refinaci+¦n-de-aceite-de-palma
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REFINACIÓN DE ACEITE DE PALMA AFRICANA PARA PRODUCCIÓN DE
BIODIESEL
REFINING PALM OIL FOR BIODIESEL PRODUCTION
Fabian Ballesteros Ochoa
RESUMEN:
En este artículo los autores realizan el análisis del proceso de refinación del aceite de palma africana
comúnmente usado en Colombia para la obtención de biodiesel mediante transesterificación. En este estudio
se realizaron los respectivos balances de materia y energía para el proceso y se expone un análisis de
rendimiento energético para los agrocombustibles.
Palabras Claves: Aceite de Palma, Biodiesel, Agrocombustible.
ABSTRACT:
In this article the authors present the analysis of the process of refining palm oil commonly used in Colombia
to obtain biodiesel. In this study we performed the respective material and energy balances for the process and
provides an analysis of energy efficiency for agrofuels.
Keywords: Palm oil, Biodiesel, Agrofuel.
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INTRODUCCIÓN
El biodiesel elaborado en Colombia se produce a partir de Aceite de Palma, uno de los aceites vegetales que
mayor cantidad de ácidos grasos con cadenas saturadas posee (después del aceite de coco). Debido a esta
situación el aceite de palma no es recomendado para la nutrición, ya que sus cadenas pueden formar
deposiciones en las vías sanguíneas, además de otros factores como la alta temperatura de fusión. Debido a
esta situación el aceite de palma no es recomendado para la nutrición, ya que sus cadenas pueden formar
deposiciones en las vías sanguíneas, además de otros factores como la alta temperatura de fusión. [1]
Técnicamente, el biodiesel es un metiléster de aceite vegetal, se forma mediante la remoción de la glicerina
del triglicérido (aceite), en un proceso similar a la saponificación, las moléculas restantes (cadenas simples de
hidrocarburos) forman el biodiesel, no contienen azufre, anillos o compuestos aromáticos; además al contener
cerca del 10% de oxígeno, es un combustible que no requiere aditivos para cumplir las normas ambientales
del gobierno colombiano en lo referente a contenido de oxígeno.1
El aceite de palma es producido en Colombia principalmente en la zona del magdalena medio, que tiene las
características ambientales propicias para que prospere el cultivo de palma, llegando a ser el primer productor
continental.2
CONTENIDO
Los aceites y grasas alimenticios provienen generalmente de semillas oleaginosas y de animales. En Colombia
el aceite alimenticio se extrae a partir de los frutos de la palma africana por medios físicos como la aplicación
de grandes presiones sobre los frutos con prensas hidráulicas. En países como Estados Unidos esta labor se
lleva a cabo fundamentalmente mediante la extracción con disolventes. Hay procesos de extracción que
combinan los medios físicos con la extracción de solventes, este es el caso del aceite de canola. El hexano es
el disolvente más ampliamente utilizado en extracción con solventes de aceite. [2]
Estos aceites obtenidos por extracción de semillas oleaginosas se denominan aceites brutos. Contienen
cantidades variables de sustancias presentes naturalmente, además de triglicéridos. Entre estas sustancias se
encuentran ácidos grasos libres, pequeñas cantidades de proteína, fosfolípidos, fosfátidos, ceras, resinas,
pigmentos coloreados y sustancias sápidas que son elementos no deseados en los productos alimenticios
finales. Estas sustancias aunque se presenten en pequeñas cantidades aportan colores, olores y sabores
extraños, por lo tanto estas sustancias deben ser eliminadas en procesos posteriores a la extracción del aceite.
Para ello se realiza lo que se denomina refinación del aceite bruto. [3]
PROCESO INDUSTRIAL
La Refinación Química consiste en un tratamiento al que se somete el aceite refinable y crudo para separar de
los ésteres grasos neutros, que es el aceite en sí, todas las impurezas presentes. [5]
Consiste en una sucesión de distintas fases que son:
1. Neutralización y desgomado
2. Winterización
3. Lavado
4. Secado
5. Decoloración
6. Desodorización.
1 Cenipalma.
2 Fedepalma
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Figura 1. Diagrama del Proceso de Refinación de aceite vegetal.
Fuente: Lawson.
DESGOMADO - NEUTRALIZACIÓN
Casi la totalidad de los aceites de semillas contienen fosfátidos, llamados lecitinas, que en el aceite de soja
llegan a superar el 3 % en peso del aceite.
Seguidamente se dan algunos valores medios del contenido en lecitina en diferentes tipos de aceites ricos en
dicho producto. [6]
aceite de soja, del 2,5 al 3,5 %
aceite de colza, del 1 al 1,3 %
aceite de algodón, del 1 al 2 %
aceite de linaza, del 0,8 al 1,3 %.
Los fosfátidos deben ser extraídos de los aceites dados que su presencia origina muchos inconvenientes en el
almacenamiento, refinación y conservación de los mismos, tales como: [3]
Decantaciones en los tanques de almacenamiento;
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Pérdidas elevadas en refinación;
Dificultad de conservación;
Formación de espumas al calentar el aceite.
En este primer paso en la planta de refinado es hacer reaccionar el aceite bruto con una sustancia alcalina para
eliminar los ácidos grasos libres ya que una cantidad excesiva puede contribuir a un sabor no muy
satisfactorio de la grasa. Cuando el álcali reacciona con los ácidos grasos libres, el resultado es un jabón. [5]
Este jabón se elimina haciendo pasar la mezcla de jabón y de grasa a través de una maquina de centrifugación
continua que separa el aceite o grasa del jabón, que a veces se denomina residuos. El aceite refinado se lava
con agua para eliminar las últimas trazas de jabón y se centrifuga de nuevo. Finalmente el agua residual se
elimina por decantación.
GOMAS Y MUCILAGOS [6]
Son, lo que podríamos considerar, parte de la materia extractiva no nitrogenada de un aceite o grasa,
comprendiendo sustancias del tipo de los hidratos de carbono, (excluida la celulosa) cuya naturaleza no es aún
muy bien conocida y cuya aplicación industrial puede ser igualmente importante.
Las gomas y mucílagos son semejantes a los hidratos de carbono, diferenciándose de estos en la aparición de
algunos elementos que constituyen y forman parte de su molécula, como puede ser el calcio, magnesio y
potasio, así como en la presencia de ciertos ácidos hidroxialdehídicos, como el ácido glucurónico, encontrado
especialmente en las gomas.
La eliminación de este tipo de impurezas se suele llevar a cabo en la industria, dentro de un proceso típico de
refinación, adicionando al aceite, ya sea puro o en solución, un ácido, generalmente ácido fosfórico y, en
algunos casos, ácido cítrico que las hace precipitar.
Las condiciones en que se lleva a cabo dicha operación dependen de la naturaleza del aceite, y son:
La temperatura, suele ser alta = 70 – 80ºC aprox.
Adición de una pequeña cantidad de ácido fosfórico, que puede oscilar entre el 0,1 - 0,5 % en peso (e
incluso menos) referido a la cantidad total de aceite.
El tiempo de mezcla y de contacto suele ser relativamente corto, alrededor de los 5 minutos.
NEUTRALIZACIÓN
Los aceites y grasas no están constituidos solamente de glicéridos ya que contienen siempre, en porcentajes
más o menos elevados, ácidos grasos en estado libre. Este porcentaje representa el grado de acidez de un
aceite, de hecho, cuando se dice que un aceite contiene dos grados de acidez quiere decir que tiene el 2 %, en
peso, de ácidos grasos libres. [3]
Generalmente la acidez de un aceite se expresa en ácido oleico, dado que este ácido está siempre presente en
todos los aceites y grasas y en cantidad, a veces, elevada. [2]
La formación de ácidos grasos libres en un aceite se debe en general a fenómenos de fermentación. Ciertas
enzimas, en determinadas condiciones de temperatura, desdoblan los glicéridos en glicerina y ácidos grasos y
mientras la glicerina se descompone, los ácidos grasos libres quedan en solución en el aceite aumentando su
grado de acidez; dado que una condición indispensable para que se produzca el fenómeno enzimático es la
presencia de agua, uno de los sistemas más eficaces para evitar esto es el de eliminar tanto cuanto sea posible
el agua que contiene la materia prima, de ahí la necesidad de conservar las semillas oleaginosas bien
desecadas y de realizar el almacenamiento de los aceites cuando éstos están carentes de agua. [7]
El aumento de acidez ha de evitarse tanto cuanto sea posible porque los ácidos grasos libres son las causas de
graves pérdidas de aceite neutro: primero porque los glicéridos que se desdoblan dan origen a ácidos grasos
que deben ser eliminados en fase de neutralización; segundo porque durante la fase de cristalización un cierto
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porcentaje de aceite neutro se pierde en los productos de neutralización, sean en pastas jabonosas (soap-
stocks), ácidos grasos destilados, insaponificables, etc. La eliminación de los ácidos grasos libres presentes en
un aceite es la fase más difícil y delicada del proceso de refinación de aceites y grasas, ya que en esta fase se
pueden producir las pérdidas más altas de aceite neutro y se puede comprometer la calidad final del producto
refinado. [3]
Los aceites vegetales se neutralizan, en general, con una sustancia alcalina que generalmente es sosa cáustica;
normalmente se utiliza un proceso continuo para eliminar los ácidos grasos libres. [3]
En la refinación clásica esta operación se lleva a cabo adicionando al aceite un álcali (generalmente hidróxido
sódico, siendo el carbonato sódico menos recuente) que, al reaccionar con los ácidos grasos libres del aceite,
se forman las correspondientes sales sódicas de dichos ácidos. [3]
SAPONIFICACIÓN:
Al ser ésta una reacción reversible, son las condiciones de presión y temperatura las que determinan la
dirección de la misma. En efecto, trabajando a presión atmosférica y a temperatura media (60-80 °C) la
reacción es de izquierda a derecha (saponificación); si se trabaja a alta presión (30 atmósferas) y a alta
temperatura, la reacción es casi totalmente de derecha a izquierda (hidrólisis); naturalmente las dos reacciones
se producen en presencia de agua. [6]
Tratándose, por tanto, de una reacción fácilmente reversible, está fuertemente influenciada de muchos
factores, entre los que predominan:
la pureza de aceites y grasas;
temperatura;
concentración de la solución alcalina;
tiempo de saponificación.
Cuando se agrega una solución alcalina a un aceite vegetal crudo, se producen también otras reacciones
químicas y cambios físicos, el álcali se combina con los ácidos grasos libres del aceite para formar. [7]
PROCESO DE LAVADO DE ACEITES NEUTRALIZADOS
Para obtener aceites libres de jabones después de las operaciones de desgomado, neutralización y re-
refinación, se debe proceder a un enérgico lavado del aceite con agua caliente ya que los jabones son siempre
parcialmente solubles en el aceite neutro.
El funcionamiento de la instalación es simple: el aceite neutro llega al calentador, en donde alcanza los 90-95
°C y pasa al mezclador en unión de una cantidad, dosificada, de agua de lavado a 90-95 °C; en este
mezclador, el aceite entra en íntimo contacto con el agua de lavado en estas condiciones las trazas de jabón se
disuelven en agua; por lo general, la cantidad de agua de lavado es aproximadamente del 10- 15% de aceite en
peso. Después de la mezcla, la suspensión aceite-agua pasa al separador centrífugo que efectúa la separación
de los dos componentes. [3]
Para el lavado de los aceites es conveniente utilizar agua de baja dureza y a ser posible condensado, que en
definitiva es agua destilada efectuando esta operación adecuadamente, es posible bajar el contenido en jabón
en el aceite por debajo de 100 ppm.
Con una única etapa de lavado es posible alcanzar un aceite con menos de 0.007% de jabones, pero si se
quiere llegar a cifras inferiores (0.002%) es preciso incluir una segunda etapa de lavado. [7]
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BLANQUEO Y FILTRACIÓN
Consiste en la decoloración parcial del aceite. El aceite neutro y seco es tratado con tierras activadas, que
permiten retirar residuos menores por medio de absorción. Posteriormente, la tierra se retiene por medio de
filtros, quedando el aceite neutro blanqueado. El blanqueo se refiere al tratamiento que se aplica para eliminar
los colores y las sustancias que producen color. El fin principal es eliminar los pigmentos rojos, amarillos y
verdes que están en los aceites brutos. [6]
El procedimiento habitual de blanqueo se lleva a cabo por adsorción de los pigmentos sobre un material
adsorbente como tierras decolorantes. Los pigmentos se adsorben sobre la tierra y, a continuación, esta tierra
se separa del aceite por filtración. [7]
HIDROGENACIÓN
La hidrogenación tiene como objetivo la estabilización de los aceites y la provisión de consistencia adecuada
a la materia grasa, para su aplicación final. Consiste en un cambio químico que permite modificaciones a
nivel molecular; esta se lleva a cabo sobre el aceite blanqueado, lo más purificado posible, para que el proceso
pueda realizarse con buenos resultados. El hidrogeno se adiciona directamente a los puntos de instauración de
los ácidos grasos. El proceso de hidrogenación se desarrolla para aumentar la estabilidad frente a la oxidación
del aceite o grasa y convertir los aceites líquidos en shortenings fluidos y shortenings plásticos incrementando
los sólidos para una mayor utilidad en ciertos usos alimentarios. [2]
Los ácidos grasos con dos dobles enlaces como el linoleico se hidrogenan para dar lugar a ácidos grasos con
un doble enlace, como el oleico, o sin dobles enlaces como el esteárico. Igualmente, los ácidos grasos con tres
dobles enlaces (como el linolénico) se hidrogenan para dar lugar a ácidos grasos con dos dobles enlaces, un
doble enlace o sin dobles enlaces. A medida que aumenta el grado de hidrogenación, también aumenta la
saturación de la grasa y su firmeza a temperatura ambiente. Obviamente también aumenta su punto de fusión,
así como su grado de estabilidad frente a la oxidación en las condiciones de almacenamiento. Mediante la
unión de H2 a los átomos insaturados de carbono puede disminuir la fracción de estos y con ello elevarse el
punto de fusión. La hidrogenación se efectúa en un reactor donde el hidrogeno gaseoso se burbujea a través
del aceite a temperatura y presión adecuadas en presencia de un catalizador. El catalizador acelera la reacción
pero no se consume en la misma. [7]
DESODORIZACIÓN
Este es un proceso de destilación cuya finalidad es eliminar del aceite, las trazas de sustancias que comunican
olor y sabor. Se realiza al vacío en presencia de altas temperaturas para remover sustancias volátiles, y evitar
la hidrólisis de aceites y grasas y aprovechar el uso del vapor. [3]
La desodorización se lleva a cabo en una cámara de destilación al vapor que literalmente hierve y elimina los
olores y sabores desagradables presentes en el aceite refinado, decolorado e hidrogenado. Esto es factible
debido a las diferencias en volatilidad entre los triglicéridos y las sustancias que confieren sabores y olores a
las grasas. Los aceites refinados, blanqueados e hidrogenados contienen cantidades pequeñas (inferiores al
0.1%) de sustancias que podrían conferir sabores u olores extraños a estos aceites. Estas sustancias son
fácilmente eliminadas en el proceso de destilación, que se lleva a cabo a baja presión y elevada temperatura
(entre 204°C - 288°C). La desodorización es la etapa final en la fabricación de aceite RBD. [6]
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Figura 2. Diagrama del Proceso de Refinación de aceite vegetal con sus Temperaturas.
Fuente: Bartholomai.
BALANCE DE MASA Y ENERGÍA DEL PROCESO.
En este trabajo se tomo como base de cálculo:
Bases de Calculo:
5.500 Kg. De Aceite de Crudo.
% Acidez = 5% como acido oleico
Gomas e Impurezas = 2%
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El siguiente diagrama describe el proceso al cual se le realizo el respectivo balance de masa y energía.
Figura 3. Diagrama del Proceso.
Fuente: Los autores.
En la tabla 2, se exponen los flujos másicos del proceso
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Tabla 2. Flujos másicos del proceso
Fuente: Los autores.
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Continuación Tabla 2. Flujos másicos del proceso
Fuente: Los autores.
RESUMEN BALACE DE MASA
Bases de Calculo:
5.500 Kg. De Aceite de Crudo.
% Acidez = 5% como acido oleico
Gomas e Impurezas = 2%
DESGOMADO
Entra:
Aceite Crudo 5.500 Kg.
Solución Salina al 7%: Sal 14 Kg.
Agua 165.04 Kg.
Agua para Decantación: 180 Kg.
-------------------
TOTAL 5.859,04 Kg.
Sale
Gomas e impurezas insolubles 110 Kg.
Perdidas de Aceite 165 Kg.
Aceite desgomado 5.225 Kg.
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Agua en Aceite 26,20 Kg.
Agua que sale con las gomas 318,84 Kg.
Sal que sale con las gomas 14 Kg.
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TOTAL 5.859,04 Kg.
NEUTRALIZACION
Entra:
Aceite Desgomado 5.225 Kg.
Agua en Aceite 26,20 Kg.
Solución NaOH (19° Be): NaOH 40,70 Kg.
Agua 259,70 Kg.
Solución Salina al 18%: Sal 11 Kg.
Agua 50 Kg.
-------------------
TOTAL 5.612,60 Kg.
Sale
Jabonadura: Jabón, aceite ocluido, aceite saponificado,
Hidróxido de Sodio (NaOH) remanente, agua, sal 1.135.43 Kg.
Aceite neutralizado 4.441,25 Kg.
Agua en Aceite 22,20 Kg.
Jabón en suspensión 13,72 Kg.
-------------------
TOTAL 5.612,60 Kg.
LAVADO
Entra:
Aceite Neutralizado 4.441,25 Kg.
Jabón en suspensión 13,72 Kg.
Solución NaOH (19° Be): NaOH 40,70 Kg.
Agua en Aceite 22,20 Kg.
Agua de Lavado 1.311 Kg.
-------------------
TOTAL 5.788,17 Kg.
Sale
Aceite Lavado 4.441,25 Kg.
Agua que sale con el Jabón 1.288,79 Kg.
Agua en Aceite 44,41 Kg.
Jabón 13,72 Kg.
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TOTAL 5.788,17 Kg.
SECADO
Entra:
Aceite Lavado 4.441,25 Kg.
Agua en Aceite 44,41 Kg.
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TOTAL 4.485,66 Kg.
Sale
Aceite Secado 4.441,25 Kg.
Agua en Aceite 8,88 Kg.
Agua Evaporada 35,53 Kg.
-------------------
TOTAL 4.488,66 Kg.
BLANQUEAMIENTO
Entra:
Aceite Secado 4.441,25 Kg.
Agua en Aceite 8,88 Kg.
Tierra Decolorante 35,53 Kg.
-------------------
TOTAL 4.485,66 Kg.
Sale
Tierra Decolorante 35,53 Kg.
Perdidas de Aceite Húmedo: Aceite 35,46 Kg.
Agua 0,07 Kg.
Aceite Blanqueado 4.405,79 Kg.
Agua en Aceite 8,81 Kg.
-------------------
TOTAL 4.485,66 Kg.
DESODORIZACION
Entra:
Aceite Blanqueado 4.405,79 Kg.
Agua en Aceite 8,81 Kg.
Vapor de Borboteo 1592.4 Kg.
-------------------
TOTAL 6.007 Kg.
Sale
Perdidas de Aceite 22,03 Kg.
Aceite Desodorizado 4.383,76 Kg.
Vapor 1601,21 Kg.
-------------------
TOTAL 6.007 Kg.
ENFRIAMIENTO
En esta operación el aceite que entra es igual al que sale. = 4.383,76 Kg.
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BALANCE DE ENERGIA.
Calentamiento de Agua:
Debido a que se necesita una buena disponibilidad de agua caliente, para los diferentes lavados, se calienta
todo el volumen de agua con el fin de llenar la capacidad de operación del tanque de calentamiento, si esta
capacidad es de 1,6 m3 (1600 Kg) entonces:
Q = m Cp (t2 – t1)
m = 1600 Kg. de Agua
Capacidad Calorífica del agua:
Cw = 4187 J/Kg * °C (*)
t1 = 19 °C
t2 = 88 °C
Q = 1600 Kg. x 4187 J*Kg-1
* °C-1
x (88 °C - 19 °C)
Q = 4,62 x 108 J
Si decimos que las pérdidas de calor son del 10% entonces: (**)
Q = 4,62 x 108 J x 1.1
Q = 5,082 x 108 J
Calentamiento de la solución de soda 19 °Be
Q = m Cp (t2 – t1)
m = 300,4 Kg.
Cp = 3332,85 J/Kg * °C (*)
t1 = 19 °C
t2 = 88 °C
Q = 300,4 Kg.* 3332,85 J*Kg-1
* °C-1
x (88 °C - 19 °C)
Q = 6,91 x 107 J
Si decimos que las pérdidas de calor son del 10% (**)
Q = 6,91 x 107 J x 1.1
Q = 7,601 x 107 J
Calentamiento de las soluciones de Sal:
Desgomado
Q = m Cp (t2 – t1)
m = 179 Kg.
Cp = 3824 J/Kg * °C (*)
t1 = 19 °C
t2 = 88 °C
Q = 179 Kg. x 3824 J/Kg * °C x (88 °C - 19 °C)
Q = 4,723 x 107 J
Como las pérdidas de calor son del 10% entonces: (**)
Q = 4,723 x 107 x 1.1
Q = 5,195 x 107
Neutralización:
Q = m Cp (t2 – t1)
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m = 61 Kg.
Cp = 3573 J/Kg * °C (*)
t1 = 19 °C
t2 = 88 °C
Q = 61 Kg. x 3573 J/Kg * °C x (88 °C - 19 °C)
Q = 1,504 x 107 J
Como las pérdidas de calor son del 10% entonces: (**)
Q = 1,504 x 107 J x 1.1
Q = 1,654 x 107 J
Enfriamiento de Aceite:
Q = m Cp (t2 – t1)
m = 4383,76 Kg.
Cp = 2219,11 J/Kg * °C (*)
t1 = 160 °C
t2 = 50 °C
Q = 4383,76 Kg. x 2219,11 J/Kg * °C x (50 °C - 160 °C)
Q = -1,07 x 109 J
Como las pérdidas de calor son del 10% entonces: 3
Q = -1,07 x 109 J x 0.9
Q = -9,63 x 108 J (calor cedido al agua)
Calentamiento de Aceite.
Desgomado:
Q = m Cp (t2 – t1)
m = 5.500 Kg.
Cp = 2.219,11 J/Kg * °C (*)
t1 = 19 °C
t2 = 78 °C
Q = 5.500 Kg. x 2.219,11 J/Kg * °C x (78 °C - 19 °C)
Q = 7,2 x 108 J
Como las pérdidas de calor son del 10% entonces: (**)
Q = 7,2 x 108 J x 1.1
Q = 7,92 x 108 J
Neutralización:
Q = (m1 Cp1 + m2 Cp2) (t2 – t1)
m1 = 5.225 Kg de Aceite.
Cp1 = 2.219,11 J/Kg * °C (*)
m2 = 26,2 Kg de Agua.
Cp2 = 4.187 J/Kg * °C (*)
t1 = 19 °C
t2 = 85 °C
Reemplazando en Q
Q = 7,725 x 108 J
Como las pérdidas de calor son del 10% entonces: (**)
Q = 7,725 x 108 J x 1.1
Q = 8,5 x 108 J
3 Datos tomados de PERRY, R Y CHILTON. Biblioteca del Ingeniero Químico.
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Secado:
Calentamiento.
Q = (m1 Cp1 + m2 Cp2) (t2 – t1)
m1 = 4.441,25 Kg de Aceite.
Cp1 = 2.219,11 J/Kg * °C (*)
m2 = 44,41 Kg de Agua.
Cp2 = 4.187 J/Kg * °C (*)
t1 = 80 °C
t2 = 92 °C
Reemplazando en Q
Q = 1,205 x 108 J
Como las pérdidas de calor son del 10% entonces: (**)
Q = 1,205 x 108 J x 1.1
Q = 1,325 x 108 J
Operación:
Q = m * Hfg
m = 44,41 Kg. de Agua
Hfg = 2,28 x 104 J/Kg
Q = 44,41 Kg. de Agua x 2,28 x 104 J/Kg
Q = 1,013 x 108 J
Como las pérdidas de calor son del 10% entonces: (**)
Q = 1,013 x 108 J x 1.1
Q = 1,114 x 108 J
Blanqueado:
Q = (m1 Cp1 + m2 Cp2) (t2 – t1)
m1 = 4.441,25 Kg de Aceite.
Cp1 = 2.219,11 J/Kg * °C (*)
m2 = 8,88 Kg de Agua.
Cp2 = 4.187 J/Kg * °C (*)
t1 = 92 °C
t2 = 120 °C
Reemplazando en Q
Q = 2,77 x 108 J
Como las pérdidas de calor son del 10% entonces: (**)
Q = 2,77 x 108 J x 1.1
Q = 3,047 x 108 J
Desodorización:
Q = (m1 Cp1 + m2 Cp2) (t2 – t1)
m1 = 4.405,79 Kg. de Aceite
Cp1 = 2.219,11 J/Kg * °C (*)
m2 = 8,81 Kg de Agua.
Cp2 = 4.187 J/Kg * °C (*)
t1 = 19 °C
t2 = 120 °C
Reemplazando en Q
Q = 9,91 x 108 J (Calentamiento con serpentín solamente)
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Como las pérdidas de calor son del 6% entonces: (**)
Q = 9,91 x 108 J x 1.1
Q = 10,50 x 108 J
Calentamiento con Serpentín y vapor de borboteo:
Q = (m1 Cp1 + m2 Cp2) (t2 – t1)
m1 = 4.405,79 Kg. de Aceite
Cp1 = 2.219,11 J/Kg * °C (*)
m2 = 8,81 Kg de Agua.
Cp2 = 4.187 J/Kg * °C (*)
t1 = 120 °C
t2 = 160 °C
Reemplazando en Q
Q = 3,92 x 108 J
Como las pérdidas de calor son del 6% entonces: 4
Q = 3,92 x 108 J x 1.1
Q = 4,16 x 108 J
RENDIMIENTO ENERGÉTICO DE LOS AGROCOMBUSTIBLES. [10]
Se compara según algunas de las investigaciones más relevantes, los insumos de energía requeridos para la
producción de agrocombustibles respecto al contenido energético usado al final (principalmente en el
transporte). La pregunta es ¿Cuánta energía se requiere para producir un litro de agrocombustible? ¿Es
rentable hacerlo?
Para ello será necesario definir un indicador adecuado para valorar el ciclo energético de la producción de los
agrocombustibles1. Se utiliza la “Tasa de Retorno Energético” (TRE) definida como:
Donde ER se trata de laenergía contenida en un litro de agrocombustible para el uso final. Los subproductos
obtenidos en el caso del biodiesel son la glicerina y la torta.
Energía invertida (EI): se trata de la energía utilizada para elaborar y poner a disposición del consumidor final
un litro de agrocombustible.
Distintos estudios que aportan resultados para el TRE a partir del procesamiento de distintos cultivos, afloran
resultados relativamente diferentes. Como se puede advertir en los procesos descritos en el apartado anterior
(obtención de materias primas, ciclo de producción y distribución), el cálculo de la TRE puede complicarse en
función del nivel de detalle que se plantee. La obtención de los datos necesarios para el cálculo, y los valores
(datos) de referencia para fijar la energía asociada a la materia y la productividad de la misma, es otro factor
que puede provocar la obtención de diferentes resultados aunque se aplique una misma metodología de
cálculo (Calderón, 2007). Los siguientes cuadros resumen estudios analizados por M. Ballenilla en su
Prácticum “Biocombustibles: mito o realidad” (2007), separados autores, tipo de agrocombustible y materia
prima de origen:
4 Datos tomados de PERRY, R Y CHILTON. Biblioteca del Ingeniero Químico.
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Tabla 3. Tasa de retorno energético para el Etanol.
Fuente: noetmengiselmon.com
Tabla 4. Tasa de retorno energético para el Etanol.
Fuente: noetmengiselmon.com
Tabla 4. Tasa de retorno energético para el Biodiesel.
Fuente: noetmengiselmon.com
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Tabla 5. Tasa de retorno energético para el Biodiesel.
Fuente: noetmengiselmon.com
Algunos de los agrocombustibles analizados obtienen TRE inferiores a 1, como el caso del etanol a partir de
maíz utilizado por los EEUU. Por tanto parece absurdo, desde el punto de vista energético, la fabricación de
alguno de estos tipos de agrocombustibles.
Como se observa, los resultados obtenidos son muy diversos. Esta variabilidad es debida a los datos de los
que se pueden disponer, y los factores de conversión utilizados (productividad y energía asociada a la
materia). Otro factor muy importante en la disparidad de resultados es la frontera de análisis definida en este
tipo de estudios. Esto quiere decir, la cantidad de insumos energéticos introducidos en el cálculo frente a los
retornos energéticos.
De la misma forma, encontramos combustibles fósiles al mismo precio que el agua que bebemos: teniendo en
cuenta que el agua se recicla y los costes de explotación son mucho menores que los del petróleo, esto quiere
decir que, en este caso, la frontera de análisis de los costes es diferente. Es decir, que no se internalizan, o ni
siquiera se analizan, muchos de los costes y de los impactos derivados de su producción y consumo. Esta
paradoja nos lleva a unos precios, para determinados productos, muy por debajo de su coste real. En el
análisis del TRE de los agrocombustibles, sucede algo similar, éstos pueden estar sujetos a este tipo de
concepciones y premisas, cuando menos no rigurosas desde el punto de vista empírico, que ofrecen una visión
sesgada para con el modelo de consumo actual.
Por otro lado, resulta conveniente situar el rendimiento energético de los agrocarburantes en relación al de las
demás fuentes energéticas:
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Grafico 1. Rendimiento energético de los agrocarburantes en relación con otras fuentes energéticas.
Fuente: eroei.com
Según el gráfico la TRE para los agrocombustibles se situaría muy por debajo de los de petróleo y carbón, aún
cuando los comparáramos con los mejores rendimientos (los del etanol procedente de caña de azúcar y el
biodiesel fabricado a partir de palma africana).
Biodisel. Aspecto económico.
La producción del biodiesel (ver figura 4 del diagrama de proceso de producción de biodiesel), es mucho más
cara que el diesel convencional a partir de recursos fósiles, debido a que los costes de transformación
industrial de los aceites vegetales en biodiesel dependen mucho de la capacidad de producción de la planta.
Por ejemplo, en Europa para una planta de 500.000 ton/año los costes totales (incluida la extracción, el refino
y la transesterificación) se situarían en torno a los 140,6 €/tonelada de biodiesel. Puesto que por cada litro de
biodiesel producido son necesarias cantidades proporcionales de aceite vegetal, metanol, catalizador y otras
sustancias que de no contar con subvenciones en el producto final, el coste actual de la materia prima haría
inviable el proceso desde un punto de vista económico.
Otra de las razones que hacen interesante la incorporación del biodiesel a la matriz energética, es la
posibilidad de la reactivación de la economía fruto del incremento del área destinada a cultivos oleaginosos y
la generación de empleo directo e indirecto. El biodiesel podría representar el aumento de la producción de
cultivos oleaginosos, mediante la sustitución paulatina de la importación de gasóleo por la fabricación
nacional de biodiesel.
Se puede destacar, además, la posibilidad de desarrollar áreas agrícolas marginales, poner nuevamente en
funcionamiento plantas aceiteras abandonadas, silos con capacidad ociosa y la adopción comercial de cultivos
oleaginosos alternativos. Esto traería como consecuencia la oportunidad de disponer también de subproductos
con valor comercial tales como la glicerina y tortas y harinas como base para la alimentación animal, así el
precio del biodiesel podría bajar si se imputaran a los costes de operación los ingresos obtenidos por la venta
de los subproductos. En general, los costes de producción son una limitante importante para hacer avanzar a
los biocombustibles, especialmente del biodiesel, debido a esto en el plano económico, todavía los
biocombustibles no compiten con los derivados del petróleo, pero muchos países están implementando
políticas ambientales que permitan compensar estas diferencias de costos.
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Figura 4. Diagrama de proceso de producción de biodiesel
Fuente: Dspace
Aspecto Medioambiental
La utilización del biodiesel en lugar del diesel derivado del petróleo comporta ventajas ambientales de primer
orden ya que, con su uso, disminuye la cantidad de emisiones contaminantes derivadas del transporte
motorizado como se ha explicado anteriormente. Este rasgo resulta muy significativo, puesto que es en las
ciudades donde la contaminación atmosférica causa estragos en la salud de las personas y el patrimonio
arquitectónico. No obstante, ésta no es la única ventaja.
Todos los biocarburantes incluyendo el biodiesel, son biodegradables y renovables, es decir, potencialmente
inagotables, siempre que se practique una buena gestión en los cultivos de los cuales provienen.
Como se ha mencionado anteriormente, el uso del biodiesel repercute en el medio físico con una reducción de
emisiones contaminantes como consecuencia de la ausencia significativa de azufre, plomo y cloro en su
composición. De la misma manera, se produce la reducción en otros gases. La reducción de las emisiones con
respecto a los hidrocarburos se produce por el hecho de que los biocombustibles en general tienen una
proporción más grande de oxígeno, la cual favorece una mejor combustión de carburante, al mismo tiempo
que los motores trabajan en condiciones parecidas a las de una mezcla pobre.
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Además otra ventaja ambiental, es el hecho de que provengan de cultivos energéticos o de aceites reciclados,
eliminando el riesgo inherente de las fuentes energéticas convencionales, especialmente ante la manipulación
inadecuada, las fugas accidentales, etc. Dada la biodegradabilidad de estos compuestos, se elimina la
posibilidad de causar impactos importantes en el caso de vertidos accidentales. Algunas pruebas llevadas a
cabo mostraron que su degradación en una solución acuosa era del 95 % después de 28 días, período que
comparte con el azúcar. Por el contrario, en el mismo período de tiempo, el gasóleo sólo se degrada en un
40%.[11]
Figura 5. Contenido de azufre en el Diesel a Futuro.
Fuente: Dspace
La labor de los cultivos energéticos como materia prima para la producción de biocarburantes evita la erosión
o degradación de suelos que, de otra forma, podrían ser abandonados por falta de rentabilidad. Además, la
utilización menos intensiva de fertilizantes disminuye el riesgo de contaminación por exceso de fertilizantes.
Los biocarburantes como fuente energética mejoran la autosuficiencia energética regional. Puesto que los
cultivos energéticos son la base de los biocombustibles y éstos se pueden cultivar en cualquier parte del
mundo, esta realidad favorece gestionar en un ámbito regional estos recursos energéticos. En definitiva,
contribuyen a superar la dependencia del petróleo, localizado en zonas muy concretas del planeta y que
históricamente han estado en conflicto sociopolítico.
Sin embargo su utilización también comporta toda una serie de problemas o inconvenientes que son precisos
puntualizar. A fin de que los biocombustibles sean significativos en el mercado energético mundial, son
necesarias grandes superficies de cultivo, ya que del total de la plantación sólo se consigue un 7 % de
combustible.
Tampoco podemos olvidar que la creación de grandes extensiones monocultivadas obliga a usar grandes
cantidades de biocida para controlar las posibles plagas que puedan aparecer. Además, una extensión
monocultivada es siempre mucho más susceptible a las plagas que no una zona donde se hagan cultivos
mixtos con diversas especies. [11]
Ventajas Técnico-Ambientales
- Alta biodegradabilidad, comparable a la dextrosa, es 10 veces menos tóxico que la sal de mesa, volcados al
medio ambiente se degradan más rápidamente que los petrocombustibles, del 85 al 93 por ciento en 23 a 28
días.
- Los derrames de biodiesel en las aguas de ríos y mares resultan menos contaminantes y letales para la flora y
fauna marina que los combustibles fósiles.
- Su proceso de producción primaria y elaboración industrial determina un balance de carbono menos
contaminante que los combustibles fósiles.
- Contiene 11% de oxígeno en peso y no contiene azufre, por ende no genera emanaciones de este elemento,
las cuales son responsables de las lluvias ácidas. [11]
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- Al no contener azufre permite el uso de catalizadores para mejora de la combustión y minimización de gases
de escape.
CONCLUSIONES
Colombia es un país agrícola rico en recursos naturales, y es por ello que el gobierno nacional y el
centro de investigación de la palma africana como CENIPALMA y la federación de palmicultores de
Colombia FEDEPALMA deben hacer convenios con Universidades y encontrar mecanismo para
generar recursos destinados a la investigación e innovación en mejoras del cultivo de la palma
africana, los procesos de extracción de aceite de la misma y promover el cultivo de esta a nivel
nacional para generar la creación de mas plantas procesadoras de biodiesel que ayuden al desarrollo
del país.
BIBLIOGRAFIA.
[1] Guerrero, Ignacio. Rodríguez Diego. Producción de biodiesel a partir de aceite de palma crudo. Escuela de
Ingeniería Química. Universidad del Valle.
[2] Lawson, Harry. Aceites y grasas Alimentarios. Tecnología, utilización y Nutrición. Editorial Acribia S.A.
España. 1999.
[3] Bartholomai, Alfred. Fabricas de Alimentos. Procesos, equipamientos, costos. Editorial Acribia S.A.
España. 1991.
[4] Perry R, y Chilton. Biblioteca del Ingeniero Químico. Mc Graw Hill (2da. Edición) México, 1986
[5] Tscheuschner, Horst-Dieter. Fundamentos de Tecnología de Alimentos. Ed. Acribia S.A. España 2001.
[6] Refinación de Aceites. Consultado el 28 de noviembre de 2012 en:
http://www.agenciaandaluzadelaenergia.es/agenciadelaenergia/portal/com/bin/contenidos/publicaciones/indus
tria_refinerias/1130058151379_revista_refinerias.pdf.
[7] Aceite vegetal. Consultado el 28 de Noviembre de 2012 en:
http://www.bibing.us.es/proyectorefinoaceitesvegetales.com.
[8] Fonseca, Victor. Balance de Materia y Energía. Universidad Nacional Abierta y a Distancia. 1999.
[9] Van Wylen, Gordon. Fundamentos de Termodinámica. Editorial Limusa. 2006.
[10] Calderón, E. “Análisis energético de los agrocombustibles”, en: Informe del Grupo de Bionegocios,
Barcelona. 2007
[11] Descripción de la planta de biodisel. Consultado el 29 de Noviembre de 2012 en:
www.dspace.espol.edu.ec/bitstream/.../14533/.../13%20CAPITULO%202.pdf
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