DISEÑO DE PLANTA PARA LA PRODUCCIÓN DE BIODIESEL A …

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO

FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA

ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA QUÍMICA

“DISEÑO DE PLANTA PARA LA PRODUCCIÓN

DE BIODIESEL A PARTIR DE ACEITE DE

FRITURA RECICLADO”

FUNCIÓN DEL TRABAJO PROFESIONAL

INFORME REALIZADO PARA OPTAR EL TÍTULO DE

INGENIERO QUÍMICO

AUTOR:

BR. TERÁN SALDAÑA, Frank Arturo

ASESOR: Ms. Ing. JOSÉ LUIS SILVA VILLANUEVA

TRUJILLO – PERÚ

2011

Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación

Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/

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PRESENTACIÓN

SEÑORES CATEDRÁTICOS MIEMBROS DEL JURADO:

De conformidad con lo dispuesto en el reglamento de Grados y Títulos de la Escuela

Académico Profesional de Ingeniería Química de la Universidad Nacional de

Trujillo, me es honroso presentar a consideración de vuestro elevado criterio el

trabajo Titulado: “DISEÑO DE PLANTA PARA LA PRODUCCIÓN DE

BIODIESEL A PARTIR DE ACEITE DE FRITURA RECICLADO”, que

sustentaré como Tesis para obtener el Título de Ingeniero Químico, si vuestro

dictamen me favorece.

Trujillo, Agosto del 2011

____________________________

Br. Frank Teran Saldaña



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JURADO DICTAMINADOR

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Presidente

________________________________

Asesor

________________________________

Miembro



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DEDICATORIA

Le agradezco con todo mi amor a mis padres, quienes me han enseñado con su

ejemplo a rebasar toda barrera que la vida me ha dado ya que ellos fueron los que

me dieron ese calor y cariño necesario, para formarme como un ser integral y útil a

la sociedad.

(Frank)



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AGRADECIMIENTO

Expreso mi agradecimiento a la Facultad de Ingeniería Química de la Universidad

Nacional de Trujillo por permitir desarrollarnos profesionalmente.

A mi asesor Ms. Ing. José Luis Silva Villanueva, por su apoyo desinteresado en el

desarrollo de ésta Tesis.



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RESUMEN

Capítulo I, Se realiza el estudio de mercado de Biodiesel, con la finalidad

de estimar la oferta y demanda del producto, así como también justificar la

posibilidad de instalar una planta química para tal fin.

El presente estudio se realizó en base a datos estadísticos relacionados con

el consumo de Biodiesel, teniendo básicamente en cuenta el Reglamento de la

Ley de Promoción del Mercado de Biocombustibles, ya que por ser un

producto relativamente nuevo en el mercado tiene poca data histórica referente

al consumo.

Capítulo II, Se aborda la selección del diseño de proceso, y tiene por

finalidad escoger un tipo de proceso de manufactura de entre los existentes,

que sea la más conveniente y adaptable a nuestra realidad. Para ello se

analizan los diferentes procesos haciendo resaltar sus principales

características para cada uno de estos. Dichos procesos serán sometidos a un

análisis del tipo técnico-económico a fin de seleccionar el más adecuado

Capítulo III, Tiene como finalidad determinar la elección del lugar más

adecuado para la instalación de la planta, para ello se hace uso de la técnica

denominada factores de balanceo, que consiste en asignar valores numéricos a

los diferentes factores tanto primarios como secundarios.

Capítulo IV, Comprende el diseño de los principales equipos, tales como

tanques, bombas y reactores, para se hará uso de la hoja de cálculo en EXCEL.

Capitulo V, Este capítulo está referido a la parte de la instrumentación y

control automático, aquí se define el tipo de control a utilizar y se ilustran

tanto los lazos de control utilizados.

Capítulo VI, El presente capitulo trata sobre los auxiliares de proceso, tales

como el abastecimiento de agua, vapor de agua, combustible y electricidad; se

incluye también las facilidades de almacenamiento, seguridad, edificios y

laboratorio.



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Capítulo VII, Referido a la distribución de la planta y básicamente define

el arreglo espacial de todas las unidades de operación, para ello se elaboraron

el plano unitario y maestro.

Capítulo VIII, Este capítulo se realiza un estudio económico, a fin de

determinar la rentabilidad del proyecto.

Capitulo IX, En este capítulo se presentan las conclusiones del estudio.

Capitulo X, Muestra las referencias bibliográficas.

Capitulo XI, En el se presenta el apéndice, donde se desarrollan a detalle

los capítulos 2 y 4.



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ABSTRACT

Chapter I, the Biodiesel market study is done, in order to estimate the

supply and demand for the product, as well as justify the possibility of

installing a chemical plant for this purpose.

This study was based on statistical data related to the consumption of

Biodiesel, taking basically into account the Regulation of the Law for the

Promotion of Biofuels Market, as being a relatively new product on the market

has little data historical reference to consumption.

Chapter II, the design selection process is discussed, and aims to choose a

type of manufacturing process among existing, which is the most convenient

and adaptable to our reality. For this purpose different processes are analyzed

highlighting its main features for each of these. These processes will be

subjected to an analysis of the technical and economic type to select the most

appropriate

Chapter III, aims to determine the choice of the most suitable place for

installing the plant, for this use of the technique known as balancing factors,

which consists of assigning numerical values to different factors both primary

and secondary done.

Chapter IV, includes the design of major equipment, such as tanks, pumps

and reactors for use will be made of the spreadsheet in Excel.

Chapter V, this chapter refers to the part of the instrumentation and

automatic control, here it defined the type of control to use and illustrate both

control loops used.

Chapter VI, This chapter deals with processing aids such as water, steam,

fuel and electricity; also it includes storage facilities, security, and laboratory

buildings.

Chapter VII, based on the distribution of plant and basically defines the

spatial arrangement of all operating units, for which the unit and master plan

were developed.

Chapter VIII, this chapter an economic study is carried out to determine

the profitability of the project.

Chapter IX, In this chapter the conclusions of the study are presented.



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Chapter X, shows the bibliographical references.

Chapter XI, in the appendix, where they develop in detail Chapters 2 and 4

is presented.



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ÍNDICE

PRESENTACIÓN…………………………………………………………………..i

JURADO DICTAMINADOR…………………………………………………..….ii

DEDICATORIA……………………………………………………………….…..iii

AGRADECIMIENTO………………………………………………………..……iv

RESUMEN………………………………………………………………………….v

ÍNDICE……………………………………………………………………...….…vii

CAPÍTULO I

ESTUDIO DE MERCADO

1.1. Antecedentes Históricos del Biodiesel……..………...…….……….. ........ 1

1.2. El Biodiesel….……………..….…………………………...…………… ... 3

1.2.1 Definición……………..……………………...……………..…… .... 3

1.2.2 Ventajas en Seguridad y Transporte…....…………...…………… .... 3

1.2.3 Ventajas Medioambientales……...……..………………………… .. 4

1.2.4 Desventajas del Biodiesel como Combustible……….…..……… .... 5

1.2.5 Usos del Biodiesel como Combustible………… ............................... 5

1.2.6 Productos Obtenidos a partir del Biodiesel…………………… ........ 6

1.3. Materias Primas…………………………….…………………….…… ..... 6

1.4. Análisis de la Demanda y Oferta en el Mercado Interno………… … ........ 8

1.4.1 Demanda Actual en el Mercado Interno……………………… ......... 8

1.4.2 Oferta Actual en el Mercado Interno.……………………… ............. 9

1.5. Análisis de la Demanda y Oferta en el Mercado Externo………..……...... 9



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1.5.1 Demanda Actual en el Mercado Externo……………………......... 9

1.5.2 Oferta Actual en el Mercado Externo…………………….................10

1.6. Estimación del Precio de Venta……….………………………….......... 11

1.7. Tamaño y Ubicación de los Consumidores………………………….........11

CAPÍTULO II

SELECCIÓN Y DISEÑO DEL PROCESO

2.1. Materias Primas Empleadas…….............................................................. 12

2.1.1 Alcoholes……………………..………………….………………... 12

2.1.2 Catalizadores…………………………………...…………………. 12

2.1.2.1 Catalizadores Enzimáticos…………………...………….... 13

2.1.2.2 Catalizadores Heterogéneos……………………………......14

2.1.2.3 Catalizadores Homogéneos…………………………………14

2.1.2.4 Catalizadores Ácidos……………………………………… 15

2.1.2.5 Catalizadores Básicos……………...…………………........15

2.2. Obtención de Biodiesel……………………………………………........... 17

2.3. Variables que Influyen en le Reacción de Transesterificación……………18

2.3.1 Pureza y Calidad de los Reactivos……………….………............. 18

2.3.2 Relación Molar Alcohol/Aceite…………………………….......... 19

2.3.3 Tipo de Alcohol……………………………………………….. .... 19

2.3.4 Tipo y Cantidad de Catalizador………………………………........20

2.3.5 Temperatura y Tiempo de Reacción………………………….........20

2.3.6 Agitación……………………………………………………….......21

2.4. Procesos para la Obtención de Biodiesel…………….…………………..21

2.5. Etapas del Proceso de Obtención de Biodiesel………………………......23



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2.6. Características y Calidad del Biodiesel……………...………………….25

2.7. Descripción del Proceso………………………………………………....26

2.8. Balance de Materia y Energía…………………………………………...26

2.8.1 Balance de Materiales……………………………………………..26

2.8.2 Balance de Energía……………………………………………....... 27

CAPÍTULO III

UBICACIÓN DE LA PLANTA………………….………………….…………… 29

3.1. Factores primarios …………………………………………..……….29

3.1.1 Suministro de Materia Prima.………….…………….….…..…….29

3.1.2 Mercado.………………………………………………….………..29

3.1.3 Energía eléctrica…………………………………………..…….....29

3.1.4 Suministro de agua…...……………………...………………….... 30

3.1.5 Mano de obra……………………………….……………………...30

3.1.6 Leyes regulatorias…………………………….…………………...30

3.2. Factores secundarios …………………………………….……………...30

3.2.1 Transporte………………………………………….…………...... 30

3.2.2 Clima………………………………………………....……………30

3.2.3 Factores comunitarios…………………………………….……......30

3.3. Evaluación por el método de factores de balanceo ……………………. 30

CAPÍTULO IV

DISEÑO DEL EQUIPO DE PROCESO..................................................................32



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CAPÍTULO V

INSTRUMENTACION Y CONTROL DEL PROCESO………………..…… 33

5.1. Control del nivel en el mezclador…….…………………….……..……. 33

5.2 Control del Nivel en el Tanque Homogenizador…………...………… 33

5.3 Control de Temperatura en el Reactor………………….…………….. 34

CAPÍTULO VI

AUXILIARES DE PROCESO……………………………………………… 36

6.1. Suministro de agua ………………………………………………....… 36

6.1.1 Agua de enfriamiento…………………………………..……..… 36

6.1.2 Agua contra Incendios…………………………………….…….… 36

6.1.3 Agua para usos Sanitarios y de Limpieza………………….....…… 36

6.2. Energía Eléctrica…………………………………...………...….……. 37

6.3. Almacenamiento………………………………………..…….….…….. 37

6.4. Seguridad………………………….……….…..................................... 37

6.5. Laboratorio y Edificios…….……………………..……………..……37

6.6. Taller de Mantenimiento……………………………………...…….… 38

CAPÍTULO VII

DISTRIBUCION DE LA PLANTA…………………………………………… 39

7.1. Distribución de la planta……………………………..……...………… 39



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7.2. Cimientos……………………………………………………….…...… 39

7.3. Estructuras……………………………………….………………..….… 39

7.4. Tuberías……………….……………………………………………..…. 40

CAPÍTULO VIII

EVALUACION ECONOMICA……………………….………………………. 43

8.1. Determinación de La Inversión…………….………….…….…..….…. 43

8.1.1 Equipo de Proceso………….……….……….…………..….…... 43

8.1.1.1 Tanques…..…………………………….……..….….… 43

8.1.1.2 Bombas………………………………....….….……..… 44

8.1.1.3 Costo de la Centrífuga………………...…..….……..… 45

8.1.1.4 Costo del Secador……………….………….………...…. 45

8.1.2 Bienes Inmuebles……………………………………….…..….…. 46

8.1.2.1 Terreno………………………………………..….……. 46

8.1.2.2 Cimientos y Estructuras…………….……………...…….. 46

8.1.2.3 Edificios………………………………….………...….… 46

8.1.2.4 Auxiliares de proceso…………………………….……... 46

8.1.2.5 Instrumentación…………………………...…………… 46

8.1.2.6 Parte eléctrica……………………….…………………. 46

8.1.2.7 Tubería y accesorios………………..……………….….. 47

8.2. Resumen de la inversión…………………………..….………………. 47

8.2.1 Resumen para el costo de equipos………………….....………… 47

8.2.2 Resumen para el costo de los bienes………………….………..... 47



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8.3. Costos de operación……………………………………….………......... 48

8.3.1 Mano de obra…………………………………………….………… 48

8.3.1.1 Operarios………………………………………….……… 48

8.3.1.2 Ingenieros………………………………………….……… 48

8.3.1.3 Superintendente………………………………………… 48

8.3.1.4 Gerente…………………………………………………… 48

8.3.2 Materia prima……………………………..………………..…….. 49

8.4. Flujo de caja económico…………………………………..……………. 49

8.5. Rentabilidad………………………………………..………...………… 52

CAPÍTULO IX

CONCLUSIONES…………………...………………………………….……. 53

CAPÍTULO X

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS…………………………...…………… 54

CAPÍTULO XI

APÉNDICE……………………………………….…………………………… 56



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ÍNDICE DE TABLAS, FIGURAS Y GRÁFICAS

TABLAS:

Capítulo I:

1.1. Principales Materias Primas para la Producción de Biodiesel………6

1.2. Cantidad de Biodiesel que se requieren en el Perú por Año………… ... 8

1.3. Cantidad de Biodiesel por Años que se requerirán a Nivel Mundial …9

1.4. Oferta Mundial de Biodiesel por Año……………………………… ..10

Capítulo II:

2.1. Propiedades del Biodiesel según ASTM D-6751…………………... 25

2.2. Energía Eléctrica requerida en Bombas….………………….….…...27

Capítulo III:

3.1. Elección de la ubicación de la planta por el método de factores de

balanceo……………………………………………………………….31

Capítulo V:

5.1. Control de Temperatura en el Reactor…….………………………. 34

Capítulo VIII:

8.1. Costo total de tanques...…………………………….………….…..44

8.2. Costo total de bombas……………………………..…………...……45

8.3. Costo total de centrifuga……………………..…………….………….45

8.4. Resumen del costo total para los equipos……………………….….. ..47

8.5. Resumen del costo total para los bienes………………..…….…....... ..47

8.6. Remuneración del personal…………………………………..…….. 49



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8.7. Flujo de caja económico…………………………....……………….. 51

Capítulo XI:

11.1. Resumen del Balance en Mezclador M-101…………….....………. 59

11.2. Resumen del Balance en el Reactor R-101……….…………….… 61

11.3. Resumen del Balance en la Centrífuga C-101…………….............. 62

11.4 .Resumen del Balance en el Secador S-101…………........................ 62

11.5. Aspereza de Superficie………….………………….………….……. 73

11.6. Diámetro y Área en Función al Calibre…………..….….……….… 73

11.7. Coeficiente para Pérdida por Contracción Repentina……………… 74

11.8. Coeficiente para Pérdida por Ensanchamiento Repentino………… 74

11.9. Coeficiente de Fricción debido a Accesorios………………….…… 75

FIGURAS:

CAPITULO II.

2.1. Proceso de Producción de Biodiesel……………………….……….. 24

CAPITULO XI

11.1. Plantilla para Diseño de Bombas……………………………………. 68

11.2. Plantilla para Diseño de Tanques……………………….…………… 77

GRAFICAS:

CAPITULO I.

1.1. Oferta y Demanda Mundial de Biodiesel por Año…………….…….. 10

1.2. Costos Internacionales del Biodiesel……………..…………………… 11



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DISEÑO DE PLANTA PARA LA PRODUCCION DE BIODIESEL A PARTIR DE ACEITE DE FRITURA RECICLADO

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CAPÍTULO I

ESTUDIO DEL MERCADO

1.1 Antecedentes Históricos del Biodiesel.

La idea de usar aceites vegetales como combustible para los motores decombustión interna

partió del propio Rudolf Diesel cuando desarrollaba su motor hacia finales del siglo XIX. En

la presentación del motor diésel en la Exposición Mundial de París, en 1900, el Ing. Diesel

usaría aceite de maní como combustible, o, mejor dicho, como biocombustible. De hecho,

Diesel, que prefería considerarse más como un filósofo social, señalaba que su motor, al

funcionar con aceites vegetales, podía impulsar el desarrollo de la agricultura que así lo usen,

y añadía que, con el transcurso del tiempo, el uso de los aceites vegetales como combustibles

podían ser tan importantes como los derivados del petróleo.

Las predicciones de Diesel tomarían su tiempo para empezar a tomar cuerpo y, en este lapso

de, más o menos un siglo, los motores diésel evolucionarían y se perfeccionarían utilizando

fundamentalmente destilados medios de petróleo con mucha menor viscosidad que los aceites

vegetales. La principal razón por la que actualmente no podríamos usar aceites vegetales

directamente en los motores es, precisamente, su mayor viscosidad. La química proporciona

una solución para disminuir esta viscosidad: la transesterificación. Este proceso fue

desarrollado por los científicos E. Duffy y J. Patrick a mediados del siglo XIX, casi cuarenta

años antes que Diesel desarrollara su motor de combustión interna.

Los aceites vegetales (y también las grasas animales) están constituidos pormoléculas

(ésteres) de ácidos grasos y glicerol. A éste último, los aceites y grasas le deben su elevada

viscosidad. La transesterificación, en sencillo, consiste en reemplazar el glicerol (alcohol

trivalente) por un alcohol monovalente (“más ligero”) usualmente metanol o etanol, formando

moléculas más pequeñas (ésteres monoalquílicos, comúnmente denominado biodiésel), con

una viscosidad similar a la del combustible diesel derivado del petróleo. Asimismo, se

produce glicerina, sustancia que tiene numerosos usos en diversas industrias.



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El resurgimiento de la idea de Diesel, de emplear aceites vegetales en sus motores,empieza a

cobrar fuerza nuevamente hacia finales del siglo pasado, esta vez, bajo la forma de biodiesel,

e impulsado, principalmente, por preocupaciones medioambientales relacionadas con el

cambio climático y la necesidad de encontrar alternativas al uso de combustibles fósiles. Sin

embargo, hasta hace pocos años, era posible identificar otras motivaciones, aparte de las

ecológicas, para impulsar su uso en diferentes regiones; por ejemplo, los excedentes de la

producción de soya en los Estados Unidos, o los excedentes de la producción agraria en

Europa que llevaba a su Política Agrícola Común (PAC) a establecer la retirada de tierras para

no afectar los precios de los productos agrícolas. En ambos casos, la producción de biodiésel,

sea a partir de soya en los Estados Unidos, o de otros cultivos energéticos como la colza o el

girasol en Europa, aparecía como excelente alternativa a estas situaciones específicas, a la vez

que contribuiría con la mitigación del cambio climático, pero requiriendo, eso sí, de

importantes subsidios o exenciones tributarias para asegurar su viabilidad, ya que los precios

de los aceites vegetales eran substancialmente mayores que los del diésel.

Es, sin embargo, con la espectacular subida de los precios del petróleo a partir delaño 2004,

que los precios 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, que es básicamente etanol o alcohol etílico, que puede utilizarse

como complemento o sustituto de la gasolina. Y aquí valdría la precisión, a manera de

resumen, que, cuando hablamos de biodiesel, básicamente nos referimos a un complemento o

sustito del diesel, pero producido a partir de aceites vegetales o grasas animales.(Coello, J.,

Castro, P., 2008)

El objetivo del presente trabajo es demostrar la factibilidad técnica y económica del

proyecto.



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1.2 El Biodiesel.

1.2.1 Definición:

El biodiesel es un combustible renovable derivado de aceites vegetales o grasas

animales que puede ser utilizado como sustituto o aditivo del diesel convencional.

La Sociedad Americana de Ensayos y Materiales (ASTM) define al biodiesel como

ésteres monoalquílicos de ácidos grasos de cadena larga derivados de insumos grasos

renovables, como los aceites vegetales o grasas animales. El término bio hace referencia

a su naturaleza renovable y biológica en contraste con el combustible diésel tradicional

derivado del petróleo; de otro lado, diesel alude a su uso en motores de este

tipo.(Mittelbach, M. 1996)

1.2.2 Ventajas en Seguridad y Transporte:

El transporte del biodiesel es más seguro debido a que es biodegradable. En caso de

derrame de este combustible en aguas de ríos y mares, la contaminación es menor

que los combustibles fósiles.

No es una mercancía peligrosa ya que su punto de inflamación está por encima de

110º y su almacenamiento y manipulación son seguras.

Por su composición vegetal, es inocuo con el medio, es neutro con el efecto

invernadero, y es totalmente compatible para ser usado en cualquier motor diesel, sea

cual sea su antigüedad y estado.



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1.2.3 Ventajas Medioambientales:

Se trata de un combustible 100% vegetal y 100% biodegradable, es una energía

renovable e inagotable, no genera residuos tóxicos ni peligrosos.

Cumple con el protocolo de Kyoto, ya que reduce en un alto porcentaje la

contaminación atmosférica.

Las emisiones de CO2 son entre un 20 y un 80% menos que las producidas por los

combustibles derivados del petróleo tanto en el ciclo biológico en su producción

como en el uso. Asimismo, se reducen las emisiones de dióxido de azufre en casi el

100%.

La combustión de Biodiesel disminuye en 90% la cantidad de hidrocarburos totales

no quemados, y entre 75-90% en los hidrocarburos aromáticos.

No contiene ni benceno, ni otras sustancias aromáticas cancerígenas (Hidrocarburos

aromáticos policíclicos).El Biodiesel, como combustible vegetal no contiene ninguna

sustancia nociva, ni perjudicial para la salud, a diferencia de los hidrocarburos, que

tienen componentes aromáticos y bencenos (cancerígenos). La no-emisión de estas

sustancias contaminantes disminuye el riesgo de enfermedades respiratorias y

alergias (www.recikla.org).



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http://www.recikla.org/


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1.2.4 Desventajas del Biodiesel como Combustible:

La potencia del motor disminuye porque el poder calorífico inferior (P.C.I.) del

biodiesel es menor.

Debido a que el biodiesel tiene una viscosidad mayor que el diesel pueden existir

problemas de pérdidas de flujo a través de los filtros e inyectores.

El aceite de motor (lubricante) puede degradarse mucho más rápido si el combustible

utilizado es biodiesel en vez de diesel. El biodiesel tiende a disolverse más

fácilmente en el lubricante que el diesel.

El biodiesel es una alternativa tecnológica factible al diesel, pero actualmente el

costo es 1.5-3 veces más costoso que el diesel en países desarrollados. La

competitividad del biodiesel depende de las políticas que hagan los gobiernos, tales

como subsidios y exención de impuestos, porque sin estas ayudas no es factible

económicamente.(Avellaneda, F., 2010)

1.2.5 Usos del Biodiesel como Combustible:

El biodiesel posee las mismas propiedades del combustible diesel empleado como

combustible para automóviles, camiones, ómnibus y puede ser mezclado en cualquier

proporción con el diesel obtenido de la refinación del petróleo.

No es necesario efectuar ninguna modificación en los motores para poder emplear este

combustible. Importantes fabricantes de vehículos europeos efectuaron pruebas con

resultados satisfactorios en automóviles, camiones y ómnibus.



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El biodiesel, desde el punto de vista de la inflamabilidad y toxicidad, es más seguro que

el gas-oil proveniente del petróleo, no es peligroso para el ambiente y es

biodegradable. (Larosa, R., 2001).

1.2.6 Productos Obtenidos a partir del Biodiesel:

El biodiésel puede mezclarse con gasóleo procedente del refino del petróleo en

diferentes cantidades. Se utilizan notaciones abreviadas según el porcentaje por

volumen de biodiésel en la mezcla: B100 en caso de utilizar sólo biodiésel, u otras

notaciones como B5, B15, B30 o B50, donde la numeración indica el porcentaje por

volumen de biodiésel en la mezcla. (http://es.wikipedia.org/wiki/Biodi%C3%A9sel)

1.3 Materias Primas:

Cualquier materia que contenga triglicéridos puede utilizarse para la producción de biodiesel

(girasol, colza, soja, aceites de fritura usado, sebo de vaca,...). A continuación (tabla 1), se

detallan las principales materias primas para la elaboración de biodiesel

Tabla 1.1. Principales materias primas para la producción de biodiesel.

Aceites Vegetales Convencionales

Aceites Vegetales Alternativos

Otras Fuentes

Girasol Brassicacarinata A. Veg. Modificados

Genéticamente

Colza Cynaracurdunculus Grasas Animales

Coco Camelina sativa A. de Fritura Usados

Soja Crambeabyssinica Lípidos Similares a A. Vegetales Palma Pogianus

Fuente: Elaboración Propia

Aceites Vegetales Convencionales: Las materias primas utilizadas convencionalmente en

la producción de biodiesel han sido los aceites de semillas oleaginosas como el girasol y la

colza (Europa), la soja (Estados Unidos) y el coco (Filipinas); y los aceites de frutos

oleaginosos como la palma (Malasia e Indonesia).



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http://es.wikipedia.org/wiki/Gas%C3%B3leo

http://es.wikipedia.org/wiki/Refino

http://es.wikipedia.org/wiki/Petr%C3%B3leo

http://es.wikipedia.org/wiki/Biodi%C3%A9sel


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Aceites Vegetales Alternativos: Son las especies más adaptadas a las condiciones del país

donde se desarrollan y mejor posicionadas en el ámbito de los cultivos energéticos.

Aceites Vegetales Modificados Genéticamente: Aceites con proporciones altas de ácidos

grasos insaturados, como el aceite de girasol o de Camelina sativa, mejoran la operatividad

del biodiesel a bajas temperaturas, pero disminuyen su estabilidad a la oxidación, que se

traduce en un índice de yodo elevado. Por este motivo, se pueden tener en consideración,

como materias primas para producir biodiesel, los aceites con elevado contenido en

insaturaciones, que han sido modificados genéticamente para reducir esta proporción,

como el aceite de girasol de alto oleico.

Grasas Animales: Además de los aceites vegetales y los aceites de fritura usados, las

grasas animales, y más concretamente el sebo de vaca, pueden utilizarse como materia

prima de la transesterificación para obtener biodiesel.

Aceites de Fritura Usados: El aceite de fritura usado es una de las alternativas con mejores

perspectivas en la producción de biodiesel, ya que es la materia prima más barata, y con su

utilización se evitan los costes de tratamiento como residuo. Por su parte, los aceites

usados presentan un bajo nivel de reutilización, por lo que no sufren grandes alteraciones y

muestran una buena aptitud para su aprovechamiento como biocombustible. Además,

como valor añadido, la utilización de aceites de fritura usados significa la buena gestión y

uso del residuo ya que este aceite de fritura usado genera grandes problemas a la hora de la

depuración del agua de desecho.

Lípidos Similares a Aceites Vegetales: Por otra parte, es interesante señalar la producción

de lípidos de composiciones similares a los aceites vegetales, mediante procesos

microbianos, a partir de algas, bacterias y hongos, así como a partir de microalgas.

(http://www.miliarium.com/monografias/Biocombustibles/Biodiesel/Biodiesel.asp).



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1.4 Análisis de la Demanda y Oferta en el Mercado Interno.

1.4.1 Demanda actual en el mercado interno.

La demanda interna por biodiesel está dada por los requerimiento que establece el

marco legal: un porcentaje de mezcla con el diesel de 2%, voluntario desde el 2007 y

obligatorio desde el 2009, y de 5% obligatorio desde el 2011. De acuerdo a la ley 28054

“Ley de Promoción del Mercado de Biocombustibles.”(Castro, P., Sevilla, S., et. al,

2008).

En el Tabla 2 se muestra las cantidades de biodiesel (en miles de barriles por día) que se

requerirán en el Perú en los siguientes años:

Tabla 1.2. Cantidad de Biodiesel que se requieren en el Perú por Año.

Año Biodiesel

(MBD)

2007 1,2

B2 2008 1,3

2009 1,4

2010 1,4

2011 3,7

B5

2012 3,8

2013 4,0

2014 4,1

2015 4,2

2016 4,3

Fuente: Petroperú, 2007.

Atendiendo al cuadro anterior, se tiene que este 2010 se tendrá una demanda de

85.4 millones de litros lo que equivale a 234 000 L/d, pero teniendo en cuenta que

actualmente la producción de biodiesel a nivel industrial no está muy desarrollada, se

fija la capacidad nominal en 10Tn/día.



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1.4.2 Oferta actual en el mercado interno.

Específicamente, el Perú es un país deficitario en diesel y exportador de gasolinas.

No se reportan cifras significativas de producción de biodiésel en el país, aunque

algunas empresas productoras de aceite de palma han instalado algunas plantas piloto

para producirlo a partir del aceite de palma (IICA 2010).

1.5 Análisis de la Demanda y Oferta en el Mercado Externo.

1.5.1 Demanda actual en el mercado externo.

Tabla 1.3. Cantidad de Biodiesel (en millones de galones) por Años que se requerirán a Nivel

Mundial.

Año UE (Mill.

gal.) EUA (Mill.

gal.) Brasil (Mill.

gal.) Asia (Mill.

gal.) Total UE + ASIA

2006 1850 150 63 73 1923

2007 2069 172 109 353 2422

2008 2161 215 154 653 2814

2009 2193 270 199 953 3146

2010 2203 323 244 1256 3459 Fuente: USDA.

“La demanda mundial de combustible destilado intermedio, principalmente diesel,

crecerá más rápido que cualquier otro producto refinado de petróleo hacia el 2030,

según la OPEP en su Perspectiva Petrolera Mundial 2009”.

Según datos del 2009 el aumento del crecimiento del consumo de diesel está subiendo

rápidamente, y seguirá esta tendencia porque las personas prefieren más el uso de carros

a base de diesel que los de gasolina. En el 2008 la diferencia del uso de diesel a gasolina

era de 3 millones de barriles por día. Siendo Diesel el combustible más usado.

A nivel global, la cantidad de autos está cambiando a diesel desde gasolina y el aumento

del crecimiento de la demanda de destilados intermedios abarcará cerca de 60% de un

incremento previsto de 20 millones de barriles por día (bpd) de la demanda mundial de

petróleo en el 2030, dijo la OPEP(Reuters, 2009).



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1.5.2 Oferta actual en el mercado externo.

Tabla 1.4. Oferta Mundial de Biodiesel (en millones de galones) por Año.

Fuente: FAPRI.

A nivel mundial la Unión Europea y Estados Unidos aparecen como los principales

productores de biodiesel, seguidos por Asia y Brasil. Además, se puede apreciar que la

producción mundial de biodiesel está aumentando cada año al igual que la demanda.

Gráfico 1.1. Oferta y Demanda Mundial de Biodiesel por Año.

Fuente: Elaboración Propia.

En el gráfico 1.1 se puede ver que la demanda supera a la oferta en los paises de la

Unión Europea y en Asia, generándose un nicho de mercado externo a tener en cuenta.

Año UE (Mill. gal.) EUA (Mill. gal.) Brasil (Mill. gal.) Asia (Mill. gal.) Total UE + ASIA

2006 1651 385 40 52,8 1703,8

2007 1847 541 132 302,8 2149,8

2008 1930 569 211,2 552,8 2482,8

2009 1958 578 290,4 802,8 2760,8

2010 1967 565 369,6 1056 3023



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1.6 Estimación del precio de venta.

Gráfico 1.2. Costos internacionales del Biodiesel.

Fuente: OECD y Reuters.

El precio de venta del biodiesel debe ser no mayor al precio internacional, es decir, sería 0.79

dólares/t; esto debido a que el Perú es un país importador de Biodiesel.

1.7 Tamaño y Ubicación de los Consumidores.

Básicamente el biodiesel producido será para satisfacer el mercado peruano, debido a su gran

demanda por el aumento nacional del parque automotor.



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CAPÍTULO II


2.1 MATERIAS PRIMAS EMPLEADAS:

2.1.1 Alcoholes.

Los alcoholes empleados en el proceso de transesterificación de aceites vegetales son

primarios y secundarios con cadena de 1-8 carbones. Entre los alcoholes que pueden ser

empleados en este proceso se encuentran: Metanol, etanol, propanol, butanol y

amilalcohol, de los cuales el metanol y etanol son los más utilizados.

El metanol y etanol no son miscibles en los triglicéridos a temperatura ambiente y es

necesario realizar una agitación mecánica para favorecer la transferencia de masa, sin

embargo en el transcurso de la reacción se da la formación de emulsiones, las cuales, en

el caso de la metanólisis, son fácil y rápidamente disueltas, formando una capa inferior

rica en glicerol y una superior rica en ésteres metílicos. En el caso de la etanólisis, estas

emulsiones son más estables convirtiendo el proceso de separación y purificación de

ésteres etílicos en algo más complejo (Meher et al ., 2004).

Cuando se emplean alcoholes como el etanol es más complicada la recuperación del

alcohol puro dentro del mismo proceso, debido al azeótropo que forma con el agua

(Gerpen, 2004).

Una de las desventajas del metanol es su origen, ya que se obtiene a partir del gas

natural, el cual es de origen fósil. Este último aspecto no contribuiría a los aspectos

ambientales y de sostenibilidad, pues el biodiesel no sería del todo bio, por tener un

componente fósil aportado por el alcohol (Benjumea, 2006).

2.1.2 Catalizadores.

Los catalizadores empleados en el proceso de producción de biodiesel pueden ser

homogéneos, heterogéneos y enzimáticos. Los catalizadores homogéneos son solubles

en el medio de reacción, es decir se encuentran en una sola fase, sea líquida o gaseosa;

por el contrario con la catálisis heterogénea, existen dos fases y una superficie de

contacto (Aracil, 2003).



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Los catalizadores homogéneos pueden ser ácidos o bases. Dentro de los más utilizados

se encuentran los siguientes ácidos y bases fuertes:

Bases: Hidróxido de sodio (NaOH), hidróxido de potasio (KOH), metóxido de sodio

(CH3ONa) y metóxido de potasio (CH3OK).

Ácidos: Acido sulfúrico (H2SO4), ácido sulfónico (HSO3), ácido fosfórico (H3PO4).

Los catalizadores heterogéneos más comunes son: Resinas de intercambio aniónico,

resinas de intercambio catiónico, óxidos metálicos (MgO, CaO), zeolitas, ácidos de

Lewis (SnCl), catalizadores de titanio y catalizadores de zirconio.

Los catalizadores enzimáticos más utilizados son las lipasas, una de las más conocidas

en el proceso de transesterificación es la Candida Antarctica (Novozym 435) (Aracil,

2003).

A continuación se presentan las características, ventajas y desventajas de los diferentes

tipos de catalizador que pueden ser utilizados en el proceso de obtención de biodiesel.

2.1.1.1 Catalizadores enzimáticos.

Se pueden utilizar lipasas intracelulares y extracelulares, ambas son

catalizadores efectivos en las reacciones de transesterificación ya sea en medio

acuoso o no.

Empleando lipasa como catalizador es más fácil de recuperar la glicerina que

cuando se utilizan ácidos y bases, sin la necesidad de utilizar procesos

complejos; además el contenido de ácidos grasos libres en aceite no son

problema ya que son convertidos completamente a metiléster. Otra ventaja

significativa es que la conversión alcanzada es similar a la que se obtiene con

procesos catalizados por ácidos o bases. Los valores de conversión utilizando

lipasas como catalizador varían entre 61% y 100% dependiendo del alcohol y

aceite utilizado.

El problema de este tipo de catalizador es que los costos son demasiado elevados

(Fukuda, 2001).



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2.1.1.2 Catalizadores heterogéneos.

La utilización de este tipo de catalizadores simplifica y hace más económico el

proceso de purificación, por la fácil separación de los productos y reactivos,

además se eliminan los problemas de corrosión y tratamiento de desechos

líquidos (Kim et al, 2004).

Las desventajas que presentan los catalizadores heterogéneos es el difícil control

de la temperatura para reacciones muy exotérmicas, limitaciones de transferencia

de masa de reactantes y productos, además de los requerimientos de altas

resistencias mecánicas para el catalizador.

Los catalizadores heterogéneos en ocasiones deben ser preparados y en este

proceso se debe tener mucho cuidado asegurando que los componentes de este

tipo de catalizador, tales como: Especies activas, promotores físicos y químicos,

cumplan con sus características (Barrera, 2006).

2.1.1.3 Catalizadores homogéneos.

Esta clase de catalizadores tiene mayor uso a nivel industrial, debido a su bajo

costo. Entre las ventajas de realizar una catálisis homogénea se encuentra.

Velocidad de reacción elevada, condiciones moderadas de presión y temperatura

y utilización de casi todas las moléculas del catalizador en la reacción. En cuanto

al rendimiento alcanzado puede llegar hasta un 98% dependiendo de qué aceite o

grasa se emplee (Aracil, 2003).

En estudios realizados acerca de la transesterificación del aceite de girasol con

metanol, utilizando hidróxido de potasio como catalizador se alcanzaron

rendimientos mayores al 96% (Antolín, 2002).

El proceso llevado a cabo con catalizadores homogéneos presenta ciertos

problemas o desventajas como son la formación de jabones por la saponificación

de ácidos grasos, necesidad de purificación y remoción de los productos de la

reacción y problemas de corrosión cuando se utilizan catalizadores ácidos

(Aracil, 2003).



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2.1.1.4 Catalizadores ácidos.

Las reacciones catalizadas con ácidos dan como resultados rendimientos altos,

pero tiene algunas desventajas y es que son lentas, requieren temperaturas por

encima de los 100 0C y más de tres horas para conseguir una conversión

completa (Schurchard, 1997).

En el estudio realizado sobre la metanólisis del aceite de soya, en presencia de

1% de H2SO4 , relación molar alcohol/aceite 30:1 y temperatura de 60 0C, se

observó que la conversión completa se consiguió en 20 horas; realizando

butanólisis a 117 0C y etanólisis a 78 0C; usando la misma cantidad de alcohol y

catalizador, la conversión se completó a la 3 y 18 horas respectivamente (Meher

et al., 2004).

El exceso de alcohol mejora la conversión de la reacción de transesterificación

en general, pero cuando se emplean catalizadores ácidos, este exceso hace que la

recuperación de la glicerina sea más difícil, ya que las cantidades de alcohol

empleado son bastante grandes comparadas con otro tipo de catalizador

(Relaciones de 30:1).

En general el catalizador ácido más empleado es ácido sulfúrico, un 1% de

H2SO4 con relación a la cantidad de aceite, es buena cantidad para obtener una

conversión de 99% con un tiempo de alrededor de 50 horas (Marchetti, 2005).

Una de las desventajas es que pueden esterificar los ácidos grasos libres

presentes en el aceite; por esta razón se aconseja, utilizar catalizadores ácidos

cuando el aceite tiene alto contenido de ácidos grasos libres (Journey to Forever,

2005).

2.1.1.5 Catalizadores básicos.

Cuando se emplean catalizadores básicos, las reacciones son más rápidas que

cuando se emplean catalizadores ácidos, el tiempo de reacción oscila entre una



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hora y una hora y media alcanzando rendimientos altos (98%) y con

temperaturas menores a 100 0C (Meher et al., 2004). Los catalizadores básicos

son los más utilizados a nivel industrial, dado que las reacciones son más rápidas

y además son menos corrosivos que los compuestos ácidos (Fangrui y Hanna,

1999).

La desventaja de estos catalizadores básicos es la formación de jabón, cuando el

aceite contiene alta cantidad de ácidos grasos libres y agua, por lo que se debe

agregar la cantidad adecuada de base para neutralizar los ácidos grasos libres, ya

que el exceso o falta de catalizador ocasiona la formación de jabones (Fukuda,

2001).

Cuando el porcentaje de ácidos grasos es 5%, la reacción puede ser catalizada

por una base, pero se debe agregar una cantidad adicional de catalizador para su

neutralización; cuando los niveles de ácidos grasos libres ya están por encima

del 5% se presentan inconvenientes en las reacciones catalizadas con bases, ya

que la formación de jabón inhibe la separación de los metilésteres de la glicerina

y durante el lavado del biodiesel se presenta formación de emulsiones. Para estos

casos donde el nivel de ácidos grasos libres es superior a 5% se debe utilizar

catalizadores ácidos (Gerpen, 2004).

Las bases más empleadas a nivel industrial en procesos de obtención de

biodiesel son el hidróxido de sodio, hidróxido de potasio y el metóxido de

sodio. El metóxido de sodio es un poco más costoso que los hidróxidos, pero es

más activo y se consiguen rendimientos altos (>98%) con tiempos de reacción

menores (30 min.), aún si se emplea en bajas concentraciones (0,5%), el

problema con estos catalizadores es que requieren la ausencia total de agua, lo

cual lo hacen inapropiados para procesos industriales típicos.

Los hidróxidos de sodio y potasio son más baratos pero menos activos, sin

embargo son una buena alternativa, ya que se pueden conseguir conversiones

similares a la de los metóxidos, incrementando su concentración a 1 o 2%

(Schurchard, 1997).

El NaOH es más fuerte que el KOH, por lo general se emplean cantidades

similares, pero siempre más el KOH. El KOH es más fácil de utilizar y puede



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proporcionar fertilizantes de potasio como subproducto, si al final se nutraliza el

producto con ácido fosfórico (Darnoko et al., 2000).

El problema de NaOH es que en ocasiones forma una masa pastosa, dificultando

la separación de los productos. En cuanto al KOH éste se disuelve mejor en el

metanol (JourneytoForever, 2006).

En la figura se presentan las diferencias entre los dos catalizadores (NaOH y

KOH), en cuanto su influencia en la reacción de transesterificación.

2.2 OBTENCIÓN DE BIODIESEL

La vía para la obtención de biodiesel es la transesterificación de aceites y grasas con un

alcohol de bajo peso molecular, en presencia de un catalizador adecuado (Crespo, G.,

Martinez, M., et. al 2001). El proceso de transesterificación, también se conoce como

alcohólisis, cuando se emplea metanol por ejemplo se llama metanólisis.

La reacción de transesterificación consiste en el desplazamiento de un alcohol de un éster

Por otro, es un proceso similar a la hidrólisis, excepto que el alcohol es usado en vez de agua.

Este proceso se utiliza para reducir la alta viscosidad de los triglicéridos. (Meher, L., Vidya,

D.et al., 2006).

Ester Alcohol Ester Alcohol

La reacción de transesterificación es reversible y se emplea un exceso de alcohol para

desplazar el equilibrio hacia la formación de ésteres. Químicamente, el mecanismo de

transesterificación consiste en tres reacciones consecutivas reversibles, el triglicérido es

convertido consecutivamente en diglicérido, monoglicérido y glicerol.

Triglicéridos + R1OH Diglicéridos + RCOOR1

Diglicéridos + R1OH Monoglicéridos + RCOOR1

Monoglicéridos + R1OH Glicerol + RCOOR1



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A continuación se presenta la reacción de metanólisis de los triglicéridos y la reacción de

neutralización de ácidos grasos libres:

CH2 OCOR1 CH2OH R1COOCH3

CH OCOR2 + 3CH3OH CHOH + R2COOCH3

CH2 OCOR3 CH2OH R3COOCH3

Triglicérido Metanol glicerol metiléster

2.3 VARIABLES QUE INFLUYEN EN LA REACCIÓN DE TRANSESTERIFICACIÓN

Las variables de mayor influencia son la pureza y calidad de reactivos, la relación molar

alcohol/aceite, el tipo de alcohol, tipo y cantidad de catalizador, además de la temperatura, el

tiempo de reacción y la agitación (Meher et al., 2004).

2.3.1 Pureza y calidad de los reactivos.

Para la obtención de un producto (biodiesel) de buena calidad es necesario que el aceite

empleado sea lo más refinado posible, debe estar exento de material sólido libre y en

suspensión; además poseer bajo contenido de ácidos grasos, en especial cuando se

emplean catalizadores homogéneos, ya que el exceso de estos ácidos se puede ver

reflejado en una baja eficiencia de reacción.

Adicionalmente el contenido de gomas y material insaponificable debe ser bajo (Zapata,

2003).

El aceite y las otras sustancias empleadas en la reacción (catalizador y alcohol) deben

ser esencialmente anhidros, ya que el agua favorece la formación de jabones por

saponificación, dificultando la purificación del biodiesel (Crespo, 2001).

Cuando se emplean catalizadores básicos, como el hidróxido de sodio o de potasio, no

se deben dejar expuestos al aire ya que absorbe humedad y dióxido de carbono de la

atmósfera, volviéndose más húmedos y carbonatados (Dabdoud, 2004).



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2.3.2 Relación molar alcohol/aceite.

La relación molar alcohol/aceite es una de las variables de mayor importancia y mayor

influencia en el rendimiento de la reacción de transesterificación. Según la

estequiometría se requieren tres moles de alcohol y una mol de triglicérido, para obtener

tres moles de ésteres alquílicos de ácidos grasos y una mol de glicerol (Vicente et al.,

2006), pero se debe utilizar un exceso de alcohol para desplazar el equilibrio hacia la

formación de alquilésteres.

La relación molar alcohol/aceite recomendada en la literatura varía desde 6:1 hasta

543:1, sin embargo, la alta relación molar dificulta la separación de la glicerina. La

relación molar óptima, se debe determinar experimentalmente, ya que depende del tipo

y calidad del aceite empleado como materia prima (Pashova, 2004).

2.3.3 Tipo de alcohol.

Los alcoholes más empleados para la reacción de transesterificación son el metanol y

etanol; aunque suele emplearse más el metanol debido a sus ventajas químicas y a su

bajo costo con respecto a los demás alcoholes.

El alcohol juega un papel muy importante en la transferencia de masa, en el caso de la

metanólisis por ejemplo ni el metanol es soluble en los triglicéridos, ni los ésteres

metílicos en la glicerina. Sin embargo, el metanol es soluble en los ésteres metílicos y la

glicerina. Por lo que durante los primeros minutos de reacción, se observa un sistema

formado por dos fases, que se transforma en una fase homogénea al formarse los ésteres

metílicos, pero vuelven a aparecer las dos fases, tan pronto se forman cantidades

considerables de glicerina (Crespo, 2001).

Es difícil comparar la formación de etilésteres con la formación de metilésteres,

especialmente por la formación de emulsiones, que en el caso de la etanólisis son más

estables (Meher et al., 2004).



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2.3.4 Tipo y cantidad de catalizador.

El uso de catalizador normalmente mejora la reacción, la proporción y el rendimiento.

Si no se empleara catalizador, la temperatura de reacción debería estar por encima de

250ºC (Benjumea, 2004). La naturaleza del catalizador es primordial, pues determina

los límites de composición con respecto a la materia prima. Adicionalmente, las

condiciones y operaciones de separación posteriores a la reacción son determinadas por

la naturaleza del catalizador usado (Lotero, 2005).

Los catalizadores que se emplean comúnmente en el proceso de transesterificación son

básicos tales como metóxidos e hidróxidos de sodio y potasio; aunque existen

investigaciones en donde se emplean otro tipos de catalizador como MgO, CaO, ZnO,

ZrO2 (Barrera, 2006).

La cantidad de catalizador varía dependiendo del tipo de catalizador que se emplee. Para

los catalizadores básicos se reportan valores desde 0.3 a 2%; porcentaje peso con

respecto a la cantidad de aceite empleado.

2.3.5 Temperatura y tiempo de reacción.

La transesterificación puede ocurrir a diferentes temperaturas dependiendo del aceite

que se emplee. A medida que la temperatura aumenta, también lo hace el rendimiento

de la reacción, sin embargo, después de un determinado tiempo la diferencia entre

temperaturas no afecta de manera considerable el rendimiento (Meher et aL ., 2004).

Por lo general la reacción detransesterificación se lleva acabo cerca del punto de

ebullición del alcohol (60-70 ºC), sin embargo, esta reacción ha sido estudiada con

temperaturas que varían desde 25 hasta 250ºC (Pashova, 2004).

En cuanto al tiempo de reacción, a medida que éste crece, se incrementa la conversión

de la reacción; además puede variar dependiendo del catalizador empleado (Fangrui y

Hanna, 1999). Los valores de tiempo reportados en la literatura varían en el rango de 30

minutos hasta 20 horas. Darnoko et al. encontraron experimentalmente en la

transesterificación básica del aceite de palma con metanol, que el avance de la reacción

es casi nulo para tiempos superiores a una hora y media.



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2.3.6 Agitación

La agitación es una variable de mucho cuidado, ya que el aceite es inmiscible con el

alcohol. Es necesario garantizar la agitación para que se dé el mezclado entre las dos

fases y se pueda llevar a cabo la reacción sin limitaciones por transferencia de masa. La

agitación debe garantizar un régimen turbulento, es decir, números de Reynolds

mayores a 10.000.

Los valores para la velocidad de agitación, empleados en diferentes investigaciones

oscilan entre 150 y 600 rpm (Noureddini, 1997).

2.4 PROCESOS PARA LA OBTENCIÓN DE BIODIESEL

Son muchos los estudios y las investigaciones que se han desarrollado para la obtención de

biodiesel aprovechando gran variedad de materias primas de todo el mundo y empleando

distintos métodos, llegando a una escala industrial en varios países.

La producción de biodiesel es bien conocida, hay tres rutas básicas a nivel industrial para la

producción de alquilésteres de aceites y grasas. Estas son:(López, 2006)

• Transesterificación catalítica del aceite en medio básico con metanol.

• Transesterificación catalítica directa del aceite en medio ácido con metanol.

• Conversión del aceite en ácidos grasos en una primera etapa y luego

ésteres metílicos mediante transesterificación con catálisis ácida.



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En la sección de materias primas se explican las ventajas y desventajas del cada uno de

los diferentes catalizadores empleados en el proceso detransesterificación. Cabe mencionar

que la mayor parte del biodiesel producido actualmente es por medio de la reacción catalítica

en medio básico, ya que es más conveniente y económica debido a las siguientes razones:

• Condiciones operativas moderadas de presión (atmosférica) y temperatura.

• Altos rendimientos de conversión (hasta 98%) con tiempos de residencia relativamente

cortos y muy pocas reacciones secundarias.

• Conversión directa al producto final en una sola etapa de reacción.

• Posibilidad de utilizar materiales convencionales (acero al carbono) en la construcción

de equipos, por la baja agresividad química de los reactivos empleados.

Por las razones antes expuestas se elije el método de Transesterificación catalítica del

aceite en medio básico con alcohol(metanol)

Existen también otras rutas para la obtención de biodiesel, que aún se encuentran en

desarrollo e investigación tales como:

• Transesterificación de aceite empleando catalizadores heterogéneos.

(Zeolitas, alumina y óxidos metálicos).

• Transesterificación de aceite con catalizadores enzimáticos.

• Transesterificación supercrítica no catalítica.



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2.5 ETAPAS DEL PROCESO DE OBTENCIÓN DE BIODIESEL.

El proceso de obtención de biodiesel por la vía alcalina consta principalmente de 6 etapas

básicas, las cuales son: (Agudelo y Benjumea, 2005).

a) Mezcla alcohol y/ó catalizador. La base empleada como catalizador es previamente

disuelta en el alcohol con ayuda de agitación, para posteriormente mezclarse con el aceite.

La reacción de mezclado es exotérmica.

b) Reacción de transesterificación. La mezcla alcohol–catalizador y el aceite, son

mezclados y con ayuda de agitación se promueve el contacto entre los reactivos y de esta

manera dar lugar a la reacción de transesterificación. Esta reacción se lleva a cabo a una

temperatura determinada y generalmente a presión atmosférica.

c) Separación. Al finalizar la reacción hay una mezcla de glicerina y alquilésteres

(biodiesel), los cuales son separados por decantación al cabo de varias horas. La glicerina

por su mayor densidad queda en el fondo del tanque.

d) Lavado del biodiesel. Cuando ya se ha separado el biodiesel de la glicerina, ambos son

lavados con agua con el fin de retirar los residuos de metanol y jabones formados por las

reacciones secundarias. En ocasiones se agrega un ácido para neutralizar los alquilésteres.

e) Secado del biodiesel. Una vez lavado el biodiesel este debe ser secado con el fin de

eliminar el remanente de agua. El secado tiene un tiempo y temperatura determinada.

f) Purificación de la glicerina. Las características y propiedades que tiene la glicerina una

vez se separa del biodiesel, no permiten su aplicación directamente debido a su alta

alcalinidad y contenido de metanol, por lo que debe someterse a un proceso de

purificación.



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Fig. 2.1 Proceso de producción de biodiesel

Biodiesel

Transesterificación

Mezcla

Separación

Purificación

Purificación

Alcohol

Catalizador

Aceite/Grasa

Glicerina

Alcohol

AcidosGrasos

Alcohol

Biodiesel Purificado




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2.6 CARACTERÍSTICAS Y CALIDAD DEL BIODIESEL

El biodiesel está constituido principalmente, por mezcla de ésteres metílicos, pero también

puede contener resto de jabones, glicerina, glicéridos (mono-, di, y triglicéridos), ácidos

grasos libres, catalizadores, sustancias insaponificables, y agua. La presencia de estos

componentes minoritarios en mayor o menor medida son los que determinan la calidad del

biodiesel. Por esto se definen las cantidades que debe tener el biodiesel para cada una de estas

sustancias.

El biodiesel también debe cumplir las especificaciones de los combustibles minerales de

automoción, gasóleo A y calefacciones, gasóleo C (Crespo, 2001).

Se han definido diversas normas para el control de calidad del biodiesel. En la

Tabla 2.1 se presentan las especificaciones del biodiesel según ASTM D-6751 donde se

especifican las condiciones de calidad que debe cumplir para ser mezclado con el diesel

convencional.

Tabla 2.1 Propiedades del biodiesel según ASTM D-6751

Fuente: (Benjumea, 2004).



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2.7 DESCRIPCION DEL PROCESO

El proceso de producción de biodiesel obtenido a partir de aceite reciclado por medio de una

reacción de transesterificación básica con potasa caustica y metanol se inicia cargando

metanol y (KOH) en el mezclador (M-101), para obtener la solución de metoxido. Por otro

lado el aceite reciclado se alimenta al reactor (R-101) y calentado hasta una temperatura de

40°C, una vez que alcanza esta temperatura se agrega la corriente de metoxido al reactor para

que se lleve a cabo la reacción a 60°C y a presión atmosférica, por espacio de 1.5 horas, una

vez terminada la reacción se evacua todo el material al tanque homogeneizador (TK-101)

donde se termina de mezclar todo el producto, por su parte al reactor se le practica una

limpieza previa liquidación del material remanente. Posteriormente el material homogenizado

se bombea hacia la centrifuga de separación (C-101), donde se separa el biodiesel de la

glicerina esta centrifuga opera con una corriente de agua de lavaje, finalmente producto de la

separación se obtienen tres corrientes una de glicerina, otra de agua y otra de biodiesel el cual

es pasado por un secador eléctrico donde se elimina todo el agua que pudiera contener el

biodiesel, finalmente una vez seco el biodiesel se almacena en tanques cilíndricos.

2.8 BALANCE DE MATERIA Y ENERGÍA

2.8.1 Balance de Materiales:

El balance de materiales, en los equipos de las unidades de proceso, se hicieron en base

a una producción de 10.0 Tn/ día, es decir se trabajará solo a nivel piloto.

Se considera una parada larga al año de 1 meses para realizar el mantenimiento a todos

los equipos, y unidades de proceso y paradas cortas de 1 día por quincena para

reparaciones menores; de manera que se considera una operación al año de 313 días.

Este balance se basa en el diagrama de balance general y los resultados del mismo para

cada una de las corrientes de materiales se muestran en la tabla 2.6.



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2.8.2 Balance de Energía:

La energía requerida en la plana es básicamente energía eléctrica y se cuantifica a partir

de los datos obtenidos en el diseño.

Tabla 2.2 Energía Eléctrica requerida en Bombas.

Equipo Energía (KW)

Bomba B101 0.015

Bomba B102 0.075

Bomba B103 0.0075

Bomba B104 0.0075

Bomba B105 0.0075

Total (KJ/d) 9720




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PEGAR DIAGRAMA DEFLUJO

PEGAR DIAGRAMA DE BALANCE Y ELEVACION



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CAPÍTULO III

UBICACIÓN DE LA PLANTA

La selección del lugar en donde se ubicará la planta productora de Biodiesel, se hará

mediante el método de los factores de balaceo que es una evaluación de alternativas, y

consiste en asignar números o calificativos a cada uno de los factores que se van a

considerar para la elección del lugar en donde se ubicará la planta estos son: materia prima,

mercado, energía (térmica y eléctrica), suministro de agua, clima, transporte, mano de obra,

leyes reguladoras y factores comunitarios.

Se ha considerado para la evaluación los departamentos de Lima y la Libertad, teniendo en

cuenta el número de restaurantes formales existentes en cada uno de estos departamentos.

3.1 Factores Primarios:

3.1.1 Suministro de Materia Prima.

Teniendo en cuenta que existe un mayor número de restaurantes formales ubicados en

el departamento de Lima que los existentes dentro del departamento de la Libertad, es

que Lima se presenta como favorito en cuanto a su capacidad de suministro de materia

prima.

3.1.2 Mercado.

Es bien sabido que las plantas deben ubicarse lo más cercano posible a los mercados,

ya que esto supone una ventaja en cuanto a costos de transporte.

Para nuestro caso el departamento de lima se impone debido a que la demanda de

biodiesel es mayor, ya que su parque automotriz es de lejos superior al de la libertad.

3.1.3 Energía Eléctrica.

Tanto en Lima como en la Libertad el abastecimiento de energía eléctrica es seguro y

está disponible por parte de la empresa Hidrandina.



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3.1.4 Suministro de Agua.

El departamento de Lima presenta un mejor abastecimiento de agua, esto debido a su

desarrollo y a su número de habitantes.

3.1.5 Mano de Obra.

En el departamento de Lima la mano de obra es más cara en comparación con la

Libertad, de manera que bajo este contexto la Libertad estaría en ventaja.

3.1.6 Leyes Regulatorias.

Las leyes regulatorias rigen a nivel nacional así que no hay distinción teniendo en

cuenta este apartado.

3.2 Factores Secundarios:

3.2.1 Transporte.

Tanto el departamento de Lima como el de la Libertad presentan deficiencias en el

transporte, por lo que este factor no es determinante.

3.2.2 Clima.

Este factor no es determinante porque tanto en Lima como en la Libertad existe similar

clima.

3.2.3 Factores Comunitarios.

Estando Lima considerada la ciudad más desarrollada del Perú, es evidente que cuenta

con un mayor número de centros de salud, centros de estudios, centros recreacionales.

Por lo tanto presenta ventaja respecto de la libertad.

3.3 Evaluación por el método de factores de balanceo.

Se fija el máximo y mínimo valor en 100 y 10 respectivamente.



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Se consideran como factores primarios a la materia prima, el mercado, luego en orden

decreciente el suministro de agua, la mano de obra, leyes regulatorias, clima y por último

factores comunitarios.

Tabla. 3.1 Elección de la ubicación de la planta por el método de factores de balanceo.

Fuente: elaboración propia.

Queda claro que el lugar más conveniente donde situar la planta es en el Departamento de

Lima y sus operaciones empezarían en el 2012.

Factor Ponderación Dpto. de Lima Dpto. de la Libertad Cuenta 1 Cuenta 2

Materia Prima 100 100 80 10000 8000

Mercado 80 80 70 6400 5600

Energía 80 80 80 6400 6400

Agua 70 70 60 4900 4200

Mano de Obra 50 40 50 2000 2500

Regulaciones 40 40 40 1600 1600

Transporte 30 30 30 900 900

Clima 20 20 20 400 400

Comunitarios 10 10 5 100 50

Total 32700 29650



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CAPÍTULO IV

DISEÑO DEL EQUIPO DE PROCESO

Se lleva a cabo el diseño de los principales equipos como lo son los tanques, las bombas

centrifugas, e intercambiadores de calor, todo esto con la ayuda de la hoja de cálculo.

Los cálculos detallados para este capítulo se encuentran en el apéndice correspondiente,

acompañados de las asunciones correspondientes. (Ver apéndice).



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CAPÍTULO V

INSTRUMENTACIÓN Y CONTROL DEL PROCESO

Este capítulo trata lo referente al control por instrumentación del proceso para la producción

de Biodiesel. Para conseguir esto se ha creído conveniente la instalación de un panel de

control automático, ubicado en la zona de proceso de manera que facilite el acceso a los

equipos de planta.

Se usa un sistema de control neumático, el aire necesario debe estar a 60 psi y exento de

agua para evitar obstrucción y corrosión. El mantenimiento de estos equipos no es muy

exigente, y resulta mucho más económico que los sistemas electrónicos e hidráulicos.

El control por instrumentación facilita medir controlar e integrar las condiciones de proceso.

Otros fines del control automático son: la reducción de la mano de obra, reducir el peligro

debido al contacto con materiales peligrosos, mayor facilidad y eficiencia en las

operaciones, así como la obtención de un producto de mayor calidad.(ver apéndice).

5.1 Control del nivel en el mezclador (LIC-101)

Para tal efecto se hace necesario contar con un sensor de nivel, ubicado en la parte superior

del tanque, será del tipo boya-interruptor, es decir una vez que el nivel del líquido levante la

boya el interruptor se accionara y apagara la bomba de metanol(B101), evitando así que se

derrame material.

5.2 Control del nivel en el tanque homogenizador (LI-102)

Para tal efecto se hace necesario contar con un indicador de nivel, ubicado en la parte

superior del tanque, para este caso bastará con un indicador tipo vaso comunicante de vidrio

templado de 8mm de espesor y de 4” de diámetro, en este caso el control será visual y estará

a cargo del operador.



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5.3 Control de temperatura en el reactor (TIC-101)

Para este caso se requiere de un sensor de temperatura PT-100 el cual registra la temperatura

del material que está reaccionando y envía la señal al controlador el cual compara el valor de

entrada con el set point que para esta variable es de 60 a 62°C, para finalmente llevar a cabo

la corrección haciendo uso de la corriente de agua de enfriamiento la cual se controla con

una válvula automática.

Tabla 5.1 Control de Temperatura en el Reactor.


VARIABLE CONTROLADA SENSOR ACTUADOR TIPO DE CONTROL SET POINT

Nivel en mezclador M-101 LI interruptor automático-

neumático. 90%.

Nivel en tanque homogeneizador

TK-101 - operario Manual. 90%.

Temperatura en el reactor (R-101) PT-100 Válvula. automático-

neumático. 60-62°C



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PEGAR DIAGRAMA DE INSTRUMENTACION



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CAPÍTULO VI

AUXILIARES DE PROCESO

En el presente capítulo se trata la especificación del equipo auxiliar de proceso utilizado para

asegurar el abastecimiento de los principales servicios tales como: agua, vapor de agua,

combustible y electricidad; se incluye también las facilidades de almacenamiento, seguridad,

edificios y laboratorio.

6.1 Suministro de Agua:

La planta requiere de tres tipos de agua: agua de enfriamiento, agua para usos sanitarios

y agua contra incendios.

6.1.1 Agua de Enfriamiento:

Como medio de enfriamiento en el reactor. El agua a utilizar es 2.65 m3/d y para

compensar las pérdidas por evaporación y fugas se suministra agua de reposición

proveniente del reservorio R-1. (10 m3 de capacidad).

6.1.2 Agua contra Incendios:

En la planta se dispondrá de un reservorio para agua de 20 m3de capacidad en caso de

cualquier emergencia y provendrá del reservorio R-2.

6.1.3 Agua para usos Sanitarios y de Limpieza:

El agua para usos sanitarios y del personal es indispensable en la planta.

El agua potable que se utiliza viene del reservorio R-3 (20 m3) previo tratamiento de

cloración para eliminar las posibles bacterias que pudiera contener hasta llegar a una

concentración de 0.5 ppm.



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6.2 Energía Eléctrica:

La energía eléctrica consumida por la planta será suministrada por Hidrandina, se usara

corriente eléctrica monofásica de 110 voltios y trifásica de 220 voltios. La energía utilizada

para alumbrado (interno y periférico) será de aproximadamente 10% del total de energía

consumida por los equipos.

6.3 Almacenamiento:

En la planta se dispone de facilidades de almacenamiento tanto para la materia prima como

para el producto.

Tanto el almacenamiento de materia prima como el del producto están íntimamente

relacionados con las normas de seguridad que exige la planta.

6.4 Seguridad:

Con el fin de prevenir cualquier incendio es necesario disponer de un equipo adecuado. Este

equipo contará con extinguidores de dióxido de carbono, dispuestos en lugares estratégicos

de la planta.

Para contrarrestar los incendios producidos por causas eléctricas se usa extinguidores de

tetracloruro de carbono ó polvo químico seco.

En la misma dependencia de seguridad también existe un departamento de higiene y

seguridad industrial, para prestar servicio a todo el personal que labora en la planta.

6.5 Laboratorio y Edificios:

En el laboratorio de la planta se realizan análisis fisicoquímicos. Estos análisis serán del tipo

rutinario y periódico, los primeros constan en determinar la pureza del producto y se

realizara cada hora; el segundo tipo se realizara para llevar un adecuado monitoreo del

proceso, de manera que permitan mantener la calidad.



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6.6 Taller de Mantenimiento:

El mantenimiento del equipo principal, auxiliar y accesorio es indispensable, por lo que se

requiere de personal especializado. El taller está provisto de equipos mecánico, eléctrico,

carpintería y demás facilidades pertinentes.



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CAPÍTULO VII

DISTRIBUCIÓN DE LA PLANTA

En éste capítulo se resume la adecuada distribución de la planta de forma objetiva. Esta

disposición de las diferentes unidades y la localización del equipo en estas unidades se

realizaron de acuerdo a las reglas de seguridad y distribución de la norma técnica peruana.

7.1 Distribución de la Planta:

En el plano maestro se muestra la distribución de la planta. En este plano se puede apreciar

las áreas, edificios principales, almacenamiento (Producto terminado, materia prima, etc.) y

área de proceso actual y expansión futura.

Las distintas áreas se han determinado en base a las etapas del proceso, factores de

seguridad, facilidades de operación, disposición del espacio suficiente para el equipo con el

fin de facilitar el mantenimiento y operación delos mismos.

El área total que ocupa la planta es de 1000 m2 de la cual el área de proceso es de 500 m

2,

mientras que el dispuesto para la expansión será 100 m2.

7.2 Cimientos:

La función de los cimientos es de distribuir las cargas de las estructuras de equipos con el fin

de facilitar un trabajo seguro y rápido en el mantenimiento y/o operación.

El área de proceso se edificará sobre plataforma de concreto armado. Los equipos sometidos

a vibración, tales como motores eléctricos y bombas se colocaran sobre pequeñas

plataformas extendidas que absorban y limiten la vibración.

7.3 Estructuras:

El área de proceso se construirá al aire libre y con estructuras sencillas seguras y de bajo

costo.

Las estructuras totalmente cerradas son solo para los edificios, los cuales tiene base de

concreto, paredes de ladrillo y techos planos de ladrillo aligerado.



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7.4 Tuberías:

La distribución de la tubería se muestra en la maqueta y de ella se determina el número de

accesorios y la longitud de la misma.

La distribución de las tuberías se ha hecho con la finalidad de que se tenga fácil acceso a los

equipos al momento de realizar el mantenimiento y sustituciones necesarias.

Se emplea el acero al carbono para todas la tuberías salvo para las que circulan materiales

ácidos como catalizadores, donde se emplea acero inox del tipo 304.

En las instalaciones se emplean juntas soldadas para simplificar el aislamiento, se emplean

bridas para conectar tubería a equipo y a los accesorios que necesitan removerse de la línea,

ya sea para fines de mantenimiento o para ser reemplazados.

Se emplean válvulas de compuerta para detener el paso del fluido y generalmente operan

abiertas o cerradas completamente, las válvulas de globo son utilizadas para la regulación de

la presión y/o circulación de los fluidos, también se hace uso de válvulas Check las cuales

son instaladas en las líneas de descarga de las bombas y en las tuberías de alimentación con

el fin de impedir que el fluido retroceda en caso de alguna falla mecánica.



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PEGAR PLANO MAESTRO



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PEGAR PLANO UNITARIO



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CAPÍTULO VIII

EVALUACIÓN ECONÓMICA

En este capítulo de determinó de forma resumida la inversión total, los gastos de operación y

la rentabilidad, para ello se utilizo la hoja de cálculo.

8.1 DETERMINACIÓN DE LA INVERSIÓN:

Para estimar el total de inversión, se hace uso de información proporcionada por el

departamento de compras del ComplejoCartavio, para el caso que no se cuente con el costo

del equipo de la misma capacidad, se utiliza la regla de las seis decimas(Vilbrandt, 1963).

Nota:Para los costos de instalación se asume un 30% del precio de compra ytodos los

precios de compras son del tipo FOB.

8.1.1 EQUIPO DE PROCESO:

8.1.1.1 TANQUES.

Para el caso de los tanques se tiene información del costo de un tanque de de

200 m3 de acero inoxidable. (Departamento de costos del Complejo Cartavio)

a partir de la cual obtendremos el costo de las demás tanques, utilizando para

esto el factor de las seis decimas.

Para los costos de instalación se asume el 30% del costo del tanque.

Así por ejemplo: Para el tanque homogeneizador (TK-101) se tiene:

Capacidad: 200 m3; Costo: $ 40,000.00

Costo de tanque TK-101 = 40,000*(13.33/200)ˆ0.6 = $ 7876.62

Costo de instalación =0.3*$ 7876.62= $ 2362.99

Costo total = $ 7876.62 + $ 2362.99= $ 10239.61



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De manera similar se obtienen los costos para el resto de tanques; tal como lo

muestra la Tabla 8.1.

Nota: para el caso del mezclador y el reactor, la estimación se hace como

tanques.

Tabla. 8.1 Costo total de tanques.

Fuente: Elaboración propia a partir de los datos del centro de costos de

ComplejoCartavio.

8.1.1.2 BOMBAS.

Para el caso de las bombas se tiene información del costo de una bomba

centrifuga de 100 m3/h con la carcasa y el impulsor de acero inox

316(departamento de costos de Complejo Cartavio) a partir de la cual

obtendremos el costo de las demás utilizando para esto el factor de las seis

decimas.

Nota: Para los costos de instalación en este caso se considera el 20% del precio

de compra y todos los precios de compras son del tipo FOB.

Así por ejemplo: El grupo de bombas B-101, tienen una capacidad de 0.07

m3/h, entonces utilizando la información del departamento de costos de

Complejo Cartavio se tiene:

Capacidad = 100 m3/h; costo = $ 8000.00

Costo de la bomba B-101=8000*(0.07/100) ˆ0.6 = $ 102.36

Costo de instalación =0.2*$ 102.36= $ 20.47

Costo total = $ 102.36 + $ 20.47

NOMBRE CANTIDAD CAPACIDAD

(m3)

COSTO

($)

INSTALACION

($)

COSTO

TOTAL ($)

TK-101 1 13.33 7876.62 2362.99 10239.61

M-101 1 1.58 2190.97 657.29 2848.26

R-101 1 15.00 8454.67 2536.40 10991.07

TOTAL 24078.94



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De manera análoga se obtiene el costo para las demás bombas de diferente

capacidad tal como lo muestra la tabla 9.3

Tabla. 8.2 Costo total de bombas.

Fuente: Elaboración propia a partir de los datos del centro de costos de Complejo

Cartavio.

8.1.1.3 COSTO DE LA CENTRIFUGA

Se obtuvo el monto estándar de $72345.00 (Arbeláez, A. y Rivera, M.2007),

para esta capacidad.

Nota:Para los costos de instalación de la centrifuga se considera el 30% del

precio de compra ytodos los precios de compras son del tipo FOB., de manera

que se tiene:

Tabla. 8.3 Costo total de centrifuga.

Fuente: Elaboración propia a partir de los datos del centro de costos de Complejo

Cartavio.

8.1.1.4 COSTO DEL SECADOR

Se dispone del costo de un calentador que trabaja con un flujo másico de 100

m3/h.


(m3)

COSTO

($)

INSTALACION

($)

COSTO

TOTAL ($)

B-101 2 0.07 102.36 20.47 245.67

B-102 2 0.38 282.46 56.49 677.91

B-103 2 0.034 66.37 13.27 159.29

B-104 2 0.03 61.57 12.31 147.77

B-105 2 0.42 299.94 59.99 719.86

TOTAL 1950.50


(m3)

COSTO

($)

INSTALACION

($)

COSTO

TOTAL ($)

Centrifuga 2 12.00 72345.00 21703.50 188097.00

TOTAL 188097



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Nota:Para los costos de instalación de la centrifuga se considera el 30% del

precio de compra ytodos los precios de compras son del tipo FOB., de manera

que se tiene:

Según departamento de ventas de Complejo Cartavio se tiene:

Capacidad: 100 m3/h; Costo: $80 000.00

Costo para el calentador I-1 = $80 000.00*(10/100) ˆ0.6 = $ 20095.09

Costo de instalación I-1 = 0.30*20095.09= $ 6028.53

Costo total I-1 = $ 20095.09 + $ 6028.53 = $ 26123.62

8.1.2 BIENES INMUEBLES:

8.1.2.1 TERRENO.

Teniendo en cuenta el área (2500 m2) y asumiendo un precio de $50/m

2, se

tiene:$12,500 .00.

8.1.2.2 CIMIENTOS Y ESTRUCTURAS.

Se estima alrededor de $100,000 .00.

8.1.2.3 EDIFICIOS.

Se estima alrededor de $100,000.00.

8.1.2.4 AUXILIARES DE PROCESO.

Se asume un 20% del costo total del equipo principal.

8.1.2.5 INSTRUMENTACION.


8.1.2.6 PARTE ELECTRICA.




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8.1.2.7 TUBERIA Y ACCESORIOS.


8.2 RESUMEN DE LA INVERSIÓN

8.2.1 RESUMEN PARA EL COSTO DE EQUIPOS

Se detalla a continuación:

Tabla. 8.4 Resumen del costo total para los equipos.

EQUIPO COSTO TOTAL ($)

Tanques 24079

Bombas 1951

Centrifugas 188097

Calentador 26124

TOTAL S/. 240,250

Fuente: Elaboración propia a partir de los datos del centro

de costos de Cartavio.

8.2.2 RESUMEN PARA EL COSTO DE LOS BIENES

Se detalla a continuación:

Tabla. 8.5 Resumen del costo total para los bienes.

BIEN INMUEBLE COSTO TOTAL ($)

TERRENO S/. 12,500.00

CIMIENTOS Y ESTRUCTURAS S/. 100,000.00

EDIFICACIONES S/. 100,000.00

AUXILIARES DE PROCESO S/. 48,050.09

INSTRUMENTACION S/. 48,050.00

ELECTRICIDAD S/. 36,037.57

TUBERIAS Y ACCESORIOS S/. 48,050.00

TOTAL $ S/. 392,688

Fuente: Elaboración propia a partir de los datos del centro

de costos de Cartavio.



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8.3 COSTOS DE OPERACIÓN:

Para la determinación de los costos de operación se tiene en cuenta los gastos de:

8.3.1 Mano de obra.

8.3.1.1 Operarios.

Para estimar la cantidad de recursos necesarios se divide la planta en 10 áreas

y tres turnos de 8 horas cada uno.

Área de Mezcla: Se requiere 1 operarios por turno.

Área de Transesterificacion: Se requiere 2 operarios por turno.

Área de Separación: Se requiere 1 operarios por turno.

Área de Secado: Se requiere a 1 operarios por turno.

Seguridad: 2 por garita.

Área de mantenimiento: Se considera necesarios a 3 recursos, un v

mecánico un electricista y un ayudante.

Área de limpieza: Se requiere 1 recursos por turno.

Total de operarios: 10 por turno, trabajando en tres turnos se tiene: 30.

8.3.1.2 Ingenieros: 1 por turno y un jefe de planta.

Total de ingenieros: 4.

8.3.1.3 Superintendente: 1.

8.3.1.4 Gerente: 1.

Total de personal en planta 36 personas.



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Tabla. 8.6 Remuneración del personal.

Fuente: Elaboración propia en base a supuestos.

8.3.2 Materia prima:

El costo de la materia prima es nulo ya que se partimos de la premisa de utilizar aceite

reciclado; de manera que solo se consideran los gastos de transporte y estos se estiman

en $ 20.00 por tonelada.

8.4 FLUJO DE CAJA ECONÓMICO:

Para elaborar el flujo de caja económica, se tiene en cuenta las siguientes consideraciones:

Producción diaria de biodiesel: 10,000.00Kg/día.

Producción diaria de glicerina: 1,100.00Kg/día.

Tipo de cambio: 2.8.

Tasa mínima atractiva: 15%.

Días de operación al año: 300 días.

Precios:

Se asumen los siguientes precios conservadores que suponen aproximadamente la mitad del

diesel obtenido de restos fósiles.

RECURSOS CANTIDAD MENSUAL

$

GRATIFICACION

MENS. $

CTS

MENSUAL

$

VACACIONES

MENSUAL $ TOTAL $

Operarios 30 300 50 25 50 12750

Ingenieros de turno 3 800 133 67 133 3400

Ingeniero Jefe de

Planta 1 1200 200 100 200 1700

Superintendente 1 2000 333 167 333 2833

Gerente 1 4000 667 333 667 5667

TOTAL $ S/. 26,350.00



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Biodiesel: $ 0.50/Kg.

Glicerina: $ 0.30/Kg.

Ingresos anuales:

Por concepto de Biodiesel: 10,000*300*0.50 = $ 1,500,000.00

Por concepto de Glicerina: 1100*300*0.30 = $ 99,000.00

(Suponiendo que solo se exporta el etanol anhidro). ________________

TOTAL: $ 44, 100,000

Egresos anuales:

Por concepto de mano de obra: $ 26,350.00*10 = $ 263,500.00

Por concepto de transporte: $ 20*11.11*300 = $ 66,660.00

_________________

TOTAL: $ 330,160.00



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Tabla. 8.7 Flujo de caja económico.

Fuente: Elaboración propia



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8.5 RENTABILIDAD:

La evaluación de la rentabilidad de la inversión, se realiza sobre la base de lo presentado en

el análisis económico y se evalúa en los 10 primeros años que se considera como vida útil de

la planta; para dicha evaluación se utilizan los indicadores económicos como el VAN y TIR.

Para una tasa mínima atractiva de rentabilidad del 15%, los cálculos nos indican:

VAN = $4, 987,023

TIR = 200.46%

Recuperación: 0.5 años

De acuerdo a la teoría económica que sustentan los valores obtenidos de estos indicadores, se

concluye que es conveniente la realización del proyecto.



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CAPÍTULO IX

CONCLUSIONES

Al cabo del estudio tanto técnico como económico se llegan a las siguientes conclusiones

La capacidad instalada de la planta se fija en 10 TN/día, de bioetanol a razón de ser la

primera experiencia a nivel de planta.

El lugar donde se construirá la planta será el departamento de Lima.

Es factible tanto técnica como económicamente la instalación de una planta para lo

obtención de biodiesel a partir de los aceites de fritura reciclados.

El aceite de fritura reciclado es una excelente alternativa para la producción del biodiesel

puesto que su obtención es sencilla y su costo es nulo ya que se obtiene en calidad de

desecho.

Finalmente con la realización de este proyecto se contribuye con la minimización del

impacto ambiental, producto de la utilización de combustibles de origen fósil asi como

también se reduce los problemas de carácter político y social que traen como consecuencia

la utilización de los mencionados combustibles fósiles.



Bibliot

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CAPÍTULO X

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

Coello, J., Castro, P. (2007) „‟OPORTUNIDADES Y PUNTOS POR RESOLVER

PARA LA PRODUCCIÓN Y USO DEL BIODIESEL EN EL PERÚ‟‟.Universidad

Nacional Agraria La Molina, Perú.

Avellaneda, F., (2010) „‟PRODUCCIÓN Y CARACTERIZACIÓN DE BIODIESEL

DE PALMA Y DE ACEITE RECICLADO MEDIANTE UN PROCESO BATCH Y

UN PROCESO CONTÍNUO CON UN REACTOR HELICOIDAL‟‟.Tesis Doctoral

Universitat Rovira I Virgili, Tarragona.

Larosa, R., (2001) „‟PROCESO PARA LA PRODUCCIÓN DE BIODIESEL Y

REFINACIÓN DE GLICERINA‟‟. Universidad Tecnológica Nacional, Perú.

Castro, P., Sevilla, S., et. al (2008) „‟ESTUDIO SOBRE LA SITUACIÓN DE LOS

BIOCOMBUSTIBLES EN EL PERÚ‟‟.Preparado por Soluciones Prácticas – ITDG

para Oxfam Internacional.

IICA (2010) Instituto Interamericano de Cooperación para la Agricultura – OEA. Atlas

de la Agroenergía y los Biocombustibles en las Américas.

Crespo, G., Martínez, M., et. al (2001) „‟BIODIESEL: UNA ALTERNATIVA REAL

AL GASÓLEO MINERAL. EN INGENIERÍA QUÍMICA‟‟.

Meher, L., Vidya, D., et. al (2006) „‟TECHNICAL ASPECTS OF BIODIESEL

PRODUCTION BY TRANSESTERIFICATION – A REVIEW. RENEWABLE

AND SUSTAINABLE ENERGY REVIEWS 10 ‟‟.Volume: 10, Issue: 3, Publisher:

Elsevier, Pages: 248-268.



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Mittelbach, M. (1996) „‟DIESEL FUEL DERIVED FROM VEGETABLE OILS, VI:

SPECIFICATIONS AND QUALITY CONTROL OF BIODIESEL‟‟.Bioresource

Technol; 56: 7-11.

Petroperú. (2007b). Biocombustibles en el Perú. Presentación en el Seminario

Internacional “Desarrollo de Cultivos Alternativos para la Producción de

Biocombustibles”. Lima: DEVIDA, Embajada de Brasil en el Perú y Petroperú, 10 y 11

de mayo del 2007.

USDA: Información y Servicios del United States Department of Agriculture.

FAPRI: Food and Agricultural Policy Research Institute.

Artículo N° 4, Ley 28054 „‟Promoción del Mercado de Biocombustibles‟‟.

Reuters Group Limited. Agencia Internacional de Noticias.

OECD. Organization for the Cooperation and Economic Development.

Sitios web consultados:

Ventajas del Biodiesel.

http:/www.recikla.org.

Productos Obtenidos a partir del Biodiesel.

http://es.wikipedia.org/wiki/Biodi%C3%A9sel

Materias Primas.

http://www.miliarium.com/monografias/Biocombustibles/Biodiesel/Biodiese

l.asp



Bibliot

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CAPÍTULO XI

APENDICE



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CAPÍTULO II


2.1 BALANCE DE MATERIALES:

Determinación de la cantidad de aceite reciclado a utilizar:

Debido a la complejidad de la composición del aceite reciclado obtenido, se asume que la

cantidad de material transesterificable es el 90 % en peso del total del aceite y teniendo

en cuenta que la relación de obtención es de 1 a 1 entre el material transesterificable y el

biodiesel, se tiene que para la producción de 10 TON/día de biodiesel se necesitará:

10Tnbiodiesel/día*(1Tn.mat. Transest/1 Tn.biodiesel.)*(1Tn.Aceite. Recic./0.9 Tn.mat. Transest.) = 11.11Tn.Aceite recic. /día.

2.1.1 Balance en el Mezclador (M-101)

Reacción:

CH3OH + KOH = CH3OK + H2O

Consideraciones de la Reacción:

Se asume que la reacción se da al 100%.

El KOH es el reactivo limitante y el CH3OH está en exceso 20% más de lo

necesario.

Determinación de la cantidad de KOH necesaria:

CH3OH

KOH

CH3OK

MEZCLADOR M-101

H2O



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Según Arbeláez., A y Rivera., M (2007) el rendimiento más alto se obtiene cuando el

porcentaje de catalizador está cercano al 1%, en relación al aceite utilizado; de manera

que utilizamos el 1% de KOH, es decir 0.1111TN de KOH.

Determinación de la cantidad de CH3OH necesaria:

Se determina utilizando la siguiente relación a partir de la reacción global:

COOCH2CHCOOCH2COO3R + 3CH3OH = 3RCOOCH3 + OHCH2CHOHCH2OH

100 kg + 11Kg = 100 Kg + 11Kg

A partir de esta relación se tiene que la cantidad estequiometrica necesaria

para producir 100 Kg de biodiesel es 11 Kg de metanol y para asegurar la reacción

utilizamos un 20 % de exceso.

De manera que se tiene:

10Tnbiodiesel*(11Tn CH3OH/100TnBiodiesel)*1.2 = 1.32Tn de CH3OH

Determinación de la cantidad de CH3OK obtenida:

0.1111TnKOH*(1molTnKOH/56TnKOH)*(1molTnCH3OK/1molTnKOH)*(70TnCH3OK/1molTnCH3OK) = 0.1389 Ton,

de CH3OK

Determinación de la cantidad de H2O obtenida:

0.1111TnKOH*(1molTnKOH/56TnKOH)*(1molTnH2O/1molTnKOH)*(18Tn H2O/1molTnH2O) = 0.0357 Ton, de

H2O.

Determinación de la cantidad de CH3OH sobrante:

Se obtiene por diferencia a partir del balance general y es 1.2561 Ton, de CH3OH.,

esto es razonable ya que para una masa de 0.1111Tn de KOH, solo necesito 0.0635

Tn de CH3OH, pero ingresa al reactor 1.3200 Tn, de manera que queda sin

reaccionar 1.2565 Ton de CH3OH.



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Tabla 11.1Resumen del balance en mezclador M-101

SUSTANCIA CANTIDAD (Tn)

Entradas

CH3OH 1.3200

KOH 0.1111

total 1.4311

Salidas

CH3OK 0.1389

H2O 0.0360

CH3OH 1.2561

total 1.4311

2.1.2 Balance en el Reactor (R-101)

Reacción:

COOCH2CHCOOCH2COO3R + 3CH3OH = 3RCOOCH3 + OHCH2CHOHCH2OH

Consideraciones de la Reacción:

Se asume que la reacción se da al 100%

El aceite reciclado (COOCH2CHCOOCH2COO3R)es el reactivo limitante y el

metanol es el reactivo en exceso.

Se asume que por la purga se elimina todo el material no transesterificable, el KOH

y el exceso de metanol se elimina por la purga del reactor.

CH3OK

ACEITE

RECICLADO

3RCOOCH3

CH2OHCHOHCH2OH

REACTOR R-101



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Determinación de la cantidad de biodiesel obtenido:

Se obtiene a partir de la relación másica 1 a 1 entre el aceite reciclado y el

biodiesel.

11.11TnAceite rec.*0.9*(10Tnbiodiesel/10TnAceite rec.) = 10.00 Tn. Biodiesel.

Determinación de la cantidad de glicerina obtenido:

Se obtiene a partir de la relación másica 100 a 11 entre el material transesterificable

y la glicerina respectivamente.

11.11TnAceite rec.*0.9*(11Tn.glicerina/100Tn.Aceite rec.) = 1.10Tn de

Glicerina.

Determinación de la cantidad de CH3OH sobrante:

Como esta en exceso de 20% en masa se tiene:

1.32Tn de CH3OH/1.20 = 1.1Tn de CH3OH, necesario y la diferencia en exceso

ósea 1.32-1-1 = 0.22Tn de CH3OH en exceso.

Determinación de la cantidad de material no transesterificable sobrante:

Es equivalente al aceite reciclado que no reaccionay equivale a:

11.11 TnAceite rec.*0.90 =10Tn de material transesterificable y 1.11Tn no

transesterificable.



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Tabla 11.2 Resumen del balance en el reactor R-101

SUSTANCIA

CANTIDAD

(Tn)

Entradas

Aceite reciclado 11.11

CH3OH 1.32

KOH 0.11

total 12.54

Salidas

Biodiesel 10.00

Glicerina 1.10

Material no transesterificable 1.11

KOH 0.11

CH3OH en exceso 0.22

total 12.54

2.1.3 Balance en la Centrifuga (C-101)

Determinación de la cantidad de H2O necesaria:

Según Arbeláez., A y Rivera., M (2007) se logra una buena separación utilizando una

cantidad de agua equivalente al 7.5% en peso de la cantidad total de aceite utilizado.

Es decir:

11.11Tn.Aceite rec.*7.5% = 0.83 Tn de agua.

Mezcla biodiesel-

glicerina

Agua

Biodiesel-Agua

Glicerina

CENTRIFUGA C-101



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La única operación que realiza la centrifuga es la de separación, pero se asume que el

biodiesel arrastra el 15.66% del agua de lavado de manera que se tiene:

Tabla11.3 Resumen del balance en la centrifuga C-101


Entradas

Biodiesel-Glicerina 11.10

Agua 0.83

total 11.93

Salidas

Biodiesel-Agua 10.13

Glicerina 1.10

Agua 0.70

total 11.93


2.1.4 Balance en el Secador (S-101)

Tabla 11.4 Resumen del balance en el secador S-101


Entradas

Biodiesel-Agua 10.13

total 10.13

Salidas

Biodiesel 10.00

Vapor de Agua 0.13

total 10.13


SECADORS-101

MEZCLA

BIODISEL-AGUA

VAPOR DE AGUA

BIODISEL SECO



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2.1.5 Determinación de la cantidad de agua de enfriamiento

Se utiliza un cálculo rápido para estimar la cantidad de agua de enfriamiento utilizada

al día, para esto se toman las siguientes asunciones:

Gradiente de temperatura máxima que puede alcanzar el sistema reaccionante:

20°C.

Cp.mezcla reaccionante: 0.5 J/g°C.

Cp.agua: 4.18 J/g°C.

Aislamiento perfecto.

La temperatura del agua de entrada es de 25°C y la de salida es de 40°C.

Bajo las siguientes suposiciones se cumple:

Qagua=Qsistema reaccionate

m.agua*Cpagua*(grad. de temp.) = m. prod. reacc.*Cpsistema reacc.*(grad.temp)

Despejando:

m.agua = m. prod. reacc.*Cpsistema reacc.*(grad.temp)/(Cpagua*(grad. de temp.)

Reemplazando valores se obtiene:

m. agua = 11.1Tn*(0.5 J/g°C)*20°C/(4.18 J/g°C*15°C)

m. agua = 1.77Tn.deagua.

Como factor de seguridad se cuantifica un 50% de agua que el estimado es decir:

2.65 Tn/día.

2.1 BALANCE DE ENERGIA:

La energía requerida en la plana es básicamente energía eléctrica y se cuantifica a partir de

los datos obtenidos en el diseño de bombas.



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CAPÍTULO IV

DISEÑO DEL EQUIPO DE PROCESO

DISEÑO DE LAS BOMBAS

1) DISEÑO DE BOMBAS:

Tiene por finalidad determinar la potencia requerida de la bomba así como la cabeza de

succión positiva neta, el tipo de bomba y el material más conveniente.

Para este diseño necesitamos datos como:

Características de la tubería.

Propiedades del Líquido.

Cantidad y tipo de accesorios.

a) Características de la tubería :

Haciendo uso de la tabla 12.4 determinamos la aspereza de la superficie y utilizando la

tabla 12.5 y el diámetro nominal determinamos el área y diámetro reales de la tubería.

b) Propiedades del liquido :

Ingresando las siguientes variables:

Densidad (kg/cm3).

Viscosidad (cp).

Presión en la succión y en la descarga (Kpa).

Presión atmosférica (Kpa).

Presión de vapor (Kpa).

Caudal (m3/h).



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Determinamos:

Densidad relativa = Densidad fluido/Densidad del agua a 4°C.

Viscosidad (Pa.s) = Viscosidad (cp)/1000.

Velocidad(m/s) = (Caudal/area)/3600.

N° Reynolls = diametro*Velocidad*densidad/viscosidad.

F (factor de Fanning) = (R. Mott, 1996).

c) Cantidad y tipos de accesorios:

A partir de estos se determinan la perdida en la succión y en la descarga.

Succión:

Ingresando las siguientes variables:

Longitud de tubería de succión (m).

Columna estática (m).

Relación de diámetros (D1/D2).

Determinamos:

Columna de presión = (P.succión)/ (gravedad*densidad relativa).

K (Coef. Perdida por contracción repentina, tabla 12.6), para la parte de la

descarga se utiliza la tabla 12.7 (Coef. Perdida por ensanchamiento repentino).

Hfi(Perdid por friccion en accesorios) =

Hfs1 (Perdida por fricción en tubería) =



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De forma análoga determinamos la perdida de energía en la descarga.

Para determinar la pérdida de energía por fricción debido a los accesorios, primero

ingresamos el tipo de accesorio y el número y mediante la tabla 12.8 obtenemos el

coeficiente correspondiente Ki.(J. Perry, 1997), (R. Mott, 1996).

Finalmente sumamos las pérdidas de energía en la tubería recta y en los accesorios y

obtenemos la pérdida de energía total, tanto en la succión como en la descarga: Hfs.

Con estos datos finalmente obtenemos la cabeza total y a partir de esta obtenemos la

potencia requerida así:

Pot.requerida =Caudal*cabeza total*densidad/367000

También obtenemos CSPN.

(Cabeza de succión positiva neta) =Col. Estática + Col. Presión-hfi+Hfs-

P.vapor/9.81*dens. Relativa.

Datos en común: Se considera los siguientes datos en común para todos los diseños.

Tubería:

Diámetro nominal: 4 pulg.

N° cedula: 40.

Propiedades del fluido:

Densidad: 870 Kg/m3.

Viscosidad: 1.2cp.

P. succión: 101.33 Kpa.

P. descarga: 400.00 Kpa.

P. atmosférica: 101.33 Kpa.

P. vapor: 2 Kpa.

Eficiencia de la bomba 75%.



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Diseño de la bomba de Metanol (B-101)

Fluido a bombear: Metanol

Tipo de bomba: Bomba centrifuga

Material de carcasa: Acero 304 (debido a las características ácidas del fluido).

Tipo de impulsor: Abierto.

Material de impulsor: Acero 316.

Material del eje: Acero 316.

Línea de succión:

Longitud:10 m.

C. estática: 2 m.

D1/D2: se considera infinito.

Accesorios:

Codos de 90°: 0 codos.

Válvula de mariposa: 1 válvula.

Unión simple: 2uniones.

Línea de descarga:

Longitud: 20 m.

C. estática: 20 m.


Accesorios:


Válvula mariposa: 2 válvulas.

Unión simple: 2 uniones.

N° de bombas: 2 bombas



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Caudal de bombeo: 0.070m3/h (obtenido del cuadro de balance, dmet 0.78 Kg/L)

Ingresando estos datos en la plantilla tal como se muestra en la fig. 12.9 se obtiene

una potencia requerida de 0.02 Hp. Por lo que se usara un motor de 0.05 HP.

Fig.11.1 Plantilla para diseño de bombas.

Fuente: Elaboración propia.



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Diseño de la bomba de aceite reciclado (B-102)

Fluido a bombear: Aceite reciclado

Tipo de bomba: Bomba de desplazamiento positivo

Material de carcasa: fierro fundido (debido a las características ácidas del fluido.

Línea de succión:

Longitud: 15 m.

C. estática: 2 m.


Accesorios:


Válvula de globo abierta: 2 válvulas.

Línea de descarga:

Longitud: 60 m.

C. estática: 15m.


Accesorios:

Codos de 90°: 4codos.



Caudal de bombeo: 0.38 m3/h (obtenido del cuadro de balance, daceite 1.2Kg/L).

De manera análoga al cálculo de diseño para la bomba n°1 se obtiene el caballaje para la

bomba n°1

Potencia requerida de 0.10 Hp. Por lo que se usara un motor de 0.2 HP.



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Diseño de la bomba de agua de lavaje (B-103)

Fluido a bombear: Agua


Material de carcasa: Fierro fundido.


Material de impulsor: Fierro fundido

Material del eje: Fierro fundido

Línea de succión:

Longitud: 5 m.

C. estática: 2 m.


Accesorios:



Línea de descarga:

Longitud: 100 m.

C. estática: 40m.


Accesorios:



N° de bombas: 2 bombas.

Caudal de bombeo: 0.034 m3/h (obtenido del cuadro de balance, d.agua 1Kg/L).




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Diseño de la bomba de metoxidoB-104

Fluido a bombear: Metoxido


Material de carcasa: Acero 316 (debido a las características ácidas del fluido).


Material de impulsor: Acero 316.

Material del eje: Acero 316.

Línea de succión:

Longitud: 20 m.

C. estática:5 m.


Accesorios:



Línea de descarga:

Longitud: 30 m.

C. estática: 10 m.


Accesorios:

Codos de 90°:3codos.



Caudal de bombeo: 0.03 m3/h (obtenido del cuadro de balance, d. metoxido 1Kg/L).




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Diseño de la bomba de biodiesel (B-105)

Fluido a bombear: Biodiesel

Tipo de bomba: Desplazamiento positivo

Línea de succión:

Longitud: 20 m.

C. estática: 5 m.


Accesorios:



Línea de descarga:

Longitud: 20 m.

C. estática: 10m.


Accesorios:




Caudal de bombeo: 0.42 m3/h (obtenido del cuadro de balance, d. biodiesel 1Kg/L).

De manera análoga al cálculo de diseño para la bomba n°1 se obtiene el caballaje para

la bomba n°4.




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TABLAS UTILIZADAS:

Tabla. 11.5 Aspereza de superficie.

Fuente: Moncada 2009.

Tabla 11.6 Diámetro y área en función al calibre.




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74

Tabla 11.7 Coeficiente para perdida por contracción repentina.


Tabla 11.8 Coeficiente para perdida por ensanchamiento repentino.




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Tabla. 11.9 Coeficiente de fricción debido a accesorios.




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DISEÑO DE TANQUES

Tiene como finalidad estimar la presión de diseño, la capacidad y el espesor de la

plancha.

Diseño del Mezclador(M101)

Datos de entrada variables: Son únicos para cada tanque

Caudal (m3/h) = 0.055.

Altura (m) = 2.

Tiempo de retención (h) = 24.

Datos de entrada fijos: Son comunes para todos los tanques

Presión (atm) = 14.7.

Temperatura (°C) = 25.

Densidad (Kg/m3) = 1000.

Tensión máxima permisible = 13750 dato fijo.

Eficiencia de juntas soldadas = 0.8 dato fijo.

Factor de corrección (inch) = 0.125.

Relación Altura/Diámetro = 2.0.

Formulas usadas:

Presión hidrostática = densidad*gravedad*altura

Radio = Altura/4

Espesor de plancha = presión hidrost.*Radio/(tensión max. permisible*ef. Juntas-

0.6*presión hidrost.) + 0.125.

Presión de diseño= 1.2*Presión hidrostática

Capacidad =1.2*Caudal*tiempo de retención (E, Megyesy, 1992).



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Reemplazando valores:

Presión hidrostática = 1000*9.81*2/1000 = 19.62/6.87 = 2.85 psig

Radio = (2*100/4)/2.54 = 19.681inch.

Espesor de plancha (pulgadas) = (2.85*19.68/(13750*0.8-0.6*2.85)) + 0.125 =0.125 inch.

Presión de diseño (psi) =1.2*2.85 = 3.42

Capacidad (m3) = 1.2*0.055*24 = 1.58 m3

Ingresando estos datos en la plantilla tal como se muestra en la fig. 12.24 se obtiene

un espesor de plancha de 0.130, una presión de diseño de 3.42 psi y una capacidad

de 1.58 m3, tal como se muestra líneas abajo.

Fig.11.2 Plantilla para diseño de tanques

Fuente: Elaboración propia



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Diseño del Reactor(R-101 ).

Datos de entrada variables: Son únicos para cada tanque

Caudal (m3/h) = 0.523.

Altura (m) = 3.




Temperatura (°C)= 25.

Densidad (Kg/m3) = 1000.



Factor de corrección (inch) = 0.125.

Relación Altura/Diámetro = 2.

Utilizando la plantilla de diseño de forma similar al caso anterior se obtiene:

Espesor de plancha (pulgadas) = 0.125.

Presión de diseño (psi) = 5.124.

Capacidad (m3) = 15.

Diseño del Tanque Homogeneizador de producto(TK 101).

Datos de entrada variables: Son únicos para cada tanque.

Caudal (m3/h) = 0.463.

Altura (m) = 3.




Temperatura (°C)= 25.



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Densidad (Kg/m3) = 100



Factor de corrección (inch) = 0.125

Relación Altura/Diámetro = 2

Utilizando la plantilla de diseño de forma similar al caso anterior se obtiene:

Espesor de plancha (pulgadas) = 0.125

Presión de diseño (psi) = 5.124

Capacidad (m3) = 13.3



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