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UNI VERSIDAD NACIONAL

ABI ERTA Y A DISTANCIA

358081BALANCE MSICO Y ENERGTICO DE PROBLEMAS AMBIENTALES

GUA DE ACTIVIDADES APRENDIZAJE BASADO EN PROBLEMAS

Respetados estudiantes. Esta actividad corresponde al desarrollo de un trabajocolaborativo basado en un proyecto a partir de las temticas tratadas en las primerasunidades del curso. Usted debe enviar a travs de la plataforma en el entorno deevaluacin y seguimiento el documento de desarrollo de este trabajo, de acuerdo con lasrecomendaciones dadas para la resolucin de esta actividad. Muchos xitos!

Objetivos:

1. Evaluar la capacidad del estudiante para trabajar en equipo y consolidar aportesindividuales en un solo trabajo colaborativo grupal .

2. Evaluar la aplicacin de los conocimientos adquiridos por el estudiante en las primerasunidades del curso, frente a una posible situacin que se pueda presentar en sudesempeo laboral.

Esta actividad es de carcter colaborativa, bajo ninguna circunstancia se recibentrabajos individuales, si no puede ingresar a la plataforma en un tiempo prolongado porcualquier razn, debe avisarlo con tiempo a sus compaeros, como ver en la rbrica deevaluacin, el entregar ms de un trabajo colaborativo por grupo se penaliza en lanota. La estrategia de aplicacin es aprendizaje basado en problemas. sta estrategia fueescogida, con el propsito de acercar al estudiante a situaciones reales de la industria, deforma que podr relacionar directamente la situacin con lo aprendido en el curso.

Planteamiento del problema de ingeniera

En las lagunas de una planta de tratamiento de aguas residuales, el exceso de nitrgeno yfosforo en el agua, hace que crezca una maleza compuesta por algas, esta maleza esperjudicial porque restringe el paso de la luz solar necesario para la fotosntesis, ademsde impedir el intercambio de CO2 y oxgeno, por lo cual debe ser removida y se definecomo un residuo del proceso de tratamiento de aguas residuales.Su grupo colaborativo es un consorcio contratado para aprovechar esta maleza en laobtencin de algn producto de valor, el Ingeniero jefe (tutor del grupo), proponeaprovechar la maleza hmeda y transformarla en un biocombustible (biodiesel), para locual el consorcio debe disear un proceso de produccin de biodiesel a partir de la

maleza, con el fin de cumplir el objetivo, el ingeniero jefe le plantea a los ingenieros deapoyo (grupo colaborativo) las siguientes actividades:

Actividades:

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UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA UNAD

Escuela de Ciencias Agrcolas, Pecuarias y del Ambiente

358081Balance msico y energtico de problemas ambientales.

FASE I: Balance de masa.

1. De acuerdo con la Tabla 1, el estudiante debe seleccionar un proceso de obtencin delbiodiesel a partir de maleza hmeda, se debe seleccionar una tecnologa por cada

etapa de la siguiente manera: la tecnologa seleccionada en cada etapa debecorresponder al nmero de Cedula de ciudadana o carnet UNAD de uno de losestudiantes del grupo colaborativo, siendo el ltimo dgito de su nmero deidentificacin, el que determina la tecnologa de la etapa 5, el penltimo, el de la etapa4 y as sucesivamente, en caso de que algn dgito sea cero (0), puede seleccionarcualquier tecnologa de esa etapa.

Tabla 1. Tecnologas disponibles por etapa para la obtencin de biodiesel de malezaPTAR.

Ejemplo 1: Mi nmero de cdula es 37.838.610, como el ltimo dgito es cero, en la etapa5 selecciono cualquier tecnologa, como el penltimo dgito es uno, en la etapa 4selecciono la tecnologa 1(transesterificacin metanol-acido), como el antepenultimo dgitoes seis, en la etapa 3 selecciono la tecnologa 6(lavado), como el trasantepenultimo dgito

Etapa 0. Materia

PrimaEtapa 1. Secado

Etapa 2. Extraccin

de aceite

Etapa 3.

Purificacin de

aceite

Etapa 4.

Transformacin de

aceite

Etapa 5.

Purificacin de

biodiesel

1.1 Secado al sol 2.1 ExtraccinSoxhlet con hexano

3.1 Tamicesmoleculares

4.1

Transesterificacin

metanol-acido

5.1 Destilacincomun

1.2 Secado por

microondas

2.2 Extraccin Bligh-

Dyer con Metanol-

Cloroformo

3.2 Destilacin

reactiva

4.2

Transesterificacin

metanol-base

5.2 Destilacin

reactiva

1.3 Secado por

centrifugacin

2.3 Extraccin

enzimatica con

celulasa

3.3 Absorcin

4.3

Transesterificacion

enzimatica

5.3 Tamices

moleculares

1.4 Secado en

horno convectivo

2.4 Extraccin

supercritica con

CO2

3.4 Destilacin

comun

4.4

Transesterificacin

heterogenea

5.4 Lavado

Maleza de PTAR1.5 Secado en

tambor rotatorio

2.5 Extraccin

multifuncional con

metanol-H2SO4

3.5 Adsorcin4.5 Esterifi cacin/

Transesterificacin

5.5

Decantacin

1.6 Secado en

membrana de

refractancia

2.6 Secrecin

directa de aceite3.6 Lavado

4.6

Hidrotratamiento5.6 Tricanter

1.7 Secado en

prensa caliente

2.7 Extraccin

asistida por

ultrasonido

3.7

Decantacin

4.7 Cracking/

oligomerizacin

5.7

Cromatografa

1.8 Secado "Spray

Drying"

2.8 Extraccin in-

situ con

ciclohexano

3.8

Cromatografa

4.8

transesterificacion

etanol-base

5.8 Adsorcin

1.9 Secado por

liofilizacin

2.9 Extraccin batch

con hexano3.9 Tricanter

4.9

Transesterificacin

etanol-acido

5.9 Absorcin

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es ocho, en la etapa 2 selecciono la tecnologa 8 (extraccin in-situ con ciclohexano),finalmente como el dgito anterior al transantepenultimo es tres, en la primera etapaselecciono la tecnologa 3 (secado por centrifugacin). Despues de lo cual, mi procesopara obtener biodiesel a partir de la maleza de la PTAR quedara de la siguiente manera:

2. Descargar la versin de prueba del software Edraw Max. Por favor descrguelonicamente de la pgina web http://www.edrawsoft.com/. Una vez instalado el

programa, proceda a dibujar su proceso con los equipos disponibles en la librera delsoftware, por favor tenga en cuenta las entradas y salidas del proceso, nombre cadatecnologa seleccionada en el diagrama del proceso, as como las corrientes de entraday salida de cada equipo. Puede ser creativo en su diagrama de proceso, cambiarcolores, tamao y forma de los equipos, color y grosor de las flechas, color, tamao ytipo de letra etc.

Ejemplo 2: Siguiendo el ejemplo anterior, con las tecnologas seleccionadas, y segnesta gua, el diagrama del proceso en Edraw Max quedara as:

nota: la presencia de residuos y/o impurezas en las corrientes del proceso dependende la eficiencia de cada tecnologa seleccionada, si una tecnologa es 100% eficiente, lacorriente de salida no tiene residuos del componente que desea separar y no sernnombrados en la corriente de salida (ver Anexo 1).

Etapa 0. Materia


Etapa 2. Extraccin

de aceite

Etapa 3.

Purificacin de

aceite

Etapa 4.

Transformacin de

aceite

Etapa 5.

Purificacin de

biodiesel

Maleza de PTAR1.3 Secado por

centrifugacin

2.8 Extraccin in-

situ con

ciclohexano

3.6 Lavado

4.1

Transesterificacin

metanol-acido

Cualquiera de

la etapa 5.

Ultimos 5 digitos

de mi cedula3 8 6 1 0
http://www.edrawsoft.com/http://www.edrawsoft.com/http://www.edrawsoft.com/

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3. Hacer los clculos del balance de masa de cada etapa del proceso, especificando lacomposicin msica de cada corriente y teniendo en cuenta lo que entra, sale yreacciona, as como la eficiencia de la etapa. Las sustancias adicionales as como laseficiencias dependen de cada tecnologa y se listan en el Anexo 1, las consideraciones

especiales que debe hacer a su proceso para facilitar los clculos son las siguientes: El flujo de entrada de maleza hmeda al proceso es el nmero de su grupo

colaborativo multiplicado por 100 (kg/hora). El porcentaje de humedad de la maleza al entrar al de secado es de 90%.

El porcentaje de aceite dentro de la maleza (despus de secarla) es el nmero desu grupo colaborativo (%).

En el secado solo se evapora agua (por la corriente de salida de agua no sale niaceite, ni maleza).

Todo el adicional que ingresa a la extraccin, sale en la corriente de aceite (no hayadicional en la corriente de maleza desgrasada).

Todo el adicional usado en purificar aceite, sale en la corriente de residuos. El adicional ingresado para la transformacin del aceite en biodiesel se consume

en el mismo porcentaje que la eficiencia de la tecnologa. En la reaccin de produccin de biodiesel, ignore los subproductos obtenidos

mediante las diferentes reacciones (glicerina, agua, C20+, etc.). Todo el adicional que ingresa a la purificacin de biodiesel, sale en la corriente de

residuos.El flujo de entrada de las sustancias adicionales necesarias en cada tecnologa tambinse muestra en el Anexo 1.

Ejemplo: Siguiendo el ejemplo anterior donde se seleccionaron ya las diferentes

tecnologas y de acuerdo al Anexo 1, y suponiendo que mi nmero de grupocolaborativo es 66,las corrientes msicas de mi proceso quedaran as: Entrada de maleza hmeda al secador = 66*100 =6600 kg/hora

Masa de agua que entra al secador = 90%*6600 =5940 kg/hora Porcentaje de aceite en la maleza (despus de secarla) = 66 % Todo el ciclohexanoque ingresa a la extraccin, sale en la corriente de aceite

(no hay ciclohexanoen la corriente de maleza desgrasada).

Todo el emulsificante que ingresa a la purificacin de aceite, sale en lacorriente de residuos.

El Metanol-acido ingresado para la transformacin del aceite en biodiesel se

consume en un 90%. Como eleg para la quinta etapa destilacin comn y esta no requiere ningun

adicional, la salida de adicional en los residuos es cero.

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4. Llenar la tabla de resultadosdel balance de materia del proceso que se presenta acontinuacin:

Nota. Todas las corrientes que entran o salen de cada equipo deben ser listadas en la

tabla de resultados y dentro de cada corriente, todos los componentes que contengadicha corriente deben ser listados, si es necesario, puede agregar ms celdas a la tabla.En el Anexo 2. Se muestra un ejemplode la tabla de resultados totalmente diligenciadacon los clculos del balance de materia para el proceso seleccionado como ejemplo.

5. Presentar el anlisis de los resultados obtenidos, estos deben ser de su autora,aunque puede soportar sus argumentos con documentos de fuentes externas, siemprey cuando estas sean debidamente referenciadas (como aprendi a hacerlo durante el

Etapa 0. Materia


Etapa 2. Extraccin

de aceite

Etapa 3.

Purificacin de

aceite

Etapa 4.

Transformacin de

aceite

Etapa 5.

Purificacin de

biodiesel

Maleza de PTAR

Ultimos 5 dgitos

del documento

EtapaNombre de la

corriente

Componente de la

corriente

Flujo msico del

componente

(Kg/hora)

% del total

Flujo total de la

corriente

(Kg/hora)

3. Purificacin de

aceite

4. Transformacin

del aceite

5. Purificacin de

biodiesel

1. Secado

Nombre integrante seleccionado:

Numero de documento del integrante seleccionado:

2. Balance de materia por etapa

2. Extraccin de

aceite

Tabla de resultados de balance de materia del grupo colaborativo #

1. Tecnologas seleccionadas

Tecnologa EficienciaEntradas

adicionalesMasa de adicionales

(kg/hora)

1.3 100% Ninguna 0

2.8 60% Ciclohexano 66*20 = 1320

3.6 100% Emulsificante 66*26 =1716

4.190% base

aceiteMetanol-Acido 66*4 = 264

5.1 100% Ninguna 0

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desarrollo de la actividad 2 de este curso) y NO presente copia literal de frases deotros documentos.

Recomendaciones para la elaboracin del ejercicio:

-La recomendacin ms importantees leer todas las indicaciones consignadas en lagua las veces que sea necesario , entender las intencionalidades de la misma y luego s,planear el trabajo y empezar a desarrollarlo.

- Revisar y leer detalladamente la Rbrica de Evaluacin para ir monitoreando el trabajo.Utilizar la rbrica como una lista de chequeo para asegurar que se han consideradotodos los tems solicitados, antes de entregar el producto final.

- Revisar las fechas para la terminacin y entrega de la actividad, de manera que puedaplanear adecuadamente su tiempo y cumplir oportunamente con las actividadessolicitadas.

- Teniendo claras las fechas de terminacin de cada actividad, hacer la respectiva entregade forma oportuna, no dejar para ltima hora, la actividad estar abierta por variassemanas. Solo se reciben los trabajos en el espacio indicado para la entrega en el entornode evaluacin y seguimiento. Trabajos entregados en foro no se tendrn en cuentapara calificacin

- Como estudiante usted puede utilizar el foro para interactuar con sus compaeros, esdecir, para resolver preguntas, para presentar su trabajo y recibir comentarios, paracompartir archivos o links de inters, entre otras cuestiones. Tenga en cuenta que lasintervenciones deben darse dentro de un lenguaje de cordialidad, entre compaeros deestudio.

- El trabajo debe ser UNO SOLOy de carcter grupal, el trabajo debe contener la siguienteestructura:

Portada (1 pgina) Descripcin del diagrama del proceso (media pgina) Diagramas de flujo detallados del proceso en Edraw Max (media pgina)

Tabla de resultados del balance de materia del proceso (1 pgina) Anlisis de resultados (media pgina) Bibliografa (media pgina) El grupo debe entregar un archivo en Excel donde se evidencien todos los

clculos desarrollados

Esto quiere decir que la extensin mxima del trabajo de acuerdo con el nmero deintegrantes del grupo, ser de cuatro (4) pginas.

- El trabajo debe ser de su autora, por lo que no debe contener copias textuales de otrosdocumentos. En caso de consultar otras fuentes (libros, artculos o pginas de Internet), debe

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hacer la respectiva cita bibliogrfica segn las normas APA, que puede encontrar en elsiguiente [enlace].

- En caso de consultar pginas en Internet, por favor ingrese a pginas que tenganreconocimiento acadmico (centros investigativos, revistas especializadas, pginas deentidades oficiales, universidades, entre otros). NO consulte pginas como el rincn del vago,buenas tareas, wikipedia, entre otras.

- El formato del trabajo es el siguiente:Tamao hoja: cartaMrgenes: superior, inferior, izquierdo y derecho: 2,5 cmInterlineado: sencilloTexto: Arial 11 puntosFormato de entrega: PDF

El grupo debe entregar un archivo en Excel donde se evidencien todos losclculos desarrollados

Evaluacin:Para la evaluacin del trabajo se tendrn en cuenta los siguientes criterios:

Buena presentacin del documento Cumplimiento de todas las exigencias de la gua de la actividad Nivel de anlisis

Si despus de leer la gua y comprenderla en su totalidad, tiene alguna duda, por favorcomunquela a su tutor con la suficiente anticipacin para que el (ella) tenga el tiemposuficiente de analizarla y responderle debidamente y con todo el gusto.

Si tiene alguna duda o reclamo con respecto a su nota, esta debe ser realizada en lasfechas programadas en la agenda del curso para retroalimentacin y con mucho gusto

ser atendida, pasada la fecha de retroalimentacin de la actividad no se recibenrequerimientos relacionados con la misma, por favor organice su tiempo y estpendiente de la plataforma.
http://www.cibem.org/paginas/img/apa6.pdfhttp://www.cibem.org/paginas/img/apa6.pdfhttp://www.cibem.org/paginas/img/apa6.pdfhttp://www.cibem.org/paginas/img/apa6.pdf

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FASE II: Balance de Energa

Actividades:

1. De acuerdo con los datos obtenidos en la fase I el grupo desarrollar el respectivobalance energtico del proceso, teniendo en cuenta valores de entalpia, capacidadcalorfica, calor de vaporizacin y temperaturas de ebullicin. Es necesario ademstener en cuenta el consumo energtico de cada una de las tecnologas utilizadas apartir de los datos encontrados a nivel industrial. Con lo anterior diligenciar lasiguiente tabla

Las consideraciones especiales que debe hacer a su proceso para facilitar los clculosson las siguientes:

El balance de energa para sistemas abierto es:

El sistema de referencia escogido es el ambiente T= 25C y P = 1 atm. Puede trabajar con otras unidades adems de la expuesta en la tabla, pero

conservando la relacin.

El Cp de la maleza, de la celulosa, emulsificantes y catalizadores se asumecomo la misma del agua.

Para procesos de purificacin con adsorbentes o adsorbentes la temperatura delproceso es ambiente.

Para la seleccin de la temperatura del proceso tenga en cuenta que seselecciona una por proceso y depende de las condiciones de operacininvestigadas en artculos o fuentes relacionadas.

Flujo masico

del

componente

(Kg/hora)

T1 (K) T2(K) Cp (Kj/Kg K)Hentalpa

H

Calor

Q

salida 1 (agua)

salida 2 (maleza)

Salida 1 (aceite)

Salida 1(solvente)

Salida 2 (maleza desgrasada)

Salida 1

Salida 2

Salida 1

Salida 2

Salida 1

Salida 2Purificacin del

Biodiesel

secado

Etapa

salida 2 ( aceite no ex traido )

Extraccin

Purificacin de

aceite

Transformacin

del aceite

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2. El grupo debe realizar una descripcin de las de condiciones de operacin de cadaetapa, donde se explique el procedimiento de cada tecnologa y bajo qucondiciones se lleva a cabo (temperatura, presin o tiempo).

Recomendaciones para la elaboracin del ejercicio:

- La recomendacin ms importante es leer todas las indicaciones consignadas en la gualas veces que sea necesario, entender las intencionalidades de la misma y luego s,planear el trabajo y empezar a desarrollarlo.

- Revisar y leer detalladamente la Rbrica de Evaluacin para ir monitoreando el trabajo.Utilizar la rbrica como una lista de chequeo para asegurar que se han considerado todoslos tems solicitados, antes de entregar el producto final.

- Revisar las fechas para la terminacin y entrega de la actividad, de manera que puedaplanear adecuadamente su tiempo y cumplir oportunamente con las actividades solicitadas.

- Teniendo claras las fechas de terminacin de cada actividad, hacer la respectiva entregade forma oportuna, no dejar para ltima hora, la actividad estar abierta por variassemanas.

- Como estudiante usted puede utilizar el foro para interactuar con sus compaeros, esdecir, para resolver preguntas y recibir comentarios, para compartir archivos o links deinters, entre otras cuestiones. Tenga en cuenta que las intervenciones deben darse dentrode un lenguaje de cordialidad, entre compaeros de estudio. Recuerde que los espaciosdispuestos para la entrega de cada una de las fases del trabajo los encontrar en elentorno de Evaluacin y Seguimiento.

-El trabajo debe ser UNO SOLO y de carcter grupal, el trabajo debe contener la siguienteestructura:

Portada (1 pgina) Descripcin de las de condiciones de operacin de cada etapa (1 pgina)

Tabla de resultados del balance de energa del proceso (1 pgina) Anlisis de resultados (media pgina)

Bibliografa (media pgina) El grupo debe entregar un archivo en Excel donde se evidencien todos los

clculos desarrollados

Esto quiere decir que la extensin mxima del trabajo de acuerdo con el nmero deintegrantes del grupo, ser de cuatro (4) pginas.

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Todo material educativo que se produzca deber respetar los derechos de autoray la normatividad nacional e internacional sobre plagio, piratera o falsificacin de

obras de propiedad intelectual lo que se remitir a las sanciones de carcteradministrativo y penal correspondientes en caso de ocurrir, segn lo establece el

Acuerdo 006 del 26 de agosto de 2008, por el cual se aprueba el Estatuto de

propiedad Intelectual de la Universidad Nacional Abierta y a Distancia (UNAD).

Nota:No se pueden tomar productos que se encuentran ya diseados para estosfines (a no ser que se exprese lo contrario en la gua), o que se haya diseado o

presentado en curso anterior, o un periodo anterior de este mismo curso, elproducto debe ser totalmente de su autora, es decir, completamente original. No

utilizar contenidos iguales a los de otros grupos colaborativos.

En caso de detectarse plagio en la actividad, esta ser penalizada con nota de cero(0) puntos, como es un trabajo colaborativo, la penalizacin aplica para todo elgrupo colaborativo, independientemente de quien haya realizado el aporte, por

favor tenga esto muy en cuenta para evitar futuros malentendidos.

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Anexo 1. Datos tcnicos de las tecnologas propuestas

Tecnologa EficienciaEntradas

adicionales

Masa de adicionales{por favor multiplique

el nmero de su grupocolaborativo por el

nmero que apareceen esta columna}

(kg/hora)1.1 100% Ninguna 01.2 100% Ninguna 01.3 100% Ninguna 01.4 100% Ninguna 01.5 100% Ninguna 01.6 100% Ninguna 0

1.7 100% Ninguna 01.8 100% Ninguna 01.9 100% Ninguna 02.1 80% Hexano 140

2.2 90%Metanol-

Cloroformo30

2.3 40% Celulasa 32.4 95% CO2 402.5 90% Metanol-H2SO4 82.6 80% Ninguna 02.7 75% Ninguna 02.8 60% Ciclohexano 20

2.9 50% Hexano 123.1 y 5.3 100% Ninguna 03.2 y 5.2 100% Glicerina 133.3 y 5.9 100% Absorbente 603.4 y 5.1 100% Ninguna 03.5 y 5.8 100% Adsorbente 303.6 y 5.4 100% Emulsificante 263.7 y 5.5 100% Ninguna 03.8 y 5.7 100% Solvente HPLC 303.9 y 5.6 100% Emulsificante 40

4.1 90% Metanol-Acido 4

4.2 70% Metanol-Base 54.3 95% Enzimas 64.4 94% Catalizador 34.5 98% Alcohol-Acido 74.6 100% Hidrogeno 94.7 88% Hidrogeno 104.8 75% Etanol-Base 44.9 75% Etanol-Acido 6

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Anexo 2. Tabla de balance de materia totalmente diligenciada con las tecnologasseleccionadas como ejemplo ilustrativo.

Etapa 0. Materia Prima Etapa 1. SecadoEtapa 2. Extraccin

de aceite

Etapa 3.

Purificacin de

aceite

Etapa 4.

Transformacin

de aceite

Etapa 5.

Purificacin de

biodiesel

Maleza de PTAR

Ultimos 5 dgitos del

documento3 8 6 1 0

EtapaNombre de la

corriente

Componente de la

corriente

Flujo msico del

componente

(Kg/hora)

% del total

Flujo total de la

corriente

(Kg/hora)

Agua 5940 90,00

Maleza 660 10,00

Salida 1 secador Agua evaporada 5940 100,00 5940

Salida 2 secador Maleza seca 660 100,00 660

Entrada 1

extractorMaleza seca 660 100,00 660

Entrada 2

extractorCiclohexano 1320 100,00 1320

Aceite extraido 261,36 16,53

Ciclohexano 1320 83,47

Maleza desgrasada 224,4 56,29

Aceite no extraido 174,24 43,71

Aceite extraido 261,36 16,53


Entrada 2 Lavado Emulsificante 1716 100,00 1716

Emulsificante 1716 56,52


Salida 2 Lavado Aceite purificado 261,36 100,00 261,36

Entrada 1 reactor Aceite purificado 261,36 100,00 261,36

Entrada 2 reactor Metanol-acido 264 100,00 264

Aceite sin

reaccionar26,136 9,08

Metanol-acido sin

reaccionar26,4 9,17

Biodiesel 235,224 81,74

Aceite sin


Metanol-acido sin

reaccionar 26,4 9,17

Biodiesel 235,224 81,74

Metanol-acido sin


Aceite sin


Salida 2

destilador

Biodiesel

purificado235,224 100,00 235,224

Entrada 1 Lavado 1581,36

3. Purificacin de aceite

Salida 1

destilador52,536

4. Transformacin del

aceite

5. Purificacin de

biodiesel

3036Salida 1 Lavado

Salida 1 reactor 287,76

Entrada 1

destilador

287,76

Tabla de resultados de balance de materia del grupo colaborativo 66

1. Tecnologas seleccionadas

6600Entrada secador

2. Extraccin de aceite

1581,36Salida 1 Extractor

Salida 2 Extractor 398,64

Nombre integrante seleccionado: Canuto Matasiete Alpiste

Numero de documento del integrante seleccionado: Cedula 37.838.610 de Macondo

2. Balance de materia por etapa

1. Secado

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