UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA - Profesor Yesser ... · MARCO TEORICO Uno de los residuos que...

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA

Protocolo de tesis con el tema:

“Estudio de prefactibilidad para la generación de biodiesel a partir de aceite Vegetal quemado del restaurante Tip Top, Estelí, Nicaragua”

Para optar al título de “Ingeniero Industrial”

Integrantes:

Ing. Inf. Edduar Gilberto García Sánchez. Ing. Inf. Yesser Adiath Alfaro López. Ing. Inf. Manuel Esteban Ruíz Ortega.

25 de enero 2011

ÍNDICE GENERAL:

1. INTRODUCCIÓN _______________________________ 1

2. ANTECEDENTES_______________________________ 2

3. JUSTIFICACIÓN _______________________________ 3

4. OBJETIVOS ___________________________________ 4

4.1. OBJETIVO GENERAL ______________________ 4

4.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS _________________ 4

5. MARCO TEORICO ______________________________ 5

6. HIPÓTESIS ___________________________________ 13

7. DISEÑO METODOLÓGICO ______________________ 14

7.1 TIPO DE INVESTIGACIÓN/UNIVERSO/MUESTRA ___ 14

7.2 MÉTODOS GENERALES Y PARTICULARES A EMPLEAR ______________________________________ 14

7.3 ACTIVIDADES/TAREAS POR OBJETIVO __________ 19

7.4 CUADRO DE CERTITUD METÓDICA _____________ 19

8. CRONOGRAMA _____________________________ 20

9. BIBLIOGRAFÍA ______________________________ 21

INTRODUCCIÓN

Los dos últimos siglos han sido marcados por dos ciclos de fuentes de energía. Siglo XIX: el carbón, Siglo XX: el petróleo. El Siglo XXI será de fuentes alternativas, con un fuerte peso del uso de la biomasa. Los acontecimientos mundiales con relación al comercio del petróleo, a partir de mayo 2008, ha llegado a marcar los cientos treinta y nueve dólares (U$ 139) por barril de crudo, obligando a los países que no tienen posos petroleros (Nicaragua, Costa Rica, Honduras, etc.) pero que dependen del mismo, ha buscar alternativas viables que les permita producir aceites y una de esas vías es la producción agrícola para producir aceites vegetales que puedan ser utilizados como mezclas en los motores de combustión (Coto, 2008). La producción agrícola esta siendo una de las opciones en países latinoamericanos tales como; Brasil, Argentina, Perú y El Salvador los cuales han iniciado con el estudio de la factibilidad de los biocombustibles. Es válido señalar que algunos países entre ellos Estados Unidos están procesando los aceites que han sido usados en los restaurantes como la McDonald, para procesarlo y utilizarlo en la elaboración de Biodiesel e implementar su uso como combustibles en camiones repartidores y en plantas energéticas internas. Por consiguiente, el presente estudio propone el diseño de una planta piloto, para la producción de biodiesel teniendo como materia prima el aceite quemado en los restaurantes Tip Top de la ciudad de Estelí, este aceite es considerado como desperdicio. Con este proyecto se intenta aprovechar el potencial energético del aceite quemado, mediante el reciclado del mismo en búsqueda de optimizar recursos energéticos.

ANTECEDENTES

Durante el siglo XX, algunos intentos se realizaron para utilizar aceites como combustible para vehículos. Antes de la segunda guerra mundial se introdujo el uso de aceites transesterificados como combustible en vehículos pesados en el África. Durante la década de los años 40, los franceses trabajaron con el aceite de piñón (Jatropha curcas) como combustible sin tener resultados positivos. Posteriormente se realizaron algunos ensayos en la República Federal de Alemania y Austria con aceite de colza (Brassica napus); y en Cabo Verde y en Malí también con aceite de piñón, obteniéndose excelentes resultados (Castro, et al. 2007). Es con la espectacular subida de los precios del petróleo a partir del 2004, que los costos de los aceites vegetales y las grasas animales se empiezan a equiparar con los del diesel y generan este reciente boom de los biocombustibles líquidos a nivel mundial, que incluye también al bioetanol (Castro, et al. 2007). Es importante señalar que en Nicaragua, no se han hecho estudios completos con los aceites quemados, en los cuales se logre estimar el potencial, ni mucho menos hacer intentos para lograr el reciclaje de los mismos. En el laboratorio de biotecnología de la UNAN-Managua se realizaron estudios a pequeña escala con los aceites quemados y les dio buenos resultados, pero solo se lograron realizar dos análisis: el flash point (parámetro de calidad del biodiesel, flamabilidad) y densidad; porque no contaron con los equipos para medir los parámetros de control de calidad (Katia Montenegro, 2010).

JUSTIFICACIÓN En los últimos años, Nicaragua ha enfrentado una crisis a causa de los altos precios del petróleo lo que ha llevado a un incremento en los costos de operación del restaurante TIP-TOP Estelí, lo que se ve reflejado en los precios de venta de los productos de dicho restaurante que de una manera directa afectan la economía de las familias estilianas que consumen productos de este restaurante. Los aceites vegetales usados generados por los diferentes usuarios (Restaurantes, kioscos de comida rápida, o en nuestros hogares, etc.), algunos lo vierten a la red de agua de desecho municipal, o en la tierra (monte) o se lo regalan a sus trabajadores y a personas que lo piden. Debido a esto nos preguntamos, si se pueden ¿reutilizar estos aceites vegetales usados y que puedan producir algún producto de uso no contaminante y de bajo costo?. Debido a las interrogantes, este trabajo brinda un enfoque de optimización de recursos dirigido a comedores y restaurantes que por ende obtienen aceite usado al preparar sus productos que ofertan a sus clientes, por esta razón, dicho aceite se puede utilizar mediante un proceso, para la obtención de biodiesel. Permitiendo de esta forma utilizarlo ya sea para vehículos y plantas para la obtención de energía eléctrica, de esta manera se permite su implementación como estrategia empresarial para la minimización de costos y responsabilidad social al contribuir a la protección y conservación del medio ambiente. Es por estas razones, se ha enfocado este trabajo investigativo en la búsqueda de una implementación que conlleva al “diseño de una planta piloto para la producción de biodiesel a partir de aceite usado de la cadena de restaurantes TIP-TOP Estelí-Nicaragua”, lógicamente se debe de aplicar una metodológica en la cual se introduce un conjunto de fases que se reflejan en el diseño metodológico, este estudio beneficiara a la institución. Pero, para realizarlo se necesitara de la disposición de las máximas autoridades; muestras de aceite usado, datos relevantes para un estudio técnico y determinar la factibilidad del estudio de este proyecto. En víspera de una posible ejecución, de acuerdo a sus criterios como organización quedar a decisión de la misma. Los autores de esta tesis se reunieron para darle seguimiento a una idea, esta idea se convirtió luego en un conjunto de oportunidades, que como estudiantes se aprovecharon al máximo, donde a la vez se compartió y disfruto, siempre con el sentir de ver un mundo mejor en el que las practicas no destruyan, sino mas bien construir ideas en las cuales se promueva el desarrollo, que luego se conviertan en bienestares. Para bien o para mal, este espíritu está intrínsicamente atado al biodiesel desde el primer día, y lo hemos venido hablando desde el segundo año de la carrera de Ingeniería Industrial, luego surgieron participaciones en diferentes ferias científicas y culturales, tanto en la UNI-Norte como en la UNI-Managua.

OBJETIVOS

Objetivo General Realizar un estudio de prefactibilidad para la generación de biodiesel a partir de aceite vegetal quemado del restaurante Tip Top de la ciudad de Estelí.

Objetivos Específicos

Estimar el potencial del aceite vegetal que ha sido usado en los restaurantes TIP TOP-Estelí mediante el análisis de muestras.

Evaluar las características del biodiesel obtenido y estandarizar los parámetros físicos-químicos de acuerdo con las normas internacionales de calidad.

Desarrollar un Estudio Técnico que brinde las pautas para establecer el tamaño de la planta piloto en cuanto a recursos humanos, equipos, espacio y estructura física.

Realizar estudio y análisis financiero que permita valorar la factibilidad de ejecución de la planta piloto, en base al uso del biodiesel de acuerdo a las condiciones físicas con las que cuenta el restaurante TIP TOP-Estelí.

Describir los posibles impactos ambientales que se generan producto de la descarga de aguas cargadas de alcoholes de cadena corta e hidróxidos metálicos.

MARCO TEORICO

Uno de los residuos que se generan diariamente en casa que menos se reciclan es el aceite de cocina usado. Una familia de 4 miembros genera anualmente entre 18 y 24 litros de aceite usado. Por otra parte existen restaurantes que hacen lo mismo y generan entre 250 y 300 litros anuales. Este aceite a pesar que puede ser reciclado fácilmente suele acabar en desagues. El aceite usado que llega a las depuradoras requiere de procesos muy costosos para separarlo del agua. Reciclar el aceite de cocina usado es muy fácil. Se guarda el aceite en un recipiente y cuando está lleno se lleva al punto de reciclaje más próximo donde se podrá transformar en biodiesel. Para producir biodiesel es necesario que el aceite o grasa animal que es utilizado como materia prima tenga calidad, dependiendo de esta así será la calidad del producto final (biodiesel), alguna de las pruebas de calidad que se le puede realizar al aceite son: Densidad: Se mide la masa de aceite, mediante una balanza analítica y posteriormente se mide el volumen. La relación masa entre el volumen da el valor de la densidad. Viscosidad: Se mide mediante un viscosímetro, picnómetro. Índice de Yodo: Es el número de miliequivalentes o partes de yodo absorbido por 100 partes de peso de sustancia. Este valor da una idea del número de instauraciones de los ácidos grasos en el aceite. Un aceite totalmente saturado poseerá un IY = 0, mientras que a mayor cantidad de insaturaciones se fijará en ellos una cantidad proporcional de yodo, incrementándose este índice (Arango, 2002, citado por Castro, et.al. 2007). A mayor cantidad de insaturaciones, el punto de fusión del aceite será menor. Índice de saponificación: El valor o índice de saponificación de un aceite es el número de miligramos de hidróxido de potasio (KOH) necesarios para saponificar 1g de aceite completamente. Índice de espuma: Como otras propiedades físicas, las propiedades de superficie de las grasas calentadas también varían respecto a la grasa original, debido a la presencia de polímeros. La formación de espuma en los aceites de fritura que no se disipa o dispersa es un indicador de que el aceite debe ser descartado.

Constante dieléctrica: La alteración de la grasa por la fritura también produce un aumento significativo en su constante dieléctrica. Este es el fundamento de un

sistema introducido en la práctica rutinaria, por su bajo coste, rapidez y buena correlación con el contenido en compuestos polares. El biodiesel El biodiesel es un combustible compuesto de ésteres de aquílo y etilo .Su estructura química muestra cadenas de ácidos grasos que se derivan de vegetales aceitosos y grasa animal. Tiene un 10 % de oxígeno por peso suelto que hace que la combustión sea más completa que la del petrodiesel. Comercialmente se ha utilizado en mezclas con el petrodiesel hasta un 5%. Las mezclas comerciales mayormente empleadas en Europa y Estados Unidos se despachan en proporciones de 5, 20 y 80 %, por volumen las que se describen como B5, B20 y B80. Es importante recordar que el biodiesel es un combustible ecológico, renovable y de naturaleza biológica. El biodiesel tiene un sinnúmero de beneficios para el medio ambiente. Este combustible tiene 50% menos emisiones de monóxido de carbono y 78% menos emisiones de dióxido de carbono que el petro-diesel. Dado que los cultivos de plantas aceitosas usados para producir el biodiesel absorben el dióxido de carbono presente en la atmósfera, el uso del biodiesel tiene un promedio de cero emisiones de gases contribuyentes al calentamiento global, dándole otra gran ventaja sobre los combustibles basados en el petróleo. El biodiesel también es una gran arma en la batalla contra la lluvia ácida ya que sus emisiones no contienen sulfatos u óxidos de sulfuro. De acuerdo a las investigaciones del departamento de energía de los Estados Unidos (USDE), el uso del biodiesel reduce las partículas contaminantes hasta un 65%, lo que a su vez reduce el riesgo de cáncer en la población hasta un 94%. La agencia de Protección ambiental de los Estados Unidos (EPA) estipula que los hidrocarbones no consumidos, los cuales contribuyen significativamente a la destrucción en la capa de ozono, el smog y el cáncer son reducidos un 50% en la combustión del biodiesel. El biodiesel no sólo funciona en cualquier maquinaria diesel sino que también puede ser combinado con el diesel convencional. Capacitar a una maquinaria diesel convencional para funcionar con biodiesel es un proceso simple que requiere a lo máximo algunos cambios en las líneas y filtros de combustible. Además es extremadamente fácil de producir, un lote (producción de biodiesel) puede hacerse en botellas de un litro, procesadores de 50 galones hechos en casa o en fábricas industriales alrededor del mundo. También no solo es un combustible más limpio sino que también es un limpiador para el motor de tu carro o planta energética. Después de un cambio a biodiesel o a una mezcla de biodiesel, los filtros pueden bloquearse con depósitos de petro-diesel del viejo sistema de combustible que han sido removidos por el

biodiesel. Este es un efecto secundario de las propiedades naturales de limpieza que tiene biodiesel. Dado este efecto, el frecuente cambio de filtros es necesario. Este combustible es producido por un proceso llamado transesterificación. Este proceso requiere metanol, aceite vegetal o grasa animal, soda o potasa cáusticas y algo de agitación para producir biodiesel y el extremamente útil producto secundario que es la glicerina. El biodiesel puede ser producido en una variedad de ambientes y procesadores. Puede ser derivado de diversos tipos de aceites y grasas. Desde el punto de vista químico, los aceites vegetales son triglicéridos, es decir tres cadenas moleculares largas de ácidos grasos unidas a un alcohol trivalente, el glicerol. Si el glicerol es reemplazado por metanol, se obtienen tres moléculas más cortas del ácido graso metiléster. El glicerol desplazado se recupera como un subproducto de la reacción. Por lo tanto en la reacción de transesterificación, una molécula de un triglicérido reacciona con tres moléculas de metanol o etanol para dar tres moléculas de monoésteres y una de glicerina. En el mundo el uso de la glicerina sólo se puede realizar a grandes volúmenes puesto que necesita de un proceso de refinamiento para la industria cosmética o alimenticia. Un estudio reciente de la universidad de Arkansas muestra que la glicerina refinada en un porcentaje de 5 % puede ser utilizada como un aditivo en una dieta alimenticia de pollos de granja, aumentando de esta manera la funcionalidad del pollo durante su crecimiento y mejorando significativamente la calidad de la carne (University of Arkansas, 2006). La glicerina por un proceso de fermentación puede ser convertido en propileno glicol el cual puede ser utilizado en pinturas, resinas, lubricantes, anticongelantes y cosméticos (Biodiesel Magazine, 2007). El biodiesel es un biocombustible muy fácil de elaborar y para estar seguro de su calidad se pueden medir varios parámetros como: Residuo Carbonoso, Número ácido, Punto de enturbiamiento (Cloud Point), Número de Cetanos, Corrosión al Cobre, Sulfuros, Cenizas Sulfatadas, Viscosidad, Flash Point. Una Planta para producir biodiesel de aceite usado puede ser desarrollada con tecnología básicamente local, cuenta con un tanque de preparación de metóxido, un reactor principal para la transesterificación, un sistema de purificación del biodiesel mediante lavado con agua (Coello et al. 2006). Proceso de preparación y evaluación de proyectos. El proceso de un proyecto reconoce cuatro etapas: • Idea • Preinversión • Inversión • Operación

Idea La etapa de idea puede enfrentarse sistemáticamente bajo una modalidad de gerencia de beneficios; es decir, donde la organización está estructurada operacionalmente bajo un esquema de búsqueda permanente de nuevas ideas de proyecto. Para ello, intenta en forma ordenada identificar problemas que puedan resolverse y oportunidades de negocio que puedan aprovecharse. Las diferentes formas de solucionar un problema o aprovechar una oportunidad constituirán las ideas de proyecto. Por ejemplo, frente a un problema de fallas frecuentes de la maquinaria, surgen proyectos de reemplazo de maquinaria, de cierre de esa planta para subcontratar el servicio e incluso de seguir con la situación actual si fuese mejor que las otras. De igual forma, podrán aprovecharse oportunidades de negocio vendiendo materiales de desecho que podrían estar desechándose o también procesándolos para darles algún valor agregado y poder venderlos. De aquí que pueda afirmarse que la idea de un proyecto, más que una ocurrencia afortunada de un inversionista, generalmente representa la realización de un diagnóstico que identifica distintas vías de solución. Fase de Pre inversión En esta etapa se elabora el documento de proyecto, realizando todos los estudios y estimaciones tendentes a determinar la factibilidad y viabilidad de los proyectos. Se identifica el proyecto, se formula, evalúa y se seleccionan los que presenten mejor opción, cumpliendo con los parámetros económicos, financieros, sociales y ambientales, sin perder de vista el objetivo que dio origen a este. En esta fase se dan tres elementos importantes del enfoque sistémico: Insumos, Procesos y Producto. Inversión Comprende la etapa de ejecución, la cual involucra el desarrollo de todas las acciones tendientes a ejecutar físicamente el proyecto tal y como fue especificado y dimensionado en la preinversión. Aquí se realizan las obras civiles, se adquieren e instalan los equipos, se capacita al personal y se establece la supervisión del proyecto. En esta última actividad se pretende vigilar su desarrollo y recomendar las medidas administrativas o cambios que sean necesarios cuando no se esté ejecutando el proyecto de acuerdo a lo programado.

Fase de operación o funcionamiento Consiste en poner en marcha el proyecto finalizado, resolviendo un problema, una necesidad, en otras palabras cumpliendo el propósito para el cual fue creado y comenzar a producir bienes o servicios. Es importante indicar que al iniciar esta fase, se debe disponer de los recursos de funcionamiento necesarios para una

eficiente operación del mismo, ya que sin ellos, no generará los beneficios esperados. Los proyectos surgen de la observación del entorno. Con ellos se contribuye a la solución de problemas o con la satisfacción de una necesidad. La evaluación de los proyectos es importante en la toma de decisiones sobre si se invierte o no en el proyecto, pero aunque la metodología de recopilación y análisis de la información haya sido la correcta, esto no nos libra del riesgo que corremos al decidir. Esto no significa que no se deba hacer la evaluación, por el contrario, nos prepara pues se determina si realmente existe un mercado que demande el producto, si se dispone de la tecnología y si podríamos ganar dinero con esto. Marco Conceptual del Proceso de Evaluación de impacto Ambiental. La evaluación de impacto ambiental, en el contexto actual, se entiende como un proceso de análisis que anticipa los futuros impactos ambientales negativos y positivos de acciones humanas permitiendo seleccionar las alternativas que, cumpliendo con los objetivos propuestos, maximicen los beneficios y disminuyan los impactos no deseados. La experiencia permite su aplicación no tan sólo para grandes proyectos de inversión, tales como embalses, carreteras y plantas de energía, sino que también a actividades de desarrollo que involucren planes y programas de ordenamiento territorial, políticas y alternativas de acción, entre otras. La evaluación de impacto ambiental debe ser flexible y acorde con las realidades país, región o localidad. Un proceso de evaluación de impacto ambiental debe ser diseñado para compatibilizar la protección ambiental y la ejecución de actividades humanas con el propósito de no deteriorar la calidad de vida de la población, permitir un uso sostenido de los recursos naturales y, al mismo tiempo, no constituir un impedimento o traba de acciones que contribuyan al desarrollo de un país. ¿ Qué es la Evaluación del Impacto Ambiental? La Evaluación del Impacto Ambiental, o EIA, es un estudio formal para predecir las consecuencias ambientales de proyectos de desarrollo. La EIA se concentra en problemas, conflictos o limitaciones de recursos naturales que podrían afectar la ejecución del proyecto. Examina los impactos del proyecto sobre la población, su territorio, sus medios de vida, o sobre otros proyectos aledaños. Además de predecir problemas potenciales, la EIA identifica las medidas para minimizar los problemas y sugiere cómo adaptar el proyecto al ambiente propuesto. El objetivo de la EIA es asegurar que los problemas potenciales se hayan señalado y previsto al inicio de la fase de planificación y diseño del proyecto. Para este fin, los resultados de la evaluación deben comunicarse a los diferentes

grupos responsables de la toma de decisiones del proyecto propuesto: a los proyectistas e inversionistas, legisladores, planificadores y políticos. La EIA es una fase importante para la decisión final del proyecto propuesto. Es una ayuda para quienes toman decisiones y contribuye al logro de los resultados del proyecto:

Un proyecto que ha sido diseñado tomando en cuenta sus condiciones locales tiene mayores probabilidades de completarse dentro del tiempo y presupuesto requeridos y de evitar dificultades durante su ejecución.

Un proyecto que conserva los recursos naturales que utiliza será sustentado por ese ambiente indefinidamente.

Un proyecto que alcanza sus objetivos sin dañar su ambiente recaba crédito y reconocimiento a quienes lo han propuesto.

En resumen, una Evaluación del Impacto Ambiental:

Predice los impactos ambientales del proyecto.

Encuentra la forma de reducir impactos inaceptables y adapta el proyecto a las condiciones locales.

Presenta estas condiciones y opciones a quienes toman decisiones.

Características del Proceso de Evaluación de Impacto Ambiental

El proceso debe estar sustentado por una ley y/o reglamento jurídico. Al respecto, la experiencia demuestra que, si bien existe un proceso de evaluación de impacto ambiental, éste debe realizarse utilizando bases conceptuales homogéneas. Cualquier herramienta jurídica debe establecer procedimientos administrativos únicos que establezcan las formas de llevar a cabo el proceso, los roles y responsabilidades institucionales involucradas, la coordinación de actividades, los plazos límites para llevarlo a cabo y las formas de participación ciudadana, entre otras. Es importante destacar que un proceso de evaluación es considerado un instrumento que está al servicio de la toma de decisiones con conocimiento amplio e integrado de los impactos o incidencias ambientales de las acciones. Un proceso de evaluación de impacto ambiental no es en sí mismo un instrumento de decisión; esta última corresponde a la autoridad competente y responsable en cada caso.

Además, es importante resaltar que un proceso de evaluación orientado a la toma de decisiones debe ser llevado a cabo en forma previa a la implementación de la acción en cuestión. En este sentido existe un malentendido más o menos generalizado respecto al proceso de evaluación de impacto ambiental, según el cual existirían evaluaciones ex ante y ex pos. Las evaluaciones de impacto ambiental son siempre desarrolladas ex ante. No tiene sentido pensar en llevar a cabo una evaluación de impacto ambiental para un proyecto ya realizado o en etapas avanzadas de desarrollo. Las evaluaciones de impacto ambiental son herramientas de predicción, y como tales adquieren sentido sólo si pueden influir en el desarrollo futuro de un proyecto. Por ello su aplicación debe hacerse en las etapas de prefactibilidad o de diseño de los proyectos de inversión. Si se trata de una evaluación ex post se cuenta con otras herramientas, como las auditorías ambientales o la fiscalización, que son procedimientos inspectivos hechos con el fin de verificar lo establecido por la ley, el cumplimiento de las normas, la marcha de las medidas de mitigación, monitoreo, etc. A este nivel, los diagnósticos ambientales son también útiles para conocer las condiciones en que el medio ambiente se encuentra desde el punto de vista de sus funciones o recursos naturales. Con el propósito de cumplir con el objetivo antes señalado, un proceso de evaluación de impacto ambiental debe incluir una serie de características que 1o hacen intrínsecamente una herramienta objetiva, eficaz e integral, en cuanto a lograr un análisis interdisciplinario de una acción determinada. Entre ellas destacan:

Permitir establecer un conocimiento técnico-científico amplio e integrado de los impactos e incidencias ambientales de acciones humanas.

Identificar anticipadamente los efectos ambientales negativos y positivos de acciones humanas y diseñar en forma oportuna acciones que minimicen los efectos ambientales negativos y que maximicen los efectos positivos.

Permitir a la autoridad tomar decisiones de aprobación, rechazo o rectificación con pleno conocimiento de los efectos negativos y positivos que implica una acción humana.

Permitir a la autoridad ejercer un debido control sobre la dimensión ambiental de las acciones, a fin de garantizar que ellas no perjudiquen el bienestar y salud de la población.

Lograr la participación coordinada de los distintos actores involucrados. Esto in incluye establecer los nexos entre las diferentes instancias públicas con competencia ambiental y la coordinación simultánea de éstas con los proponentes de las acciones, la ciudadanía y la autoridad superior.

Manejo y almacenamiento del bio-combustible, impacto ambiental, y pruebas El biodiesel puede emplear la misma infraestructura que la usada para el diesel. Debe almacenarse en tanques protegidos contra inclemencias del tiempo, exposición al sol y bajas temperaturas. Deben evitarse términos largos de almacenamiento y tanques parcialmente llenos para que no ocurra condensación de la humedad del aire. No más de 6 meses debe permanecer en los tanques. El combustible es más seguro para manejar y transportar que el petrodiesel. El punto de ignición del B100 es mayor de 130 grados C (ASTM D93). En contraste, el diesel en promedio es alrededor de 52 grados C. Las emisiones de hidrocarburos HCx son bajas. Produce reducciones significativas de partículas P10 y P2.5, cero combustibles vivo en las emisiones y partículas de carbón. Las emisiones de anhídrido carbónico son mínimas. La combustión es más completa por el 10% de oxigeno suelto que contiene en su estructura química. Ayuda a reducir los gases que causan el efecto de invernadero (CO2,S2O), particularidad que ofrece ventajas significativas a negocios para conseguir créditos financieros en países que firmaron el tratado de Kyoto. Los Estados Unidos no han firmado dicho protocolo. Por ser un combustible de naturaleza orgánica su impacto al ambiente es menor. Su combustión es más completa que el petrodiesel por ser más oxigenado. El 95% del biodiesel desaparece en 28 días, rango en el cual sólo puede degradarse un 40% el petrodiesel. Emite olores más tenues no irritantes en ámbitos cerrados, no es tóxico, y produce bajas cantidades de aldehídos y aromáticos carcígenos. Es importante mencionar que el proceso para producir biodiesel pudiera producir descargas de aguas con alto contenido de orgánicos biológicos o químicos usualmente medidos con los indicadores “B.O.D ó C.O.D” pero es factible diseñar para producir cero contaminación por vía de estas descargas. El subproducto glicerol es difícil de disponer. De no aplicarse estrategias adecuadas y prácticas que ya existen, las condiciones antes mencionadas pudieran requerir permisos y mayores restricciones y aplicación de regulaciones más severas. El tipo de proceso y la calidad de la materia prima tienen mucho que ver con la cantidad de agua contaminada que se descargue.

HIPÓTESIS

El biodiesel producido en cadena de restaurante TIP TOP, Estelí, Nicaragua, a partir de aceite vegetal quemado, producirá un impacto económico positivo, el cual se reflejará en la reducción de costos energéticos del restaurante y es posible hacerlo minimizando el daño al medio ambiente.

DISEÑO METODOLÓGICO

Tipo de Investigación/Universo/Muestra

La siguiente Investigación es experimental, se basará en la recolección de aceite usado en el restaurante TIP TOP de la ciudad de Estelí. Posteriormente, se toman muestras de aceite usado y biodiesel obtenido del mismo, para realizar un previo análisis a escala de laboratorio en la Universidad Nacional de Ingeniería, UNI-Norte, se realizara un diseño de una planta piloto en las instalaciones del restaurante TIP TOP, Estelí, Nicaragua, la cual servirá para la producción de biodiesel, utilizando el aceite usado del resultado de la elaboración de los diversos productos que oferta el restaurante pollo frito, papitas fritas etc. Del combustible producido se medirán un conjunto de parámetros físicos y químicos.

Métodos Generales y particulares a emplear

En la presente investigación se van utilizar métodos científicos y empíricos, mediante la observación y experimentación, con el fin de obtener información sobre el tema. Se realizará análisis de los datos obtenidos, utilizando el sistema de análisis estadístico con el programa INFOSTAT y SPCS. En el caso del estudio técnico se va utilizar el software de Visio para los diagramas de flujo y organigrama. En el caso de los cálculos de los indicadores que van determinar la factibilidad de la planta piloto en el restaurante TIP TOP, Estelí, se va aplicar la herramienta Microsoft Excel utilizando tablas de resumen.

1. Estimar el potencial del aceite vegetal que ha sido usado en los restaurantes TIP TOP-Estelí mediante el análisis de muestras.

Para el cumplimiento de este objetivo, se tendrán que determinar todas las propiedades del aceite usado y una exhaustiva preparación para la forma idónea en que se produzca la reacción química, que dará resultado a la obtención de biodiesel de calidad. Se utilizaran técnicas que permitan eliminar las impurezas del aceite usado. Se obtendrán muestras de aceite quemado de diferentes restaurantes de la ciudad de Estelí, incluyendo principalmente el restaurante TIP TOP, para hacer un análisis comparativo. Para determinar el tamaño de la

muestra que utilizara aplicaciones de la estadística inferencial, en este caso es una herramienta matemática. En esta fase se trabajara la construcción de un filtro para procesar el aceite quemado de forma tal que sirva para la reacción de transesterificación que da como resultado el biodiesel. Para ello si aplicaran aspectos de mecánica y electrónica, será una técnica muy innovadora para obtener un aceite limpio.

2. Evaluar las características del biodiesel obtenido y estandarizar los parámetros físicos-químicos mediante pruebas en dispositivos y medidores especiales de acuerdo con las normas internacionales de calidad.

En el laboratorio de alimentos de la Universidad Nacional de Ingeniería UNI-Norte, se realizara los procesos químicos para la obtención de biodiesel, a partir de aceite quemado, se obtendrán un conjunto de características del biodiesel. En esta parte se reflejara la información sobre los conceptos sobre el biodiesel (que es el biodiesel, fundamentos químicos, sustancias que se obtiene, desechos etc.). Es importante señalar que esta parte de nuestro trabajo, es experimental, por lo tanto se debe de calcular la muestra, para luego entrar a los análisis de estadística inferencial. En esta fase, se producirá biodiesel utilizando un procesador semi-industrial. Es importante señalar que el biodiesel obtenido, será sometido a un conjunto de pruebas en dispositivos de diesel, los cuales serán: generadoras de energía y motores. Algunas muestras se enviaran a la ESO- Nicaragua, para realizar los análisis en medidores de calidad, donde permitan obtener algunos parámetros físicos y químicos, también se aplicaran otros métodos para completar todos los parámetros, que por ende refleje la calidad del mismo. Una vez obtenido los parámetros, se brindaran los consejos con respecto a la operatividad del biodiesel en los motores, mediante lotes de pruebas.

3. Desarrollar un Estudio Técnico que brinde las pautas para establecer el tamaño de la planta piloto en cuanto a recursos humanos, equipos, espacio y estructura física.

En el estudio técnico, se presentaran los siguientes acápites como: determinación del tamaño óptimo de la planta piloto en las instalaciones a lo interno del restaurante TIP TOP, Estelí, la localización óptima del proyecto (micro y macro), ingeniería del proyecto, factores relevantes que determinan la adquisición de

equipo y maquinaria, distribución de planta de forma generalizada (incluyendo los planos de los circuitos eléctricos), cálculo de las áreas de la planta, organización del recurso humano y organigrama general de la empresa, marco legal de la empresa y factores relevantes.

4. Realizar un estudio y análisis financiero que permita valorar la factibilidad de ejecución de la planta piloto, en base al uso del biodiesel de acuerdo a las condiciones físicas con las que cuenta el restaurante TIP TOP-Estelí.

Para efectuar el estudio económico de la planta piloto, se deberá realizar los siguientes cálculos: determinar la inversión total inicial (fija y diferida), cronograma de inversiones, depreciaciones y amortizaciones, relación de obtención de energía, costos de mantenimiento, costos de operación, relación beneficio costo, el valor presente neto. Es importante considerar la determinación de los ahorros por aplicar biodiesel en la generación de energía.

5. Describir los posibles impactos ambientales que se generan producto de la descarga de aguas cargadas de alcoholes de cadena corta e hidróxidos metálicos.

Se expresan los posibles efectos que se tendrán en el diseño, construcción y operación de la planta; tomando en cuenta la duración y los daños que pueden causar en el suelo, aire, agua y salud humana, por lo tanto se aplicaran técnicas en las cuales se determinara la distribución de cómo, cuando y donde ocurre, incorporando todos aquellos elementos en los que una actividad influye para que surjan impactos significativos al ambiente. Actividades/Tareas por Objetivos La investigación constara de cinco etapas, las cuales se detallan a continuación.

Primera Etapa. Estimar el potencial del aceite vegetal que ha sido usado en los restaurantes TIP TOP-Estelí mediante el análisis de muestras.

1. Toma de muestras del aceite del restaurante Tip Top, en función de un análisis proporcionado mediante la aplicación de la estadística inferencial, también de restaurantes de la ciudad de Estelí para determinar sus propiedades a través de análisis de laboratorio y así mismo realizar un análisis comparativo.

2. Construcción de equipo para filtrar aceite usado. 3. Evaluación de los rendimientos del producto.

4. Análisis de los resultados. Segunda Etapa. Evaluar las características del biodiesel obtenido y estandarizar los parámetros físicos-químicos mediante pruebas en dispositivos y medidores especiales de acuerdo con las normas internacionales de calidad.

1. Recolección de aceite de los restaurantes para la producción de biodiesel. 2. Elaboración de Biodiesel, a partir de aceite usado, a escala de laboratorio. 3. Determinación de las características del Biodiesel. 4. Obtención de muestras de biodiesel y glicerina de los distintos restaurantes

de Estelí. 5. Análisis de resultados I. 6. Elaboración de Biodiesel, a partir de aceite usado, haciendo uso del

procesador semi-industrial. 7. Elaboración de un diagrama de flujo y de proceso para la obtención de

biodiesel. 8. Obtención de muestras de biodiesel y glicerina. 9. Elaboración de biodiesel a partir de aceite usado del restaurante Tip Top,

haciendo uso del procesador semi-industrial ya diseñado. 10. Determinación de los parámetros físicos y químicos del biodiesel de aceite

usado. 11. Realización de pruebas de biodiesel en diferentes dispositivos que

funcionan con diesel, principalmente planta generadora de energía eléctrica.

12. Análisis de resultados II.

Tercera Etapa. Desarrollar un Estudio Técnico que brinde las pautas para establecer el tamaño de la planta piloto en cuanto a recursos humanos, equipos, espacio y estructura física.

1. Elaboración de los planos de la planta, considerando el área calculada para esto.

2. Determinación de la ingeniería de proyecto. 3. Presupuesto para la adquisición de los equipos con sus especificaciones

físicas. 4. Elaboración de planos eléctricos que funcionara con la planta de

generación, utilizando biodiesel. 5. Determinación de la localización optima para la planta piloto

6. Distribución y ubicación de los equipos, maquinarias que se utilizaran en la planta piloto.

7. Cumplimiento de las actividades en base al marco legal del proyecto. Cuarta Etapa. Realizar un estudio y análisis financiero que permita valorar la factibilidad de ejecución de la planta piloto, en base al uso del biodiesel de acuerdo a las condiciones físicas con las que cuenta el restaurante TIP TOP-Estelí.

1. Calculo de los costos e inversión total (fija, diferida). 2. Obtención de la depreciación y amortización. 3. Determinación de los costos de mantenimiento. 4. Se obtiene el plazo de recuperación de la inversión. 5. Realización de un análisis de sensibilidad. 6. Determinación de los ahorros al aplicar biodiesel en la generación de

energía eléctrica. 7. Obtención de la razón beneficio/costo. 8. Realización de un cronograma de inversiones. 9. Aplicación del valor presente neto.

Quinta Etapa. Describir los posibles impactos ambientales que se generan producto de la descarga de aguas cargadas de alcoholes de cadena corta e hidróxidos metálicos.

1. Se elabora una lista de chequeo. 2. Aplicación de la matriz de Leopol. 3. Evaluación de impacto ambiental estratégico (método DELFY). 4. Evaluación del impacto ambiental durante la construcción de la planta.

Cuadro de Certidumbre Metódica

OBJETIVO GENERAL OBJETIVOS ESPECIFICOS INFORMACIÓN HERRAMIENTAS /

MÉTODOS INTERPRETACIÓN

RESULTADOS

UNIDADES DE ANÁLISIS VARIABLES PARCIALES FINAL

Realizar un estudio de prefactibilidad para la generación de biodiesel a partir de aceite vegetal quemado del restaurante Tip Top de la ciudad de Esteli.

Estudiada la prefactibilidad para la generación de biodiesel a partir de aceite vegetal quemado del restaurante Tip Top de la ciudad de Esteli.


Obtención y proceso de aceite usado.

-Muestras de aceite usado. -Viscosidad. -Densidad. -Índice de yodo. -Índice de saponificación. -Reacciones químicas

-Almacenar en barriles. -Instrumentos de medición de temperatura para el filtrado del aceite. -Software (INFOSTAD, Excel)

Se ha obtenido un aceite usado apto para la reacción (sin).

Se obtiene la combinación adecuada de grasa animal y aceite vegetal.

Evaluar las características del biodiesel obtenido y estandarizar los parámetros físicos-químicos mediante pruebas en dispositivos y medidores especiales de acuerdo con las normas internacionales de calidad.

-Producción de biodiesel a escala de laboratorio. - Obtención de biodiesel en procesador semi-industrial.

-Muestras de biodiesel. -Viscosidad. -Glicerina. -Caracterización del biodiesel y glicerina obtenida del resultado de la reacción. -especificaciones de reactivos. -parámetros físicos-químicos

-Termómetro. -Medidor de viscosidad. -Utilizar el procesador semi-industrial. -Equipo de medición de los parámetros físicos y químicos. -Software (INFOSTAD, Excel)

-Se ha obtenido biodiesel, a partir de aceite usado. En escala de laboratorio. -Se han realizado los estudios necesarios de los parámetros físicos y químicos del biodiesel

- Se evalúan un conjunto de características para la elaboración de biodiesel, a partir de aceite usado. - Se conoce los parámetros físicos y químicos del biodiesel. Se obtiene las pruebas necesarias en dispositivos.

Desarrollar un Estudio Técnico que brinde las pautas para establecer el tamaño de la planta piloto en cuanto a recursos humanos, equipos, espacio y estructura física.

Aplicación de las partes y técnicas que se emplean al realizar un estudio técnico dentro de la evaluación del diseño de la planta piloto para la producción de biodiesel en el restaurante.

-Dimensionamiento de la planta piloto. -longitudes de los equipos. -diámetros de las tuberías.

- utilizar el software Autocad para el diseño de la planta, macro y micro localización. - uso de Visio para el organigrama y diagramas de flujo.

Se han realizado un estudio técnico que permite determinar el tamaño óptimo de la planta, la ingeniería del proyecto, la adquisición de equipos y maquinaria, la distribución de planta, organización del recurso humano, el marco legal y factores relevantes.

Se desarrolla el estudio técnico para determinar los elementos necesarios para la evaluación económica.

Realizar un estudio y análisis financiero que permita valorar la factibilidad de ejecución de la planta piloto, en base al uso del biodiesel de acuerdo a las condiciones físicas con las que cuenta el restaurante TIP TOP-Estelí.

Realización de estudio económico y determinación de la factibilidad de la planta piloto para la producción de biodiesel del restaurante TIPO TOP, Estelí, Nicaragua.

-Determinar los costos. -inversión total (fija, diferida). -Depreciaciones y amortizaciones. - razón beneficio/costo.

-Manejo de tablas de resumen. -Utilización de software Excel.

Se ha realizado un estudio económico del proyecto y se ha determinado la factibilidad del mismo.

Se determina la factibilidad de la planta piloto interna al restaurante para la producción de biodiesel.


-Aguas descargadas del proceso de lavado del biodiesel. -Sustancias desprendidas durante el proceso. -Subproducto del proceso. -Construcción de la planta.

-Alcoholes presentes en el agua. -Reacción química. -Nivel de contaminación.

-Matriz de Leopol. -Estudios químicos.

La construcción del procesador y cada uno de las fases del proceso de biodiesel tendrán impacto ambiental positivo.

Según el impacto ambiental, el proyecto es viable.

1. CRONOGRAMA

OBJETIVOS ESPECIFICOS ACTIVIDADES

SEMANAS Y MESES

DICIEMBRE ENERO FEBRERO MARZO ABRIL

1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4

Entrega de protocolo a la secretaria de la facultad FTI, UNI-RUPAP.


Revisión de literatura especializada.(recopilación de información)

Toma de muestras del aceite del restaurante Tip Top, en función de un análisis proporcionado mediante la aplicación de la estadística inferencial, también de restaurantes de la ciudad de Estelí para determinar sus propiedades a través de análisis de laboratorio y así mismo realizar un análisis comparativo.

Construcción de equipo para filtrar aceite usado.

Evaluación de los rendimientos del producto.

Análisis de los resultados.

Evaluar las características del biodiesel obtenido y estandarizar los parámetros físicos-químicos de acuerdo con las normas internacionales de calidad.

Recolección de aceite de los restaurantes para la producción de biodiesel. Elaboración de Biodiesel, a partir de aceite usado, a escala de laboratorio. Determinación de las características del biodiesel. Obtención de muestras de biodiesel y glicerina de los distintos restaurantes de Estelí. Análisis de resultados I. Elaboración de un diagrama de flujo y de proceso para la obtención de biodiesel. Obtención de muestras de biodiesel y glicerina. Elaboración de Biodiesel, a partir de aceite usado del restaurante Tip Top, haciendo uso del procesador semi-industrial ya diseñado.

Determinación de los parámetros físicos y químicos del biodiesel de aceite usado. Realización de pruebas de biodiesel en diferentes dispositivos que funcionan con diesel, principalmente planta generadora de energía eléctrica.

Análisis de resultados II. Desarrollar un Estudio Técnico que brinde las pautas para establecer el tamaño de la planta piloto en cuanto a recursos humanos, equipos, espacio y estructura física

Elaboración de los planos de la planta, considerando el área calculada para esto. Determinación de la ingeniería de proyecto. Presupuesto para la adquisición de los equipos con sus especificaciones físicas. Elaboración de plano eléctrico que funcionara con la planta de generación, utilizando biodiesel.

Determinación de la localización optima para la planta piloto. Distribución y ubicación de los equipos, maquinarias que se utilizaran en la planta piloto. Cumplimiento de actividades en base al marco legal del proyecto.

Realizar un estudio y análisis financiero que permita valorar la factibilidad de ejecución de la planta piloto, en base al uso del biodiesel de acuerdo a las condiciones físicas con las que cuenta el restaurante TIP TOP-Estelí.

Calculo de los costos e inversión total (fija, diferida). Obtención de la depreciación y amortización. Determinación los costos de mantenimiento. Se obtiene el tiempo de recuperación de la inversión. Realización de un análisis de sensibilidad. Determinación de los ahorros al aplicar biodiesel en la generación de energía eléctrica Obtención la razón beneficio/costo. Realización de un cronograma de inversiones. Aplicación del valor presente neto.


Se elabora una lista de chequeo.

Aplicación de la matriz de Leopol.

Evaluación de impacto ambiental estratégico (método DELFY).

Evaluación del impacto ambiental durante la construcción de la planta.

Procedimiento final Entrega del estudio, 3 impresiones

BIBLIOGRAFÍA

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA - Profesor Yesser ... · MARCO TEORICO Uno de los residuos que...

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