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ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL
FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA Y AGROINDUSTRIA
DISEÑO DE UNA PLANTA DE REFINACIÓN Y BLANQUEAMIENTO DE ACEITE COMESTIBLE USADO Y ACEITE ROJO DE PALMA
PROYECTO PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE INGENIERA QUIMICA
TANIA VANESA PARRA ESCORZA
taniavanesa_12@hotmail.com
DIRECTOR: ING. MARCO SINCHE SERRA, M.Sc.
marco.sinche@epn.edu.ec
Quito, abril 2016
© Escuela Politécnica Nacional 2016
Reservados todos los derechos de reproducción
DECLARACIÓN
Yo, Tania Vanesa Parra Escorza, declaro que el trabajo aquí descrito es de mi
autoría; que no ha sido previamente presentado para ningún grado o calificación
profesional; y, que he consultado las referencias bibliográficas que se incluyen en
este documento.
La Escuela Politécnica Nacional puede hacer uso de los derechos correspondientes
a este trabajo, según lo establecido por la Ley de Propiedad Intelectual, por su
Reglamento y por la normativa institucional vigente.
Tania Vanesa Parra Escorza
CERTIFICACIÓN
Certifico que el presente trabajo fue desarrollado por Tania Vanesa Parra Escorza,
bajo mi supervisión.
Ing. Marco Sinche, M.Sc. DIRECTOR DE PROYECTO
AUSPICIO
La presente investigación contó con el auspicio financiero del proyecto PII-DCN-
006-2015: "Estudio del uso de ozonificación, adsorción con carbón activado y
decoloración con peróxido de hidrógeno para la clarificación de aceite usado de
cocina y el blanqueamiento de aceite rojo de palma, como materias primas para la
elaboración de jabón”, que se ejecuta en el Departamento de Ciencias Nucleares.
AGRADECIMIENTO
A Dios y a los ángeles por su guía en este camino.
De manera especial al Ing. Marco Sinche, Dra. Florinella Muñoz, Ing. Lucia
Montenegro y Andrés Chico por su apoyo en el desarrollo de este estudio.
A mi familia por las palabras de aliento durante toda mi vida de estudiante.
Al Departamento de Ciencias Nucleares por abrirme sus puertas para el desarrollo
de este estudio, especialmente a Pao y Tamy por su ayuda y apoyo en este
proyecto.
A mis amigos por su ayuda durante toda la carrera.
A mi compañero incondicional, gracias por apoyarme durante toda esta etapa, por
su tenacidad, amor y apoyo.
DEDICATORIA
“La mayor gloria de la vida no es caer, sino levantarse siempre” Nelson Mandela
A mis padres: José y Rosy,
A mi hermana: María José,
A David, mi fuerza motora para seguir adelante,
A mi familia y amigos
.
i
ÍNDICE DE CONTENIDOS
PÁGINA
RESUMEN XI INTRODUCCIÓN XIII
1. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA 1
1.1 Aceite de palma 1 1.1.1. Generalidades 1 1.1.2. Produccion y consumo 2 1.1.3. Productos 4 1.1.4. Aceite comestible usado 6
Proceso de la fritura 7 Cambios físicos y químicos en el aceite 10 Problemática medioambiental 16 Productos a partir de ACU y ARP 18
1.1.5. Aceite rojo de palma 20
1.2 Procesos de refinación y blanqueamiento de aceites 21 1.2.1. Proceso de refinación 21
Refinación física 23 Refinación química 24
1.2.2. Procesos de blanqueamiento 25 Peróxido de Hidrógeno 26 Adsorción 26 Ozonización 29
1.2.3. Procesos previos al proceso de refinación y blanqueo 32 1.2.4. Diseño del sistema de refinación y blanqueamiento del aceite comestible usado y del aceite rojo de palma 35 1.2.4.1. Balance de masa 35 1.2.4.2. Diseño del sistema hidráulico 36 1.2.4.3. Filosofía de control 36 1.2.4.4. Diagramas de proceso 36
2. PARTE EXPERIMENTAL 37
2.1 Evaluación de los parámetros de calidad de las materias primas: aceite comestible usado y aceite rojo de palma 37
2.1.1. Muestreo del aceite comestible usado (ACU) y del aceite rojo (ARP) 37 2.1.2. Determinación del índice de acidez, índice de saponificación y contenido de impurezas insolubles presentes en el ACU y ARP 38
2.2 Determinación del mejor proceso de eliminación de sedimentos presentes en el aceite comestible usado comparando tres métodos 38
ii
2.3 Determinación del mejor proceso de blanqueamiento para cada aceite comparando tres métodos de decoloración 39
2.4 Diseño de una planta para la refinación de aceite comestible usado y aceite rojo de palma con una capacidad 250 t/año 42
2.4.1. Diseño del tanque de almacenamiento para el aceite rojo de palma 43 2.4.2. Escalado del tanque de clarificación para el aceite comestible usado 44 2.4.3. Diseño de los tanques agitados de dilución de salmuera, lavado con salmuera y decoloración con carbón activado 47 2.4.4. Diseño de la columna de ozonización 51 2.4.5. Diseño de los tanques enchaquetados 52 2.4.6. Análisis de costos de implentación y funcionamiento de la planta 53
3. RESULTADOS Y DISCUSIÓN 55
3.1 Evaluación los parámetros de calidad de las materias primas: aceite comestible usado y aceite rojo de palma 55
3.2 Determinación del mejor proceso de eliminación de sedimentos presentes en el acu entre tres métodos. 56
3.2.1. Resultados de los parámetros de calidad luego de aplicar el primer proceso de eliminación de sedimentos 56 3.2.2. Determinación de las mejores condiciones de operación del segundo proceso de eliminación de sedimentos 57 3.2.3. Determinación de las mejores condiciones de operación del tercer proceso de eliminación de sedimentos 60 3.2.4. Selección del mejor proceso de eliminacíon de sedimentos entre las mejores condiciones de operación de cada método. 64
3.3 Determinación del mejor proceso de blanqueamiento para cada aceite comparando tres métodos de decoloración 67
3.3.1. Determinación del mejor proceso de decoloración para el ACU 67 Determinación de las mejores condiciones de
operación del proceso de ozonización para el ACU 67 Determinación del mejor proceso de decoloración para
el ACU 76 3.3.2. Determinación del mejor proceso de blanqueamiento para el ARP 79
Determinación de las mejores condiciones de operación del proceso de adsorción con carbón activado para el aceite rojo 79
Determinación del mejor proceso de decoloración para el ARP 83
3.4 Diseño de una planta para la refinación y blanqueamiento de aceite comestible usado y aceite rojo de palma con una capacidad 1250 t/año 85
3.4.1. Balance de masa 86
iii
3.4.2. Diagrama de flujo del proceso de refinación y blanqueamietno 89 3.4.3. escalado de los equipos 89
Escalado del tanque de almacenamiento del aceite rojo de palma 89
Escalado del clarificador primario para el aceite comestible usado 91
Escalado del tanque agitado de dilución de salmuera 93 Clarificador secundario (lavado con salmuera) 94 Tanque de decoloración con carbón activado 96 Escalado de la columna de ozonización 98 Escalado del tanque de almacenamiento de aceite
ozonizado 99 Escalado de los filtros prensa 100
3.4.4. Diseño del sistema hidráulico 102 Selección de tuberías 102 Selección de bombas para el sistema hidráulico 102
3.4.5. Diagramas de proceso 102 Diagrama de flujo (PFD) 103 Diagrama de instrumentación y tuberías (P&ID) 103 Filosofía de operación 108
3.4.6. Análisis económico de la implementación del sistema de refinación y blanqueamiento de ACU y ARP 112
Costo de inversión para la planta de refinación y blanqueamiento de ACU y ARP 112
Costo de operación de la planta de tratamiento de refinación y blanqueamiento de ACU y ARP 112
Indicadores económicos 113
4. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 116
4.1 Conclusiones 116
4.2 Recomendaciones 117
REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS 118
ANEXOS 132
iv
ÍNDICE DE TABLAS
PÁGINA
Tabla 1.1 Principales tipos de degradación de los hidroperóxidos 13
Tabla 1.2 Aplicación del aceite en función de su composición de ácidos grasos en las diferentes áreas industriales 19
Tabla 1.3 Componentes menores en el aceite de palma 21
Tabla 1.4 Estructuras moleculares de los compuestos formados luego de la reacción de ozonólisis 31
Tabla 2.1 Procesos y tratamientos para la eliminación de impurezas en el ACU 39
Tabla 2.2 Tratamientos de blanqueamiento con sus respectivas variables para el ARP 40
Tabla 2.3 Tratamientos de blanqueamiento con sus respectivas variables para el ACU 41
Tabla 2.4 Tipos de cabezas para tanques, con sus respectivas relaciones de dimensiones 48
Tabla 2.5 Relaciones entre los parámetros de diseño para tanques con sistema de agitación en función de las características de cada dispositivo de
agitación 50
Tabla 2.6 Espaciamiento entre los impulsores, nivel máximo de líquido y número de impulsores en función de la viscosidad y del tipo de sistema de mezcla 51
Tabla 2.7 Requerimiento de potencia para sistemas de agitación en tanques 51
Tabla 2.8 Valores del coeficiente global de transferencia de calor 52
Tabla 3.1 Valores del Índice de Acidez, Índice de Saponificación y Contenido de Impurezas Insolubles del ACU y ARP iniciales y sus respectivos
requisitos 55
Tabla 3.2 Valores de los parámetros de calidad del ACU luego de aplicar el primer proceso de eliminación de sedimentos 56
Tabla 3.3 Valores de los parámetros de calidad del ACU luego de aplicar el segundo proceso de eliminación de sedimentos 57
Tabla 3.4. Valores de p de la tabla de ANOVA para cada parámetro de calidad del segundo proceso de eliminación de sedimentos del ACU 58
v
Tabla 3.5 Valores de los parámetros de calidad del ACU luego de aplicar el tercer proceso de eliminación de sedimentos 61
Tabla 3.6. Valores de p de la tabla de ANOVA para cada parámetro de calidad del tercer proceso de eliminación de sedimentos del ACU 64
Tabla 3.7 Valores de los parámetros de calidad de cada proceso de eliminación de sedimentos del ACU 65
Tabla 3.8 Valores de p de la tabla de ANOVA para cada parámetro de calidad para el proceso de eliminación de sedimentos del ACU 65
Tabla 3.9 Valores de los parámetros de calidad del ACU luego de aplicar el tercer proceso de eliminación de sedimentos a una temperatura de reacción de 16 ºC y sin calentamiento post-tratamiento 68
Tabla 3.10 Valores de los parámetros de calidad del ACU luego de aplicar el tercer proceso de eliminación de sedimentos a una temperatura de reacción de 20 ºC y sin calentamiento post-tratamiento 68
Tabla 3.11 Valores de los parámetros de calidad del ACU luego de aplicar el tercer proceso de eliminación de sedimentos a una temperatura de reacción de 16 ºC y con calentamiento post-tratamiento 68
Tabla 3.12 Valores de los parámetros de calidad del ACU luego de aplicar el tercer proceso de eliminación de sedimentos a una temperatura de reacción de 20 ºC y con calentamiento post-tratamiento 69
Tabla 3.13 Porcentaje de disminución de absorbancia para cada tratamiento de decoloración por ozonización para el aceite comestible usado 75
Tabla 3.14 Valores de absorbancia a 540 nm luego de aplicar los tres procesos de decoloración para el ACU 76
Tabla 3.15 Tabla ANOVA para la Absorbancia en relación a la temperatura de adsorción y la relación aceite/carbón activado 80
Tabla 3.16 Valores de Absorbancia a 540 nm luego de aplicar los tres procesos de decoloración para el ARP 83
Tabla 3.17 Características y dimensiones del tanque de almacenamiento 91
Tabla 3.18 Capacidad y dimensiones del tanque de almacenamiento de aceite rojo, por catálogo 91
Tabla 3.19 Características y dimensiones del tanque de clarificación para el ACU 92
Tabla 3.20 Capacidad y dimensiones del clarificador por catálogo para el ACU 92
vi
Tabla 3.21 Características y dimensiones del tanque de dilución de salmuera 93
Tabla 3.22 Capacidad y dimensiones del tanque de dilución de salmuera por catálogo 94
Tabla 3.23 Características y dimensiones del tanque de lavado primario con salmuera 95
Tabla 3.24 Características y dimensiones del tanque de lavado secundario con salmuera 95
Tabla 3.25 Capacidad y dimensiones de los tanques de lavado primario y secundario por catálogo por catálogo 96
Tabla 3.26 Características y dimensiones del tanque de decoloración con carbón activado 97
Tabla 3.27 Capacidad y dimensiones del tanque de decoloración por catálogo 97
Tabla 3.28 Características y dimensiones del tanque de clarificación para el ACU 98
Tabla 3.29 Capacidad y dimensiones de la columna de ozonización por catálogo 99
Tabla 3.30 Características y dimensiones del tanque de almacenamiento para el aceite ozonizado 100
Tabla 3.31 Capacidad y dimensiones del tanque de almacenamiento del aceite ozonizado por catálogo 100
Tabla 3.32 Características y dimensiones de los filtros prensa por catálogo 101
Tabla 3.33 Resumen de equipos diseñados para el proceso de refinación y blanqueamiento de ACU y ARP 101
Tabla 3.34 Gastos para el primer año de funcionamiento de la planta de refinación y blanqueamiento de ACU y ARP 114
Tabla 3.35 Criterios financieros TIR y VAN para la implantación del sistema de refinación y blanqueamiento de ACU y ARP 115
vii
ÍNDICE DE FIGURAS
PÁGINA
Figura 1.1 Palma africana con su correspondiente fruto y sus partes 1
Figura 1.2 Producción global de aceite de palma para el año 2014 2
Figura 1.3 Producción anual de aceite de palma en el Ecuador 3
Figura 1.4 Consumo, exportación y producción del aceite de palma en el Ecuador 4
Figura 1.5 Proceso industrial de extracción de aceite crudo de palma 6
Figura 1.6 Estructura de la sección transversal de un alimento frito 9
Figura 1.7 Reacción de hidrólisis de un triglicérido con el agua 11
Figura 1.8 Estructura química de: a) metil - cetona b) γ- Lactona) c) δ- Lactona 12
Figura 1.9 Etapas de la reacción de oxidación de un lípido con el oxígeno 13
Figura 1.10 Cambios de la grasa durante la fritura 14
Figura 1.11 Estructura molecular del a) α-tocoferol y b) α-tocoquinona 15
Figura 1.12 Estructura molecular de croma-5, 6-quinona 16
Figura 1.13 Estadística de disposición final del ACU en el Ecuador para el año 2013 17
Figura 1.14 Estructura molecular del β-caroteno 20
Figura 1.15 Proceso de refinación de aceite comestible de palma 22
Figura 1.16 Términos básicos de Adsorción 27
Figura 1.17 Proceso de adsorción a) químico y b) fisico 29
Figura 1.18 Mecanismo de Criegee 30
Figura 1.19 Curva de sedimentación de impurezas y trazos según el método de la bisectriz para obtener los parámetros requeridos por el procedimiento
de Talmadge y Fitch. 33
Figura 1.20 Relaciones de parámetros para el diseño del tanque de almacenamiento 35
Figura 2.1 Relaciones entre dimensiones de diseño para turbinas 50
viii
Figura 3.1 Gráfico de medias para: a) el Índice de Acidez, b) el Índice de Saponificación, c) el Contenido de Impurezas Insolubles y d) el
porcentaje de masa perdida del segundo proceso de eliminación de sedimentos del ACU 59
Figura 3.2 ACU luego de 5 h de sedimentación 60
Figura 3.3 Interface aceite - salmuera del ACU luego de realizar el tercer proceso con una relación 2,5:1 62
Figura 3.4 Gráfico de medias para: a) el Índice de Acidez, b) el Índice de Saponificación, c) el Contenido de Impurezas Insolubles y d) el
porcentaje de masa perdida del tercer proceso de eliminación de sedimentos del ACU 63
Figura 3.5 Gráfico de medias para: a) el Índice de Saponificación, b) el Índice de Acidez, c) el Contenido de Impurezas Insolubles y d) el porcentaje de
masa perdida de los tres procesos de eliminación de sedimentos del ACU 66
Figura 3.6 Valores de absorbancia a 540 nm del ACU luego del proceso de ozonización (T=16 ºC, diferentes tiempos de reacción) y calentamiento posterior a 20 ºC 69
Figura 3.7 Valores de absorbancia a 540 nm del ACU luego del proceso de ozonización (T=20 ºC, diferentes tiempos de reacción) y calentamiento posterior a 20 ºC 70
Figura 3.8 Absorbancia a 540 nm del ACU luego del proceso de ozonización (T=16 ºC, diferentes tiempos de reacción) y calentamiento posterior a 60 ºC 71
Figura 3.9 Absorbancia a 540 nm del ACU luego del proceso de ozonización (T=20 ºC, diferentes tiempos de reacción) y calentamiento posterior a 60 ºC 72
Figura 3.10 Resultados de absorbancia para cada proceso de ozonización del ACU 73
Figura 3.11 Comparación de resultados del ACU luego de aplicar 15 min el proceso de decoloración por ozonización 74
Figura 3.12 Gráfico de medias del valor de absorbancia para los cuatro tratamientos de con y sin post-calentamiento para el ACU 74
Figura 3.13 Gráfico de medias del valor de absorbancia para los tres procesos de blanqueamiento del ACU 77
Figura 3.14 Muestras de a) ACU sin tratar y luego de aplicar b) la ozonización,
ix
c) decoloración con peróxido de hidrógeno y c) adsorción con carbón activado 77
Figura 3.15 Gráfico de medias del valor de absorbancia para los cuatro tratamientos del primer proceso de blanqueamiento para el ARP (T = 110 ºC y 140 ºC; R = 25:1 y 50:1) 80
Figura 3.16 Comparación del color del ARP luego del blanqueamiento por adsorción con carbón activado a diferentes temperaturas 81
Figura 3.17 Comparación de resultados del ARP luego de aplicar decoloración con carbón activado 82
Figura 3.18 Gráfico de medias (LSD, α=0,05) del valor de absorbancia para los tres
procesos de blanqueamiento del ARP 83
Figura 3.19 Muestras de ARP luego de aplicar los procesos de: a) adsorción con carbón activado, b) decoloración con peróxido de hidrógeno, c) ozonización y d) aceite sin tratar 85
Figura 3.20 Diagrama de flujo del sistema de blanqueamiento de ARP 87
Figura 3.21 Diagrama de flujo del sistema de refinación de ACU 88
Figura 3.22 Diagrama de Gantt para el proceso de refinación y blanqueamiento de ACU y ARP 90
Figura 3.23 Sistema de control a implementar en el clarificador TK-101 103
Figura 3.24 Diagrama PFD de línea de refinación y blanqueamiento de ACU y ARP 104
Figura 3.25 Sistema de control a implementar en el clarificador TK-301 105
Figura 3.26 Sistema de control a implementar en el tanque de agitación T-201 106
Figura 3.27 Sistema de control implementado para para el tanque de decoloración TK-601 107
Figura 3.28 Sistema de control a implementar para la columna de ozonización CO-401 107
Figura 3.29 Diagrama PFD de línea de refinación y blanqueamiento de ACU y ARP 110
Figura 3.30 Distribución de la planta de refinación y blanqueamiento de ACU y ARP 111
Figura 3.31 Punto de equilibrio para la planta de refinación de ACU y ARP 115
x
ÍNDICE DE ANEXOS
PÁGINA
ANEXO I Determinación de los balances de masa de las corrientes del diagrama de flujo 133
ANEXO II Cálculos para el escalado de los tanques de almacenamiento de aceite rojo de palma y aceite ozonizado 143
ANEXO III Cálculos para el escalado del tanque de clarificación para el aceite comestible usado 147
ANEXO IV Cálculos para el escalado de los tanques agitados de dilución de salmuera, lavado con salmuera y decoloración con carbón activado 153
ANEXO V Cálculos para el escalado de la columna de ozonificación para el aceite comestible usado 163
ANEXO VI Diagrama esquemático del filtro prensa 165
ANEXO VII Cálculos de pérdidas por fricción y accesorios para el detalle de tuberías y bombas 166
ANEXO VIII Costos de inversión para la implementación de la planta de refinación y blanqueamiento de ACU y AR 173
ANEXO IX Indicadores económicos 176
xi
RESUMEN
El principal objetivo de esta investigación fue diseñar una planta de refinación y
blanqueamiento de aceite comestible usado y aceite rojo de palma. Para cumplir
con este objetivo se inició con la caracterización física y química de la materia
prima, de acuerdo con las normas ISO e INEN, correspondientes al Índice de
acidez, de saponificación, color y contenido de impurezas insolubles. El aceite
comestible usado incumplía con los parámetros analizados, puesto que presentaba
valores que superaban la normativa, mientras que el aceite rojo de palma cumplió
en casi todos, menos en el contenido de impurezas insolubles, cuyo valor fue 40
veces mayor el valor norma.
Se compararon tres procesos de purificación para el aceite comestible usado, el
primero consistió en: calentamiento-lavado con salmuera-sedimentación-filtración,
el segundo solamente sedimentación y el tercero en lavado con salmuera–
sedimentación–filtración. Mediante el análisis del diseño experimental se
compararon los resultados obtenidos de cada parámetro de calidad para
seleccionar el mejor proceso de purificación, que fue el tercero.
Como segunda etapa se determinó el mejor proceso de blanqueamiento para los
dos aceites, entre tres métodos de decoloración: la ozonización, la adsorción con
carbón activado y el blanqueamiento con peróxido de hidrógeno. Con base en
pruebas preliminares se procedió a realizar un diseño experimental con tres
variables de salida para la ozonización del aceite comestible usado mientras que
para el aceite rojo fueron dos variables.
Luego del análisis estadístico se demostró que la temperatura de ozonización no
influía de manera significativa en la remoción de color (absorbancia a 540 nm) del
aceite ozonizado, a diferencia de la temperatura de post-tratamiento, donde los
mejores resultados de decoloración se presentaron cuando la temperatura fue de
60 ºC. Además, se determinó que la dosis de ozono que presentó el mayor
porcentaje de decoloración fue de 0,1946 mol/L.
xii
A continuación, se compararon los resultados de remoción de color (absorbancia),
de cada proceso de blanqueamiento para el aceite comestible usado y se determinó
como mejor tratamiento a la ozonización, puesto que presentó un porcentaje de
decoloración igual a 24,39, el mayor con respecto a los dos tratamientos, además
se observó que los valores de absorbancia del aceite luego de pasar por el proceso
de decoloración con carbón activado presentó un valor negativo, debido a que el
carbón no se impregnó y quedó en suspensión en el aceite.
En lo que respecta al aceite rojo, luego de comparar los tres procesos de
decoloración se obtuvo como mejor tratamiento la adsorción en carbón activado
con una relación de aceite: carbón activado de 25:1, para disminuir en un 90,48 %
de color al aceite rojo con respecto al aceite sin tratar.
Finalmente, se diseñó la planta con los mejores procesos, para una capacidad de
1 250 t/año de aceite comestible usado y 1 500 t/año de aceite rojo. Se consideraron
las operaciones unitarias de sedimentación, mezcla, filtración, ozonización y
adsorción. Además, se realizó los diagramas BFD, PFD, Ganntt y Lay Out y se
realizó el dimensionamiento y selección de los tanques de clarificación, filtros
prensa, tanques agitados, bombas y tanques enchaquetados.
La tasa interna de retorno (TIR) para este estudio fue del 6 %, mientras que el valor
actual neto (VAN) fue de $ 461 429,04. Estos indicadores señalan que la propuesta
planteada sería económicamente viable.
xiii
INTRODUCCIÓN
El aceite vegetal comestible es un producto de consumo masivo, se lo obtiene de
la palma africana (Elaeis guineensis) y se encuentra ampliamente distribuido y se
utiliza en la preparación, tanto doméstica como industrial, de diversos alimentos.
Sin embargo, una inadecuada disposición del aceite usado significa, actualmente,
un serio problema de contaminación ambiental; de hecho, se conoce que, por
ejemplo, un litro de este residuo puede contaminar un millón de litros de agua
(Restrepo, 2012, p. 117).
Además, el agua es el recurso más afectado por esta contaminación porque cuando
el aceite entra en contacto con ella, se forma una película superficial que disminuye
el intercambio de oxígeno e incrementa la mortalidad de los seres vivos del
ecosistema acuático (Bureau Veritas, 2008, p. 210). Por estas razones, es
necesario buscar alternativas innovadoras que permitan disminuir los riesgos de
contaminación.
En Ecuador existen más de 8 000 locales de comida rápida, los cuales se
concentran en Quito y Guayaquil, más del 50 % de la población ecuatoriana
consume este tipo de alimento (Castellanos, 2013, p. 18). Si se relaciona la
cantidad total de aceite de palma que se produce en el Ecuador y el consumo de
aceite vegetal comestible, se encuentra que un 41,35 % de la producción total se
destina al consumo nacional, de la cual tan solo el 1,23 % tiene una disposición
final adecuada; el resto es desechado a alcantarillas o cuerpos de agua (INEC,
2013).
En Quito se generan alrededor de 303 t de aceite usado cada año, de las cuales
solo el 10 % es entregado a gestores ambientales (Secretaria de Ambiente MDMQ,
2011), quienes destinan el aceite comestible usado a la producción de alimentos
balanceados para animales, sin considerar la acumulación de los productos finales
de la peroxidación lipídica de este desecho, que son aldehídos, cetonas,
hidrocarburos, etc. Estos productos están relacionados con daños en los tejidos
biológicos, la presencia de enfermedades degenerativas y la disminución de la
xiv
velocidad de crecimiento y del peso en los animales que los ingieren (Delgado,
2004, p. 36). En el Distrito Metropolitano de Quito está vigente la Ordenanza
Metropolitana número 404, que prohíbe descargar este desecho en cuerpos de
agua o infiltrarlo al suelo. Entonces, es necesario dar una disposición final
adecuada a los aceites comestibles usados, que no genere problemas de salud ni
para al medio ambiente.
Este proyecto analiza la opción de dar valor agregado al aceite comestible usado
que, de acuerdo con el Ministerio del Ambiente del Ecuador (MAE), es considerado
un desecho peligroso por su alto impacto ambiental sobre el recurso agua y, por
tanto, al fabricar un producto a partir de aceite comestible usado y de aceite rojo de
palma (subproducto de la refinación del aceite), podría ser comercializado a un
costo razonable. Por tanto, es importante que los procesos de refinación y
blanqueamiento de cada aceite permitan elaborar un producto de buena calidad.
El aceite comestible usado presenta un color marrón negruzco y tiene un fuerte
sabor y olor característicos, además contiene ácidos grasos libres, triglicéridos,
fosfolípidos, tocoferoles, esteroles, hidratos de carbono, hidrocarburos y otros
pigmentos (Watt, 2013, p. 207).
Uno de los parámetros más importantes en la calidad del aceite como materia prima
para la elaboración de productos es el color, puesto que se ha comprobado que, si
la materia colorante no se elimina, al momento que esta entra en contacto con álcali
cáustico, da como resultado que la pigmentación inicial del aceite se vuelva a
presentar en el producto final (Watt, 2013, p. 208), por tanto, es necesario remover
los pigmentos de las materias primas.
El presente trabajo propone el diseño de una planta de refinación y blanqueamiento
de aceite comestible usado y aceite rojo de palma. El diseño está orientado a la
denominada producción más limpia, la cual busca eliminar, en lo posible, todo tipo
de efluentes y desechos. El uso de ozono como agente de blanqueo del aceite
aporta al cuidado del medio ambiente, debido a que después de oxidar al
contaminante, no genera ningún residuo (Seminario, Acuña y Williams, 2007).
1
1. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA
1.1 ACEITE DE PALMA
1.1.1. GENERALIDADES
El aceite de palma se extrae del mesocarpio del fruto de la palma africana (Elaeis
guineensis), a través de procesos mecánicos. Este aceite está constituido por una
mezcla de ésteres de glicerol o triglicéridos, y es una fuente natural de carotenos y
vitamina A (Rincón y Martínez, 2009, p. 12).
Por su composición en ácidos grasos saturados e insaturados y su aporte
nutricional, el aceite de palma es empleado en la elaboración de mezclas de aceites
y margarinas para mesa y cocina, grasas de repostería y confitería, entre otras
(Rincón y Martínez, 2009, p. 12).
En el Ecuador, la superficie de cosecha de este fruto se encuentra en alrededor de
199 000 ha, de acuerdo con la encuesta del año 2012 realizada por el INEC. En la
Figura 1.1 se muestran las partes del fruto y la palma africana que se cosecha en
el país (MAGAP, 2013, p. 2).
Figura 1.1 Palma africana con su correspondiente fruto y sus partes (Darby, 2014, p.7)
Endocarpio
Mesocarpio
Núcleo
2
1.1.2. PRODUCCION Y CONSUMO
De acuerdo con las estadísticas que se presentan en la base de datos del Mundi
Index (2014), la producción mundial de aceite de palma para el año 2014 fue de
alrededor de 62 millones de toneladas (p. 1).
En la Figura 1.2 se muestra la producción de aceite de palma por país, donde
Ecuador se encuentra en el séptimo lugar de los mayores productores a nivel
mundial.
Figura 1.2 Producción global de aceite de palma para el año 2014 (Departamento de Agricultura de Estados Unidos, 2014)
Se conoce que entre el año 2000 y el 2012, la producción de este aceite registró un
crecimiento de 141 %, al pasar de 22 millones de toneladas en el año 2000 a 54
millones de toneladas en el 2012, con una tasa de crecimiento anual promedio de
7,77 %. (MAGAP, 2013, p.1).
Por sus características físicas y químicas, el aceite de palma se ha empezado a
utilizar como materia prima en otros campos, como el de los combustibles,
detergentes, cosméticos, plásticos, farmacéuticos, entre otros, puesto que cumple
0
5000
10000
15000
20000
25000
30000
35000
Ind
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d
Co
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ma
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Bra
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Pro
du
cció
n [
10
00
t]
Pais
3
con las especificaciones de productos requeridas en estos sectores (Rincón y
Martínez, 2009, p. 12).
Según el MAGAP (2013), entre el año 2000 y el 2012, la producción nacional de
palma africana en el Ecuador aumentó, debido principalmente a la creciente
demanda internacional de este producto y al incremento en los precios
internacionales (p. 2), mientras que para el año 2014 se registró una producción de
575 000 toneladas como se muestra en la Figura 1.3 (MAGAP, 2013, p. 3).
Figura 1.3 Producción anual de aceite de palma en el Ecuador (MAGAP, 2013, p. 3)
En el Ecuador, la cantidad de aceite de palma que se consume internamente se ha
incrementado desde el año de 1993 al 2014 en un 41,20 % (FEDEPAL, 2014, p. 1),
un valor similar al porcentaje de crecimiento poblacional, que se encuentra
alrededor del 40,4 % (INEC, 2010, p. 11).
En la Figura 1.2 se muestran los valores de consumo, exportación y producción del
aceite de palma en el Ecuador entre el año 1993 y el 2014.
0
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200
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500
600
700
1966 1971 1976 1981 1986 1991 1996 2001 2006 2011
Pro
du
cció
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to
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lad
as]
Año
4
Figura 1.4 Consumo, exportación y producción del aceite de palma en el Ecuador (FEDEPAL, 2014, p. 1)
1.1.3. PRODUCTOS
El aceite de palma se encuentra compuesto por ácidos grasos insaturados como el
oleico y el linoleico, en una composición de 36 – 44 % y 9 – 12 %, respectivamente.
Este aceite también posee los ácidos grasos saturados palmítico y esteárico en un
porcentaje de alrededor de 39,3 - 47,5 y 3,5 – 6,0 respectivamente (Rincón y
Martínez, 2009, p. 12).
El proceso de extracción del aceite de palma ha evolucionado de modo que, en la
actualidad, es posible obtener un producto de alta calidad. Se pueden eliminar los
componentes del aceite que perjudican el sabor, la estabilidad, el aspecto y el valor
nutritivo.
Sin embargo, el proceso conserva, en lo posible, los tocoferoles y evita cambios
químicos en los triglicéridos, lo que favorece la conservación de las propiedades
que debe cumplir como materia prima para la elaboración de ciertos productos
(FAO, 2015, p. 1; CENIPALMA, 2013, p. 12).
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14
Pe
so [
t]
Año
consumo
produccion
exportación
5
El procesamiento de los frutos se lleva a cabo en las plantas extractoras. Se extrae
aceite crudo, tanto de la pulpa como de las almendras o palmiste. En el proceso de
extracción, los frutos son esterilizados, desgranados y macerados, luego se obtiene
el aceite de la pulpa y se clarifica, finalmente se realiza un proceso de refinación
para reducir la humedad, blanquearlo y desodorizarlo, con el fin de obtener el aceite
comestible que usualmente se comercializa (CENIPALMA, 2013, p. 11).
En el proceso, se recuperan las almendras y demás subproductos del bagazo
resultante. De las almendras se obtienen dos productos: un aceite y una torta de
palmiste, que se utilizan como alimento para animales (CENIPALMA, 2013, p. 15;
FEDEPALMA, 2006, p. 16)
La oleína y la estearina de palma son dos productos que se obtienen al fraccionar
el aceite. La primera es líquida en climas cálidos y se puede mezclar con cualquier
aceite vegetal. La segunda es una fracción más sólida y sirve para producir grasas,
principalmente margarinas y jabones. Las propiedades de cada una de las
porciones del aceite de palma explican su variabilidad, así como sus numerosas
aplicaciones (CENIPALMA, 2013, p. 15).
Como un subproducto del proceso se tiene a la torta de palmiste, la cual es utilizada
en la producción de concentrados o como suplemento para la alimentación animal.
Las fibras de las hojas de la palma y los racimos vacíos se utilizan también en la
fabricación de láminas de aglomerado y contrachapado (CENIPALMA, 2013, p. 16).
Por sus características físicas y químicas, como el índice de saponificación y el
índice de acidez, y por su precio accesible, en el Ecuador el uso principal de este
aceite corresponde al proceso de fritura de alimentos; el aceite proporciona un
medio de transferencia de calor eficiente que está especialmente adaptado a la
transmisión de calor rápida y uniforme a la superficie de la comida que se cocina
(Maskan y Bağcı, 2003, p. 215; CENIPALMA, 2013, pp. 14-15).
En la Figura 1.5 se muestra el proceso industrial común que realizan las extractoras
de aceite para obtener aceite crudo de palma.
6
Figura 1.5 Proceso industrial de extracción de aceite crudo de palma (Departamento de Producción - Grupo Dávila y Dávila, 2015, p. 1)
Actualmente, la industria alimentaria utiliza las fracciones de oleína (líquida) y
estearina (sólida) de aceites comestibles refinados, como aditivos alimentarios para
mejorar la consistencia y el sabor (Rossi, Gianazza, Alamprese y Stanga, 2001,
p. 5).
1.1.4. ACEITE COMESTIBLE USADO
El aceite comestible usado (ACU)se genera como resultado del proceso de fritura.
En estos procesos, el alimento entra en contacto con el aceite caliente, en
presencia de aire lo que favorece la descomposición del aceite por la humedad del
alimento y se generan compuestos que se volatilizan. Además, la viscosidad del
aceite se aumenta y el aceite se torna más espeso (Turizo, 2004, p. 10).
Luego del proceso de fritura, el aceite comestible se encuentra alterado y, si se lo
vuelve a utilizar, puede afectar las características organolépticas de los alimentos.
Recepción de
fruta Pesaje
Descargue
Cocción o
Esterilización
Tusa
Digestión
Desfrutado
Agua
Prensado
Licor de Prensa Tamizado
Torta de
Prensas Pre-
clarificación
Clarificación
Lodo
Lodo
Aceite
Aire
Pesado
Secado
Despacho
7
Además, el contenido de ácidos grasos insaturados en el aceite disminuye luego
de usarlo en cada proceso de fritura (Ramírez, Ovando y Godínez, 2012, p. 2).
En otros estudios, como el realizado por Liu, Inbaraj y Chen (2007), se observaron
pérdidas importantes en los principales ácidos grasos del aceite de soya; que se
debería a que se producen moléculas oxidadas como peróxidos, cetonas, aldehídos
y alcoholes (p. 1 741).
Proceso de la fritura
La fritura es un proceso fisicoquímico complejo, en el cual el producto a freír se
sumerge en aceite a una temperatura alta, con el propósito de modificar la
superficie del mismo, lo que determina una impermeabilización y evita la pérdida
de agua de su interior (Paul, Mittal y Chinnan, 2009, p. 636; Valenzuela, Sanhueza,
Nieto, Petersen y Tavella, 2003, pp. 568-569). En el proceso de fritura existen
cuatro fases principales, las mismas que se describen a continuación.
a. Transferencia de humedad
La transferencia de humedad es la primera fase del proceso de fritura, donde la
transferencia de calor tiene lugar desde el medio de fritura a la superficie del
alimento, tan pronto como la comida se sumerge en el aceite caliente. Como
resultado, el agua de la superficie exterior de la comida se evapora y escapa hacia
el medio que lo rodea.
Esta deshidratación superficial fuerza al agua en el interior de la comida a pasar a
la superficie exterior, en la zona del alimento, el agua de difusión absorbe el calor
latente de vaporización de la capa más cercana de aceite que rodea el alimento
para formar vapor. La temperatura de la comida es de alrededor de 100 °C, incluso
cuando la temperatura del aceite de fritura es de aproximadamente 180 °C.
Además, la formación de vapor en la superficie de la comida evita que el aceite
8
penetre en el interior y que la comida se queme o carbonice en esta etapa. Por lo
que la temperatura del aceite no interfiere directamente en el daño térmico de los
materiales de los alimentos con alto contenido de humedad.
A medida que el interior del alimento se calienta gradualmente, algunos de los
lípidos presentes en el mismo se funden y fluyen hacia fuera, pequeñas cantidades
de materiales alimenticios licuados también fluyen hacia fuera de los alimentos en
el aceite.
b. Transferencia de aceite
La siguiente fase en el proceso de fritura es la transferencia de aceite, una vez que
el agua sale a través de los capilares, el aceite caliente comienza a entrar en los
mismos poros abiertos y capilares, la tasa de entrada de aceite en los alimentos es
una función de la viscosidad y la tensión superficial del aceite. Estudios anteriores
muestran que la penetración del aceite se inicia solo después que
aproximadamente el 60 % del contenido de humedad se evapora.
Por lo tanto, el aceite caliente actúa sobre el interior del material alimenticio solo
por un corto tiempo, y el tiempo real de contacto del aceite con la superficie del
alimento es solo alrededor del 10 % del tiempo total de inmersión de la comida,
cuando la fritura se realiza con nuevo aceite.
c. Formación de la corteza
La zona exterior de la comida frita consiste en la corteza, esta superficie contribuye
al impacto visual inicial y generalmente tiene un color marrón, resultado del
pardeamiento de la reacción de Maillard. El tiempo de contacto y la temperatura de
fritura, en combinación con la composición química de los alimentos influyen en el
grado de pardeamiento.
9
La formación de la corteza, que es una de las características más apetecibles de la
comida frita, está influenciada por la cinética de absorción del aceite.
El calor del medio de fritura conduce el agua capilar desde el alimento y produce la
deshidratación, que causa la formación de la corteza con numerosas cavidades,
poros y forma una superficie más grande. El medio de fritura luego comienza a
difundirse en los capilares y poros en la corteza y el fenómeno de la formación de
la corteza se puede observar durante un tiempo entre 3 y 6 min, la mayoría del
aceite absorbido se localiza en la corteza y la zona exterior del producto frito
d. Cocción del interior
En la fase final de la cocción, la zona interior húmeda o el núcleo se cocina. El
núcleo no puede ser observado en productos delgados como las papas fritas,
debido a la superposición de cortezas de ambos lados. La cocción del núcleo se da
principalmente debido a la penetración del calor en lugar de la penetración o
absorción de aceite. La Figura 1.6 muestra la estructura de la sección transversal
de un producto típico de alimentos fritos.
Figura 1.6 Estructura de la sección transversal de un alimento frito (Paul et al., 2009, p. 637).
superficie
núcleo
costra
Evaporación del agua
Absorción de aceite
10
La mayoría de procesos de fritura se realizan a temperaturas entre 175 y 195 ºC,
aunque en algunos países como Alemania, las regulaciones señalan que estas
temperaturas deben encontrarse por debajo de los 165 ºC, para limitar la formación
de acrilamidas; estas sustancias, de acuerdo con la Agencia Internacional de
Investigación sobre Cáncer (IARC), han sido clasificadas como “probable
carcinogénico para humanos” (Aladedunye y Przybylski, 2009, p. 149; Masson et
al., 2007, pp. 2-3).
Cuando las sustancias que forman parte de los alimentos, como azúcares, almidón,
proteínas, fosfatos, compuestos de azufre y trazas de metales, entran en contacto
con el aceite en el proceso de fritura, se acumulan, reaccionan y causan el
oscurecimiento del aceite (Aladedunye y Przybylski, 2009, pp. 149-150).
Cambios físicos y químicos en el aceite
Los aceites comestibles están constituidos por alrededor del 96 al 99 % de
triglicéridos. Durante la fritura, el aceite está expuesto a temperaturas elevadas del
orden de 160 a 180 °C, en presencia de aire y humedad. Como resultado, cientos
de reacciones químicas complejas tienen lugar en el aceite y se forma una
diversidad de compuestos (Paul et al., 2009, p. 640).
La formación y acumulación de productos no volátiles produce cambios físicos en
el aceite, tales como el incremento de la viscosidad, oscurecimiento y formación de
espuma y cambios químicos tales como aumento de ácidos grasos libres e
incremento en el índice de saponificación, además disminución del valor de
insaturación y formación de productos de alto peso molecular (Maskan y Bağcı,
2003, p. 217; Kulkarni y Dalai, 2006, p. 2 902).
Se han identificado 400 compuestos químicos diferentes en los aceites de fritura
usados (Paul et al., 2009, p. 640). Se conoce que el aceite atraviesa tres tipos
principales de alteraciones: la hidrolítica, causada por la humedad; la oxidativa,
11
causada por el oxígeno, y la térmica, causada por el calor (Aladedunye y Przybylski,
2009, p. 149).
a. Alteración hidrolítica
La alteración hidrolítica o lipólisis consiste en el fraccionamiento de los enlaces
ésteres entre los hidróxilos del glicerol y los ácidos grasos, característico de los
triacilgliceroles. Esta reacción puede ser catalizada por los ácidos, las temperaturas
elevadas o las enzimas lipasas, estas enzimas solo pueden actuar en las interfases
agua-lípido de las micelas lipídicas (Gutiérrez, 2000, p.296).
Durante la fritura, una cantidad considerable de la humedad de los alimentos
escapa en forma de vapor y entra en contacto con el aceite. A elevadas
temperaturas de fritura, este vapor participa en reacciones de hidrólisis con los
triglicéridos, para formar ácidos grasos libres, monoglicéridos, diglicéridos, glicerol,
metil-cetonas y lactonas en cantidades reducidas (Pérez Granados, Vaquero y
Navarro, 2004, pp. 307-308). En la Figura 1.7 se muestra la reacción general de la
hidrólisis entre un triglicérido y el agua.
Figura 1.7 Reacción de hidrólisis de un triglicérido con el agua (Pérez Granados, et al., 2004, pp. 308)
La estructura química de tres de los posibles compuestos, productos de la reacción
de hidrólisis se muestran en la Figura 1.8.
Triglicérido Glicerina Ácidos grasos
12
Figura 1.8 Estructura química de: a) metil - cetona b) γ- Lactona) c) δ- Lactona (Hernández, Santamaría y Ríos, 2009, p.4)
Los ácidos grasos libres aumentan el índice de acidez del aceite, mientras que en
menor cantidad la formación de metil-cetonas y lactonas pueden producir aromas
desagradables, los ácidos grasos de cadena media y corta (menores a 16
carbonos) son más volátiles y algunos de ellos pueden producir olores y sabores
indeseables (Badui Dergal. y Pedroza Islas, 2012, p. 34)
b. Alteración Oxidativa
La mayoría de los productos de descomposición se forman por las reacciones en
cadena de radicales libres. La velocidad de estas reacciones aumenta con mayores
concentraciones de oxígeno y radicales (Paul et al., 2009, p. 642). Esta alteración
tiene como consecuencias las variaciones en el aroma y sabor (enranciamiento),
en el color, la pérdida de determinados nutrientes y la formación de substancias
potencialmente nocivas (Choe y Min, 2006, p. 170).
La forma principal de oxidación de los lípidos se produce mediante una reacción de
propagación en cadena de radicales libres, en la que a partir de ácidos grasos libres
o que forman parte de lípidos más complejos, con el oxígeno se van formando
hidroperóxidos, mediante tres etapas de reacción. En la Figura 1.9 se muestran las
etapas antes mencionadas.
Entre los compuestos que más fácilmente sufren la oxidación se encuentran los
lípidos y, concretamente, los ácidos grasos insaturados. Cualquier molécula con
suficiente reactividad puede sustraer el átomo de hidrógeno del grupo metileno
a) b) c)
C
O
CH3 R O
O
O
O
13
adyacente al doble enlace del ácido graso, y formar hidroperóxidos muy reactivos
y de características organolépticas indeseables, generalmente asociados al
proceso de enranciamiento, y algunas veces tóxicos (Dáaz-Ambrona, 2004, p. 122).
Figura 1.9 Etapas de la reacción de oxidación de un lípido con el oxígeno (Choe y Min, 2006, p. 170)
Los hidroperóxidos son los responsables de la oxidación y propagación de
reacciones en cadena y por polimerización dan lugar a compuestos de color oscuro
(Dáaz-Ambrona, 2004, p. 122) A las altas temperaturas del proceso de fritura, el
oxígeno atmosférico reacciona con las moléculas de la superficie del aceite, y causa
alteraciones oxidativas. La oxidación produce hidroperóxidos, los cuales además
pueden sufrir tres tipos principales de degradación y se muestran en la Tabla 1.1
(Paul et al., 2009, p. 640):
Tabla 1.1 Principales tipos de degradación de los hidroperóxidos
Tipo de alteración
Fisión Deshidratación Formación de radicales libres
Productos
Alcoholes
Aldehídos
Ácidos
Hidrocarburos
Cetonas
Monómeros oxidados
Dímeros
Polímeros oxidativos
Trímeros
Epóxidos
(Paul et al., 2009, p. 642)
Iniciación
Propagación
Terminación
14
c. Alteración térmica
La alteración térmica se debe al calor generado en el proceso de fritura y da lugar
a monómeros cíclicos, dímeros y polímeros, mediante un complejo mecanismo de
polimerización. Las moléculas de los polímeros están formadas por enlaces
carbono-carbono y/o carbono-oxígeno entre varios ácidos grasos.
Los monómeros cíclicos, que son potencialmente dañinos, se originan a partir de la
ciclación intramolecular de los ácidos grasos C18 poli-insaturados. En el estudio
realizado por Paul et al. (2009) se detalla que Blumenthal (1991) informa que la
mayoría de los ácidos cíclicos se forman debido a la carbonización del aceite en las
superficies que se mantienen a altas temperaturas (p. 643). En la Figura 1.10 se
muestran los cambios que sufre una grasa durante el proceso de fritura.
Figura 1.10 Cambios de la grasa durante la fritura
(Paul et al., 2009, p. 643)
15
Por lo general, una mayor cantidad de monómeros cíclicos se forma en aceites con
un contenido más alto de ácido linoleico. Los dímeros se forman en la primera etapa
de polimerización. Con la polimerización adicional, se forman moléculas de altos
pesos moleculares (Paul et al., 2009, p. 642).
Las propiedades cromógenas pueden reducirse también por oxidación, no
obstante, únicamente se consigue un grado apreciable de blanqueo cuando la
oxidación ha progresado hasta el punto de producir el enranciamiento del aceite o
acercarse mucho a él, lo cual es indeseable (Bailey, 2001, pp. 26-27).
Los tocoferoles son un importante tipo de antioxidantes, de distribución casi
universal, idénticos a la vitamina E. Como otros antioxidantes, los tocoferoles se
oxidan fácilmente. Una suave oxidación de un tocoferol abre el heterociclo, dando
como resultado el compuesto conocido como tocoquinona, que no es antioxidante
(Bailey, 2001, pp. 26-27). En la Figura 1.11 se muestra la estructura molecular de
los compuestos α-tocoferol y α-tocoquinona.
Figura 1.11 Estructura molecular del a) α-tocoferol y b) α-tocoquinona
Una oxidación moderada, ordinariamente, oscurece los aceites vegetales; se ha
demostrado que esto se debe a la producción de croma-5,6-quinona, a partir de un
CH3
CH3
CH3
O
O
CH3
OH
CH3
CH3
CH3
OH
O
CH3
CH3
CH3
CH3CH3 CH3
CH3
CH3
H2
H2
a)
b)
16
producto incoloro como el -tocoferol, sin que en este proceso químico intervengan
los carotenoides (Bailey, 2001, pp. 26-27).
En condiciones suaves de oxidación, el -tocoferol, a diferencia del α- o β-tocoferol,
se transforma parcialmente en croma-5,6-quinona. Este compuesto es de gran
interés en la tecnología de los aceites por su tinte rojo oscuro, que es lo
suficientemente intenso como para provocar un nocivo aumento del color rojo
amarillento de los aceites vegetales comestibles parcialmente oxidados. La croma-
5,6-quinona posee débiles propiedades antioxidantes (Bailey, 2001, pp. 26-27). En
la Figura 1.12 se muestra la estructura molecular de la croma-5,6-quinona.
Figura 1.12 Estructura molecular de croma-5, 6-quinona (Bailey, 2001, p. 26)
De acuerdo con estudios realizados en el aceite de palma, los carotenoides,
aparentemente, no vuelven a tomar color después de la oxidación, debido a que
estos compuestos son fácilmente adsorbidos por las tierras decolorantes y por el
carbón activado; por consiguiente, el color de un aceite pigmentado únicamente por
estos compuestos se puede disminuir hasta el valor deseado, mediante un
tratamiento con adsorbentes de suficiente intensidad (Bailey, 2001, pp. 26-27).
Problemática medioambiental
Como se menciona en la sección 1.1.2, la producción de aceite de palma mundial
y en el Ecuador ha incrementado considerablemente, así como su consumo en el
área alimenticia, lo cual incide en un incremento de la cantidad de aceite usado que
O
O
O
CH3
CH3
CH3
CH3 CH3
CH3
CH3
H2
H2
17
se genera. De acuerdo con el Ministerio de Medio Ambiente del Ecuador (MAE),
este residuo es catalogado como un desecho peligroso. Los establecimientos que
generan este desecho en una alta cantidad deben entregar el aceite usado a un
gestor ambiental para que se le dé una correcta disposición final.
Según el censo realizado en el año 2013, la mayoría de la población ecuatoriana
que consume aceite de palma, luego de utilizarlo en el proceso de fritura, lo
deshecha en la basura (INEC, 2013). En la Figura 1.13 se muestra el porcentaje
correspondiente a cada forma de disposición final que dan los ecuatorianos a este
residuo.
Tan solo el 1 % lo recolecta y lo deposita en centros de acopio; por tanto, se
evidencia que la contaminación por este tipo de desecho es considerable, si se
analizan las cifras de consumo a nivel nacional.
Figura 1.13 Estadística de disposición final del ACU en el Ecuador para el año 2013 (INEC, 2013)
En la lista de gestores ambientales registrados en el MAE existe solo uno
autorizado para realizar la recolección de este residuo a gran escala, mientras que
en la Secretaria del Distrito Metropolitano Quito, ciudad donde la legislación
ambiental es más estricta que en el resto del país, se encuentran autorizadas más
de 20 personas como gestores ambientales, la mayoría de las cuales, luego de
1%
29%
48%
14%
1%1%
6%
Recolectó y dejó en
centros de acopio
Depositó en lavabo,
desgue, etc
Depositó con el resto de
la basura
Arrojó en la tierra
Enterró
18
recolectar el ACU, lo emplean, como alimento para cerdos o lo venden como
alimento para animales.
Esta disposición final es incorrecta debido a que, durante la fritura, se forman
muchos compuestos nocivos y, si este residuo se utiliza como aditivo para la
alimentación de animales, podría dar lugar a la entrada de dichos compuestos en
la cadena alimenticia (Pérez Granados, et al., 2004, pp. 307-308)
Por lo tanto, el aceite de cocina usado debe eliminarse de manera segura o ser
utilizado de una forma que no sea perjudicial para los seres humanos. En otros
países ya se han tomado las debidas precauciones, como es el caso de la Unión
Europea (UE), donde se ha impuesto una prohibición para alimentar con mezclas
de aceites comestibles usados a los animales desde el año 2002 (Kulkarni y Dalai,
2006, p. 2 901).
Ejemplos de productos a partir de ACU y ARP
Luego de que se eliminen las impurezas que puedan contener los aceites
procedentes de los procesos de fritura, pueden ser utilizados como materia prima
en procesos de transformación química y se puede obtener una gama de productos
con aplicación en la industria cosmética, farmacéutica, de lubricantes, fluidos
hidráulicos, surfactantes o emulsiones (Castells, 2012, p.227)
El ACU puede ser destinado a la fabricación de jabón o, a su vez, mediante un
proceso de concentración de ácidos grasos, puede ser empleado en varias
aplicaciones, que se muestran en la Tabla 1.2.
A continuación, se indican algunas características que debe tener el aceite que se
emplea para la elaboración de estos productos.
19
Tabla 1.2 Aplicación del aceite en función de su composición de ácidos grasos en las diferentes áreas industriales
Aplicación
C (
22:0
)
C (
22:1
)
C (
18:0
)
C (
18:1
)
C (
16:0
)
C (
14:0
)
C (
12:0
)
C (
10:0
)
C (
8:0)
Jabones y tensoactivos x x x x
Cosméticos x x x x x x x
Productos farmacéuticos x x x x x
Productos textiles x x x x
Pinturas y barnices x x x x
Caucho x x x x x
Velas y ceras x x x
Desinfectantes e insecticidas x x x
Plásticos x x x x x x
Papelería x x
Lubricantes x x
Emulgentes, agentes de flotación
x x x x x x x
C(22:0) ácido behénico
C(22:1) ácido erúcico
C(18:0) ácido esteárico
C(18:1) ácido oleico
C(16:0) ácido palmítico
C(14:0) ácido mistírico
C(12:0) ácido láurico
C(10:0) ácido decanoico
C(8:0) ácido octanoico
(Castells, 2012, p.228)
a. Jabón de tocador
El índice de saponificación del aceite debe concentrarse en alrededor de 216 y no
debe ser obscuro, con el fin de obtener un jabón de color adecuado.
b. Jabón de lavar
Se pueden utilizar materias primas de colores diversos y el índice de saponificación
puede ser superior a 216.
20
1.1.5. ACEITE ROJO DE PALMA
El aceite rojo de palma (ARP) corresponde al aceite crudo y presenta una gran
cantidad de carotenos, los cuales le otorgan un color rojo-anaranjado. En la
refinación convencional, los carotenos son eliminados, con el fin de obtener un tono
amarillo dorado en el aceite al finalizar la refinación (Nagendran, Unnithan, Choo y
Sundram, 2000, p. 189). La concentración de carotenos en el ARP) se encuentra
alrededor de 500 a 700 ppm.
Además de carotenos, este aceite contiene otros componentes en menor
proporción, como los tocoferoles y tocotrienoles, esteroles, fosfolípidos, escualeno
e hidrocarburos triterpénicos y alifáticos. Entre estos componentes, los
carotenoides, tocoferoles y tocotrienoles son los más importantes debido a que
contribuyen a la estabilidad y a las propiedades nutritivas del aceite de palma (Oot,
Choo, Yap y Ma, 2001, p. 62).
Estructuralmente, los carotenoides están constituidos por cadenas de
hidrocarburos altamente insaturados, o grupos isopreno, unidos en diferentes
configuraciones cíclicas y acíclicas. En la Figura 1.15 se muestra la estructura del
β-caroteno. En la Tabla 1.3 se muestran los componentes no triglicéridos del ARP,
con sus respectivos rangos de concentración.
Figura 1.14 Estructura molecular del β-caroteno (Gallego, 2007, p. 37)
CH3CH3
CH3
CH3 CH3
CH3 CH3
CH3
CH3 CH3
21
Tabla 1.3 Componentes menores en el aceite de palma
Componentes Contenido (ppm)
Carotenoides 500 - 700
Tocoferoles y tocotrienoles 600 – 1 000
Alcohol triterpeno 40 - 80
Esteroles de metilo 40 - 80
Hidrocarburos alifáticos 50
Esteroles 326 – 527
Fosfolípidos 5 – 130
Escualeno 200 – 500
Alcohol alifático 100 – 200
(Oot et al., 2001, p. 62)
1.2 PROCESOS DE REFINACIÓN Y BLANQUEAMIENTO DE
ACEITES
1.2.1. PROCESO DE REFINACIÓN
La refinación del aceite es un proceso en el que se eliminan los fosfolípidos,
pigmentos, sabores extraños, ácidos grasos libres y otras impurezas. Este proceso
comprende los subprocesos de desgomado, neutralización, blanqueo y
desodorización (Nagendran et al., 2000, p. 189).
El proceso de refinación que se utiliza comúnmente en el sector industrial se
muestra en la Figura 1.15.
El refinado puede hacerse según técnicas físicas, químicas o de una manera
combinada. Las características del aceite determinan el tipo de técnica que se
requiere utilizar: así, si este no presenta una gran cantidad de impurezas se podrá
22
Fig
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1.1
5 P
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p. 1
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ado
23
refinar con métodos físicos, pero si tiene índice de acidez grande, es mejor utilizar
métodos químicos.
La combinación de ambas técnicas es utilizada cuando se tiene un aceite con una
acidez muy elevada pero no muchos defectos; en este caso se puede eliminar la
acidez con métodos químicos y continuar la rectificación con métodos físicos
(González, 2014, pp. 9-10).
La principal diferencia entre el refinado físico y el químico es que en el proceso
químico se eliminan los ácidos grasos libres y las demás impurezas del aceite
tratándolo con una disolución alcalina que los neutraliza, mientras que en el
refinado físico, esta etapa se sustituye por una de destilación que además
desodoriza el aceite, con el ahorro de la correspondiente etapa de desodorización
y las sucesivas etapas de separación de fases que requiere el método químico
(González, 2014, pp. 9-10).
Refinación física
La refinación física es un método, por medio del cual, los ácidos grasos libres se
eliminan por el proceso de destilación. El proceso de refinación física se utiliza para
los aceites y grasas con alto contenido de ácidos grasos libres. La refinación física
presenta las siguientes características (Nagendran et al., 2000, p. 189).
· Tiene una tasa de refinamiento alta
· Genera una menor pérdida de aceite
· No se desperdicia el agua descargada
· Es especialmente indicado para los aceites muy ácidos y los de bajo contenido
de goma
Este proceso sigue tres pasos básicos:
· Acondicionamiento ácido o desgomado avanzado
24
· Blanqueamiento
· Desacidificación y desodorización
Refinación química
La refinación química es realizada con el fin de eliminar los ácidos grasos del aceite
crudo que se extraen de las semillas. Los ácidos grasos se neutralizan con el uso
de sosa cáustica y originan jabones de sodio, los cuales se eliminan por
decantación. Los aceites neutros son entonces blanqueados y desodorizados. La
goma y el jabón producidos se separan con el uso de centrífugas (Nagendran et
al., 2000, p. 190).
Esta refinación presenta las siguientes características:
· Posee una excelente capacidad de adaptación
· Produce un aceite final consistente y estable
· Se utiliza menor cantidad de arcilla de blanqueo en comparación con el refinado
físico.
El proceso de refinado químico se utiliza para los aceites y grasas con bajo
contenido de ácidos grasos libres. Este proceso sigue tres pasos básicos:
· Neutralización
· Blanqueamiento
· Desodorización
La eliminación de residuos de jabón y de la goma en la neutralización se realiza por
el lavado con agua o el uso de una sílice adsorbente en el blanqueamiento.
Con base en lo antes expuesto, se identifican dos procesos en común en los dos
tipos de refinación, el blanqueamiento y la desodorización, por tal motivo es
necesario conocer sus principios de reacción.
25
1.2.2. PROCESOS DE BLANQUEAMIENTO
El blanqueamiento del aceite comestible es una parte del proceso de refinación,
donde se elimina contaminantes que afectan negativamente a la apariencia y el
rendimiento de los triglicéridos. Por lo general, los aceites comestibles, como el de
palma, se extraen de la plantación con impurezas y muchas de estas tienen que
ser eliminadas del aceite para alcanzar los estándares de calidad necesarios para
las aplicaciones comestibles (Brooks, Berbesi y Hodgson, 2013).
Por esta razón, este proceso es generalmente precedido por las etapas de
neutralización y desgomado, puesto que es necesario eliminar los contaminantes
perjudiciales que no se eliminan eficazmente por estos procesos. Originalmente
descrito como un proceso de mezcla de aceite y adsorbente, con el objetivo de
eliminar el color, la operación de blanqueamiento elimina eficazmente algunos de
los colores, reduce el contenido de clorofila, jabón residual, trazas de metales,
productos de oxidación, e indirectamente impactos en color de aceite desodorizado
(Brooks et al. 2013, p. 1).
El éxito o eficiencia de la operación de blanqueamiento es interdependiente de la
eficacia de los procesos anteriores, donde los contaminantes que tienen el potencial
de interferir con los mecanismos de blanqueamiento deben ser eliminados. Algunos
consideran al blanqueamiento como una "red de seguridad" del proceso de
refinación, ya que se trata de la última operación en el proceso de refinación antes
de ir a la desodorización (Brooks et al. 2013, p. 1).
Sin embargo, en el proceso de Blanqueamiento existen otros procesos que ayudan
a decolorar el aceite, donde los ácidos grasos no saturados y sus ésteres se oxidan
fácilmente, por la acción de los agentes oxidantes corrientes, incluyendo el ácido
nítrico y el crómico, el ozono, el permanganato de potasio, el peróxido de hidrógeno,
etc. Los ácidos saturados pueden oxidarse también por los mismos oxidantes,
aunque más lentamente (Bailey, 2001, p. 40).
26
Peróxido de Hidrógeno
El aceite de palma y otros aceites vegetales para la producción química y
alimentaria, necesitan ser purificados antes de usarlos. Por ejemplo, la extracción
del aceite de palma de las semillas, produce un aceite muy obscuro, debido a su
alta composición de carotenos. La oxidación del aceite con peróxido de hidrógeno,
en presencia de ácido acético o ácido fórmico, a altas temperaturas es una opción
para blanquearlo (Suess, 2010, p. 294).
Sin embargo, de forma simultánea la ruptura de los dobles enlaces de los
compuestos promotores del color se produce, lo que da como resultado que
incremente el número de oxidación del aceite. Por lo tanto, el aceite vegetal es
generalmente blanqueado por una reacción química, el blanqueamiento por
oxidación con oxígeno atmosférico o peróxido de hidrógeno es un procedimiento
establecido (Suess, 2010, p. 295).
En la industria, la decoloración se realiza, normalmente, con peróxido de hidrógeno
que se añade, ya sea durante la etapa de eliminación de gomas, con el agua de
hidratación, o en la caldera de decoloración (Bailey, 2001, p. 485). Bajo condiciones
moderadas de oxidación y, particularmente, en medio acuoso, los ácidos saturados
y sus ésteres tienden a formar ácidos polihidroxicarboxílicos. Es típica la siguiente
reacción del ácido oleico (Bailey, 2001, pp. 40):
1.1
Adsorción
La adsorción es un proceso de transferencia de masa que, en la práctica, se utiliza
para eliminar sustancias contaminantes o es decir que es el proceso por el cual
átomos o moléculas de una sustancia que se encuentra en determinada fase, son
Ácido oleico Peróxido de Hidrogeno
9:10 ácido dihidroxiesterárico
27
retenidas en la superficie de otra sustancia, que se encuentra en otra fase. Como
resultado de este proceso, se forma una capa de líquido o gas en la superficie de
una sustancia sólida o líquida. (Worch, 2012, p. 1)
La adsorción como un proceso aplicado al blanqueamiento de aceites vegetales fue
originalmente diseñada para eliminar la clorofila y pigmentos carotenoides. Sin
embargo, ahora se utiliza para adsorber otros componentes que afectan
negativamente la calidad y estabilidad del aceite. Estos incluyen los ácidos grasos
libres, fosfolípidos, peróxidos y compuestos carbonílicos (González-Tovar, Noriega-
Rodríguez, Ortega-García, Gámez-Meza y Medina-Juárez, 2005, p. 8).
En la teoría de la adsorción, se utilizan los términos básicos que se muestran en la
Figura 1.16.
Figura 1.16 Términos básicos de Adsorción (Worch, 2012, p. 1)
El material sólido que proporciona la superficie para la adsorción se conoce como
adsorbente; las especies que serán adsorbidas se nombran adsorbatos. Puesto
que la adsorción es un proceso superficial, el área de superficie es un parámetro
clave en la calidad de adsorbentes, típicamente estos son materiales altamente
porosos con áreas de superficie en el rango de entre 102 y 103 m2/g. La porosidad
que tienen estos materiales, permite la obtener grandes superficies, tales como las
superficies internas constituidas por las paredes de los poros (Worch, 2012, p. 1).
Mientras que el proceso de adsorción aplicado al blanqueamiento parece ser una
simple mezcla de adsorbente y el aceite, las reacciones químicas y físicas que se
Adsorbato
Fase Adsorbida
Adsorbente
Fase líquida
Superficie
Fase Sólida
Desorción
Adsorción
28
producen son complejas y en gran medida dependen de las variables del proceso,
es decir, niveles de humedad, temperatura, tiempo de contacto, y de vacío, la
calidad del aceite a tratar, la cantidad y las características del adsorbente y del tipo
de equipo empleado (Brooks et al. 2013, p. 1).
Durante el proceso de blanqueamiento por adsorción, se producen muchos
mecanismos diferentes que implican diversas interacciones físicas y químicas, la
mayoría de ellas, mejoran la calidad del aceite, pero algunas pueden producir
pérdidas (Brooks et al., 2013).
Existen dos tipos de fenómenos de adsorción: adsorción física o fisisorción y
adsorción química o quimisorción.
Una forma de adsorción reconocida es la que ocurre por fuerzas del tipo Van der
Waals, entre un átomo o una molécula y la superficie. En este caso no existe re-
arreglo electrónico en el sistema y sólo las fuerzas de atracción electrostáticas o
atracciones dipolares son puestas en juego. A este tipo de interacción que ocurre
sin modificación alguna de la molécula se le conoce como adsorción física o menos
frecuentemente, fisisorción (Suárez, 2002, p. 65, 66).
La quimisorción corresponde a una interacción de tipo químico, en la que los
electrones de enlace entre el líquido y el sólido experimentan un reordenamiento y
los orbitales respectivos, cambian de forma o grado de ocupación, de modo
semejante a una reacción química (Suárez, 2002, p. 66).
En la quimisorción, los nuevos enlaces formados en la superficie metálica son
siempre en alguna medida polares debido a la diferencia de electronegatividad
entre los átomos. Esto produce un cambio en el número de electrones de
conducción en el sólido, lo cual puede ser fácilmente puesto en evidencia a través
de medidas de conductividad eléctrica (Suárez, 2002, p. 66). En la Figura 1.17 se
muestran los dos tipos de adsorción.
29
Figura 1.17 Proceso de adsorción a) químico y b) fisico (Tran, Killops, y Campos, 2013, p. 6582)
Ozonización
Otro método, menos conocido, para obtener resultados de blanqueamiento de
aceites es la aplicación de ozono. Aunque anteriormente no se disponía de
suficiente información, en la actualidad se han realizado estudios que han permitido
estudiar la ozonización de sustancias mediante modelos que utilizan compuestos
que tienen estructuras muy similares a las de los triglicéridos de los aceites
vegetales, como es el oleato de metilo y el linoleato de metilo (Díaz et al., 2005, p.
247).
El mecanismo de esta reacción fue expuesto por primera vez por Rudolf Criegee
en el año de 1975, el cual se encuentra vigente hasta la actualidad, para la reacción
de los compuestos insaturados con ozono y se lo conoce como Método de Criegee
(Gómez, 2010, p. 4). El concepto más importante de este mecanismo radica,
precisamente, en la posibilidad de explicar la formación de los productos
peroxídicos de la ozonólisis de los compuestos insaturados, a partir de un único
intermediario, el zwitterion de Criegee u óxido de carbonilo (Gómez, 2010, pp. 4-6.)
Cuando el ozono reacciona con los aceites vegetales, interactúa con los dobles
enlaces de los compuestos presentes en el aceite a través del mecanismo de
Criegee, que se muestra en la Figura 1.18.
Enlaces reactivos
Moléculas de contaminantes
a) b)
30
Figura 1.18 Mecanismo de Criegee (Oliveira y Wosch, 2012, p. 1483)
Se obtiene una mezcla compleja de compuestos como peróxidos, ozónidos,
aldehídos, ácidos carboxílicos y compuestos poliméricos, entre otros. Este
mecanismo permite identificar tres pasos que, de acuerdo con la terminología de
Huisgen, son reacciones 1,3-dipolares; debido a que la ozonólisis no puede
proceder como una reacción de un solo paso (Lozano et al. 2005, p. 2).
Las reacciones que se producen en este proceso son las siguientes:
· Reacción A: Formación de un ozónido primario
· Reacción B: Descomposición del ozónido primario en el compuesto carbonilo (A)
y óxido de carbonilo (B)
RCH CHR1 + O3
RR1
OO
OC
+O O
-R
H+ CR1
O
H
O
O O
HH
R1 R
O
RC
H
OH
OHCR
O
H
+ H2O2
1,2,3,-trioxolanoOxido carbonilo
Cis y Trans ozonido de Criegee
Hidroxihidroperóxido
OH2
[1.1] +CH2 CH2 O3O
OO
CH3
CH3CH3
CH3
OO
OCH3
CH3CH3
CH3O
R
H
+ O+
H
R'
O-
[1.2]
(A) (B)
31
· Reacción C: La adición del óxido de carbonilo al carbonilo para formar los
ozónidos
Algunos de los elementos que se forman, luego de la reacción de ozonólisis, se
muestran en la Tabla 1.4
Tabla 1.4 Estructuras moleculares de los compuestos formados luego de la reacción de ozonólisis
Ozónidos
OH
HH O
O O OCH3 H
O
O
OH
O
OCH3
OHHO
O O
O
O O
H
OCH3 Hidroperóxidos
H
HOO
OH
H
HOO
OH
OH
H
O
OCH3HOO Aldehídos
O
H
O
H
O
R
H+ O
+
H
R'
O-
O
O
O
CH3
R' R
CH3
[1.3]
32
1.2.3. PROCESOS PREVIOS AL PROCESO DE REFINACIÓN Y BLANQUEO
Cuando se va a refinar y blanquear un aceite, es necesario cerciorarse que se
encuentre libre de impurezas como residuos de alimento; en el caso del ACU. Por
tal motivo, es necesario implementar un proceso de eliminación de sedimentos
antes de someter el aceite a los procesos de blanqueamiento previamente
mencionados.
A continuación, se describe un proceso de clarificación para eliminar impurezas
presentes en el aceite, debido a que pueden influir de forma negativa el mecanismo
de decoloración del aceite. La clarificación de un aceite vegetal permite separar la
fase aceitosa de las impurezas presentes en el fluido, como el agua, mediante un
conjunto de operaciones unitarias.
En este proceso, las partículas de la fase dispersa se desplazan a través del medio
fluido por la acción de la gravedad. La separación se ve favorecida por la
inmiscibilidad de las fases presentes y se forman dos capas: agua y aceite, este
último, al tener una menor densidad, asciende (Rincón Miranda, Rueda Castañeda,
Yáñez Angarita y García Núñez, 2007, p. 1).
Al considerar el proceso de clarificación como un paso imprescindible para purificar
el aceite, es necesario contar con un tanque clarificador en las plantas
procesadoras de aceite, puesto que los sedimentos de mayor tamaño, presentes
en este fluido, podrán eliminarse por sedimentación.
Por tal motivo, es necesario determinar la velocidad de sedimentación por medio
del método de la bisectriz, tal como se muestra en la Figura 1.19, que consiste
inicialmente en trazar sobre la curva tiempo vs altura de sedimentos, dos líneas
tangentes que se cortan en un punto (McCabe y Smith, 2002, pp. 218-219).
La primera de ellas (P1) tiene origen en la altura inicial y representa la primera fase
de formación del líquido claro y sedimentación libre a velocidades constantes; la
segunda (P2), se traza sobre la última fase de la sedimentación o zona de
33
compresión, que indica velocidades bajas y concentraciones altas de los sólidos
suspendidos.
En el ángulo que se forma por el cruce entre estas dos líneas, se traza la bisectriz
hasta alcanzar y cortar en un punto a la curva de sedimentación, sobre el cual se
traza una recta tangente (Delgadillo y Rosales, 2005, pp. 116-118).
Figura 1.19 Curva de sedimentación de impurezas y trazos según el método de la bisectriz para obtener los parámetros requeridos por el procedimiento de Talmadge y Fitch.
(Rincón Miranda et al., 2007, p.4)
Este punto se denomina punto de compresión y define el estado en el cual las
partículas alcanzan velocidades prácticamente constantes cuando se encuentran
en la zona de transición, es decir, cuando se encuentran aglomeradas y bajo la
condición del proceso de sedimentación obstaculizada, lo que determina
velocidades de sedimentación mínimas. (Rincón Miranda et al., 2007, p. 1).
Con este procedimiento se pueden establecer tres puntos sobre la curva de
sedimentación, con los cuales se calcula la velocidad, el tiempo último tu, que
corresponde a la intersección de la tangente trazada con la segunda tangente, y
señala cuánto tardan los sólidos en formar el volumen de compresión; también las
alturas zi y zu, que señalan el límite de la zona de sedimentación retardada. (Rincón
Miranda et al., 2007, p. 1).
34
Entre los factores que determinan la eficiencia del proceso de clarificación están el
tamaño de las gotas de aceite, la viscosidad de la mezcla, la diferencia de densidad
entre las fases, la concentración de los sólidos en suspensión y el régimen de flujo
de la mezcla previa la separación. (Rincón Miranda et al., 2007, p. 1).
Estos factores pueden emulsificar los lodos con el aceite, evitar que desciendan
fácilmente y dificultar, de esta manera, su separación (Rincón Miranda et al., 2007,
p. 1). Las condiciones que se deben controlar para conseguir una buena separación
del aceite son las siguientes:
a. Temperatura
Se puede calentar el aceite a una temperatura de 90 ºC ± 5 ºC, de esta manera la
viscosidad de la fase continua baja, disminuye el grado de fricción que se opone a
la separación de las gotas y se favorece la diferencia de densidades que promueve
la separación. Se debe considerar que excesos de temperatura ocasionan daños
de tipo fisicoquímico y dificultan el proceso de clarificación (Rincón Miranda et al.,
2007, p. 1).
b. Dilución
Se ha determinado que una elevada concentración de sólidos en la fase continua
ocasiona una mayor viscosidad de la suspensión, lo que dificulta el proceso de
clarificación. Por lo tanto, se realiza una dilución volumétrica 1,4 partes de aceite
en 1 parte de agua, para mejorar la fluidez en el medio y obtener una mayor
velocidad de sedimentación y eficiencia en la recuperación del aceite.
Un aspecto importante que se debe considerar es que la clarificación con exceso
de agua se vuelve ineficiente, pues ascienden con facilidad materias mucilaginosas
35
como gomas y forman una capa intermedia o tercera capa que evita la separación
posterior de las dos fases principales (Rincón Miranda et al., 2007, pp. 1-2).
1.2.4. DISEÑO DEL SISTEMA DE REFINACIÓN Y BLANQUEAMIENTO DEL
ACEITE COMESTIBLE USADO Y DEL ACEITE ROJO DE PALMA
La capacidad y la eficiencia del proceso de refinación de ACU se basan en el diseño
de los subprocesos de eliminación de sedimentos y de blanqueamiento. El diseño
de los equipos que se implementen en un sistema de refinación y blanqueamiento
debe ser establecido con base en valores experimentales a escala de laboratorio y
complementarse con consideraciones ingenieriles para el escalado de los mismos
(Roca, 2014, p. 125).
Los equipos del proceso de refinación y blanqueamiento de ACU y ARP pueden ser
diseñados con base en la Norma ASME sección VIII, División 1, ADD 2003, y
conceptos y datos proporcionados por el Manual del Ingeniero Químico (2001). En
la Figura 1.20 se muestran las relaciones entre cada uno de los parámetros de
diseño para el tanque de almacenamiento.
Figura 1.20 Relaciones de parámetros para el diseño del tanque de almacenamiento
1.2.5. BALANCE DE MASA
En Ingeniería Química un método matemático muy utilizado es el balance de masa,
Dt=2/3 hcilindro
36
y, en este caso, analiza el flujo másico de cada una de las corrientes que intervienen
en el sistema de refinación y blanqueamiento de aceite en función de la ley de la
conservación de la masa (Meyers y Stephens, 2006, p. 155).
1.2.6. DISEÑO DEL SISTEMA HIDRÁULICO
Una parte fundamental para el sistema de refinación y blanqueamiento de aceite,
es el diseño de tuberías, debido a que se transportan diferentes tipos de fluidos
como: ACU y ARP, agua, etc. (Díaz, 2006, p. 85). Con base en la ecuación de
Bernoulli y conceptos básicos de Mecánica de Fluidos sobre velocidades de flujo
perdidas por fricción y accesorios, se realizó el dimensionamiento de las tuberías.
1.2.7. FILOSOFÍA DE CONTROL
Dentro del diseño del sistema hidráulico se encuentra la filosofía del control
automático, que tiene como objetivo controlar el funcionamiento de los diferentes
equipos que comprenden el sistema de tratamiento, para que pueda tener un
comportamiento determinado y mejorar el desempeño del sistema. Cuando el
proceso es continuo es necesario el control automático (Sánchez, 2006, pp. 240-
248).
1.2.8. DIAGRAMAS DE PROCESO
La implementación óptima de los proyectos de construcción de las plantas se basa
en los diagramas de proceso, los cuales se presentan con base en el diseño
conceptual en función de la operabilidad, rendimiento y economía de la instalación
de una planta industrial. Los diagramas más usados son BFD, PFD y P&ID, donde
se muestra el diseño general del sistema y se los realiza con base en diagramas
que contengan todos los procesos como un sistema único (Meyers y Stephens,
2006, pp. 152-167).
37
2. PARTE EXPERIMENTAL
2.1 EVALUACIÓN DE LOS PARÁMETROS DE CALIDAD DE LAS
MATERIAS PRIMAS: ACEITE COMESTIBLE USADO Y
ACEITE ROJO DE PALMA
2.1.1. MUESTREO DEL ACEITE COMESTIBLE USADO (ACU) Y DEL ACEITE
ROJO (ARP)
Para evaluar los parámetros de calidad: índice de acidez, índice de saponificación
y contenido de impurezas insolubles, se solicitaron muestras de 400 mL de ACU en
50 locales de comida rápida y restaurantes del sector de La Mariscal (Quito) por
una sola vez, y se colocaron en botellas de vidrio.
Una vez en el Laboratorio de Química Orgánica e Investigaciones Aplicadas del
Departamento de Ciencias Nucleares de la Escuela Politécnica Nacional (EPN),
todas las muestras recolectadas se combinaron para obtener una muestra
compuesta que se asemejara a la materia prima que se utilizaría en una planta real
de refinación de ACU.
Adicionalmente, se consultó la marca de aceite que más se consume en la mayoría
de establecimientos donde se realizó el muestreo, con el objetivo de usar dicho
aceite como blanco en las determinaciones espectrofotométricas que se realizaron
posteriormente como parte de la evaluación de los métodos de blanqueo.
El ARP, que es considerado como un desecho de la refinación del aceite de palma,
fue recolectado de la empresa extractora PALESEMA, ubicada en San Lorenzo,
provincia de Esmeraldas, y transportado hacia el Laboratorio de Química Orgánica
e Investigaciones Aplicadas de la EPN para su caracterización.
38
2.1.2. DETERMINACIÓN DEL ÍNDICE DE ACIDEZ, ÍNDICE DE
SAPONIFICACIÓN Y CONTENIDO DE IMPUREZAS INSOLUBLES
PRESENTES EN EL ACU Y ARP
El análisis de las propiedades seleccionadas del ACU y del ARP en cada etapa del
tratamiento se realizó de acuerdo con las normas ISO 660 (2003), INEN ISO 3657
(2013) e INEN ISO 663 (2013), correspondientes al Índice de Acidez, Índice de
Saponificación y Contenido de Impurezas Insolubles, respectivamente.
2.2 DETERMINACIÓN DEL MEJOR PROCESO DE ELIMINACIÓN
DE SEDIMENTOS PRESENTES EN EL ACEITE COMESTIBLE
USADO COMPARANDO TRES MÉTODOS
Para determinar el mejor proceso de eliminación de sedimentos presentes en el
ACU se compararon tres tipos de ellos, en un diseño completamente al azar. El
primer proceso consistió en calentamiento – lavado con salmuera – sedimentación
– filtración, de acuerdo con el estudio realizado por Girgis (2004, p. 265); el segundo
en lavado con salmuera – sedimentación – filtración y el tercero solamente
sedimentación.
Puesto que el aceite que se utilizó en este estudio no presentaba las mismas
características que el usado por Girgis (2004), se variaron las condiciones de
trabajo de las diferentes operaciones unitarias, como se muestra en la Tabla 2.1.
Para obtener resultados estadísticamente confiables, se realizaron tres
repeticiones de cada tratamiento.
Después de aplicar cada tratamiento, se midió el Índice de Acidez, Índice de
Saponificación y Contenido de Impurezas Insolubles y se realizó el balance de
masa del proceso; estas fueron las variables de respuesta del experimento. Se
utilizó el programa STATGRAPHICS para determinar el mejor proceso, mediante
un análisis de varianza y la prueba de Fischer (LSD) para la separación de medias.
39
Tabla 2.1 Procesos y tratamientos para la eliminación de impurezas en el ACU
Tratamiento
PRIMER MÉTODO (calentamiento – lavado con salmuera – sedimentación – filtración)
Calentamiento Lavado Sedimentación
Temperatura
(ºC)
Relación
Agitación
(rpm) Tiempo (min)
Tiempo (h)
1 90 10:1 60 30 7
SEGUNDO MÉTODO (sedimentación)
Tiempo de sedimentación (h)
2 5
3 6
4 7
TERCER MÉTODO (lavado con salmuera – sedimentación – filtración)
Lavado Sedimentación
Relación Tiempo (min) Agitación (rpm) Tiempo (h)
5 10:1 30 60 1
6 5:1 30 60 1
7 2,5:1 30 60 1
2.3 DETERMINACIÓN DEL MEJOR PROCESO DE
BLANQUEAMIENTO PARA CADA ACEITE COMPARANDO
TRES MÉTODOS DE DECOLORACIÓN
En la segunda etapa del proceso de refinación, se estudió el blanqueamiento del
ACU, resultante del mejor proceso de refinación (etapa anterior), y del ARP, a
través de tres métodos: ozonización, adsorción con carbón activado y decoloración
con peróxido de hidrógeno.
Con base en lo observado en las pruebas preliminares con respecto al color y
sólidos suspendidos en el aceite, se seleccionaron las condiciones de operación de
los procesos de ozonización (dosis aplicada) y adsorción con carbón activado
40
(tamaño de partícula, temperatura y relación aceite: carbón activado) que se
probarían experimentalmente para cada tipo de aceite.
En las Tablas 2.2 y 2.3 se detallan las condiciones de operación de cada
tratamiento. Se utilizó un diseño completamente al azar, con el objetivo de
determinar el mejor proceso de decoloración de cada aceite. Se realizaron tres
repeticiones de cada tratamiento.
El proceso de ozonización se realizó con la ayuda de un ozonificador de marca
PHILAQUA, modelo BMT 802M, que tiene la capacidad de generar 0,1946 mol/L
(Rojas, 2015, p. 78); se trabajó con dos temperaturas de ozonización, 16 y 20 ºC,
debido a su influencia en la transferencia de masa en sistemas gas-líquido (Watt,
2013, p. 209) y con dos temperaturas post tratamiento, para determinar la influencia
de este parámetro en el proceso de decoloración del aceite.
Para mantener la temperatura a 16 ºC, se colocó la probeta dentro de un baño de
enfriamiento durante la reacción y se verificó la temperatura con la ayuda de un
termómetro.
Tabla 2.2 Tratamientos de blanqueamiento con sus respectivas variables para el ARP
Tratamiento Nº
Ozonización
Dosis (mol/L) Temperatura (ºC) Temperatura de calentamiento
post tratamiento (ºC)
1 0,1946 20 20 Adsorción con carbón activado
Temperatura de adsorción (ºC) Relación aceite: carbón
activado 2
110 50:1
3 25:1 4
140 50:1
5 25:1 Decoloración con peróxido de hidrógeno
Relación peróxido de
hidrógeno/aceite Tiempo de
agitación (min) Agitación (RPM)
6 1:1 30 80
Para el proceso de adsorción con carbón activado, se utilizó el carbón microporoso
41
(2 μm), de la marca Panreac, en dos relaciones de aceite: carbón activado (25:1 y
50:1). Para el proceso decoloración con peróxido de hidrógeno, se utilizó un
reactivo de grado analítico, marca Mallinckrodt, en concentración del 5 %; los
valores de concentración y tiempo de agitación se tomaron de Bombón (2014, p.
27).
Tabla 2.3 Tratamientos de blanqueamiento con sus respectivas variables para el ACU
Tratamiento Nº
Ozonización
Dosis (mol/L) Temperatura (ºC) Temperatura de calentamiento
post tratamiento (ºC)
1
0,0649 16
60 2 20 3
20 60
4 20 5
0,1297 16
60 6 20 7
20 60
8 20 9
0,1946 16
60
10 20
11 20
60 12 20
Adsorción con carbón activado
Tratamiento Nº Temperatura de adsorción (ºC) Relación aceite: carbón activado
13 110 50:1
Decoloración con peróxido de hidrógeno
Relación peróxido
de hidrógeno/aceite Tiempo de agitación
(min) Agitación (RPM)
14 1:1 30 80
La variable de respuesta, en todos los casos, fue el porcentaje de decoloración de
cada aceite luego de aplicar los diferentes tratamientos. Para ello, se midió la
absorbancia a 540 nm, en un espectrofotómetro UV-Vis, Hitachi, modelo U-1900.
Mediante pruebas preliminares, se determinó que el mejor blanco para realizar las
mediciones espectrofotométricas fue el aceite comestible sin usar, puesto que
permitió tener lecturas de absorbancia dentro del rango entre 0,0 y 2,0 (Sierra,
Gómez-Ruiz, Pérez-Quintanilla y Morante, 2010, p. 47). Por lo tanto, se empleó el
aceite de la marca más utilizada en los establecimientos de producción de frituras,
42
que se definió durante el muestreo. Para medir la absorbancia del aceite rojo, se
determinó la longitud de onda óptima con la ayuda del espectrofotómetro UV-Vis,
mediante un barrido en un rango de longitud de onda de 420 a 620 nm, debido a
los colores amarillo y rojo que presenta este aceite (Wannahari, Mariah y Nordin,
2012, p. 85).
Con base en los resultados de la longitud de onda óptima, se midió la absorbancia
del aceite resultante de cada tratamiento en el espectrofotómetro, por triplicado,
para obtener resultados estadísticamente confiables.
A continuación, se procedió a analizar los resultados obtenidos en el programa
STATGRAPHICS, para determinar el mejor proceso de blanqueamiento de cada
aceite, mediante un análisis de varianza y la prueba de Fischer (LSD) para la
separación de medias.
Finalmente, se procedió a realizar las pruebas de Índice de Saponificación en las
muestras que presentaron los mejores resultados del proceso de blanqueamiento,
puesto que este índice mide la facilidad de saponificación del aceite, lo que favorece
su uso en la industria jabonera o en la industria de surfactantes (Hernández y Pitre,
2005, p. 73).
2.4 DISEÑO DE UNA PLANTA PARA LA REFINACIÓN DE ACEITE
COMESTIBLE USADO Y ACEITE ROJO DE PALMA CON UNA
CAPACIDAD 250 T/AÑO
El diseño de los equipos requeridos para la planta de purificación de ACU y ARP,
fue realizado en función de la capacidad de producción de la planta. La capacidad
fue determinada con base en el análisis de la cantidad de ACU que se puede
recolectar de establecimientos productores de frituras en la ciudad de Quito, tales
como restaurantes y centros de comida rápida, que de acuerdo con los datos del
año 2011 de la Secretaria de Ambiente del DMQ, se encontraba en 250 t/año.
43
Además, se consideró que se podía obtener ACU de las ciudades de Guayaquil y
Santo Domingo, donde existe una mayor cantidad de habitantes y
consecuentemente el uso de aceite de palma también es mayor. En el caso del
aceite rojo, se determinó la capacidad de la planta en función de la cantidad de
aceite que podrían proporcionar las plantas extractoras de aceite de palma. El
tiempo de degradación del ozono en el aceite fue otro factor a considerar.
Este tiempo fue estimado mediante una curva de absorbancia vs tiempo con el
aceite luego del tratamiento, debido a que los ozónidos no se descomponen de
inmediato debido a que en un medio no polar toman mayor tiempo para
desaparecer y dan como resultado que los valores de absorbancia vayan
disminuyendo de manera paulatina en función del tiempo.
Se consideró que los tanques trabajen a presión atmosférica y contengan productos
líquidos en su interior. En la siguiente sección se muestra el procedimiento que se
utilizó para el diseño de cada equipo.
2.4.1. DISEÑO DEL TANQUE DE ALMACENAMIENTO
El escalado del tanque de almacenamiento fue realizado a partir de parámetros de
diseño. Para el cálculo del volumen del tanque de almacenamiento se consideró
que el y el están en función del diámetro del tanque, tal como se
muestra en las Ecuaciones 2.2 y 2.3 y por lo que el diámetro del tanque se calculó
con base en las siguientes ecuaciones:
[2.1]
[2.2]
[2.3]
[2.4]
44
[2.5]
Donde:
: Volumen total de tanque de almacenamiento,
: Volumen del cilindro que compone el tanque de almacenamiento,
: Volumen de la cabeza del tanque de almacenamiento,
: Diámetro del tanque de almacenamiento,
: Altura del cilindro que compone el tanque de almacenamiento,
: Altura de la cabeza del tanque de almacenamiento,
Se consideró el factor de seguridad; en este caso como capacidad máxima, el
80 % (Metcalf y Eddy, 2013, p. 302). Luego de reemplazar las ecuaciones antes
descritas, se obtuvo la Ecuación 2.6 para la determinación del diámetro del tanque
de almacenamiento en función del volumen total del tanque:
[2.6]
Donde:
: Volumen total de tanque de almacenamiento,
: Diámetro del tanque de almacenamiento, [m]
2.4.2. ESCALADO DEL TANQUE DE CLARIFICACIÓN
El diseño del tanque de clarificación consistió en la determinación del área de
espesado de sólidos y el área para la zona de aceite clarificado. Para ello, se
utilizaron los datos experimentales obtenidos de la curva de clarificación, entre la
altura de la zona de clarificación del ACU y el tiempo. El cálculo de cada área se
muestra en las siguientes secciones:
45
a. Cálculo del área de espesado de sólidos
El área para el espesado de sólidos necesaria en el proceso de clarificación se
calculó mediante la Ecuación 2.7 (Metcalf y Eddy, 2013, p.302).
[2.7]
Donde:
: Superficie necesaria para el espesado de sólidos, [m2]
: Caudal que entra al tanque, [m3/h]
: Altura inicial de la interfaz en la columna, [m]
: Tiempo necesario para la concentración de sólidos deseados, [h]
b. Calculo de área de clarificación
La velocidad de sedimentación de las impurezas presentes en el ACU, se calculó
mediante la Ecuación 2.8. Este es un parámetro importante para determinar el área
de clarificación (Metcalf y Eddy, 2013, p. 302). Además, se calculó la tasa de
clarificación del líquido sobre la zona de compresión de los lodos mediante la
Ecuación 2.9 (Romero, 2004, p. 653).
[2.8]
[2.9]
Donde:
: Velocidad de sedimentación, [m/s]
: Altura inicial de la interfaz en la columna, [m]
: Altura de la interfaz en la columna a un tiempo uno, [m]
46
: Tiempo inicial, [s]
: Tiempo final, [s]
: Caudal de clarificación del líquido, [m3/s]
: Altura para alcanzar la concentración de fangos deseados, [m]
Q: Caudal que entra al tanque, [m3/s]
El área requerida para la clarificación se calculó mediante la Ecuación 2.10
(Romero, 2004, p. 654).
[2.10]
Donde:
: Área requerida para la clarificación, [m2]
: Caudal de clarificación del líquido, [m3/s]
Velocidad de sedimentación, [m/s]
Para identificar el área que determina el control del diseño, se compararon los
valores de con , debido a que un área mayor, requiere un mayor tiempo de
residencia en el proceso de clarificación. El diseño del tanque de clarificación más
usado es de forma circular y, por tanto, para el cálculo del diámetro se aplicó la
Ecuación 2.11. El volumen del tanque de clarificación fue determinado al aplicar la
Ecuación 2.12 (Romero, 2004, pp. 654-655).
[2.11]
[2.12]
Donde:
Dt: Diámetro del tanque de clarificación, [m]
A: Área requerida de control de diseño, [m2]
47
Volumen del tanque de clarificación parte rectangular, [m3]
H: Altura de diseño, [m]
La capacidad del clarificador de la parte cónica se calculó mediante la Ecuación
2.13 y la total fue determinada con la Ecuación 2.14 (Orozco, 2005, p.654).
[2.13]
[2.14]
Donde:
: Volumen del tanque de clarificación parte cónica, en [m3]
Dc: Diámetro de la parte cónica del clarificador, en [m]
h: Altura de diseño, en [m]
: Volumen del tanque de clarificación parte rectangular, en [m3]
: Volumen del tanque de clarificación parte cónica, en [m3]
2.4.3. DISEÑO DE TANQUES AGITADOS
De acuerdo con los datos que se obtuvieron en las secciones 2.2 y 2.3, se
determinó el tiempo de lavado y la relación de salmuera/aceite para el
dimensionamiento del tanque de lavado con salmuera, y la relación de carbón
activado/aceite para el dimensionamiento del tanque de decoloración,
respectivamente. Se diseñaron tres tanques con sistema de agitación para el
lavado con salmuera, decoloración con carbón activado y dilución de salmuera.
a. Capacidad del tanque agitado
Se calculó la capacidad del tanque agitado mediante la Ecuación 2.15, donde se
consideró un factor de seguridad para el volumen del tanque agitado.
48
[2.15]
Donde:
: Capacidad, en [m3]
: Flujo volumétrico de líquido, en [m3/h]
: Tiempo de residencia, en [h]
b. Diámetro del tanque agitado
El diámetro del tanque fue determinado en función de las relaciones de la altura de
la cabeza y de la base, debido a que estos parámetros se encuentran en función
del diámetro del tanque, según lo que se presenta en la Tabla 2.4.
Tabla 2.4 Tipos de cabezas para tanques, con sus respectivas relaciones de dimensiones
Tipo de cabeza o base rk h L Volumen
Plana NA NA
Toriesférica 0,06L
NA 0,0809
Elipsoidal NA NA
Hemisférica NA
Cónica NA NA NA
(Moss y Basic, 2012, pp. 71-73).
Para los tanques de dilución, decoloración y lavado se seleccionó como base al tipo
plano, para obtener una mejor dilución y una mejor homogeneización. Por lo antes
mencionado, se determinó el diámetro de los dos tanques en función del volumen
49
total, como se muestra en la Ecuación 2.16 y luego de reemplazar las Ecuaciones
2.2, 2.3, 2.4 y 2.5 en esta ecuación, se obtuvo la Ecuación 2.17 para la
determinación del diámetro del tanque de almacenamiento en función del volumen
total del tanque.
[2.16]
[2.17]
Donde:
: Volumen total de tanque de almacenamiento, [m3]
: Volumen del cilindro que compone el tanque de almacenamiento, [m3]
: Volumen de la cabeza del tanque de almacenamiento, [m3]
: Volumen de la cabeza del tanque de almacenamiento, [m3]
: Diámetro del tanque, [m]
c. Alturas del cilindro, cabeza y total del tanque agitado
Las alturas de cada sección se determinaron con base en las Ecuaciones 2.3 y 2.5
y para calcular la altura total se sumaron las alturas antes mencionadas.
d. Sistema de agitación
El sistema de agitación fue seleccionado con base en las características de cada
impulsor, las mismas que se presentan en la Tabla 2.5. Luego de seleccionar el
dispositivo de agitación, el mismo que cumplió con los requerimientos para cada
proceso, se procedió a determinar las magnitudes del impulsor.
50
Tabla 2.5 Relaciones entre los parámetros de diseño para tanques con sistema de agitación en función de las características de cada dispositivo de agitación
Relaciones para el diseño del impulsor
Servicio Dispositivo de
agitación Rango
Disolución
Turbina
1,6 :1 – 3,2:1 1:2 – 2:1
Propulsor
Paleta
Flujo
20 000 gal
Mezcla
Turbina
3,0 :1,0 – 6,0:1,0 Ilimitado
Propulsor
Paleta
Flujo
1 000 000 gal
Suspensión de solidos
Turbina
2,0 :1 – 3,5:1,0 1:1 – 1:2
Propulsor
Paleta
Flujo
100 %
Alta viscosidad
Turbina
1,5 :1,0 – 2,5:1,0 1:2 – 2:1
Propulsor
Paleta
Flujo
1 000 000 ctp
(Coker, 2007, p. 446)
Los valores de cada parámetro de diseño se determinaron con base en la Figura
2.1, donde se muestran las relaciones de cada dimensión de la turbina y de los
deflectores en función del diámetro del tanque agitado.
Para determinar el número de impulsores requeridos, la altura máxima del fluido y
el espaciamiento entre impulsores, se consideraron las relaciones de estos
parámetros con la viscosidad y el sistema de mezcla, datos que se muestran en la
Tabla 2.6.
Deflectores
Impulsor Dt / Di HL / Di Hi / Di Wb / Dt Cantidad
Turbina (Wi / Di) = 0,20
3 3 1 0,1 4 (Hi / Di) = 0,25
Figura 2.1 Relaciones entre dimensiones de diseño para turbinas
Li
Wi
51
Tabla 2.6 Espaciamiento entre los impulsores, nivel máximo de líquido y número de impulsores en función de la viscosidad y del tipo de sistema de mezcla
Parámetro Nivel máximo
Número de impulsores
Espacio del impulsor
inferior superior
Viscosidad (cP)
<25 1,4 1 HL/3 -
2,1 2 Dt/3 (2/3) /HL
>25 0,8 1 HL/3 -
1,6 2 Dt/3 (2/3) /HL
Sistema de mezcla
Mezcla de líquidos 1,4 1 HL/3 -
2,1 2 Dt/3 (2/3) /HL
Suspensión de sólidos 0,8 1 HL/4 -
1,6 2 Dt/4 (2/3) /HL
(Paul, Atiemo-Obeng y Kresta, 2004, p. 372)
Para determinar la potencia requerida para el sistema de agitación de los tres
tanques, se relacionó el tipo de proceso que se va a realizar con la potencia, de
acuerdo con la Tabla 2.7.
Tabla 2.7 Requerimiento de potencia para sistemas de agitación en tanques
Agitación Aplicación Potencia [kW/m3]
Agitación Aplicación Potencia [kW/m3]
Leve Mezcla 0,04 – 0,10
Severa Suspensión de lodos 1,50 – 2,00
Reacciones homogéneas 0,01 – 0,03 Absorción de gas 1,50 – 2,00
Media Transferencia de calor 0,03 – 1,00 Violenta Suspensión de lodos finos >2,00
Mezcla de líquido - líquido 1,00 – 1,50
(Towler y Sinnott, 2012, p. 667)
2.4.4. DISEÑO DE LA COLUMNA DE OZONIZACIÓN
El escalado de la columna de ozonización se realizó con base en la Ecuación 2.18,
y de acuerdo con los datos experimentales de la Sección 3.3.1.1.
[2.18]
Donde:
52
: Volumen de la columna de ozonización, [m3]
Q: caudal de fluido a tratar, [m3/h]
: tiempo de ozonización, [h]
: factor de seguridad del 35 %
2.4.5. DISEÑO DE LOS TANQUES ENCHAQUETADOS
El diseño de los tanques enchaquetados fue determinado en función de la cantidad
de aceite que se requerirá calentar en cada línea de producción. Se consideraron
los criterios de diseño que se muestran en las secciones anteriores y los parámetros
de transferencia de calor que se muestran en la Tabla 2.8.
Tabla 2.8 Valores del coeficiente global de transferencia de calor
Fluido Material de
la pared
Coeficiente de transferencia de calor
En la chaqueta En el tanque
Vapor
Agua
Acero inoxidable
150-300 850-1 700
Solución acuosa 80-200 450-1 140
Orgánicos 50-150 285-850
Aceite liviano 60-160 340-910
Aceite pesado 10-50 57-285
De acuerdo con las especificaciones de la Tabla 2.8, se determinó que el material
del tanque debería ser acero inoxidable y, en función del tipo de fluido que se
encontrará dentro del tanque, se determinó el coeficiente de transferencia, que para
los ACU y ARP, corresponde el rango de 340-910 .
Con base en los resultados obtenidos después del desarrollo de los procesos
descritos en la sección 2.4, se calculó el tiempo de ozonización necesario para el
dimensionamiento del reactor, el mismo que debería contar con un sistema de
alimentación de aire filtrado y de un generador de ozono y difusores porosos para
la alimentación de ozono.
53
2.4.6. ANÁLISIS DE COSTOS DE IMPLENTACIÓN Y FUNCIONAMIENTO DE
LA PLANTA
Se analizaron los costos de los equipos e instalaciones propuestas en el diseño de
la planta, así como los costos de mano de obra, materias primas e insumos
necesarios para el funcionamiento de la planta.
Para la estimación de los costos de la implementación de la planta, se emplearon
los resultados correspondientes a las cotizaciones provistas por diferentes
empresas y casas comerciales dedicadas al suministro de materiales y equipos
para plantas industriales.
Además, para los costos generales de implementación y mantenimiento de la
planta, se estimó la depreciación de los equipos en un periodo de 10 años y la
contratación de un ingeniero de campo y tres operarios. Con los datos de la
potencia requerida por los equipos seleccionados, se estimó el consumo y el costo
de la energía eléctrica para la operación de la planta propuesta.
Luego de realizar el dimensionamiento y el escalado del sistema de refinación y
blanqueamiento para ACU y ARP, se determinaron los egresos e ingresos de la
planta mediante el programa MS , los cuales se realizaron en función de los
siguientes costos:
a. Costos de inversión pare el sistema de refinación y blanqueamiento
Los costos de los equipos se determinaron mediante cotizaciones de empresas
distribuidoras que se encuentran en el mercado nacional y proporcionan equipos
que cumplan con las dimensiones y características requeridas por el sistema de
refinación y blanqueamiento diseñado en esta investigación.
El costo de la operación se determinó con base en la cantidad de reactivos, insumos
y energía que se requerirá para el funcionamiento de la planta de refinación y
54
blanqueamiento, los mismos que fueran proporcionados por empresas
distribuidoras. El sueldo del personal se determinó con base en el salario dispuesto
por el Ministerio de Relaciones Laborales.
b. Ingresos por venta del aceite comestible ozonizado y el aceite rojo decolorado
El ingreso por concepto de venta de los aceites tratados por el sistema de refinación
y blanqueamiento, se determinó con base en el volumen tratado de cada aceite y
el costo comercial de venta, el mismo que fue determinado al comparar el costo del
aceite refinado y el ARP comerciales con respecto a los aceites purificados con el
tratamiento propuesto en esta investigación.
Además de los costos comerciales, se consideró el beneficio ambiental que
conlleva reutilizar un desecho que se produce a gran escala, para determinar el
costo de venta.
c. Indicadores económicos
El VAN y el TIR se calcularon mediante la Ecuación 2.19 y 2.20: (Díaz, 2005, pp.
5-11)
[2.19]
[2.20]
Donde:
: Inversión en el período 0
Fn: Valor del flujo futuro de fondos, [USD]
i: Tasa de interese de descuento, %
n: Número de periodos correspondientes al flujo de fondos, en unidades
55
3. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
3.1 EVALUACIÓN DE LOS PARÁMETROS DE CALIDAD DE LAS
MATERIAS PRIMAS: ACEITE COMESTIBLE USADO Y
ACEITE ROJO DE PALMA
En la Tabla 3.1 se reportan los resultados iniciales obtenidos de la determinación
del Índice de Acidez, Índice de Saponificación y Contenido de Impurezas Insolubles,
del ACU y del ARP.
Tabla 3.1 Valores del Índice de Acidez, Índice de Saponificación y Contenido de Impurezas Insolubles del ACU y ARP iniciales y sus respectivos requisitos
Aceite Índice de acidez Índice de
saponificación Contenido de impurezas
insolubles (%)
ACU 4,49 ± 0,08 217,07 ± 0,70 3,32 ± 0,02
ARP 2,36 ± 0,04 190,84 ± 0,49 2,07 ± 0,02
Valor norma* 3,29 199,00 0,05
*(INEN 2 421:2009) σ (n=3)
En el Ecuador no existe una norma que detalle los requisitos para que un aceite
pueda ser utilizado como materia prima en la elaboración de productos de limpieza;
solo existen las normas ecuatorianas INEN 2 421:2 009 y 2 678:2 013 que señalan
los requerimientos para que el aceite comestible de palma y el aceite comestible
reutilizado sean destinados para el consumo humano.
Por tanto, se consideraron los valores de los parámetros de la primera normativa
como referencia en este estudio. Al analizar los valores de cada parámetro, se
observa que los resultados que presentó el ARP palma se acercan más a los
valores de la normativa antes señalada, debido a que el ARP es un producto que
no ha sido sometido a procesos que generen un deterioro, al contrario de lo que
sucede con el ACU.
56
3.2 DETERMINACIÓN DEL MEJOR PROCESO DE ELIMINACIÓN
DE SEDIMENTOS PRESENTES EN EL ACU ENTRE TRES
MÉTODOS.
Con el fin de identificar el mejor proceso de eliminación de sedimentos presentes
en el ACU, se compararon tres procesos: a) calentamiento – lavado con salmuera
– sedimentación – filtración, de acuerdo con el estudio realizado por Girgis (2004,
p. 265); b) lavado con salmuera – sedimentación – filtración y c) solamente
sedimentación.
Previamente, se identificaron las mejores condiciones de operación para los dos
últimos procesos, con base en los valores de los parámetros de calidad (Índice de
Saponificación, Índice de Acidez, Contenido de Impurezas Insolubles y balance de
masa) luego de aplicar cada tratamiento. Los resultados fueron analizados en el
programa STATGRAPHICS, para determinar si existieron diferencias significativas.
3.2.1. RESULTADOS DE LOS PARÁMETROS DE CALIDAD LUEGO DE
APLICAR EL PRIMER PROCESO DE ELIMINACIÓN DE SEDIMENTOS
Los resultados para cada parámetro se muestran en la siguiente Tabla 3.2 con su
respectivo promedio.
Tabla 3.2 Valores de los parámetros de calidad del ACU luego de aplicar el primer proceso de eliminación de sedimentos
Repetición Índice de
acidez Índice de
Saponificación % Masa Perdida
Primera 2,24 196,69 1,90
Segunda 2,69 189,17 2,00
Tercera 2,69 185,93 1,90
Promedio 2,54 ± 0,26 190,59 ± 5,52 1,92±0,06
σ (n=3)
57
3.2.2. DETERMINACIÓN DE LAS MEJORES CONDICIONES DE OPERACIÓN
DEL SEGUNDO PROCESO DE ELIMINACIÓN DE SEDIMENTOS
El segundo proceso consistió únicamente en una operación de sedimentación; se
probaron tres tiempos: 5, 6 y 7 h. Los resultados para cada parámetro de calidad
fueron analizados estadísticamente, con ayuda del programa STATGRAPHICS. En
la Tabla 3.3 se muestran los valores de cada parámetro para el ACU luego de
aplicar el segundo proceso de eliminación de sedimentos.
Tabla 3.3 Valores de los parámetros de calidad del ACU luego de aplicar el segundo proceso de eliminación de sedimentos
Horas (h)
Repetición Promedio
Primera Segunda Tercera
Índice
de acidez
5 3,59 4,04 4,04 3,89 ± 0,26
6 3,59 4,04 3,59 3,74 ± 0,26
7 2,69 2,69 3,14 2,84 ± 0,26
Índice de Saponificación
5 207,37 214,44 206,51 209,44 ± 4,35
6 203,7 207,86 204,00 203,53 ± 2,32
7 202,4 203,31 204,9 203,53 ± 1,27
Contenido de impurezas insolubles
5 3,09 3,12 2,98 3,06 ± 0,07
6 2,87 2,91 2,93 2,90 ± 0,03
7 2,65 2,78 2,69 2,71 ± 0,07
% Masa Perdida
5 30,79 23,45 33,58 27,12 ± 5,23
6 27,9 21,28 28,78 24,59 ± 4,10
7 22,1 29,24 30,45 25,67 ± 4,51
σ (n=3)
Se analizó el valor de p del ANOVA de cada variable de respuesta, para determinar
si existía una influencia significativa del tiempo de sedimentación sobre los
parámetros de calidad.
Como se observa en la Tabla 3.4, esto ocurrió solamente para el Índice de Acidez
y el contenido de impurezas insolubles (p<0,05), por tanto, se procedió a realizar
las pruebas de separación de medias correspondientes, con un nivel de confianza
del 95 %, con el fin de determinar el mejor tiempo de sedimentación.
58
Tabla 3.4. Valores de p de la tabla de ANOVA para cada parámetro de calidad del segundo proceso de eliminación de sedimentos del ACU
Índice de saponificación
Índice de acidez
Contenido de impurezas insolubles
% Masa perdida
Valor de p 0,1121 0,0052 0,0010 0,8827
En la Figura 3.1 se observa que los mayores valores de diferencias de medias se
presentaron entre el par de 5 – 7 h, debido a que la cantidad de sedimentos en la
fase líquida, luego de realizar la separación de fases continúan presentes en el
aceite; los valores de diferencia de medias entre los pares de 6 – 7 h son menores
al anterior par de tratamientos, pero no despreciables.
Aunque existió una mejor separación al tiempo de 7 h, se evaluó el parámetro p de
la tabla ANOVA para determinar si existía una diferencia considerable entre los
niveles de evaluación de la variable de experimentación, lo que determinó que
existía una diferencia estadísticamente significativa entre los valores de media,
entre los grupos de niveles de tiempo de sedimentación con una confianza del
95,0 %, por tanto solo se consideró a estos factores como determinantes en la
selección del mejor tiempo de sedimentación.
Para determinar qué medias entre los tratamientos eran significativamente
diferentes, se realizaron pruebas de rangos múltiples con un valor de confianza del
95,0 %.
En la Figura 3.2 se observan las zonas características del proceso de
sedimentación, en este caso para el ACU luego de aplicar el segundo proceso por
5 h, se evidenció una cantidad de sedimentos presentes en la zona de
sedimentación libre, esto se debería a que la geometría de los sólidos presentes no
fue uniforme y que los sólidos suspendidos presentaban una velocidad de
sedimentación muy pequeña, con respecto a los de tamaño mayor, lo que dio como
resultado una separación de fases inadecuada.
59
a)
b
)
c)
d)
Fig
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3.1
Grá
fico
de
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ento
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l AC
U
56
7
Tiem
po d
e se
dim
enta
ción
[h]
2.5
2.8
3.1
3.4
3.74
4.3
Indice de ácidez
56
7
Tiem
po d
e se
dim
enta
ción
[h]
200
203
206
209
212
215
Indice de saponificación5
67
Tiem
po d
e se
dim
enta
cion
[h]
2.6
2.7
2.8
2.93
3.1
3.2
Contenido impurezas insolubles
56
7
Tiem
po d
e se
dim
enta
ción
[h]
162024283236
Masa perdida [%]
60
Figura 3.2 ACU luego de 5 h de sedimentación
Al comparar la zona de líquido claro con respecto a la zona de sedimentación
retardada, se evidencia una diferencia significativa de alturas, importante para
diseñar el clarificador, puesto que se considerará una zona de aceite que evitará la
pérdida de este fluido por una incorrecta separación de fases. Con base en los
resultados obtenidos de la caracterización del ACU purificado luego de aplicar el
segundo proceso de eliminación de sedimentos, se seleccionó como mejor tiempo
de sedimentación a las 7 h.
3.2.3. DETERMINACIÓN DE LAS MEJORES CONDICIONES DE OPERACIÓN
DEL TERCER PROCESO DE ELIMINACIÓN DE SEDIMENTOS
Para determinar las mejores condiciones de operación del tercer proceso que tuvo
como operaciones unitarias un lavado con salmuera al 5 % (w/w) a una temperatura
igual a 40 ºC, una sedimentación y una filtración, se compararon los resultados del
índice de saponificación, índice de acidez, contenido de impurezas insolubles y el
porcentaje de masa perdida, que fueron analizados en el programa estadístico
Zona líquido
claro
Zona
sedimentación
libre
Zona
sedimentación
retardada
61
STATGRAPHICS. Los valores de cada parámetro de calidad se muestran en la
Tabla 3.5.
Tabla 3.5 Valores de los parámetros de calidad del ACU luego de aplicar el tercer proceso de eliminación de sedimentos
Relación (v/v)
Repetición Promedio
Primera Segunda Tercera
Índice
de acidez
5:1 3,14 2,24 2,24 2,54 ± 0,52
10:1 3,14 2,24 2,69 2,69 ± 0,45
2,5:1 2,24 2,24 1,80 2,09 ± 0,25
Índice de Saponificación
5:1 186,26 185,93 191,69 187,96 ± 3,23
10:1 192,50 195,47 187,00 191,66 ± 4,30
2,5:1 187,37 183,66 184,39 185,14 ± 1,97
Contenido de impurezas insolubles
5:1 0,98 1,02 1,08 1,03 ±0,05
10:1 1,48 1,41 1,39 1,43 ± 0,05
2,5:1 1,87 1,75 1,72 1,78 ± 0,08
% Masa Perdida
5:1 5,23 8,04 6,47 6,58 ± 1,41
10:1 14,42 19,36 17,54 17,11 ± 2,50
2,5:1 10,48 14,77 12,87 12,71 ± 2,15
σ (n=3)
Se consideró solo el 5 % de NaCl para realizar la salmuera, puesto que, de acuerdo
con la ley de Debye-Hückel, al encontrarse este electrolito fuerte NaCl en solución,
sus iones se distribuyen de manera desigual debido a sus atracciones electrolíticas
lo que provoca que cada ion negativo se rodee con un promedio mayor de iones
positivos que de negativos, al igual que en los iones positivos. (Jiménez, 2006, p.
129).
Por tanto, a medida que se incrementa la concentración de la disolución, crece el
efecto retardante y, a su vez, una cantidad fija de NaCl resulta mejor conductor si
se disuelve en un gran volumen de agua, ya que al encontrarse los iones más
apartados entre sí ejercen una atracción menor respecto a los demás y respecto a
las moléculas del disolvente, lo que favorece la conducción de electricidad
(Jiménez, 2006, p. 129). Por tal motivo, se consideró como variable experimental,
la relación de aceite: salmuera con tres niveles, 10:1, 5:1 y 2,5:1. En la Figura 3.3
62
se muestra que la interface entre el aceite y la solución de salmuera contenía los
sedimentos precipitados, debido a la influencia de los iones del cloruro de sodio en
el cambio de carga de las fases líquidas.
Figura 3.3 Interface aceite - salmuera del ACU luego de realizar el tercer proceso con una relación 2,5:1
La mejor relación de aceite: salmuera fue la de 2,5:1 (v/v), debido a que esta
proporción aumentó la superficie de contacto entre las dos fases líquidas, lo que
permitió que el equilibrio se produjera con mayor rapidez y que la transferencia de
los sedimentos desde la fase orgánica inicial hacia la fase acuosa se estableciera
con mayor eficiencia. Este resultado se debería a que, a mayor cantidad de
salmuera, en un medio con agitación, se produce una mayor cantidad de burbujas,
lo que facilita la transferencia de masa, debido a que, a mayor tamaño de las gotas
de aceite, se incrementa la oportunidad de separarse rápidamente en el medio.
Con base en los resultados experimentales de la rapidez de separación de
sedimentos, se determinó que el valor en el tercer proceso cuando se utilizó la
relación de 2,5:1 fue de 7,20 m/h, el más alto de las tres proporciones. Luego de
aplicar el tercer proceso con sus respectivos tratamientos al ACU, se prepararon
los gráficos de medias para cada parámetro de calidad, los mismos que se
muestran en la Figura 3.4. Sobre la base de los resultados para el tercer proceso
63
a)
b)
c)
d)
Fig
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3.4
Grá
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de
med
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10:1
2.5:
15:
1
Rel
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1.62
2.4
2.8
3.2
Indice de acidez
10:1
2.5:
15:
1
Rel
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n A
ceite
:Sal
mue
ra
180
183
186
189
192
195
Indice de sapnificación10
:12.
5:1
5:1
Rel
ació
n ac
eite
:sal
mue
ra
0.96
1.16
1.36
1.56
1.76
1.96
Contenido impurezas insolubles
10:1
2.5:
15:
1
Rel
ació
n ac
eite
:sal
mue
ra
04812162024
Masa perdida [%]
64
de eliminación de sedimentos, del análisis ANOVA, que se observan en la Tabla
3.6, se determinó que el parámetro de calidad que presentó una diferencia
estadísticamente significativa, fue el Contenido de Impurezas Insolubles.
Tabla 3.6. Valores de p de la tabla de ANOVA para cada parámetro de calidad del tercer proceso de eliminación de sedimentos del ACU
Índice de acidez
Índice de saponificación
Contenido de impurezas insolubles
% Masa perdida
Valor de p 0,2748 0,1294 0,0000 0,0846
Este resultado se debería a que la relación de aceite: salmuera mejoró el proceso
de floculación de impurezas debido a que el NaCl, al momento de entrar en contacto
con el agua, se disocia y sus iones neutralizan la carga sobre los sedimentos
presentes en el aceite, lo que ayuda a que estos se agreguen y sedimenten (Kotz,
Treichel y Weaver, 2006, p. 588).
Las gráficas de medias del Índice de Saponificación, Índice de Acidez, Contenido
de Impurezas Insolubles y del porcentaje de masa perdida demostraron que la
relación aceite: salmuera, que presentó los mejores valores, fue la de 2,5:1. La
determinación de la rapidez de separación de sedimentos se presenta en el Anexo
II. Con base en los resultados obtenidos se seleccionó como mejor relación de
aceite: salmuera a 2,5:1.
3.2.4. SELECCIÓN DEL MEJOR PROCESO DE ELIMINACÍON DE
SEDIMENTOS ENTRE LAS MEJORES CONDICIONES DE OPERACIÓN
DE CADA MÉTODO.
En la ¡Error! La autoreferencia al marcador no es válida. se presentan los
resultados para cada parámetro de calidad de las mejores condiciones de
operación de cada proceso. Para determinar el parámetro de calidad que permitió
seleccionar el mejor proceso de eliminación de sedimentos del ACU, se comparó
el valor p de cada uno y se eligió como factor determinante
65
el contenido de impurezas insolubles.
Tabla 3.7 Valores de los parámetros de calidad de cada proceso de eliminación de sedimentos del ACU
Proceso Índice de
acidez Índice de
saponificación Contenido de
impurezas insolubles % Masa perdida
Primer 2,54 ± 0,26 190,59 ± 5,52 1,87 ± 0,69 1,92 ± 0,07
Segundo 2,84 ± 0,26 203,53 ± 1,27 2,71 ± 0,07 25,67 ± 5,05
Tercer 2,09 ± 0,25 185,14 ± 1,97 1,03 ± 0,05 6,64 ± 1,99
σ (n=3)
En tres de los cuatro parámetros de calidad, el tercer proceso presentó los mejores
valores, como lo muestran las gráficas de medias en la Figura 3.5. El parámetro de
calidad que determinó el mejor proceso de eliminación de sedimentos fue el
Contenido de Impurezas Insolubles, puesto que su valor de p fue el menor de todos
los datos. El resultado para cada parámetro se muestra en la Tabla 3.8. Los
resultados de rangos múltiples aplicados a la comparación de los tres procesos
determinaron que el mejor proceso de eliminación de sedimentos fue el tercero.
Tabla 3.8 Valores de p de la tabla de ANOVA para cada parámetro de calidad para el proceso de eliminación de sedimentos del ACU
Índice de acidez
Índice de saponificación
Contenido de impurezas insolubles
% Masa perdida
Valor de p 0,0328 0,0017 0,0000 0,0139
Este resultado se debió a que cuando las capas de las partículas de los sedimentos
entran en contacto con la solución de NaCl, absorben tanto los iones positivos como
negativos, lo que determina que las fuerzas de repulsión disminuyan y la fase
dispersa (aceite) incremente su coalescencia (Kotz et al., 2006, p. 588; Sierra,
Yañez y Cruz, 2006, p. 25).
Por tanto, existe una mejor sedimentación de las partículas y el proceso de
eliminación de las impurezas presentes en el aceite incrementa su rendimiento. Con
base en los resultados obtenidos se seleccionó al tercer proceso como el mejor de
los tres.
66
a)
b)
c)
d)
Fig
ura
3.5
Grá
fico
de
med
ias
para
: a)
el Í
ndic
e de
Sap
onif
icac
ión,
b)
el Í
ndic
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dez,
c)
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Prim
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rcer
Pro
ceso
180
185
190
195
200
205
210
Indice de saponificación
Prim
erSe
gund
oTe
rcer
Proc
eso
1.8
2.1
2.4
2.73
3.3
Indice de acidez
Prim
erSe
gund
oTe
rcer
Proc
eso
0.9
1.3
1.7
2.1
2.5
2.9
Contenido impurezas insolubles
Prim
erS
egun
doTe
rcer
Pro
ceso
-46162636
% Masa perdida
67
3.3 DETERMINACIÓN DEL MEJOR PROCESO DE
BLANQUEAMIENTO PARA CADA ACEITE COMPARANDO
TRES MÉTODOS DE DECOLORACIÓN
El mejor proceso de blanqueamiento para el ACU y el ARP se determinó con base
en la comparación de los resultados de color y apariencia física luego de aplicar los
tres métodos de decoloración. Los parámetros utilizados en la medición de la
calidad del ACU y del ARP fueron la variación de color, Índice de Acidez, Índice de
Saponificación y contenido de impurezas insolubles.
3.3.1. DETERMINACIÓN DEL MEJOR PROCESO DE DECOLORACIÓN PARA
EL ACU
Para seleccionar el mejor proceso de decoloración para el ACU, se compararon los
resultados de color entre tres tipos de tratamientos de blanqueamiento, el primero
consistió en adsorción con carbón activado, el segundo en ozonización y el tercero
en decoloración con peróxido de hidrógeno.
Debido a que el color que presentó el ACU se debe a los productos de la reacción
de fritura y no a los carotenos como en el caso del ARP, el tratamiento que presentó
mejores resultados de decoloración en las pruebas preliminares fue la ozonización,
por tanto, en la experimentación, este tratamiento contó con tres variables de
diseño, tiempo y temperatura, así como la temperatura de calentamiento post
tratamiento.
Determinación de las mejores condiciones de operación del proceso de
ozonización para el ACU
El proceso de ozonización presentó como variables experimentales, el tiempo y la
temperatura de la reacción, así como la temperatura post tratamiento, cada una de
68
estas presentaron 3, 2 y 2 niveles respectivamente. Los valores de absorbancia del
ACU luego de aplicar el proceso de ozonización se presentan en las siguientes
tablas.
Tabla 3.9 Valores de los parámetros de calidad del ACU luego de aplicar el tercer proceso de eliminación de sedimentos a una temperatura de reacción de 16 ºC y sin calentamiento
post-tratamiento
Dosis de ozono (mol/L)
Tiempo (días)
0 1 4 6 8 13
0,1946 0,919 ± 0,02 0,919 ± 0,03 0,902 ± 0,04 0,846 ± 0,03 0,842 ± 0,04 0,828 ± 0,04 Ab
sorban
cia
0,1297 0,969 ± 0,02 0,965 ± 0,03 0,931 ± 0,02 0,877 ± 0,01 0,870 ± 0,01 0,868 ± 0,02
0,0649 1,009 ± 0,02 1,003 ± 0,02 0,984 ± 0,02 0,923 ± 0,01 0,912 ± 0,02 0,909 ± 0,02
σ (n=3)
Tabla 3.10 Valores de los parámetros de calidad del ACU luego de aplicar el tercer proceso de eliminación de sedimentos a una temperatura de reacción de 20 ºC y sin
calentamiento post-tratamiento
Dosis de ozono (mol/L)
Tiempo (días)
0 1 4 6 8 13
0,1946 0,929 ± 0,02 0,925 ± 0,03 0,892 ± 0,02 0,837± 0,01 0,824 ± 0,02 0,818 ± 0,02 Ab
sorban
cia
0,1297 0,952 ± 0,02 0,952 ± 0,03 0,924 ± 0,02 0,860 ± 0,02 0,842 ± 0,03 0,838 ± 0,02
0,0649 0,994 ± 0,02 0,992 ± 0,02 0,972 ± 0,01 0,908 ± 0,02 0,905 ± 0,02 0,863 ± 0,05
σ (n=3)
Tabla 3.11 Valores de los parámetros de calidad del ACU luego de aplicar el tercer proceso de eliminación de sedimentos a una temperatura de reacción de 16 ºC y con
calentamiento post-tratamiento
Dosis de ozono (mol/L)
Tiempo (días)
0 1 4 6 8 13
0,1946 0,964 ± 0,06 0,745 ± 0,01 0,713 ± 0,02 0,710 ± 0,02 0,699 ± 0,02 0,672 ± 0,01 Ab
sorban
cia
0,1297 0,957 ± 0,03 0,787 ± 0,04 0,760 ± 0,03 0,755 ± 0,03 0,750 ± 0,03 0,721 ± 0,05
0,0649 0,978 ± 0,03 0,873 ± 0,03 0,845 ± 0,03 0,852 ± 0,04 0,844 ± 0,03 0,799 ± 0,03
σ (n=3)
69
Tabla 3.12 Valores de los parámetros de calidad del ACU luego de aplicar el tercer proceso de eliminación de sedimentos a una temperatura de reacción de 20 ºC y con
calentamiento post-tratamiento
Dosis de ozono (mol/L)
Tiempo (días)
0 1 4 6 8 13
0,1946 0,976 ± 0,01 0,752 ± 0,01 0,723 ± 0,01 0,676 ± 0,01 0,666 ± 0,02 0,656 ± 0,02
Ab
sorban
cia
0,1297 0,992 ± 0,01 0,783 ± 0,02 0,745 ± 0,01 0,693 ± 0,02 0,680 ± 0,02 0,676 ± 0,02
0,0649 1,145 ± 0,05 0,884 ± 0,01 0,837 ± 0,01 0,749 ± 0,02 0,737 ± 0,02 0,704 ± 0,05
σ (n=3)
En las Figura 3.6 y Figura 3.7 se presentan los resultados de absorbancia a una
longitud de onda igual a 540 nm, en función del tiempo luego de aplicar el
tratamiento de decoloración mediante la reacción de ozonización. Se aplicaron dos
temperaturas de ozonización 16 ºC y 20 ºC, así como tres dosis de ozono
equivalentes a 0,0649, 0,1297 y 0,1946 mol/L.
Se midió la absorbancia por 13 días para establecer una tendencia de decoloración
y determinar el tiempo en que el aceite requerirá encontrarse en el tanque de
almacenamiento antes de ser enviado al proceso de envasado.
Figura 3.6 Valores de absorbancia a 540 nm del ACU luego del proceso de ozonización (T=16 ºC, diferentes tiempos de reacción) y calentamiento posterior a 20 ºC
0,8
0,9
1,0
0 2 4 6 8 10 12 14
Ab
sorb
anci
a
Tiempo después del tratamiento (días)
0,1946 0,1297 0,0649
Dosis de ozono (mol/L)
70
Figura 3.7 Valores de absorbancia a 540 nm del ACU luego del proceso de ozonización (T=20 ºC, diferentes tiempos de reacción) y calentamiento posterior a 20 ºC
Se puede observar que la absorbancia del aceite continúa disminuyendo hasta
aproximadamente 10 días después de la ozonización. Esto se debería
posiblemente a que las burbujas que se generaron en el proceso tuvieron un largo
tiempo de residencia, especialmente las de mayor tamaño, debido a la alta
viscosidad del medio (Xiong, Wang, Xu y Wang, 2003, p. 821). Al romperse dichas
burbujas con el paso de los días, continuaron generando reacciones de
decoloración.
Por otro lado, se observó que mientras menor era la dosis de ozono, mayor tendía
a ser el tamaño final de las burbujas, debido a que un menor caudal favorece el
flujo laminar y la coalescencia de las gotas.
Al tener burbujas de mayor tamaño, disminuye el área interfacial y como
consecuencia, se reduce la transferencia de masa entre el ozono y el ACU.
Además, en las Figura 3.6 y Figura 3.7 se observa que al tiempo cero, los valores
de absorbancia son diferentes para los tres tiempos de reacción. Esta observación
concuerda con lo antes expuesto, debido a que cuando el ozono tiene mayor área
contacto con el aceite, puede reaccionar más eficientemente y degradar las
moléculas que proporcionan color al aceite.
0,8
0,9
1,0
0 2 4 6 8 10 12 14
Ab
sorb
anci
a
Tiempo después del tratamiento (días)
0,1946 0,1297 0,0649
Dosis de ozono (mol/L)
71
Cabe indicar que, al momento de realizar la medición de la absorbancia, las
burbujas de ozono que seguían presentes en el aceite tratado pudieron interferir en
la trayectoria del haz de luz. Esto puede explicar la tendencia sigmoidal que se
observa en las curvas en mención (Rubinson y Rubinson, 2001, pp. 296-299).
Cirlini, Caligiani, Palla, De Ascentiis y Tortini (2012) analizaron la estabilidad de los
ozónidos en el aceite de girasol y determinaron que después de 16 h de realizar la
reacción, los ozónidos secundarios aún se encontraban presentes en el aceite
(p. 297), resultados que concuerdan con los valores de absorbancia medidos en
este estudio, ya que estos son mayores luego de aplicar el tratamiento y van
disminuyendo con el tiempo, lo que corroboró la presencia de compuestos que
interferían en las medidas de absorbancia.
En función del análisis anterior, se determinó, para las dos temperaturas de
ozonización, que la mejor dosis fue 0,1946 mol/L. En las Figura 3.8 yFigura 3.9 se
presenta la absorbancia en función del tiempo luego de aplicar el tratamiento de
decoloración mediante la reacción de ozonización, con un calentamiento posterior
a 60 °C. Se probaron temperaturas de reacción de 16 y 20 ºC y dosis de ozono
igual a 0,1946, 0,1297 y 0.0649 mol/L.
Figura 3.8 Absorbancia a 540 nm del ACU luego del proceso de ozonización (T=16 ºC,
diferentes tiempos de reacción) y calentamiento posterior a 60 ºC
0,6
0,7
0,8
0,9
1,0
0 2 4 6 8 10 12 14
Ab
sorb
anci
a
Tiempo después del tratamiento (días)
0,1946 0,1297 0,0649
Dosis de ozono (mol/L)
72
Figura 3.9 Absorbancia a 540 nm del ACU luego del proceso de ozonización (T=20 ºC, diferentes tiempos de reacción) y calentamiento posterior a 60 ºC
De acuerdo con lo descrito en el estudio realizado por Xiong et al. (2003), una mayor
viscosidad de la fase líquida se relaciona con un menor coeficiente de transferencia
de masa del gas en el líquido (p. 821). Al calentar el aceite, su viscosidad disminuye
y la transferencia de masa se incrementa, generando una mayor cantidad de
reacciones de decoloración.
Esto se evidencia en los valores de absorbancia alcanzados con un calentamiento
post tratamiento a 60 °C que fueron menores, que los correspondientes a una
temperatura de 20 °C. Por tanto, la dosis de ozono requerida para obtener el mejor
resultado en este caso también fue de 0,1946 mol/L.
En la Figura 3.10 se hace una comparación de los valores de absorbancia
obtenidos con la mejor dosis de ozono (0.1946 mol/L), cuando se variaron las
temperaturas de reacción (16 y 20 °C) y post tratamiento (20 y 60 °C).
0,60
0,70
0,80
0,90
1,00
1,10
1,20
0 2 4 6 8 10 12 14
Ab
sorb
anci
a
Tiempo después del tratamiento (días)
0,1946 0,1297 0,0649
Dosis de ozono (mol/L)
73
Figura 3.10 Resultados de absorbancia para cada proceso de ozonización del ACU.
Los dos mejores resultados correspondieron a los tratamientos que tuvieron un
calentamiento posterior a la ozonización. Esto se podría atribuir a la disminución de
la viscosidad que se produce cuando el aceite se calienta, lo que facilita la reacción.
En consecuencia, se encontró que las mejores condiciones para la ozonización del
ACU fueron a una temperatura de 20 ºC, una dosis de ozono de 0,1946 mol/L y un
calentamiento post tratamiento de 60 ºC.
Con lo que respecta al tiempo en que el aceite requerirá estar en los tanques de
almacenamiento antes de ir a su distribución, la Figura 3.10 muestra que el menor
tiempo se da cuando se aplicó un proceso de post-calentamiento dando un valor
alrededor de 6 días para que alcance una absorbancia de 0,66.
En la Figura 3.11 se observan las muestras para cada tratamiento de decoloración
con ozono para el ACU, donde el mejor resultado de color se obtuvo cuando se
aplicó una temperatura de ozonización igual a 20 ºC y un post-calentamiento de 60
ºC, luego de aplicar una dosis de ozono de 0,1946 mol/L. Esta figura evidencia
claramente la eficacia de aplicar ozono como reactivo decolorante.
0,60
0,65
0,70
0,75
0,80
0,85
0,90
0,95
1,00
0 2 4 6 8 10 12 14
Ab
sorb
anci
a
Tiempo después del tratamiento (días)
16/20 20/20 16/60 20/60
Temperaturas de reacción y post tratamiento (ºC)
74
Figura 3.11 Comparación de resultados del ACU luego de aplicar 15 min el proceso de decoloración por ozonización
Al analizar los resultados de la figura anterior, donde se muestra que la temperatura
de ozonización no influye considerablemente en los valores de absorbancia de
acuerdo con los resultados obtenidos, sino más bien en la viscosidad del aceite y
por tanto en la transferencia de masa, se determinó que la mejor temperatura de
ozonización fue de 20 ºC y se requiere realizar un calentamiento post-tratamiento
a 60 ºC. En la Figura 3.12 se muestra el resultado del análisis ANOVA del gráfico
de medias para el valor de absorbancia de los cuatro tratamientos de ozonización
que se realizaron para la decoloración del ACU.
Figura 3.12 Gráfico de medias del valor de absorbancia para los cuatro tratamientos de con y sin post-calentamiento para el ACU
Tozo=16 ºC Tpost= 22 ºC
Tozo=20 ºC Tpost= 20 ºC
Tozo=16 ºC Tpost= 60 ºC
Tozo=20 ºC Tpost= 60 ºC
16cc 16sc 20cc 20sc
Tratamiento
0.64
0.68
0.72
0.76
0.8
0.84
0.88
Absorb
ancia
cc: con calentamiento post tratamiento sc: sin calentamiento post tratamiento
75
Al analizar el gráfico de medias que se presenta en la figura anterior, se determina
que las temperaturas de ozonización no influyen significativamente en los
resultados de absorbancia, debido a que no existió una diferencia significativa entre
los tratamientos donde la temperatura fue de 16 ºC con respecto a 20 ºC, se
seleccionó el rango de temperatura de ozonización de acuerdo con el requerimiento
energético para bajar la temperatura de la reacción a nivel industrial.
En la Tabla 3.13 se muestran los valores del porcentaje de decoloración para los
cuatro tratamientos de ozonización del ACU.
Tabla 3.13 Porcentaje de disminución de absorbancia para cada tratamiento de decoloración por ozonización para el aceite comestible usado
Tratamiento
% decoloración
Tratamiento %
decoloración Tpost-tratamiento [ºC]
Tozonización
[ºC] Tpost-tratamiento
[ºC] Tozonización
[ºC]
20 ± 1 16 ± 1 4,61± 5,01
60 ± 1 16 ± 1 22,58±1,58
20 ± 1 5,80 ±2,37 20 ± 1 24,39±2,35
σ (n=3)
Dato que al comparar con el valor inicial de absorbancia del ACU presenta 24,39 %
de disminución, además se evidencia que en las otras dos experiencias donde no
se aplicó un post-calentamiento, se obtuvo un porcentaje de decoloración
considerable en la dosis en la que los otros dos tratamientos lo hicieron.
Los valores expuestos en la Tabla 3.13, concuerdan con los resultados del estudio
realizado por Nandini y Sivasakthivel (2014, pp. 37-38), donde se enuncia que el
ozono presente en medios oleosos podría tener ventajas sobre los medios
gaseosos o acuosos, puesto que el aceite permanece en contacto interactuando
con la superficie durante un período más largo de tiempo, lo que dio como resultado
que la transferencia de masa sea más eficiente que en otros procesos de
blanqueamiento.
Una observación importante se denota en la pendiente de las curvas de
decoloración de las experiencias con post-tratamiento, donde estas presentan un
76
mayor valor a diferencia de las experiencias sin post-tratamiento. Por tanto, se
seleccionó como mejores condiciones de operación para el proceso de
decoloración con ozono a la dosis de ozono igual a 0,1946 mol/L, temperatura de
ozonización igual a 20 ºC y temperatura de post-tratamiento igual a 60 ºC.
Determinación del mejor proceso de decoloración para el ACU
Para determinar el mejor proceso de decoloración para el ACU, se compararon los
resultados de color de las mejores condiciones de operación del proceso de
ozonización mediante la medición de la absorbancia, con los resultados de los
procesos de decoloración con peróxido de hidrógeno y adsorción con carbón
activado. Los valores de absorbancia luego de aplicar cada tratamiento se muestran
en la Tabla 3.14.
Tabla 3.14 Valores de absorbancia a 540 nm luego de aplicar los tres procesos de decoloración para el ACU
Blanco Ozonización Carbón Peróxido
Ab
sorb
anci
a (n
m) Valores
0,878 0,661 1,231 0,729
0,867 0,674 1,182 0,729
0,858 0,634 1,183 0,765
Promedio 0,868 ± 0,01 0,660 ± 0,02 1,200 ± 0,03 0,740 ± 0,02
% Decoloración 0,00 24,39 -38,10 14,63
σ (n=3)
En la Figura 3.13 se muestran las medias de los valores de absorbancia para los
tres procesos de decoloración, donde se evidencia que existió una diferencia
significativa entre los tres tratamientos y aunque entre el proceso de decoloración
con ozono y peróxido de hidrógeno solo existió una diferencia de -0,075, este valor
denota, de acuerdo al análisis ANOVA, una diferencia estadísticamente
significativa.
77
Figura 3.13 Gráfico de medias del valor de absorbancia para los tres procesos de blanqueamiento del ACU
Esto se debería a que el ACU, tiene como componentes mayoritarios compuestos
productos del proceso de fritura como la croma-5, 6-quinona que presenta en su
estructura dobles enlaces carbono-carbono y pueden recibir dosis de ozono para
romper estas interacciones de acuerdo con el mecanismo formación de Criegge,
que se describió en la sección 1.2.2.2. En la Figura 3.14 se presentan las muestras
de ACU sin tratar y luego de aplicar los tres procesos de blanqueamiento.
Figura 3.14 Muestras de a) ACU sin tratar y luego de aplicar b) la ozonización, c) decoloración con peróxido de hidrógeno y c) adsorción con carbón activado
Adsorción Ozonización Peróxido
Proceso
0.64
0.74
0.84
0.94
1.04
1.14
1.24
Abs
orba
ncia
a) b) c) d)
78
Los valores de absorbancia de las muestras de ACU, luego de aplicar los tres
procesos de decoloración, presentan concordancia con lo descrito en el estudio
realizado por Gibon, De Greyt y Kellens (2007). Dichos autores mencionan que los
aceites sometidos a procesos de oxidación natural, pueden desarrollar compuestos
coloreados de tipo quinónico y que, al parecer, esta oxidación no solo desarrolla
nuevos pigmentos sino también estabiliza los pigmentos en contra de su
eliminación por adsorción física (p. 332).
En otros estudios con aceite de palma, se ha determinado que los carotenoides,
aparentemente, no vuelven a tomar color después de una oxidación natural. Por tal
motivo, aunque estos elementos sean removidos con facilidad en procesos de
adsorción, el efecto sobre la decoloración del aceite no es considerable (Gibon et
al., 2007, p. 331).
Por otro lado, como se puede observar en la Tabla 3.14, el porcentaje de
decoloración correspondiente a la adsorción con carbón activado, al contrario que
los otros métodos, muestra un incremento, resultado que se debería a que parte
del carbón utilizado se queda suspendido en el aceite y no puede ser eliminado por
filtración, lo cual es notorio en la Figura 3.14.
Adicionalmente a lo anterior, para seleccionar el mejor proceso de decoloración del
ACU se consideró el posible impacto ambiental que pueden tener los procesos
estudiados. Si se utiliza el proceso de decoloración con H2O2, la planta que se
diseñe presentaría un efluente que tendría que ser tratado para su correcta
disposición final, lo que resultaría un costo adicional.
En cambio, si se utiliza el proceso de ozonización, solo se requeriría de tanques de
almacenamiento donde el aceite permanecería hasta que la reacción termine. En
consecuencia, se seleccionó como mejor proceso de decoloración para el ACU al
proceso de ozonización, detallado en la sección 3.3.1.1.
79
3.3.2. DETERMINACIÓN DEL MEJOR PROCESO DE BLANQUEAMIENTO
PARA EL ARP
Para seleccionar el mejor proceso de blanqueamiento del ARP, se compararon los
resultados del color obtenido al aplicar tres tipos de tratamiento: adsorción con
carbón activado, ozonización y decoloración con peróxido de hidrógeno.
Como primer paso, se determinaron las mejores condiciones de operación del
proceso de adsorción con carbón activado, puesto que en pruebas preliminares fue
el que mostró los mejores resultados.
Se utilizó carbón activado microporoso debido a que sus partículas pueden
dispersarse más rápidamente en el aceite a temperaturas más altas, lo que
favorece al proceso de adsorción. Además, los carbones con distribuciones de
tamaño de partícula más grueso requieren mayor agitación para permanecer en
suspensión (Brooks et al. 2013, p. 1).
Determinación de las mejores condiciones de operación del proceso de
adsorción con carbón activado para el ARP
Los valores correspondientes al análisis ANOVA se observan en la Tabla 3.15, en
la cual se descompone la varianza de Absorbancia en dos componentes: un
componente entre grupos y un componente dentro del grupo. La razón F, que en
este caso es igual a 440,60, es una relación de la estimación entre grupos para la
estimación dentro del grupo.
Dado que el valor P en esta prueba, es menor a 0,05, hay una diferencia
estadísticamente significativa entre la media Absorbancia de un nivel de tratamiento
a otro al nivel de confianza del 95,0 %.
80
Tabla 3.15 Tabla ANOVA para la Absorbancia en relación a la temperatura de adsorción y la relación aceite/carbón activado
Fuente Df F-Relación P-Valor
Entre grupos 3 440,60 0,00
En la Figura 3.15 se presenta el gráfico de medias de la absorbancia del ARP luego
de su tratamiento mediante adsorción con carbón activado. Se consideraron dos
variables de diseño, con dos niveles cada una: temperatura de adsorción (110 y
140 °C) y la relación aceite: carbón activado (25:1 y 50:1).
Como se observa en la figura, el tratamiento que presentó los menores valores de
absorbancia fue aquel en el que se aplicó como temperatura de adsorción 140 ºC
y como relación aceite: carbón activado 25:1.
Figura 3.15 Gráfico de medias del valor de absorbancia para los cuatro tratamientos del primer proceso de blanqueamiento para el ARP (T = 110 ºC y 140 ºC; R = 25:1 y 50:1)
Por tanto, la temperatura y la relación aceite: carbón activado fueron factores
importantes en el proceso de decoloración del ARP debido a que, a una mayor
temperatura, la viscosidad del aceite disminuye y mejora la dispersión de partículas
del carbón activado en este fluido.
Como resultado, la resistencia al flujo es menor, lo que incrementa la capacidad del
ARP de mantener una partícula en suspensión; esta característica es inversamente
proporcional a la viscosidad del aceite (Brooks et al. 2013, p. 1).
110; 25:1 110; 50:1 140; 25:1 140; 50:1
Tratamiento
0
0.1
0.2
0.3
0.4
Abs
orba
ncia
81
En la Figura 3.16 se muestra la diferencia de la apariencia física (color) del aceite,
producto de la aplicación de la decoloración con carbón activado en las pruebas
preliminares, se observa que la muestra donde se aplicó mayor temperatura
presenta mejor aspecto, lo que reafirma lo descrito anteriormente.
Figura 3.16 Comparación del color del ARP luego del blanqueamiento por adsorción con carbón activado a diferentes temperaturas
En las pruebas preliminares se observó que, a las mismas condiciones de agitación,
el carbón microporoso se mantuvo en suspensión por mayor tiempo que el carbón
macroporoso; esto se debería a la densidad que presenta cada uno.
Por tanto, se seleccionó el carbón activado microporoso debido a que los carbones
con distribuciones de tamaño de partícula más grueso requieren mayor agitación
para permanecer en suspensión que los carbones con tamaño de partícula más
fino, ya que estos pueden dispersarse más rápidamente en el aceite a temperaturas
más altas, lo que favorece al proceso de adsorción (Brooks et al., 2013, p. 1). Al
analizar el efecto de la relación aceite: carbón activado, se encontró que la
proporción que generó una mayor remoción de color fue la de 25:1.
Esto puede deberse a que se tuvo una mayor cantidad de partículas de carbón
activado dispersas en el aceite y, por ende, una mayor superficie de contacto para
la adsorción de los pigmentos que proporcionan el color rojo al aceite, como los
carotenos. Como la temperatura influye directamente en la distribución de las
partículas del carbón en el aceite, en la Figura 3.17 se muestra el color del ARP
luego de los cuatro tratamientos aplicados. Se puede observar que la mejor
82
combinación correspondió a la temperatura de 140 ºC y la relación aceite: carbón
activado de 25:1, debido a que esta, proporcionó la cantidad de carbón activado,
requerida por el ARP para una correcta decoloración.
Figura 3.17 Comparación de resultados del ARP luego de aplicar decoloración con carbón activado
Como señala el estudio realizado por Nandini y Sivasakthivel (2014), los resultados
del aceite crudo luego de aplicar la decoloración con carbones activados, indicó
una variación directamente proporcional de la eficiencia de blanqueo del carbón
activado con el tiempo de contacto y la masa del material absorbente (p. 37).
Al tener una mayor cantidad de carbón activado como agente adsorbente, se
asegura que el área de contacto sea el necesario para que los carotenos sean
adsorbidos por este material, por lo que el tratamiento seleccionado se relaciona
con una temperatura más alta, lo cual puede representar mejores tasas de filtración
del ARP, dado que su viscosidad disminuye.
Además, los resultados de absorbancia del aceite de rojo tratado, demostraron que
el carbón activado elimina directamente los pigmentos vegetales no deseados
como los carotenoides, las clorofilas etc. Por tanto, la adsorción de cuerpos de color
aumentó rápidamente con un aumento de la temperatura y la masa de los
absorbentes. También, se determinó que no existieron cambios evidentes para los
contenidos de ácidos grasos libres en el blanqueamiento con carbón activado para
el aceite. Luego de analizar todos los resultados se seleccionó como mejores
T=110 ºC R= 50:1
T=140 ºC R= 50:1
T=140 ºC R= 25:1
T=110 ºC R= 25:1
83
condiciones de operación al tratamiento donde se aplicó una temperatura de 140
ºC y una relación de aceite: carbón activado de 25:1.
Determinación del mejor proceso de decoloración para el ARP
Se compararon los resultados de color del ARP tratado bajo las mejores
condiciones de operación del proceso de adsorción con carbón activado, con los
resultados de los procesos de ozonización y de decoloración con peróxido de
hidrógeno. Estos resultados se muestran en la Tabla 3.16.
Tabla 3.16 Valores de Absorbancia a 540 nm luego de aplicar los tres procesos de decoloración para el ARP
Repetición Promedio
% Decoloración 1era 2da 3era
Aceite sin tratar 0,949 0,951 0,947 0,949 --
Peróxido de hidrógeno 0,808 0,809 0,800 0,806 15,10 ± 0,52
Adsorción 0,083 0,081 0,084 0,083 91,29 ± 0,16
Ozonización 0,857 0,863 0,848 0,856 9,80 ± 0,80
σ (n=3)
En la Figura 3.18 se muestra el gráfico de medias de los valores de absorbancia
para los tres procesos mencionados.
Figura 3.18 Gráfico de medias (LSD, α=0,05) del valor de absorbancia para los tres procesos de blanqueamiento del ARP
Adsorción Decoloración H Ozonización
Tratamiento
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
Abso
rbanci
a
84
Se puede observar que el mejor proceso de blanqueamiento para el ARP fue la
adsorción con carbón activado, el cual presentó una disminución del color del
91,29 % con respecto al valor del aceite sin tratar. Esto se debería a que los
carotenos presentes en este aceite fueron removidos con facilidad por adsorción
en el carbón, lo que permitió que el color pase de un tono rojizo a amarillo.
De acuerdo con lo expuesto en la sección 1.1.4.1, donde se describió el proceso
de fritura, se tiene que en la primera fase se transfiere agua desde el alimento hacia
el aceite, lo que evidenciaría la existencia de agua en ACU, al contrario que en el
ARP.
Con base en el Mecanismo de Criegee, que se enuncia en la sección 1.2.2.3, un
factor importante en esta reacción es el agua ya que favorece la formación de
hidroperóxidos, elemento que no se encuentra en el ARP y que como consecuencia
al parecer la reacción solo llega hasta el paso de formación del compuesto carbonilo
y óxido de carbonilo, lo que da como resultado final que el ARP no se decolore al
contrario que el ACU.
Además, los otros procesos no fueron efectivos, probablemente debido a que la
viscosidad del aceite dificultó las reacciones de descomposición de los pigmentos
por los agentes oxidantes ozono y peróxido de hidrógeno, respectivamente.
En estudios relacionados con el presente, se han obtenido resultados similares.
Maskan y Bağcı (2003) determinaron que el tratamiento de purificación con carbón
activado disminuyó la viscosidad del ARP y su color (p. 218). Kheang, Subari y
Kadir (2011) encontraron que los mejores resultados de decoloración
correspondieron al blanqueamiento con carbón activado como adsorbente (p.
1 189).
En la Figura 3.19 se presentan las muestras de aceite rojo, luego de aplicar los tres
procesos de blanqueamiento junto a la muestra sin tratamiento. Se observa
claramente que el mejor proceso de blanqueamiento fue la adsorción con carbón
85
activado, con un porcentaje de remoción de color del 90,48 %, resultado que
concuerda con el estudio realizado por Nandini y Sivasakthivel (2014, p. 37).
Figura 3.19 Muestras de ARP luego de aplicar los procesos de: a) adsorción con carbón activado, b) decoloración con peróxido de hidrógeno, c) ozonización y d) aceite sin tratar
En resumen, el mejor tratamiento para el ARP no fue el mismo que para el ACU,
por varios factores, uno de ellos es el tipo de compuestos coloreados de cada
aceite, debido a que las sustancias que les proporcionan color son distintas; en el
ARP son los carotenoides quienes le dan un color característico, mientras que en
el ACU se encuentran compuestos como la croma-5,6-quinona, generados durante
el proceso de fritura y que le dan al aceite una coloración oscura.
La adsorción con carbón activado fue eficiente para remover los carotenoides del
ARP, mientras que la ozonización presentó mejores resultados en la degradación
de los productos de la fritura con el ACU.
3.4 DISEÑO DE UNA PLANTA PARA LA REFINACIÓN Y
BLANQUEAMIENTO DE ACEITE COMESTIBLE USADO Y
ACEITE ROJO DE PALMA CON UNA CAPACIDAD 1 250
T/AÑO
a) b) c) d)
86
El sistema de refinación y blanqueamiento se dimensionó para tratar un caudal
promedio de 5,75 m3/día de aceite comestibles usado y 6,65 m3/día de ARP, donde
alrededor de 2 703,60 kg/día son sólidos sedimentables provenientes del proceso
de fritura.
Esta capacidad se obtuvo a partir de la base de datos de la Secretaria del Distrito
Metropolitano de Quito y los datos de producción de aceite de palma en Ecuador.
De los resultados obtenidos en la experimentación a escala de laboratorio de las
secciones: 3.4.1, 3.4.2, 3.4.3, se realizó el balance de masa, el escalado y diseño
de los equipos que conforman el proceso de refinación y blanqueamiento, bajo la
consideración de que este sistema debería contar con los procesos de clarificación,
agitación, filtración, ozonización, calentamiento y decoloración para el ACU,
mientras que para el aceite rojo de palma consta de calentamiento, filtración,
homogeneización y filtración.
3.4.1. BALANCE DE MASA
El balance de masa se realizó para un día de operación y una capacidad de
tratamiento de 5,75 de ACU y 6,65 de ARP, dato reportado por
los gestores ambientales y la industria extractora de aceite, respectivamente.
El diagrama de flujo del sistema de refinación y blanqueamiento para el ACU y el
ARP se observan en las Figuras 3.20 y 3.21 respectivamente. Mediante el balance
de masa, se definieron los flujos másicos para las diferentes corrientes del sistema
refinación y blanqueamiento.
Con base en el balance de masa, se determinaron los flujos másicos para las
diferentes corrientes de planta de refinación y blanqueamiento de ACU y ARP.
87
CALENTAMIENTO I(T=50ºC)
Aceite rojo[6000 kg/d]
FILTRACION I(Filtro prensa)
HOMOGENEIZACION(T=140ºC, 30min)
FILTRACION II(T= 140ºC, filtro prensa)
Carbón activado (25:1)[239,94 kg/d]
Aceite rojo[6000 kg/d]
Aceite + C.A.[6238,42 kg/d]
Aceite blanqueado[5938,50]
ESCUELA POLITECNICA NACIONAL
CARRERA DE INGENIERIA QUIMICA
NOMBRE DEL PROYECTO
Planta de Refinación y blanquemiento de aciete comestible usado y aceite rojo de palma
Elaborado por: Tania Vanesa Parra Escorza
Fecha: Julio 2015
Página:
1 de 2BFD
Sólidos [1,52 kg/d]
REGENERACION DE CARBON ACTIVADO Y
RECUPERACION DEL A.R.
C.A. usado +A.R[539,86 kg/d]
CALENTAMIENTO II(T=140ºC)
Aceite rojo[5998 kg/d]
Aceite rojo[5998 kg/d]
Figura 3.20 Diagrama de flujo del sistema de blanqueamiento de ARP
88
CLA
RIF
ICA
CIO
N I
(ts=
41 m
in)
Ace
ite c
om
est
ible
usado
[5000 k
g/d
]
AG
ITA
CIO
N I
(t=
30 m
in)
DIL
UC
ION
(T=
25ºC
)
Agua
[2245,4
4 k
g/d
]
NaC
l[1
18,1
8 k
g/d
]
CA
LE
NT
AM
IEN
TO
I(T
=40ºC
)
Salm
uera
5%
[2238,2
8 k
g/d
]
CLA
RIF
ICA
CIO
N II
(ts=
5 m
in)
OZ
ON
IZA
CIO
N(t
s=
15 m
in)
DE
CO
LO
RA
CIO
N(t
d=
6 d
ías)
Sólid
os
(tp >
1m
m)
[285 k
g/d
]
AG
ITA
CIO
N I
I(t
=15 m
in)
FIL
TR
AC
ION
(Filt
ro p
rensa)
Salm
uera
5%
[2238,2
8 k
g/d
]
Salm
uera
5%
[125,3
4 k
g/d
]
Ace
ite +
sólid
os
(tp<
1m
m)
[4715 k
g/d
]
Ace
ite +
sólid
os
+ s
alm
uera
[6953,2
8 k
g/d
]
Sólid
os
(tp <
1m
m)
[112,8
1 k
g/d
]A
ceite n
o re
cupera
do[3
9,6
1 k
g/d
]
Sólid
os
[1,0
25 k
g/d
]
CA
LE
NT
AM
IEN
TO
II
(T=
60ºC
)
Ozono
[0,0
3 k
g/d
]
Ace
ite +
sólid
os
+ s
alm
uera
[2740.4
7 k
g/d
]
Ace
ite
[4450,9
6 k
g/d
]A
ceite
[224,4
3 k
g/d
]
Ace
ite p
urifi
cado
[4675,3
9 k
g/d
]
Ace
ite o
zoniz
ado
[4675,3
9/d
]
Ace
ite o
zoniz
ado
[4675,4
2 k
g/d
]
Ace
ite d
ecolo
rado
[4675,3
9 k
g/d
]
ES
CU
EL
A P
OL
ITE
CN
ICA
NA
CIO
NA
L
CA
RR
ER
A D
E I
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Ela
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rad
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or:
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Pa
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Ju
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01
5
Pá
gin
a:
2 d
e 2
BF
D
Sólid
os
(tp >
1m
m)
[12,5
3 k
g/d
]
Fig
ura
3.2
1 D
iagr
ama
de f
lujo
del
sis
tem
a de
ref
inac
ión
de A
CU
89
3.4.2. DIAGRAMA DE FLUJO DEL PROCESO DE REFINACIÓN Y
BLANQUEAMIENTO
Para realizar el diagrama de flujo se utilizó como herramienta gráfica, el diagrama
de Gantt, que permitió identificar el tiempo de dedicación previsto para las
diferentes actividades del proceso de refinación y blanqueamiento.
En la Figura 3.22 se muestra el diagrama de Gantt, para cada aceite con sus
respectivas operaciones unitarias. Se observa que la planta trabajará durante 9 h y
que en cada equipo se consideró un tiempo para la limpieza del mismo.
Además, este diagrama permite evidenciar que el proceso propuesto es de fácil
manejo. La planta funciona bajo una modalidad “batch” debido a que a que el
volumen de aceite a tratar es bajo, 5,75 (m3/día) de ACU y 6,65 (m3/día) de ARP,
comparada con plantas industriales. Con base en las capacidades de los equipos
se determinó un total de tres lotes al día para ser procesados.
3.4.3. ESCALADO DE LOS EQUIPOS
Los equipos requeridos para la planta de refinación y blanqueamiento de ACU y
ARP se detallan en las siguientes secciones.
Escalado del tanque de almacenamiento del ARP
Se consideraron los siguientes factores para el escalado del tanque de
almacenamiento (Esquivel, 2009, p. 67).
90
Ace
ite
Áre
a E
quip
o A
ctiv
idad
T
iem
po
[h]
8:00-8:30
8:30-9:00
9:00-9:30
9:30-10:00
10:00-10:30
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91
· Condiciones de almacenamiento a temperatura ambiente y presión atmosférica
de la ciudad de Quito.
· Volumen de ARP para almacenamiento por día de 6,65 m3
· Tres tanques de almacenamiento de forma cilíndrica con cabezas elipsoidales
· Llenado del tanque en un 80 % de su capacidad
· Alimentación del aceite a los tanques de 2,22 [m3/h]
Se utilizará acero inoxidable y su construcción se realizará con base en las
características y dimensiones que se presentan en la Tabla 3.17.
Tabla 3.17 Características y dimensiones del tanque de almacenamiento
Parámetro Valor Unidad Parámetro Valor Unidad
Material NA Acero inoxidable Diámetro 1,24 m
Volumen 2,77 m3 Número de tanques 3 NA
Altura 2,49 m
En catálogos, se encuentran tanques de almacenamiento de forma elipsoidal marca
Tapidol, con capacidades similares, debido a que se diseñan en función de
cantidades normalizadas. Las características del tanque, se representan en
la¡Error! La autoreferencia al marcador no es válida.
Tabla 3.18 Capacidad y dimensiones del tanque de almacenamiento de aceite rojo, por catálogo
Volumen Diámetro (m) Altura (m)
3,00 1,60 2,25
*Tapidol, 2005, p.6
El diagrama esquemático del tanque de almacenamiento se observa en Figura AII.1
Escalado del clarificador primario para el ACU
Para el escalado del tanque de clarificación se consideraron los siguientes factores.
92
· Condiciones de clarificación idénticas a los resultados experimentales de la
Sección 3.2.1
· Proceso de clarificación a temperatura ambiente y presión atmosférica de la
ciudad de Quito.
· Proceso de lavado “batch”, en 3 lotes por día.
· Volumen de aceite que se tratará por lote en el proceso de clarificación será de
1,92 m3 para un lote, donde 31,67 kg son sólidos sedimentables provenientes
del proceso de fritura de alimentos.
· Tiempo necesario para alcanzar la concentración de sólidos con tamaño de
partícula mayor a 3 mm de 41 min.
· Tanque de clarificación con tiempo de funcionamiento de las 24 h al día.
· Mantenimiento del tanque de clarificación programado para 1 semana.
Los cálculos respetivos para el escalado del tanque de clarificación se encuentran
en el Anexo III. Los resultados del escalado del tanque de clarificación se
representan en la Figura AIII.2. Las dimensiones se muestran en la Tabla 3.19. En
catálogos existe un tanque de clarificación con similares dimensiones que el
diseñado en este trabajo, en la Tabla 3.20 se muestran las magnitudes del tanque
según el catálogo.
Tabla 3.19 Características y dimensiones del tanque de clarificación para el ACU
Parámetro Valor Unidad Parámetro Valor Unidad
Material NA Acero al carbono Diámetro 2,03
Volumen 2,39 Tiempo de residencia 41
Altura 1,50 Número de tanques 3 NA
Tabla 3.20 Capacidad y dimensiones del clarificador por catálogo para el ACU
Parámetro Valor Unidad Parámetro Valor Unidad
Modelo *DSD-0111 NA Diámetro 1,50
Volumen 2,50 Altura 2,60
(*Hydro Water, S.L., 2005, p.2)
93
Escalado del tanque agitado de dilución de salmuera
Para el escalado del tanque de lavado se consideraron los siguientes factores:
· Proceso de dilución se realizará a temperatura ambiente y presión atmosférica
de la ciudad de Quito.
· Proceso de dilución se realizará de forma “batch” y en tres lotes.
· Volumen de salmuera requerida será de 2,17 m3 para un día de operación.
· Dilución y calentamiento de la salmuera se realizará en el mismo tanque de
forma consecutiva.
· Tiempo necesario para alcanzar la dilución será de 30 min y para calentar la
mezcla será de 30 min, por lo que el tanque funcionará las 5 h al día.
Los cálculos respetivos para el escalado del tanque de dilución se encuentran en
el Anexo III. Los resultados del escalado se representan en la Tabla 3.21.
Tabla 3.21 Características y dimensiones del tanque de dilución de salmuera
Tanque Sistema de agitación
Parámetro Valor Unidad Parámetro Valor Unidad
Material NA Acero inoxidable Tipo de impulsor NA Turbina
Número de tanques 1 NA Número de impulsores 1 NA
Tipo cabeza NA Elipsoidal Diámetro 0,29 m
Tipo de base NA Cónica Separación con la base 0,29 m
Volumen 0,90 Ancho del deflector 0,09 m
Altura 1,55 m Número de deflectores 4 NA
Diámetro 0,88 m Ancho del impulsor 0.06 m
Tiempo de residencia 1 h Largo del impulsor 0,07 m
Espesor 0,01 m Potencia requerida 0,5 kW/m3
Altura del líquido 0,88 m3
En catálogos existe un tanque agitado con similares dimensiones que el diseñado
en este trabajo. En la Figura AIV.2 se muestran las magnitudes del tanque según
el catálogo.
94
Tabla 3.22 Capacidad y dimensiones del tanque de dilución de salmuera por catálogo
Parámetro Valor Unidad Parámetro Valor Unidad
Modelo ZXB-1500 NA Altura 1,5
Volumen 2,2 Tipo de motor Eléctrico NA
Diámetro 1,5
(Joyal, 2015, p.1)
El diagrama esquemático del tanque de dilución de salmuera se observa en la
Figura AIV.2.
Clarificador secundario (lavado con salmuera)
En este proceso es necesario dimensionar dos tanques de lavado, debido a que un
porcentaje de aceite se perderá al momento de realizar la separación de fases entre
el aceite y la salmuera, por tanto, se requerirá evitar pérdidas de aceite, al utilizar
un segundo tanque. Se espera recuperar el 85 % de aceite que no se separó en el
primer clarificador secundario.
Para el escalado de los tanques de lavado se consideraron los siguientes factores:
· Condiciones de lavado idénticas a los resultados de la sección 3.3
· Proceso de lavado se realizará a temperatura ambiente y presión atmosférica
de la ciudad de Quito.
· Proceso de lavado se realizará de forma “batch” y en tres lotes.
· Volumen de mezcla será de 7,59 para un día de operación.
· Proceso de lavado consistirá de dos operaciones, agitación con salmuera y
clarificación, los mismos que se realizarán en el mismo tanque de forma
consecutiva.
· Tiempo necesario para realizar la agitación será de 30 min y para la clarificación
será de 10 min. Cada clarificador secundario operará 5 h al día.
· El mantenimiento de los clarificadores secundarios se programará para 1
semana, donde la planta parará el proceso de refinación y blanqueamiento.
95
Los cálculos respetivos para el escalado de los dos clarificadores secundarios se
encuentran en el Anexo IV. Los resultados del escalado de los clarificadores se
representan en las Tabla 3.23 y 3.24.
Tabla 3.23 Características y dimensiones del tanque de lavado primario con salmuera
Tanque Sistema de agitación
Parámetro Valor Unidad Parámetro Valor Unidad
Material NA Acero inoxidable Tipo de impulsor NA Turbina
Número de tanques 1 NA Número de impulsores 2 NA
Tipo cabeza NA Elipsoidal Diámetro 0,41 m
Tipo de base NA Cónica Separación con la base 0,41 m
Volumen 2,53 Ancho del deflector 0,12 m
Altura 3,71 m Número de deflectores 4 NA
Diámetro 1,24 m Ancho del impulsor 0.08 m
Tiempo de residencia 40 min Largo del impulsor 0,10 m
Espesor 0,01 m Potencia requerida 0,50 kW/m3
Altura del líquido 1,24 m Distancia superior 0,82 m
Distancia inferior 0,41 m
Tabla 3.24 Características y dimensiones del tanque de lavado secundario con salmuera
Tanque Sistema de agitación
Parámetro Valor Unidad Parámetro Valor Unidad
Material NA Acero inoxidable Tipo de impulsor NA Turbina
Número de tanques 1 NA Número de impulsores 2 NA
Tipo cabeza NA Elipsoidal Diámetro 0,28 m
Tipo de base NA Plana Separación con la base 0,28 m
Volumen 0,86 Ancho del deflector 0,08 m
Altura 2,48 m Número de deflectores 4 NA
Diámetro 0,83 m Ancho del impulsor 0.06 m
Tiempo de residencia 40 min Largo del impulsor 0,07 m
Espesor 0,01 m Potencia requerida 0,50 kW/m3
Altura del líquido 0,83 m Distancia superior 0,55 m
Distancia inferior 0,28 m
96
En catálogos existen tanques agitados con similares dimensiones que los
diseñados en este trabajo. En la Tabla 3.25 se muestran las magnitudes del tanque
según el catálogo
Tabla 3.25 Capacidad y dimensiones de los tanques de lavado primario y secundario por catálogo por catálogo
Tanque lavado primario Tanque lavado secundario
Parámetro Valor Unidad Parámetro Valor Unidad
Modelo BLS NA Modelo BLS NA
Volumen 3,00 Volumen 0,90
Diámetro 1,41 Diámetro 1,01
Altura 4,00 Altura 1,22
Potencia del motor 1,5 kW Potencia del motor 0,55 kW
(Zhejiang L&B Fluid Equipment Co., Ltd., 2015, p.2)
Los diagramas esquemáticos de cada tanque de lavado se observan en las Figura
AIV.3 y Figura AIV.4
Tanque de decoloración con carbón activado
Para el escalado del tanque de decoloración se consideraron los siguientes
factores:
· Condiciones de decoloración idénticas a los resultados de la sección 3.3
· Proceso de decoloración se realizará a temperatura ambiente y presión
atmosférica de la ciudad de Quito.
· Proceso de decoloración se realizará de forma “batch”, cada día se procesará
el aceite rojo en tres lotes.
· Volumen de ACU a tratar será de 6,65 para un día de operación.
· Se requerirá 3 tanques debido a que existirá un proceso de calentamiento, para
disminuir mejorar la decoloración.
· El tanque de decoloración funcionará 2 h al día.
97
· El mantenimiento del tanque de clarificación se programará para 1 semana,
donde la planta parará el proceso de refinación y blanqueamiento.
Los cálculos respetivos para el escalado del tanque de decoloración se encuentran
en el Anexo IV. Los resultados del escalado del tanque de lavado se representan
en la Tabla 3.26.
Tabla 3.26 Características y dimensiones del tanque de decoloración con carbón activado
Tanque Sistema de agitación
Parámetro Valor Unidad Parámetro Valor Unidad
Material NA Acero inoxidable Tipo de impulsor NA Turbina
Número de tanques 1 NA Número de impulsores 2 NA
Tipo cabeza NA Elipsoidal Diámetro 0,28 m
Tipo de base NA Plana Separación con la base 0,28 m
Volumen 0,86 Ancho del deflector 0,08 m
Altura 2,48 m Número de deflectores 4 NA
Diámetro 0,83 m Ancho del impulsor 0.06 m
Tiempo de residencia 40 min Largo del impulsor 0,07 m
Espesor 0,01 m Potencia requerida 0,50 kW/m3
Altura del líquido 0,83 m Distancia superior 0,55 m
Distancia inferior 0,28 m
En catálogos existe un tanque de decoloración con similares dimensiones que el
diseñado en este trabajo. En la Tabla 3.27 se muestran las magnitudes del tanque
según el catálogo. El diagrama esquemático del tanque de decoloración se observa
en la Figura AIV.5
Tabla 3.27 Capacidad y dimensiones del tanque de decoloración por catálogo
Parámetro Valor Unidad Parámetro Valor Unidad
Modelo BLS NA Altura 1,22
Volumen 0,90 Potencia del motor 0,55 kW
Diámetro 1,01
(Zhejiang L&B Fluid Equipment Co., Ltd., 2015, p.2)
98
Escalado de la columna de ozonización
Para el escalado de la columna de ozonización se consideraron los siguientes
factores:
· Condiciones de decoloración idénticas a los resultados experimentales de la
Sección 3.4
· Proceso de ozonización se realizará a temperatura ambiente y presión
atmosférica de la ciudad de Quito.
· Tanque de ozonización funcionará 5,5 h al día.
· Proceso de ozonización se realizará de forma “batch”, cada día se procesará el
aceite comestible refinado en tres lotes.
· Volumen de aceite comestible refinado a tratar será de 5,37 para un día de
operación.
· Se considerará a la columna como un tanque, donde el ozono entrará por la
parte inferior, para de esta manera ayudar a la transferencia del gas en el
líquido.
· Mantenimiento del tanque de ozonización se programará para 1 semana, donde
la planta parará el proceso de refinación y blanqueamiento.
Los cálculos respetivos para el escalado del tanque de ozonización se encuentran
en el Anexo V y los resultados se representan en la Tabla 3.28
Tabla 3.28 Características y dimensiones del tanque de clarificación para el ACU
Parámetro Valor Unidad Parámetro Valor Unidad
Material NA Acero al carbono Diámetro 0,94
Volumen 1,79 Tiempo de residencia 15
Altura 1,89 Número de tanques 1 NA
En catálogos existe un tanque de ozonización con similares dimensiones que el
diseñado en este trabajo. En la Tabla 3.29 se muestran las magnitudes del tanque
según el catálogo.
99
Tabla 3.29 Capacidad y dimensiones de la columna de ozonización por catálogo
Parámetro Valor Unidad Parámetro Valor Unidad
Modelo ZT-2000 NA Diámetro 1,30
Volumen 2,00 Altura 1,50
(Wenzhou Jhen Ten Machinery Co., Ltd., 2015, p.35)
El diagrama esquemático de la columna se observa en la Figura AV.1.
Escalado del tanque de almacenamiento de aceite ozonizado
Este tanque de almacenamiento cumple un papel muy importante dentro del
proceso de ozonización, puesto que de acuerdo con los resultados que se muestran
en la sección 3.4, es necesario un tiempo igual a 6 días para que el aceite ozonizado
presente un porcentaje de decoloración deseado.
Para el escalado del tanque de almacenamiento de aceite ozonizado se
consideraron los siguientes factores:
· Condiciones de almacenamiento luego de aplicar ozono serán idénticas a los
resultados experimentales de la sección 3.4
· Almacenamiento se realizará a temperatura ambiente y presión atmosférica de
la ciudad de Quito y se realizará de forma “batch”, cada día se procesará el
aceite ozonizado en tres lotes.
· El volumen de aceite comestible ozonizado a tratar será de 5,37 para un día
de operación.
· Se considerará a la columna como un tanque, donde el ozono entrará por la
parte inferior, para de esta manera ayudar a la transferencia del gas en el
líquido.
Los cálculos respetivos para el escalado del tanque de almacenamiento de aceite
ozonizado se encuentran en el Anexo II y los resultados se representan en la Tabla
3.30.
100
Tabla 3.30 Características y dimensiones del tanque de almacenamiento para el aceite ozonizado
Parámetro Valor Unidad Parámetro Valor Unidad
Material NA Acero al carbono Diámetro 1,63
Volumen 6,18 Tiempo de residencia 6 días
Altura 3,25 Número de tanques 6 NA
En catálogos existe un tanque de almacenamiento con similares dimensiones que
el diseñado en este trabajo. En la Tabla 3.31 se muestran las magnitudes del tanque
según el catálogo.
El diagrama esquemático del tanque de almacenamiento para el aceite ozonizado
se observa en la Figura AII.2
Tabla 3.31 Capacidad y dimensiones del tanque de almacenamiento del aceite ozonizado por catálogo
Parámetro Valor Unidad Parámetro Valor Unidad
Modelo RPHP6 NA Diámetro 1,90
Volumen 6,23 Altura 3,19
(CRYOLOR, 2015, p.1)
Escalado de los filtros prensa
Para el escalado de los filtros prensa para el proceso de refinación y
blanqueamiento del ACU y del ARP se consideraron los siguientes factores:
· El proceso de filtración se realizará a temperatura ambiente y presión
atmosférica de la ciudad de Quito.
· El proceso de filtración se realizará de forma continua para los dos aceites.
· El mantenimiento de los filtros se programará para 1 semana.
· El dimensionamiento para cada filtro se realizó con base en el volumen de aceite
a ser filtrado, los resultados para cada filtro se representan en la Tabla 3.32.
101
Tabla 3.32 Características y dimensiones de los filtros prensa por catálogo
Filtro Modelo Volumen [ ]
Área [ ]
Número de hojas
Altura [m]
Volumen de cake máximo [ ]
F-301 SEV 30 2,74 30 15 3,0 0,75
F-302 SEV 10 0,95 10 9 2,6 0,25
F-101 SEV 30 2,74 30 15 3,0 0,75
F-501 SEV 10 2,74 30 15 3,0 0,75
(SAIFCO INDUSTRIES, 2015, p.2)
En la Figura AVI.1 se muestra un ejemplo del diagrama esquemático del filtro
prensa que se utilizará en la planta de refinación y blanqueamiento. Finalmente, en
la Tabla 3.33 se muestra un resumen general esquemático de los equipos
diseñados en este estudio.
Tabla 3.33 Resumen de equipos diseñados para el proceso de refinación y blanqueamiento de ACU y ARP
tanque de almacenamiento para
aceite rojo
tanque de almacenamiento para
aceite ozonificado
tanque clarificador primario
tanque de dilución de salmuera
clarificador secundario -1
clarificador secundario-2
tanque de decoloración para el
ARP filtro prensa
102
3.4.4. DISEÑO DEL SISTEMA HIDRÁULICO
El diseño del sistema hidráulico se realizó con base en el dimensionamiento de los
equipos, el balance de masa. Se utilizaron válvulas globo, de bola, de globo, de
compuerta y check, así como codos de 90º y T para direccionar el flujo dentro de
toda la planta.
Selección de tuberías
La selección de tuberías se determinó en función de los flujos de cada corriente y
de sus propiedades, los cálculos que se aplicaron y los resultados que se
obtuvieron se muestran en la Tabla AVII.3.
Selección de bombas para el sistema hidráulico
Se determinó el uso de 9 bombas para las corrientes: 10, 17, 18, 20, 21, 32 y 33,
en esta última se requerirá de tres bombas, debido a que la corriente se dividirá en
tres ya que se trabajará con un lote a la vez.
La función principal de cada bomba será mantener un flujo constante de ACU y
ARP, respectivamente, además deben contrarrestar las pérdidas de carga de los
filtros prensa. En la Tabla AVII.4 se muestran las características de las bombas
requeridas.
3.4.5. DIAGRAMAS DE PROCESO
Los diagramas de procesos se diseñaron con base en los resultados
experimentales, en los balances de masa, diseños del sistema hidráulico y el
escalado de los equipos del sistema de refinación y blanqueamiento para el ACU y
el ARP.
103
Diagrama de flujo (PFD)
El diagrama de flujo PFD el sistema de refinación de ACU y ARP se observa en la
Figura 3.24.
Diagrama de instrumentación y tuberías (P&ID)
Para realizar este diagrama es necesario conocer la filosofía de control del proceso
de refinación y blanqueamiento, es por tanto que a continuación se detallaran los
sistemas de control para los diferentes procesos que conforman el tratamiento.
a. Control de nivel en el clarificador primario TK-101
La Figura 3.23 muestra el sistema de control implementado para el tanque TK-101
que consta de un sensor de nivel que se encuentra en la parte posterior del tanque.
Mediante una señal mecánica, el sensor interactúa con el transmisor LIT-01 para
convertir la señal mecánica en eléctrica. Esta señal será recibida por el controlador
LC-01, donde será comparada con el valor propuesto y en función del resultado
mandará una señal a la válvula VC-01 para manipular el flujo de ACU a la salida
del clarificador primario. Además de este clarificador se implementó el mismo
sistema a los clarificadores TK-102 y TK-103.
TK-101
LIT-01LC-01
VC-01
2
Figura 3.23 Sistema de control a implementar en el clarificador TK-101
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105
b. Control de nivel en el clarificador secundario TK-301
La Figura 3.25 muestra el sistema de control a implementar en el clarificador
secundario TK-301 que consta de dos sensores de nivel, los mismos que se
encontrarían en la parte posterior del tanque a diferentes alturas.
Los sensores enviarán una señal mecánica a los transmisores LT-02 y LT-03
respectivamente, donde la señal mecánica se convertirá en eléctrica y
posteriormente será recibida por los controladores LC-02 y LC-03, donde será
comparada con el valor propuesto y según el resultado mandarán una señal a las
válvulas VC-02 y VC-03 para manipular el flujo de aceite comestible purificado y la
mezcla de salmuera con aceite respectivamente. Además de este clarificador se
implementará el mismo sistema al clarificador TK-302.
TK-301
LIT-02LC-02
VC-02
11
B-301
LIT-03 LC-03
VC-03
10
Figura 3.25 Sistema de control a implementar en el clarificador TK-301
c. Control de nivel en el tanque de dilución T–201 y el tanque de decoloración con
carbón activado TA-501
La Figura 3.26 muestra el sistema de control a implementar en el tanque de dilución
de salmuera T-201, que consta de dos sensores de nivel que se encuentran en la
parte posterior del tanque.
106
El primer sensor, mediante una señal mecánica, interactúa con el transmisor LIT-
04 para convertir la señal mecánica en eléctrica. Esta señal será recibida por el
controlador LC-04, donde será comparada con el valor propuesto y en función del
resultado mandará una señal a las válvulas VC-04 y VC-06 para manipular el flujo
de entrada del agua y del vapor respectivamente, así como la agitación del tanque.
El transmisor LIT-05 al igual que el anterior, enviará una señal mecánica al
controlador LC-05, el mismo que enviará una señal eléctrica a la válvula VC-05 para
controlar el flujo de salida de la salmuera.
Además de este tanque, se implementó el mismo sistema en tanque TA-501, donde
se controlarán los flujos de entrada del ARP y el vapor administrado.
T-201
LIT-05LC-05
VC-05
7
LIT-04 LC-04
VC-04
5
VC-06
26
Figura 3.26 Sistema de control a implementar en el tanque de agitación T-201
d. Control de nivel en el tanque de decoloración TK-601
La Figura 3.27 muestra el sistema de control a implementar en el tanque de
decoloración TK-601. Este sistema cuenta con un sensor de nivel, un transmisor
LIT-07, un controlador LC-07 y dos válvulas VC-08 y VC-09; todos estos
instrumentos interactuarán para controlar el flujo de entrada del aceite decolorado
y la entrada del vapor.
107
Además de este tanque, se implementaría el mismo sistema a los tanques TK-602,
TK-603, TK-604, TK-605, TK-104, TK-105 y TK-106. En los tres últimos tanques se
controlarán los flujos de entrada del ARP.
TK-601
LIT-07LC-07
VC-08
22
VC-09
24
Figura 3.27 Sistema de control implementado para el tanque de decoloración TK-601
e. Control de nivel en la columna de ozonización CO-401
La Figura 3.28 muestra el sistema de control implementado para la columna de
ozonización CO-401. Este sistema cuenta con un sensor de nivel, un transmisor
LIT-06, un controlador LC-06 y una válvula VC-07, todos estos instrumentos
interactuarán para controlar el flujo de salida del aceite ozonizado. Además de esta
columna se implementará el mismo sistema a la columna CO-402.
CO-401
LIT-06LC-06
VC-07
20
Figura 3.28 Sistema de control a implementar para la columna de ozonización CO-401
108
Filosofía de operación
a. Aceite comestible usado
El ACU ingresa a los clarificadores primarios TK-101, TK-102 y TK-103 de manera
escalonada en tres lotes por día, por la línea 6-ACU-01-CS, en este clarificador el
aceite y los sólidos con tamaño de partículas mayores a 1 mm se separan de
acuerdo con el proceso de sedimentación y permanecen por 41 minutos para
conseguir la separación.
El aceite sin los sólidos (tp>1mm) es evacuado por la línea 6-ACU-02-CS, al
clarificador secundario TK-301, en este clarificador se eliminan los sólidos con
tamaño de partícula menor a 1 mm, para lo cual el aceite es mezclado con salmuera
a 40 ºC y sometido a agitación por 30 min, luego de permanecer por este tiempo,
la salmuera y una cantidad de aceite es enviada al clarificador secundario TK-302
por la línea 3-MAS-10-CS.
Para repetir el proceso y recuperar el aceite comestible, este aceite es enviado por
la línea 2-ACU-14-CS al filtro prensa F-302, donde se eliminarán los posibles
sólidos restantes.
Con lo que respecta al aceite que es lavado con salmuera, este se envía por la línea
6-ACU-11-CS al filtro prensa F-301 para eliminar los sólidos restantes. A
continuación, el aceite filtrado producto de las dos líneas son enviadas a las
columnas de ozonización por las líneas, 6-AP-17-CS y 2-AP-18-CS
respectivamente, donde permanecen por 15 minutos con una dosis de ozono igual
a 1,87 kg/h, que será suministrado por la tubería 2-OZ-19-CS.
Luego el aceite ozonizado sale de las columnas de ozonización por las líneas 10-
AZ-20-CS y 2-AZ-21-CS, respectivamente y son descargadas por la línea 10-AZ-
22-CS a los tanques de decoloración TK-601, TK-602, TK-603, TK-604 y TK-605,
paulatinamente. En los tanques de decoloración el aceite ozonizado eleva su
109
temperatura hasta 60 ºC y luego permanecerá por 6 días, para, de esta manera,
conseguir los resultados esperados de color.
El tanque de dilución de salmuera T-201, el cloruro de sodio y el agua se mezclarán
para conseguir salmuera al 5 %, para lo cual, el agua ingresará por la línea 6-AT-
05-CS y el cloruro de sodio será dosificado con la ayuda de la tolva TV-201. Luego
de este proceso, una parte de la mezcla será enviada por la línea 6-SM-09-CS al
clarificador secundario TK-301 y otra cantidad será descargada en el segundo
clarificador TK-302 por la línea 5/4-SM-08-CS.
b. Aceite rojo de palma
El ARP ingresará a los tanques de almacenamiento TK-104, TK-105 y TK-106, de
manera escalonada en tres lotes por día, por la línea 6-AR-27-CS, en estos tanques
el ARP elevará su temperatura hasta 50 ºC, gracias al calor proporcionado por una
corriente de vapor, que ingresará al tanque por la línea 1/8-VA-29-CS, el aceite
precalentado saldrá por la línea 6-AR-28-CS al filtro prensa F-101, para eliminar
posibles sólidos presentes en el aceite.
El aceite filtrado saldrá por la corriente 6-AR-32-CS y será enviada al tanque de
adsorción TA-501, donde el aceite se mezclará con carbón activado, el cual será
dosificado con la ayuda de la tolva TV-501. En este tanque, la mezcla elevará su
temperatura hasta 140 ºC y permanecerá en agitación por 30 min.
Luego del proceso de adsorción la mezcla de ARP y carbón activado será enviada
por la línea 6-MAC-33-CS al filtro prensa F-501, donde el carbón utilizado será
enviado a almacenamiento para luego darle una correcta disposición final.
Finalmente, el ARP decolorado es enviado a almacenamiento por la línea 6-CA-35-
CS. El diagrama PI&D del sistema de refinación y blanqueamiento de ACU y ARP
se observa en la Figura 3.29 y el layout se presenta en la Figura 3.30.
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o de
AC
U y
AR
P
112
3.4.6. ANÁLISIS ECONÓMICO DE LA IMPLEMENTACIÓN DEL SISTEMA DE
REFINACIÓN Y BLANQUEAMIENTO DE ACU Y ARP
Costo de inversión para la planta de refinación y blanqueamiento de ACU y
ARP
El costo de inversión para la implementación de la planta de refinación y
blanqueamiento de ACU y ARP, se describe a continuación y consta de equipos
industriales, accesorios, válvulas, obra civil e instalación.
Para llevar a cabo el análisis de costos, se consideró el diseño y escalado de los
equipos de la sección 3.4.3. Los costos de los equipos como: los clarificadores,
tanques de almacenamiento, tanques agitados, tuberías, accesorios, bombas
centrifugas, entre otros, se establecieron a partir de los precios reportados por
diferentes empresas proveedoras de equipos industriales.
Los precios descritos en esta sección incluyen el valor del equipo, impuestos y
transporte. El detalle de los precios de los equipos principales y sus respectivos
proveedores del sistema de refinación y blanqueamiento de ACU y ARP, se
presentan en la Tabla AVIII.1. Con base en los datos de esta tabla, se determinó el
costo de los equipos del sistema, el cual asciende a 522 040,12 USD.
Con lo que respecta al costo de la obra civil del sistema de refinación y
blanqueamiento, se consideró la mano de obra, bodegas, laboratorio y entre otros;
cuyos predios se presentan en la Tabla AVII.2 y de acuerdo con esta tabla, el costo
de la obra civil para la implementación del sistema de refinación y blanqueamiento
es de 27 684,00 USD.
Costo de operación de la planta de tratamiento de refinación y blanqueamiento
de ACU y ARP
113
El costo de los insumos y energía para la operación del sistema de refinación y
blanqueamiento se estableció a partir de los precios reportados por la empresa
Linde del Ecuador para insumos químicos, el precio del kW/h se estableció por la
Empresa Eléctrica Quito y el precio del m3 de agua por la Empresa Pública
Metropolitana de Agua Potable y Saneamiento.
En lo que respecta a las bombas centrífugas, estas se usarán de acuerdo con su
requerimiento en cada proceso del sistema de refinación y blanqueamiento. Las
nueve bombas funcionarán cinco días por dos horas cada día. Los valores de
insumos y materia prima se presentan en la Tabla AVIII.3
Con base en el valor del salario básico unificado, que se encuentra determinado
por el Ministerio de Relaciones Laborales de Ecuador para el año 2015 y del
diagrama de Gantt que se presentó en la sección 3.4.2, se establecieron los salarios
del personal que trabajará en la planta de refinación y blanqueamiento de ACU y
ARP. Los salarios del personal de la planta se presentan en la Tabla AVIII.4.
Luego de determinar los costos requeridos para implementar el sistema de
refinación y blanqueamiento de ACU y ARP, se realizó un resumen de los gastos
para el primer año de funcionamiento de la planta, los mismos que se muestran en
la Tabla 3.34.
De acuerdo con los valores de la Tabla 3.34, el costo para el primer año de
funcionamiento del sistema de refinación y blanqueamiento es 1 345 100,43 USD,
si se consideran costos por imprevistos.
Indicadores económicos
Se utilizaron los criterios económicos TIR y VAN para determinar la viabilidad del
proyecto, los parámetros necesarios para el cálculo respectivo se presentan en la
Tabla AIX.1.
114
Tabla 3.34 Gastos para el primer año de funcionamiento de la planta de refinación y blanqueamiento de ACU y ARP
Detalle Valor mensual Valor anual %
Costos variables 6 123,03 73 476,35 6,01
Mano de obra 5 880,97 70 571,68 5,77
Depreciación de los equipos 78 306,02 939672,22 66,19
Mantenimiento de equipos 21 999,39 263 992,63 21,59
Mantenimiento de instalaciones 150,00 1 800,00 0,15
Reparación de maquinaria 250,00 3 000,00 0,25
Seguros 1 500,00 18 000,00 1,47
Costos fijos 112 189,00 1 346 267,98 94,82
Total sin imprevistos 118 312,03 1 419 744,33 100,00
Total con imprevistos 130 143,23 1 561 718,76 110,00
Para la evaluación se consideraron los resultados obtenidos en las secciones 3.2 y
3.3, donde se determinó que el ACU y el ARP de palma, luego de ser tratados por
la planta de refinación y blanqueamiento, presentan los requisitos para ser
considerarlos como materia prima de productos de consumo humano, como el
jabón de tocador, productos cosméticos entre otros y por tanto se los puede
comercializar.
El valor de producción de cada aceite se encuentra por 0,48 USD y al compararlos
con los costos de comercialización de estos aceites en el sector industrial, que se
encuentran a 0,80 USD y 0,55 USD, respectivamente según Fedepal, por tanto, se
los podría comercializar a 0,70$ USD y 0,45 USD.
Con los datos mencionados y todos los resultados de la sección 3.4.6, se realizó el
flujo de caja respectivo en función de los parámetros mencionados, el mismo que
se detalla en la Tabla AIX.2, con lo cual se determinó el TIR y el VAN que se
presenta en la Tabla 3.35.
115
Tabla 3.35 Criterios financieros TIR y VAN para la implantación del sistema de refinación y blanqueamiento de ACU y ARP
Parámetro Valor
Valor actual neto (VAN) $ 461 429,04
Tasa interna de retorno (TIR) 6 %
De acuerdo con los datos de la Tabla 3.35, el VAN es positivo, así mismo el TIR es
mayor al 0 % a los cuatro años de funcionamiento del proyecto, por tanto, la
inversión se recuperará en este tiempo, período que se considera grande para
recuperar la inversión, por lo que se concluye que la propuesta es factible
económicamente.
Además, se determinó el punto de equilibrio para la planta de refinación y
blanqueamiento de ACU y ARP. El gráfico se muestra en la Figura 3.31.
Figura 3.31 Punto de equilibrio para la planta de refinación de ACU y ARP
0 0
500 000
1 000 000
1 500 000
2 000 000
2 500 000
3 000 000
3 500 000
4 000 000
4 500 000
5 000 000
0 1 000 2 000 3 000 4 000 5 000 6 000 7 000 8 000 9 000
Costos fijos Costos totales Ingresos
116
4. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
4.1 CONCLUSIONES
1. En la evaluación de los parámetros de calidad del aceite rojo de palma (ARP) y
el aceite comestible usado (ACU), el primero presentó resultados más cercanos
a los valores tomados como referencia, correspondientes a la norma INEN
2 421:2009, que regula los requisitos del aceite de palma para uso alimenticio.
Los valores del Índice de Acidez que presentaron el ARP y el ACU fueron 2,36
y 3,29 unidades; para el Índice de Saponificación fueron 190,84 y 217,07
unidades, y para el Contenido de Impurezas Insolubles fueron 2,07 y 3,32 %,
respectivamente.
2. El mejor proceso de eliminación de sedimentos para el ACU fue el tercero que
consistió en un lavado con salmuera al 5 % (w/w) por 30 min a una temperatura
de 40 ºC y con agitación a 60 rpm, seguido de una sedimentación por 1 h y una
filtración; con una relación ACU: salmuera igual a 2,5:1 (v/v), pues presentó los
mayores porcentajes de disminución en los valores de los parámetros de
calidad: 53,45 % en el Índice de Acidez, 14,71 % en el Índice de Saponificación
y 69,08 % en el Contenido de Impurezas Insolubles, con respecto al valor inicial
del aceite sin tratar.
3. La ozonólisis con una dosis de ozono igual a 0,1946 mol/L, temperatura de
reacción igual a 20 ºC y calentamiento post-tratamiento de 60 ºC , fue el mejor
proceso ya que alcanzó un 24,39 % de decoloración, el mayor de los tres
tratamientos.
4. El mejor proceso de blanqueamiento del ARP fue el proceso de adsorción con
carbón activado que consistió en la decoloración con peróxido de hidrógeno con
una relación 1:1 de ACU: peróxido de hidrógeno, en medio agitado a 80 rpm por
30 min, lo que dio como resultado un porcentaje de decoloración del 15,10 %.
117
5. La capacidad de tratamiento de la planta diseñada fue de 5,75 m3/día para el
ACU y 6,65 m3/día para el ARP. Se propuso trabajar bajo una modalidad “batch”,
durante 9 h diarias, para procesar tres lotes de cada aceite.
6. La tasa interna de retorno (TIR) para este estudio fue del 6 %, mientras que el
valor actual neto (VAN) fue de $ 461 429,04. Estos indicadores señalan que la
propuesta planteada sería económicamente viable.
4.2 RECOMENDACIONES
1. Realizar un estudio para determinar la factibilidad de la extracción de los
carotenos presentes en el carbón activado que se utilizó para el proceso de
blanqueamiento del ARP.
2. Determinar los productos que pueden ser elaborados a partir de la materia prima
de ACU y ARP tratados bajo los procesos determinados en este estudio.
3. Estudiar el comportamiento de los ozónidos formados en el tratamiento del ACU
en función del tiempo, con el fin de entender de mejor manera el proceso
químico.
118
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
1. Aladedunye, F. A. y Przybylski, R. (2009). Degradation and nutritional quality
changes of oil during frying. Journal of the American Oil Chemists'
Society, 86(2), 149-156. doi: 10.1007/s11746-008-1328-5.
2. Badui Dergal, S. y Pedroza Islas, R. (2012). La ciencia de los alimentos en la
práctica. Recuperado de https://www.academia.edu/12359396 /La
_ciencia_de_los_alimentos_en_la_pr%C3%A1ctica (Enero, 2016).
3. Bailey, A. (2001). “Aceites y grasas industriales.” Recuperado de
https://books.google.com.ec/books?id=xFjGDCmLuKQC&pg=PA25&l
pg=PA25&dq=blanqueamiento+de+aceite+con+carbon+activado&so
urce=bl&ots=HyGJiO1XJX&sig=i7o7rZlGZnGze9Lpu0l6DDK2MZ4&hl
=es-19&sa=X&ei=cCoQVcPzL-aBsQTpl4GoAw&ved=0CDEQ6AEw
Aw#v=onepage&q=blanqueamiento%20de%20aceite%20con%20c
arbon%20activado&f=false (Marzo, 2015).
4. Bombón, N. (2014). Diseño de una planta de saponificación para el
aprovechamiento del aceite vegetal de desecho. (Proyecto de
titulación previo a la obtención de Ingeniero Químico): Recuperado de
la base de datos del Repositorio digital de la Escuela Politécnica
Nacional.(http://bibdigital.epn.edu.ec/handle/15000/7124),
(Noviembre, 2014).
5. Brooks, D. Berbesi, R. y Hodgson A. (2013). Optimization of the bleaching
process. Recuperado de http://lipidlibrary.aoc s.org/processing/bleach
ing/index.htm (Marzo, 2015).
6. Bureau Veritas. (2008). Manual para la formación en Medio Ambiente.
Recuperado de https://books.google.com.ec/books?id=J7rMDp
W49ZQC&pg=PA210&dq=contaminacion+del+agua+%2B++aceite&h
l=es-419&sa=X&ei=LMevVKqzBY7ksASbvYHIDg&ved=0CCUQ6ªE
119
wAg#v=onepage&q=contaminacion%20del%20agua%20%2B%20%
20aceite&f=false (Enero, 2015).
7. Castellanos, V. (2013). La economía real sale a la luz. Los primeros
resultados del Censo Económico. Revista Gestión. 207(2). 14-28.
Recuperado de http://www.revistagestion.ec/wp-content/uploads /201
3/07/207_002.pdf (Octubre, 2014).
8. Castells, X. E. (2012). Reciclaje de residuos industriales: residuos sólidos
urbanos y fangos de depuradora. Ediciones Díaz de Santos. Recuperado de https://books.google.com.ec/books?id=8yWSZEbQS
XgC&pg=PA221&dq=degradacion+del+aceite+comestible+de+palma
&hl=es-419&sa=X&ved=0ahUKEwjJ0Peg-JrKAhVJ9x4KHeWoD7oQ
6AEIKzAE#v=onepage&q=degradación%20del%20aceite%20comes
tible%20de%20palma&f=false (Junio, 2015).
9. CENIPALMA. (2013). Proceso agroindustrial. Guía sobre el aceite de palma
y sus aplicaciones, 22-24. Recuperado de http://www.portalpal
mero.com/sites/default/files/Gu%C3%ADa%20aceite%20de%20palm
a%20y%20aplicaciones.pdf (Marzo, 2015).
10. Choe, E. y Min, D. B. (2006). Mechanisms and factors for edible oil
oxidation. Comprehensive reviews in food science and food
safety, 5(4), 169-186. doi: 10.1111/j.1541-4337.2006. 00009.x.
11. Cirlini, M., Caligiani, A., Palla, G., De Ascentiis, A. y Tortini, P. (2012). Stability
studies of ozonized sunflower oil and enriched cosmetics with a
dedicated peroxide value determination. Ozone: Science y
Engineering, 34(4), 293-299. doi: 10.1080/01919512.2012.692992.
12. Coker, A. K. (2007). Ludwig’s applied process design for chemical and
petrochemical plants. (4ta. Ed.). Estados Unidos: Elsevier Gulf
Professional Pub.0
120
13. CRYOLOR. (2015). High Pressure Cryogenic Storage Tank. Recuperado de
http://pdf.directindustry.com/pdf/cryolor/high-pressure-cryogenicstora
ge-tank/ 63290-122263.html (Agosto, 2015).
14. Dáaz-Ambrona, C. G. H. (2004). La transformación industrial de la producción
agropecuaria. Recuperado de https://books.google.com.ec/books?id
=vbhceSDHGpMC&pg=PA121&dq=oxidacion+lipidica&hl=es-419&sa
=X&ved=0ahUKEwiS9_yk083KAhWKGh4KHe8oBBYQ6AEIGjAA#v=
o nepage&q=oxidacion%20lipidica&f=false (Enero, 2016).
15. Darby, S. (2014). Palm Oil Facts & Figures. Sime Darby Plantation. [Online]
Recuperado de http://www.simedarby.com/upload/Palm_Oil_Facts_a
nd_Figures.pdf (Octubre, 2015).
16. Delgadillo, S. A. M. y Rosales, M. G. R. (2005). Tratamiento de aguas
residuales con Matlab. Recuperado de https://books.google.com
.ec/books?hl=es&lr=&id=-1NxMzYv9-UC&oi=fnd&pg=PA1&ots=aua
wQ1UyKm&sig=Txa5idhACwNBj8YSkQGW8JbFxow#v=onepage&q=
sedimentacion&f=false (Junio, 2015).
17. Delgado, W. (2004). Por qué se enrancian las grasas y aceites?. Revista
Palmas 25(2), 35-43. Recuperado de http://publicaciones.fede
palma.org/index. php/palmas/article/view/990 (Octubre, 2014).
18. Departamento de Agricultura de Estados Unidos (2014), Estadísticas
globales. Recuperado de http://apps.fas.usda.gov/psdonline/circulars/
oilseeds.pdf (Abril, 2015).
19. Departamento de Producción - Grupo Davila y Davila (2015). PROCESO
PRODUCTIVO DE EXTRACCIÓN DEL ACEITE CRUDO DE PALMA.
Recuperado de http://www.grupodaviladavila.com/es/content/departa
mento-de-produccion_14.html (Junio, 2015).
121
20. Díaz, A. (2005). Finanzas corporativas en la práctica. Recuperado de
https://books.google.com.ec/books?id=kLbHgcDyv0lC&dq=D%C3%A
Daz+tir+y+van&hl=es&source=gbs_valinks_s (Agosto, 2015).
21. Díaz, J. (2006). Mecánica de Fluidos e Hidráulica. (1era. ed.). Cali, Colombia:
Universidad del Valle.
22. Díaz, M. F., Gavín Sazatornil, J. A., Ledea, O., Hernández, F., Alaiz, M. y
Garcés, R. (2005). Spectroscopic characterization of ozonated
sunflower oil. Ozone: science & engineering, 27(3), 247-253. doi:
10.1080/01919510590945822.
23. Esquivel, E. (2009). Dimensionamiento de equipos industriales. UDLAP, 2(3).
Recuperado de http://catarina.udlap.mx/u_dl_a/tales/documentos/lpr
o/esquivel_e_jr/capitulo3.pdf (Junio, 2015).
24. FAO. (2015), Capítulo 5 - Elaboración y refinado de aceites comestibles.
Recuperado de http://www.fao.org/docrep/v4700s/v470 0s09.htm
(Junio, 2015).
25. FEDEPAL. (2014). Ecuador: producción, consumo y excedentes de aceite de
palma. Fedepal, Recuperado de http://fedapal.com/web/images/pdf/
estadistica s%20nacionales/prod.pdf (Julio, 2015).
26. FEDEPALMA, A. (2006). La Agroindustria de la Palma de Aceite en
Colombia.Bogotá: Oficina de Comunicaciones de Fedepalma.
Recuperado de http://publicaciones.fedepalma.org/index.php/anuario/
search/search (Julio, 2015).
27. Gallego, M. (2007). Sustitución de colorantes en alimentos. Revista Lasallista
de Investigación, 4(1), 35-39. Recuperado de http://www.scielo.org.co
/pdf/rlsi/v4n1/v4n1a06.pdf (Julio, 2015).
122
28. Gibon, V., De Greyt, W. y Kellens, M. (2007). Palm oil refining. European
journal of lipid science and technology, 109(4), 315-335. doi:
10.1002/ejlt.200600307. (Junio, 2015).
29. Girgis, A. Y. (2004). The utilization of discarded oil from potato chip factories
in toilet soap making. Grasas y Aceites, 55(3), 264-272. Recuperado
de http://grasasyaceites.revistas.csic.es/index.php/grasasyaceites/arti
cle/viewArticle/175 (Noviembre, 2014).
30. Gómez, M. F. D. (2010). Usos y propiedades de los aceites vegetales
ozonizados. La experiencia cubana. Revista CENIC. Ciencias
Biológicas, 41(12), 1-8. Recuperado de http://revista.cnic.edu.cu/revis
taCB/sites/default/files/articulos/CB-2010-4-CB-053.pdf (Abril, 2015).
31. González, R. C. O. (2014). Obtención de aceites de oliva refinados.
INAK0109. Recuperado de https://books.google.com.ec/books?id =zc
KfAgAAQBAJ&pg=PT18&dq=refinacion+fisica&hl=es-419&sa=X&ve
d=0ahUKEwj3oOrM_c3KAhWBpR4KHcHEBBoQ6AEIITAC#
v=onepage&q=refinacion%20fisica&f=false (Enero, 2016).
32. González-Tovar, L. A., Noriega-Rodríguez, J. A., Ortega-García, J., Gámez-
Meza, N. y Medina-Juárez, L. A. (2005). Cinética de adsorción de
pigmentos, peróxidos y tocoferoles durante el proceso de blanqueo del
aceite de soja. Grasas y aceites, 56(4), 324-327. Recuperado de
http://cat.inist.fr/?aModele=afficheN&cpsidt=17571620 (Marzo, 2015).
33. Gutiérrez, J. B. (2000). Ciencia bromatológica: principios generales de los
alimentos. Ediciones Díaz de Santos. Recuperado de
https://books.google.com.ec/books?id=94BiLLKBJ6UC&pg=PA295&
dq=alteracion+hidrolitica+DEL+ACEITE&hl=es-419&sa=X&ved=0ah
UKEwjklNeL-cjKAhUDLyYKHUl9B-QQ6AEIGjAA#v=onepage&=alter
acion%20hidrolitica%20DEL%20ACEITE&f=false (Enero, 2016).
34. Hernández, C. y Pitre, A. M. (2005). Extracción y purificación del aceite de la
almendra del fruto de la palma de corozo (Acrocomia
123
aculeata). Revista Ingeniería UC, 12(1), 68-75. Recuperado de
http://servicio.bc.uc.edu.ve/ingenieria/revista/v12n1/12-1-7.pdf (Mayo,
2015).
35. Hernández, P. N. B., Santamaría, J. R. A. y Rios, L. A. (2009). Biodiesel:
Producción, calidad y caracterización. Recuperado de
https://books.google.com.ec/books?id=yiaApKhNqRYC&printsec=fro
ntcover#v=onepage&q&f=false (Junio, 2015).
36. INEC. (2010). Mujeres y hombres del Ecuador en Cifras III. Recuperado
http://www.ecuadorencifras.gob.ec/wpcontent/descargas/Libros/Soci
oeconomico/Mujeres_y_Hombres_del_Ecuador_en_Cifras_III.pdf
(Julio, 2015).
37. INEC. (2013). Módulo de Información Ambiental en Hogares ENEMDU.
Recuperado de http://www.ecuadorencifras.gob.ec/documentos/web-
inec/Encuestas_Ambientales/Hogares2013/201401_EnemduAmbient
ePresentacion.pdf (Enero, 2014).
38. INEN 440, (1984). Colores de identificación de tuberías. Recuperado de
http://www.prosigma.com.ec/pdf/gsso/INEN440Colores-de-
Identificacion-de-Tuberias.pdf (Julio, 2015).
39. INEN 2 421, (2009). Grasas y aceites comestibles. Aceite de palma híbrida
(o*g) “oleico”. Requisitos. Recuperado de https://law.resource.org/
pub/e c/ib r/ec.nte.2421.2012.pdf (Octubre, 2014).
40. INEN-ISO 663. (2013). Aceites y Grasas de origen animal y vegetal:
Determinación del contenido de impurezas insolubles. (1era. ed.).
Quito, Ecuador: INEN.
41. INEN-ISO 3657. (2013). Aceites y Grasas de origen animal y vegetal:
Determinación del índice de saponificación. (1era. ed.). Quito,
Ecuador: INEN.
124
42. ISO 660, (2003). Animal and vegetable fats and oils — Determination of acid
value and acidity. Recuperado de www.meat-food.com (Septiembre,
2014).
43. Jiménez, M. C. (2006). Química física para ingenieros químicos. Recuperado
de https://books.google.com.ec/books?id=qBwFRLtrJbYC&pg=PA12
6&dq=teoria+de+debye+huckel+electrolitos&hl=es-419&sa=X&ei=Lc
AGVf_7HsafggTWq4CYCA&ved=0CDEQ6AEwBA#v=onepage&q=te
oria%20de%20debye%20huckel%20electrolitos&f=false (Marzo,
2015).
44. Joyal. (2015). Tanque agitado serie ZXB. Recuperado de http://www.joy
alrotarykiln.com/es/Grinding-Plant/ZXB-Stirred-Tank.Html (Agosto,
2015).
45. Kheang, L. S., Subari, F. y Kadir, S. A. S. A. (2011). Pre-treatment of palm
olein-derived used frying oil as a feedstock for non-food applications.
Journal of Oil Palm Research, 23, 1185-1192. Recuperado de
http://www.researchgate.net/profile/Soh_Kheang_Loh/publication/26
0639918_PRE-TREATMENT_OF_PALM_OLEIN-DERIVED_USED_
FRYING_OIL_AS_A_FEEDSTOCK_FOR_NON-FOOD_APPLICATI
ONS/links/00b49539164a11255c000000.pdf (Marzo, 2015).
46. Kotz, J., Treichel, P. y Weaver, G. (2006). Chemistry and chemical reactivity.
Cengage Learning. Recuperado de https://books.google.es/books?
id=4vL3SjWjEcQC&pg=PA588&dq=que+es+un+agente+emulsificant
e&hl=en&sa=X&ei=ei7-VKHzD43fsAT7roCIAQ&ved=0CCsQ6AEwA
Q#v=onepage&q=que%20es%20un%20agente%20emulsificante&f=f
alse (Marzo, 2015).
47. Kulkarni, M. G. y Dalai, A. K. (2006). Waste cooking oil an economical source
for biodiesel: a review. Industrial & engineering chemistry
research, 45(9), 2 901-2 913. doi: 10.1021/ie0510526 (Abril, 2015).
125
48. Liu, W. H., Inbaraj, B. S. y Chen, B. H. (2007). Analysis and formation of trans
fatty acids in hydrogenated soybean oil during heating. Food
Chemistry, 104(4), 1 740-1 749. doi: 10.1016/j.foodchem.2006.10.069.
49. Lozano, O. E. L., Force, E. M., Mancheño, R. G., Alaiz, M., Gómez, M. D.,
Dobarganes, C. y Vidal, T. C. (2005). Aplicación de Metodos
Cromatograficos en el estudio de la Composición Química del Aceite
de Girasol Ozonizado “OLEOZON®”. Revista CENIC. Ciencias
Químicas, 36(1). Recuperado de https://www.researchgate.net/profi
le/Oscar_Ernesto_Ledea_Lozano/publication/237027398_Aplicacin_
de_Metodos_Cromatograficos_en_el_estudio_de_la_Composicin_Q
umica_del_Aceite_de_Girasol_Ozonizado_OLEOZON/links/00b4952
65721f63777000000.pdf (Abril, 2015).
50. MAGAP. (2013). Boletín Situacional, Palma africana. 1-5. Recuperado de
http://sinagap.agricultura.gob.ec/phocadownloadpap/BoletinesCultivo
s/palma_africana.pdf (Julio, 2015).
51. Maskan, M. y Bağcı, H. (2003). Effect of different adsorbents on purification
of used sunflower seed oil utilized for frying. European Food Research
and Technology, 217(3), 215-218. doi: 10.1007/s00217-003-0731-2,
52. Masson, L., Muñoz, J. R., Romero, N., Camilo, C., Encina, C., Hernández, L.
y Robert, P. (2007). Acrilamida en patatas fritas: Revisión actualizada.
Grasas y aceites, 58(2), 185-193. Recuperado de: http://repositorio
.uchile.cl/bitstream/handle/2250/121497/MASSON_%202007.pdf?s
equence=1&isAllowed=y (Julio, 2015).
53. McCabe, W. L. y Smith, J. C. (2002). Operaciones básicas de ingeniería
química (6ta. ed.). México: McGrawHill.
54. Metcalf, L. y Eddy, H. (2003) Tratamiento y depuración de las aguas
residuales. (4ta ed.). New York, Estados Unidos: McGraw-Hill.
126
55. Meyers, F. y Stephens, M. (2006). Diseño de instalaciones de manufactura y
manejo de materiales. Recuperado de https://books.google.com.
ec/books?id=uq3CmCKEv6AC&dq=Meyers+dise%C3%B1os+de+pla
nta&hl=es&source=gbs_navlinks_s (Junio, 2015).
56. Moss, D. R. y Basic, M. M. (2012). Pressure vessel design manual.
Butterworth-Heinemann. Recuperado de https://books.google.com.ec/
books?id=LRWCAAAAQBAJ&printsec=frontcover&dq=type+of+head
+%2B+vessel&hl=es-419&sa=X&ved=0CCIQ6AewAWoVChMIqqbao
_W3x wIVCz8-Ch3MvwlY#v=onepage&q=head%20&f=false (Agosto,
2015).
57. Mott, R. L. (2006). Mecánica de fluidos. (6ta. ed.). México: Pearson
Educación.
58. Mundi Index. (2014). Palm Oil Production by Country in 1000 MT. Recuperado
de http://www.indexmundi.com/agriculture/?commodity=palm-oil
(Julio, 2015).
59. Nagendran, B., Unnithan, U. R., Choo, Y. M. y Sundram, K. (2000).
Characteristics of red palm oil, a carotene-and vitamin E–rich refined
oil for food uses. Food & Nutrition Bulletin, 21(2), 189-194.
Recuperado de http://www.ingentaconnect.com/content/nsinf/fnb/200
0/00 000021/00000002/art00013 (Marzo, 2015).
60. Nandini, N. y Sivasakthivel, S. (2014). Bleaching of sunflower waste oil by
absorption on activated carbon and improved by ozonisation.
American International Journal of Research in Science, Technology,
Engineering & Mathematics, 7(1), pp. 35-39. Recuperado de
http://iasir.net/AIJRSTEMpapers/AIJRSTEM14-522.pdf (Junio, 2015).
61. Oliveira, A. R. y Wosch, C. L. (2012). Ozonólise: a busca por um mecanismo.
Quimica Nova, 35(7), 1482-1485. Recuperado de
http://www.scielo.br/pdf/qn/v35n7/v35n7a34.pdf (Febrero, 2016).
127
62. Oot, C., Choo, Y., Yap, S. y Ma, A. (2001). Refinación del aceite rojo de
palma. Revista Palmas, 19(1), 61-66. Recuperado de http://publicacio
nes.fedepalma.org/index.php/palmas/article/view/611/611 (Marzo,
2015).
63. Orozco, A. (2005). Bioingeniería de Aguas Residuales. Recuperado de
https://books.google.com.ec/books?id=t5w5EZf1VhMC&dq=Orozco+
2005,&hl=es&source=gbs_navlinks_s (Septiembre, 2015).
64. Paul, E. L., Atiemo-Obeng, V. A. y Kresta, S. M. (Eds.). (2004). Handbook of
industrial mixing: science and practice. Recuperado de
https://books.google.com.ec/books?id=s4SsrmvEc7QC&pg=PA371&
dq=impeller+clearance&hl=es-419&sa=X&ved=0CC4Q6AEwAmoVC
hMIjLKivNO3xwIVSBs-Ch0ZswQr#v=onepage&q=impeller%20cleara
nce&f=false (Agosto, 2015).
65. Paul, S., Mittal, G. S. y Chinnan, M. S. (2009). Regulating the use of degraded
oil/fat in deep fat/oil food frying. Critical Reviews in food science and
Nutrition, 37(7), 635-662. doi: 10.1080/10408399709527793.
66. Pérez Granados, A. M., Vaquero, M. P. y Navarro, M. P. (2004). Copper
bioavailability in rats fed unused palm olein and palm olein used in
frying. Journal of the Science of Food and Agriculture, 84(4), 307-312.
doi: 10.1002/jsfa.1630.
67. Ramírez, A. E., Ovando, A. C. y Godínez, J. R. (2012). Cambios químicos de
los aceites comestibles durante el proceso de fritura. Riesgos en la
salud. Recuperado de http://www.uaeh.edu.mx/scige/boletin/icbi/n3
/e3.html (Junio, 2015).
68. Restrepo, J. E. (2012). El desarrollo sostenible y el reciclaje del aceite usado
de cocina a la luz de la jurisprudencia y el ordenamiento jurídico
colombiano. Producción Más Limpia, 7(1), 109-122. Recuperado de
http://www.scielo.or g co/pdf/pml/v7n1/v7n1a11.pdf (Enero, 2015).
128
69. Rincón, S. M. y Martínez, D. M. (2009). Análisis de las propiedades del aceite
de palma en el desarrollo de su industria. Revista Palmas, 30(2), 11-
24. Recuperado de http://temporal-fedepalma-ojs.biteca.com/ind
ex.php/palmas/article/viewFile/1432/1432 (Junio, 2015).
70. Roca, A. (2014). Control automático de procesos industriales. Recuperado de
https://books.google.es/books?id=xmMWBQAAQBAJ&dq=control+tw
5+automa%C3%A1tico+por+Roca&hl=es&source=gbs_navlinks_s
(Julio, 2015).
71. Rojas, D. I. (2015). Estudio de la ozonificación continúa de un efluente
contaminado con productos farmacéuticos: ibuprofeno, diclofenaco y
sulfametoxazol (Proyecto de Titulación). Recuperada de la base de
datos del Repositorio Digital EPN. (http://bibdigital.epn.edu.
ec/handle/15000/11518).
72. Romero, J. A. (2004). Tratamiento de aguas residuales, teoría y principios de
diseño. (3era. ed.). Bogotá, Colombia: Escuela Colombiana de
Ingenieros.
73. Rossi, M., Gianazza, M., Alamprese, C. y Stanga, F. (2001). The effect of
bleaching and physical refining on color and minor components of palm
oil. Journal of the American Oil Chemists’ Society, 78(10), 1 051-1 055.
doi: 10.1007/s11746-001-0387-8.
74. Rubinson, K. A. y Rubinson, J. F. (2001). Análisis instrumental. (1era ed.).
Madrid, España: Pearson Education.
75. SAIFCO INDUSTRIES. (2015). Pressure leaf filter. Recuperado de
http://saifcoindustries.tradeindia.com/pressure-leaf-filter-534599.html
(Agosto, 2015).
76. Sánchez, J. (2006). Instrumentación y control avanzado de procesos (1era.
ed.). Madrid: Díaz de Santos.
129
77. Secretaria de Ambiente del DM. Quito. (2011). Residuos Peligrosos.
Recuperado de la base de datos de la Secretaria de Ambiente del DM.
Quito. (Enero, 2015).
78. Seminario, L. A., Acuña, J. F. y Williams, S. (2007). El Ozono y su Aplicación
en la Conservación de Alimentos. Recuperado de https://www.resear
chgate.net/publicliterature.PublicLiterature.search.html?type=keywor
d&searchkeyword=El+Ozono+y+su+Aplicaci%C3%B3n+en+la+Cons
ervaci%C3%B3n+de+Alimentos (Septiembre, 2014).
79. Sierra, G., Yañez, E. E. y Cruz, C. (2006). Estudio de la factibilidad técnica
sobre la decantación independiente de los recuperados de centrífuga
en el proceso de extracción de aceite de palma. Revista
Palmas, 27(2), 23-33. Recuperado de http://publicaciones.fedepal
ma.org/index.php/palmas/article/view/1176/1176 (marzo, 2015).
80. Sierra, I., Gómez-Ruiz, S., Pérez-Quintanilla, D. y Morante, S. (2010). Análisis
instrumental. Algunas herramientas de enseñanza-aprendizaje
adaptadas al Espacio Europeo de Educación Superior. Recuperado
de https://books.google.com.ec/books?id=7kqqf47xB1cC&pg=PA47&
lpg=PA47&dq=valores+de+absorbancia+maximos&source=bl&ots=T
NO8QzUNrP&sig=ycoZVLVdn84uaOS6rgeAIiBehW4&hl=es-419&sa
=X&ei=nGT4VLGBLOOwsATrpIGIBg&ved=0CFUQ6AEwCA#v=onep
age&q=valores%20de%20absorbancia%20maximos&f=false (Marzo,
2015).
81. Suárez, L. M. C. (2002). Introducción a la catálisis heterogénea. Univ.
Nacional de Colombia. Recuperado de https://books.google.com.ec/b
ooks?id=3a3xkR9JdbgC&pg=PA65&dq=adsorci%C3%B3n+quimica+
y+fisica&hl=es-419&sa=X&ved=0ahUKEwjJiPSQ6dnKAhUD9h4KHQ
AcCWUQ6AEIGjAA#v=onepage&q=adsorci%C3%B3n%20quimica%
20y%20fisica&f=false (Febrero, 2016)
130
82. Suess, H. U. (2010). Pulp bleaching today. Walter de Gruyter. Recuperado
de https://books.google.com.ec/books?id=1_VtiCiISZkC&pg=PA295&
lpg=PA295&dq=oxidation+with+peroxide+hydrogen+%2B+oil+palm&
source=bl&ots=h_HUlXe9qA&sig=KOW0MwAlROrgwDpquU2ZNyHa
_Xk&hl=es-419&sa=X&ved=0ahUKEwjkw7m9z9vKAhVH9h4KHa2g
AZMQ6AEIMzAC#v=onepage&q=oxidation%20with%20peroxide%20
hydrogen%20%2B%20oil%20palm&f=false (Febrero, 2016).
83. Torotrac. (2015), Recuperado de http://www.torotrac.com/product/MP-
Aceite-2 (Junio, 2015)
84. Towler, G. y Sinnott, R. K. (2012). Chemical engineering design: principles,
practice and economics of plant and process design. Recuperado de
https://books.google.com.ec/books?id=m6mLiGEGI7UC&pg=PA667
&dq=Power+requirements+-+baffled+agitated+tank&hl=es-419&sa=
X&ved=0CDoQ6AEwAmoVChMIjbSzpoC4xwIVClk-Ch0wDwJ7#v=o
nepage&q=Power%20requirements%20-%20baffled%20agitated%2
0tank&f=false (Agosto, 2015).
85. Tran, H., Killops, K. L. y Campos, L. M. (2013). Advancements and challenges
of patterning biomolecules with sub-50 nm features. Soft Matter, 9(29),
6578-6586. doi: 10.1039/C3SM00149K.
86. Turizo, A. V. (2004). Guía para la elaboración de aceites comestibles,
caracterización y procesamiento de nueces. Convenio Andrés Bello.
Recuperado de https://books.google.es/books?hl=en&lr=&id=jw
dNCAT1VE8C&oi=fnd&pg=PA5&dq=Gu%C3%ADa+para+la+elabora
ci%C3%B3n+de+aceites+comestibles,+%2C%20caracterizaci%C3%
B3n%20y&f=false (Mayo, 2015).
87. Valenzuela, A., Sanhueza, J., Nieto, S., Petersen, G. y Tavella, M. (2003).
Estudio comparativo, en fritura, de la estabilidad de diferentes aceites
vegetales. Aceites y Grasas Magazine, Rosario-Argentina, 53(4), 568-
573. Recuperado de http://www.researchgate.net/profile/Alfon
131
so_Valenzuela3/publication/238742503_ESTUDIO_COMPARATIVO
_EN_FRITURA_DE_LA_ESTABILIDAD_DE_DIFERENTES_ACEITE
S_VEGETALES/links/0c9605318bd974eb24000000.pdf (Julio, 2015).
88. Wannahari, R., Mariah F. y Nordin M. (2012).The Recovery of Used Palm
Cooking Oil Using Bagasse as Adsorbent. Am. J. Engg. & Applied Sci
5(1), 59-62. Recuperado de http://thescipub.com/PDF/ajeass
p.2012.59.62.pdf (Octubre, 2014) .
89. Watt, A. (2013). The Art of Soap-Making. Recuperado de http://www.
forgottenbooks.com/readbook_text/The_Art_of_Soap-Making100084
9255/219 (Enero 2015).
90. Wenzhou Jhen Ten Machinery Co., Ltd. (2015). Recuperado de
http://www.alibaba.com/product-detail/Small-stainless-steel-Pressure-
tan k_1831351391.html (Agosto, 2015).
91. Worch, E. (2012). Adsorption technology in water treatment: fundamentals,
processes, and modeling. Walter de Gruyter Recuperado de
https://books.google.com.ec/books?id=xUBhp6r6zwwC&printsec=fro
ntcover&dq=adsorption&hl=es-419&sa=X&ved=0ahUKEwjl-p_U3tfK
A hVF8x4KHYb1DfcQ6AEIUTAH#v=onepage&q=adsorption&f=false
(Enero, 2016).
92. Xiong, R. H., Wang, S. C., Xu, S. C. y Wang, J. X. (2003). Experimental
investigation of mass transfer in high viscosity media. International
communications in Heat and Mass Transfer, 30(6), 817-824. doi:
10.1016/S0735-1933(03)00129-5.
93. Zhejiang L&B Fluid Equipment Co., Ltd. (2015). Tanque agitado serie BSL-
SH. Recuperado de http://spanish.alibaba.com/p-detail/la-mezcla-de-
tanque-con-agitador-300002123355.html (Agosto, 2015).
132
ANEXOS
133
ANEXO I
DETERMINACIÓN DE LOS BALANCES DE MASA DE LAS
CORRIENTES DEL DIAGRAMA DE FLUJO
El balance de masa se realizó a partir de 1 250 t de ACU y 1 500 t de
ARP. Los cálculos de los balances de masa, se realizaron con base en los
resultados experimentales para determinados en las Secciones 3.2 y 3.3.
Corriente N. 1
Flujo másico de ACU
=
Flujo másico de sólidos con tp>1mm
[AI.1]
Corriente N. 2
La corriente N.2 que sale del tanque del clarificador primario es el resultado de la
sedimentación que se aplica al ACU por 41 minutos y por tanto presenta una
disminución en los sólidos presentes.
Flujo másico de ACU
[AI.2]
Flujo másico de sólidos con tp<1mm
134
[AI.3]
Corriente N. 3
El flujo másico de esta corriente corresponde a los sólidos con tamaño de partícula
mayor a 1mm, que precipitaron en el clarificador primario.
Corriente N. 9
= [AI.4]
=
Corriente N. 8
[AI.5]
[AI.6]
=
Corriente N. 7
[AI.7]
135
Corriente N. 4
[AI.8]
Corriente N. 5
Corriente N. 10
[AI.9]
Corriente N. 11
[AI.10]
Corriente N. 14
La corriente 14, pertenece al aceite que se obtiene después de realizar por segunda
ocasión el proceso de lavado con salmuera, se consideró 15 % de pérdida de
aceite.
136
[AI.11]
Corriente N. 16
Corresponde a los sólidos residuales que no fueron removidos por el proceso de
lavado con salmuera.
[AI.12]
[AI.13]
Corriente N. 15
[AI.14]
Corriente N. 17
[AI.15]
Corriente N. 18
[AI.16]
137
Corriente N. 19
[AI.17]
[AI.18]
Corriente N. 20
[AI.19]
Corriente N. 21
El valor de esta corriente corresponde a la misma cantidad de masa reportada en
la corriente N. 20.
Corriente N. 22
[AI.20]
Corriente N. 23
[AI.21]
Corriente N. 24
138
Esta corriente se determinó en función del cálculo de parámetros como el ,
para lo cual se realizó una iteración para determinar la temperatura final y la masa
del agua requerida para elevar la temperatura del aceite comestible ozonizado
hasta 60ºC.
[AI.22]
[AI.23]
[AI.24]
Tabla AI.1. Valores de la cantidad de agua requerida en función de la temperatura asumida para elevar la temperatura del aceite ozonizado hasta 60ºC
T Cp Magua Vagua
[ºC] [K] [cal/kJ mol] [kJ/kg K] [kg] [m3]
90 363 1,008 4,212 14 065,25 14,47
110 383 8,167 34,139 1 330,48 1,37
130 403 8,194 34,250 1 006,95 1,04
145 418 8,214 34,334 810,52 0,92
Corriente N. 26
Al igual que la corriente 24, este flujo másico se determinó en función del el y
del agua requerida para calentar salmuera hasta 40 ºC.
139
A este porcentaje de NaCl le corresponde un calor específico igual a 3,8581
(Perry, 2001, p. 1-6)
[AI.25]
Tabla AI.2. Valores de la cantidad de agua requerida en función de la temperatura asumida para elevar la temperatura de la salmuera hasta 40 ºC.
T Cp Magua Vagua
[ºC] [K] [cal/kJ mol] [kJ/kg K] [kg] [m3]
30,00 303,00 1,001 4,19 6535,50 6,73
35,00 308,00 17,486 4,18 3269,78 3,36
40,00 313,00 17,480 4,18 2180,60 2,24
45,00 318,00 17,479 4,18 1635,60 1,68
50,00 323,00 17,481 4,18 1308,31 1,35
Corriente N. 27
=
Corriente N. 28
Esta corriente corresponde a la misma corriente 27 pero con una temperatura igual
a 50 ºC.
Corriente N. 29
Al igual que la corriente 24, este flujo másico se determinó en función del el y
del agua requerida para calentar el aceite rojo hasta 50 ºC
[AI.26]
140
Tabla AI.3. Valores de la cantidad de agua requerida en función de la temperatura asumida para elevar la temperatura del aceite rojo hasta 50ºC
T Cp Magua Vagua
[ºC] [K] [cal/kJ mol] [kJ/kg K] [kg] [m3]
100 373 1,011 4,22 1 950,93 2,01
120 393 4,255 17,79 1 746,99 1,80
135 408 4,283 17,90 1 619,43 1,67
150 423 8,220 34,36 1 212,41 1,25
Corriente N. 30
Corriente N. 31
Al igual que la corriente 24, este flujo másico se determinó en función del el y
del agua requerida para calentar el AR hasta 140 ºC
[AI.27]
Tabla AI.4. Valores de la cantidad de agua requerida en función de la temperatura asumida para elevar la temperatura del aceite rojo hasta 60ºC
T Cp Calor latente Magua Vagua
[ºC] [K] [cal/kJ mol] [kJ/kg K] [kJ/kg] [kg/día] [ºC]
80 353 17,561 4,20 2 317,08 21 816,17 22,45
160 433 8,234 34,418 2 090,18 4 608,99 4,74
230 503 8,329 34,81 1 812,81 3 096,99 3,19
290 563 8,411 35,16 1 472,85 2 433,54 2,50
141
Corriente N. 32
[AI.28]
Corriente N. 36
[AI.29]
Corriente N. 33
[AI.30]
Corriente N. 35
[AI.31]
[AI.32]
Corriente N. 36
Corriente N. 25
142
Esta corriente corresponde a la masa requerida de agua para elevar la temperatura
del aceite rojo hasta 140 ºC (corriente 31), ya que es el mayor flujo, debido a que
para evitar un consumo innecesario de agua se utilizará la misma corriente para
calentar los otros flujos.
Corriente N. 6
Esta corriente corresponde al flujo másico de la corriente 25 pero en estado líquido.
Corriente N. 37
[AI.33]
143
ANEXO II
CÁLCULOS PARA EL ESCALADO DE LOS TANQUES DE
ALMACENAMIENTO DE ACEITE ROJO DE PALMA Y ACEITE
OZONIZADO
El escalado de los tanques de almacenamiento se realizó con base en las
ecuaciones previamente mencionadas en la Sección 2.4.1 y además se consideró
a la cabeza y a la base de forma elipsoidal; por tanto el diámetro del tanque de
almacenamiento se determinó de acuerdo con la siguiente ecuación, donde se
reemplazó el volumen del cilindro, de la base y de la cabeza para su determinación.
Al combinar las anteriores ecuaciones y las relaciones de los parámetros de diseño
requeridos que se muestran en la Figura 1.21 se pudo encontrar una ecuación que
permitió determinar el diámetro del tanque en función del volumen total.
144
Al aplicar la ecuación anterior al diseño del tanque de almacenamiento de ARP se
obtuvo el valor del diámetro igual a:
Para el tanque de almacenamiento de aceite ozonizado se obtuvo un diámetro igual
a 1,55 m. Además la y la se determinaron con base en las
ecuaciones de las relaciones de los parámetros antes descritos, para el tanque de
almacenamiento de aceite rojo se tuvo:
Mientras que para el tanque de almacenamiento de aceite ozonizado se obtuvo
igual a 2,33 m y igual a 0,39 m.
Finalmente la altura total del tanque se calculó al sumar todas las alturas antes
calculadas.
14
5
Fig
ura
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147
ANEXO III
CÁLCULOS PARA EL ESCALADO DEL TANQUE DE
CLARIFICACIÓN PARA EL ACU
El escalado del tanque de clarificación se realizó con base en los datos de la altura
de la fase del aceite clarificado en función del tiempo de la Sección 2.4.2.
En la siguiente tabla se muestran los datos experimentales que se obtuvieron en el
ensayo de sedimentación aplicado al ACU sin ningún tratamiento de purificación.
El ensayo se realizó a temperatura ambiente debido a que se trató de simular el
proceso real de una planta real, donde en la primera etapa de sedimentación se
realizará sin ningún calentamiento previo.
Tabla AIII.1. Datos de la altura de interfaz de la fase de aceite clarificado a diferentes tiempos luego de la sedimentación
Tiempo [min] Altura de la interfaz [cm] Tiempo [min] Altura de la interfaz [cm]
0 13,5 19 5,8
2 12,1 21 5,2
4 10,8 26 4,1
6 9,9 36 2,0
9 8,8 40 1,4
11 8,2 45 1,2
14 7,4 51 1,0
17 6,4
Con los datos de la Tabla AIII.1 se procedió a construir la gráfica de la altura de la
interfaz del aceite clarificado, en función del tiempo tal como se muestra en la Figura
AIII.1
Se obtuvo el tiempo necesario para alcanzar el mayor porcentaje de sólidos
sedimentables (tu), mediante el método de la tangente aplicado a la figura anterior,
148
cuyo valor para alcanzar un porcentaje considerable de remoción de sólidos
sedimentables fue de 41 min.
Figura AIII.1. Curva de sedimentación de los sólidos presentes en el ACU sin tratamiento
de purificación
Los cálculos necesarios para el escalado del tanque de clarificación, fueron
realizados con base a las ecuaciones de la Sección 2.4.2. Además se calculó el
área requerida de clarificación mediante la Ecuación [2.10] para un caudal promedio
diario y se consideró que se utilizará tres tanques, por lo que el área será distribuida
para este número.
También se calculó la velocidad de sedimentación a partir de la tangente de la zona
de velocidad de sedimentación constante con la Ecuación [2.8]
0
2
4
6
8
10
12
14
16
0 10 20 30 40 50 60
Alt
ura
[cm
]
Tiempo [min]
149
También se determinó la tasa de clarificación sobre la zona de compresión de los
sedimentos con la Ecuación [2.9]
Se calculó el área requerida para la interfaz de clarificación del líquido mediante la
Ecuación [2.10]
Se comparó con para conocer el área que controlaría el diseño, dando como
resultado que era mayor que , por lo tanto el área que controlará el diseño es
el de la superficie necesaria para el espesado de los sedimentos. El sedimentador
es de forma circular, su diámetro se determinó mediante la Ecuación [2.11]
150
Para calcular la altura del tanque clarificador se consideró la siguiente relación para
una mejor simetría:
La capacidad del clarificador de la parte rectangular se calculó con la Ecuación
[2.12]
La capacidad del clarificador de la parte cónica se calcula con la Ecuación [2.13]
151
La capacidad total del clarificador se calcula con la Ecuación [2.14]
Valor que se acerca a la capacidad del tanque, cuando se considera que se llenará
en un 80 % del volumen total.
15
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153
ANEXO IV
CÁLCULOS PARA EL ESCALADO DE LOS TANQUES AGITADOS
DE DILUCIÓN DE SALMUERA, LAVADO CON SALMUERA Y
DECOLORACIÓN CON CARBÓN ACTIVADO
El escalado del tanque de lavado con salmuera se realizó con base en los datos de
la altura de la fase del aceite clarificado en función del tiempo de la Sección 2.4.3 y
su dimensionamiento se realizó con los mismos cálculos del tanque de clarificación.
En la Figura AIV.1 se muestran los datos experimentales que se obtuvieron en el
ensayo de decantación aplicado al ACU luego de aplicar el lavado con salmuera.
Tabla AIV.1. Datos de la altura de interfaz de la fase de aceite clarificado a diferentes tiempos luego del lavado con salmuera
Tiempo [min] Altura de la interfaz [cm]
0 20,0
1 14,5
2 14,0
4 13,9
5 13,9
Con los datos de la tabla anterior, se procedió a construir la gráfica de la altura de
la interfaz del aceite clarificado en función del tiempo que se muestra en la Figura
AIV.1.
Los cálculos necesarios para el escalado del tanque de lavado con salmuera,
fueron realizados con base a las ecuaciones de la Sección 2.4.2 debido a que se
trata de una clarificación con salmuera, mientras que para los tanques de dilución
de salmuera y decoloración con carbón activado se determinaron con base a las
ecuaciones de la Sección 2.4.3.
154
Figura AIV.1. Curva de sedimentación de los sólidos suspendidos presentes en el ACU
luego de aplicar el tercer proceso de eliminación de sedimentos
El escalado del tanque de dilución de salmuera se realizó con base a los parámetros
de diseño que se muestran en la Sección 2.4.3, al igual que el tanque de
almacenamiento de aceite rojo de palma, a diferencia que este tanque llevará
agitación para que el proceso de dilución se produzca en menor tiempo.
Para el cálculo del volumen del tanque de dilución de salmuera se tuvo en cuenta
el factor de seguridad, que en este caso se consideró 80 % como volumen de
llenado, por lo tanto el diámetro y las alturas de cada sección del tanque se
determinaron con las mismas ecuaciones que se calculó con base en las siguientes
ecuaciones.
Además se considerará la base del tanque, tipo plana, para obtener una mejor
dilución. Por tanto, el volumen total del tanque de dilución de salmuera se calculó
con base a la siguiente ecuación.
0
5
10
15
20
25
0 1 2 3 4 5 6
Alt
ura
[cm
]
Tiempo [min]
155
Se calculó la capacidad del tanque agitado mediante la Ecuación [2.15], para los
tanques de dilución de salmuera y decoloración con carbón activado.
Tanque de dilución de salmuera:
Para el tanque de decoloración con carbón activado la capacidad del tanque fue de
2,77
El diámetro de los tanques se determinó al reemplazar las Ecuaciones [2.2], [2.3],
[2.4] y [2.5] en la Ecuación [2.16], dando como resultado la Ecuación [2.17]
El volumen de la base no se consideró debido a que es de tipo plana y por tanto no
presenta ningún volumen.
156
Para el tanque de dilución se obtuvo el valor del diámetro:
Mientras que para el tanque de decoloración se obtuvo un diámetro igual a 1,28m
Luego de determinar el diámetro se calculó la y la con base en las
Ecuaciones [2.3] y [2.5].
Para el tanque de dilución se obtuvo la y la igual a 1,33m y 0,22m
respectivamente, mientras que para el tanque de decoloración con carbón activado
se obtuvo valores iguales a 1,93m y 0,32m respectivamente.
A continuación la altura total del tanque se calculó al sumar todas las alturas antes
calculadas, para el tanque de dilución el valor fue de 1,55m mientras que para el
tanque de decoloración fue de 2,90m
Luego de obtener las alturas y el diámetro de cada tanque, se procedió a
seleccionar el tipo de impulsor para cada proceso con base en las características
de cada dispositivo que se muestra en la Tabla 2.5
Se consideró a la turbina, como impulsor para el proceso de dilución, debido a que
este dispositivo cumple con los requerimientos del proceso, además con base en
los valores que se muestra en la Figura 2.1 se determinaron las dimensiones de la
turbina, las mismas que de acuerdo con las relaciones que se presentan, se
encuentran en función del diámetro del tanque agitado.
Para los procesos de decoloración con carbón activado y lavado con salmuera,
también se seleccionó como dispositivo de mezcla a la turbina, por sus
características requeridas en estos procesos.
157
El dimensionamiento de cada turbina se realizó con base a la Figura 2.1, donde se
muestran las dimensiones del dispositivo en función del diámetro del tanque
agitado. Por tanto se inició el cálculo por la determinación del diámetro de la turbina
de la siguiente manera:
La altura del líquido y la separación desde la base del tanque con la turbina se
calculó de acuerdo a las relaciones entre esto parámetros y el diámetro de la
turbina.
A continuación se determinó las dimensiones de los elementos de la turbina y de
los deflectores, que para estos procesos son 4:
Para los tanques de decoloración y lavado con salmuera, se consideró la viscosidad
del fluido que se va a tratar y el tipo de sistema de mezcla, para determinar el
número de impulsores requeridos y la altura del fluido, que en estos procesos es
158
ACU y aceite rojo de palma, los que presentan un valor de 40,5 y 37,8 cP (40 ºC),
respectivamente. Estos parámetros se determinaron con base en la Tabla 2.6.
De la tabla antes mencionada se determinó que se requiere 1 impulsor para el
tanque de dilución, 2 para el tanque de decoloración y 2 para el tanque de lavado.
El espacio entre las turbinas se describe a continuación para los dos tanques.
También se determinó la potencia requerida para el sistema de agitación con base
a la Tabla 2.7, donde relacionan el tipo de aplicación con la potencia. En la Tabla
AIV.2 se muestran los datos de potencia seleccionados para cada tanque.
Tabla AIV.2. Potencia requerida para cada tipo de tanque agitado
Tanque Aplicación Potencia [kW/m3]
Dilución de salmuera Transferencia de calor 0,03 – 1,00
Lavado con salmuera Transferencia de calor 0,03 – 1,00
Decoloración con carbón activado Suspensión de lodos finos >2,00
15
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163
ANEXO V
CÁLCULOS PARA EL ESCALADO DE LA COLUMNA DE
OZONIFICACIÓN PARA EL ACU
El escalado de la columna se calculó de acuerdo a Ecuación [2.18]
Se consideró como tipo de base y de tapa a la forma elipsoidal y por tanto el
diámetro del tanque se calculó mediante la Ecuación [2.6], y dio como resultado:
Además se calculó la y la , de acuerdo con las Ecuaciones [2.3] y
[2.4] respectivamente. También se calculó la altura total, al sumar las alturas antes
mencionadas.
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165
ANEXO VI
DIAGRAMA ESQUEMÁTICO DEL FILTRO PRENSA
Figura AVI.1. Diagrama esquemático del filtro prensa
Vista isométrica del filtro prensa
Vista superior del filtro prensa
Vista lateral del filtro prensa
ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL CARRERA DE INGENIERÍA QUÍMICA
Nombre del proyecto: Planta de refinación y blanqueamiento
de aceite comestible usado y aceite rojo de palma
Elaborado por: Tania Vanesa Parra Escorza Fecha: Agosto 2015
Página:
1 de 1 Filtro prensa
Vista frontal del filtro prensa
166
ANEXO VII
CÁLCULOS DE PÉRDIDAS POR FRICCIÓN Y ACCESORIOS PARA
EL DETALLE DE TUBERIAS Y BOMBAS
Se realizaron los cálculos para cada corriente de la planta, a continuación, se
muestra un ejemplo de cálculo. Se asumieron los siguientes parámetros para el
cálculo de diseño de la corriente 7.
La longitud de la tubería es de 5,28 metros. El flujo másico de la corriente 7 se
calculó en el balance de masa. La velocidad del agua de lavado se calculó mediante
la Ecuación [AVII.1].
[AVII.1].
Donde:
Fm: Flujo másico, [kg/día]
Do: Diámetro de tubería, [m]
p: Densidad del fluido, [kg/ ]
= Velocidad del fluido, [m/día]
Se aplicó el teorema de Bernoulli dos puntos el de entrada y salida de la tubería
mediante la Ecuación [AVII.2]. Mott, 2006, p. 233
Teorema de Bernoulli
167
+ [AVII.2]
Donde:
= Presión en el punto de inicio
= Gravedad específica en el punto inicial
= Velocidad en el punto inicial
= Altura con respecto al nivel de referencia
= Altura necesaria de la bomba
= Pérdida total por fricción y accesorios
Al considerar que el sistema de tratamiento trabajará a presión atmosférica, la
velocidad en ambos casos resulta la misma dando como resultado que la Ecuación
[AVII.2] se modifique y quede de la siguiente manera.
= [AVII.3]
Se calculó el número de Reynolds mediante la Ecuación [AVII.4] (Mott, 2006, p.
233).
[AVII.4]
Donde:
Re: Número de Reynolds, [unidades]
Do: Diámetro de tubería, [m]
v: Velocidad del fluido, [ /s]
p: Densidad del fluido, [ / ]
= Viscocidad del fluido, [ ]
168
El diagrama de Moody que se utilizó para determinar el factor de fricción, conocido
como factor de Fanning, para el diseño de tuberías, de acuerdo a la Ecuación AVII.5
se presenta en la Figura AVII.1.
Figura AVII.1. Diagrama de Moody para la pérdida de fricción de tuberías (Mott, 2006, p. 237)
La rugosidad se calculó mediante la Ecuación [AVII.5] (Mott, 2006, p. 236).
[AVII.5]
Donde:
: Rugosidad, [unidades]
: Rugosidad relativa, [m]
Do: Diámetro de tubería, [m]
2
169
El valor de rugosidad permitió determinar el factor de Fanning, que para esta
corriente presentó un valor igual a:
A continuación se procedió a calcular las pérdidas por fricción mediante la ecuación
[AVII.6] (Díaz, 2006, p.143).
[AVII.6]
Donde:
Pérdida total por fricción y accesorios, [m]
: Factor de fracción, [unidades]
L: Largo de la tubería, [m]
D: Diámetro de tubería, [m]
v1: Velocidad del fluido, [m/s]
g: Gravedad, [m/ ]
Además se consideró las pérdidas por accesorios, en la Tabla AVII.1 se muestra
los valores de las constantes k de diferentes accesorios para tuberías.
Las pérdidas por accesorios se calcularon mediante la Ecuación AVII.7
[AVII.7]
Donde:
Pérdida total por fricción y accesorios, [m]
K: Constante de pérdida por accesorio, [unidades]
: Velocidad del fluido, [m/s]
g: Gravedad, [m/ ]
170
Tabla AVII.1. Valores de la constante k para diferentes accesorios para tuberías
Tipo Longitud equivalente en diámetros de conducto
Válvula de globo Completamente abierta 340
Válvula de ángulo Completamente abierta 150
Válvula de compuerta Completamente abierta 8
Válvula de compuerta
¾ abierta 35
½ abierta 160
¼ abierta 900
Válvula de verificación Tipo giratorio 100
Tipo de hola 150
Válvula de mariposa Completamente abierta 45
Codo estándar de 90º --- 30
Codo de radio de largo de 90º
--- 20
Codo de calle de 90º --- 50
Codo estándar de 45º --- 16
Codo de calle de 45º --- 26
Codo de devolución cerrada --- 50
Te estándar Con flujo a través de un tramo 20
Con flujo a través de un rama 60
(Mott, 2006, p. 236)
Las pérdidas por accesorios se resumen en la Tabla Avii.1
Tabla AVII.2. Pérdida equivalente por accesorios de las tuberías
Accesorio Cantidad K Pérdida total [m]
Válvula check 2 300 600
180,8
Válvula de paso 2 10 20
Válvula de bola 2 350 700
Válvula de retención 2 130 260
Entrada 1 25 25
Salida 1 50 50
Codo de 90º 3 90 270
171
En la Tabla AVII.3 se presenta un resumen de los valores de pérdida de carga en
cada corriente.
Tabla AVII.3. Pérdida total de carga en tuberías por fricción y accesorios
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10 25-MAS-10-CS 2 3 2 2 2 2 1 925 11 25-ACU-11-CS 1 2 1 490 12 25-IS-12-CS 1 10 13 25-IS-13-CS 1 10 14 25-ACU-14-CS 1 2 1 490 15 25-IS-15-CS 1 10 16 25-IS-16-CS 1 10 17 25-AP-17-CS 2 5 2 2 2 1 505 18 25-AP-18-CS 2 5 2 2 2 1 505 19 25-OZ-19-CS 2 2 2 900 20 25-AZ-20-CS 2 3 2 2 2 2 1 925 21 25-AZ-21-CS 2 10 2 2 2 2 1 925 22 25-AZ-22-CS 7 10 6 2 2 890 23 25-ACD-23-CS 7 4 2 550 24 25-VA-24-CS 7 2 6 5 2 350 25 25-VA-25-CS 1 2 130 26 25-VA-26-CS 1 2 1 1 550 27 25-AR-28-CS 4 2 3 1 1 180 28 25-AR-27-CS 4 2 1 280 29 25-VA-29-CS 4 2 3 1 1 180 30 25-IS-30-CS 1 10 32 25-AR-32-CS 5 4 3 2 2 2 2 2 465 33 25-MAC-33-CS 7 8 1 6 6 6 3 805 34 25-ARD-34-CS 1 10 35 25-CA-35-CS 1 2 90 36 25-VA-36-CS 3 1 3 3 1 200 37 25-AT-37-CS 2 2 200
Luego de obtener las pérdidas por fricción y accesorios, se calculó la altura de la
bomba mediante la Ecuación AVII.3
172
A continuación se determinó la bomba que más se ajustó al proceso y se eligió la
bomba centrifuga con una potencia de 100 W. De esta manera se determinó la
potencia de las bombas para cada una de las corrientes como se muestra en la
Tabla AVII.4. Detalles de las bombas para la planta de refinación y blanqueamiento de ACU y AR
Corriente Identificación Potencia (kW) Tipo Cabeza de entrada (m) Cabeza de salida (m)
10 B-301 0,11 Centrifuga 1,72 2,45
17 B-401 0,51 Centrifuga 0,52 1,69
18 B-404 0,00 Centrifuga 0,52 1,69
20 B-402 0,06 Centrifuga 0,48 3,14
21 B-403 0,00 Centrifuga 0,48 3,14
32 B-501 0,02 Centrifuga 1,79 0,21
33
B-502 1,00 Centrifuga 0,36 0,20
B-503 1,00 Centrifuga 0,36 0,20
B-504 1,00 Centrifuga 0,36 0,20
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Tabla AVIII.2. Costo de obra civil para la implementación del sistema de refinación y blanqueamiento de ACU y AR
Detalle Área Costo del
m2 Contenido Costo total %
Dividendo de amortización
Terreno 2211 20,00 1 500,00 45 720,00 33 9 144,00
Oficinas 10 80,00 5 000,00 5 800,00 4 1 160,00
Área de producción 1000 80,00 - 80 000,00 58 16 000,00
Bodegas 20 50,00 500,00 1 500,00 1 300,00
Laboratorio 30 50,00 1 000,00 2 500,00 2 500,00
Área de mantenimiento 18 50,00 2 000,00 2 900,00 2 580,00
TOTAL 138 420,00 100 27 684,00
Tabla AVIII.3. Costos de insumos, energía y agua utilizados para el sistema de refinación y blanqueamiento
Detalle Unidad Costo
unitario Nº de
unidades /mes Costo
mensual Costo anual
%
Materias primas
Carbón activado t 750,00 4,80 3 600,00 43200,00 58,79
Insumos
Cloruro de sodio t 75,00 2,36 177,27 2127,26 2,90
Oxígeno tanque 230,00 10,00 2 300,00 27600,00 37,56
Servicios
Agua potable m3 0,20 42,79 8,56 102,70 0,14
Electricidad kW-h 0,08 465,00 37,2 446,40 0,61
TOTAL 6 123,03 73476,35 100,00
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176
ANEXO IX
INDICADORES ECONÓMICOS
Tabla AIX.1. Parámetros para el flujo de caja de los indicadores económicos
Parámetros del proyecto
Nombre del Parámetro Unidad Valor del Parámetro
Aportación de socios USD 300 000
Aporte Patronal al IESS porcentaje (%) 0
Duración de capital de operación meses 6
Imprevistos porcentaje (%) 10
Impuesto a la renta sobre utilidades porcentaje (%) 25
Interés bancario por anualidad porcentaje (%) 15
Mantenimiento de equipos porcentaje (%) 5
Mantenimiento de instalaciones porcentaje (%) 3
Reparación de maquinaria porcentaje (%) 3
Tasa de seguro porcentaje (%) 0,5
Amortización de maquinaria y equipo años 8
Amortización de instalaciones años 5
Tabla AIX.2. Flujo de caja
Designación Año 0 Año 1 Año 2 Año 3 Año 4
Inversión total -1 441 319,51
Aportación de socios 300 000,00
Ingresos por venta de aceite ACU y AR 1 418 968,99 1 418 968,99 1 418 968,99 1 418 968,99
Costo de tratamiento de ACU y AR 73 476,35 73 476,35 73 476,35 73 476,35
Flujo bruto 1 345 492,64 1 345 492,64 1 345 492,64 1 345 492,64
Dividendo de financiamiento 1 141 319,51 142 664,94 142 664,94 142 664,94 142 664,94
Flujo antes de impuestos 1 202 827,70 1 202 827,70 1 202 827,70 1 202 827,70
(-) Impuesto a la renta 300 706,92 300 706,92 300 706,92 300 706,92
Flujo despues de impuestos 902 120,77 902 120,77 902 120,77 902 120,77
(-) utilidades 135 318,12 135 318,12 135 318,12 135 318,12
Flujo despues de amochado 766 802,66 766 802,66 766 802,66 766 802,66
Flujo Acumulativo -1 441 319,51 -674 516,85 92 285,81 859 088,47 1 625 891,12