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Universidad Nacional Abierta y a Distancia – UNAD - Vicerrectoría Académica y de Investigación - VIACI Escuela: Ciencias Agrícolas, Pecuarias y del Medio Ambiente Programa: Ingeniería Ambiental y Tecnología en Saneamiento Ambiental Curso: Balance Másico y Energético en Problemas Ambientales Código: 358081

BALANCE MASICO Y ENERGETICO EN PROBLEMAS AMBIENTALES PROYECTO FASE FINAL

INTEGRANTES: ALVARO ENRIQUE MEJIA DUQUE Código: 1094245991 ALBA SOFIA DUQUE BARAJAS Código: 60254261 YESID ALBEIRO VERA CARVAJAL Código: 88034776

Presentado a: MARIA FERNANDA DOMINGUEZ Tutor del Curso

GRUPO: 358081_128

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA INGENIERIA AMBIENTAL DICIEMBRE, 2016 DESCRIPCIÓN DEL DIAGRAMA DE PROCESOS

Universidad Nacional Abierta y a Distancia – UNAD - Vicerrectoría Académica y de Investigación - VIACI Escuela: Ciencias Agrícolas, Pecuarias y del Medio Ambiente Programa: Ingeniería Ambiental y Tecnología en Saneamiento Ambiental Curso: Balance Másico y Energético en Problemas Ambientales Código: 358081

Se ha seleccionado un proceso definido por 5 etapas, para la obtención de Biodiesel a partir de la maleza (algas) de una PTAR: 1. Secado al sol: Es un proceso con el 100% de eficiencia, en donde se expone la maleza al aire libre y al sol para eliminar la humedad residual. Se deben alcanzar altas temperaturas por tiempo prolongado para evaporar el agua en la maleza. 2. Extracción de aceite por secreción directa: Por medio de un proceso mecánico, se extrae el aceite, con una eficiencia del 80%, en donde no hay uso de químicos o elementos adicionales. 3. Purificación de aceite por decantación: Este proceso tiene un 100% de eficiencia, no requiere ningún aditivo, aquí ingresa el aceite extraído por la diferencia de densidades, da como resultado aceite purificado. 4. Transformación de aceite por Transesterificación Etanol-Acido: Proceso con el 75% de eficiencia, llevada a cabo de manera catalítica, mezclando la materia prima con alcohol etílico, generando una reacción que produce el biodiesel + residuos de aceite y etanol – acido. 5. Purificación de biodiesel por Decantación: Proceso de 100% de eficiencia, ingresa el resultado de la transesterificacion Etanol – Acido, generando biodiesel purificado y residuos de Etanol – Acido + residuos de aceite, por la diferencia de densidades. DIAGRAMA DE FLUJO DETALLADO DEL PROCESO EN EDRAW MAX

TABLA DE RESULTADOS DEL BALANCE DE MATERIA DEL PROCESO

Universidad Nacional Abierta y a Distancia – UNAD - Vicerrectoría Académica y de Investigación - VIACI Escuela: Ciencias Agrícolas, Pecuarias y del Medio Ambiente Programa: Ingeniería Ambiental y Tecnología en Saneamiento Ambiental Curso: Balance Másico y Energético en Problemas Ambientales Código: 358081 Tabla de resultados de balance de materia del grupo colaborativo Nº 128 1.

Tecnologías seleccionadas.

Etapa 0. Materia Prima

Etapa 1. Secado

Etapa 2. Extracción de aceite

Etapa 3. Purificación de aceite

Etapa 4. Transformación de aceite

Etapa 5. Purificación de biodiesel

Maleza de PTAR

Secado al Sol

Secreción directa de Aceite

Decantación

Transesterificación Etanol-Acido

Decantación

% del total

Flujo total de la corriente (Kg/hora)

2. Etapa

Nombre de la corriente

2.Extracción de aceite

Flujo másico del componente (Kg/hora)

Agua

11520

90

1280

10

Salida 1 secador

Agua evaporada

11520

100

11520

Salida 2 secador

Maleza seca

1280

100

1280

Entrada 1 extractor

Maleza seca

1280

100

1280

Salida 1 Extractor

Aceite extraído

286,72

100

286,72

Maleza desgrasada

921,6

98,09

Aceite no extraído

71,68

1,9

Entrada 1 Decantación

Aceite extraído

286,72

100

286,72

Salida 1 Decantación

Aceite Purificado

286,72

100

286,72

Entrada 1

Aceite purificado

286,72

100

286,72

Entrada 2

Etanol-Acido

768

100

768

Biodiesel

215,04

44,91

Residuos de aceite

71,68

14,97

192

40,1

Biodiesel

215,04

44,91

Residuos de aceite

71,68

14,97

Residuo EtanolAcido

192

40,1

Residuos Aceite

71,68

27,18

192

72,81

215,04

100

Salida 2 Extractor

3.Purificación de aceite

Componente de la corriente

Maleza

Entrada secador 1.Secado

Balance de materia por etapa

4.Transformación de aceite Salida 1

Residuo EtanolAcido

Entrada 1 5.Purificación de biodiesel Salida 1 Salida 2

Residuos Etanol Acido Biodiesel Purificado

12800

993,28

478,72

478,72

263,68 215,04

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TABLA DE BALANCE DE ENERGIA

JUSTIFICACION DE LA RUTA ESCOGIDA

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En el proceso seleccionado y sus etapas se tomó en cuenta los criterios ambientales, económicos, energéticos y de rendimiento. En la etapa 1 de secado, es seleccionado el secado al sol, es un método por el cual se busca la evaporización del agua por medio de la temperatura generada por el sol, la materia prima es expuesta a este en el ambiente, esto no genera un gran impacto ambiental, ya que no se utilizan adicionántes químicos, es un proceso de bajo costo, y sin consumo de energía, con un rendimiento del 100% favoreciendo costos y eficiencia del proceso. Para la etapa 2 de extracción de aceite, por extracción directa de aceite, este es un proceso mecánico, por el cual se extrae el aceite, no hay impacto nocivo para el medio ambiente, ya que el proceso se realiza directamente sobre las algas sin uso de químicos ni residuos peligrosos, económicamente es un proceso de bajo costo, solo es necesario el equipo para este proceso, el rendimiento de este proceso es 80% siendo alto al considerar el costo y que no utiliza ningún aditivo, evitando el impacto ambiental. Para la purificación de aceite, etapa 3 se selecciona por decantación, este proceso trabaja por la separación de líquidos o gases por medio de densidades, es un proceso que no presenta un impacto ambiental por sus emisiones, es económico, el consumo de energía y proceso es bajo, con un rendimiento del 100%. En la etapa 4, Transformación de aceite por Transesterificación Etanol-Acido, respecto al criterio ambiental, el uso del etanol favorece la reducción de las emisiones de CO 2 y el apalancamiento del proyecto a través del mecanismo de desarrollo limpio MDL del protocolo de Kioto, respecto a aspecto económico hablamos que el metanol es la tecnología más utilizada, especialmente en Europa, pero en Colombia este alcohol no se produce y es fabricado por síntesis de gas natural, es más económico realizarlo a partir de etanol, ya que este alcohol se puede elaborar localmente por fermentación de biomasa, caña de azúcar, yuca y otros insumos agrícolas. El rendimiento es del 75 %, pero respecto a los beneficios con el medio ambiente y economía es seleccionado este proceso (CORPORACION PARA EL DESARROLLO INDUSTRIAL DE LA BIOTECNOLOGIA Y PRODUCCION LIMPIA CORPODIB, 2008) La etapa 5 de purificación de Biodiesel por medio de decantación, este proceso trabaja por la separación de líquidos o gases por medio de densidades, es un proceso que no presenta un impacto ambiental por sus emisiones, es económico, el consumo de energía y proceso es bajo, con un rendimiento del 100%.

ANALISIS DE RESULTADOS

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- Los datos de balance de masa calculados, nos permiten determinar los flujos que se manejaran en los diferentes procesos, permitiendo determinar y prever situaciones antes de la aplicación de los procesos. - La extracción del aceite de la maleza equivale al 80% según la eficiencia del proceso de extracción, del 28% que poseen las algas suministradas. - Los cálculos permiten determinar las cantidades de los productos utilizados en algunos procesos, estimando su efectividad, así como las medidas necesarias de seguridad o contención de los procesos y así posteriormente generar una cotización. - Calcula teóricamente el funcionamiento y rendimiento del proceso a aplicar, en este caso el aprovechamiento del 28% del producto utilizado inicialmente, con la utilización de varios componentes y adicionantes. - Se realizó el balance de energía del sistema propuesto por los 5 procesos, en el cual obtenemos un producto final, en este caso es el biodiesel. Al realizar un análisis detallado podemos ver que los diferentes procesos llevan consigo una parte del proceso pero cada uno de estos tiene su complejidad en el manejo de la energía y su propósito. Cada proceso maneja gran cantidad de variables como el calor especifico de cada sustancia, el calor, la presión y la cantidad de flujo de las corrientes, que deben ser analizados antes de realizar una reacción, para poder establecer por lo menos teóricamente el funcionamiento adecuado de un sistema. - Para los procesos de extracción del aceite, purificación del aceite y purificación del biodiesel, podemos notar que sus entalpias (H) y el calor (Q) equivalen a cero, lo que quiere decir que la cantidad de energía que estos dos procesos intercambian a su entorno o al sistema termodinámico se encuentra en estado de equilibrio por lo que la entalpia es invariable (el sistema alcanzará el estado de equilibrio cuando, para una presión dada, los parámetros termodinámicos varíen de tal forma que la entalpía del sistema sea la mínima posible). Por lo que los procesos purificación de aceite y del biodiesel son de 100% de eficiencia y serían los mejores a implementar, así como la extracción de aceite aunque su eficiencia es del 80%. - Para los demás procesos secado y trasformación de aceite podemos definir que la cantidad de energía que estos sistemas intercambian con su entorno es significativa, ya que sus entalpias (H) y el calor (Q) son altos. Son procesos eficientes, que no generan impactos ambientales y de costo bajo, siendo los indicados para el sistema.

BIBLIOGRAFÍA.

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- Dimensiones y Unidades (2008) Universidad de Sevilla [Disponible en PDF] Tomado de: http://www.esi2.us.es/DFA/FFII/CursoCero/Curso0809/Curso0_DyU_BN_0809.pdf Jiménez, O. (2013). Balance Másico y Energético en Problemáticas Ambientales. Módulo didáctico. Bogotá: Universidad Nacional Abierta y a Distancia – UNAD Apuntes de Procesos Químicos para Ingeniería de Sistemas. Claudia S. Gómez Quintero. [Consultado Octubre 31, 2013]. Disponible en : http://webdelprofesor.ula.ve/ingenieria/claudiag/DocuIPQ/IPQ%20Balance%20de%20materia %20procesos%20no%20reactivos.pdf -

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ARIAS, A. RAMIREX, E. (2012). UIS- Universidad de Santander. OBTENCION DE EXTRACTOS CON CO2 SUPERCRITICO O ESCALA PILOTO. Recuperado el día 16 de noviembre del 206 de http://tangara.uis.edu.co/biblioweb/tesis/2012/142960.pdf Flottweg. (2016). Extracción y purificación de aceite. Recuperado el día 16 de noviembre del 206 de https://www.flottweg.com/es/aplicaciones/grasas-y-aceites/aceite-depalma/ Patentados.com. (2016). Cracking de aceites de hidrocarburos, en presencia de hidrógeno o de compuestos dadores de hidrógeno, para obtener fracciones de punto de ebullición. Recuperado el día 16 de noviembre del 2016 de http://patentados.com/patentes/C10G47/00.html Calor específico (capacidad calorífica específica) (25 °C, 1 atm=101 325 Pa), recuperado el día 17 de noviembre de 2016 de http://www.vaxasoftware.com/doc_edu/fis/calorespec.pdf -