EXTRACCIÓN DE GRASA POR FUSIÓN

PREPARACION Y EVALUACIÓN DE PROYECTOS DE INVERSIONQMC 411 CARRERA DE QUÍMICA UATF

PROYECTO OBTENCION JABONLic. RENÁN SORUCO S.

OPERACIÓN UNITARIAEXTRACCIÓN DE GRASA POR FUSIÓN

FUNDAMENTO TEORICO

Consiste en tratar el tejido graso o sebo en recipientes que se calientan entre 50 a 80 ºC. La grasa de los tejidos funde y sube a la superficie del recipiente mientras que en el fondo quedan los residuos formados por los restos del tejido del que se ha extraído la grasa.

Se fundamenta en la extracción de la grasa acumulada en el tejido graso del animal, por efecto del calor la grasa se funde obteniendo el aceite.

Características y formas de la obtención de grasas por fusión.

Los métodos usados para la extracción de grasa son:

Fusión con vapor Fusión seca

Fusión con vapor

Las materias primas se ponen en un tanque cilíndrico de acero construido para resistir presión. Todos los orificios del tanque se cierran, salvo un pequeño respiradero. Luego se inyecta vapor a presión. La cocción se hace en contacto directo con el vapor a presiones de 2.8-4.2 Kg/cm 2 el tiempo necesario para la fusión varía entre 3 y 6 horas.

Cuando se corta la entrada del vapor, se hace bajar gradualmente la presión y se deja en reposo la grasa durante varias horas. Se forma así tres capas; tejido carnoso en el fondo, agua en el medio y grasa en la parte superior. Luego se saca la manteca y se lleva a un depósito en el cual se elimina la pequeña cantidad de agua que contiene la manteca calentando con un serpentín o una camisa de vapor.

Fusión seca

Los tejidos grasos se ponen en un recipiente cilíndrico horizontal provisto de camisa de vapor y equipado con brazos rotativos para agitar el material. La humedad de los tejidos es expulsada por un respiradero o se extrae aplicando vacío o condensándola. Después que se ha cosido el material, se saca y se lleva a un depósito que tiene un falso fondo perforado. La grasa extraída pasa a través del falso fondo mientras que los chicharrones quedan detenidos sobre el mismo.

PROCEDIMIENTO

La extracción de grasa se realiza por calentamiento directo o por calentamiento indirecto, en el primero la grasa es fundida por contacto directo del recipiente que contiene la grasa en una estufa eléctrica o a gas, el calentamiento indirecto consiste en usar un baño maría en el cual el calentamiento es controlado por la temperatura de ebullición del agua.

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Calentamiento directo

La grasa o sebo es reducida a trozos de 1 cm. Se colocan 2000 gramos de grasa en una cápsula de porcelana y se someten a

calentamiento directo Se utiliza un sistema de calentamiento consistente en una estufa eléctrica o un termostato y

se trabaja a una temperatura mayor a 80°C. Se procede a fundir toda la grasa teniendo precaución que no se queme. Se separan las partes que se van fundiendo y pasándolas por un filtro o colador, hasta

haber agotado la extracción. Tomar un vaso de precipitación previamente pesado para colocar la grasa obtenida La manteca separada se deja enfriar a temperatura ambiente para permitir su solidificación,

procediendo luego a pesarla y guardarla en recipiente hermético para su posterior utilización.

La grasa extraída debe ser guardada en condiciones de refrigeración, entre 6 a 8 °C.

Purificación de la grasa extraída

Examinando a simple vista los productos obtenidos, no deben presentar ningún tipo de restos de los tejidos asociados a la grasa. Con la finalidad de asegurar la obtención de la grasa en las mejores condiciones de pureza, se procede a ensayar un método de purificación, el mismo que consiste de las siguientes etapas:

Lavado de la manteca Se toma la grasa extraída y se les adiciona un volumen de agua destilada hirviente,

equivalente al volumen de la grasa. Se agita por unos segundos y se deja enfriar hasta que la grasa extraída se solidifique, Se separa la fase acuosa y se lleva la grasa a una estufa de vacío, aproximadamente a 40 °C

por seis horas, a fin de eliminar el exceso de agua. El objetivo de ese lavado, es eliminar posibles restos de materia hidrosoluble presente en la

manteca, operación que se aplica a toda la grasa obtenida.

RESULTADOS El informe de la practica debe incluir los siguientes aspectos:

1. Diagrama de bloques del procedimiento 2. Identificar las operaciones unitarias que se realizan en todo el proceso.3. Registrar el tiempo que lleva cumplir cada operación unitaria.4. Registrar la Temperatura vs. Tiempo durante el proceso de extracción a intervalos de 30

segundos. 5. Realizar un balance de masa6. Calcular el rendimiento de extracción de grasa. 7. Realizar un balance de energía 8. Determinar la cantidad de energía eléctrica o gas consumida durante el proceso9. Medir el volumen ocupados por la grasa o cebo antes de la extracción10. Medir el volumen ocupado por la grasa extraída.

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DETERMINACIÓN DEL CALOR LATENTE DE FUSIÓN DE PRODUCTOS GRASOS

1. OBJETIVOS

Comprender y aplicar los fundamentos de la calorimetría. Construir y calibrar un calorímetro adiabático. Determinar el calor latente de fusión de productos grasos.

2. FUNDAMENTO TEÓRICO

Cuando una cantidad determinada de una sustancia está en el proceso de cambio de estado (sólido a líquido, líquido a vapor, sólido a vapor), ocurre una absorción de calor sin que ocurra un cambio en la temperatura. La cantidad de calor absorbido en el cambio de sólido a líquido se denomina calor de fusión; si ocurre el cambio en la dirección contraria, es decir de líquido a sólido, se obtiene el calor de solidificación. Como se trata de la misma sustancia, estos tienen el mismo valor; y este valor depende de la cantidad de sustancia, m y de una propiedad llamada calor latente de transformación, (fusión, vaporización, etc.), L:

Q = mL

El calor latente de transformación, es la cantidad de calor absorbido o cedido por un gramo de sustancia durante un cambio de estado. Esta propiedad puede determinarse empleando el calorímetro adiabático construido, en un proceso a presión constante. En la presente práctica, se determinarán los calores latentes de fusión de productos grasos extraídos a partir del sebo vacuno.

Para esta práctica inicialmente se determinara la capacidad calorífica, K, del calorímetro utilizado.

El calorímetro

El calorímetro adiabático es en un recipiente construido de tal manera que su interior quede aislado térmicamente del ambiente.

Un termo o vaso Dewar es un calorímetro adiabático. Consiste en una botella de vidrio de doble pared, entre las que se ha hecho vacío para disminuir la transmisión de calor por conducción y convección. La pared interna está plateada para disminuir las pérdidas por radiación. Complementan el dispositivo una tapa aislante, un termómetro y un agitador. (Fig. 1 a).El módulo anteriormente descrito puede ser reemplazado por dos o tres vasos de plastoformo de unos 200-500 mL, colocados uno dentro del otro y soportados por un vaso de precipitados (Fig. 1 b)

(1 a) (1 b)

Figura 1 – Ejemplos esquemáticos de calorímetros sencillos

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Al efectuar la fusión, no toda la energía se emplea para elevar la temperatura de la grasa, sino que una parte es absorbida por las paredes y los demás elementos del calorímetro. Debido al fenómeno anterior, se debe efectuar una calibración previa para determinar la cantidad de calor absorbida por el calorímetro y emplear este valor para corregir las determinaciones que se realicen en él.

3. EQUIPOS, MATERIALES Y REACTIVOS

3.1 Equipos

• Calorímetro adiabático• Balanza analítica con precisión de pesada de 1 mg o 0,1 mg• Plancha de calentamiento o mechero Bunsen• Nevera o congelador• Termómetros hasta 110 °C con precisión de 0,5 °C.• Alambre de agitación o agitador mecánico de agitación suave• Cronómetros

3.2 Materiales

• Vasos de precipitado de 600, 250 y 100 mL• Probetas de 250, 100 y 50 mL• Vidrios de reloj o recipientes pesa sustancias de metal• Espátulas o cucharas de tamaño pequeño• Soporte universal, pinzas y nueces• Guantes desechables de látex• Guantes de carnaza u otros termorresistentes

3.4 Reactivos

• Agua destilada• Grasa extraída

4. PROCEDIMIENTO

Al realizar las prácticas de laboratorio, se deben observar en todo momento las normas mínimas de seguridad para evitar accidentes tales como golpes, cortaduras o quemaduras. De igual manera se deben manipular con precaución los equipos y elementos empleados.

4.1 Calibración del calorímetro

• Prepare el calorímetro de tal manera que el extremo del agitador y del termómetro queden a unos dos centímetros del fondo.

• Adicione 50 o 100 mL de agua1 a temperatura ambiente. Tape y permita que ocurra el equilibrio térmico. Registre la temperatura inicial y el volumen exacto de agua.

• Caliente una porción de agua hasta una temperatura cercana a 40 °C. Registre el valor exacto de la temperatura y adicione 50 o 100 mL de esta agua al calorímetro, tapando rápidamente para evitar la pérdida de calor. Registre el volumen exacto de agua adicionada.

• Agite y lea la temperatura cada 10-15 segundos, durante 5 minutos.• Continúe leyendo la temperatura en función del tiempo hasta que esta alcance un valor

constante o presente un descenso regular durante 5 minutos.• Destape el calorímetro, retire el agua y seque perfectamente todas las partes.• Repita el procedimiento anterior una vez más para obtener una réplica de los datos.

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• Calcule la capacidad calorífica del calorímetro, tal como se indica en el numeral 5.1.

4.2 Determinación del calor latente de fusión de grasa

• Prepare el calorímetro de tal manera que el extremo del agitador y del termómetro queden a unos dos cm del fondo.

• Adicione 50 o 100 mL de agua a temperatura ambiente. Tape y permita que ocurra el equilibrio térmico. Registre la temperatura inicial y el volumen exacto agua adicionada.

• Pese alrededor de 20 g7 del producto seleccionado (sebo vacuno), en un recipiente de vidrio o metal previamente pesado. Registre los pesos del recipiente vacío y del producto.

• Funda completamente el producto pesado, calentando suavemente. Retire de la fuente de calor y permita que enfríe.

• Cuando note que el producto comienza a solidificar, adiciónelo rápidamente al calorímetro y coloque nuevamente la tapa. Reserve el recipiente con el residuo del producto.

• Agite continuamente y lea la temperatura cada 10 - 15 segundos, durante 5 minutos.• Continúe leyendo la temperatura en función del tiempo hasta que esta alcance un valor

constante o presente un comportamiento regular durante 5 minutos.• Destape el calorímetro, retire la mezcla, lave y seque perfectamente todas las partes.• Pese el recipiente con los residuos del producto para determinar el peso exacto que se

adicionó al calorímetro.• Repita el procedimiento anterior una vez más para obtener una réplica de los datos.• Calcule el calor latente de fusión del producto seleccionado, tal como se indica en 5.2

5. CÁLCULOS

5.1 Cálculo de la capacidad calorífica del calorímetro

Con la medida de la variación de la temperatura del agua, es posible calcular el calor que ésta ha cedido. Dado que el sistema es adiabático, el calor cedido por el agua, Q1 , es igual al calor tomado por el calorímetro1, Q2 .

El calor cedido por el agua, −Q1 (El signo indica pérdida de energía), es:

−Q1 = mc(TF −TI ) ;

donde,

m es la masa total de agua adicionada al calorímetro.c es el calor específico del agua 1 cal/g°C = 4.184 J/g°C TI es la temperatura del agua calentada, al momento de adicionarla al calorímetro.TF es la temperatura final del agua en el calorímetro = Temperatura del sistema.

Por otra parte, el calor absorbido por el calorímetro, + Q2 (el signo indica ganancia de energía), es:

+Q2 =+K (TF −T0);

donde,

K es la capacidad calorífica o equivalente en agua, del calorímetro.

1 El sistema no es perfectamente adiabático, así que pueden presentarse algunas pérdidas de energía; sin embargo para los efectos de la práctica estas no se consideran significativas.

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T0 es la temperatura inicial del calorímetro mas el agua a temperatura ambiente.TF es la temperatura final del agua en el calorímetro = Temperatura del sistema.

Como se dijo antes, −Q1 = +Q2 , entonces:

−mc (TF − TI ) = +K (TF −T0),

despejando K, entonces:

K = mc ( T I − T F )

(TF −T0)

5.2 Calculo del calor latente de fusión

Calcule el calor latente de fusión de los productos trabajados de acuerdo con las siguientes ecuaciones:

K (TF −T0 )+ magua C(TF −T0 )+ mp L = 0

Despejando L, se obtiene:

L = (K + m agua C)* ( T F − T 0 ) mp

donde,

magua es la masa de agua adicionada al calorímetro.mp es la masa total de producto adicionada al sistema calorimétrico.C es el calor específico del agua 1 cal/ g°C = 4.184 J/g°CT0 es la temperatura del agua adicionada al calorímetro, inmediatamente antes de la adición del producto.TF es la temperatura final de la mezcla en el sistema calorimétrico.K es la capacidad calorífica o equivalente en agua, del calorímetro.L es el calor latente de fusión del producto.

6. RESULTADOS Y DISCUSIÓN DE RESULTADOS

• Calcule la capacidad calorífica del calorímetro• Calcule el calor latente de la grasa extraída• Compare los valores obtenidos para el calor latente de fusión del sebo vacuno contra el

valor dado por la literatura. Si encontró diferencias, analice y discuta las posibles causas.• Con el calor latente encontrado realice el balance de energía requerido para la operación

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