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EXTRACCION DE ACEITES ESENCIAL DE EUCALIPTO POR ARRASTRE DE VAPOR

Alcira María Delgado David López Diana Melisa Cháves Edgar Ruiz Luis Arley Guerra María Daniela España Soany Karola Eraso

UNIVERSIDAD DE NARIÑO FACULTAD DE INGENIERIA AGROINDUSTRIAL PROGRAMA DE INGENIERIA AGROINDUSTRIAL VI SEMESTRE TRANSFERENCIA DE MASA SAN JUAN DE PASTO 2011

EXTRACCION DE ACEITES POR ARRASTRE CON VAPOR

Alcira María Delgado David López Diana Melisa Cháves Edgar Ruiz Luis Arley Guerra María Daniela España Soany Karola Eraso

Presentado a: Álvaro Cornejo

UNIVERSIDAD DE NARIÑO FACULTAD DE INGENIERIA AGROINDUSTRIAL PROGRAMA DE INGENIERIA AGROINDUSTRIAL VI SEMESTRE TRANSFERENCIA DE MASA SAN JUAN DE PASTO 2011

RESUMEN La extracción de aceites por arrastre de vapor se llevo a cabo utilizando como materia prima hojas de eucalipto las cuales se dispusieron en un tanque de extracción donde entra en contacto con vapor vivo logrando así la separación del aceite. Este último más el vapor son condensados al entrar a una torre de condensación por donde circula agua de enfriamiento que no entra en contacto con la mezcla. El aceite más el agua condensada son recibidos en un vaso florentino formándose dos fases, en donde el aceite está en la parte superior debido a una diferencia en las densidades. El aceite se separa por decantación con ayuda de un embudo.

INTRODUCCION Los aceites esenciales son concentrados aceitosos que se extraen por medio de algún proceso de las hojas, flores, semillas, corteza, raíces o frutos de diversas plantas; generalmente se evaporan al contacto con el aire, por lo que también son conocidos como aceites volátiles. La mayor parte de los aceites se obtienen de plantas a través de procesos destilación. La destilación por arrastre de vapor tiene como objetivo obtener aceite vegetal, cumple con las bases teóricas de la destilación normal. Este es un proceso que consiste en calentar una solución hasta que sus componentes más volátiles pasan a la fase de vapor y a continuación enfriar el vapor para recuperar dichos componentes en forma líquida por medio de la condensación. El objetivo principal de la destilación es separar una mezcla de varios componentes aprovechando sus distintas volatilidades, o bien separar los materiales volátiles de los no volátiles. Este procedimiento tiene la ventaja la cual se encuentra en trabajar a temperaturas bajas, el compuesto de bajo punto de ebullición no sufre descomposición térmica considerable, obteniendo un producto final conservando sus características. En sólidos los aceites esenciales a extraer se encuentran presentes en los tejidos de las plantas dentro de una especie de sacos. Por acción de la temperatura del vapor estos sacos se rompen y el aceite esencial es liberado y arrastrado por el flujo del vapor. La producción de aceite esencial se realiza en gran cantidad en el inicio de la práctica pero a medida que pasa el tiempo esta disminuye.

MARCO TEORICO Hidrodestilación. En este proceso en la parte inferior del tanque extractor, el cual es normalmente basculante, se coloca agua, luego viene encima una parrilla que soporta el material que va a ser extraído. La salida de vapores, puede ser lateral al tanque o ubicarse en la tapa, pasa a un serpentín ó espiral enfriado por agua y posteriormente el vapor condensado y el aceite esencial se recolectan en un separador de fases ó florentino, el cual debe de tener la suficiente altura y diámetro para evitar la pérdida de aceite y además permita la recolección fácil del mismo. El tanque extractor es calentado con fuego directo en su parte inferior (el fondo y hasta 1/3 de la parte inferior del tanque se construye en alfajor de 1/8 in, material que resiste bien el calor y la oxidación) el vapor producido allí causa el arrastre del aceite esencial. Cuando se emplea hidrodestilación no se requiere de un calderín generador de vapor. Estos sistemas son muy utilizados en el campo, son fáciles de instalar , se pueden llevar de un sitio a otro, “ transhumantes”, son baratos, seguros , fáciles de operar y presentan un consumo energético bajo. Los aceites producidos son más coloreados, que los obtenidos por arrastre con vapor propiamente dicho, y tienden a presentar un cierto olor a quemado: Eucalipto, citronella, limonaria. Por lo anterior estos aceites siempre van a requerir una etapa posterior de refinación (Sánchez, 2006). Destilación por arrastre con vapor. En general, el calor es suministrado a una columna de destilación en forma indirecta por medio de un intercambiador de calor, sin embargo, hay casos en que la destilación por arrastre de vapor es usada, por ejemplo, cuando uno de los componentes de la mezcla es agua, y es obtenida como residuo, o cuando el agua forma una segunda fase inmiscible; este tipo de destilación es también usada cuando la mezcla a separar tiene un alto punto de ebullición y puede dar lugar a una descomposición térmica de los componentes. El vapor es pasado directamente a través de la mezcla líquida contenida en el destilador, y la solubilidad del vapor en el líquido debería ser muy baja; de este modo, la destilación debe hacerse sin rehervidor, a pesar de que la caldera requiere más platos. La sección de enriquecimiento de la columna no es afectada; sin embargo, el balance global de masa y calor alrededor de la zona de agotamiento si son afectados.

Si C es la corriente de flujo a la columna, entonces el balance global, del componente más volátil y de energía alrededor de la zona de empobrecimiento son expresadas como,

Lm 1  C  Vm  R Lm 1 xm 1  Vm ym  Rx R Lm 1hˆm 1  CHˆ C  Vm Hˆ m  RhˆR

Tomando en cuenta que la hipótesis cumplida de cuando el método d McCave-Thiele es aplicable: Lm+1 = R y Vm = C, luego la línea de agotamiento se expresa como,

Puede observarse que, para xm+1 = xR, el valor de la ordenada en el origen es nula (ym = 0), implicando que, en el diagrama de equilibrio, la línea de agotamiento pasa por el punto (xR, 0) y no por (xR, xR). De acuerdo a la hipótesis de McCabe-Thiele, puede suponerse que los calores latentes de las mezclas son iguales. Sin embargo, en general, si λm es el calor latente de la mezcla y λC es el calor latente del vapor, y los calores sensibles son despreciados, entonces se cumple que:

mVm  CC

Por tanto,

Lm 1  C  Vm  R Lm 1  C

C  R C m

Así la línea de agotamiento será expresada de acuerdo a la ecuación,

Fundamento de la extracción de aceites esenciales por arrastre de vapor. Por efecto de la temperatura del vapor (100 ºC) en un cierto tiempo, el tejido vegetal se rompe liberando el aceite esencial, el cual presenta a estas condiciones una presión de vapor: PT= Pv + Pa. La fracción de aceite esencial en la mezcla de vapor será: Ya = Pa / PT Adicionalmente el aceite esencial debe de ser insoluble en agua, ya que después del condensador, en el separador (Florentino) debe de formarse dos fases: una de aceite esencial y otra de agua. Si el aceite esencial presenta componentes solubles en agua estos quedarán en la fase acuosa que puede comercializarse como tal: agua de rosas, agua de jasmín (Sánchez, 2006). Factores que influyen en la extracción. Tiempo de secado del material .El eucalipto puede durar hasta 4 meses. La limonaria , la albahaca, la menta, la citronella si quedan en arrumes, generan hongos, los que transfieren un olor terroso mohoso al aceite, debido a la formación de ácidos grasos; por esto si el material no se procesa pronto (3 días) se dispone en literas para su oreo. Tiempo de extracción. Pasado un tiempo ya no sale más aceite y el vapor posterior causa el arrastre por solubilidad ó emulsión del aceite, presentando una disminución en el rendimiento (arrastre desde el florentino ). Presión del vapor. Si la presión del vapor de arrastre es muy alta (máximo 6 psi), se presenta hidrólisis en el aceite disminuyendo su calidad y su rendimiento. Material del tanque. Preferiblemente debe de ser en acero inoxidable tipo 304. Condensación interior. Se evita realizando una purga previa a los 30 minutos de iniciado el proceso y además, manteniendo el tanque bien aislado. Factor de empaquetamiento. Si el material queda muy suelto, el proceso termina muy pronto, presentando un alto consumo energético; si queda muy apretado, se disminuirá el rendimiento del aceite, este debe de estar entre el 0.15 a 0.25 %.

Distribución interior del vapor. Se logra colocando en le fondo del tanque, una flauta de distribución en cruz, para el vapor. Eficiencia del condensador. Puede presentarse pérdidas si sale tibio (10 %). Tiempo de residencia en el florentino sobre todo si el diámetro es muy pequeño se produce arrastre del aceite. Tabla 1. Rendimiento de varias especies en producción industrial. Adaptada de Sánchez (2006).

Tabla 2. Rendimiento del proceso; tomando como base el eucalipto. Adaptado de Sánchez (2006).

Composición del aceite esencial de eucalipto. El eucalipto o eucaliptus (Eucalyptus) es un género de árboles (y algunos arbustos) de la familia de las mirtáceas. Existen alrededor de 700 especies, la mayoría oriundas de Australia. En la actualidad se encuentran distribuidos por gran parte del mundo y debido a su rápido crecimiento frecuentemente se emplean en plantaciones forestales para la industria papelera, maderera o para la obtención de productos químicos, además de su valor ornamental (Luzar J, 2007).

Componentes activos del euclaipto: Su principal constituyente es el eucaliptol (aprox. el 80 %), además tiene alcohol etílico, alcohol amílico, diversos aldehídos, canfeno, eudesmol, felandreno, pineno y aromadendreno. Α-tujeno 0,07 % α–pineno 0,0006 % β-pinene 0,0002 % α-phellandrene 0,003 % p-cymene 20,43 % limonene 0,001 % 1,8-cineol 57,49 % linalol 0,001 % α-terpineol 0,93 % α–eudesmol 0,0046 % OBJETIVOS 

OBJETIVO GENERAL.

Realizar el procedimiento de extracción de aceites esenciales por arrastre de vapor a nivel práctico, en planta piloto para poder emplear los fundamentos teóricos de transferencia de masa. 

OBJETIVOS ESPECIFICOS.

Identificar la importancia de cada componente de la unidad de extracción con su respectivo funcionamiento en el arrastre por vapor de aceite. Determinar el rendimiento del producto, en cuanto a materia prima utilizada y aceite esencial extraído.

MATERIALES Y METODOS Equipos y materiales   

Unidad de extracción por arrastre de vapor. Hojas de eucalipto. Vaso florentino.

   

Balde. Pipeta Balanza. Equipos auxiliares (llaves)

Método En primera medida, se limpio de impurezas la materia prima a utilizar para la extracción de aceite, que en este caso fueron hojas de eucalipto junto con residuos como tallos, se peso en la bascula y posteriormente se colocaron las hojas en el tanque de extracción, realizamos el previo montaje necesarios para el funcionamiento de la unidad, comprobando también el flujo de agua fría en el condensador. Seguidamente y verificado el flujo de vapor, se purgo el equipo y se comenzó con el proceso de extracción por arrastre con vapor manejando una presión de 0 psi. La mezcla de condensados, después de haber pasado por el condensador, se deposito en vaso florentino donde se separan los condensados y el aceite esencial por diferencia de densidades, entonces se determino la masa de condensados y la masa de aceite esencial, que se produjo en el proceso, encontrada flotando sobre el condensado y que fue separada con ayuda de una pipeta. Paso a paso el procedimiento que se siguió para la extracción de eucaliptol fue el siguiente: 1. Recepción y pesaje del material vegetal: se pesaron las hojas de eucalipto frescas y secas con las que se iba a realizar la práctica. 2. Se dispusieron las hojas en el tanque de extracción. 3. Se encendió el sistema permitiendo que el vapor de agua entrara en contacto con el material vegetal y este pudiera arrastrar las partículas de aceite esencial. 4. Se recibió el aceite y el residuo acuoso que salen del condensador en un vaso florentino donde se separaron las fases. 5. Por medio de un embudo de decantación se separaron el aceite del residuo acuoso y se midió el volumen del aceite extraído.

DATOS Y RENDIMIENTO Rendimiento en base a peso

(

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Rendimiento en base a volumen El rendimiento se calculó mediante la siguiente fórmula (Sánchez Castellanos 2006):

Volumen de aceite obtenido: 32 ml Peso del eucalipto a extraer: 7.6 kg

Según Sánchez Castellanos (2006) el rendimiento de diferentes clases de eucalipto varía entre 0.5 y 0.9 L de aceite/100 kg, en el laboratorio realizado se obtuvo un rendimiento de 0.42 L/100 kg, la posible razón de este bajo rendimiento es que se pudieron haber presentado perdidas entre los transvasados del florentino al vaso de decantación, como también que no todo el material se encontraba seco, la turgencia de las hojas disminuye el rendimiento en la extracción.

CONCLUSIONES 

El proceso de extracción de aceites a través de arrastre por vapor es simple, versátil y flexible, permite trabajar con volúmenes grandes de materia prima en cada lote, incluso sin tratamiento previo. El tiempo de extracción no se altera, aunque si el rendimiento.

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El espesor del material, reducido, permite también una mejor vaporización y destilación, así como una aceleración del proceso.

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El rendimiento mediante el proceso de extracción de aceite esencial por arrastre con vapor relativamente bajo, por eso en la industria se producen en mayor cantidad aceites sintéticos.

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Se obtiene mejor rendimiento al trabajar con materia prima con baja humedad debido a que los glóbulos que contienen el aceite esencial se exponen al ambiente lo cual facilita la extracción.

BIBLIOGRAFIA 

Mc Cabe W., Smith J, Harriot P., Operaciones Unitarias en Ingeniería Química, McGraw Hill, 4 edición, Madrid, 1991.

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Perry R.H., Green D.W., Perry Manual del Ingeniero Químico, McGraw Hill, tercera edición, México, 1992.

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Luzar J. The Political Ecology of a “Forest Transition”: Eucalyptus forestry in Southern Peruvian Andes. Ethnobotany Research & Applications. (2007).

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Sánchez. F. Extracción de aceites esenciales. II Segundo Congreso Internacional de plantas medicinales y aromáticas. Universidad Nacional de Colombia. 2006.

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http://www.aceitesesencialesde.com/Composicion-del-Aceite-esencial-deEucalipto/134.