. 𝑟𝑒𝑞𝑢𝑒𝑟𝑖𝑑𝑎 𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑐𝑎𝑙𝑒𝑛𝑡𝑎𝑟 𝑙𝑎 𝑚𝑒𝑧𝑐𝑙𝑎

= 𝑄 𝑠𝑒𝑛𝑠𝑖𝑏𝑙𝑒 𝑑𝑒𝑙 𝑎𝑐𝑒𝑖𝑡𝑒 + 𝑄𝑠𝑒𝑛𝑠𝑖𝑏𝑙𝑒 𝑑𝑒𝑙 𝑚𝑒𝑡𝑎𝑛𝑜𝑙 + 𝑄 𝑠𝑒𝑛𝑠𝑖𝑏𝑙𝑒 𝑑𝑒𝑙 𝐻𝑖𝑑𝑟𝑜𝑥𝑖𝑑𝑜 𝑑𝑒 𝑃𝑜𝑡𝑎𝑠𝑖𝑜

E. requerida para calentar la mezcla = 158,979kjdia+ 20,263.5

kjdia+ 503.54

kjdia

𝐄. 𝐫𝐞𝐪𝐮𝐞𝐫𝐢𝐝𝐚 𝐩𝐚𝐫𝐚 𝐜𝐚𝐥𝐞𝐧𝐭𝐚𝐫 𝐥𝐚 𝐦𝐞𝐳𝐜𝐥𝐚 = 𝟏𝟕𝟗,𝟕𝟒𝟔.𝟎𝟒 𝐤𝐣

Hasta este momento solo se ha calculado la energía requerida para calentar la

mezcla, pero aun falta calcular la energía requerida para calentar el reactor en

donde se realizara la transesterificacion, la temperatura inicial de la mezcla en el

reactor a 30°C ya que es la temperatura promedio de Altamira, Tamaulipas. En

donde la mezcla Dicho reactor consta de las siguientes características:

• Enchaquetado

• Construido con acero al carbón con un espesor de 5mm.

• Área de 13.57 m2


119

Por lo tanto se ocupara la siguiente fórmula para calcular la energía requerida para

calentar el reactor:

E. requerida para calentar el reactor (q) = hc ∗ A ∗ ∆T

En donde:

hc = Coeficiente superficial de transmisión

A = Área del reactor

∆T = Diferencia de temperaturas

Datos:

hc = Este dato no se tiene por lo tanto se tendrá que determinar

A = 13.57 m2

T 1= 30 °C es la temperatura que tiene la mezcla

T 2= 120 °C es la temperatura que tiene el vapor

Calculando el coeficiente superficial de transmisión

El cual se determinara con la siguiente formula:

1ℎ𝑐 =

1ℎ𝑠 𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟 +

𝑥𝑘 +

1ℎ𝑠 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑚𝑒𝑧𝑐𝑙𝑎

1ℎ𝑐 =

1

10000 𝑗𝑚²𝑠⁰𝐶

+0.005𝑚

36 𝑗𝑚 𝑠 ⁰𝐶

+1

1700 𝑗𝑚²𝑠⁰𝐶

1ℎ𝑐 = 8.27𝑥10!!

ℎ𝑐 = !!.!"!!"!!

= 1209 𝑗

𝑚²𝑠⁰𝐶

1𝑘𝑗

1000 𝑗= 1.209

𝑗

𝑚²𝑠⁰𝐶


120

Obteniendo el valor de hc se procede a realizar el calculo de la energía requerida

para el reactor:

q = hc ∗ A ∗ ∆T

q = 1209𝑗

𝑚!𝑠!𝐶 ∗ 13.57𝑚! ∗ 90!𝐶

q = 1476551.7js

1kj1000 j = 1476.55 kj

Realizando los cálculos anteriores se estimo la energía necesaria para el

calentamiento del reactor la cual corresponde a 1476.55 kj

Determinación de las pérdidas de calor al medio ambiente por convección natural:

q = hc ∗ A ∗ ∆T

Datos

Área= 13.57m2

Acero al carbón

Conductividad térmica (k)= 36 !! ! ⁰!

Espesor (x)= 0.005m

L= 2.13 m

A continuación se desarrollaran las ecuaciones para la determinación del hc para

el desarrollo de la formula q = hc ∗ A ∗ ∆T para determinar el calor perdido por las

paredes del reactor hacia el medio ambiente el cual se encuentra a una

temperatura de 30 ºC:

Determinación de Prantt:

Datos


121

Cp= calor especifico del aire 1.005 !!" ⁰!

µ= viscosidad del aire 1.91x10!! !"!²

k= conductividad del acero al carbón 36 !! ! ⁰!

prantt (pr) =Cpµk = 1.005

jkg ⁰C

∗ 1.91x10!! Nsm²

÷ 36𝑗

𝑚 𝑠 ⁰𝐶

prantt = 5.33x10!!

Determinación de Grasshof:

Grasshof (Gr) =L³ ∗ ρ² ∗ g ∗ β ∗ ∆T

µ²

Donde

L = altura del reactor

ρ = densidad del aire

g = gravedad

β =175 =

175+ 273 =

1340 = 2.873𝑥10!!

∆T = diferencia de temperatura (120-30 ºC= 90 ºC)

µ = viscosidad del aire

Grasshof =2.13m ! ∗ (1.14 kgm!)² ∗ 9.81

ms ∗ 2.873𝑥10

!! ∗ 90⁰C

(1.91x10!! Nsm²)²

= 8.732x10!"

pr ∗ Gr = 5.33x10!! ∗ 8.732x10!" = 4.6x10! se encuentra en flujo laminar y por lo

tanto se utilizara la siguiente formula para determinara el hc:


122

hc = 1.3 (∆TL )

!.!"

hc = 1.3 (90 ⁰C2.13 m)

!.!" = 3.314𝑗

𝑚!𝑠!𝐶

q = hc ∗ A ∗ ∆T

q = 3.314𝑗

𝑚!𝑠!𝐶 ∗ 13.57m² ∗ 90 ⁰C

q = 4047.38js

1kj1000j = 4.04

kjs3600 s1 hr = 14,544

kjhr

La energía que se pierde al medio ambiente es del orden de 14,544 !"!"

la cual se

pierde en toda el area del reactor que esta en contacto con el aire a su alrededor.

A continuación se realizara el cálculo de la energía total que se requiere en todo el

reactor, así como también la masa de vapor necesario para realizar la etapa de la

transesterificación.

λ = 2203kjkg a 120⁰C

qT = m vapor ∗ λvapor

qT = q sensible de la mezcla + q transferenecia de calor en el reactor + q conveccion natural

qT = 179,746.03kj+ 1476.55 kj+ 14,544 !"!"= 195,766.55 !"

!"

195,766.55kjhr = m vapor ∗ 2203

kjkg


123

Despejando la masa de vapor de la formula anterior:

m vapor =195,766.55 kjhr2,203 kjkg

= 88.86kghr de vapor

La formula anterior nos muestra la cantidad de vapor necesario para llevar acabo

la transesterificación durante 1 hora de trabajo del reactor, pero este trabajara 2

horas para realizar adecuadamente las reacciones entonces el vapor necesario

será para un reactor:

88.86kghr ∗ 2 hr = 177.72 kg de vapor necsarios para 1 reactor

Pero se necesitaran 3 reactores para el proceso de transesterificación:

Entonces el vapor será:

177.72 kg ∗ 3 = 533.16 kg de vapor para toda la transesterificacion

El cálculo subsiguiente es para determinar los BHP necesarios para 1 reactor que

trabajara 2 horas:

195,766.55 !"!"

!"""#!"#

!"#!"## !

!"#$!!"#$

= 5.54 BHP

5.54 BHP ∗ 3 reactores = 16.62 BHP

Estos BHP nos sirven para determinar el tamaño de la caldera que se usara para

la producción del vapor requerido a la temperatura de 120 ºC para el desarrollo de

las reacciones en el proceso de transesterificación.

Balance de energía para el motor de agitación en el reactor de transesterificaion

Para este proceso se tomaron en cuenta 3 reactores con capacidad de 3500litros

por lote cada reactor consume para su agitación 9Kw la transesterificacion se lleva

a cabo en un tiempo de 2hrs, así que solo hay que multiplicar el tiempo por el


124

consumo de energía por el número de reactores y obtendremos el consumo de

energía en este proceso:

9 𝑘𝑤 2ℎ𝑟 3𝑚𝑎𝑞𝑢𝑖𝑛𝑎𝑠 = 54𝐾𝑤 − ℎ𝑟

Balance de energía para las bombas que alimentaran el metanol a los reactores

En este proceso se utilizaran bombas centrifugas ya que estas bombas tienen una

gran holgura ofrecida al paso de fluidos, sus ventajas primordiales son su

simplicidad el bajo costo inicial, el flujo uniforme y el pequeño espacio necesario

para su instalación, será de acero inoxidable.

Para esta etapa del proceso se utilizaran 3 bombas con las características

anteriores y con una potencia de 0.5Hp y un gasto de energía de 83.2Watts en

10min que es el tiempo en el que se va a agregar el metanol al transesterificador.

Para determinar la capacidad y el gasto de energía se recurrió a realizar los

cálculos como en los cálculos realizados en el ejercicio de la página 112 con los

siguientes datos

Densidad= ⍴ = 791.8𝐾𝑔/𝑚!

Viscosidad= 𝜇 = 6.4𝑥10!!𝑃𝑎 ∙ 𝑠


∀= 1.01𝑚!/10𝑚𝑖𝑛 Esto es lo que se bombeara y también se puede expresar en:

1.68x10-3 m3/s


0.0508m


125

BALANCE DE MATERIA PARA EL NEUTRALIZADO

Al neutralizado se introducen 8.92 toneladas de aceite con metanol y catalizador,

así mismo se introducen 0.047 toneladas de acido, obteniéndose 8.97 toneladas

de aceite con acido, catalizador y metanol.

Por cada 1.03Ton de aceite se utilizan 6 Kg de acido por lo tanto:

(6Kg) (7.84) = 47.04Kg de acido.

Balance para el neutralizador

L=J+K

L=8.92+0.047

L=8.967

L=8.97 Toneladas de aceite con acido, catalizador y metanol

NEUTRALIZAR

0.047Ton de acido (K)

8.92Ton (J)

De aceite con

Metanol y

Catalizador

8.97Ton de aceite con

Acido, catalizador y

Metanol (L)


126

BALANCE DE ENERGÍA PARA LA NEUTRALIZACIÓN

Este se llevara a cabo en los mismos reactores por lo tanto solo se tomara en

cuenta el gasto generado por el motor para la agitación. También tendrá una

duración de 2hrs.

9 𝐾𝑤 2ℎ𝑟 3𝑚𝑎𝑞𝑢𝑖𝑛𝑎𝑠 = 54𝐾𝑤 − ℎ𝑟

En esta etapa del proceso serán utilizados 26litros de ácido sulfúrico para todo el

lote de producción, como son tres reactores en los cuales se lleva a cabo el

proceso estos 26 se dividirán en los tres reactores por lo tanto se agregaran 8.7

litros en cada reactor, el cual será vertido de manera manual ya que si se hiciera

por medio de una bomba el valor obtenido seria despreciable por tal motivo se

decidió hacerlo de forma manual.

Al termino del neutralizado serán utilizadas tres bombas centrifugas para llevar la

solución de aceite-metanol-ácido sulfúrico y el catalizador a la destilación. La

potencia y el gasto de energía de la bomba obtenidos mediante los cálculos de la

pagina 112, fueron de 0.67Hp y un gasto de energía de 512.3Watts; pero como

son tres equipos utilizados estos resultados fueron divididos entre tres y se obtuvo

que se utilizaran tres bombas de 0.5Hp y tendrán un gasto de 170.8Watts por

30min que será el tiempo en que se transporte la solución hacia la destilación.

Los datos para realizar los cálculos son los siguientes:




∀= 10.19𝑚!/10𝑚𝑖𝑛 Esto es lo que se bombeara y también se puede expresar en

5.66x10-3 m3/s


0.0508m


127

BALANCE DE MATERIA PARA LA RECUPERACIÓN DE METANOL

En el proceso de recuperación de metanol entran 8.97 toneladas de aceite con

acido y metanol (biodiesel), en donde se va a recuperar el 90% de metanol

obteniendo así 8.25 toneladas de biodiesel

RECUPERACION DE METANOL

0.72Ton de metanol (M)

8.97Ton (L)

8.25Ton (N)

Balance General de Materia para recuperación de metanol

N=L+M

Se recupera el 90% de metanol si entraron 800Kg

(800)(0.90)=720Kg redondeando 720 Kg

N=8.97 – 0.77

N=8.25 Toneladas de biodiesel


128

BALANCE DE ENERGÍA PARA LA RECUPERACIÓN DEL METANOL

Este equipo se empleara para realizar la evaporación del metanol y después

condensarlo mediante el uso de un intercambiador, el evaporador tendrá una

presión de 47.4 KPa para estar a una temperatura de 80 ºC para recuperar

totalmente el 90% del metanol.

𝑞𝑇 = 𝑄 𝑠𝑒𝑛𝑠𝑖𝑏𝑙𝑒 𝑑𝑒𝑙 𝑎𝑐𝑒𝑖𝑡𝑒 + 𝑄𝑠𝑒𝑛𝑠𝑖𝑏𝑙𝑒 𝑑𝑒𝑙 𝐾𝑂𝐻 + 𝑄 𝑠𝑒𝑛𝑠𝑖𝑏𝑙𝑒 𝑑𝑒𝑙 𝐻!𝑆𝑂! + 𝑄 𝑙𝑎𝑡𝑒𝑛𝑡𝑒𝑑𝑒𝑙 𝑚𝑒𝑡𝑎𝑛𝑜𝑙

𝑞𝑇 =m ∗ cp ∗ ∆T+m ∗ cp ∗ ∆T+m ∗ cp ∗ ∆T+m ∗ λ

Sustituyendo valores en la ecuación para determinar la energía necesaria en el

evaporador.

𝑞𝑇 = 8070 𝑘𝑔 ∗ 1.97kj

kg ∗ °C ∗ 50°C + 50kg ∗ 1.0075kj

kg ∗ °C ∗ 50°C + 47kg ∗ 1.381kj

kg ∗ °C ∗ 50°C + 800kg ∗ 1104kjkg

𝑞𝑇 = 794,895 𝑘𝑗 + 2518.75 𝑘𝑗 + 3245.35 𝑘𝑗 + 883,200 𝑘𝑗

𝑞𝑇 = 889,750.995 𝑘𝑗ℎ𝑟

Calculando los BHP necesarios para la caldera para abastecer de vapor al

evaporador:

𝑞𝑇 = 889,750.995 𝑘𝑗ℎ𝑟

1000j1kj

BTU1055 j

1BHP33475 = 25.19 BHP

Calculando la masa de vapor necesario para realizar la evaporación del metanol:

𝑞𝑇 =m vapor ∗ λ vapor


129

m vapor =889,750.995 kjhr

2203 kjkg

= 403.88kghr de vapor a 120 ⁰C

Determinación de la energía necesaria en el intercambiador

Para realizar la condensación del metanol evaporado se utilizara un

intercambiador en el cual el vapor de metanol entrara con una temperatura de 80

ºC y se requiere bajar su temperatura a 15 ºC para obtener el metanol en estado

liquido, en el intercambiador se utilizara una salmuera de cloruro de sodio al 22%

la cual estará a una temperatura de 5ºC para ganar la mayor cantidad de calor.

Calculando la masa requerida de salmuera para bajar la temperatura del vapor de

metanol:

𝑄 𝑙𝑎𝑡𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒𝑙 𝑚𝑒𝑡𝑎𝑛𝑜𝑙 = 𝑄𝑠𝑒𝑛𝑠𝑖𝑏𝑙𝑒 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑠𝑎𝑙𝑚𝑢𝑒𝑟𝑎

m ∗ λ = m ∗ cp ∗ ∆T

720kghr ∗ 1104

kjkg = m ∗ 3.4

kj

kg ∗ °C∗ 15− 5!C

794,880 kj = m 34kjkg

m =794,880kj

34 kjkg

= 23,378.82 kg de salmuera

Determinación de la energía necesaria para el enfriamiento de la salmuera:

𝑄𝑠𝑒𝑛𝑠𝑖𝑏𝑙𝑒 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑠𝑎𝑙𝑚𝑢𝑒𝑟𝑎 =m ∗ cp ∗ ∆T

𝑄 𝑠𝑒𝑛𝑠𝑖𝑏𝑙𝑒 𝑠𝑎𝑙𝑚𝑢𝑒𝑟𝑎 = 23,378.82𝑘𝑔ℎ𝑟

∗ 3.4kj

kg ∗ °C∗ 15− 50C

𝑄 𝑠𝑎𝑙𝑚𝑢𝑒𝑟𝑎 = 794,879.88𝑘𝑗ℎ𝑟

1ℎ𝑟3600𝑠

= 220.79𝑘𝑗𝑠

ó 𝑘𝑤

𝑄 𝑠𝑎𝑙𝑚𝑢𝑒𝑟𝑎 = 220.79 𝑘𝑤 ∗ 1 ℎ𝑟 = 220.79𝑘𝑤 − ℎ𝑟


130

Una vez concluida la destilación y recuperado el metanol se pasara a la centrifuga

para ello se necesitara 1 bomba centrifugas de acero inoxidable, para estimar el

gasto de energía y la potencia se realizaron los cálculos como en la página 112

solo que con los siguientes datos:





7.81x10-3 m3/s


0.0508m

y se obtuvieron los siguientes resultados de gasto de energía 805Watts y de

potencia 1.1Hp en esta etapa del proceso se utilizara únicamente 1 bomba debido

a que al momento de la centrifugación es solo una centrifuga la que se utiliza.


131

BALANCES DE MATERIA PARA EL PROCESO DE CENTRIFUGACIÓN

En dicho proceso se introducen 8.25 toneladas de biodiesel, en donde se obtendrá

0.88 toneladas de glicerina y 7.37 toneladas de biodiesel.

CENTRIFUGACION

0.88Ton de glicerina (O)

8.25Ton (N)

7.37Ton de

Biodiesel (P)

Por cada 1.03 Ton de aceite se obtienen 112 Kg de glicerina

(7.84)(112)=878.08Kg de glicerina redondeando 880Kg

P = N - O

P= 8.25 – 0.88

P=7.37 Toneladas de biodiesel


132

BALANCE DE ENERGÍA PARA LA CENTRIFUGACIÓN

Se trabajara con una centrifuga para eliminar la glicerina. La centrifuga que se

utiliza tiene una capacidad de 6000Lt/hr y consume 11Kw-hr nosotros haremos

pasar 9380Lts por ella por lo tanto:

6000Lts-----------------------1hr

9380Lts-------------------------X

X= 1.6hrs

Si consume 11Kw-hr solo multiplicamos el tiempo por el consumo y nos arroga el

consumo total para este proceso.

11 𝑘𝑤 − ℎ𝑟 1.6ℎ𝑟𝑠 = 17.6𝐾𝑤 − ℎ𝑟

En este proceso se consumen 17.6Kw-hr

Una vez extraída la glicerina se procede al lavado


133

BALANCE DE MATERIA PARA EL PROCESO DE LAVADO

Se introducen 7.37 toneladas de biodiesel y se agrega el 10 % de agua con

respecto al peso total que se trae de biodiesel, en donde se obtendrá 8.11

toneladas de biodiesel con agua.

LAVADO

0.74Ton de agua (Q)

7.37 Ton de

Biodiesel (P)

8.11 Ton de

Biodiesel con agua (R)

10% de agua con respecto al peso total que se trae de biodiesel

(7.37)(.1) = 0.737 redondeando 0.74

Balance de materia

S=Q+R

S=7.37+0.74

S=8.11 Toneladas de biodiesel con agua


134

BALANCE DE BALANCE DE ENERGÍA PARA EL LAVADO

Este se llevara a cabo en un tanque con agitación con una capacidad de 10,000

litros, el cual tendrá un motor de 11 kw, para efectos de cálculo de energía en esta

etapa solo se tomara en cuenta el gasto generado por el motor para la agitación. Tendrá una duración de 1 hr.

11 𝐾𝑤 1ℎ𝑟 = 11𝐾𝑤 − ℎ𝑟

Para esta etapa del proceso se tiene un tanque de agitación con capacidad de

10,000 litros al cual llegara la solución proveniente de la centrifuga y agua. Para lo

cual necesitaremos una bomba centrifuga con una potencia de 0.5Hp y un gasto

de energía de 305watts en 20 min que será el tiempo que se tardara en adicionar

el agua. Esto se calculó como en el ejercicio realizado en la página 112 con los

siguientes datos:

Densidad= ⍴ = 1,000𝐾𝑔/𝑚!




6.17x10-4 m3/s


0.0508m

Una vez realizado el lavado este se llevara hacia otra centrifuga la cual trabajara

con una potencia de 1.03Hp y tendrá un gasto de energía 783.17watts obtenido de

los cálculos correspondientes como en la página 112 con los siguientes datos:





135


7.68x10-3 m3/s

Con un tubo de acero inoxidable de 2pulgadas de diámetro Ø que son

equivalentes a 0.0508m

BALANCE DE MATERIA PARA LA ELIMINACIÓN DE AGUA POR MEDIO DE CENTRIFUGA

En el proceso se introducen 8.11 toneladas de biodiesel con un 14.4 % de agua,

en donde se extraerá 1.16 toneladas de agua, para obtener 6.95 toneladas de

biodiesel con 0.05% de agua.

Balance General de secado

R= S + T

Balance del % de agua

R (XR) = S (XS) + T (XT)

Se va a realizar una extracción hasta dejarlo con un 0.05% de agua

CENTRIFUGA

1.16 ton. de agua (S)

8.11Ton de

biodiesel con agua. Contiene el 14.4 % de agua

(R)

6.95 Ton de

biodiesel final (T)


136

R (0.856) = S (0) + T (0.9995)

R (0.856) = T (0.9995)

T =6.950.9995

T= 6.95 toneladas de biodiesel final

S= R-T

S= 8.11-6.95

S=1.16 toneladas de agua

Densidad del biodiesel =880 kg/m3

6.95 ton de biodiesel = 6,950 kilogramos de biodiesel

1 Barril = 159 litros

𝛿 =𝑚v

Donde:

δ = Densidad

m= masa

v= volumen

Despejando volumen se obtiene la siguiente formula:

𝑣 =𝑚δ

𝑣 =6,950 𝑘𝑔 𝑚!

880 kg

v = 7.897 m3


137

Si:

1 m3 = 1000 litros

Entonces:

7.897𝑚! ∗ 1000 𝑙𝑖𝑡𝑟𝑜𝑠1 𝑚!

Se obtienen 7,897 litros de biodiesel

7,897 𝑙𝑖𝑡𝑟𝑜𝑠 ∗ 1𝑏𝑎𝑟𝑟𝑖𝑙159 litros

Se obtienen 49.7 barriles de biodiesel

BALANCE DE MATERIA PARA LA ELIMINACIÓN DE AGUA POR MEDIO DE CENTRIFUGA

Aquí nuevamente se utiliza una centrifuga con capacidad de 6000Lts/hr con un

consumo de 11Kw-hr solo que aquí en lugar de extraer glicerina se extrae agua,

por lo cual el volumen que entra a la centrifuga es diferente.

Entran 8.11Ton =9010Lts.

6000Lts-------------------------1hr

9010Lts--------------------------X

X=1.5hr

Por lo tanto multiplicamos el tiempo por el consume de energía por hora y

obtendremos el consume total de energía:

11 𝐾𝑤 − ℎ𝑟 1.5ℎ𝑟𝑠 = 16.5𝐾𝑤 − ℎ𝑟

Se consumen 16.5Kw-hr para este proceso.


138

Tabla 22 Consumo de energía eléctrica

Equipo Consumo de energía

Precio

($ kw-hr)

Total de energía (kw-hr)

Costo total $

Reactores Energía eléctrica $ 1.4 54 $ 76

Secador de granos Energía eléctrica

$ 1.4 1,326.31 $ 1,856.

Decantador-centrifuga (Separacion de biodiesel y glicerina)

Energía eléctrica $ 1.4 17.6 $ 25

Decantador-centrifuga (Separacion de biodiesel y agua)

Energía eléctrica $ 1.4 16.5 $ 23

Tanque de agitación

Energía eléctrica $ 1.4 11 $ 15

Descascarilladora Energía eléctrica $ 1.4 54.7 $ 77

Prensa de extracción de aceite

Energía eléctrica $ 1.4 480 $ 672

Cangilones Energía eléctrica $ 1.4 2.3 $ 3

Costo de bombas Energía eléctrica $ 1.4 2.78 $ 4

Gasto total por día $ 2,751


139

CONSUMO DE GAS LP EN LA CALDERA

Para la obtención de biodiesel se requiere una caldera de 40 BHP de potencia,

consumiendo 35.5 kg por hora de gas lp, el costo del gas lp es de $5.42. La

caldera se ocupara cuatro horas en todo el dia, por lo tanto el costo total del gas

será de $770 pesos diarios.

SERVICIOS AXULIARES

Tabla 23 Servicios auxiliares

Descripción Costo total por día $

Energía (Luz) 2,751

Gas lp 770

Total 3,521


140

2.3.8 SELECCIÓN DE MAQUINARIA Y EQUIPO

Secadora de granos

Especificaciones

• Energía del motor 8.5 KW

• Capacidad 10 T/batch

• Menos contenido de agua uniforme en los granos

secos (≤2%)

• Precio $ 428,858

Tanque de agitación

Especificaciones

• Con fondo cónico

• De acero inoxidable

• Control variable de velocidad

• 9,500 litros

• Motor y agitador tipo propela

• Precio $ 167,071

Cisterna para agua

Especificaciones

• Capacidad de 22, 000 litros

• Recubierta antibacterial

• Interior de color blanco que permite ver la

cantidad y claridad del agua almacenada

• Bomba centrifuga de ½ caballo (Hp)

• Precio $ 45,065


141

Descascarilladora

Especificaciones

• Capacidad de 300-800 Kg/hr.

• Potencia eléctrica 2.05 Kw

• Porcentaje de descascarado del 90-98%

• Precio $ 207,600

Prensa para extracción de aceite

Especificaciones

• Capacidad 14-17 T/día

• Potencia eléctrica 18.5-22 Kw/hr.

• Operación simple y automática

• Precio $ 51,960

Reactor

Especificaciones

• Manufacturado en acero al carbón

• Potencia del motor 7.5 Kw

• Capacidad 3600 litros

• Rotación de 48 RPM

• Precio $ 427,725


142

Decantador centrifugo

Especificaciones

• Potencia de motor 11 Kw

• Rotación máxima 4100 RPM

• Capacidad 6000 L/hr.

• Precio $ 483,462

Silos

Especificaciones

• Acero Galvanizado

• Silo de fondo cónico

• Capacidad de 525 m3

• Precio $ 504,118

Bomba centrifuga de acero inoxidable

Especificaciones

• Potencia de ½ caballo (Hp)

• Resistente a la corrosión

• Resistente al congelamiento

• Flujo de 550 l/min

• Precio $2,885


143

Bomba centrifuga de acero inoxidable

Especificaciones

• Potencia de 1½ caballo (Hp)

• Resistente a la corrosión

• Resistente al congelamiento

• Flujo de 550 l/min

• Precio $ 7,870

Bomba de desplazamiento positivo

Especificaciones

• De acero inoxidable

• Transfiere líquidos de alta viscosidad

• Potencia de ½ caballo (Hp)

• Flujo 3, 500 l/hr

• Precio $ 10,000

Transportador de granos

Especificaciones

• Capacidad: 2 ton/hr

• Potencia de motor transportador: ½ caballo (Hp)

• Material de fabricación: acero al carbón

• Control de dirección de descarga

• Precio 8,714


144

Evaporador de simple efecto

Especificaciones

• Apto para la recuperación de alcoholes

• Capacidad de evaporación 1000 kg/hr

• Hecho en acero inoxidable

• Precio 350,000

Caldera

Especificaciones

• Potencia 40 BHP

• Utiliza gas LP o Diesel

• Consumo de gas LP 35.5 kg/hr

• Consumo de diesel 44 L/hr

• Forro en acero inoxidable

• Precio 50,000

Tanques de almacenamiento

Especificaciones

• Capacidad de 40,000 litros

• Hechos de acero al carbón

• De forma horizontales

• Precio 37,850


145

2.3.9 DISEÑO DE LOS SISTEMAS DE MANEJO Y TRANSPORTE DE MATERIALES

Para el transporte de los granos se emplearan elevadores de cangilones para

trasladar los granos de los silos al área de proceso.

El Hidróxido de potasio será adquirido en bultos de 25 kg los cuales serán

trasladados por lo trabajadores de la empresa del almacén hacia el área de

proceso.

El acido Sulfúrico, metanol y aceite vegetal serán transportados por tuberías

desde los tanques de almacenamiento hasta los diferentes puntos del área de

proceso en donde se requieran. Así mismo el biodiesel se transportara de la

misma manera.

2.3.10 DISTRIBUCIÓN DE PLANTA

La distribución de la planta se presenta en los anexos

2.3.11DISTRIBUCIÓN DEL EQUIPO EN EL ÁREA DEL PROCESO

La distribución del equipo en el área del proceso se presenta en los anexos

2.3.12 ESPECIFICACIONES DE LA OBRA CIVIL

Se evaluara la topografía del terreno y en base en los resultados se tomaran las

medidas adecuadas para el acondicionamiento, la cual, la firmeza del suelo,

cimentaciones y estructura, deberá tener una resistencia que pueda soportar el

peso de la maquinaria y equipo, así como también el material de construcción

deberá de resistir incendios y condiciones climatológicas severas.

De esta manera las principales características de la construcción serán:

• Paredes: Estarán hechas de termo-block, ya que es un elemento

constructivo con excelentes características de aislamiento térmico y


146

ligereza. Es resistente al fuego, se puede taladrar y serruchar sin romperse,

es hueco por dentro lo cual le da las propiedades de aislamiento.. los

acabados interiores serán lisos, las uniones de paredes serán curvas, para

que no se acumule suciedad entre ellas.

• Techos: los muros serán de estructura metálica, con polín los cuales les

brindara apoyo a la cubierta, esta ultima serán de cubiertas de panel

aislado (laminas metálicas en ambas caras, en su interior contienen

espuma de poliuretano.

Será en dos aguas para que allá una buena iluminación dentro de las

instalaciones.

• Pisos: se les aplicará una capa de hormigón con un espesor de 10

centímetros al mismo tiempo se nivelara la superficie. Por otra parte se le

aplicara un revestimiento poliuretánico de 6 milímetros que protegerá al

hormigón contra agentes químicos, abrasión, impacto y de choques

térmicos.

• Puertas: serán puertas batientes, las cuales son ideales por que su

apertura es de vaivén. Pueden estar constituidas por materiales de plástico,

aluminio y acero inoxidable.

• Ventanas: estarán en la parte superior con altura en el área de proceso y

baños, en las oficinas estas se ubicaran en la parte de en medio hechas de

aluminio en color blanco con cristales transparentes con un espesor de 5

milímetros, en los baños se utilizara micas opacas. Todas las ventanas

serán corredizas.

• Iluminación: se utilizaran lámparas fluorescentes rectas, las cuales brindan

una alta eficiencia luminosa e índice de rendimiento de buen color. Esto tipo

de lámparas les brindara una iluminación adecuada a los operarios.


147

• Instalaciones sanitarias: La construcción contemplará baños para

hombres y mujeres, estos mismos deberán de contar con agua potable,

drenaje, inodoros, lavamos y mijitorios (baño para hombres.) y vestidores.

Los acabados serán con pisos de cerámica anti-derrapantes.

• Almacenes: Estos se encontraran cerca del área de proceso para reducir

el tiempo de movimiento de materias primas y producto terminado.

• Tuberías: Estas irán en la parte superior del área de proceso, cada tubería

se identificara con un color, este dependerá del tipo de material que se este

transportando (biodiesel, gas, vapor, agua, aceite vegetal).


148

2.3.13 PROGRAMACIÓN DE LA CONSTRUCCIÓN, INSTALACIÓN Y PUESTA EN MARCHA DE LA PLANTA

Tiene como objeto aprovechar al máximo los recursos económicos, humanos y el

tiempo, es por ello que se deben de sincronizar todos los recursos antes

mencionados. De esta manera se podrá:

• Establecer el programa de inversiones

• Estimar el tiempo requerido para construir, instalar y poner en marcha la

planta.

• Prever los problemas que pudieran presentarse

• Permitir una continuidad entre la planta de instalación y operación de la

planta.

Para poder realizar la programación de actividades se elaboro el diagrama de

Gantt, el cual se presentara a continuación:


149

Proyecto final verdadero

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