DISEÑO DE PLANTA PARA LA PRODUCCION DE BIETANOL A APRTIR DE YUCA

NATALIA FLOREZKATALINA MEDINA

IVAN RAMIREZ

FUNDACION UNIVERSIDAD DE AMERICAFACULTAD DE INGENIERIA

INGENIERIA QUIMICAJULIO 2014

DISEÑO DE PLANTA PARA LA PRODUCCION DE BIOETANOL A PARTIR DE YUCA

http://plantasflorezmedina.wordpress.com/

1. CONCEPCION DEL PRODUCTO

1.1. Reconocimiento de las necesidades sociales o ingenieriles

Los biocombustibles, básicamente bioetanol, son obtenidos a partir de material vegetal, particularmente productos ricos en sacarosa, almidón o celulosa como lo es la yuca.

El almidón líquido de la yuca puede ser fermentado mediante la utilización de levaduras como Endomycopsis fibuligera en combinación con cultivos bacterianos de Zymomonas mobilis en dos a cuatro días.  Se estima que a través de este proceso se puede llegar a obtener hasta 280 litros de etanol al 96%, a partir de una tonelada de yuca con un 30% de almidón. En términos agronómicos, la yuca es altamente resistente a las sequías, en donde con una precipitación mínima de 500 mm/año se logran obtener buenas producciones. El almidón es un producto de reserva alimenticia predominante en las plantas. El almidón es sintetizado y almacenado en plastidios, ya sea de manera temporal en cloroplastos o a largo plazo en amiloplastos densamente ubicados en órganos de almacenamiento como raíces o semillas. Químicamente el almidón es un polisacárido que resulta de la polimerización de moléculas de glucosa. El almidón se obtiene exclusivamente de los vegetales que lo sintetizan a partir del dióxido de carbono que toman de la atmósfera y del agua que toman del suelo.

1.2. Soluciones para Satisfacer las necesidades

El diverso número de fuentes para la obtención de biocombustibles hace que esta industria tenga cierta capacidad de elegir entre las diferentes opciones de cultivo, basada en las condiciones agronómicas de la zona a cultivar, así como en el comportamiento del mercado y en la efectividad para la obtención del producto final a partir del material no procesado. 

El gran auge actual en el uso de biocombustibles como fuente energética se fundamenta en los beneficios de éstos a nivel ambiental y económico, global y regional. Desde el punto de vista ambiental, una de las ventajas del uso de los biocombustibles es la disminución del efecto invernadero ocasionado por las emisiones de CO2, ya que reduce las emisiones de monóxido de carbono (CO) e hidrocarburos totales de los gases de escape de los vehículos. Cuando se emplean combustibles fósiles, el carbón secuestrado por millones de años es liberado a la atmósfera donde éste se acumula, mientras que la transición hacia el

uso de biocombustibles permitiría que la producción fotosintética de nueva biomasa incorporara  un gran porcentaje del dióxido de carbono liberado cuando el bioetanol es consumido. Un análisis ha revelado que la emisión de CO2 liberado por el bioetanol puede ser 85% menor que el producido por la combustión de la gasolina, aunque dichas estimaciones varían ampliamente dependiendo del cultivo, del tipo de combustible y de la tecnología de conversión utilizada.

La industria de los biocombustibles permitirá generar una gran cantidad de empleos nuevos que redundará en un fuerte impacto social. El desarrollo de la agricultura se beneficiará de la industria de la producción de biocombustibles, y proveerá a los campesinos de una nueva fuente de ingresos y estabilidad laboral que ayudará a reducir los problemas de desempleo.

1.3. Requerimientos Legales

La política de sustitución de combustibles fósiles por alcohol carburante mediante una mezcla que para el 2015 debe alcanzar el 15% según lo señalado en las leyes 693 de 2001 y 939 del 2004, obliga el rápido avance del conocimiento entorno a los procesos de producción de agrocombustibles utilizados en Colombia.

Son varias las entidades dedicadas al estudio e investigación minuciosa de los agrocombustibles, en ellas que apoyó este estudio: la Corporación Colombiana de Investigación Agropecuaria (Corpoica), la Federación Nacional de Biocombustibles, la Corporación para el Desarrollo Industrial de la Biotecnología y Producción más Limpia (Corpodib), el Ministerio de Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial, Colciencias y Fedepalma, entre otras. Los asuntos que ocupan la atención de estas instituciones se relacionan con los niveles de consumo de energía, el comportamiento de la producción de petróleo, los antecedentes y problemáticas asociados al tema, los procesos de transformación, las tecnologías, los campos de aplicación, son algunos de los proyectos en curso.

Ley 693/2001, que hace obligatoria la mezcla de productos oxigenados con la gasolina, se dictan normas sobre el uso de alcoholes carburantes.

Ley 788/2002, que otorga exenciones tributarias a la producción de alcohol carburante

Ley 939/2004, por la cual se estimula la producción y comercialización de biocombustibles de origen vegetal o animal para uso en Motores diesel.

Decreto 383/2007, modificado parcialmente por el Decreto 4051 de 2007, que establece estímulos para la implementación de zonas francas para proyectos agroindustriales en materia de biocombustibles.

Decreto 2629/2007, por medio del cual se dictan disposiciones para promover el uso de biocombustibles en el país, así como medidas aplicables a los vehículos y demás artefactos a motor.

1.4. Datos del producto y proyección.

En cuanto a rendimientos de producción, existen datos variables dependiendo de las variedades de yuca cultivadas y de las condiciones agro-ecológicas.

En Nigeria se han reportado rendimientos de 10,67 ton/ha de raíces frescas mientras que en Brasil y Tailandia se han reportado rendimientos de 13,45 ton/h y de 16,84 ton/ha respectivamente.

En Colombia se han reportado producciones en cultivos comerciales de 15-20 ton/ha. Cabe anotar que los valores de producción a nivel experimental pueden llegar hasta 80 ton/ha, sin embargo esta alta productividad aún no ha podido ser trasladada a los campos de cultivo.

En términos de rendimientos en litro de alcohol por hectárea de producto se observa que mientras en caña de azúcar se obtienen 75 litros de etanol a partir de una tonelada, en yuca se obtienen 200 litros.

En términos generales, el rendimiento en litros por hectárea por año empleando caña de azúcar es de 4900 L ha-1 año-1, mientras que en yuca es de 6000 L ha-

1 año-1 demostrando el alto potencial de la yuca para producir alcohol carburante. La utilización de la yuca para producir bioetanol es el impacto social que puede

generar. Se ha estimado que mientras que en cultivos de maíz se genera un empleo por cada 2,43 ha, en yuca se genera el mismo empleo por cada 1,66 ha (Ministerio de Minas, 2007).

Producción Mundial

1.5. Referencias bibliográficas

http://webcache.googleusercontent.com/search?q=cache:9V7QQtA2Nd8J:www.revistas.unal.edu.co/index.php/actabiol/article/view/13940/14661+&cd=2&hl=es-419&ct=clnk&gl=co

http://www.agronet.gov.co/www/docs_si2/2006718143257_Yuca%20en %20pruduccion%20de%20etanol.pdf

2. RECOLECCON DE DATOS GENERALES

El bioetanol se produce por fermentación del azúcar contenido en la materia orgánica de plantas. Se obtiene con aproximadamente 5% de agua, luego de deshidratación se puede utilizar como combustible.

Mezclado con gasolina produce u biocombustible de alto poder energético con características similares a la gasolina pero con reducción de emisiones contaminantes en los motores tradicionales de combustión.

El bioetanol es posible que sustituya totalmente los combustibles fósiles, pero si complementarlos en mezclas y así reducir la dependencia del petróleo.

Ventajas del uso de bioetanol

Fuente renovable de combustible Fuente limpia de combustible Aumento del octano del combustible a bajo costo Utilizable en todos los vehículo Fácil de producir y almacenar Emisión 40-80% menos de gases invernadero a cambio de los combustibles

fósiles Reducción de formación de lluvia acida No contamina el agua

2.1. Reacciones químicas posibles

Proceso de producción de Bioetanol a partir de la yuca

Cosecha: La yuca se cosecha en forma manual y se transporta en cajas hasta la planta de secado en vehículos de tracción animal o motorizado. La calidad de las raíces, expresada en términos de contenido de materia seca, es una característica que depende no sólo de la variedad y de las condiciones climáticas y edafológicas del lugar, sino del período vegetativo y del estado fitosanitario del cultivo en el momento de la cosecha.

Lavado: si las raíces tienen tierra adherida, el producto final resultará con alto contenido de cenizas, especialmente de sílice, que reduce de manera notoria su calidad. Generalmente esto ocurre durante épocas lluviosas y en suelos pesados, en ese caso hay que lavarlas. Además esta operación permite detectar la

presencia de pudriciones, piedras, etc. que podrían afectar la calidad del producto final.

Descortizado: la eliminación de la cáscara se hace si se va a elaborar harina blanca, si se desea integral no se pela. El pelado puede hacerse con equipos abrasivos o bien manualmente con cuchillos.

Rallado: esta operación permite liberar los gránulos de almidón contenidos en las células de la pulpa. El rallado se realiza en seco en un tambor de madera que consta de una lámina perforada; este se encuentra en un cajón donde origina un punto de corte con la madera, el cual produce una masa rallada fina o áspera dependiendo de la abertura entre el tambor y el cajón de madera. El rendimiento promedio del equipo es de 1 TM/h de yuca.

Tamizado: en esta etapa se obtienen la "lechada", que es el almidón en suspensión en el agua de colado, y como subproducto "afrecho", con alto contenido en fibras, el cual es secado al sol y utilizado en la alimentación animal.

Sedimentación: de esta etapa, se obtienen el almidón sedimentado y un segundo subproducto la "mancha", con alto contenido de proteína. La sedimentación se realiza en tanques revestidos con azulejo. Una vez que el almidón ha sedimentado (6-24 horas), se retiran el agua sobrenadante y la mancha que queda en la superficie del almidón. 

Secado: se seca al sol hasta obtener una humedad entre 10 y 15%.

Hidrolisis química: se realiza la hidrolisis acida por acción del HCl a 100% produce una hidrolisis total del almidón y forma glucosa, maltosa e isomaltosa.

Hidrolisis enzimática: por acción de la enzima alfa milasa produce una hidrolisis parcial produciendo maltosa, glucosa y dextrina limite que es una cadena ramificada y para poder romperla se necesita de α-1,6 glucosidasa.

2 (C6H 10O 5)4+n H 2O nC12H 22O11

Fermentación: es un proceso anaeróbico realizado por las levaduras del cual se obtiene el alcohol.

C6H 12O62CH 3−CH 2−OH+2CO2+Calor

Destilación: es la operación de separar los diferentes componentes líquidos de una mezcla (etanol/agua). La vinaza resulta como desecho de la destilación del mosto fermentado. Sus características básicas incluyen partículas en suspensión.

2.2. Diagrama de bloques

2.3. Criterios de selección de la reacción para el proceso

Para definir la reacción del proceso solo se tendrá en cuenta el proceso de hidrolisis debido a que el resto de operaciones son el mismo camino para la obtención del bioetanol.

Ya que la hidrolisis se puede realizar tanto por el camino de hidrolisis química como hidrolisis enzimática se escoge la hidrolisis química ya que se efectúa con ácido clorhídrico y sulfúrico haciendo que la reacción sea mucho más rápida y se le aplica calor facilitando el rompimiento de los enlaces glucosidicos.

C6H 12O6

2CH3−CH 2−OH

HIDROLISIS

3. RECOLECCION DE DATOS TECNICOS ESPECIFICOS

3.1. MATERIA PRIMA:

Para la producción de Bioetanol a partir de yuca se debe conocer en primera instancia la taxonomía de la materia prima.

Taxonomía de la Yuca (tomada de Domínguez, 1996).

División EsperatophytaSubdivisión AngiospermaeClase DicotiledoneaeSubclase: ArchiclamydeaOrden Geranielaes o EuphorbialesFamilia EuphorbiaceaeSubfamilia CrotonidaeTribu ManihoteaeGenero ManihotEspecie Esculenya Crantz

La yuca se considera la cuarta fuente de calorías en la alimentación humana, producida en el trópico después del arroz, maíz y caña de azúcar, en la actualidad se cultiva en más de 80 países.

YUCA AMARGA: recibe este nombre debido a su contenido de ácido cianhídrico libre y de cianoglucosidos. La yuca amarga posee aproximadamente 30 (p/p) de almidón y un contenido de humedad del 53%.

El ácido cianhídrico se halla en mayor concentración en la corteza de la raíz; también se encuentra e menores cantidades en las hojas y en otros órganos de la planta. En las hojas adultas el contenido de ácido cianhídrico es de 41 mg d HCN/Kg de yuca, en el tallo leñoso adulto el contenido s de 13mg de HCN/Kg de yuca, en los tallos verdes el contenido es de 26mg de HCN/Kg de yuca, la raíz el contenido es de 53 mg hasta 1000mg de HCN/Kg de yuca (Moltaldo, 1996).

CONDICIONES DE CULTIVO Y SU SIEMBRA

En general la yuca se considera como un cultivo rustico que crece relativamente bien en suelos pobres sin la aplicación de grandes cantidades de fertilizantes. Aunque la yuca extrae grandes cantidades de K del suelo a comparación del maíz, caña de azúcar, banano y repollo, la yuca no es el cultivo que más agota el suelo por tonelada producida. Otro factor que afecta la fertilidad del suelo es la erosión, ya que la yuca tiende a aumentarla.

La yuca sembrada tradicionalmente en Colombia (aproximadamente 300.000 Ha) por su adaptabilidad a la variedad de suelos y clima, desempeñan un papel importante para el país. En condiciones experimentales y en monocultivos, la yuca rinde hasta 90 Ton/Ha de raíces. Sin embargo en condiciones reales (Suelos marginales, climas severos y asociación de cultivos) es de 9,8 Ton/Ha en el mundo, 12,4Ton/Ha en América Latina.

Con una tonelada de yuca fresca se pueden obtener 280Kg de harina o 230Kg de almidón o 170L de alcohol. Actualmente en Colombia se implementan cultivos industriales con clones de yuca donde se han alcanzado rendimiento de 84 Ton/Ha.

PRODUCCIÓN AREA Y RENDIMENTO DE LA YUCA.

La producción mundial de la yuca durante los últimos años ha sido estable, el continente que produce mayor cantidad de yuca es África con aproximadamente el 54% de la producción mundial, seguido por Asia con un 28%.

En América Latina el principal productor es Brasil con un 12,5% del total mundial, le siguen en importancia Paraguay y Colombia respectivamente (Boletín CCI, 1999).

En Colombia la yuca es un cultivo típico campesino con un promedio de área sembrado de 1 a 5 hectáreas, con sistemas de producción atrasados.

Tabla 1. Pronostico de Producción en el Departamento de Santander (tomado del Ministerio de Agricultura 2001)

Tabla 2. Producción Mundial de Yuca (tomado de la corporación Colombiana Internacional)

Tabla 3. COLOMBIA. PRODUCCION Y VENTAS DE ARTICULOS DURANTE EL AÑO Y EXISTENCIAS DE PRODUCTOS TERMINADOS A 31 DE DICIEMBRE TOTAL

NACIONAL 2011 (tomado del DANE)

ARTICULOS (CON PRODUCCION SUPERIOR A $ 5.000.000 DURANTE

EL AÑO)

UNIDAD DE MEDIDA

PRODUCCION CANTIDAD

PRODUCCION VALOR TOTAL

VENTAS CANTIDAD

VENTAS VALOR TOTAL

VALOR DE VENTAS AL EXTERIOR

CANTIDAD EN EXISTENCIAS A 31

DE DICIEMBRE

Almidon de yuca kg 2.364.586 3.829.011 3.083.824 5.117.244 31.775 1.365.749

Tabla 4. COLOMBIA MATERIAS PRIMAS, MATERIALES Y EMPAQUES CONSUMIDOS Y COMPRADOS, SEGUN TIPO DE ARTICULO TOTAL NACIONAL 2011 (tomado del

DANE)

ARTICULOS (CON CONSUMO SUPERIOR A $

3.000.000 DURANTE EL AÑO)

UNIDAD DE MEDIDA

CONSUMO CANTIDAD

VALOR CONSUMO

% CONSUMO

ORIGEN EXTRANJE

RO

COMPRAS CANTIDAD

COMPRAS VALOR EN EL

EXTERIOR

COMPRAS VALOR TOTAL NAL Y EXT

Yuca kg 29.029.388 11.056.514 (-) 30.144.462 (-) 11.556.994

Almidon de yuca kg 6.596.455 14.239.645 3,37 6.398.972 520.860 13.734.018

A partir del almidón presente en la yuca se puede producir alcohol carburante. El almidón líquido de la yuca puede ser fermentado mediante la utilización de levaduras como Endomycopsis fibuligera en combinación con cultivos bacterianos de Zymomonas mobilis en dos a cuatro días (Amutha y Gunasekaran, 2001).

Se estima que a través de este proceso se puede llegar a obtener hasta 280 litros de etanol al 96%, a partir de una tonelada de yuca con un 30% de almidón (FAO,

2006). Las ventajas comparativas del empleo del almidón de yuca para la producción de bioetanol son diversas.

La yuca tiene una alta tasa de asimilación de carbono fotosintético, particularmente inusual para plantas de metabolismo C3, alcanzando valores de 43 umol CO2/m2/s, igualmente posee una alta temperatura óptima para la fotosíntesis (45 oC). Se ha reportado que la yuca presenta una de las mayores tasas de asimilación de CO2 a sacarosa dentro de los vegetales (Angelov et ál., 1993; Edwards et ál., 1990). En términos agronómicos, la yuca es altamente resistente a las sequías, en donde con una precipitación mínima de 500 mm/año se logran obtener buenas producciones. El cultivo de yuca genera una alta producción en suelos degradados y se adapta a todos los tipos de suelos a excepción de los fangosos, al igual que tolera bien los altos niveles de aluminio y manganeso, que son propios de los suelos de la mayoría de las sabanas tropicales y que resultan tóxicos para la mayoría de las plantas. La yuca presenta además una alta flexibilidad en el momento de la plantación y cosecha (Ceballos, 2002). En cuanto a rendimientos de producción, existen datos variables dependiendo de las variedades de yuca cultivadas y de las condiciones agro-ecológicas. En Nigeria se han reportado rendimientos de 10,67 ton/ha de raíces frescas mientras que en Brasil y Tailandia se han reportado rendimientos de 13,45 ton/ha y de 16,84 ton/ha respectivamente (Ospina et ál., 2002). En Colombia se han reportado producciones en cultivos comerciales de 15-20 ton/ha. Cabe anotar que los valores de producción a nivel experimental pueden llegar hasta 80 ton/ha, sin embargo esta alta productividad aún no ha podido ser trasladada a los campos de cultivo. En términos de rendimientos en litro de alcohol por hectárea de producto se observa que mientras en caña de azúcar se obtienen 75 litros de etanol a partir de una tonelada, en yuca se obtienen 200 litros. En términos generales, el rendimiento en litros por hectárea por año empleando caña de azúcar es de 4900 L ha-1 año-1, mientras que en yuca es de 6000 L ha-1 año-1 demostrando el alto potencial de la yuca para producir alcohol carburante (Jansson et ál., 2009). Otro aspecto importante de la utilización de la yuca para producir bioetanol es el impacto social que puede generar. Se ha estimado que mientras que en cultivos de maíz se genera un empleo por cada 2,43 ha, en yuca se genera el mismo empleo por cada 1,66 ha (Ministerio de Minas, 2007) . Esto permite una mejora en las condiciones del sector rural en Colombia, incentivando el desarrollo agrícola e incluso impulsando las políticas de reemplazo de cultivos ilícitos.

El potencial del cultivo de yuca como fuente de biocombustibles se ve reflejado en los planes que diferentes países han planteado para su utilización. Este es el caso de China, Tailandia y Nigeria, los cuales han llevado a cabo diversos estudios de viabilidad de producción de etanol a partir de yuca, encontrando que su implementación tendría efectos favorables tanto a nivel de producción de energía, como de disminución en la emisión de CO2 (Dai et ál., 2006; Nguyen et ál., 2007; Leng et ál., 2008; Nguyen y Gheewala, 2008)

ALMIDON

El almidón se halla en forma de granulo con la forma y tamaño específicos de la planta, por lo que un análisis microscópico es muy útil para confirmar el origen del almidón; ayudando a determinar la presencia de materiales extraños, afrecho, insectos o residuos de estos (Bernal -1994).

El almidón es un producto de reserva alimenticia predominante en las plantas. El almidón es sintetizado y almacenado en plastidios, ya sea de manera temporal en cloroplastos o a largo plazo en amiloplastos densamente ubicados en órganos de almacenamiento como raíces o semillas. Químicamente el almidón es un polisacárido que resulta de la polimerización de moléculas de glucosa (Ball y Morell, 2003). El almidón se obtiene exclusivamente de los vegetales que lo sintetizan a partir del dióxido de carbono que toman de la atmósfera y del agua que toman del suelo. Durante este proceso la energía solar se transforma y se almacena en forma de glucosa (Martin y Smith, 1995). El almidón está formado por dos tipos de polisacáridos muy similares, la amilosa y la amilopectina. En casos como el de los cereales, el almidón puede contener componentes menores tales como lípidos. La composición de amilosa y amilopectina es el factor principal que le confiere las propiedades funcionales al almidón. Estos polímeros de glucosa se encuentran en proporciones diferentes dependiendo de la fuente de obtención del almidón y de diversas variables ambientales (Kossmann y Lloyd, 2000). La amilosa es el producto de la condensación de D-glucopiranosas por medio de enlaces glucosídicos α(1,4). El polímero resultante está formado por cadenas lineales largas de 200-2500 unidades. La amilosa es un α-D-(1,4)-glucano cuya unidad repetitiva es la α-maltosa. La amilosa tiene la facilidad de adquirir una conformación tridimensional helicoidal, en la que cada vuelta de hélice consta de seis moléculas de glucosa. El interior de la hélice contiene sólo átomos de hidrógeno, y es por tanto lipofílico, mientras que los grupos hidroxilo están situados en el exterior de la hélice. La mayoría de los almidones contienen alrededor de 25% de amilosa. La amilopectina se diferencia de la amilosa en que contiene ramificaciones adicionales que le dan una estructura molecular similar a la arquitectura de un árbol; las ramas están unidas al tronco central (semejante a la amilosa) por enlaces α-D-(1,6), localizadas cada 15-25 unidades lineales de glucosa (Fig. 2). La amilopectina constituye alrededor del 75% de los almidones más comunes. Algunos almidones están constituidos exclusivamente por amilopectina y son conocidos como céreos (Smith et ál., 1997). El almidón se presenta como un conjunto de gránulos o partículas, estos gránulos son relativamente densos e insolubles en agua fría, aunque pueden dar lugar a suspensiones cuando se dispersan en el agua (Smith et ál., 1997).

Cuando los gránulos están intactos, son solubles en agua fría, si su membrana externa se rompe al ser molidos, estos gránulos se hinchan en agua fría y si se calienta por encima de 55°C forma un gel en la siguiente tabla se pueden observar algunas propiedades del almidón.

PROPIEDADES DEL ALMIDON

El almidón es un polvo blanco, amorfo, plástico cuya densidad es de 1,6g/ml que se caracteriza por un brillo peculiar. Es insoluble en agua, alcohol y éter. Químicamente es un hidrato del Carbono (oxigeno, nitrógeno y carbono), u

procedencia se distingue por el tamaño y la forma de los granos. En el caso de la yuca encontramos almidones de gránulos truncos en un extremo (grupo del Sagú presentando un % de peso de almidón de 38-80%)

ESTRUCTURA Y COMPOSICION

Los almidones tienen formula química empírica (C6H10O5)n el factor n tiene por lo menos un valor iguala a 4 hasta llegar a 10 o más átomos de carbono. Del granulo del almidón se pueden distinguir:

1. Envoltura de amilopectina y amilosa o un almidón menos soluble y que contiene un éster fosfórico, el cual es un éster amilo fosfórico. Es difícilmente atacada por enzimas, necesitando para ello un calentamiento con dicho calentamiento forma una pasta y con una solución alcohólica de yodo-yoduro da una coloración violeta.

2. La segunda parte es una sustancia inerte firmada por betaamilosa, granulosa o beta almidón esta parte es más soluble que la anterior y no forma una pasta ni da color con el yodo-yoduro.

3.2. ESPECIFICACIONES DE PRODUCTO RENDIMIENTO, PROPIEDADES FISICOQUÍMICAS EFECTOS DE ALMACENAMIENTO.

Se denomina corrientemente alcohol. También llamado etanol, alcohol etílico, está compuesto por carbono ©, Hidrogeno (H) y Oxigeno (O). La molécula del alcohol etílico eta formada por átomos de carbono y cinco átomos de hidrogeno formando el etilo, y un átomo de hidrógeno y uno de oxigeno formando el oxhidrilo, con formula química C2H5OH. No se encuentra en estado natural en grandes cantidades y las pequeñas porciones que se pueden hallar son de frutos que proceden de la fermentación espontanea de los azucares que entran en su composición; en cantidades mínimas también se encuentra en la atmosfera y el agua de algunos manantiales, así como también en ciertos terrenos ricos en humus.

3.2.1. Composición, Propiedades físicas y químicas.

Su composición es la siguiente

Composición (%)Carbono 52.15Oxigeno 34.73Hidrogeno 13.12

Fuente: TORRES, Luis Antonio TESIS” Estudio de factibilidad para producir alcohol etílico a partir de yuca”, 1983.

Su grupo funcional es el hidroxilo, directamente unido a un carbono. Las propiedades físicas y químicas se muestran a continuación:

Punto de fusión -112°CPunto de ebullición (1 atmosfera) 78.84 °CDensidad (15°C) 794.3kg/m3

Peso Molecular 46.07kg/KmolPoder Calorífico 7099 Kcal/Kg

Fuente: TORRES, Luis Antonio TESIS” Estudio de factibilidad para producir alcohol etílico a partir de yuca”, 1983.

Oxidando los alcoholes se forman aldehídos y si este proceso continua se forman ácidos. El alcohol es un líquido claro, incoloro de olor aromático reacción neutra sabor ardiente. Debido a que por ser higroscópico quita a las mucosas la humedad. Es soluble en el agua en toda proporción, con desprendimiento de calor; arde con llama azul poco luminosa pero muy caliente después del agua uno de los disolventes más empleados tomado puro o diluido en grandes proporciones es toxico.

3.3. CÁLCULO DE CAUDALES Y CONDICIONES DE TEMPERATURA, PRESIÓN Y COMPOSICIÓN DE LAS CORRIENTES POR LOS BALANCES DE MATERIA Y ENERGÍA COMPLETOS.

El almidón de yuca se utiliza como sustrato para la obtención. Las condiciones de operación son las siguientes:

OPERACION TEMPERATURA pH DOSIS

LICUEFACCION 83°C 5.5Enzima 0.5mL/L Liquozyme (α

amilasa), agitación 400 rpm

SACARIFICACION 60°C 4.5Enzima 1.5 mL/L Spirizyme fuel

(glucoamilasa), agitación 400 rpmFERMENTACION

ALCOHOLICA30°C 4.5

Inoculo 8 g/L en peso seco, agitación 400 rpm

Preparación de la dispersión de almidón

Se toman 2 Kg de almidón de yuca refinado, con una humedad del 10%, y se dispersan en frío en 3.5 litros de agua potable, hasta alcanzar un volumen final de 5 litros. Se ajusta el pH con HCl 1N hasta un valor de 5.5. Se ajusta la concentración de Ca 2+ a 30 ppm mediante la adición de CaCl2 2H20 grado analítico. La mezcla anterior se transfiere a un biorreactor B Braund de 5 litros, con control de temperatura, pH y velocidad de agitación con precisión de 0.1 ° C, 0.01 y 1 rpm, respectivamente.

Proceso de licuefacción

Se adicionan al biorreactor 2.5 ml de enzima Liquozyme SC, a la temperatura de la dispersión de almidón (25.0 ± 0.1 º C). Se inicia el calentamiento del medio de licuefacción en el biorreactor con agitación de 400 ± 1 rpm, con la ayuda de un baño termostatado que bombea agua en la chaqueta a una temperatura de 90.0 ±0.1 ° C. La temperatura de equilibrio del sistema de licuefacción se mantiene a 83.0 ± 1.0 ° C. La cinética de licuefacción se monitorea a partir del momento en que se alcanza el equilibrio térmico desde este momento se monitorea la concentración de azúcares reductores por el método de DNS (Acido 3,5 Dinitrosalicilico), por espacio de dos horas, a intervalos de 0.5 horas.

Proceso de sacarificación

Después de dos horas de licuefacción, la temperatura y pH se ajustan dando por finalizado el proceso de licuefacción. El pH se ajusta a un valor de 4.50 ± 0.01 con HCL 1.0 N y la temperatura se lleva a 60.0 ± 0.1 ° C, por medio de enfriamiento con agua a través de la chaqueta. Se toman datos del proceso para definir los tiempos de calentamiento y enfriamiento en los procesos de licuefacción y sacarificación. Una vez se ajustan los parámetros de pH y T, se transfieren 7.5 ml de la enzima Spirizyme fuel. La cinética del proceso se sigue por espacio de 20 horas. La concentración de glucosa y azúcares reductores se determina cada tres horas.

Proceso de fermentación

Concluido el proceso de sacarificación, la concentración de glucosa se austa a 200 g/L mediante dilución con agua potable, la temperatura a 30.0 ± 0.1 ° C con ayuda del sistema de refrigeración del biorreactor y el pH a 4.50 ± 0.01 mediante la adición de HCl 1.0 N. el medio fermentativo se suplementa con (NH4)2HPO4, MgSO4.7H20 y KH2PO4 en concentraciones de 6 g/l, 2 g/l y 3 g/l, respectivamente. El inoculo se prepara mediante la activación en 500 mL del medio fermentativo, de 40 g de levadura Saccharomyces cerevisiae durante cuatro horas en un agitador a 110.0 ± 1 rpm y a una temperatura de 30.0 ± 0.1 ° C.

Después de la inoculación fueron evaluadas las concentraciones de biomasa por la técnica de peso seco, etanol y glucosa por cromatografía liquida de alto rendimiento.

Características de la levadura

ComposiciónHumedad: 7.5%-9%Solidos: 95%-92.5%

AlmacenamientoDebe almacenarse cerrada en lugar seco

y fresco entre 15°C y 25°C

Vida ÚtilSeis meses en condiciones óptimas de

almacenamiento

Balance de materia

Con el balance de masa además de ayudarnos a evaluar las perdidas, nos permite establecer las dimensiones de los equipos, sus costos y determinar la cantidad de alcohol que se produce a escala industrial.

a) Lavado

Mo= cantidad de yuca entrada=130700 KgMp=cantidad de yuca perdida=1798 KgXp=porcentaje de perdidas=1.37%M1= cantidad de yuca V= volumen de agua utilizada en el lavado= 169910 L

Mo- Mp= M1

130700 kg-1798 kg=128.902kg

b) RalladoM1= cantidad de yuca = 128.902 kgV=volumen usado en el rallado=11.984 L

11984 L( agua100kg )∗968kg=11600 Lagua∗( 1kg

L )=11600kg agua

M2=yuca + agua = 140502 kg

c) Tamizado

M2=yuca + agua = 140502 kgV=cantidad de agua utilizada en el tamizado=23813 LDonde por se usa 5.9 ml por cada gramo de almidón

d) Hidrolisis

M = 140502 kgM enzima= masa enzima

0.88 litros de emzima por tonelada de yuca seca

x=0.88 L∗128902kgde yuca130700kg yuca

=0.87 L∗1.15 kgL

=1kg

M yuca+ M enzima= M total glucosa140502 kg + 1 kg =140503 kg

e) Fermentación

M=140503 kg

1molCO2∗44 gCO2

1molCO2

=44 gCO2

1molglucosa∗180g glucosa

1mol glucosa=100 gglucosa

44 kgCO2

180kg glucosa∗140503=34345kgCO2

Balance de energía

Humedad de la yuca = 65%Proteína de la yuca = 1.10%Cenizas de la yuca = 0.7%

Cp = 1.549Xpt + 0.8947 Xcez + 4.187XH2O

= 1.549(0.011) + 0.847(0.007) + 4.187(0.65)=2.74KJ/kg ºC

DondeXpt= calor especifico de las proteínasXcez=calor especifico de las cenizasXH2O=calor especifico del agua

Qyuca=130700kg∗2.74 KJkgºC

∗(90ºC−83ºC )=250682KJ

Qagua=16450kg∗4.187 KJkgºC

∗(90ºC−83ºC )=482133KJ

f) Hidrolisis

Cp dextrinas= 0.291+0.009t (cal/grºC)Cp=0.291+0.0096(90)=1.159 (cal/grºC)*4.187 J/1 cal = 4.85 KJ/kgºC

Q=140502kg∗4.85 KJkgºC

∗(60 ºC−90 ºC )=−681404 KJkgºC

Se desprecia el aporte calórico de la enzima por su pequeña composición dentro de la mezcla

g) Fermentación

Cp glucosa=139

calgr ºC

∗4.187

1cal=581.83

KJkgºC

Q=140503 kg∗581.83 KJkgºC

∗(30 ºC−60 ºC )=−452.465 .814KJ

3.4. TERMODINÁMICA Y CINÉTICA DE LAS REACCIONES QUÍMICAS INVOLUCRADAS (EQUILIBRIO, RENDIMIENTO, VELOCIDADES, CONDICIONES ÓPTIMAS)

Como aviamos mencionado anteriormente en las reacciones presentes de en el proceso de producción de bioetanol a partir de la yuca, podemos decir que a partir de la reacción de la hidrolisis enzimática del almidón:

La hidrólisis es el proceso químico en el cual una molécula es separada en dos partes por la adición de una molécula de agua. La reacción se lleva a cabo cuando uno de los fragmentos del par molecular gana una molécula de hidrogeno (H+) mientras que el otro grupo recibe un grupo hidroxilo (OH-).

AB+ H 2O AH +BOH

Las reacciones de hidrólisis se basan en el rompimiento de tres tipos principales de macromoléculas que son los polipéptidos, los polisacáridos y los ácidos nucleicos. Cuando la molécula está compuesta por almidón el polisacárido es fraccionado en unidades de menor tamaño llamadas dextrinas que son cuantificadas por diferentes métodos como el número de dextrosas equivalentes.

Hidrolisis Almidón

Las variables que más influyen en la cinética de reacción del almidón son el tipo de catalizador, la temperatura de proceso, la relación sólido – líquido, el diámetro y cristalinidad de la partícula las cuales involucran la relación de amilosa/amilopectina, y el contenido de lípidos y proteínas.

La reacción de hidrolisis se puede representar por una ecuación reversible de tipo acido base.

Catalizadores

Existen dos clases de catalizadores utilizados industrialmente para la realización de la hidrolisis, el que se va a utilizar un agente enzimático, este es conocido como un catalizador biológico el cual afecta el curso y la velocidad de una reacción sin afectar el equilibrio ni la morfología de la proteína. La reacción se lleva a cabo en el centro activo o cavidad catalítica la cual se une específicamente al sustrato llevando a cabo la reacción en un complejo enzima-sustrato lo que permite una alta selectividad de sustratos y productos. Estos agentes enzimáticos son producido por bacterias, hongos, animales y humanos los cuales convierten la estructura semi-cristalina del polisacárido en formas amorfas atacando los enlaces 1-4 y 1-6 dividiendo la estructura en dextrinas de diferentes pesos moleculares como la glucosa y la maltosa.

Amilasa

Las amilasas son el grupo de enzimas que degradan el almidón, los glicógenos y los oligosacáridos de manera aleatoria liberando grupos de sacáridos de menor peso molecular. Estas enzimas hidrolizan los enlaces α 1-4 de los α glucanos pero no pueden hidrolizar los enlaces α 1-6, produciendo inicialmente dextrinas de un relativo alto peso molecular. Tras el avance de la reacción catalizada, el grado de polimerización de las dextrinas decrece gradualmente hasta alcanzar cadenas de maltosa, maltotriosa, glucosa y oligosacáridos que todavía contienen enlaces α 1-6 con una configuración de tipo α, esta reducción del polisacárido se expresa físicamente en la perdida de viscosidad, sin embargo el perfil de composición de los azúcares obtenidos difiere en gran medida con el origen de la enzima.

Modelo con una constante cinética de primer orden para la dinámica de gelatinización del almidón, con una constante de velocidad expresada por la ley de Arrhenius con energías de activación, basadas en la temperatura del agua y el punto de gelatinización de la fuente. La ecuación que representa este proceso viene dada por la expresión:

Donde rg representa la velocidad de reacción para la gelatinización de almidón, [Ss] concentración de almidón no gelatinizado, kg el factor pre-exponencial, Eg energía de activación para la gelatinización de gránulos de almidón, R la constante de gases ideales (8.31 J/mol K) y T como temperatura. Los valores de la pendiente de los datos experimentales de Ln(Kg) vs temperatura, darían indicio del valor de la energía de activación Eg y el factor pre-exponencial kg .

La expresión para la velocidad de reacción para la liberación de unidades de glucosa a partir de oligosacáridos es:

Teniendo en cuenta que la velocidad catalítica es igual al producto de la concentración del complejo ES y k3; la velocidad de formación de ES es igual al producto de E, S y k1; la velocidad de descomposición de ES es igual al producto ES por la suma de k2 y k3.

Bajo condiciones de estado estacionario, se igualan las expresiones y se obtiene:

[ES] = Km [E] [S] (2)

Donde,

Km = ( k2 +k3 ) / k1

La velocidad máxima se obtiene cuando los centros de la enzima se encuentran saturados de sustrato.

V = Vmáx { [S] / ([S] + [Km ] ) }

En este momento la expresión {[S] / ([S] + [Km] ) } se aproxima a 1. Se tiene que la velocidad máxima es aproximadamente:

Vmáx 218.77g / h

Si se tiene en cuenta que cuando Vmáx / 2 se tiene [S] = Km entonces,

V= Vmáx / 2 =109.385 g / h

[S] = Km = 96.4 g / l

3.5. SERVICIOS Y EQUIPOS

Equipo Capacidad

Bascula

Molino 1500Kg/h

Reactor 950 galones (3 reactores)

Tanque lavador de yuca 1500 Kg /h

Destilador 2000 galones

Fermentador 3000 Galones (6 fermentadores

Bombas

Bascula: con graduación en incrementos de 2Kg: pesa hasta 300Kg

3.5. EQUIPOS Y ACCESORIOS MATERIALES DE CONSTRUCCION

Molino: molino de tres masas de acero inoxidable, provisto de un sistema pelador y un sistema de ajustes de masas, tiene capacidad nominal de 180Kg/h y una capacidad real de 108Kg/h. posee un motor eléctrico de 0,18KW, 220V, 60Hz y 3HP. La eficiencia de extracción es del 60% calculado. En él se llevara a cabo a extracción del jugo de caña. En este caso la yuca será molida en menos de 1 hora.

Tanque Lavador y separador de yuca: el tanque descrito a continuación se diseña con el objetivo de recibir el producto del molino para que sea lavado y así generar el desprendimiento del almidón en la yuca. El proceso se llevara a cabo a temperatura ambiente.

Dimensionamiento: para lograr la extracción del almidón contenido en la yuca es importante que el área de contacto entre la yuca y el agua sea amplia; es por esta razón que el tanque se diseña con una relación entre la altura del líquido y el diámetro de 0,5. El volumen del tanque es de 1000 litros puesto que todo lo que está en este tanque pasa al reactor para la sedimentación entonces posee el mismo volumen del reactor; la función de este tanque es solamente el lavado de la yuca molida. La forma es un cilindro con fondo toriesfrico para evitar acumulación de producto presente en las zonas muertas. En esta etapa es importante aclarar que el proceso debe realizarse en dos lotes debido a que hay un mayor consumo de agua en el lavado que en la solución a reaccionar. Se debe sedimentar el

primer lote en el reactor, sacar el agua que queda se está sedimentación y agregar el otro lote.

Diámetro del Tanque: debido a que ya posee el volumen del tanque se halla el diámetro y la altura del taque así:

V T=π4∗D

r2∗h

Como se definio anteriormente la relación entre le diámetro y la altura del liquido es h/Dr= 0,5 entonces h= 0,5Dr.

Reemplazando se obtiene que

V T=0,5∗π4

∗DT 3

Despejando el diámetro

Dr=

3√ 4∗V H

0.5∗π=3√ 4∗0,07m3

0.5∗π=0.563m

La altura del líquido es h=0.5*0.57m = 0.285m

La altura total del tanque (L), se calcula tomando el volumen total del tanque y el diámetro así:

VT =π

4∗D

r 2∗L

Entonces la altura del tanque es igual a:

L=4∗V T

Dr2∗π= 4∗1.00m3

(0.57m¿¿¿2∗π )=2.233m

El volumen total del tanque

V T=Vcilindro+Vtoriesferico

V T=1.00∗Dr3=1.00∗(0.57 )3=0.185m3

Entonces el volumen del cilindro es

Vc=V T−V T 0=(1.00−0.185 )m3=0.815m3

El tanque está provisto de una malla anclada para un diámetro de 0.8382mm (malla 20), pues el molino elegido muele hasta un diámetro de partícula de 1mm; el cual es el indicado para separar el almidón de la yuca. Esta malla se encuentra a o centímetros del borde del tanque y se puede remover con facilidad para su limpieza.

Sobre le tanque es necesario instalar una tubería de agua con pequeñas perforaciones para el lavado de a yuca.

El material del tanque es en acero inoxidable con un espesor de 2mm para poder incrustar las perforaciones necesarias para colocar la malla; la malla también es en acero inoxidable.

Reactor: el volumen del reactor es un parámetro que se fija según a producción de almidón a obtener. En este caso se cuenta con el volumen del fermentador (80.000L) el cual debe estar a una concentración de almidón de máximo el 20%.teniendo en cuenta esta información y comparando la cantidad de almidón, se establece una concentración del 17% de almidón para este volumen de fermentación, esta concentración es la misma utilizada en el proceso de obtención de alcohol a partir de caña.

El volumen del reactor requerido para producir 130.700 Kg de almidón se calcula teniendo en rendimiento obtenido de 84 ton/Ha y la estequiometria de la reacción

(C6H 10O5 ) n+nH 2O →n (C6 H 10O6 )

1g dealmidon ( 1117 gde glucosa1475gde almidon )=0.757 gde glucosa

almidon cargado= 1.3070 gr dealmidon0.757 g glucosa

g gramo dealmidon caragdo

=172.655 g

De acuerdo a las condiciones definidas en la etapa experimental, la concentración de almidón en la carga del reactor es de 200g/L. de esta manera el volumen del reactor (VR) será igual a:

V R=(175.655 gde almidon200 g/ litro )=863.27 L=863 L

La cantidad de yuca necesaria para el proceso se establece de acuerdo a la cantidad de almidón requerido y el rendimiento obtenido a nivel laboratorio.

Sistema de calentamiento: para proporcionar el calor al sistema se utiliza una camisa o chaqueta de calentamiento con agua debido a que esta posee un mejor

coeficiente global de transferencia de calor, que los serpentines externos, además es de construcción simple y evita acumulación de almidone m la etapa de licuefacción como ocurriría con los serpentines internos. La transferencia de calor en este tipo de reactores está regulada por él, en término de la configuración del recipiente. El tipo de superficie de calentamiento, el tipo de agitador y a su arreglo dentro de esta, entre otros una estimación preliminar del calor que se transfiere en la chaqueta esta dad por :

Q=U∗A∗∆ T

Dónde:

U= coeficiente global de transferencia de calor estimado

A= área de transferencia de calor dada por la geometría del tanque

∆T= Gradiente de temperatura entre la mezcla de reacción y el agua de calentamiento.

El coeficiente global de transferencia de calor es estimado de acuerdo con las tablas dadas para reactores enchaquetados, en los cuales e flujo de la camisa corresponde a agua, la sustancia al interior del tanque a una solución acuosa y el material de construcción de acero inoxidable.

U=450 Jm3−K−s

En cuanto al área de transferencia es el área de un cilindro porque en donde va a estar ubicada la chaqueta entonces:

A=2∗π∗r∗L=2∗π∗0.21m∗0.73m=0,963m 2

El gradiente de temperatura s la diferencia media logarítmica entre el agua de la chaqueta y el cambio de temperatura que se desea alcanzar en la mezcla:

Temperatura de la chaqueta: 92ºC

Temperatura de la solución 17ºC

Temperatura final de la solución: 86ºC (licuefacción)

L diferencia media logarítmica de temperaturas es:

DLMT=(6 ºC−75 ºC )

ln( 6 ºC75 ºC )

=27.32ºC=300.47K

Bombas: para el acondicionamiento de la planta en necesario instalar dos bombas adicionales al proceso; la selección de estas bombas depende de las condiciones del proceso. Debido a que los caudales son pequeños (máximo 180LPM), las presiones son bajas (presión atmosférica) y no se manejan temperaturas altas (entre 17-70ºC entre los procesos, es conveniente utilizar bombas centrifugas pues se adapta a este tipo de proceso y es una de las más económicas

3.7. MANO DE OBRA

La mano de obra conforma uno de los rubros más importantes a tener en cuenta dentro de las organizaciones, debido a la influencia significativa que puede llegar a tener en un momento dado sobre los costos de un producto o un servicio, es decir, impactando de una manera positiva o negativa sobre los estados financieros de las organizaciones en variables como las utilidades, la rentabilidad y el flujo de caja libre entre otras. Es por esto que para tener en cuenta el personal a emplear en el proceso de producción de bioetanol a partir de la yuca se tendrá en cuenta las operaciones unitarias que se necesitan para llegar a este producto.

OPERACIÓNNUMERO DE PERSONAS

LAVADO 5DESCORTIZADO 3

RALLADO 4TAMIZADO 2

SEDIMENTACION 1SECADO 2

HIDROLISIS 2FERMENTACION 2

DESTILACION 2

4. RECOLECCIÓN DE DATOS ECONÓMICOS ESPECIFICOS (UN PRODUCTO)

Costo de materia prima

Nombre del Insumo

Unidad de Medida

Cantidad necesaria para una Unidad

Costo Unitario del

Insumo Costo Total

YUCA kg 1,647 13,078 $ 21,54

Costo de equipos

Maquinaria y Equipo Cantidad Valor Total $equipo lavador pelador de yuca

1 980000$ 980.000,00

Molino 1 2389999 $ 2.389.999,00 Tanque lavador 1 14500000 $ 14.500.000,00 tubería en hacer inoxidable 20,1 33500 $ 673.350,00 codos de 90º en acero inoxidable

16 7500$ 120.000,00

válvulas 6 52500 $ 315.000,00

Servicios adicionales

Servicio de Agua y Alcantarillado 10.485.432,00

Servicio de Gas 4.305.280,00

Servicio de Energía 10.700.000,00

Servicio de Internet 1.350.000,00

Servicio de Telefonía Fija 450.650,00

Impuestos 4.760.000,00

Papelería 1.740.000,00

TOTAL 33.791.362,00

Mano de obra

NÚMERO

CARGOS A

PROVEER

IDENTIFICACIÓN DEL CARGO

SALARIO BÁSICO

MENSUAL

PRESTACIONES SOCIALES

SUBSIDIO TRANSPOR

TE

TOTAL MENSUAL

5Lavado

$ 616.000,00 $ 320.320,00 $ 360.000,00 $ 3.760.320,00

3Cotizado

$ 616.000,00 $ 320.320,00 $ 216.000,00 $ 2.384.320,00

4rallado

$ 600.000,00 $ 312.000,00 $ 288.000,00 $ 3.000.000,00

2tamizado

$ 616.000,00 $ 320.320,00 $ 144.000,00 $ 1.696.320,00

1sedimentación

$ 680.000,00 $ 353.600,00 $ 72.000,00 $ 1.105.600,00

2secado

$ 590.000,00 $ 306.800,00 $ 144.000,00 $ 1.630.800,00

2hidrolisis

$ 1.500.000,

00 $ 780.000,00 $ 0,00 $ 3.780.000,00

2fomentación

$ 1.500.000,

00 $ 780.000,00 $ 0,00 $ 3.780.000,00

2destilación

$ 1.500.000,

00 $ 780.000,00 $ 0,00 $ 3.780.000,00

4.2. Utilidades

Evaluamos el presupuesto de ventas de bioetanol a partir de la yuca en cinco años

DESCRIPCIÓN AÑO1 AÑO2 AÑO3 AÑO4 AÑO5 TOTALBioetanol a

partir de yuca3600000 3888000 4257360 4683096 10349642 26.778.098

TOTAL UNIDADES

3.600.000 3.888.000 4.257.360 4.683.096 10.349.642 26.778.098

PRECIO DE VENTA

UNITARIO40.560 59.867 69.325 73.346 76.134

TOTAL EN PESOS

146.016.000.000

232.761.185.280

295.143.510.547

343.488.017.574

787.954.642.555

1.805.363.355.957

También encontramos las pérdidas y ganancias estimadas en un periodo de cinco años

DESCRIPCIÓN AÑO1 AÑO2 AÑO3 AÑO4 AÑO5

VENTAS146.016.000.000,

00232.761.185.280,

00295.143.510.546,

89343.488.017.574,

47787.954.642.555,

49COSTO DE

VENTAS 7.054.334.803,98 7.194.684.167,40 7.381.302.609,98 7.587.134.878,01 7.861.654.784,24UTILIDAD BRUTA EN

VENTAS138.961.665.196,

02225.566.501.112,

60287.762.207.936,

92335.900.882.696,

46780.092.987.771,

25GASTOS DE

ADMINISTRACIÓN 148.749.866,67 154.364.618,67 159.994.671,90 163.521.652,79 169.365.774,15

GASTOS DE VENTAS 36.400.000,00 36.988.960,00 37.602.008,46 38.240.130,61 38.904.351,95

UTILIDAD O PERDIDA

OPERACIONAL138.776.515.329,

36225.375.147.533,

93287.564.611.256,

56335.699.120.913,

06779.884.717.645,

15IMPUESTO DE

RENTA41.632.954.598,8

167.612.544.260,1

886.269.383.376,9

7100.709.736.273,

92233.965.415.293,

55

UTILIDAD O PERDIDA DEL

PERIODO97.143.560.730,5

5157.762.603.273,

75201.295.227.879,

59234.989.384.639,

14545.919.302.351,

60

4.3. Mercados y Competencia

La escogencia de una u otra materia prima está determinada por las diferencias competitivas de cada región y por las características de cada cultivo. En la siguiente tabla se muestra los rendimientos de diferentes materias primas en la producción de biocombustibles.

También podemos ver en cuanto a Colombia que para la producción de biocombustibles se ve más reflejado respecto a la caña de azúcar como podemos ver en la siguiente tabla, esto quiere decir que la producción de bioetanol a partir de yuca todavía no ha tenido un auge en Colombia siendo importante para nuestra empresa ya que la competencia no es alta en cuanto al emplear un materia prima coma la yuca.

Pero por otro lado la yuca como materia prima para producción de etanol es importante en el país, en la siguiente tabla se muestra las metas de área de cultivo y producción de bioetanol en Colombia.

La siguiente tabla podemos ver una perspectiva general de las principales materias primas para la producción de biocombustibles en Colombia.

También en esta siguiente grafica se muestra una comparación de la producción de biocombustibles que está dada básicamente por el etanol y el biodiesel, esta es una producción mundial desde el año 1991 al 2003.

Esa otra grafica representa la producción mundial de alcohol para diferentes usos.

Y por último este oro siguiente grafico representa la producción de etanol en su comportamiento mundial y los principales actores que participan en la producción de bioetanol.

Proyección de la demanda de bioetanol

Se muestra el consumo proyectado de bioetanol con el supuesto de la mezcla del 10% en volumen de gasolina, en el siguiente grafico se muestras las demandas proyectadas, los volúmenes están expresados en millones de litros por mes.

5. Tablas de Equipos de Procesos

5.1. Procesamiento de Yuca para la producción de Almidón

Lavado: se realiza para eliminar la tierra e impurezas adheridas a la cascarilla de las raíces de yuca, se utiliza un lavador pelador cilíndrico. Donde las raíces de yuca reciben chorros de agua mientras se fricciona unas con otras. La lámina tiene agujeros rectangulares que permiten la salida de desechos del interior del tambor. El flujo de agua ayuda desprender las impurezas y la cascarilla de las raíces.

La capacidad de una lavadora peladora depende de su tipo de 1000Kg/h y su consumo d agua es de menos de 100lt por cada 100gKg de raíces. El tiempo empleado en cada tanda es de 10 minutos.

Rallado: en este proceso se liberan los gránulos de almidón contenidos en las células de la raíz se realiza con un rallador es un cilindro que va montad en un eje de hierro la velocidad de rotación del cilindro varia de 1200ª 1300 rpm.

Tamizado: es la operación más lenta de todo el proceso de extracción del almidón en esta operación sale un subproducto que el conocido como afrecho, esta operación se realiza en una coladora mecánica para colocar o tamizar la

masa de yuca rallada.

Sedimentación: cuando la lechada de la yuca rallada sale de la coladora, contiene almidón fibra fina y materia proteico en suspensión, esta lechada es conducida a tanques o a canales donde se llaca a cabo la sedimentación del almidón.

Hidrolisis

Fermentación

Destilación

En el caso de la unidad de destilación se trata de una planta destiladora modificada con baño María (1). Esta unidad está compuesta por balón de destilación (2), columna de destilación de platos con deflegmador (3), condensador (4), resistencia calefactora (5) así como toda la grifería necesaria para el funcionamiento y está completamente entubada. Las denominaciones T1–T10 indican la posición de cada una de las sondas pirométricas dentro de la planta.

6. Comercialización

6.1. la producción de etanol en Colombia es de 1.200.000 litros por día en seis refinerías – cinco (5) en el valle del río Cauca con caña de azúcar y una (1) en el departamento del

Meta con yuca amarga -, con lo cual es posible reemplazar 8,5% de las gasolinas que se consumen en el país. Igualmente, con la producción de aproximadamente 10.000 barriles diarios de biodiésel en seis (6) refinerías – tres (3) en la costa Caribe, una (1) en Barrancabermeja, una (1) en Cundinamarca y una (1) en el departamento del Meta - es posible sustituir el 9% del diésel consumido, principalmente, en el sistema de transporte pesado de carga y pasajeros, como de quipos industriales.En el 2020, la meta es alcanzar mezclas de etanol-gasolina y biodiésel-diésel, del 20%

6.2. Transporte

El caso del etanol, la norma indica que solamente los distribuidores mayoristas pueden transportar por carro tanque el etanol carburante desnaturalizado con dos por ciento en volumen de gasolina, E98, desde las plantas productoras hasta sus estaciones de almacenamiento.

Los mayoristas son los únicos autorizados para  hacer las mezclas en los porcentajes establecidos por las normas, por tanto, responsables de la calidad de los combustibles que llegan a las estaciones de servicio, EDS, para su venta a los consumidores.

6.3. Restricciones Legales

La ley determina que el Ministerio de Minas y Energía es el ente regulador del sector y es el que fija los porcentajes de mezcla, el precio de los biocombustibles según fórmulas precisas ya establecidas por Resolución, que tienen en cuenta el costo de la materia prima, los insumos y recursos utilizados para producirlos. Además, el Ministerio de Agricultura y Desarrollo Rural, encabeza la Comisión Intersectorial de Biocombustibles, establecida por el Documento CONPES 3510 de 2008, para el desarrollo sostenible del sector.

El Gobierno Nacional ha dispuesto que la Comisión de Regulación de Energía y Gas, CREG, sea la encargada de la fijación de los precios de los biocombustibles, a partir del año 2012. La CREG, es una entidad adscrita al Ministerio de Minas y Energía, que actualmente tiene la misión de “regular los servicios públicos de energía eléctrica y gas combustible de manera técnica, independiente y transparente”.

7. LOCALIZACION, CONSTRUCCIÓN Y FUNCIONAMIENTO DE LA PLANTA

7.1. Distribución de la planta de proceso

En la siguiente imagen se observa de manera más detallada el área de la distribución de la planta y oficinas: Se encuentra:

Un casino Un baño y zona de vestuario para los empleados de planta

Área de recepción e materia prima y equipos

ANALISIS DE RIESGOS

La siguiente tabla nos muestra los posibles riesgos que se pueden presentar en la producción de bioetanol, principalmente en el proceso de fermentación.

También podemos ver que el bioetanol como producto final puede presentar riesgo en la producción, en la planta y para los mismos operarios.

Por ser un producto inflamable, los vapores pueden llegar a un punto de ignición, prenderse y

transportar el fuego hacia el material que los originó. Los vapores pueden explotar si se prenden en un área cerrada y pueden generar mezclas explosivas e inflamables con el aire a temperatura ambiente.

Los productos de descomposición son monóxido y dióxido de carbono.