escuela acadÉmico profesional de ingenieria quÍmica …
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UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLLO
FACULTAD DE INGENIERIA QUÍMICA
ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERIA QUÍMICA
DISEÑO Y MODELAMIENTO DE UNA PLANTA
PARA LA PRODUCCION DE BIOETANOL A
PARTIR DE LA BIOMASA DE MICROALGA
CHLORELLA
TESIS PARA OPTAR EL TÍTULO DE
INGENIERO QUÍMICO
AUTORES:
Br. FLORIANO VILLACORTA NELSON EUGENIO
Br. CARRERA MERLO WENDY ANAIS
ASESOR:
Dr. ANCELMO CASTILLO VALDIVIEZO
TRUJILLO – PERÚ
2017
Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación
Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/
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JURADO DICTAMINADOR
Dr. JORGE FLORES FRANCO
Presidente
Ing. HENRY ESQUERRE PEREYRA
Secretario
Dr. ANCELMO CASTILLO VALDIVIESO
Miembro
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III
DEDICATORIA
A mi padre Nelson Floriano Floriano, quien me
ha enseñado con su gran ejemplo a rebasar
todas las barreras que la vida nos presenta, que
gracias a su apoyo y a sus consejos hicieron de
mí una mejor persona, siempre estuvo a mi lado
y gracias a él le dedico este logro.
A mis hermanas María Floriano y Diana
Floriano, por enseñarme a entender que no hay
nada imposible y que solo hay que esmerarse y
sacrificarse para alcanzar nuestras metas.
Agradezco a mi pareja Evelyn Baldeon Yarasca
por creer en mi capacidad, aunque hemos
pasado momentos difíciles, siempre me ha
mostrado su compresión, cariño y amor.
Al Ing. Ancelmo Castillo Valdiviezo, por su
amistad, esfuerzo, dedicación y enseñanzas y
por su asesoramiento en la realización de este
proyecto, gracias a sus sabios consejos hoy se
termina un logro más y se empieza otro.
Nelson
A Dios, por haberme permitido llegar hasta
este punto y haber dado salud para lograr un
objetivo más.
De igual forma, dedico esta tesis a mis padres
por ser el pilar más importante de mi vida, por
haberme acompañado durante todo el
trayecto estudiantil y de vida, y por el apoyo
recibido en todo momento de forma
incondicional.
Wendy
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AGRADECIMIENTOS
Nos gustaría que estas líneas sirvieran para expresar nuestro más profundo y
sincero agradecimiento a nuestras familias por siempre brindarnos su apoyo,
tanto sentimental, como económico, y en especial a nuestros padres quienes a
lo largo de nuestra vida han apoyado y motivado nuestra formación académica,
creyeron en nosotros en todo momento y no dudaron de nuestras habilidades,
pues los resultados de este proyecto, están dedicados a todas aquellas personas
que, de alguna forma, son parte de su culminación.
Especial reconocimiento merece el interés mostrado durante la realización de
esta tesis y las sugerencias recibidas del Dr. Ancelmo Castillo Valdiviezo, con
quien nos encontramos en deuda por el ánimo infundido y la confianza
depositada.
A nuestros profesores a quienes les debemos gran parte de nuestros
conocimientos, gracias a su paciencia y enseñanza y finalmente un eterno
agradecimiento a esta prestigiosa universidad la cual abrió sus puertas a jóvenes
como nosotros, preparándonos para un futuro competitivo y formándonos como
personas de bien.
A todos ellos, muchas gracias.
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INDICE
JURADO DICTAMINADOR …...…………………………………………………………….. I
DEDICATORIA ............................................................................................................. II
AGRADECIMIENTOS ................................................................................................. IV
INDICE ......................................................................................................................... V
RESUMEN .................................................................................................................... X
1. INTRODUCCION ............................................................................................... - 1 -
1.1. ESTUDIO DE MERCADO DEL BIOETANOL ................................................ - 1 -
1.1.1. Producción Interna de Bioetanol ............................................................. - 1 -
1.1.2. Consumo Interno De Bioetanol ............................................................... - 2 -
1.1.3. Exportación e Importación Interna de Bioetanol ..................................... - 4 -
1.1.4. Producción Externa de Bioetanol ............................................................ - 5 -
1.1.5. Consumo Externo de Bioetanol .............................................................. - 7 -
1.1.6. Exportación e Importación Externa de Bioetanol .................................... - 9 -
2. MATERIALES Y MÉTODOS ........................................................................... - 11 -
2.1. BIOETANOL ................................................................................................ - 11 -
2.1.1. Características del Bioetanol.................................................................. - 12 -
2.1.2. Materia Prima ....................................................................................... - 12 -
2.1.2.1. Microalga Chlorella .......................................................................... - 14 -
2.1.3. Usos y Aplicaciones del Bioetanol ........................................................ - 15 -
2.1.4. Productos Obtenidos A Partir Del Bioetanol ......................................... - 15 -
2.1.5. Enzima Y microorganismos para Producción de Bioetanol ................... - 17 -
2.1.5.1. Enzimas ........................................................................................... - 17 -
2.1.5.1.1. Celulasa .................................................................................... - 18 -
2.1.5.2. Microorganismos .............................................................................. - 18 -
2.1.5.2.1. Saccharomyces cerevisiae ........................................................ - 18 -
2.1.5.2.2. Zymomonas mobilis .................................................................. - 19 -
2.1.6. Software de Simulación Super Pro Designer ........................................ - 19 -
2.2. PROCESO DE OBTENCIÓN DE BIOETANOL ........................................... - 20 -
2.2.1. Pre-tratamiento ...................................................................................... - 20 -
2.2.1.1. Pre-tratamiento Físico ..................................................................... - 20 -
2.2.1.2. Pre-tratamiento Químico .................................................................. - 20 -
2.2.1.3. Pre-tratamiento Biológico ................................................................. - 21 -
2.2.1.4. Pre-tratamiento Termoquímico ......................................................... - 21 -
2.2.2. Hidrólisis ............................................................................................... - 21 -
2.2.2.1. Hidrolisis ácida ................................................................................ - 21 -
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2.2.2.2. Hidrólisis enzimática ........................................................................ - 22 -
2.2.3. Fermentación ........................................................................................ - 23 -
2.2.3.1. Hidrólisis y fermentación en secuencia (SHF) .................................. - 23 -
2.2.3.2. Hidrólisis y fermentación simultáneas (SSF) .................................... - 23 -
2.2.3.3. Hidrólisis y co-fermentación simultáneas (SSCF) ............................. - 24 -
2.2.4. Obtención de Bioetanol Hidratado (Destilación) .................................... - 25 -
2.2.5. Obtención de Bioetanol Anhidro (Deshidratación) ................................ - 26 -
3. RESULTADOS ................................................................................................ - 27 -
3.1. DIAGRAMA DE FLUJO PARA LA PRODUCCIÓN DE BIOETANOL ........... - 27 -
3.2. BALANCE DE MATERIA Y ENERGÍA .......................................................... - 28 -
3.3. UBICACIÓN DE LA PLANTA ...................................................................... - 32 -
3.3.1. Factores Primarios:............................................................................... - 32 -
3.3.2. Factores Secundarios: .......................................................................... - 34 -
3.3.3. Evaluación Por El Método De Factores Ponderados ............................ - 35 -
3.4. DISEÑO DE EQUIPOS DEL PROCESO ..................................................... - 36 -
3.4.1. Sección del Pre-tratamiento .................................................................. - 36 -
3.4.2. Proceso SSCF (Hidrólisis Enzimática – Fermentación) ........................ - 38 -
3.4.3. Obtención de Bioetanol Hidratado - Anhidro ......................................... - 39 -
3.5. INSTRUMENTACION Y CONTROL DEL PROCESO .................................. - 41 -
3.5.1. Control en el tanque de recepción de la materia prima ......................... - 41 -
3.5.2. Control en la hidrólisis térmica .............................................................. - 41 -
3.5.3. Control en el tanque Bioreactor de Inoculo ........................................... - 42 -
3.5.4. Control del reactor Hidrólisis – Fermentación (Reactor CSTR) ............. - 42 -
3.5.5. Columna Depuradora ........................................................................... - 43 -
3.5.6. Columna Rectificadora ......................................................................... - 43 -
3.5.7. Control en los tamices moleculares ...................................................... - 43 -
3.5.8. Control en el tanque de almacenamiento .............................................. - 44 -
3.6. AUXILIARES DEL PROCESO ..................................................................... - 46 -
3.6.1. Suministro de Agua .............................................................................. - 46 -
a) Agua de Enfriamiento: ............................................................................ - 46 -
b) Agua contra Incendios: ........................................................................... - 46 -
c) Agua para usos Sanitarios y de Limpieza: .............................................. - 46 -
3.6.2. Energía Eléctrica .................................................................................. - 46 -
3.6.3. Almacenamiento ................................................................................... - 46 -
3.6.4. Seguridad ............................................................................................. - 47 -
3.6.5. Laboratorio ........................................................................................... - 47 -
3.6.6. Taller de Mantenimiento ....................................................................... - 47 -
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3.7. DISTRIBUCIÓN DE LA PLANTA ................................................................. - 48 -
3.7.1. Distribución de la planta ....................................................................... - 48 -
3.7.2. Cimientos ............................................................................................. - 48 -
3.7.3. Estructuras ........................................................................................... - 49 -
3.7.4. Tuberías ............................................................................................... - 49 -
3.8. EVALUACIÓN ECONOMICA ...................................................................... - 52 -
3.8.1. Determinación de la Inversión .............................................................. - 52 -
3.8.2. Equipo De Proceso ............................................................................... - 52 -
3.8.2.1. Tanques ........................................................................................... - 52 -
3.8.2.2. Bombas ............................................................................................ - 53 -
3.8.2.3. Columnas De Destilación ................................................................. - 54 -
3.8.2.4. Intercambiadores De Calor .............................................................. - 54 -
3.8.2.5. Tamices Moleculares ....................................................................... - 55 -
3.8.2.6. Reactores ........................................................................................ - 56 -
3.8.3. Bienes Inmuebles ................................................................................. - 57 -
3.8.3.1. Terreno ............................................................................................ - 57 -
3.8.3.2. Cimientos Y Estructuras ................................................................... - 57 -
3.8.3.3. Edificios ........................................................................................... - 57 -
3.8.3.4. Auxiliares De Procesos .................................................................... - 57 -
3.8.3.5. Instrumentación ............................................................................... - 58 -
3.8.3.6. Parte Eléctrica .................................................................................. - 58 -
3.8.3.7. Tubería y Accesorios ....................................................................... - 58 -
3.8.4. Resumen De La Inversión .................................................................... - 58 -
3.8.4.1. Resumen para el costo de equipos .................................................. - 58 -
3.8.4.2. Resumen para el costo de bien inmueble ........................................ - 59 -
3.8.5. Costos De Operación ........................................................................... - 59 -
3.8.5.1. Mano de obra ................................................................................... - 59 -
3.8.5.2. Materia prima ................................................................................... - 61 -
3.8.5.3. Servicios de venta ............................................................................ - 61 -
3.8.6. Flujo de caja económico ....................................................................... - 61 -
3.8.7. Rentabilidad ......................................................................................... - 64 -
3.9. ESTUDIO DE IMPACTO AMBIENTAL ........................................................ - 65 -
4. DISCUSIÓN ..................................................................................................... - 68 -
5. CONCLUSIONES ............................................................................................ - 70 -
6. RECOMENDACIONES .................................................................................... - 70 -
7. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ................................................................ - 71 -
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VIII
INDICE DE TABLAS
Tabla 1. Producción Interna de Bioetanol (Millones de Litros) ....................................... - 1 -
Tabla 2. Consumo Interno de Bioetanol (Millones de Litros) .......................................... - 3 -
Tabla 3. Exportación e importación Interna de Bioetanol (Millones de Litros) ............. - 4 -
Tabla 4. Producción Externa de Bioetanol (Millones de Litros) ...................................... - 6 -
Tabla 5. Consumo Externo de Bioetanol (Millones de Litros) ......................................... - 8 -
Tabla 6. Exportación e Importación Externa de Bioetanol (Millones de Litros) ............ - 9 -
Tabla 7. Características físico-químicas del Bioetanol .................................................. - 12 -
Tabla 8. Balance de materia y energía de materia prima, producto y residuos
industriales. ........................................................................................................................... - 28 -
Tabla 9. Balance de materia y energía de las corrientes S-102 hasta S-110 ............ - 29 -
Tabla 10. Balance de materia y energía de las corrientes S-111 hasta S-119 .......... - 30 -
Tabla 11. Balance de materia y energía de las corrientes S-120 a S-124, sulfato de
amonio y vapores. ................................................................................................................ - 31 -
Tabla 12. Elección de la ubicación de la planta de Bioetanol por el método de factores
ponderados ............................................................................................................................ - 35 -
Tabla 13. Costo total de tanques ....................................................................................... - 53 -
Tabla 14. Costo total de bombas ....................................................................................... - 53 -
Tabla 15. Costo total de Columnas de Destilación ......................................................... - 54 -
Tabla 16. Costo total de Intercambiadores de Calor ...................................................... - 55 -
Tabla 17. Costo total de Tamices Moleculares ............................................................... - 56 -
Tabla 18. Costo total de tanques ....................................................................................... - 57 -
Tabla 19. Resumen del costo total para los equipos ..................................................... - 58 -
Tabla 20. Resumen del costo total de bien inmueble .................................................... - 59 -
Tabla 21. Resumen de remuneración del personal. ...................................................... - 60 -
Tabla 22. Flujo de caja económico .................................................................................. - 63 -
Tabla 23. Residuos generados en la planta .................................................................... - 65 -
Tabla 24. Consumo de agua en la planta ........................................................................ - 66 -
Tabla 25. Concentración de los Residuos generados en la planta por parámetros - 66 -
Tabla 26. Cantidad de residuos generados en la planta diario por parámetro .......... - 67 -
INDICE DE CUADROS
Cuadro 1. Composición bioquímica de microalgas (% base materia seca) ............... - 13 -
Cuadro 2. Composición bioquímica de la microalga Chlorella (Base Seca) .............. - 14 -
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IX
INDICE DE FIGURAS
Fig. 1. Esquema de las diferentes configuraciones para la fermentación de Bioetanol ...................................................................................................... - 25 - Fig. 2. Diagrama de la planta para la producción de Bioetanol a partir de microalga Chlorella, realizada en el software SuperPro Designer ................ - 27 - Fig. 3. Pantalla del diseño del tanque de recepción de la microalga ........... - 36 - Fig. 4. Pantalla de diseño del reactor de hidrólisis térmica .......................... - 37 - Fig. 5. Pantalla de diseño del intecambiador de calor .................................. - 37 - Fig. 6. Diseño del Bioreactor de microorganimos ........................................ - 38 - Fig. 7. Diseño del reactor donde se lleva a cabo la Hidrólisis - Fermentación ........ - 38 - Fig. 8. Diseño de la columna depuradora .................................................... - 39 - Fig. 9. Diseño de la columna rectificadora ................................................... - 39 - Fig. 10. Diseño del Intercambiador de calor 2.............................................. - 40 - Fig. 11. Diseño de los tamices moleculares ................................................. - 40 - Fig. 12. Controladores en el tanque de recepción de microalga.................. - 45 - Fig. 13. Controladores en el tanque reactor de hidrólisis térmica…………. - 45 - Fig. 14. Controladores en el tanque de crecimiento del inoculo…………… - 45 - Fig. 15. Controladores en el tanque de hidrólisis – fermentación………….. - 45 - Fig. 16. Controladores en la columna depuradora……………..………….... - 45 - Fig. 17. Controladores en la columna rectificadora…………………..……… - 45 - Fig. 18. Controladores en los tamices moleculares……………………..…... - 45 -
INDICE DE GRAFICOS
Gráfico 1. Producción Interna de Bioetanol por Año (Millones de Litros) .................. - 2 -
Gráfico 2. Consumo Interno de Bioetanol por Año (Millones de Litros) .................... - 3 -
Gráfico 3. Importación y exportación Interna de Bioetanol por Año (Millones de Litros) -
5 -
Gráfico 4. Producción Externa de Bioetanol por Año (Millones de Litros) ................. - 6 -
Gráfico 5. Consumo Externo de Bioetanol por Año (Millones de Litros) ................... - 8 -
Gráfico 6. Importación y Exportación Externa de Bioetanol por Año (Millones de Litros)
............................................................................................................................... - 10 -
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RESUMEN
El presente trabajo de investigación tuvo como objetivo diseñar y modelar una
planta para la producción de bioetanol utilizando como materia prima la
microalga Chlorella desde el pre-tratamiento realizado con explosión de vapor
en donde ocurre la hidrólisis térmica, pasando por la fermentación, destilación
hasta la deshidratación del Bioetanol con tamices moleculares. A su vez, hace
uso del software Super Pro Designer v9, teniendo una producción diaria de
etanol anhidro (Bioetanol) de 872 706.132 litros/día; haciendo de esta manera
un negocio rentable pues la inversión total se recupera al cabo de 0.68 años.
ABSTRACT
The present research work aimed to design and model a plant for the production
of bioethanol using as raw material the microalga Chlorella from the pre-treatment
carried out with steam explosion where the thermal hydrolysis occurs, passing
through the fermentation, distillation until the dehydration of the Bioethanol with
molecular sieves. In turn, makes use of the software Super Pro Designer v9,
having a daily production of anhydrous ethanol (Bioethanol) of 872 706,132 liters
/ day; thus making a profitable business as the total investment recovers after
0.68 years.
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- 1 -
1. INTRODUCCION
1.1. ESTUDIO DE MERCADO DEL BIOETANOL
1.1.1. Producción Interna de Bioetanol
La razón del aumento de producción de bioetanol en los años 2012
y 2013 es debido al inicio de operaciones de una nueva planta en
el norte del Perú.
En el año 2015 la producción de bioetanol aumentó un 2% en
comparación con el año 2014. Este aumento se debe a la
producción en las plantas de la zona de Piura y buenos
rendimientos de caña de azúcar.
La producción de bioetanol para el año 2016 se pronostica en 160
millones de litros de bioetanol, una reducción de 33% de nuestra
estimación con respecto al año 2015. Este fuerte descenso se
atribuye a la planta de etanol en maple dado de baja [15].
Tabla 1. Producción Interna de Bioetanol (Millones de Litros)
AÑO PRODUCCION DE BIOETANOL
2007 0
2008 0
2009 59 2010 70
2011 123
2012 235
2013 240
2014 245
2015 245
2016 160
Fuente: GAIN Report Perú, 2015
En la tabla 1, se aprecia la disminución de la producción interna de
Bioetanol para el año 2016.
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- 2 -
Gráfico 1. Producción Interna de Bioetanol por Año (Millones de Litros)
Fuente: GAIN Report Perú, 2015
En el gráfico 1, muestra la producción interna de Bioetanol en el Perú en
los últimos ocho años.
1.1.2. Consumo Interno De Bioetanol
En el año 2016 se proyectó un aumento del 3 %, respecto al año 2015.
Esperamos que consumo de bioetanol en la mezcla actual de 7.8 %
que se estabilice en alrededor de 170 millones de litros por año. A no
ser que haya un aumento en el mandato de la mezcla de bioetanol, la
producción de bioetanol sólo aumenta a medida que aumenta el
consumo de la gasolina. La ciudad de Lima y sus alrededores
representan aproximadamente un 65 % de la demanda nacional del
bioetanol. REPSOL (España) y Petro Perú (estatal) son los principales
proveedores el mercado peruano de gasolina. Fuentes de la industria
indican que la demanda de gasolina ha sufrido en los últimos años
como es el caso de taxis y autobuses cada vez más a gas natural y
gas licuado de petróleo como fuente de combustible [15].
0
50
100
150
200
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AÑO
CONSUMO INTERNO DE BIOETANOL
CONSUMO DE BIOETANOL
Tabla 2. Consumo Interno de Bioetanol (Millones de Litros)
Fuente: GAIN Report Perú, 2015
Gráfico 2. Consumo Interno de Bioetanol por Año (Millones de Litros)
Fuente: GAIN Report Perú, 2015
AÑO CONSUMO DE BIOETANOL
2006 11
2007 13
2008 11
2009 10
2010 20
2011 86 2012 123
2013 125
2014 165
2015 165
2016 172
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1.1.3. Exportación e Importación Interna de Bioetanol
La FAS Lima pronosticó para año 2016 que las exportaciones de
bioetanol llegaron a unos 69 millones de litros, cayendo un 56 por
ciento en comparación con el año 2015. Esta reducción se debe a la
menor producción que es resultado por el cierre de la planta de
bioetanol Aurora. Las importaciones de etanol para el 2016 se
pronostican en 80 millones de litros, el aumento de 5 millones de litros
de nuestra estimación en el 2015 [15].
Tabla 3. Exportación e importación Interna de Bioetanol (Millones de
Litros)
AÑO IMPORTACION EXPORTACION
2006 11 0
2007 13 0
2008 11 0
2009 14 58
2010 12 64
2011 13 51
2012 15 126
2013 33 148
2014 63 143
2015 75 156
2016 80 69
Fuente: GAIN Report Perú, 2015
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Gráfico 3.Importación y exportación Interna de Bioetanol por Año (Millones de Litros)
Fuente: GAIN Report Perú, 2015
1.1.4. Producción Externa de Bioetanol
La capacidad de producción de etanol de la UE se cuadruplicó desde
alrededor de 2.1 mil millones de litros en el 2006, alrededor de 8.5
millones de litros en el 2013. La mayor parte de la capacidad de
producción se ha instalado en Francia, los países del Benelux,
Alemania, Reino Unido, España, Polonia y Hungría. Desde el 2012, la
capacidad no ha aumentado de manera significativa, y no se espera
ser ampliado en 2015 y 2016. Debido a la tasa propuesta de bioetanol
a partir de los alimentos, se espera que la expansión de la primera
generación de bioetanol sea limitada, mientras que la expansión de la
producción de bioetanol celulósico está restringido debido a la falta de
certeza en el proceso de elaboración de las políticas de la UE. En el
año 2016, se esperaba que la UE ajustara la producción a consumo.
El mercado interno de bioetanol se ha visto afectada por la disminución
del consumo de gasolina y los mandatos de mezcla ajustada. La
producción en Alemania se pronostica una expansión basada en una
mayor combinación de bioetanol en el mercado nacional. Producción
húngara se prevé que aumente en base a nuevas inversiones en
capacidad. Sobre la base de estos planes de inversión, la capacidad
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IMPORTACION Y EXPORTACION INTERNA DE BIOETANOL
IMPORTACION
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PRODUCCION EXTERNA DE BIOETANOL
FRANCIA
ALEMANIA
BENELUX
REINO UNIDO
ESPAÑA
POLONIA
se incrementará con un máximo de 180 000 000 litros. Las nuevas
instalaciones están previstas para estar listo en el 2015 [15].
Tabla 4. Producción Externa de Bioetanol (Millones de Litros)
AÑOS 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016
FRANCIA 294 539 746 906 1208 1208 1241 1152 1180 1180 110
ALEMANIA 430 397 580 752 765 730 776 851 920 975 1010
BENELUX 19 33 73 220 415 675 900 984 1000 1000 1000
REINO UNIDO 0 44 70 70 352 89 215 278 760 540 510
ESPAÑA 346 359 405 465 471 462 381 442 455 455 455
POLONIA 162 120 114 165 194 167 213 235 180 190 190
TOTAL 1251 1492 1988 2578 3405 3331 3726 3542 4495 4340 4345
Fuente: GAIN Report Perú, 2015
Gráfico 4. Producción Externa de Bioetanol por Año (Millones de Litros)
Fuente: GAIN Report Perú, 2015
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1.1.5. Consumo Externo de Bioetanol
Durante el periodo 2006 - 2011, el consumo de bioetanol en la UE se
expandió en un 0.5 a 1.2 mil millones de litros por año. En 2011, el
consumo alcanzó un nivel máximo de 5.7 millones de litros. Desde
2012, el consumo cayó y se anticipa a estancarse alrededor de 5.25
millones de litros durante el 2015 y 2016. En Alemania el consumo se
espera que aumente en 2016 en parte como resultado del cambio en
biocombustibles mandatos de estar basada en el contenido energético
de los ahorros (GEI) de gases de efecto invernadero. Sobre la base de
los ahorros de gases de efecto invernadero, se prevé que este nuevo
sistema para crear una preferencia por el bioetanol por encima de
biodiesel. También ha sido el aumento de precio moderado por el
debilitamiento del euro frente al dólar estadounidense. Las ventas de
las mezclas más altas de etanol están sin embargo afectadas
negativamente por los bajos precios de la gasolina. Ventas alemanas
de E5 y E10 están aflojando y en Suecia, el consumo E85 se redujo
en un 12 por ciento en el 2014. Un efecto de estancamiento de la
demanda de transporte es que una parte de la producción se extienda
al mercado industrial de bioetanol. A más largo plazo, el consumo de
la UE como combustible no se prevé recoger debido a todos los
factores mencionados anteriormente, además de la tapa propuesta de
bioetanol a base de alimentos. Actualmente la política y la estructura
financiera son insuficientes para apoyar el cambio a la producción de
bioetanol celulósico [15].
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CONSUMO EXTERNO DE BIOETANOL
ALEMANIA
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FRANCIA
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Tabla 5. Consumo Externo de Bioetanol (Millones de Litros)
AÑOS 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016
ALEMANIA 599 584 791 1142 1475 1568 1581 1532 1430 1480 1520
REINO UNIDO 0 94 152 354 797 823 981 1040 1040 1000 1000
FRANCIA 294 539 814 805 782 835 810 797 820 835 850
ITALIA 0 0 1% 232 306 480 463 358 360 360 360
ESPAÑA 228 251 182 299 468 443 395 335 370 370 375
BENELUX 35 168 234 357 390 390 342 342 355 355 355
TOTAL 1156 1636 2349 4503 5253 573 5676 5370 5320 5250 5250
Fuente: GAIN Report Perú, 2015
Gráfico 5. Consumo Externo de Bioetanol por Año (Millones de Litros)
Fuente: GAIN Report Perú, 2015
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1.1.6. Exportación e Importación Externa de Bioetanol
Durante 2015 y 2016, las importaciones de bioetanol de la UE no son
propensos a recuperarse a los niveles de antes de 2012. En la
actualidad incluso un exceso de oferta temporal en los mercados de la
UE existe. En 2014, las exportaciones de la UE a Oriente Medio y la
India aumentaron significativamente. En 2015, se espera que las
exportaciones de ampliar aún más a pesar de la fuerte competencia
de etanol EE.UU. en el mercado mundial. Exportaciones de la UE
serán apoyados por la demanda interna restringida y la debilidad del
euro frente al dólar estadounidense [15].
Tabla 6. Exportación e Importación Externa de Bioetanol (Millones de
Litros)
AÑOS IMPORTACION EXPORTACION
2006 228 53
2007 1000 56
2008 1101 62 2009 899 100
2010 880 76
2011 1285 99
2012 886 95
2013 595 63
2014 367 228
2015 190 250
2016 190 230
Fuente: GAIN Report Perú, 2015
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Gráfico 6. Importación y Exportación Externa de Bioetanol por Año (Millones de Litros)
Fuente: GAIN Report Perú, 2015
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IMPORTACION Y EXPORTACION EXTERNA DE BIOETANOL
IMPORTACION
EXPORTACION
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2. MATERIALES Y MÉTODOS
2.1. BIOETANOL
El bioetanol es un compuesto que se obtiene de la fermentación de
azucares que pueden utilizarse como combustible, pueden ser utilizado
solo o mezclados con una fuente común como lo es la gasolina; siendo
una forma alterna del uso y extracción del petróleo [7].
La producción de bioetanol, puede ser una forma de producción diferente
que permite mitigar los problemas que tiene la extracción de petróleo, lo
cual afecta profundamente a la fauna y flora en los lugares donde se
realizan los pozos petroleros y sus zonas de vida alrededor [8].
Ventajas
- Biodegradable.
- Mayor independencia de las importaciones de petróleo; su uso
contribuye a aumentar la autonomía y diversificación
energética.
- Carburante más limpio en emisiones contaminantes como
óxidos de azufre y partículas.
- Contribuye al crecimiento de las economías locales y a la
redistribución de la renta, generando puestos de trabajo en
áreas rurales.
- Disminución de las emisiones GEI que sobrecalientan la
superficie terrestre y aceleran el cambio climático.
- Fácil de obtener y almacenar [9].
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2.1.1. Características del Bioetanol
Tabla 7. Características físico-químicas del Bioetanol
PROPIEDADES FÍSICAS PROPIEDADES QUÍMICAS
Estado de agregación: líquido
Apariencia: Incoloro
Densidad: 0.810 g/cm3
Masa molecular: 46.07
Punto de fusión: -114.1 °C
Punto de ebullición: 78.6 °C
Temperatura crítica: 241 °C
Presión crítica: 63 atm
Acidez (pKa): 15.9
Solubilidad en agua: Miscible
Fuente: Elaboración propia
2.1.2. Materia Prima
Las microalgas pueden almacenar cantidades considerables de
carbohidratos en forma de almidón / celulosa, glicógeno, hexosas y
pentosas que pueden ser convertidos en azúcares fermentables para
la producción de bioetanol a través de la fermentación.
Las microalgas son un conjunto heterogéneo de microorganismos
fotosintéticos unicelulares procariotas (cianobacterias) y eucariotas,
que se localizan en diversos ambientes, bajo un amplio rango de
temperaturas, pH y disponibilidad de nutrientes.
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Cuadro 1. Composición bioquímica de microalgas (% base materia seca)
Fuente: Morton Satin, Chief Agro-Industries and Post-Harvest
Management Service. Becker (1994)
Microalgas Proteína
(%)
Carbohidratos
(%)
Lípidos
(%)
Ácidos Nucleicos
(%)
Scenedesmus obliquus 50 – 56 10 – 17 12 – 14 3 – 6
Scenedesmus quadricauda 47 - 1.9 -
Scenedesmus dimorphus 8 – 18 21 – 52 16 – 40 -
Chlamydomonas rheinhardii 48 17 21 -
Chlorella vulgaris 51 – 58 12 – 17 14 – 22 4 – 5
Chlorella pyrenoidosa 57 26 2 -
Spirogyra sp. 6 – 20 33 – 64 11 – 21 -
Dunaliella bioculata 49 4 8 -
Dunaliella salina 57 32 6 -
Euglena gracilis 39 – 61 14 – 18 14 – 20 -
Prymnesium parvum 28 – 45 25 – 33 22 – 38 1 – 2
Tetraselmis maculata 52 15 3 -
Porphyridium cruentum 28 – 39 40 – 57 9 – 14 -
Spirulina platensis 46 – 63 8 – 14 4 – 9 2 – 5
Spirulina maxima 60 – 71 13 – 16 6 – 7 3 – 4.5
Synechoccus sp. 63 15 11 5
Anabaena cylindrica 43 – 56 25 – 30 4 – 7 -
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2.1.2.1. Microalga Chlorella
Es un alga verde de forma elipsoidal, la cual crece en forma de células
simples. Pertenece a la división Chlorophyta y a la clase de las
Chlorophyceae. Se ha cultivado de forma intensiva con fines de
alimentación y obtención de metabolitos. El sistema por lote es el más
utilizado a gran escala por su bajo riesgo de contaminación y fácil
implementación [1].
Las microalgas son organismos fotosintéticos autótrofos consideradas
como las especies de plantas de más rápido crecimiento conocido.
Existen diversas especies de algas y microalgas, que pueden ser
utilizadas como materia prima para la producción de bioetanol. En el
cuadro 2 se muestra la composición bioquímica de la microalga Chlorella
en porcentaje en peso.
Cuadro 2. Composición bioquímica de la microalga Chlorella (Base Seca)
Componentes Composición (% w/w)
α-celulosa 15,4
hemicelulosa 31,0
proteína 27,0
lípidos 17,4
ácidos grasos 9,2
Fuente: Arias, Caballero L. C., Ramirez, Caballero G. Y., Estudio del efecto
del pretratamiento químico etanol-ácido e hidrólisis a la microalga
chaetocerus gracilis para la obtención de Azúcares Reductoras. Trabajo de
Grado. Facultad de Ingenierías Fisicoquímicas, Universidad Industrial de
Satender: Bucaramanga. 2010
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2.1.3. Usos y Aplicaciones del Bioetanol
El mercado del alcohol puede subdividirse en tres, de acuerdo a sus
destinos fundamentales como: combustible, uso industrial y bebidas.
El uso como combustible representa el 61% de la producción mundial,
ya sea para mezclar o reemplazar petróleo y derivados, alrededor del
23% se destina a la industria procesadora (cosméticos, farmacéutica,
química, entre otras), y el 16% restante se destina a la industria de
bebidas. La producción de alcohol destinada al uso como combustible,
por lo general se encuentra subsidiada por el impacto positivo del uso
del Etanol carburante sobre el medio [11].
El bioetanol tiene dos tipos de aplicaciones:
Mezclado directamente con la gasolina, en diferentes
proporciones. Es utilizable en automóviles, y en algunos países
también se utiliza en autobuses y vehículos industriales.
Como aditivo para las gasolinas tradicionales en forma de
EtilTerButilEter (ETBE). El etanol es mezclado con isobuteno
(derivado del petróleo, no renovable) para formar ETBE, un
compuesto que se añade a las gasolinas en un pequeño
porcentaje (1,5%) como antidetonante, dado su elevado índice
de octano. Es el sustituto del plomo utilizado anteriormente en las
gasolinas [13].
2.1.4. Productos Obtenidos A Partir Del Bioetanol
E5: El biocombustible E5 significa una mezcla del 5% de
bioetanol y el 95% de gasolina normal. Esta es la mezcla habitual
y mezcla máxima autorizada en la actualidad por la regulación
europea, sin embargo, es previsible una modificación de la
normativa europea que aumentará este límite al 10% (E10) ya
que diferentes estudios constatan que los vehículos actuales
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toleran sin problemas mezclas hasta el 10% de bioetanol y los
beneficios para el medioambiente son significativos.
E10: El biocombustible E10 significa una mezcla del 10% de
bioetanol y el 90% de gasolina normal. Esta mezcla es la más
utilizada en EEUU ya que hasta esta proporción de mezcla los
motores de los vehículos no requieren ninguna modificación y e
incluso produce la elevación de un octano en la gasolina
mejorando su resultado y obteniendo una notable reducción en
la emisión de gases contaminantes.
E85: Mezcla de 85% de bioetanol y 15 % de gasolina, utilizada
en vehículos con motores especiales. En EEUU las marcas más
conocidas ofrecen vehículos adaptados a estas mezclas.
También se comercializan, en algunos países (EEUU, Brasil,
Suecia) los llamados vehículos FFV o Vehículos de
Combustibles Flexibles con motores adaptados que permiten
una variedad de mezclas.
Los "Fuel Flexible Vehicles" (FFV) son vehículos de turismo
que pueden utilizar como combustible tanto gasolina
convencional derivada del petróleo como bioetanol en mezclas
de hasta un 85% (E85). Por tanto, son vehículos totalmente
polivalentes, que ofrecen la posibilidad de utilizar energía
renovable en su máximo estado de mezcla sin la necesidad de
consumir más energía.
E95 y E100: Mezclas hasta el 95% y 100% de bioetanol son
utilizados en algunos países como Brasil con motores
especiales.
E-DIESEL: El bioetanol permite su mezcla con gasol utilizando
un aditivo solvente y produciendo un biocombustible diesel el E-
Diesel, con muy buenas características en cuanto a combustión
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y reducción de contaminación ofreciendo así otras alternativas
al bioetanol en el campo de los vehículos diesel. El E-Diesel ya
se comercializa con éxito en EEUU y Brasil y pronto hará su
aparición en España y Europa.
ETBE: No se comercializa como un biocombustible, sino que se
utiliza como un aditivo de la gasolina. El ETBE (etil terbutil éter)
se obtiene por síntesis del bioetanol con el isobutileno,
subproducto de la destilación del petróleo. El ETBE posee las
ventajas de ser menos volátil y más miscible con la gasolina que
el propio etanol y, como el etanol, se aditiva a la gasolina en
proporciones del 10-15%. La adición de ETBE o etanol sirve para
aumentar el índice de octano de la gasolina, evitando la adición
de sales de plomo [14].
2.1.5. Enzima Y microorganismos para Producción de Bioetanol
2.1.5.1. Enzimas
Son biomoléculas especializadas en la catálisis de las reacciones
químicas que tienen lugar en la célula. Son muy eficaces como
catalizadores ya que son capaces de aumentar la velocidad de las
reacciones químicas mucho más que cualquier catalizador artificial
conocido, y además son altamente específicos ya que cada uno de
ellos induce la transformación de un sólo tipo de sustancia y no de
otras que se puedan encontrar en el medio de reacción [16].
Ventajas
Las enzimas son catalizadores muy eficientes: (se usan a
concentraciones del 0.001 al 0.0001%, frente a los
catalizadores químicos (0.1-1%).)
Las enzimas no producen contaminación medioambiental
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Las enzimas trabajan en condiciones suaves de pH,
temperatura y presión
Las enzimas no están limitadas a su papel natural
Las enzimas pueden catalizar un amplio espectro de
Reacciones.
2.1.5.1.1. Celulasa
Es una enzima compleja especializada en descomponer la celulosa
a múltiples monómeros de glucosa, pueden obtenerse a partir de
bacterias y de hongos. Estos microorganismos pueden ser
aerobios o anaerobios y termofílicos o mesofílicos.
2.1.5.2. Microorganismos
2.1.5.2.1. Saccharomyces cerevisiae
Esta especie es la levadura más utilizada para la fermentación de
azucares a bioetanol; ya que fermentan eficientemente los
azucares de seis carbonos a bioetanol. Pero en material celulósico
y hemicelulosico, donde además de hexosas, como la glucosa,
también se tienen pentosas, como la xilosa, la levadura no puede
utilizar estos azucares de cinco carbonos como fuente de carbono.
La levadura presenta las siguientes ventajas:
Es de fácil manipulación,
No es exigente en cuanto a su cultivo,
No presenta alto costo,
Es tolerante a altas concentraciones de etanol,
En la fermentación produce bajos niveles de subproductos.
Es capaz de utilizar altas concentraciones de azúcares,
presenta alta viabilidad celular para el reciclado y
características de floculación y sedimentación para su
procesamiento posterior [17].
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2.1.5.2.2. Zymomonas mobilis
Es una bacteria Gram (-). Se considera una alternativa para
producir bioetanol a gran escala. En estudios comparativos con
levaduras, a nivel de laboratorio y planta piloto, en fermentaciones
por lote. Por eso empleando ésta bacteria se tiene:
Mayor captación de azúcar y mayor producción de bioetanol
Menor producción de biomasa
Mayor tolerancia al bioetanol
Mayor facilidad de manipulación genética [18].
2.1.6. Software de Simulación Super Pro Designer v9
Super Pro Designer v9 es una herramienta computacional amigable,
especialmente formulada para funcionar en ambiente Windows, que
facilita el modelaje, evaluación y optimización de procesos integrados
en una amplia gama de industrias (Farmacéutica, biotecnología,
productos químicos especiales, alimentos, bienes de consumo,
procesamiento de minerales, la microelectrónica, la purificación del
agua, tratamiento de aguas residuales, el Control de la contaminación
del aire, etc.). La combinación de la industria y medio ambiente
modelos de operación en el mismo software permite al usuario al
mismo tiempo diseñar y evaluar fabricación y final de los procesos de
tratamiento de reducción al mínimo de los desechos y la práctica
mediante prevención de la contaminación, así como la lucha contra la
contaminación [13].
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2.2. PROCESO DE OBTENCIÓN DE BIOETANOL
2.2.1. Pre-tratamiento
El pre-tratamiento de la biomasa es un paso crucial, ya que se rompe la
estructura cristalina de la celulosa y libera los azúcares fermentables para
que la hidrólisis de los carbohidratos pueda lograrse más rápidamente y
con mayores rendimientos. Un adecuado tratamiento previo proceso
también puede prevenir la formación de inhibidores a la posterior hidrólisis
y fermentación. Sin embargo, el proceso de pre-tratamiento contribuye de
manera significativa a los costos de producción.
Existen diferentes tecnologías de pre-tratamiento de la biomasa con
contenido de celulosa y hemicelulosa, que pueden ser clasificadas según
su naturaleza en pre-tratamientos físicos, químicos, biológicos y
termoquímicos.
2.2.1.1. Pre-tratamiento Físico
Dentro de los pre-tratamientos físicos (como molienda y trituración), se
engloba la molienda que utiliza fuerzas de impacto y cizalla para
disminuir la cristalinidad de la celulosa. Los requerimientos energéticos
en este tipo de pre-tratamientos dependen del tamaño final de partícula
que se quiera alcanzar y de la materia prima a pre-tratar, pero en todos
los casos supone altos costos energéticos y de capital.
2.2.1.2. Pre-tratamiento Químico
Se emplean diferentes agentes como el ozono, ácidos, álcalis,
peróxido y solventes orgánicos. El pre-tratamiento más estudiado ha
sido el que emplea ácido diluido, pues mejora significativamente la
hidrólisis enzimática.
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2.2.1.3. Pre-tratamiento Biológico
Implican el uso de microorganismos como los hongos de la
podredumbre blanca, parda o blanda, capaces de degradar la lignina
y hemicelulosa. El principal inconveniente es que dichos hongos
también consumen celulosa, lo que supone un problema para el
rendimiento total del proceso. Además, la lentitud a la que se
desarrollan estos procesos supone una desventaja adicional.
2.2.1.4. Pre-tratamiento Termoquímico
Entre los pre-tratamientos termoquímicos la explosión por vapor (EV)
ha sido el pre-tratamiento más utilizado para la biomasa con contenido
de celulosa y hemicelulosa. Debido a su idoneidad para un amplio
rango de materias primas, entre las que se encuentra las microalgas.
Junto a la explosión de vapor, el pre-tratamiento con agua caliente en
fase líquida (ACL) y la explosión por vapor con amoniaco (AFEX, del
inglés “amonia fiber explosion”) también se muestran como pre-
tratamientos termoquímicos eficientes para la biomasa de microalgas.
2.2.2. Hidrólisis
Dos métodos principales de la hidrólisis son ampliamente usados para
producir monómeros del azúcar requerido para la fermentación. Estos
incluyen hidrólisis ácida (con ácidos diluidos y concentrados) y la
hidrólisis enzimática.
2.2.2.1. Hidrolisis ácida
Consiste en un proceso químico que, mediante el empleo de
catalizadores ácidos, transforma las cadenas de polisacáridos que
forman la biomasa (hemicelulosa y celulosa) en sus monómeros
elementales. Este tipo de hidrólisis puede realizarse empleando
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diferentes clases de ácidos como el ácido sulfuroso, clorhídrico,
sulfúrico, fosfórico, nítrico y fórmico. Sin embargo, sólo los ácidos
clorhídrico y sulfúrico han sido empleados a escala industrial.
Los procesos industriales de hidrólisis ácida pueden agruparse en dos
tipos: los que emplean ácidos concentrados y los que utilizan ácidos
diluidos.
a) Hidrólisis con ácido concentrado
Los procesos que utilizan ácidos concentrados fueron los primeros
en desarrollarse dado que son capaces de romper la estructura
cristalina de la celulosa empleando bajas temperaturas, pudiendo
obtenerse altos rendimientos de hidrólisis (superiores al 90% de la
glucosa potencial) y cortos tiempos de contacto.
b) Hidrólisis con ácido diluido
Los procesos que emplean ácidos diluidos tienen su principal ventaja
en el relativamente bajo consumo de ácidos. Sin embargo, se
requieren relativamente altas temperaturas para alcanzar
rendimientos aceptables de conversión de celulosa a glucosa.
2.2.2.2. Hidrólisis enzimática
La hidrólisis enzimática es un proceso catalizado por un grupo de
enzimas denominadas genéricamente celulasas, que son en realidad,
una mezcla de distintas actividades enzimáticas cuya acción conjunta
produce la degradación de la celulosa. Las plantas superiores, algunos
invertebrados y principalmente microorganismos (hongos y bacterias)
son productores de este tipo de enzimas. Las celulasas de origen
fúngico, principalmente de los géneros Trichoderma, Phanerochaete y
Fusaruim, han sido las más estudiadas por la capacidad de estos
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microorganismos de producirlas en grandes cantidades y de forma
extracelular, facilitando su separación en los medios de cultivo.
2.2.3. Fermentación
Cuando la fermentación se emplea en el proceso de producción de
bioetanol a partir de biomasa con contenido celulósico y hemicelulosico,
los azúcares liberados (glucosa y xilosa) durante la hidrólisis enzimática
son fermentados con la consiguiente producción de bioetanol y CO2.
A continuación se describen las principales tecnologías disponibles a nivel
mundial en la obtención de bioetanol a partir de biomasa de microalgas.
2.2.3.1. Hidrólisis y fermentación en secuencia (SHF)
Comúnmente referido como SHF (Separate or Sequential Hydrolysis
and Fermentation), es la metodología de más antigua utilización. En
este caso, los productos del pretratamiento son sometidos a una
hidrólisis enzimática y el producto de esta, pasa a un fermentador en
donde se convierte la glucosa a bioetanol. Esta mezcla es destilada
para separar el bioetanol dejando en el licor la xilosa que no pudo ser
convertida a etanol. La xilosa, puede ser fermentada a bioetanol en un
segundo reactor, ya sea luego de la utilización de las hexosas en un
primer fermentador, o en un fermentador en simultáneo al de las
hexosas para aquellos pre-tratamientos que separan la hemicelulosa.
2.2.3.2. Hidrólisis y fermentación simultáneas (SSF)
Del inglés: “Simultaneous Saccharification and Fermentation”, consiste
en la consolidación de la hidrólisis enzimática y la fermentación en un
solo paso. Este método ha resultado ser uno de los más eficientes en
la obtención de bioetanol puesto que tiene varias ventajas. Entre ellas
se pueden destacar la disminución de la inhibición por producto de las
enzimas, del número de reactores utilizados, y de la pérdida de
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glucosa adherida a la fracción rica en lignina. Sin embargo, también
tiene sus limitaciones, siendo la más frecuente de ellas el problema en
la elección de la temperatura de trabajo. La temperatura óptima para
la hidrólisis enzimática es generalmente más elevada que la utilizada
en las fermentaciones, sobre todo cuando se trabaja con levaduras.
Por lo tanto, en un proceso en simultáneo, se debe elegir una
temperatura intermedia, que sea tolerable para el microorganismo y
en la cual éste, así como las enzimas pueda tener un buen
desempeño. Lógicamente esto resulta una tarea difícil.
2.2.3.3. Hidrólisis y co-fermentación simultáneas (SSCF)
Del inglés: “Simultaneous Saccharification and Co-fermentation”. En
este proceso, la materia prima pretratada, la cual consiste de un
hidrolizado hemicelulósico y un residuo sólido rico en celulosa y
lignina, son tratados en simultáneo. En este proceso las pentosas
provenientes de la hemicelulosa son fermentadas, al mismo tiempo en
que se llevan a cabo la hidrólisis de la celulosa y fermentación de las
hexosas obtenidas a bioetanol. El desafío más grande que enfrenta la
SSCF, es el de encontrar un microorganismo que pueda fermentar
tanto las pentosas como las hexosas con la misma eficiencia. A su vez,
es deseable que este microorganismo tenga buena tolerancia a los
inhibidores producidos durante el pretratamiento, en que se hidroliza
la hemicelulosa, tales como furfurales, compuestos aromáticos y ácido
acético. Si bien algunos investigadores han propuesto algunos
microorganismos genéticamente modificados para llevar a cabo este
proceso, aún queda mucho por investigar. La figura 1, muestra un
esquema de los distintos niveles de integración en las diferentes
configuraciones del proceso.
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Fig. 1. Esquema de las diferentes configuraciones para la fermentación de Bioetanol
2.2.4. Obtención de Bioetanol Hidratado (Destilación)
La destilación es la separación de los constituyentes de una mezcla
líquida por vaporización parcial de la misma y la recuperación separada
del vapor y el residuo. Los constituyentes más volátiles de la mezcla
inicial se obtienen en creciente concentración en el vapor; los menos
volátiles en concentración mayor en el residuo.
La destilación es lo primero en que se piensa cuando hay que separar
dos líquidos y son raros los procesos orgánicos en que no intervienen.
Todas las mezclas liquidas se pueden clasificar en dos grupos: mezclas
cuyos componentes pueden ser separados por la destilación ordinaria y
mezclas en las que la separación no puede efectuarse por este método.
Estas se llaman azeótropos, y se han inventado métodos especiales para
separar sus componentes.
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2.2.5. Obtención de Bioetanol Anhidro (Deshidratación)
La adsorción es otra de las operaciones unitarias ampliamente usadas en
la industria para la deshidratación del etanol. En esta operación, la mezcla
etanol-agua pasa a través de un equipo generalmente cilíndrico que
contiene un lecho de material adsorbente. Debido a la diferencia de
afinidad de las moléculas del etanol y del agua con respecto al
adsorbente, esta última queda atrapada en el lecho a través de
fenómenos de transporte superficial, mientras el etanol pasa a través del
mismo aumentando su concentración en la corriente de salida del aparato
[12].
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3. RESULTADOS
3.1. DIAGRAMA DE FLUJO PARA LA PRODUCCIÓN DE BIOETANOL
Fig. 2. Diagrama de la planta para la producción de Bioetanol a partir de microalga Chlorella, realizada en el software SuperPro Designer
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3.2. BALANCE DE MATERIA Y ENERGÍA
Tabla 8. Balance de materia y energía de materia prima, producto y
residuos industriales.
Fuente: Base de datos del software Super Pro Designer
Time Ref: day Aire
Caliente Celulasa
Microalga "chlorella"
Producto de Bioetanol
Residuos Industriales
S-101
Total Flow MT 2.1152 368.4836 4300 685.9073 4 679.776 542.5728
Temperature °C 85 25 25 25 100 25
Pressure atm 1 1 1 1.361 1.361 1
Liq/Sol Flow MT 0 368.4836 4300 685.9073 4 679.776 542.5728
Liq/Sol Vol Flow m3 0 370.4454 2 624.3197 872.7061 3 234.4478 372.1568
Liq/Sol Density kg/m3 1 000 994.7 1 638.52 785.95 1 446.85 1457.91
Total Enthalpy kW-h 35.7634 0 0 0 333 104.2573 0
Specific Enthalpy kcal/kg 14.5478 0 0 0 61.2443 0
Heat Capacity kcal/kg-°C 0.243 0.9984 0.6751 0.5865 0.8168 0.7251
Total Contents MT 2.1152 368.4836 4300 685.9073 4 679.776 542.5728
Amm. Sulfate 0 0 0 0 0.156 0.1675
Carb. Dioxide 0 0 0 0 661.8009 0
Cellulose 0 0 463.54 0 44.0363 44.0363
Celulasa 0 7.3697 0 0 7.3697 0.737
Ethyl Alcohol 0 0 0 685.6383 7.1398 0
Glucose 0 0 0 0 37.29 2.5549
Hemicellulose 0 0 933.1 0 27.993 27.993
Nitrogen 1.6226 0 0 0 0 0
Other Solids 0 0 1 613.36 0 1 613.36 161.336
Oxygen 0.4926 0 0 0 0.0007 0
saccharomyces c. 0 0 0 0 0.0446 0.0325
Water 0 361.114 1 290 0.269 2 177.7172 231.4872
Xylose 0 0 0 0 102.8582 74.2274
zymomona mobilis 0 0 0 0 0.0097 0.001
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Tabla 9. Balance de materia y energía de las corrientes S-102 hasta S-110
Time Ref: day S-102 S-103 S-104 S-105 S-106 S-107 S-108 S-109 S-110
Total Flow MT 5 020.0416 538.8525 5 020.0416 4 300 54.2574 5 388.5252 0.0011 5 392.3155 4 849.6727
Temperature °C 172.71 25 25 25 25 25 25 25 25
Pressure atm 9.882 1 9.882 1 1 1 1 1 1
Liq/Sol Flow MT 5 020.0416 538.8525 5 020.0416 4300 54.2574 5 388.5252 0 4 730.5139 4 849.6727
Liq/Sol Vol Flow m3 3 564.6348 368.4836 3 314.3909 2 624.3197 37.2143 3 684.8363 0 3 395.0599 3 316.3527
Liq/Sol Density kg/m3 1 408.29 1462.35 1 514.62 1 638.52 1 457.97 1 462.35 1 1 393.35 1 462.35
Total Enthalpy kW-h 605 906.7504 0 0 0 0 0 0 21 931.2592 0
Specific Enthalpy kcal/kg 103.8507 0 0 0 0 0 0 3.4994 0
Heat Capacity kcal/kg-°C 0.7032 0.7234 0.7032 0.6751 0.7251 0.7234 0.2195 0.6736 0.7234
Total Contents MT 5 020.0416 538.8525 5 020.0416 4300 54.2574 5 388.5252 0.0011 5 392.3155 4 849.6727
Amm. Sulfate 0 0 0 0 0.0186 0 0 0.156 0
Carb. Dioxide 0 0 0 0 0 0 0 661.8009 0
Cellulose 440.363 44.0363 440.363 463.54 4.4036 440.363 0 44.0363 396.3267
Celulasa 0 0.737 0 0 0.0737 7.3697 0 7.3697 6.6327
Ethyl Alcohol 0 0 0 0 0 0 0 692.7782 0
Glucose 25.7543 2.5754 25.7543 0 0.2575 25.7543 0 37.29 23.1789
Hemicellulose 279.93 27.993 279.93 933.1 2.7993 279.93 0 27.993 251.937
Nitrogen 0 0 0 0 0 0 0 0 0
Other Solids 1613.36 161.336 1 613.36 1 613.36 16.1336 1 613.36 0 1 613.36 1 452.024
Oxygen 0 0 0 0 0 0 0.0011 0.0007 0
saccharomyces c. 0 0 0 0 0 0 0 0.0446 0
Water 1 918.3541 227.9468 1 918.3541 1290 23.1482 2 279.468 0 2 204.6184 2 051.5212
Xylose 742.2802 74.228 742.2802 0 7.4228 742.2802 0 102.8582 668.0522
zymomona mobilis 0 0 0 0 0 0 0 0.0097 0
Fuente: Base de datos del software Super Pro Designer
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Tabla 10. Balance de materia y energía de las corrientes S-111 hasta S-119
Fuente: Base de datos del software Super Pro Designer
Time Ref: day S-111 S-112 S-113 S-114 S-115 S-116 S-117 S-118 S-119
Total Flow MT 54.2563 488.3166 0 5 770.9226 4 300 542.5739 1 091.1467 5 770.9226 712.5395
Temperature °C 25 25 25 31.92 25 25 78 36.32 25
Pressure atm 1 1 1 1 1 1 1.361 1 1.361
Liq/Sol Flow MT 54.2563 488.3166 0 5 109.1211 4300 542.5739 1 091.1467 5 109.1211 712.5395
Liq/Sol Vol Flow m3 37.2281 334.9287 0 3 796.3545 2 624.3197 372.143 1 350.974 3805.982 899.4801
Liq/Sol Density kg/m3 1457.4 1457.97 1000 1 345.8 1 638.52 1457.97 807.67 1342.39 792.17
Total Enthalpy kW-h 0 0 0 54 112.6706 0 0 49 154.3729 74 584.9459 0
Specific Enthalpy kcal/kg 0 0 0 8.068 0 0 38.7605 11.1203 0
Heat Capacity kcal/kg-°C 0.7256 0.7251 0 0.6936 0.6751 0.7251 0.7315 0.6937 0.6019
Total Contents MT 54.2563 488.3166 0 5 770.9226 4 300 542.5739 1 091.1467 5 770.9226 712.5395
Amm. Sulfate
0 0.1675 0 0.156 0 0.1861 0 0.156 0
Carb. Dioxide
0 0 0 661.8009 0 0 0 661.8009 0
Cellulose
4.4036 39.6327 0 44.0363 463.54 44.0363 0 44.0363 0
Celulasa
0.0737 0.6633 0 7.3697 0 0.737 0 7.3697 0
Ethyl Alcohol
0 0 0 713.9835 0 0 706.8436 713.9835 685.6383
Glucose
0.237 2.3179 0 37.29 0 2.5754 0 37.29 0
Hemicellulose
2.7993 25.1937 0 27.993 933.1 27.993 0 27.993 0
Nitrogen
0 0 0 0 0 0 0 0 0
Other Solids
16.1336 145.2024 0 1 613.36 1 613.36 161.336 0 1613.36 0
Oxygen
0 0 0 0.0007 0 0 0 0.0007 0
saccharomyces c
0.0325 0 0 0.0446 0 0 0 0.0446 0
Water
23.1533 208.3339 0 2 562.0202 1290 231.4822 384.303 2 562.0202 26.9012
Xylose
7.4222 66.8052 0 102.8582 0 74.228 0 102.8582 0
zymomona mobilis
0.001 0 0 0.0097 0 0 0 0.0097 0
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Tabla 11. Balance de materia y energía de las corrientes S-120 a S-124,
sulfato de amonio y vapores.
Time Ref: day S-120 S-121 S-122 S-123 S-124 Sulfato
de Amonio
Vapor a Alta
Presión Vapores
Total Flow MT 712.5395 378.6071 685.9073 4300 712.5395 3.7214 720 28.7474
Temperature °C 78 100 25 25.08 36.92 25 250 26.14
Pressure atm 1.361 1.361 1.361 9.882 1.361 1 10 1
Liq/Sol Flow MT 712.5395 378.6071 685.9073 4300 712.5395 3.7214 0 26.6322
Liq/Sol Vol Flow m3 955.8439 398.951 872.7061 2 624.428 911.5618 3.6594 0 26.7851
Liq/Sol Density kg/m3 745.46 949.01 785.95 1 638.45 781.67 1016.96 1000 994.29
Total Enthalpy kW-h 2 6412.841 32 181.4131 0 281.1771 5 940.5661 0 605 446.0818 35.7634
Specific Enthalpy kcal/kg 31.8946 73.1353 0 0.0563 7.1735 0 723.5254 1.0704
Heat Capacity kcal/kg-°C 0.6019 0.9754 0.5865 0.6751 0.6019 0.9655 0.4727 0.9428
Total Contents MT 712.5395 378.6071 685.9073 4 300 712.5395 3.7214 720 28.7474
Amm. Sulfate 0 0 0 0 0 0.1861 0 0
Carb. Dioxide 0 0 0 0 0 0 0 0
Cellulose 0 0 0 463.54 0 0 0 0
Celulasa 0 0 0 0 0 0 0 0
Ethyl Alcohol 685.6383 21.2053 685.6383 0 685.6383 0 0 0
Glucose 0 0 0 0 0 0 0 0
Hemicellulose 0 0 0 933.1 0 0 0 0
Nitrogen 0 0 0 0 0 0 0 1.6226
Other Solids 0 0 0 1 613.36 0 0 0 0
Oxygen 0 0 0 0 0 0 0 0.4926
saccharomyces c. 0 0 0 0 0 0 0 0
Water 26.9012 357.4018 0.269 1290 26.9012 3.5354 720 26.6322
Xylose 0 0 0 0 0 0 0 0
zymomona mobilis 0 0 0 0 0 0 0 0
Fuente: Base de datos del software Super Pro Designer
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3.3. UBICACIÓN DE LA PLANTA
La selección del lugar donde se ubicará la planta productora de Bioetanol,
se hará mediante el método de factores ponderados; que es una
evaluación de alternativas, y consiste en fijar una escala numérica a cada
factor que se considera para la elección óptima del lugar.
Los factores más importantes son: el suministro de materia prima, la
accesibilidad de los mercados, la mano de obra, las leyes reguladoras y
el suministro de servicio (agua, energía eléctrica y energía térmica) y
como factores secundarios: los transportes, el clima y factores
comunitarios.
Para la ubicación de la planta se puede considerar como zonas
probables:), La Libertad (Salaverry, Buenos Aries) y Lima (Callao, Ancón,
Chancay, Isla San Lorenzo, Playa de ventanilla, La Punta, La punta
hermosa, Barranco, etc.).
3.3.1. Factores Primarios:
a) Suministro de Materia Prima
Siendo la microalga la materia prima para la producción de Bioetanol,
y teniendo en cuenta que existe un mayor número de especies de
microalgas: De especie dulce (pertenecientes a los géneros Chlorella,
Scenedesmus, Coelastru, Spirulina, etc).
Como hemos indicado hay dos zonas donde se pueden proporcionar
y cultivar dicha materia prima, Lima y La Libertad, teniendo en cuenta
también en aprovechar todo los recursos naturales y un medio
amigable con el medio ambiente.
De un análisis consideramos ambos pueden ser el lugar adecuado
para la ubicación de productora de Bioetanol.
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b) Mercado
Es sabido que la planta debe ubicarse lo más cercano posible a los
mercados, ya que esto supone una ventaja en cuanto a costos de
transporte. Además, para nuestro caso el departamento de Lima se
impone debido que la demanda de Bioetanol es mayor, puesto que su
parque automotriz es superior al de La Libertad.
Por otra parte, el consumo de Bioetanol está destinado al mercado
externo está en crecimiento constante y su demanda es mayor que en
Perú.
c) Energía Eléctrica
Tanto en Lima como en La Libertad el abastecimiento de energía
eléctrica es seguro. En Lima, puede ser suministrado por empresas
Eléctricas como EDEGEL, ENERSUR y KALLPA GENERACION S.A.
También se puede invertir en turbogeneradores para generar energía
eléctrica, de manera que la planta pueda abastecerse de energía
eléctrica por sí misma.
d) Suministro de Agua
El departamento de Lima presenta un mejor abastecimiento de agua,
esto debido a su desarrollo y número de habitantes.
e) Mano de obra
En el departamento de La Libertad la mano de obra es más barata en
comparación con Lima, de manera que bajo este contexto La Libertad
estaría en ventaja.
f) Leyes Regulatorias
Las leyes regulatorias rigen a nivel nacional, así que teniendo en
cuenta este aspecto no hay distinción.
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3.3.2. Factores Secundarios:
a) Transporte
Tanto en el departamento de Lima como el de La Libertad presentan
deficiencias en transporte, por lo que este actor no es determinante.
b) Clima
Este factor no es determinante puesto que en Lima como en La
Libertad existe similar clima.
c) Factores Comunitarios
Siendo Lima la capital del Perú, es evidente que cuenta con un mayor
número de centros de salud, centro de estudios, centros
recreacionales. Por lo tanto representa una marcada ventaja respecto
a La Libertad.
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3.3.3. Evaluación Por El Método De Factores Ponderados
Se fija el mínimo y máximo valor entre 10 y 100 respectivamente.
En la tabla 3.1., se presenta una evaluación por el método de ponderados
para establecer el lugar de ubicación.
Tabla 12. Elección de la ubicación de la planta de Bioetanol por el método
de factores ponderados
Factor Ponderación
Alternativas Cuentas
La Libertad Lima La
Libertad Lima
Materia Prima 90 70 90 6300 8100
Mercado 100 80 100 8000 10000
Energía 70 70 60 4900 4200
Agua 80 60 80 4800 6400
Mano de Obra 50 50 40 2500 2000
Regulaciones 40 40 40 1600 1600
Transporte 30 20 30 600 900
Clima 20 20 20 400 400
Comunitarios 10 5 10 50 100
TOTAL 29150 33700
Fuente: Elaboración Propia
El lugar más apropiado en donde debe situarse la planta de producción de
Bioetanol, es en el departamento de Lima; y sus operaciones empezarían a
desarrollarse en el año 2018.
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3.4. DISEÑO DE EQUIPOS DEL PROCESO
Se lleva a cabo el diseño de los principales equipos como lo son los
tanques, las bombas, columnas de destilación, intercambiadores de calor,
tamices moleculares y reactores; todo esto con la ayuda del software
Super Pro Designer.
3.4.1. Sección del Pre-tratamiento
a) Tanque de Recepción de la microalga
Fig. 3. Pantalla del diseño del tanque de recepción de la microalga
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b) Hidrólisis Térmica
Fig. 4. Pantalla de diseño del reactor de hidrólisis térmica
c) Intercambiador de Calor
Fig. 5. Pantalla de diseño del intecambiador de calor
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3.4.2. Proceso SSCF (Hidrólisis Enzimática – Fermentación)
a) Bioreactor de Inoculo
Fig. 6. Diseño del Bioreactor de microorganimos
b) Bioreactor (Hidrólisis – Fermentación)
Fig. 7. Diseño del reactor donde se lleva a cabo la Hidrólisis - Fermentación
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3.4.3. Obtención de Bioetanol Hidratado - Anhidro
a) Columna Depuradora
Fig. 8. Diseño de la columna depuradora
b) Columna Rectificadora
Fig. 9. Diseño de la columna rectificadora
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c) Intercambiador de Calor 2
Fig. 10. Diseño del Intercambiador de calor 2
d) Tamices Moleculares
Fig. 11. Diseño de los tamices moleculares
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3.5. INSTRUMENTACION Y CONTROL DEL PROCESO
Trata lo referente al control por instrumentación del proceso para la
producción de bioetanol. Para lograr esto se cree conveniente la
instalación de un panel de control automático, ubicado en la zona de
proceso de manera que facilite el acceso a los equipos de planta.
El control por instrumentación facilita medir, controlar e integrar las
condiciones de proceso. Otros fines del control automático son: la
reducción de la mano de obra, reducir el peligro debido al contacto con
materiales peligrosos, mayor facilidad y eficiencia en las operaciones, así
como la obtención de un producto de mayor calidad.
Los sensores serán automático-neumático excepto el taque de
almacenamiento del bioetanol, ahí se usara un controlador tipo boya.
3.5.1. Control en el tanque de recepción de la materia prima
En el tanque de recepción de materia prima se controlará la el nivel de
llenado con un sensor (LIC-1), además, la salida de la materia prima del
tanque se controlara con un sensor de temperatura (TIC-1), el cual
permitirá la calidad de la materia prima en condiciones óptimas (25°C).
3.5.2. Control en la hidrólisis térmica
Para este caso se requiere controlar mediante sensores la temperatura
(TIC-2) y presión (PIC-1) en la corriente de vapor.
La inyección directa de vapor del sistema se encuentra regulada por un
sensor (FIC-1), que mide la temperatura del interior del recipiente (TTC-
3) y determina la necesidad o no de una mayor o menor inyección de
vapor. En la corriente de entrada al reactor es controlada mediante un
sensor de nivel, que al llegar a su volumen de trabajo el sensor (LT-1)
transmite un señal al sensor de nivel (LC-1) el cual controla el nivel de
llenado del reactor y a su vez este manda una señal al sensor de caudal
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(FIC-2) indicando el cierre de la válvula y otra señal al sensor de tiempo
(KT-1) que transmite una señal al sensor (KC-1) el cual va controlar el
tiempo del proceso de la hidrolisis térmica (30 min), donde la corriente de
salida va ser controlada por un sensor (KIC-1).
3.5.3. Control en el tanque Bioreactor de Inoculo
En el tanque Bioreactor de Inoculo se controla mediante un sensor de
temperatura (TIC-3); el cual mide la temperatura óptima para el
crecimiento de los microorganismos que se encuentran en el tanque. Una
vez alcanzado su volumen de trabajo el sensor de nivel (LTC-1) transmite
y controla el nivel de volumen de trabajo y este manda una señal al sensor
(KT-2) el cual transmite la señal al sensor (KIC-2) este sensor permite el
tiempo de retención en el bioreactor para el crecimiento de los inoculos.
Los sensores (PIC-2) indican y controla la salida de los gases y (FIC-3)
indica y controla el caudal de ingreso al bioreactor.
3.5.4. Control del reactor Hidrólisis – Fermentación (Reactor CSTR)
En el proceso SSCF, el bioreactor tiene una similitud con los controladores
del reactor de hidrolisis térmica.Del sensor (LC-2) salen dos señales, el
cual una es enviada al sensor (TT-1) y este transmite al sensor (TC-1) el
cual este sensor controla la temperatura del proceso (25°C) de acuerdo al
transferente de calor que es el agua con un sensor de caudal (FIC-6), y la
otra señal es enviada al sensor (FIC-5) que es controla el flujo de entrada
del inoculo y la enzima.
El sensor (PIC-2) indica y controla la salida de los gases.
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3.5.5. Columna Depuradora
En la torre de destilación depuradora, los controladores (FIC-6) y (TIC-4)
se encargaran de controlar el caudal y la temperatura de ingreso.
Los controladores (LT-4) y (LC-4) son encargados de controlar el nivel del
fondo de la torre, en el caso que aumente el vapor mandara una señal a
la válvula del reboiler y controlar el vapor requerido. Los controladores
(PT-1) y (PC-1) son encargados de mantener la presión en caso aumente
el caudal de vapor, este mandara una señal a la válvula del condensador
y controlar el vapor requerido y los controladores (LT-3) y (LC-3)
mantendrá el nivel en el tanque de reflujo y así evitar la acumulación de
líquido en la columna.
Los controladores (AC-1), (AT-1), (AC-2) y (AT-2) se encargan de
transmitir y controlar la composición de destilado y de fondo en caso
aumente el caudal de ingreso a la torre. Los controladores (TI-1) y (TI-2)
indicaran la temperatura del platos y los controladores (TI-3) y (TI-4)
indicaran la temperatura del condensador y del reboiler.
3.5.6. Columna Rectificadora
En la columna rectificadora, en el caso de la alimentación solo se
controlara el caudal (FIC-6) y la ubicación de los controladores es igual al
de la columna depuradora.
La columna de rectificación dispone de un controladores de presión en la
cabeza (PT-2) y (PC-2) para determinar la presión en el interior de la
columna en todo momento. El nivel de líquido de la parte inferior de la
columna se controla mediante un controlador de nivel (LT-6) y (LC-6).
3.5.7. Control en los tamices moleculares
El sistema de deshidratación del etanol, compuesto por dos tamices
moleculares, opera de forma alterna, de forma que uno de los lechos se
encuentra operando mientras que el otro se encuentra en tareas de
regeneración. Tanto durante la operación de deshidratación como en la
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operación de regeneración del tamiz, es muy importante conocer en todo
momento las condiciones de presión y temperatura a la que se lleva a
cabo la operación, es por ello por lo que se dota a cada uno de los tamices
moleculares de un indicador local de presión (PIC-4) y de otro de
temperatura (TIC-6). Además, tanto la entrada como la salida del sistema
de tamices moleculares cuentan con una válvula de tres vías, la cual
permitirá el paso de la corriente de etanol con agua hacia uno u otro tamiz
en función de las condiciones de operación en cada momento.
La composición del bioetanol se controlara con sensores (AT-5) y (AIC-1)
los cuales son informarán la pureza.
3.5.8. Control en el tanque de almacenamiento
El control a llevarse a acabo aquí es el de nivel y será un control manual,
solo se implementaran indicadores de nivel, del tipo boya, por ser este el
más práctico y económico.
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Fig. 18. Controladores en los tamices moleculares
Fig. 12. Controladores en el tanque de recepción de microalga Fig.13. Controladores en el tanque reactor de hidrólisis térmica Fig. 14. Controladores en el tanque de crecimiento del inoculo
Fig. 15. Controladores en el tanque de
hidrólisis – fermentación Fig.17. Controladores en la columna rectificadora
INSTRUMENTACIÓN Y CONTROL EN EL PROCESO
UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO FACULTAD DE INGENIERIA QUIMICA
ESCUELA DE INGENIERIA QUIMICA
Fig. 16. Controladores en la columna depuradora
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3.6. AUXILIARES DEL PROCESO
3.6.1. Suministro de Agua
La planta requiere de tres tipos de agua: agua de enfriamiento, agua para
usos sanitarios y agua contra incendios.
a) Agua de Enfriamiento:
Como medio de enfriamiento en el bioreactor. El agua a utilizar es 100
m3/día y para compensar las pérdidas por evaporación y fugas se
suministran agua de reposición proveniente del reservorio R-1.
b) Agua contra Incendios:
En la planta se dispondrá de un reservorio para agua con una capacidad
de 30 m3, en caso de cualquier emergencia y provendrá del reservorio
R-2.
c) Agua para usos Sanitarios y de Limpieza:
El agua para usos sanitarios y del personal es indispensable en la planta.
El agua potable que se utiliza viene del reservorio R-3, previo tratamiento
de cloración para eliminar las posibles bacterias que pudiera contener
hasta llegar a una concentración de cloro residual de 0.5 ppm.
3.6.2. Energía Eléctrica
La energía eléctrica consumida por la planta será suministrada por la
empresa Hidrandina, se usará corriente eléctrica monofásica de 110
voltios y trifásica de 220 voltios.
3.6.3. Almacenamiento
En la planta se dispone de facilidades de almacenamiento tanto para la
materia prima como para el producto.
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3.6.4. Seguridad
Con el fin de prevenir cualquier incendio es necesario disponer de los
equipos adecuados. Se dispondrá de extintores ubicados en lugares
estratégicos de la planta.
En el área de seguridad existirá también un departamento de salud,
higiene y seguridad industrial para prestar servicio a todo el personal que
labora en la planta.
3.6.5. Laboratorio
En el laboratorio de la planta se realizarán análisis físicoquímicos, los
cuales serán del tipo rutinario y periódicos, los primeros constan en
determinar la pureza del producto y se realizarán cada hora; el segundo
tipo se realizará para llevar un monitoreo adecuado del proceso de
manera que permitan mantener la calidad del producto.
3.6.6. Taller de Mantenimiento
El mantenimiento del equipo principal, auxiliar y accesorios es
indispensable, por lo que se requiere de personal especializado. El taller
está provisto de equipos mecánico, eléctrico, carpintería y demás
facilidades pertinentes.
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3.7. DISTRIBUCIÓN DE LA PLANTA
En este capítulo se resume la adecuada distribución de la planta de forma
objetiva. Esta disposición de las diferentes unidades y localización del
equipo en estas unidades se realizaron de acuerdo a las reglas de
seguridad y distribución de la norma técnica peruana.
3.7.1. Distribución de la planta
En el plano maestro se muestra la distribución de la planta. En este plano
se puede apreciar las áreas verdes, edificios principales y área de
proceso actual y expansión futura.
Las distintas áreas se han determinado en base a las etapas del proceso,
factores de seguridad, facilidades de operación, disposición del espacio
suficiente para el equipo con el fin de facilitar el mantenimiento y
operación de los mismos.
El área total que ocupa la planta es de 7 000 m2 de la cual el área de
proceso es de 1 000 m2, mientras que el dispuesto para la expansión será
1 000 m2.
3.7.2. Cimientos
La función de los cimientos es de distribuir las cargas de las estructuras
de equipos con el fin de facilitar un trabajo seguro y rápido en el
mantenimiento y operación.
El área de proceso se edificara sobre plataforma de concreto armado. Los
equipos sometidos a vibraciones, tales como motores eléctricos y bombas
se colocaran sobre pequeñas plataformas extendidas que absorben y
limiten las vibraciones.
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3.7.3. Estructuras
El área de procesos se construirá al aire libre y con estructuras sencillas
seguras y de bajo costo.
Las estructuras totalmente cerradas son solo para los edificios, los cuales
tienes base de concentro, pintura ignifuga, paredes de ladrillo y techo
planos de ladrillos aligerado.
3.7.4. Tuberías
Se emplea el acero al carbono para todas las tuberías salvo para las que
circulan materiales ácidos como catalizadores y vapor a alta presión,
donde se emplea acero inoxidable del tipo 304.
En las instalaciones se emplean juntas soldadas para simplificar el
aislamiento, se emplean bridas para conectar tuberías de equipo y a los
accesorios que necesitan removerse de la línea, ya sea para fines de
mantenimiento o para ser reemplazados.
Se emplean válvulas de compuertas para detener el paso del fluido y
generalmente operan abiertas o cerradas completamente, las válvulas de
globo son utilizadas para regulación de la presión y/o circulación de los
fluidos, también de hace uso de válvulas Check las cuales son instaladas
en las líneas de descarga de las bombas y en tuberías alimentación con
el fin de impedir que el fluido retrocedan en caso de alguna falla metálica.
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2.8 cm
AREA DE PROCESO
AREA DE EXPANSION
BA
LAN
ZA 1
BA
LAN
ZA 2
ZONA DE PARQUEO ZO
NA
DE
PA
RQ
UEO
G - 1
P - 2
G – 2
- 1
P - 1
C - 1
C - 2
C - 1
C - 4
C - 1
C - 5
C - 1
C - 8
C - 1
C - 7
C - 1
C - 6
C - 1
TKR - 1
TKR - 2 TKA - 1
C - 9
C - 1
C - 9
C – 3
- 1
AREAS VERDES Y VEREDAS
UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO FACULTAD DE INGENIERIA QUIMICA
ESCUELA DE INGENIERIA QUIMICA
PLANO MAESTRO DE LA PLANTA
LEYENDA
TKR
V - 102
C – 1 AREA DE CALIDAD Y SSOMA.
C – 2 AREA DE FINANZAS Y CONTROL- COMECIALIZACION.
C – 3 SS.HH.
C – 4 RR.HH.
C – 5 GERENCIA GENERAL
C – 6 AREA DE COMPRA
C - 11 C - 10
C – 7 AREA DE PROYECTOS
C – 8 AREA DE PRODUCCION
C – 9 SS.HH.
C – 10 MANTENIMIENTO
C – 11 LABORATORIO
P – 1 PUERTA UNO
P – 2 PUERTA DOS
G – 1 GARITA UNO
G – 2 GARITA DOS
TKR RESERVORIOS DE AGUA
V – 102 TANQUE DE RECEPCION
23/01/2017
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UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO FACULTAD DE INGENIERIA QUIMICA
ESCUELA DE INGENIERIA QUIMICA
PLANO DEL AREA DE PROCESO DE LA PLANTA
LEYENDA
R - 102 SFR - 101
R - 101
C - 101
C - 102
GAC - 101
V - 107
R – 102 REACTOR DE HIDROLSISI TERMICA (EXPLOSION DE VAPOR)
SFR – 101 BIOREACTOR DE CULTIVO DE LOS INOCULOS
R – 101 BIOREACTOR DEL PROCESO SSCF (HIDROLISIS-FERMENTACION)
C-101 COLUMNA DEPURADORA
C – 102 COLUMNA RECTIFICADORA
GAC – 101 TAMICES MOLECULARES
V – 107 TANQUE DE ALMACENAMIETO DEL BIOETANOL
23/01/2017
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3.8. EVALUACIÓN ECONOMICA
Determina de forma resumida total, los gastos de operación y la
rentabilidad, con ayuda de la hoja de cálculo.
3.8.1. Determinación de la Inversión
Para estimar el total de inversión, se hace uso de información
proporcionada por el departamento de compras tanto de Casagrande,
complejo Cartavio, mercado online y como del Software utilizado, para el
caso que no se cuente con el costo del equipo de la misma capacidad, se
utiliza la regla de la seis décimas (Vilbrandt. 1963).
Para los costos de instalación se asume un 20% del precio de compra.
Todos los precios de compras son del tipo FOB.
3.8.2. Equipo De Proceso
3.8.2.1. Tanques
Para el caso de los tanques se tiene información del costo de 200 m3
de acero inoxidable. (Departamento de costos del Complejo Cartavio)
a partir obtendremos el costo de las demás tanques, usando para esto
el factor de las seis décimas.
Para el costo de instalación se asume el 30% del costo del tanque.
Así por ejemplo: Para el tanque de Recepción de la microalga (V-102)
se tiene:
Capacidad: 200 m3; Costo: $ 40 000.00
Costo de tanque V-102 = 40 000*(65.60/200)^0.6 = $ 20 492.00
Costo de Instalación = 0.3 * 20 492.00 = $ 6 147.60
Costo total = 20 492.00 + 6 147.60 = $ 26 639.60
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Tabla 13. Costo total de tanques
Fuente: Base de datos del software
3.8.2.2. Bombas
Para el caso de las bombas se tiene información del costo de una
bomba de engranaje de 100 m3/h, a partir de la cual obtendremos el
costo de las demás utilizando para esto el factor de las seis décimas.
Para este caso los costos de instalación se asumen un 20% del precio
de compra.
Todos los precios de compras son del tipo FOB.
Así por ejemplo: Bomba de engranaje (GP-101) se tiene:
Capacidad: 100 m3; Costo: $ 6 000.00
Costo de tanque GP-101 = 6 000*(109.35/100)^0.6 = $ 6 330.57
Costo de Instalación = 0.2 * 6 330.57= $ 1 266.11
Costo total = 6 330.57+ 1 266.11= $ 7 596.68
Tabla 14. Costo total de bombas
Fuente: Base de datos del software
TANQUES
NOMBRE CANTIDAD CAPACIDAD
(m3)
PRECIO DE
COMPRA
POR
UNIDAD ($)
COSTO DE
INSTALACION
($)
COSTO
TOTAL (S)
Tanque de
Recepción
(V-102)
1 65.60 20 492.00 6 147.60 26 639.60
Tanque de
Almacenamiento
V-107
15 1 000 10 5061.11 31 518.33 2 048 691.69
TOTAL 2 075 331.29
BOMBAS
NOMBRE CANTIDAD CAPACIDAD
PRECIO DE
COMPRA
($)
COSTO DE
INSTALACION
($)
COSTO TOTAL
(S)
GP-101 2 109.35 6 330.57 1 266.11 15 193.36
TOTAL 15 193.36
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3.8.2.3. Columnas De Destilación
Para el caso de las columnas de destilación se tiene información del
costo de una columna de destilación de 100 m3, a partir de la cual
obtendremos el costo de las demás utilizando para esto el factor de
las seis décimas.
Para este caso los costos de instalación se asumen un 40% del precio
de compra.
Todos los precios de compras son del tipo FOB.
Así por ejemplo: Columna Depuradora (C-101) se tiene:
Capacidad: 100 m3; Costo: $ 600 000.00
Costo de tanque C-101 = 600 000*(18.239/100)^0.6 = $ 216 148.32
Costo de Instalación = 0.4 * 216 148.32 = $ 86 459.33
Costo total = 216 148.32 + 86 459.33 = $ 302 607.65
Tabla 15. Costo total de Columnas de Destilación
COLUMNAS
NOMBRE CANTIDAD CAPACIDAD
(m3)
PRECIO
DE
COMPRA
($)
COSTO DE
INSTALACION
($)
COSTO TOTAL
(S)
Columna
Depuradora
C-101
3 18.239 216 148.32 86 459.33 907 822.94
Columna
Rectificadora
C-102
3 26.495 270 426.72 108 170.69 1 135 792.23
TOTAL 2 043 615.17
Fuente: Base de datos del software
3.8.2.4. Intercambiadores De Calor
Para el caso del intercambiador de calor se tiene información del costo
de un intercambiador tubular de 400 m2 área de transferencia de calor,
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a partir de la cual obtendremos el costo de las demás utilizando para
esto el factor de las seis décimas.
Para este caso los costos de instalación se asumen un 20% del precio
de compra.
Todos los precios de compras son del tipo FOB.
Así por ejemplo: Intercambiador de Calor tubular (HX-101) se tiene:
Capacidad: 400 m3; Costo: $ 10 000.00
Costo de tanque HX-101 = 10 000*(100/400) ^0.6 = $ 4 352.75
Costo de Instalación = 0.2 * 4 352.75= $ 870.55
Costo total = 870.55 + 4 352.75 = $ 5 223.30
Tabla 16. Costo total de Intercambiadores de Calor
INTERCAMBIADORES DE CALOR
NOMBRE CANTIDAD CAPACIDAD
(m2)
PRECIO DE
COMPRA ($)
COSTO DE
INSTALACION ($)
COSTO
TOTAL (S)
HX-101 1 100.00 4 352.75 870.55 5 223.30
HX-103 2 100.00 4 352.75 870.55 10 446.61
HX-104 1 100.00 4 352.75 870.55 5 223.30
TOTAL 20 893.21
Fuente: Base de datos del software
3.8.2.5. Tamices Moleculares
Para el caso de los tamices moleculares se tiene información del costo
de una columna de 5 m3, a partir de la cual obtendremos el costo de
las demás utilizando para esto el factor de las seis décimas.
Para este caso los costos de instalación se asumen un 20% del precio
de compra.
Todos los precios de compras son del tipo FOB.
Así por ejemplo: Tamices Moleculares (GAC-101) se tiene:
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Capacidad: 5 m3; Costo: $ 500 000.00
Costo de tanque HX-101 = 500 000.00*(53.87/5) ^0.6 = $ 2 081 594.77
Costo de Instalación = 0.2 * 2 081 594.77= $ 416 318.95
Costo total = 2 081 594.77 + 4 352.75 = $ 2 497 913.72
Tabla 17. Costo total de Tamices Moleculares
TAMICES MOLECULARES
NOMBRE CANTIDAD CAPACIDAD
(m3)
PRECIO DE
COMPRA ($)
COSTO DE
INSTALACION
($)
COSTO
TOTAL (S)
GAC-101 2 53.87 2 081 594.77 416 318.95 4 995 827.44
TOTAL 4 995 827.44
Fuente: Base de datos del software
3.8.2.6. Reactores
Para el caso de los reactores se tiene información del costo de 5 m3
para el reactor de siembra y 35 m3 para el reactor CSTR para el
proceso de hidrolisis-Fermentación de acero inoxidable, a partir
obtendremos el costo de las demás tanques, usando para esto el
factor de las seis décimas.
Para el costo de instalación se asume el 30% del costo del tanque.
Así por ejemplo: Para el Reactor de Siembra (SFR-101) se tiene:
Capacidad: 5 m3; Costo: $ 8 000.00
Costo de tanque SFR-101 = 8 000*(40/5) ^0.6 = $ 27 857.62
Costo de Instalación = 0.3 * 27 857.62= $ 8 357.29
Costo total = 8 357.29+ 27 857.62= $ 36 214.90
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Tabla 18. Costo total de tanques
Fuente: Base de datos del software
3.8.3. Bienes Inmuebles
3.8.3.1. Terreno
Teniendo en cuenta el área (7 000 m2) y asumiendo un precio de
$100/m2, se tiene: $700 000.00
3.8.3.2. Cimientos Y Estructuras
Se estima alrededor de $ 150 000.00
3.8.3.3. Edificios
Se estima alrededor de $ 300 000.00
3.8.3.4. Auxiliares De Procesos
Se Asume un 20% del costo total del equipo principal.
TANQUES
NOMBRE CANTIDAD CAPACIDAD
(m3)
PRECIO DE COMPRA POR
UNIDAD ($)
COSTO DE INSTALACION
($)
COSTO TOTAL (S)
Reactor de Hidrolisis Térmica (R-102)
2 100 93 870.51 28 161.15 244 063.33
Reactor de Inóculo
(SFR-101) 4 40 27 857.62 8 357.29 144 859.61
Bioreactor Hidrolisis-
Fermentación (R-102)
72 100 93 870.51 28 161.15 8 786 279.74
TOTAL 9 175 202.68
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3.8.3.5. Instrumentación
Se Asume un 20% del costo total del equipo principal.
3.8.3.6. Parte Eléctrica
Se Asume un 15% del costo total del equipo principal.
3.8.3.7. Tubería y Accesorios
Se Asume un 20% del costo total del equipo principal.
3.8.4. Resumen De La Inversión
3.8.4.1. Resumen para el costo de equipos
Tabla 19. Resumen del costo total para los equipos
EQUIPO COSTO TOTAL ($)
TANQUES 2 075 331.29
BOMBAS 15 193.36
COLUMNAS DE DESTILACION 2 043 615.17
INTERCAMBIADORES DE
CALOR 20 893.21
TAMICES MOLECULARES 4 995 827.44
REACTORES 9 175 202.68
TOTAL 18 326 063.15
Fuente: Elaboración Propia
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3.8.4.2. Resumen para el costo de bien inmueble
Tabla 20. Resumen del costo total de bien inmueble
BIEN INMUEBLE COSTO TOTAL ($)
TERRENO 700 000.00
CIMIENTO Y
ESTRUCTURAS 200 000.00
EDIFICACIONES 400 000.00
AUXILIARES DE PROCESO 3 665 212.63
INSTRUMENTACION 3 665 212.63
ELECTRICIDAD 2 748 909.47
TUBERIAS Y ACCESORIOS 3 665 212.63
TOTAL 15 044 547.36
Fuente: Elaboración Propia
3.8.5. Costos De Operación
Para determinación de los costos de operación se tiene en cuenta los
gastos de:
3.8.5.1. Mano de obra
3.8.5.1.1. Operarios
Para estimar la cantidad de recursos necesarios se divide la planta en
9 áreas y 3 turnos de 8 horas cada uno.
Área de transporte: comprende en transportar la biomasa hasta
la planta, y para esta se estima un total de 1 personas por turno.
Área de pre-tratamiento: se requiere 2 operario por turno
Área de hidrolisis-fermentación: se requiere 2 operarios por
turno
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Área de destilación: se requiere 2 operarios por turno
Área de Tamices Moleculares: se requiere 1 operario por turno
Área de laboratorio: se requiere 2 operarios por turno
Seguridad: 2 por garita
Área de mantenimiento: se considera necesario a 3 recursos: un
mecánico, un electricista y un ayudante.
Área de limpieza: se requiere 2 operarios por turno
Total de operarios: 17 por turno, trabajando en tres turnos se
tiene 51.
3.8.5.1.2. Ingenieros: 1 por turno y un jefe de planta
Total de ingenieros: 4
3.8.5.1.3. Superintendentes: 1
3.8.5.1.4. Gerente: 1
Total de personal en planta 57 personas
Tabla 21. Resumen de remuneración del personal.
REMUNERACION DEL PERSONAL
Recursos Cantidad
Costo
mensual
($)
Gratificaciones
mensuales ($)
CTS
mensual
($)
Vacaciones
mensuales
($)
Total ($)
Operarios 51 300.00 50.00 25.00 25.00 20 400.00
Ingenieros de
Turno 3 900.00 150.00 75.00 75.00 3 600.00
Ingenieros Jefe
de planta 1 1 500.00 250.00 125.00 125.00 2 000.00
Superintendente 1 2 500.00 416.67 208.33 208.33 3 333.33
Gerente 1 5 000.00 833.33 416.67
416.67 6 666.67
TOTAL 36 000.00
Fuente: Elaboración Propia en base a supuestos
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3.8.5.2. Materia prima
Se considera un precio estándar de $ 0.07 por kilo de cultivo de
biomasa (microalgas).
3.8.5.3. Servicios de venta
Se considera solo lo referido para cubre gastos de transporte del
producto al puerto, almacenamiento para exportación y pago de
adunas, se fijan en 0.02 $/litro (Centro de Costos de Cartavio).
También se considera el incentivo brindado por el estado por concepto
de exportaciones (DRAW BACK), que es igual al 5% del equivalente
en dinero de lo exportado.
3.8.6. Flujo de caja económico
Para elaborar el flujo de caja económica, se tiene en cuenta las siguientes
consideraciones:
Producción diaria de etanol anhidro (Bioetanol): 872 706.132 Lt./día
Molienda diaria: 4 300 TM/día
Tipo de cambio: 3.30
Tasa mínima atractiva: 15%
Días de operación al año : 322 días
Precios:
Etanol anhidro: 0.7 $/litro
Tonelada de microalgas: $ 70
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Ingresos anuales:
Por concepto de Bioetanol : 872 706.132 *322*0.7 = $ 196 707 962.15
Por concepto de Draw Back : 0.05*196 707 962.20 = $ 9 835 398.11
TOTAL: $ 206 543 360.26
Egresos anuales:
Por concepto de mano de obra: 36 000.00 *10 = $ 360 000.00
Por concepto de materia prima:4 300 *70*322 = $ 96 922 000.00
Por concepto de venta: 0.02*196 707 962.20 = $ 3 934 159.24
TOTAL: $ 101 216 159.24
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Tabla 22. Flujo de caja económico
Fuente: Elaboración Propia
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3.8.7. Rentabilidad
La evaluación de la rentabilidad de la investigación, se realiza sobre la
base de los presentados en el análisis económicos y se evalúa en los 10
primeros años que se considera como vida útil del proyecto; para dicha
evaluación se utilizan técnicas como el VAN y TIR. Esta parte también
incluye un análisis del riesgo de la inversión.
Para una tasa mínima atractiva de rentabilidad del 15%, los cálculos nos
indican:
VAN = $ 495 242 241.41
TIR = 316 %
Recuperación: 0.68 años
De acuerdo a la teoría económica que sustenta estos indicadores de
rentabilidad, es conveniente que se realice la inversión.
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3.9. ESTUDIO DE IMPACTO AMBIENTAL
El potencial de impacto ambiental de una cantidad dada de materia o
energía puede ser definida como el efecto que esta materia y energía
tendría en promedio sobre el ambiente si ellos fueran descargados fuera
del proceso. Dado que la definición implica que el impacto es una cantidad
aún no realizada, el potencial de impacto ambiental es de naturaleza
probabilística. Así, los potenciales de impacto ambiental de una industria
química son generalmente causados por la energía y la materia que el
proceso adquiere o emite al ambiente.
El potencial de impacto ambiental es una cantidad que no puede ser
medida directamente, sin embargo, se puede calcular a partir de
cantidades medibles utilizando relaciones funcionales entre ellas los datos
obtenidos en el reporte brindado por el software SuperPro Designer v9.
El software SuperPro Designer v9 permite al usuario analizar mediante
valores de potencial de impacto ambiental el efecto que el proceso tendría
sobre el ambiente.
Tabla 23. Residuos generados en la planta
Residuos TM/día
Sulfato de amonio 0.16
Dióxido de Carbono 661.80
Celulosa 44.04
Celulasas 7.37
Glucosa 37.29
Hemicelulosa 27.99
Nitrógeno 1.62
Otros solidos 1 613.36
Oxigeno 0.49
saccharomyces cerevisiae
0.04
Agua 2 177.76
Xilosa 102.86
Zymomona mobilis 0.01
TOTAL 4 674.79
Fuente: Datos del software
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Tabla 24. Consumo de agua en la planta
Agentes de transferencia de calor TM/día
Vapor de Agua 55.63
Agua Fría (25-30 °C) 5 001.00
Agua Fría (5-10 °C) 4 446.81
TOTAL 9 503.94
Fuente: Datos del software
Tabla 25. Concentración de los Residuos generados en la planta por
parámetros
Parámetros Concentración
TOC (mg C/l) 226 998.13
COD (mg O/l) 606 273.58
ThOD (mg O/l) 606 273.58
BODu (mg O/l) 444 587.54
BOD5 (mg O/l) 396 381.84
TKN (mg N/l) 1.678
NH3 (mg N/l) 1.678
NO3/NO2 (mg N/l) 0
TP (mg P/l) 0.336
TS (mg Slds/l) 564 469.69
TSS (mg Slds/l) 16.779
VSS (mg Slds/l) 15.101
DVSS (mg Slds/l) 15.101
TDS (mg Slds/l) 564 452.91
VDS (mg Slds/l) 564 404.69
DVDS (mg Slds/l) 564 404.69
Fuente: Datos del software
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Tabla 26. Cantidad de residuos generados en la planta diario por parámetro
Parámetros Rendimientos Diarios
TOC (MT C/d) 734.214
COD (MT O/d) 1 960.96
ThOD (MT O/d) 1 960.96
BODu (MT O/d) 1 438.00
BOD5 (MT O/d) 1 282.08
TKN (MT N/d) 0.005
NH3 (MT N/d) 0.005
NO3/NO2 (MT N/d) 0
TP (MT P/d) 0.001
TS (MT Slds/d) 1 825.75
TSS (MT Slds/d) 0.054
VSS (MT Slds/d) 0.049
DVSS (MT Slds/d) 0.049
TDS (MT Slds/d) 1 825.69
VDS (MT Slds/d) 1 825.54
DVDS (MT Slds/d) 1 825.54
Fuente: Datos del software
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4. DISCUSIÓN
En la tabla N° 2 y tabla N° 5 se aprecia el consumo de bioetanol en Perú y
en Europa el cual creció un 2.6 y 4 % en el año 2016 respectivamente, debido
que en Perú aumenta el consumo de etanol por el aumento de consumo de
la gasolina y en Europa la alta demanda de biocombustibles de acuerdo al
mandato de estar basada en el contenido energético de los ahorros (GEI) de
gases de efecto invernadero.
En el tabla N° 8, el contenido total de ingreso de la pasta de microalga es de
4300 TM/día la misma producción establecida por caña brava, la pasta de
microalga se utiliza en la tecnología SSCF para la producción de bioetanol,
obteniendo una producción de 58% más frente a otras plantas proyectadas.
En la tabla N°12 de acuerdo al método de factores ponderados se muestra
que la ciudad de lima obtiene un puntaje de 33700, mucho más alto que la
ciudad de Trujillo el cual obtiene un puntaje de 29150, siendo un factor
importante para la elección de ciudad el mercado y el agua. Siendo factores
para el crecimiento de la microalga y venta del bioetanol.
En la tabla N° 22 del flujo de caja económico , se observa que la inversión
del proyecto es de $ 33 370 610.52 y los gastos operacionales son de $ 101
216 159.2, el cual se utilizan técnicas como el VAN y TIR para evaluar la
rentabilidad y el tiempo de recuperación de inversión , donde el Valor Actual
Neto es de $ 495 242 241.41 siendo el VAN superior a cero, lo que significa
que recuperamos la inversión inicial y tendremos más capital, otra forma de
calcular lo mismo es mirar la Tasa Interna de Retorno, que sería el tipo de
interés en el que el VAN se hace cero, siendo el TIR un 316 % el cual
estamos ante un proyecto empresarial rentable donde el tiempo de
recuperación de la inversión es de 0.68 años con ganancias de $ 105 327
201.02.
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En la tabla N° 23, se obtiene los datos a partir del informe generado por el
software el cual se observa que la cantidad de residuos generados por la
planta es de 4 674.79 TM/día, siendo el agua el primer residuo con más
producción y el dióxido de carbono el gas con más producción, por otra parte
los residuos generados son destinados para el cultivo de la microalga
Chlorella para minimizar la cantidad de residuos generados y las emisiones
de gases hacia la atmosfera. También los residuos sobrantes son utilizados
en el área de utilidades donde son incinerados, donde el calor producido se
utiliza para hervir agua y utilizarlo en su totalidad en el proceso de hidrolisis
térmica, por otra parte el vapor que se genera es impulsado por una turbina
para generar electricidad.
En la tabla N° 25 observamos la concentración del analito y en la tabla N° 26
la producción de analito por día. Los datos obtenidos de diferentes
parámetros de análisis de laboratorio son brindado por el software, se aprecia
que la alta concentración de sólidos totales (TS) es debido a que es el 39%
de los residuos totales el cual es utilizado en la sección de utilidades, por otra
parte hay una baja concentración de compuestos nitrogenado y fosfatados el
cual es dañina para salud de las personas y animales.
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5. CONCLUSIONES
En este estudio se realizó el diseño y el modelamiento de la planta de
producción de bioetanol a partir de la microalga, siendo factible técnica,
económica y medioambiental.
El uso de microlgas produce un aproximado de 58 % más de bioetanol
frente a otras plantas.
El crecimiento de la demanda de bioetanol aumentara debido al mandato
basada en el contenido energético de los ahorros (GEI) de gases de
efecto invernadero.
La ciudad donde se construirá la planta productora bioetanol será la
Ciudad de Lima.
La tecnología utilizada para el diseño de la planta (SSCF) es factible por
su reducción de equipos, tiempo e insumos, y obteniendo una capacidad
de 872 706.132 L/día de bioetanol anhidro.
La planta productora de bioetanol es amigable con el medio ambiente ya
que sus residuos son utilizados para calentar el agua para la hidrolisis
térmica, generación de electricidad y cultivo de la microalga.
La construcción de la planta de bioetanol es rentable por haber obtenido
valores positivos en sus herramientas de evaluación, obteniendo
ganancias en 0.68 años.
6. RECOMENDACIONES
Se recomienda realizar estudios con otro tipo de biomasa (microalga), para
comparar los rendimientos de la producción de bioetanol.
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