Actividad Fase 2. Balance de Energía

BALANCE MÁSICO Y ENERGÉTICO DE PROBLEMAS AMBIENTALESGRUPO: 358081_4

Presentado por:Francia Meyviz Hernández Vera

Código: 52840680Alex Ricardo Contreras Barrios

Còdigo: 92513439Melisa Dávila JiménezCódigo: 1.102.875.431

Al Tutor:Claudia Patricia Dávila

Universidad Nacional Abierta y a Distancia (UNAD)Escuela de Ciencias Agrícolas, Pecuarias y del Medio Ambiente (ECAPMA)

29 Abril de 2015

Actividad Fase 2. Balance de Energía

1. Recopilación de Datos y consideraciones

El sistema de referencia definido es el ambiente a una temperatura de 25ºC y 1 atmosfera de presión.

Conversión de grados Celsius a Kelvin:

ºK=273,15+ºC

T1: 298,15 ºK

Cp Agua, maleza y Emulsificante: 4190 J/Kg K (VAXA, 2012)Cp Vapor de agua: 2009 J/Kg (VAXA, 2012)2Cp Aceite vegetal: 2000 J/Kg K (VAXA, 2012)Cp Dióxido de Carbono: 0,0374 Kj/Kg K (AIR Liqued, 2015)Cp Biodiesel: 195546,82 Kj/Kg K (Cordero, 2003)Cp Glicerina: 2,32 KJ/mol K (Espinoza & Palmay, 2009)Cp Etanol: 2400 J/Kg K (Universidad de la Laguna, 2002)Cp KOH: 64,9 J/mol K (Universidad Nacional Autónoma de Mexico, 2012)Calor de vaporización del agua:

Temperatura ebullición Agua: 373,15 KTemperatura crítica CO2: 30.98 °C (AIR Liqued, 2015). 304,13ºKTemperatura Lavado: 50°C. 323,15 ºKTemperatura transesterificación: 50°C. 323,15 ºKTemperatura Decantación: 38°C. 311,15 ºK

2. Condiciones de operación de cada etapa

Secado: Temperatura uniforme entre los 95°C y 100°C (Fernandez, 2008).Extracción de Aceite: Combinación del material seco con CO2 un gas totalmente inocuo que se convierte en un potente disolvente en condiciones de presión y temperatura superiores a su punto crítico (AINIA, 2010). Lavado: Lavado tipo niebla, sin agitación mecánica, donde se adiciona agua y una pequeña cantidad de Emulsificante. Este proceso se realiza con un calentamiento de 50ºC que facilita el lavado e impide la formación de emulsiones. (Cano, 2012)Transesterificación con etanol e hidróxido de potasio como catalizador alcalino. Esta etapa se realiza a una temperatura entre 50°C y 55°C, durante una hora, con agitación constante.(Leiva, 2011). Durante la transesterificación los ácidos grasos se separan de la glicerina, y el metanol se une a ellos formando etilésteres. El hidróxido de potasio estabiliza la glicerina(Biodisol, 2015).Decantación: La mezcla reposa por lo menos una hora, manteniendo la temperatura por encima de 38ºC. La glicerina semilíquida y se hunde y permite su separación por una llave en el fondo del reactor. El producto principal es el biodiesel y el residuo es una mezcla entre la glicerina y el etanol. (Biodisol, 2015)

3. Cálculos generales del balance de energía

∆ H+EC+EP=Q+W

Considerando cero los valores de energía cinética, potencial y trabajo, la ecuación nos queda:∆ H=Q

Q=−m1h1+m2h2+m3h3H=C p∗(T 2−T 1)

3.1 Etapa de secado

Entalpías:h2=2KJ∗(373,15−298,15 ) ° k+2449KJ=2599KJ

h3=4,19KJ∗(308,15−298,15 )° k=314,25KJ

Calor:Q=(360Kg∗2599 )+ (40Kg∗314,25 )=948.210KJ /Kg

3.2 Etapa de Extracción de aceite

Entalpìas:h2=2KJ∗(308,15−298,15 ) ° k=20KJ

h3=0.0374KJ∗(304,15−298,15 )° k=0,2244KJ

h4=4,19KJ∗(308,15−298,15 ) ° k=41,9

h5=2KJ∗(308,15−298,15 ) ° k=20

Calor:

Q=(1,44Kg∗20KJ )+(120Kg∗0,2244KJ )+(38,4Kg∗41,9KJ )+(0,16KG∗20KJ )=1667,88KJ /Kg

3.3 Lavado

Entalpìas:

h2=2KJ∗(323,15−298,15 ) ºk=50kj

h3=0 ,0374KJ∗(323,15−298,15 )° k=0,935KJ

h4=2KJ∗(323,15−298,15 )° k=50kj

Calor:

Q=(104Kg∗50KJ )+(120Kg∗0,935KJ )+(1,44Kg∗50KJ )=189.4 KJ /Kg

3.4 Transesterificaciòn

Entalpìas:

h2=195546,82KJ∗(323,15−298,15 ) ºk=4,888,670.5k j

h3=2,32KJ∗(323,15−298,15 ) ° k=58KJ

h4=64,9KJ∗(323,15−298,15 )° k=1,622.5kj

h5=2,4KJ∗(323,15−298,15 )° k=60kj

Calor:

3.5 Decantaciòn

Entalpìas:

h2=195546,82KJ∗(311 ,15−298,15 )ºk=2,542,108.66k j

h3=2,32KJ∗(311 ,15−298,15 ) °k=30,16KJ

h4=64,9KJ∗(311 ,15−298,15 )° k=843,7kj

h5=2,4KJ∗(311 ,15−298,15 )° k=31,2kj

Calor:

4. Tabla de datos del balance de energía del proceso

EtapaFlujo Másico del

ComponenteT1 (K) T2 (K) Cp (KJ/Kg K) Entalpía (H)

Calor (Q)

1. SecadoSalida 1 Vapor de agua 360

298,15

373,15 4,2 Kj/Kg K 2599948210

Salida 2 Maleza seca 40298,1

5373,15 4,2 Kj/Kg K 314,25

2. Extracción de aceite

Salida 1 Aceite extraído 1,44298,1

5308,15 2 Kj/Kg K 20

1667,88

Salida 2 CO2 120 298,1 304,15 0,84 Kj/Kg K 0,374

5Salida 3 Maleza

desgrasada38,4

298,15

308,15 4,2 Kj/Kg K 41,9

Salida 4 Aceite no extraído

0,16298,1

5308,15 2 Kj/Kg K 20

3. Lavado

Salida 1 Emulsificante 104298,1

5323,15 4,2 Kj/Kg K 50

189.4Salida 2 CO2 120298,1

5323,15 0,84 Kj/Kg K 0,935

Salida 3 Aceite purificado 1,44298,1

5323,15 2 Kj/Kg K 50

4. Transesteri-

ficación Etanol -

Base

Salida 1 Biodiesel 1,008298,1

5323,15

195546,82 Kj/Kg K

4,888,670.5

Salida 2 Residuos de aceite:

1,44298,1

5323,15

---

Glicerina 2320 Kj/Kg K 58KOH 64,9 Kj/Kg K 1,622.5

Etanol 2,4 Kj/Kg K 60

5. Decantación

Salida 1 Biodiesel Purificado

1,008298,1

5311,15

195546,82 Kj/Kg K

2,542,108.66

Salida 2 Residuos:

1,44298,1

5311,15

---Glicerina 2320 Kj/Kg K 30,16

KOH 64,9 Kj/Kg K 843,7Etanol 2,4 Kj/Kg K 31,2

Conclusiones

Se

Bibliografía

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Cano, J. M. (03 de 01 de 2012). Terrazocultor. Obtenido de http://biodiesel-jose.blogspot.com/2012/01/como-hacer-biodiesel-casero_7825.html

Cordero, J. A. (2003). Evaluación de las propiedades fisicoquímicas del Biodiesel obtenido a partirde aceite de palma y etanol, como combustible alterno del diesel 2D . Guatemala: Universidad San Carlos de Guatemala.

Espinoza, A., & Palmay, P. (2009). Diseño y construcción de un reactor Batch para la obtención por transesterificaión de Biodiesel a partir de aceite de cocina reciclado. Riobamba: Escuela Superior Politécnica del Chimborazo.

Fernandez, M. (14 de 04 de 2008). Universidad de Sevilla. Recuperado el 29 de 03 de 2015, de http://personal.us.es/mfarevalo/recursos/tec_far/secado.pdf

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