proceso de obtención de bioetanol
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Proceso de fabricación de bioetanol a partir de una solución de azucar convencionalTRANSCRIPT
UNIVERISAD NACIONAL DE ASUNCIÓN
Facultad de Ciencias Químicas
Laboratorio de Ingeniería Química IV
Producción de bioetanol
Profesores:
Dra. Hortensia Ayala.
IQ. Edelira Velázquez.
IQ. Laura Correa. IQ. Juan Carlos Martínez.
IQ. Carolina Centurión.
IQ. Laura Barrios. IQ. José Melis.
IQ. Rodrigo Mussi.
Integrantes: Grupo B
Andrés Aranda.
Nubia Chaparro. Martín Riva.
Belén Sarubbi.
Hugo Simón.
Noveno Nivel.
San Lorenzo, Octubre de 2013.
Laboratorio de Ingeniería Química IVProducción de Bioetanol
2
ÍNDICE
INTRODUCCIÓN ……………………..…………………………………….……..… 3
OBJETIVO GENERAL……………………………………………………………… 4
OBJETIVOS ESPECÍFICOS……….……………………………………………..… 4
ORGANIZACIÓN DEL TRABAJO…………………………………….…………... 5
ORGANIGRAMA………………………………………………………...…………... 6
FUNCIONES ASIGNADAS A CADA DIRECTOR…………………….……….…. 7
INGENIERIA DE PROCESOS…………………………….……….……………….. 8
ORDEN DE PRODUCCIÓN………...…………………………….……………….... 19
PRODUCCIÓN.…………………………………………………..…………….……. 20
CALIDAD ………………………………………………………..……………….….. 29
AMBIENTAL……………………………………………………..…………….……. 38
ADMINISTRACIÓN………………………………………………………….……… 64
CONCLUSION …………………………………………………………………….… 69
BIBLIOGRAFIA…………………………………………………………………….. 70
Laboratorio de Ingeniería Química IVProducción de Bioetanol
3
INTRODUCCIÓN
El presente documento contiene el informe de laboratorio de la práctica
“Producción de bioetanol” referido a la última práctica llevada a cabo en el marco del desarrollo de
la cátedra de Laboratorio de Ingeniería Química IV de la carrera de Ingeniería Química. El informe
es redactado por los integrantes del grupo B y contiene toda la información relacionada a la
conformación de un proceso industrial de producción de biodiesel a escala piloto abarcando el
proceso completo, desde el control de las materias primas hasta la aplicación de tecnologías limpias.
En él se detallan la ingeniería de procesos, la planificación, el proceso productivo, parámetros y
procedimientos referentes a la calidad del producto basados en las normas de calidad ISO 9001 y el
tratamiento pertinente de los efluentes o residuos generados durante el desarrollo del proceso
industrial siguiendo normas ambientales ISO 14000, distribuidos en cuatro sectores principales:
Ingeniería de Procesos y Planificación, Producción, Calidad y Ambiental.
Cada dirección, en función al rol que cumple, ha desarrollado una sección del informe las
cuales se encuentran contempladas en el documento.
Además de la información generada y recolectada por cada dirección, se incluyen
conclusiones, análisis y apreciaciones personales por parte del grupo de trabajo.
En cuanto al producto se refiere, el bioetanol, también llamado etanol de biomasa, es un
alcohol de origen vegetal que se produce a través de la fermentación de distintos tipos de materias
primas tales como los cereales, maíz, trigo y cebada al igual que de cultivos con alto contenido en
azucares como la caña de azúcar o la remolacha. [1].
Esta fermentación alcohólica consiste en un proceso biológico en plena ausencia de aire
(oxígeno) originado por la actividad de algunos microorganismos, en este caso levaduras
Saccharomyces cervisiae, que procesan los hidratos de carbono, tales como el azúcar, para obtener
como productos finales: un alcohol en forma de etanol, dióxido de carbono en forma de gas y unas
moléculas de ATP que consumen los propios microorganismos en su metabolismo celular
energético anaeróbico. En ella, el oxígeno necesario para oxidar carbono y obtener dióxido de
carbono junto con el etanol está contenido en la propia molécula de glucosa [2]. La fermentación
tiene una duración aproximada de 24 a 30 horas y da origen al vino (mosto fermentado, con una
concentración del 7% al 10% de alcohol). Luego de la fermentación, las levaduras son recuperadas
para un nuevo uso, y el vino es enviado a las columnas de destilación. Durante la destilación,
primero se recupera el bioetanol en forma hidratada, con aproximadamente 73° GL (porcentaje en
volumen), dejando la vinaza como residuo, en la cual queda también una cierta cantidad de
bioetanol no recuperado.
Una de las fuentes principales de materia prima para la producción de bioetanol es la
melaza obtenida como subproducto de las industrias azucareras. De ésta manera podría decirse que
el etanol es un subproducto que se obtiene a partir de la elaboración del azúcar; sin embargo debido
a la dificultad para la obtención de melaza, en esta práctica se hace uso de azúcar convencional para
fines académicos. La materia prima empleada para el desarrollo de esta práctica consiste en una
solución de sacarosa de 11ºBrix, sales de fósforo y nitrógeno, y agua potable; acompañadas de los
microorganismos participes de la reacción, los Saccharomyces cervisiae.
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OBJETIVO GENERAL
Conformar, operar, gerenciar y evaluar un proceso íntegro de obtención de bioetanol a
escala piloto, cumpliendo con técnicas de producción más limpia y normas ambientales e
implementando aspectos de sistemas de gestión de la calidad, mejora de la producción, técnicas de
administración y liderazgo.
OBJETIVOS ESPECÍFICOS
o Evaluar, seleccionar y planificar un proceso adecuado para producir un bioetanol a partir de
fuentes renovables.
o Ampliar las habilidades en el manejo de equipos industriales, tratamiento y disposición de
efluentes sólidos y líquidos, cumpliendo con normas de calidad y ambientales.
o Estimar costos directos e indirectos de fabricación, para materiales y mano de obra.
o Desarrollar espíritu de trabajo en equipo y valores para el buen desempeño de la práctica.
o Elaborar conclusiones y sugerencias respecto a la experiencia.
o Fortalecer aptitudes y actitudes vinculadas con el ejercicio profesional del Ingeniero
Químico.
o Adoptar criterios de sistemas de gestión de la calidad durante la producción.
o Caracterizar la materia prima, los productos y efluentes del proceso.
o Proponer tratamientos de residuos y efluentes.
o Analizar los resultados obtenidos y comparar con valores establecidos por normas.
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ORGANIZACIÓN DEL TRABAJO
El grupo está compuesto por cinco integrantes cuatro de ellos asumen el rol de director de
alguna de las áreas, cada director posee funciones específicas de su dirección como se detalla más
adelante, sin embargo simultáneamente forman parte de los equipos de trabajo de las demás
direcciones como se muestra en el organigrama que sigue (figura 1). Cada director es responsable
de los resultados obtenidos en su área y debe comunicarlos en caso necesario a la gerencia industrial
(ver organigrama). Al final de cada sección los directores realizan una autoevaluación de su trabajo
en función a los criterios preestablecidos (ver anexo).
El quinto integrante asumirá el papel de líder del grupo de manera a tener un representante
del grupo ante las autoridades de cargos superiores. El líder se encargará de los aspectos que
involucren a todo el grupo y deberá controlar el trabajo de cada director así como de distribuir las
actividades a los miembros del grupo.
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ORGANIGRAMA
En el siguiente Mapa Conceptual, se presenta el organigrama en donde se muestran las responsabilidades que se delegaron para el desarrollo de la práctica. El líder es Martin Riva.
Dirección de Producción
Andrés Aranda
Dirección de Calidad
Nubia Chaparro
Dirección Ambiental
Belén Sarubi
Dirección de Ingeniería
de Proceso y
Planeamiento
Hugo Simón
Equipo de Trabajo
Martin Riva
Andrés Aranda
Nubia Chaparro
Belén Sarubi
Equipo de Trabajo
Martin Riva
Nubia Chaparro
Hugo Simón
Belén Sarubi
Equipo de Trabajo
Martin Riva
Andrés Aranda
Hugo Simón
Belén Sarubi
Equipo de Trabajo
Martin Riva
Andrés Aranda
Nubia Chaparro
Hugo Simón
Gerencia General
Prof. Dra. Hortensia
Ayala
Gerencia de Ventas Gerencia Admistrativa
Gerencia Industrial
Prof. IQ. Edelira
Velázquez
Figura 1. Organigrama del trabajo (Elaborado por Hugo Simón)
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FUNCIONES ASIGNADAS A CADA DIRECTOR:
Director de Ingeniería de Procesos y Planeamiento:
Seleccionar e implementar el proceso de producción de bioetanol.
Formular el procedimiento a seguir durante la práctica.
Planificar el proceso de producción.
Elaborar la orden de producción.
Realizar los memos de pedidos de materias primas, reactivos y equipos que se
necesitarán.
Director de Producción:
Suministrar toda la información necesaria para la producción al director de
Ingeniería de Procesos y Planeamiento.
Implementar y controlar el procedimiento de producción.
Determinar y analizar los costos de producción.
Elaborar las planillas de producción y registrar los datos.
Calcular el consumo de materia prima, cantidad de producto elaborado y
rendimiento.
Director de Calidad:
Obtener e implementar técnicas de análisis.
Determinar los parámetros a medir en materias primas y productos.
Realizar el control de calidad de la materia prima y el producto.
Implementar el sistema de gestión de calidad ISO 9001.
Elaborar los documentos referidos al sistema de gestión de la calidad.
Aprobar los procedimientos documentados.
Comparar los valores obtenidos con Normas.
Director de Ambiental:
Caracterizar efluentes y comparar los valores obtenidos con las normas de
vertido.
Proponer técnicas de reducción de desechos.
Tratar y disponer aquellos efluentes que no puedan ser reutilizados.
Implementar criterios de producción más limpia y normas ISO 14000.
Redactar los procedimientos del sistema de gestión ambiental.
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1. DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA DE PROCESO Y PLANIFICACIÓN
Encargado: Hugo Simón
En esta sección se incluye toda la información referida a la selección, diseño y
conformación del proceso de producción así como también las planillas de planificación del trabajo
y el listado de materiales y equipos necesarios.
Para el proceso de elaboración de Bioetanol se ha utilizado azúcar convencional, por el
difícil acceso a la melaza.
El procedimiento ha sido diseñado para llevar a cabo la producción a escala piloto de
bioetanol a partir de azúcar convencional, debido al difícil acceso a la melaza comúnmente utilizada
para dicho fin. El procedimiento está basado en el trabajo de investigación de la Ing. Química
Edelira Velázquez e Ing. Químico Juan Carlos Martínez, “Hacia el mejoramiento de la calidad de la
Caña Paraguaya”.
El proceso de obtención de bioetanol por fermentación se realizará en plena ausencia de
oxígeno partiendo de 12 kg de azúcar convencional disueltas en 100 litros de agua, posteriormente
esta disolución se esterilizará en un evaporador, conforme disminuye su temperatura hasta
aproximarse a los 35°C, se inocula el pie de cuba para dar inicio a la fermentación. El pH es un
factor limitante en el proceso de la fermentación ya que las levaduras poseen un óptimo desempeño
dentro de un rango 3.5 a 5.5 de pH.
El procedimiento documentado, se presenta en la siguiente página, está destinado a
estandarizar el mecanismo de Producción de Bioetanol.
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Bioetanol de
Calidad
Código: PIP01
Fecha de Creación: 10/09/2013
Versión 001 Revisión 000 Página 1 de 2
Departamento: Planificación
Procedimiento de producción de bioetanol a partir del azúcar convencional
ELABORADO POR: Zonia Giménez Firma: …………………………………… Fecha: …………/…………/……………
MODIFICADO POR: Hugo Simón Firma: …………………………………… Fecha: …………/…………/……………
APROBADO POR: Martin Riva Firma: …………………………………… Fecha: …………/…………/……………
Objetivo: Establecer los pasos de elaboración de bioetanol a escala piloto a partir de azúcar
convencional.
Alcance: Se aplica únicamente a las operaciones referidas al producto.
Procedimiento.
1. Control de Calidad de la Materia Prima
Se realizan los controles necesarios del azúcar convencional y los valores se comparan con las
normativas vigentes. Los análisis a ejecutarse son: determinación de grados Brix y
determinación de azúcares reductores. El procedimiento de control de calidad se realiza según
documento POE- UNIL01.
2. Pesado de azúcar convencional
Pesar 11 kilogramos de azúcar convencional.
3. Medición del volumen
Medir un volumen de 100 litros de agua necesario para la preparación del mosto.
4. Mezclado del azúcar convencional y agua
Se realiza una buena mezcla y agitación del azúcar convencional con el agua. Se corrige la
cantidad se sólidos totales hasta obtener un valor aproximado 11° Brix, mediante el agregado
del azúcar convencional.
5. Esterilización de la dilución
La esterilización de la disolución obtenida se realiza con vapor de agua indirecto, durante 10
minutos a 85°C aproximadamente para evitar la ebullición.
6. Agregado de nutrientes
La solución esterilizada debe ser enriquecida con nutrientes en las siguientes
concentraciones:
Nutrientes Concentración
Urea 250 mg/L
Fosfato biácido de potasio 120 mg/L
Tabla 1. Concentración de nutrientes necesarios en el pie de cuba (Elaborado por Zonia Giménez)
ALCOHOL S.A”
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Bioetanol de
Calidad
Código: PIP01
Fecha de Creación: 10/09/2013
Versión 001 Revisión 000 Página 2 de 2
Departamento: Planificación
Procedimiento de producción de bioetanol a partir del azúcar convencional
ELABORADO POR: Zonia Giménez Firma: …………………………………… Fecha: …………/…………/……………
MODIFICADO POR: Hugo Simón Firma: …………………………………… Fecha: …………/…………/……………
APROBADO POR: Martin Riva Firma: …………………………………… Fecha: …………/…………/……………
7. Preparación del inóculo y agregado de nutrientes
En el laboratorio se prepara el inóculo, separando el 10% de la disolución esterilizada para la
preparación del pie de cuba, agregándole la levadura de la especie Saccharomyces cerevisiae
con una intensa agitación, en una proporción de 40 g/l de solución ene l pie de cuba, dejando
multiplicar por un lapso de tiempo 4 horas, para luego inocular en el tanque de fermentación.
8. Inoculación
Se agrega el inóculo de levaduras y nutrientes preparado al tanque de fermentación.
9. Fermentación
La fermentación se realiza durante 24 horas a temperatura ambiente. Se realizan controles
continuos de pH, grados Brix y temperatura de la fermentación. La regulación del pH se realiza
con el agregado de HCl o y NaOH.
10. Destilación
El mosto se destila en la columna de fraccionamiento mediante destilación por arrastre con
vapor a 3 atm aproximadamente.
11. Análisis de la vinaza (efluente)
Se realiza el análisis del producto obtenido en la sección inferior de la columna de destilación.
Los análisis necesarios son: DBO5, DQO, OD, sólidos en suspensión, determinación de
fosfatos y determinación de nitratos.
12. Almacenamiento y disposición del efluente
Una vez realizados los análisis a la vinaza el mismo se almacenara y dispondrá según las
ordenes del departamento de ingeniería ambiental.
13. Envasado y almacenamiento
Se procede a envasar el bioetanol y se almacena el producto a temperatura ambiente.
“ECO ALCOHOL “ECO
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1.1 DIAGRAMAS
En función a lo redactado en el procedimiento PIP01 se muestran los diagramas de
entradas y salidas, de bloques y de flujo del proceso.
a) Diagrama de entrada y salida del proceso
Estos diagramas son de gran utilidad para reconocer rápidamente los insumos,
ingredientes y materiales necesarios para la elaboración de cualquier proceso productivo, y
también para identificar de forma ágil la salida con que cuenta el proceso, como el de la
figura 1.1.1. Son sencillos y de fácil comprensión ya que no se muestran las operaciones
unitarias involucradas.
b) Diagrama de flujo del proceso
En un Flujograma se muestra de forma detallada a los equipos involucrados en las
operaciones unitarias descriptas por el diagrama de bloques. También se identifican las
entradas y salidas a cada equipo, y se puede realizar un análisis entorno a ellos para evaluar
el comportamiento del mismo.
Figura 1.1.2 Diagrama de flujo del proceso. ( Elaborado por Zonia Giménez y modificado por Hugo Simón)
Azúcar convencional
Agua
Levadura
Nutrientes
PROCESO
Bioetanol
Biomasa
Vinaza
Figura 1.1.1 Diagrama de Entrada-Salida del proceso. (Elaborado por Zonia Giménez)
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c) Diagrama de bloques del proceso
En los Diagramas de Bloques se identifican de forma más precisas a las
operaciones unitarias que involucran un determinado proceso productivo. Entonces, al ser
un esquema más preciso se pueden identificar de forma más sencilla las entradas y salidas a
cada operación unitaria y los requisitos para cada una de ellas, como el de la figura 1.1.3.
Control de calidad de la
materia prima
Pesado del azúcar
convencional
Medición del volumen
de agua
Mezclado del azúcar de
caña y agua
Esterilización de la
solución
Vapor de agua Condensado
Enfriamiento de la
Disolución
Inoculación
Agregado de nutrientes
Fermentación
Vapor directo Vinaza Análisis de efluente
Preparación del Inoculo
Destilación
Envasado y
almacenamiento
Disposición del efluente
Figura 1.1.3 Diagrama de bloques del proceso de obtención de Bioetanol a partir del azúcar convencional. (Elaborado por Zonia Giménez y modificado por Hugo Simón)
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El procedimiento anterior (PIP01) establece las operaciones a realizarse exclusivamente en
lo referente al producto, sin embargo la dirección de calidad (sección III) determinará los
procedimientos necesarios para el control de calidad de la materia prima y producto, así como
también la dirección ambiental (sección IV) definirá los procedimientos y actividades en cuanto a la
caracterización y tratamiento de residuos y efluentes.
En la siguiente planilla de planificación se observa el total de actividades planificadas para
la práctica incluyendo las actividades referidas al control de calidad y tratamiento de efluentes
(éstas operaciones se detallan mejor en las secciones correspondientes).
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1.2 PLANIFICACIÓN DE LA PRODUCCIÓN
A continuación se presenta la planilla de planificación de la producción, elaborada por la dirección de ingeniería de proceso y planificación junto con las actividades que se deben realizar
y el listado de materiales y reactivos.
Tabla 1.2.1 Planilla de Producción (Elaborado por Hugo Simón)
Fecha Hora
Actividad Responsable Reactivos/Insumos Equipos Materiales Inicio Fin
Producción de Bioetanol
29/10/2013 13:00 18:00
Preparación de reactivos para la
caracterización de la materia prima y
Caracterización de la materia prima
Nubia Chaparro
- Solución de Felhing A
- Solución de Felhing B
- Subacetato de plomo
- Agua destilada
Matraz
Vaso de precipitado
Varilla de vidrio
Embudo
- -
29/10/2013 13:00 13:10 Pesado de materia prima Andrés Aranda, Belén
Sarubi, Martin Riva - - Balanza -
29/10/2013 13:10 13:30 Medición de volumen del agua Andrés Aranda, Belén
Sarubi, Martin Riva - Agua - Bidones graduados
29/10/2013 13:30 14:00 Obtención de la disolución Andrés Aranda, Belén
Sarubi, Martin Riva
- Urea
- Fosfato biácido de Potasio
- Agua - Bidones de 200 litros
29/10/2013 13:00 18:00 Puesta en marcha, control y parada de
la caldera Hugo Simón - Agua
- Caldera
- Evaporador
- Bomba
Leña
29/10/2013 14:00 15:00 Limpieza del evaporador Andrés Aranda, Belén
Sarubi, Martin Riva
- Agua
- Lavandina - -
29/10/2013 15:00 17:00 Esterilización de la disolución Andrés Aranda, Belén
Sarubi, Martin Riva -
- Evaporador
- Bomba -
29/10/2013 17:00 18:00 Limpieza final del evaporador Andrés Aranda, Belén
Sarubi, Martin Riva
- Agua
- Lavandina - -
30/10/2013 8:00 12:00 -Preparación de reactivos para
caracterización del efluente(Vinaza) Belén Sarubi
Fosfato monoácido de Potasio; Fosfato
monoácido de Sodio; Cloruro de Amonio;
Sulfato de Magnesio; Cloruro de Calcio; - Materiales de laboratorio
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Fecha Hora
Actividad Responsable Reactivos/Insumos Equipos Materiales Inicio Fin
Cloruro Férrico; Dicromato de Potasio;
Ácido Sulfúrico Concentrado; Sulfato de
Plata; Sulfato Ferroso Amónico;
Fenantrolina Monohidratado; Sulfato
Ferroso; Sulfato Mercúrico
30/10/2013 13:00 18:00 -Preparación de reactivos para
caracterización del efluente(Vinaza) Belén Sarubi
Molibdato de Amonio; Tartrato
Antimoniato de Potasio; Ácido Ascórbico
p.a.; Ácido Clorhídrico p.a.; Carbonato de
Sodio; Rojo de Metilo; Etanol; Hidróxido
de Sodio p.a.; Ftalato Ácido de Potasio; Arsenito de Sodio; Sulfato de Brucina
- Materiales de laboratorio
30/10/2013 8:00 8:30 Preparación del inóculo
Martin Riva, Andrés
Aranda
- Levadura - Bidones de plástico
30/10/2013 8:30 11:30 Control de las condiciones de propagación
Martin Riva, Andrés
Aranda
- - Refractómetro
- pHmetro
- Termopar
Materiales de laboratorio
30/10/2013 11:30 12:00 Inoculación Martin Riva, Andrés
Aranda
- - Materiales de Laboratorio
30/10/2013 12:30 18:00
Inicio de la fermentación, control de las
condiciones de fermentación. Toma de
muestra. Ajuste del pH. Medición de la temperatura. Medición de ºBrix
Martin Riva, Andrés
Aranda
- Solución de Hidróxido de Sodio 40%
- Refractómetro
- pHmetro
- Termopar
Materiales de laboratorio
31/10/2013 8:00 12:00
Control de las condiciones de fermentación. Toma de muestra. Ajuste
del pH. Medición de la temperatura.
Medición de ºBrix
Hugo Simón, Nubia
Chaparro - Solución de Hidróxido de Sodio 40%
- Refractómetro
- pHmetro
- Termopar
Materiales de laboratorio
31/10/2013 11:00 18:00 Puesta en marcha, control y parada de
la caldera Martin Riva - Agua
- Caldera
- Evaporador
- Bomba
Leña
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Fecha Hora
Actividad Responsable Reactivos/Insumos Equipos Materiales Inicio Fin
31/10/2013 13:00 18:00
-Finalización de la fermentación
- Destilación del producto fermentado
- Caracterización del producto
obtenido: Medición del grado
alcohólico.
-Limpieza de materiales y del lugar de
trabajo
-Almacenamiento de la vinaza del producto final
Hugo Simón, Nubia
Chaparro, Andrés
Aranda, Belén Sarubi
-
-Termopar
- Recipiente de 20L
para el
almacenamiento del
producto obtenido
-
Caracterización del Producto Final
07/11/2013 13:00 18:00 -Grado Alcohólico Martin Riva - -Alcoholímetro de
Gay-Lussac
-Probeta
07/11/2013 13:00 18:00 -Prueba de inflamabilidad Hugo Simón - - -
Caracterización de efluentes
07/11/2013 13:00 18:00 Medición de DBO a la vinaza Andrés Aranda - Reactivos elaborados el 30/10/2013 - Materiales de Laboratorio
07/11/2013 13:00 18:00 Medición de fósforo, Nitrógeno, DQO5
del efluente
Nubia Chaparro, Belén
Sarubi - Reactivos elaborados el 30/10/2013 - Materiales de Laboratorio
1.3 BALANCE DE MASA PLANIFICADO
La reacción para la obtención del Biodiesel es la siguiente:
Inversión de la sacarosa C12H22O11 + H2O 2 C6H12O6
Fermentación alcohólica 2 C6H12O6 2 C2H5OH + 2 CO2
A continuación se describen brevemente las operaciones y cálculos que se llevarán a
cabo durante el proceso de producción y se establecen las cantidades de reactivos e insumos que
se utilizarán para la realización del balance de masa. Se asumen que la conversión de la reacción
es del 100%.
Estequiométrico Sacarosa Agua → Etanol Dióxido de
carbono
C12H22O11 H2O 4.CH3CH2OH 4.CO2
1 mol 1 mol 4 mol 4 mol 342 g 18 g 184 g 176 g
Para el proceso teórico de producción de etanol por fermentación se observa que
para una cantidad de 11000 g de azúcar, el máximo obtenible de etanol es de 6725,15 g.
Teórico Sacarosa Agua → Etanol Dióxido de
carbono
11 000 g 579g 5918,13 g -
El Bioetanol puro máximo obtenible según la densidad (0,789 kg/L) es de 7,5 L.
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1.3 CONCLUSIÓN DEL DEPARTAMENTO
En el balance de masa teórico se puede ver que con 11 kg de azúcar se obtiene
estequiométricamente 7,5 litros de alcohol al 100 %, aunque esto no se cumplirá ya que el
azúcar comercial no es 100% pura y además una conversión del 100% es ideal. Cabe destacar
también que en la torre de destilación no se podrá obtener un alcohol puro si no que rondara
entre un 70% y 80 % de concentración en volumen debido a la disposición de platos en la
columna y también dependerá de la concentración inicial lograda y las condiciones de
operación.
Un problema que surgió es la elección de la concentración adecuada para obtener el
mayor porcentaje de conversión en 24 horas, por lo que se decidió luego de ver los resultados de
otros grupos por una concentración de 11 Brix. Para alcanzar dicha concentración se necesita 11
kg de azúcar pura, pero al no ser pura el azúcar se debe agregar una pequeña cantidad extra que
dependerá de la pureza del azúcar y no puede ser planificada.
El problema que no se pudo solucionar es el de conocer la relación de reflujo en la torre
de destilación por lo que no se pudo realizar un balance de energía para conocer tanto el vapor
necesario como el agua de reposición en la torre de enfriamiento.
Debido al compañerismo existente entre los miembros del grupo y al entendimiento
entre los miembros permite realizar un cronograma ajustado lo que permitirá un ahorro en
costos que es uno de los objetivos principales de un ingeniero.
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2. ORDEN DE PRODUCCIÓN
La dirección de ingeniería de proceso y planeamiento expide la siguiente orden de
producción y deberá entregarse al director de producción junto con la planilla de planificación y
el procedimiento PIP01.
Tabla 2.1 Orden de producción (Elaborado por Hugo Simón)
Orden de Producción Nº: 04
Tema: Producción de Bioetanol
Fecha de expedición de la orden: 24/10/2013
Departamento que expide la orden: Ingeniería de Proceso y Planeamiento
Sírvase: Departamento de Producción
Fecha fabricación: 29/10/2013
Hora de inicio: 8:00
Hora de finalización: 18:00
Elaborado por: Hugo Simón
Recibido por: Andrés Aranda
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3. DEPARTAMENTO DE PRODUCCIÓN
Encargado: Andrés Aranda.
En este capítulo, se describen las tareas realizadas durante el proceso de producción
para la obtención de bioetanol por fermentación de una solución de azúcar blanca. Con esta
descripción, se compraran las actividades planificadas con las realizadas, de tal forma a evaluar
el desempeño y poder analizar los cumplimientos y las faltas. Para esto se presenta en la Tabla
3.1 en detalle las diligencias hechas con sus respectivos encargados para cada labor, y en la
Tabla 3.2. se encuentran los equipos y reactivos necesarios para cumplir con la planificación
presentada.
Asimismo, se presentan los balances de masa y energía aplicados a los equipos
involucrados en las diferentes etapas de producción, con algunas consideraciones pertinentes
que puedan explicar lo ocurrido en cada fase y facilitar la resolución.
Finalmente, se presenta una breve conclusión sobre los aspectos técnicos más
resaltantes sobre lo que fue el desarrollo del proceso por el encargado de este departamento.
Laboratorio de Ingeniería Química IVProducción de Bioetanol
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Tabla 3.1 Comparación entre las actividades planificadas y las realizadas y los inconvenientes presentados (Elaborado por Andrés Aranda)
Fecha
Horario Actividades Planificadas Departamento Responsables Actividades Realizadas
Inconvenientes
presentados
Cumplido
SI NO
29 de Octubre
13:00-18:40 Hs.
- Preparación de reactivos
para la caracterización de la
materia prima.
- Caracterización de la
materia prima.
- Pesaje de materia prima,
nutrientes y medición del
volumen de agua.
- Obtención de la disolución.
- Puesta en marcha, control y
parada de la caldera.
- Limpieza del evaporador
- Esterilización de la
disolución.
Ingeniería de
Procesos y
Planificación.
Producción
Ambiental.
Andrés Aranda.
Nubia Chaparro.
Martín Riva.
Belén Sarubbi.
Hugo Simón.
- Preparación de reactivos
para la caracterización
de la materia prima y
Caracterización de la
materia prima.
- Obtención de la
disolución.
- Puesta en marcha y
parada de la caldera,
limpieza del evaporador,
esterilización de la
disolución.
- Cálculo de la
cantidad de
levadura y
nutrientes
necesarios para
la
fermentación.
X
30 de Octubre
08:00-17:50 Hs.
- Preparación de reactivos
para caracterización del
efluente (Vinaza).
- Preparación del inóculo.
- Control de las condiciones
de propagación.
- Inoculación y control de las
condiciones de la
fermentación con toma de
muestra (cada 2 horas) y
mediciones de pH,
temperatura y ºBrix
Producción.
Ambiental
Andrés Aranda.
Nubia Chaparro.
Martín Riva.
Belén Sarubbi.
Hugo Simón.
- Preparación de los
reactivos para
caracterizar el efluente.
- Preparación del inóculo,
control de las
condiciones de
propagación.
- Inoculación y control de
las condiciones de la
fermentación mediante
toma de muestra para
mediciones de pH,
temperatura y °Brix.
- Necesidad de
ajuste de pH, y
reducción del
tiempo de
muestreo a 1,5
horas.
X
Laboratorio de Ingeniería Química IVProducción de Bioetanol
22
Fecha
Horario Actividades Planificadas Departamento Responsables Actividades Realizadas
Inconvenientes
presentados
Cumplido
SI NO
31 de Octubre
07:30-18:20 Hs.
- Control de las condiciones
de la fermentación con
toma de muestra (cada 2
horas) y mediciones de pH,
temperatura y ºBrix.
- Puesta en marcha, control y
parada de la caldera.
- Finalización de la
fermentación mediante
destilación del producto.
- Limpieza de materiales y
del lugar de trabajo.
Producción.
Calidad.
Andrés Aranda.
Nubia Chaparro.
Martín Riva.
Belén Sarubbi.
Hugo Simón.
- Control de las
condiciones de la
fermentación antes de
su finalización,
medición de pH,
temperatura y ºBrix.
- Puesta en marcha y
parada de la caldera.
- Limpieza del lugar de
trabajo y de los
materiales-
- Necesidad de
control durante el
manejo de la
caldera y de la
columna de
destilación.
- Exposición a altas
temperaturas en el
manejo de la
caldera y de la
vinaza que sale de
la columna.
X
31 de Octubre
07:30-18:20 Hs.
- Caracterización del
producto obtenido:
Medición del grado
alcohólico.
Calidad. Andrés Aranda.
Nubia Chaparro.
- Almacenamiento de
una muestra del
producto obtenido.
- Falta de tiempo
una vez obtenido
el producto.
X
7 de Noviembre
13:20-18:00 Hs.
- Caracterización del
producto obtenido:
Medición del grado
alcohólico.
- Caracterización del
producto obtenido: Punto
de inflamabilidad.
Calidad
Andrés Aranda.
Martín Riva.
Hugo Simón.
- Caracterización del
producto obtenido. --------- X
7 de Noviembre
13:20-18:00 Hs.
- Caracterización de la
vinaza como efluente:
DQO5, DBO, Fósforo y
Nitrógeno.
Ambiental
Andrés Aranda.
Nubia Chaparro.
Belén Sarubbi.
Se efectuaron las determinaciones, pero hubo
inconvenientes con los reactivos. Esto se explicará
en la sección del departamento correspondiente.
X
Laboratorio de Ingeniería Química IVProducción de Bioetanol
23
Tabla 3.2 Identificación de equipos y reactivos (Elaborado por Andrés Aranda)
Identificación de Equipos Identificación de Reactivos
Caldera Desinfectante Hipoclorito de Sodio
Evaporador Simple Solución de Hidróxido de Sodio 40%
Columna de Destilación con Condensador Total Solución de Ácido Clorhídrico 0,5 N
Estufa Urea
pHmetro Fosfato Ácido de Potasio
Balanza Sulfato de Amonio
Refractómetro Sulfato de Magnesio
Alcoholímetro
Reactivos para Fósforo:
- Reactivo A
- Reactivo B
- Reactivo C
- Solución de Mehlich
- Patrones para curva de Calibración.
Termopar Solución de Ácido Sulfúrico-Sulfato de Plata
Espectrofotómetro Sulfato Ferroso Amónico 0,25 N
Oxímetro Sulfato Mercúrico
Turbidímetro Solución de Ácido Sulfúrico
Conductímetro Solución Madre de Nitrato
Solución de Cloruro de Calcio
Laboratorio de Ingeniería Química IVProducción de Bioetanol
24
3.1 BALANCES DE MASA Y ENERGÍA
En esta etapa se describen los balances de masa y energía aplicados a la práctica
para la obtención de bioetanol a partir de una solución azucarada.
3.1.1. BALANCES DE MASA
Entrada de Materia - Azúcar: 11,85 kg.
- Agua: 100 kg.
- Levadura: 2 kg. - Nutrientes: 80 g. de NPK + 29 g. de Urea
- TOTAL: 113,959 kg.
Salida de Materia
Se obtuvo 4,1 litros de solución alcohólica con graduación alcohólica de 63 Gay-
Lussac. Relacionando este dato con las densidades de agua y alcohol, a 25 ºC, se obtiene que:
- Masa obtenida de Alcohol:
- Masa obtenida de Agua:
- Producto de Cola:
Se obtuvo una cantidad aproximada de 64,7 kg. de vinaza; pero se había estimado una
cantidad de 112, 238 kg. por lo que el faltante de masa de considera que fueron pérdidas que
alcanzan el 42,35%. Esto corresponde a una masa perdida de 47,538 kg.
Salida de Materia - Etanol: 2,0388 kg.
- Agua: 1,517 kg. - Vinaza: 64,7 kg.
- Pérdidas: 47,538 kg.
- Rendimiento del proceso:
- Porcentaje obtenido con relación a lo esperado:
Laboratorio de Ingeniería Química IVProducción de Bioetanol
25
3.1.2. BALANCES DE ENERGÍA
- Esterilización de la Disolución:
Con los siguientes cálculos, lo que se pretende es determinar la cantidad de vapor de
calefacción a utilizarse para efectuar la esterilización. Algunas consideraciones realizadas:
- Servicio de vapor fue de 3 atm absolutas. Hvapor= 2.718 kJ/kg; Hcondensado = 557,6 kJ/kg.
- La entalpía de la disolución se considera utilizando las cantidades de sacarosa y agua:
o Concentración de Azúcar:
o Concentración de Agua:
o El calor específico de la solución será igual a:
Datos: Cpagua = 4,183 kJ kg-1 K
-1; CpAzúcar = 1,269 kJ kg
-1 K
-1.
Asumiendo que son constantes para el intervalo de temperaturas que se maneja, se tiene
que el calor específico de la disolución será:
Asumiendo unas pérdidas del 15% del calor liberado por el vapor de calefacción, se
tiene que:
Despejando la masa del vapor:
Entrada de disolución
Masa 113,959 kg
Temperatura 30 ºC
Cp 3,874 kJ/kg K
Salida de disolución
Temperatura 95ºC
Cp 3,874 kJ/kg K
Esterilización
Vapor de agua
Condensado
Disolución de miel
Laboratorio de Ingeniería Química IVProducción de Bioetanol
26
- Balance en el condensador
o
o
o Calor absorbido por el agua de enfriamiento:
Considerando que existe una pérdida de calor al exterior de aproximadamente 25%,
debido aislamiento ineficiente, se puede calcular la cantidad de vapor que ingresa al
condensador.
Calor Absorbido=0,75 x Calor Cedido
Donde 819,28 kJ/kg y 2.299 kJ/kg corresponden a los calores de vaporización del etanol
puro y el agua a 87 ⁰C. Y 2,45 kJ / kg ⁰C y 4,18 kJ / kg ⁰C corresponden a los calores
específicos del etanol puro y del agua a una temperatura media.
- Requerimiento de vapor para la destilación por vapor directo.
Agua de enfriamiento
Masa 0,110 kg/s
Temperatura 25 ºC
Cp 4,184 kJ/ kg ºC/
Condensado
Temperatura 22 ºC
Vapor
Masa ?
Temperatura 87 ºC
Cp 3,25 kJ/ kg ºC
Agua de enfriamiento
Temperatura 29ºC
Agua de
enfriamiento
VaporCondensado
Laboratorio de Ingeniería Química IVProducción de Bioetanol
27
No se disponen de datos suficientes para realizar algunos balances y determinar la
cantidad de vapor necesaria para la destilación. Una principal incógnita es la cantidad de vinaza
en el producto de cola.
Laboratorio de Ingeniería Química IVProducción de Bioetanol
28
3.3 CONCLUSIÓN DEL DEPARTAMENTO
El balance de masa obtenido, es en realidad muy aproximado porque se necesita saber
indefectiblemente la cantidad de producto de cola que sale de la columna, es por esto que no se
puede determinar a ciencia exacta la cantidad de vapor necesaria para efectuar esta operación.
Esto es muy importante saber porque se puede determinar la cantidad necesaria de combustible
a suministrar para llevar a cabo la operación. Como producto destilado, se obtuvieron 4,1 litros
de solución alcohólica con graduación alcohólica de 63 Gay-Lussac que proporcionó un
rendimiento 17,2% y esta cantidad obtenida representa un 34,45% de la cantidad que se esperó
obtener.
Es de destacar que durante el desarrollo de la destilación la cantidad de destilado
obtenida era sumamente baja, en comparación a la gran cantidad de residuo de columna
obtenido, lo cual dificultaba de sobremanera la medición eficiente de volúmenes principalmente
del producto de cola. Lo ideal sería que la columna cuente con un medidor de caudal que pueda
ser calibrado para obtener resultados mucho más precisos y evitar depender de las estimaciones.
Otra dificultad presentada por la poca cantidad de destilado obtenida era la modificación del
caudal de vapor de calefacción para obtener más destilado, esto generaba aumentos bruscos en
la temperatura de salida del vapor de producto de la columna lo cual proporcionaba un producto
destilado muy diluido.
También sería interesante que la columna de destilación, el condensador y el evaporador
puedan ser aislados de forma más eficiente, con esto se reducirían las pérdidas de calor al
exterior y los procesos podrán ser más fácilmente controlables.
Una sugerencia para el desarrollo de prácticas de destilación, manejo de caldera y
evaporador es que se debe contar con elementos de protección personal debido a que se manejan
temperaturas muy altas que ponen en peligro la integridad de las personas que manejan estos
equipos.
Laboratorio de Ingeniería Química IVProducción de Bioetanol
29
4. DEPARTAMENTO DE CALIDAD
Encargada: Nubia Chaparro.
Este capítulo describe las caracterizaciones que deben realizarse tanto de la materia
prima como del producto final obtenido luego de la finalización de la etapa productiva, detalla
las mediciones pertinentes a llevarse a cabo en las etapas definidas como puntos de control de
calidad siguiendo normativas ISO 9001; y resume los resultados obtenidos comparándolos con
parámetros de calidad previamente establecidos.
4.1 POLÍTICA DE CALIDAD
En ECO ALCOHOL S.A nuestro compromiso es satisfacer y superar las expectativas
de los clientes en su totalidad, garantizando un excelente producto de calidad empleando en su
elaboración una cultura orientada al mejoramiento continuo de los procesos y a la prevención de
eventos que puedan afectar la seguridad y salud de las personas, la calidad e inocuidad del
producto y el ambiente.
4.2 OBJETIVOS DE CALIDAD
Como objetivos principales la dirección de Calidad establece:
Identificar los parámetros de calidad a determinar en la materia prima y producto final,
así como las técnicas de análisis que serán empleadas.
Determinar los criterios y los métodos necesarios para asegurarse de que tanto la
operación como el control del proceso productivo sean eficaces
4.3 PROCEDIMIENTOS
En el marco de la implementación del sistema de gestión de calidad de la ISO
9001:2008 se adjuntan los siguientes procedimientos:
Procedimiento documentado de caracterización de materia prima y producto
terminado.
Instructivos para la caracterización de materia prima y producto terminado
Registro de resultados de los análisis realizados.
Laboratorio de Ingeniería Química IVProducción de Bioetanol
30
Bioetanol de Calidad
Código: POE- UNIL01
Fecha de Creación: 18-10-2013
Versión 001 Revisión 000 Página 1 de 4
Departamento: Calidad
Instructivo para la caracterización de la Solución de Azúcar
ELABORADO POR: Rosalba Ruíz Díaz(Grupo E) Firma: …………………………………… Fecha: …………/…………/……………
REVISADO y MODIFICADO POR: Nubia
Chaparro Firma: …………………………………… Fecha: …………/…………/……………
OBJETIVO: Determinación de los parámetros de calidad de la materia prima y producto final del
proceso de producción de “Bioetanol”.
ALCANCE:
1. Desde: Toma de muestra, de acuerdo a la etapa del proceso.
2. Casos de aplicación: Solución de Azúcar, Bioetanol
3. Hasta: Presentación del informe de resultados.
DESARROLLO:
1. Toma de muestra: se realiza según la etapa de proceso, de acuerdo al tipo de muestra,
detallado en la siguiente tabla:
“ECO ALCOHOL S.A”
Laboratorio de Ingeniería Química IVProducción de Bioetanol
31
Bioetanol de Calidad
Código: POE- UNIL01
Fecha de Creación: 18-10-2013
Versión 001 Revisión 000 Página 2 de 4
Departamento: Calidad
Instructivo para la caracterización de la Solución de Azúcar
ELABORADO POR: Rosalba Ruíz Díaz (Grupo E) Firma: …………………………………… Fecha: …………/…………/……………
REVISADO y MODIFICADO POR: Nubia
Chaparro Firma: …………………………………… Fecha: …………/…………/……………
Análisis de Muestras.
ETAPAS MUESTRA ANÁLISIS MUESTREO RESPONSABLE
Preparación de
Materia Prima
MATERIA PRIMA:
SOLUCIÓN DE
AZÚCAR
º Brix Según
procedimiento
Analista del
Departamento de
Calidad.
% Sacarosa Según
procedimiento
Analista del
Departamento de
Calidad.
Rendimiento
Alcohólico
Según
procedimiento
Analista del
Departamento de
Calidad.
Destilación
PRODUCTO
FINAL:
BIOETANOL
Contenido
Alcohólico
10 ml del producto
obtenido de la
filtración.
Analista del
Departamento de
Calidad.
Obs: en caso de que el analista del Departamento de Calidad no se encuentre en condiciones de
realizar la determinación, éste asigna a otro responsable para el propósito.
“ECO ALCOHOL S.A”
Laboratorio de Ingeniería Química IVProducción de Bioetanol
32
Bioetanol de Calidad
Código: POE- UNIL01
Fecha de Creación: 18-10-2013
Versión 001 Revisión 000 Página 3 de 4
Departamento: Calidad
Instructivo para la caracterización de la Solución de Azúcar
ELABORADO POR: Rosalba Ruíz Díaz(Grupo E) Firma: …………………………………… Fecha: …………/…………/……………
REVISADO y MODIFICADO POR: Nubia
Chaparro Firma: …………………………………… Fecha: …………/…………/……………
Determinación del porcentaje de sólidos totales mediante refractómetro manual
1. Se toma unas gotas de muestra a temperatura entre 20°C-24°C.
2. Se limpia el prisma del refractómetro.
3. Se coloca una o dos gotas de la muestra sobre el prisma del refractómetro y cubre con la
lámina de plástico, evitando la formación de burbujas de aire. Debe asegurarse de que la
muestra se extienda cobre toda la superficie del prisma.
4. Se realiza la lectura de la escala hasta donde se encuentra la línea fronteriza.
Expresión de Resultados:
º Brix = Lectura de la escala del refractómetro
“ECO ALCOHOL S.A”
Laboratorio de Ingeniería Química IVProducción de Bioetanol
33
Bioetanol de Calidad
Código: POE- UNIL01
Fecha de Creación: 18-10-2013
Versión 001 Revisión 000 Página 4 de 6
Departamento: Calidad
Instructivo para la caracterización de la Solución de Azúcar
ELABORADO POR: Rosalba Ruíz Díaz(Grupo E) Firma: …………………………………… Fecha: …………/…………/……………
REVISADO y MODIFICADO POR: Nubia
Chaparro Firma: …………………………………… Fecha: …………/…………/……………
Determinación de Sacarosa
1. Se pesan 7 g de muestra aproximadamente y se diluye hasta 50 ml en un matraz aforado de
100ml con agua destilada.
2. Se defeca con una solución de sub-acetato de plomo, empleando 2 ml por cada 6 a 8 g de
muestra, se deja reposar 5 minutos, se procede a eliminar el exceso de plomo, con una
mezcla* de fosfato de sodio y oxalato de potasio.
3. Se le agrega 1 ml de mezcla por cada gramo de sustancia pesada, se enrasa y luego se filtra
eliminando los primeros 5 ml del filtrado. El filtrado se encuentra en condiciones para la
lectura en el polarímetro con tubos de 200mm.
4. Luego se toman 50 ml del filtrado y se procede a la inversión, para lo cual se lleva a baño
maría, considerando 5 minutos desde que la solución ha llegado a 65-70° C. La temperatura
ideal es de 67°C.
5. Pasando los 5 minutos, se enfría la solución del matraz lo más rápido posible hasta los 20°C,
luego se enrasa a 100ml y se hace la segunda lectura en el polarímetro utilizando
nuevamente tubos de 200 mm.
Expresión de Resultados:
Donde:
P’ = desviación levógira
P= desviación dextrógira
Pm= peso de la muestra
1,755= poder rotatorio específico del azúcar invertido
*Nota: la mezcla se prepara pesando 7 g de fosfato de sodio y 3 g de oxalato de potasio diluyéndola
en 100 ml
“ECO ALCOHOL S.A”
Laboratorio de Ingeniería Química IVProducción de Bioetanol
34
Bioetanol de Calidad
Código: POE- UNIL01
Fecha de Creación: 18-10-2013
Versión 001 Revisión 000 Página 6 de 6
Departamento: Calidad
Instructivo para la caracterización de la Solución de Azúcar
ELABORADO POR: Rosalba Ruíz Díaz(Grupo E) Firma: …………………………………… Fecha: …………/…………/……………
REVISADO y MODIFICADO POR: Nubia
Chaparro Firma: …………………………………… Fecha: …………/…………/……………
Determinación del grado alcohólico de la solución fermentada
1. Se mide un volumen de 500ml de muestra.
2. En un balón de destilación se coloca ¾ del volumen total del mismo.
3. Se procede a la destilación en el rotavapor y se mide el volumen final de destilado obtenido.
4. El alcohol destilado se coloca en una probeta y se enrasa con agua destilada.
5. Se mide el grado alcohólico a temperatura ambiente colocando el alcoholímetro de Gay-
Lussac en la probeta y dejando a que se estabilice para realizar la lectura donde marque la
superficie del contenido de la probeta.
Expresión de Resultados:
º GL (grados Gay-Lussac) = Lectura de la escala del alcoholímetro
“ECO ALCOHOL S.A”
Laboratorio de Ingeniería Química IVProducción de Bioetanol
35
Bioetanol de Calidad
Código: POE- UNIL02
Fecha de Creación: 18-10-2013
Versión 001 Revisión 000 Página 1 de 2
Departamento: Calidad
Registro de datos para la caracterización de la materia prima y producto final
ELABORADO POR: Rosalba Ruíz Díaz (Grupo E) Firma: …………………………………… Fecha: …………/…………/……………
REVISADO Y MODIFICADO POR: Nubia
Chaparro Firma: …………………………………… Fecha: …………/…………/……………
Registro de datos para las determinaciones
En este apartado se presentan los datos utilizados para realizar la caracterización de la
materia prima y producto final.
a) Materia Prima (Solución de Azúcar)
Tabla 4.1. Registro de datos - Determinaciones de Calidad de Materia Prima
Determinaciones Masa de azúcar (g) en
disolución de 0,5L
Registro de datos
% Sacarosa 59,25 P= 59,25°
ºBrix - Lectura = 10,9
b) Evolución del proceso fermentativo
Tabla 4.2. Registro de datos – Proceso fermentativo (Nubia Chaparro – Depto. de Calidad)
Tiempo de fermentación Temperatura (°C) pH Grados Brix
Día 1
2 horas de iniciado el proceso 29,7 3,4 – 4,39 10,8
3 horas de iniciado el proceso 30,2 4,21 10,6
12:30 31,7 3,46 – 4,45 10,4
14:00 32,8 4,04 8,1
15:00 34,2 3,81 – 4,05 7
16:00 35 3,8 – 4,03 5,6
17:00 36,1 3,92 – 4,17 5
18:00 36,6 4,04 – 4,31 4
Día 2
8:30 26,7 4,47 3,1
9:30 26,6 4,48 3
11:00 26,9 4,49 2,0
(Fuente: Elaboración propia)
“ECO ALCOHOL S.A”
Laboratorio de Ingeniería Química IVProducción de Bioetanol
36
Observaciones: la columna de pH en algunos horarios presenta dos valores, los mismos son del valor
medido en primer término y luego corregido mediante NaOH, debido a que al mantenerse el pH muy
ácido podría repercutir en el proceso de fermentación. El pH mínimo admitido por la levadura es de
3,5.
Grado alcohólico de la solución fermentada: 8
c) Producto final (Bioetanol)
Lectura de la escala del alcoholímetro: 63,6
Registro de resultados obtenidos
En la siguiente tabla se presentan los resultados obtenidos de las determinaciones anteriormente
realizadas a la materia prima y al producto final.
Muestra: Materia Prima (Solución de Azúcar)
Tabla 4.3. Registro de resultados - Determinaciones de la Materia Prima (Solución de Azúcar)
Determinaciones Resultados
% Sacarosa 6,15 %
º Brix 8
Rendimiento alcohólico 4,5 %
Muestra: Producto final (Bioetanol)
Contenido Alcohólico= 63,6%
Laboratorio de Ingeniería Química IVProducción de Bioetanol
37
4.4 ANÁLISIS DE RESULTADOS
Las determinaciones realizadas a la materia prima como °Brix y % de sacarosa,
correspondientes a la solución azucarada no fueron comparadas a estándares, sino que los mismos
sirvieron para estandarizar el proceso y poder llegar a los resultados. Se logró disminuir el valor de
°Brix desde 10,9 hasta 2 en un tiempo de 24 horas, lo que proporcionó eficiencia en el desarrollo
del producto, debido a que el factor tiempo en un proceso de ingeniería equivale a economía.
El proceso fermentativo se llevó a cabo sin inconvenientes, el registro de valores de pH y
grados Brix permitió tener un control sobre el mismo asegurando la calidad, evitando que el medio
se torne en exceso ácido para los microorganismos.
El producto final obtenido presentó un grado alcohólico de 63,6%, considerado aceptable
pues el mismo fue resultado de varias fracciones destiladas; cuyos valores llegaban hasta el 80% de
grado alcohólico.
4.5 CONCLUSIÓN DEL DEPARTAMENTO
El departamento de calidad no se encontró con inconvenientes pues los análisis requeridos
pudieron llevarse a cabo según lo planificado en tiempo y disposición de materiales y reactivos.
Gracias al trabajo planificado, los controles hechos en cada etapa del proceso y por contar
con una buena materia prima se obtuvo bioetanol con buena calidad y un grado alcohólico elevado.
Laboratorio de Ingeniería Química IVProducción de Bioetanol
38
5. DEPARTAMENTO DE AMBIENTAL
Encargada: Ma. Belén Sarubbi Cabrera.
El departamento de Ingeniería Ambiental es encargado de la gestión de los desechos
generados en el proceso de producción de bioetanol, teniendo como premisa principal la
disminución de materias primas e insumos y la generación de subproductos que proporcionen un
valor agregado, por sobre la de residuos y desechos. El departamento define su gestión ambiental
basada en los criterios de Producción más Limpia.
Se detalla en el mismo, la identificación de los efluentes producidos, la caracterización de
los mismos y se propone un tratamiento posterior.
5.1 POLÍTICA AMBIENTAL
El Departamento de Ambiental de manera a preservar el ambiente considerando el principio
de desarrollo sostenible se compromete a realizar la gestión de los efluentes obtenidos en las etapas
del proceso de producción de bioetanol, cumpliendo con las leyes y normas nacionales que
determinan los requisitos específicos relacionados con la emisión de los efluentes generados;
logrando principalmente un uso racional y eficiente de los recursos naturales, tratando en lo posible
de evitar producir efluentes que causen un daño al ambiente y a la salud humana.
5.2 OBJETIVOS DEL DEPARTAMENTO
Minimizar la generación de efluentes en un porcentaje lo más elevado posible.
Identificar en todo el proceso productivo, las fuentes de residuos, efluentes y emisiones.
Determinar las técnicas para la caracterización de efluentes mediante análisis químicos
cuantitativos.
Gestionar la disponibilidad de reactivos, materiales e insumos para las caracterizaciones
correspondientes.
Redactar los instructivos de caracterización.
Analizar los resultados obtenidos, emitir conclusiones.
Proponer tratamientos para la gestión de residuos, reutilización, reciclaje o disposición
final, en base a investigaciones realizadas.
Laboratorio de Ingeniería Química IVProducción de Bioetanol
39
5.3 PROCEDIMIENTO DE GESTIÓN DE EFLUENTES
La gestión de los efluentes se realiza en conjunto con los demás departamentos encargados
del proceso productivo, todos ellos ligados entre sí para la obtención de un producto de buena
calidad y con un impacto ambiental positivo. Las operaciones requeridas para la gestión de
efluentes, así como los encargados y actividades se describen en el siguiente procedimiento
documentado.
Laboratorio de Ingeniería Química IVProducción de Bioetanol
40
Bioetanol
de Calidad
Código: POE- UNIL01 ELABORADO POR: Ruth Garbini (Grupo A)
Fecha de Creación: 24-09-2013 Firma:……………… Fecha ………/…………/………
Versión 001 Revisión 000 REVISADO y MODIFICADO POR: Belén Sarubbi
Página 1 de 1
Departamento: Ambiental Firma:……………… Fecha ………/…………/………
Procedimiento Documentado de Gestión de Efluentes
OBJETIVO: Gestión adecuada de los efluentes emitidos en el área de producción.
ALCANCE:
Desde: Identificación de los puntos de emisión de efluentes.
Casos de aplicación: Efluentes del área de producción.
Hasta: Disposición adecuada de los efluentes.
Tabla 5.1. Descripción detallada de la Gestión de Efluentes y Residuos
Responsable Descripción del proceso
Dto. Ing. Ambiental Identificar los puntos de emisión de efluentes en el flujograma del proceso.
Dto. de Producción Recolectar los efluentes líquidos y residuos sólidos generados durante la producción en recipientes adecuados según la capacidad requerida.
Dto. Ing. Ambiental Recolectar el volumen necesario para los análisis según las técnicas aplicadas.
Dto. Ing. Ambiental Realizar los análisis físico-químicos para la determinación de pH, conductividad, turbidez, sólidos suspendidos, sólidos totales, DBO, DQO, nitrógeno de nitratos y fósforo.
Dto. Ing. Ambiental Realizar el informe de resultados.
Dto. Ing. Ambiental Comparar los resultados obtenidos de la caracterización de efluentes con los parámetros admisibles en normas.
Dto. Ing. Ambiental Determinar la disposición adecuada de los efluentes según los parámetros admisibles para cada uso.
Dto. Ing. Ambiental
Realizar el tratamiento necesario del efluente para su disposición final.
Dto. Ing. Ambiental Transportar el efluente para su disposición según el uso determinado.
“ECO ALCOHOL S.A”
Identificación de los puntos de emisión de efluentes
Recolección de efluentes
Toma de muestra
Caracterización
Reporte de resultados
Comparación de los resultados con las normas
Determinación del uso adecuado
Tratamiento para la disposición
Disposición del efluente
Laboratorio de Ingeniería Química IVProducción de Bioetanol
41
5.4 IDENTIFICACIÓN DE LOS PUNTOS DE EMISIÓN DE EFLUENTES EN EL
PROCESO PRODUCTIVO
Los efluentes emitidos durante la producción de bioetanol son los siguientes:
Vinaza: se obtiene posterior a la destilación.
Se realizó la filtración o trasiego de la fermentación, pero no se pudo retener ningún sólido,
es decir, que la levadura agotada o biomasa pasaron al efluente de la destilación (vinaza).
Figura 5.4.1 Diagrama de bloques del proceso productivo. (Elaborado por Ruth Garbini. Modificado por Belén Sarubbi)
5.5 CARACTERIZACIÓN DE LOS EFLUENTES EMITIDOS
El procedimiento requerido para la caracterización del efluente (vinaza), así como los
instructivos y registros utilizados se presentan a continuación:
Agua
Pesaje del azúcar de Caña y Agua
Mezclado del azúcar y
Esterilización de la Dilución
Enfriamiento de la Dilución Preparación del Inóculo
Inoculación
Fermentación
Agregado de nutrientes
Destilación
Envasado
Análisis de Efluentes Vinaza
Almacenamiento
Vapor directo
Vapor de agua Condensado
Almacenamiento
Laboratorio de Ingeniería Química IVProducción de Bioetanol
42
Bioetanol
de Calidad
Código: POE- UNIL01
Fecha de Creación: 24-09-2013
Versión 001 Revisión 000 Página 1 de 1
Departamento: Ambiental
Procedimiento Documentado de Caracterización de Efluentes
ELABORADO POR: Ruth Garbini (Grupo A) Firma: …………………………………… Fecha: …………/…………/……………
REVISADO y MODIFICADO POR: Belén Sarubbi Firma: …………………………………… Fecha: …………/…………/……………
OBJETIVO: Determinar la metodología de muestreo, análisis y posterior evaluación de
los resultados de los efluentes generados en el proceso de producción de bioetanol.
ALCANCE:
Desde: La toma de muestras.
Casos de aplicación: Efluentes del área de producción: vinaza.
Hasta: Presentación de informe de resultados.
DESARROLLO:
1) Muestreo: se realiza según el siguiente Plan de Inspección y ensayo.
Tabla 5.1. Plan de inspección y ensayo
Etapa del
proceso Efluente Análisis Muestreo Responsable
Destilación Vinaza
pH, conductividad,
turbidez, sólidos
suspendidos, sólidos totales, DBO, DQO,
nitrógeno de nitratos y
fósforo.
500 mL del
tanque de
vinaza una vez
terminada la destilación.
Analista del Dto. Ambiental.
2) Las muestras deben conservarse bajo refrigeración y los análisis deben llevarse a cabo
lo antes posible, preferiblemente hasta las 24 hrs.
3) Se realizan los análisis de acuerdo a los instructivos.
4) Una vez obtenidos los resultados, los mismos son analizados por el Departamento
Ambiental.
5) Se presenta un informe final con los siguientes puntos:
a. Resultados obtenidos.
b. Comparación con normas vigentes.
c. Conclusiones particulares.
“ECO ALCOHOL S.A”
Laboratorio de Ingeniería Química IVProducción de Bioetanol
43
Bioetanol
de Calidad
Código: POE- UNIL01
Fecha de Creación: 24-09-2013
Versión 001 Revisión 000
Página 1 de 14 Departamento: Ambiental
Procedimiento operativo estándar de caracterización de efluentes.
ELABORADO POR: Ruth Garbini (Grupo A) Firma: …………………………………… Fecha: …………/…………/……………
REVISADO y MODIFICADO POR: Belén Sarubbi Firma: …………………………………… Fecha: …………/…………/……………
Determinación de pH
Mediante el cumplimiento de las siguientes instrucciones:
1. Colocar 50mL de vinaza en un vaso de precipitado.
2. Calibración del pH-metro según manual del fabricante.
3. Enjuagar con agua destilada la sonda y secar cuidadosamente.
4. Sumergir la sonda dentro del líquido de muestra.
5. Esperar que el pH se estabilice.
6. Anotar la lectura de pH y temperatura proporcionada por el equipo en el registro de
resultados de la caracterización de efluentes.
7. Enjuagar con agua destilada la sonda y secar cuidadosamente para eliminar cualquier
resto de líquido.
8. Colocar la sonda dentro de la solución de almacenamiento o una solución de pH 4.
Referencia para la redacción del instructivo: Norma mexicana NMX-AA-008-SCFI-2011.
Análisis de Agua. Determinación del pH.
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Procedimiento operativo estándar de caracterización de efluentes.
ELABORADO POR: Ruth Garbini (Grupo A) Firma: …………………………………… Fecha: …………/…………/……………
REVISADO y MODIFICADO POR: Belén Sarubbi Firma: …………………………………… Fecha: …………/…………/……………
Determinación de Conductividad
Mediante el cumplimiento de las siguientes instrucciones:
1. Colocar 50mL de vinaza en un vaso de precipitado.
2. Calibrar el conductímetro según manual del fabricante.
3. Enjuagar con agua destilada la sonda.
4. Enjuagar la celda con porciones de la disolución de prueba antes de realizar la
medición para evitar contaminación de la muestra por electrolitos.
5. Sumergir la celda en la muestra. El nivel de la disolución debe cubrir los orificios de
ventilación de la celda, agitar la celda verticalmente para expulsar las burbujas de aire.
6. Esperar que se estabilice la lectura.
7. Anotar el valor de conductividad y la temperatura en el registro de resultados de la
caracterización de efluentes.
8. Apagar el conductímetro.
9. Retirar la celda del líquido de la muestra.
10. Enjuagar la celda con agua destilada y secarla cuidadosamente.
Referencia para la redacción del instructivo: NMX-AA-093-SCFI-2000. Análisis de Agua.
Determinación de la Conductividad Electrolítica.
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Código: POE- UNIL01
Fecha de Creación: 24-09-2013
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Procedimiento operativo estándar de caracterización de efluentes.
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REVISADO y MODIFICADO POR: Belén Sarubbi Firma: …………………………………… Fecha: …………/…………/……………
Determinación de Turbidez
Mediante el cumplimiento de las siguientes instrucciones:
1. Colocar 10mL de vinaza a temperatura ambiente en un vaso de precipitado.
2. Calibración del turbidímetro según manual del fabricante.
3. Enjuagar la celda de muestra con agua destilada.
4. Enjuagar la celda con la muestra para evitar errores por dilución.
5. Llenar la celda.
6. Homogeneizar perfectamente la muestra antes de realizar la lectura.
7. Colocar la celda que contiene la muestra por analizar en el compartimiento del
turbidímetro.
8. Leer la turbidez de la muestra y anotar en el registro de resultados de la caracterización
de efluentes.
9. Enjuagar con agua destilada la celda utilizada.
Referencia para la redacción del instructivo: NMX-AA-038-SCFI-2001.Análisis de Agua.
Determinación de Turbiedad en Aguas Naturales, Residuales y Residuales Tratadas.
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Procedimiento operativo estándar de caracterización de efluentes.
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Determinación de la Demanda Química de Oxígeno (DQO)
Mediante el cumplimiento de las siguientes instrucciones:
1. Preparar los reactivos:
1.1. Solución de dicromato de potasio 0,025N: disolver 6,1295g de dicromato de
potasio, patrón primario, previamente secado a 105°C, en agua detilada y llevar a
500mL.
1.2. Indicador ferroína: disolver 0,7425g de 1,10 fenantrolina monohidratado y 0,3475g
de sulfato ferroso heptahidratado en agua destilada y diluir a 50mL.
1.3. Solución de sulfato ferroso amónico 0,25N (FAS): disolver 49g de sulfato ferroso
amónico hexahidratado, en agua destilada. Agregar 10mL de ácido sulfúrico
concentrado, enfriar y diluir a 500mL.
1.4. Solución de ácido sulfúrico-sulfato de plata: disolver 0,9920g de sulfato de plata en
100mL de ácido sulfúrico concentrado, utilizando un matraz color caramelo.
1.5. Sulfato mercúrico: diluir 0,02g en 10mL de ácido sulfúrico 6N.
2. Colocar 5 mL de vinaza en un vaso de precipitado.
3. Diluir con agua destilada 1mL de la muestra en un matraz de 1000mL.
4. Colocar 1mL de sulfato mercúrico en un balón.
5. Agregar 20mL de la muestra diluida.
6. Conectar el condensador para reflujo al balón
7. Agregar con mucho cuidado 30mL de ácido sulfúrico adicionado con sulfato de plata
por el extremo superior del condensador.
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8. Mezclar bien y reflujar por 2hs.
9. Dejar enfriar y lavar el refrigerante con una pequeña cantidad de agua destilada.
10. Agregar 2 gotas de ferroína como indicador.
11. Titular con solución de sulfato ferroso amónico (FAS) hasta viraje del indicador (verde
azulado – marrón rojizo).
12. Realizar un blanco reemplazando la muestra por agua destilada. Proceder como se
indica en los puntos 4 al 11.
13. Anotar los volúmenes consumidos en el registro de resultados de la caracterización de
efluentes.
14. Calcular el resultado mediante la siguiente fórmula:
Referencias:
DQO = Demanda Química de Oxígeno, en mgO2/L.
A = Volumen en mL de FAS gastado para el blanco.
B = Volumen en mL de FAS gastado para la muestra.
N = Normalidad de la solución FAS estandarizada.
Vm = Volumen de la muestra.
fd = Factor de dilución (1/1000).
Referencia para la redacción del instructivo: NMX-AA-030-SCFI-2001. Determinación de
la Demanda Química de Oxígeno en Aguas Naturales, Residuales y Residuales Tratadas.
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Determinación de Oxígeno Disuelto
Mediante el cumplimiento de las siguientes instrucciones:
1. Colocar 50mL de vinaza en un vaso de precipitado.
2. Calibrar el medidor de oxígeno disuelto de acuerdo con las especificaciones del
fabricante, teniendo en cuenta la temperatura y el porcentaje de saturación de oxígeno del
100%.
3. Enjuagar el electrodo con agua destilada.
4. Agitar la muestra a analizar.
5. Sumergir el electrodo en la muestra a analizar.
6. Leer directamente del instrumento la concentración de oxígeno disuelto, el porcentaje
de saturación y la temperatura de la muestra.
7. Anotar la lectura obtenida en el registro de resultados de la caracterización de efluentes.
8. Enjuagar el electrodo con agua destilada y secarla cuidadosamente.
Referencia para la redacción del instructivo: NMX-AA-012-SCFI-2001.Análisis de
Agua. Determinación de Oxígeno Disuelto en Aguas Naturales, Residuales y Residuales
Tratadas.
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Código: POE- UNIL01
Fecha de Creación: 24-09-2013
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Procedimiento operativo estándar de caracterización de efluentes.
ELABORADO POR: Ruth Garbini (Grupo A) Firma: …………………………………… Fecha: …………/…………/……………
REVISADO y MODIFICADO POR: Belén Sarubbi Firma: …………………………………… Fecha: …………/…………/……………
Determinación de la Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO)
Mediante el cumplimiento de las siguientes instrucciones:
1. Preparar los reactivos:
1.1. Solución tampón de fosfato: Disolver 8,5 g de KH2PO4, 21,75 g de K2HPO4,
33,4 g de Na2HPO4.7H2O, y 1,7 g de NH4Cl en aproximadamente 500 mL de agua destilada y
diluir a 1 L. El pH debe ser 7,2 sin posteriores ajustes. Si se presenta alguna señal de
crecimiento biológico, descartar este o cualquiera de los otros reactivos.
1.2. Solución de sulfato de magnesio: Disolver 22,5 g de MgSO4.7H2O en agua
destilada y diluir a 1 L.
1.3. Solución de cloruro de calcio: Disolver 27,5 g de cloruro de calcio en agua
destilada y diluir a 1L.
1.4. Solución de cloruro férrico: Disolver 0,25g de cloruro férrico hexahidratado
en agua destilada y diluir a 1L.
2. Colocar 1 mL de vinaza en un vaso de precipitado.
3. Diluir con agua destilada 1 mL de la muestra en un matraz de 1000 mL.
4. Preparar el agua de dilución:
4.1. Colocar 1 L de agua en un vaso de precipitado y agitar por 3hs en un
agitador magnético. Añadir 1 mL de cada una de las siguientes disoluciones: disolución de
sulfato de magnesio, disolución de cloruro de calcio, disolución de cloruro férrico y disolución
amortiguadora de fosfatos.
4.2. Mantener a una temperatura de 20°C aproximadamente.
5. Preparar la muestra para medición de OD inicial:
5.1. Colocar 30mL de la dilución de la muestra en un erlenmeyer de 250 mL con
tapa esmerilada.
5.2. Agregar agua de dilución hasta el tope del erlenmeyer.
5.3. Medir el oxígeno disuelto (Ver Determinación de Oxígeno Disuelto).
6. Preparar el blanco.
6.1. Colocar agua de dilución en un erlenmeyer de 250 mL con tapa esmerilada
hasta el tope.
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Bioetanol
de Calidad
Código: POE- UNIL01
Fecha de Creación: 24-09-2013
Versión 001 Revisión 000
Página 8 de 14 Departamento: Ambiental
Procedimiento operativo estándar de caracterización de efluentes.
ELABORADO POR: Ruth Garbini (Grupo A) Firma: …………………………………… Fecha: …………/…………/……………
REVISADO y MODIFICADO POR: Belén Sarubbi Firma: …………………………………… Fecha: …………/…………/……………
6.2. Medir el oxígeno disuelto (Ver Punto 5. Determinación de Oxígeno Disuelto).
6.3. Llenar nuevamente el erlenmeyer con agua de dilución para reponer el
volumen perdido por rebose durante la medición.
6.4. Tapar el erlenmeyer correctamente para impedir la entrada de oxígeno.
7. Preparar la muestra para medición de OD final:
7.1. Colocar 30mL de la dilución de la muestra en un erlenmeyer de 250 mL con
tapa esmerilada.
7.2. Agregar agua de dilución hasta el tope del erlenmeyer.
7.3. Tapar el erlenmeyer correctamente para impedir la entrada de oxígeno del
aire.
8. Incubar la muestra para la medición del OD final junto con el blanco durante 5 días
a 20°C con ausencia de luz.
9. Medir con el oxímetro previamente calibrado la muestra del OD final y el blanco
(Ver Punto 5. Determinación de Oxígeno Disuelto).
10. Anotar las lecturas obtenidas del instrumento en el registro de resultados de la
caracterización de efluentes.
11. Calcular el resultado mediante la siguiente fórmula:
Referencias:
DBO5 = Demanda Biológica de Oxígeno, en mgO2/L.
ODi= Oxígeno disuelto de la muestra antes de la incubación, en mg/L.
ODf= Oxígeno disuelto del inóculo después de la incubación, en mg/L.
Vt = volumen totaL del erlenmeyer.
Vm = Volumen de la muestra diluida.
fd = Factor de dilución (1/1000).
Referencia para la redacción del instructivo: NMX-AA-028-SCFI-2001. Análisis de Agua.
Determinación de la Demanda Bioquímica de Oxígeno en Aguas Naturales, Residuales (DBO5) y Residuales Tratadas.
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Bioetanol
de Calidad
Código: POE- UNIL01
Fecha de Creación: 24-09-2013
Versión 001 Revisión 000
Página 9 de 14 Departamento: Ambiental
Procedimiento operativo estándar de caracterización de efluentes.
ELABORADO POR: Ruth Garbini (Grupo A) Firma: …………………………………… Fecha: …………/…………/……………
REVISADO y MODIFICADO POR: Belén Sarubbi Firma: …………………………………… Fecha: …………/…………/……………
Determinación de Nitrógeno de Nitratos
Mediante el cumplimiento de las siguientes instrucciones:
1. Preparar los reactivos:
1.1. Solución madre de nitrato: Disolver 0,0361g de nitrato de potasio anhidro y
diluir a 50mL con agua destilada.
1.2. Solución patrón de nitrato: Diluir 1mL de la solución madre de nitrato a
100mL con agua destilada.
1.3. Solución de brucina. Ácido sulfanílico: Disolver 0,1g de sulfato de brucina y
0,01g de ácido sulfanílico en aproximadamente 7mL de agua destilada caliente. Añadir 0,3mL de
HCl, enfriar y llevar a 50mL.
1.4. Solución de ácido sulfúrico: Añadir cuidadosamente 100Ml de ácido sulfúrico
concentrado a 25mL de agua destilada.
2. Solución de cloruro de sodio: Disolver 3g de cloruro de sodio y diluir a 10mL con
agua destilada.
3. Colocar 5mL de vinaza en un vaso de precipitado.
4. Diluir con agua destilada 1mL de la muestra en un matraz de 100mL.
5. Encender y calentar el espectrofotómetro.
6. Realizar patrones de nitrato por dilución de 1, 2, 4, 7, 10 mL de la solución patrón
de nitrato a 10 mL con agua destilada.
7. Colocar en tubos de ensayo rotulados 5 mL de los patrones de nitrato. Proceder de
la misma manera que con la muestra.
8. Colocar en la gradilla, un tubo de ensayo vacío para el blanco y proceder de la
misma que la muestra.
9. Colocar en un tubo de ensayo 5 mL de la muestra diluida.
10. Ubicar la gradilla que contiene los tubos de ensayo en el baño de agua fría.
11. Añadir 1 mL de solución de cloruro de sodio, mezclar a mano enérgicamente.
12. Añadir 5 mL de solución de ácido sulfúrico. Mezclar enérgicamente por agitación
y dejar enfriar.
13. Colocar nuevamente la gradilla en el baño de agua fría y añadir 0,25 mL de
reactivo brucina-ácido sulfanílico. Agitar los tubos para mezclar perfectamente.
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Laboratorio de Ingeniería Química IVProducción de Bioetanol
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Bioetanol
de Calidad
Código: POE- UNIL01
Fecha de Creación: 24-09-2013
Versión 001 Revisión 000
Página 10 de 14 Departamento: Ambiental
Procedimiento operativo estándar de caracterización de efluentes.
ELABORADO POR: Ruth Garbini (Grupo A) Firma: …………………………………… Fecha: …………/…………/……………
REVISADO y MODIFICADO POR: Belén Sarubbi Firma: …………………………………… Fecha: …………/…………/……………
14. Colocar la gradilla en un baño de agua caliente a 95°C por 20 min exactamente.
15. Retirar la gradilla del baño caliente y colocarlo nuevamente en el baño de agua fría.
16. Retirar los tubos de ensayo y secarlos, cuando la temperatura de la solución es
aproximadamente la del ambiente.
17. Colocar la longitud de onda del espectrofotómetro a 740 nm.
18. Realizar el ajuste de absorbancia 0, con el blanco.
19. Leer la absorbancia de la muestra y patrones.
20. Anotar las lecturas obtenidas del instrumento en el registro de resultados de la
caracterización de efluentes.
21. Construir la curva de calibración.
22. Calcular a partir de la recta de aproximación a la curva, el contenido de nitrógeno
de nitratos, mediante la siguiente ecuación:
Referencias:
= Concentración correspondiente a la absorbancia de la muestra leída
en la curva de calibración (a partir de la recta de aproximación).
Vm = Volumen de la muestra.
fd = Factor de dilución (1/1000).
Referencia para la redacción del instructivo: Norma Técnica Ecuatoriana. INEN 975.
Método de la Brucina.
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Bioetanol
de Calidad
Código: POE- UNIL01
Fecha de Creación: 24-09-2013
Versión 001 Revisión 000
Página 11 de 14 Departamento: Ambiental
Procedimiento operativo estándar de caracterización de efluentes.
ELABORADO POR: Ma. Fernanda Peláez (Grupo E) Firma: …………………………………… Fecha: …………/…………/……………
REVISADO y MODIFICADO POR: Belén Sarubbi Firma: …………………………………… Fecha: …………/…………/……………
Determinación de Fósforo por espectrofotometría
Mediante el cumplimiento de las siguientes instrucciones:
1. Preparación de reactivos:
1.1. Reactivo A: pesar 12,5 g. de Molibdato de amonio y 0,3031 g. de Tartrato
antimoniato de potasio y colocar ambos en un mismo vaso de 250 ml. Agregar 40 ml. de agua
destilada para disolverlos, luego, agregar de a poco 175 ml. de Ácido sulfúrico (c), agitar y dejarlo
enfriar. Pasar el contenido en matraz de 250 ml. y enrasar con agua destilada. Guardar en un frasco
oscuro y en heladera.
1.2. Reactivo B: pesar 8,8 g. de Ácido ascórbico p.a, agregar 50 ml. de agua destilada y
trasvasar a un matraz de 100 ml. Agitar con movimientos circulares y enrasar. Guardar en un frasco
oscuro y en heladera.
1.3. Reactivo C (sólo es útil por 48 hrs. después de su preparado): pipetear 10 ml. del
reactivo A y llevarlo a un matraz de 500 ml., luego pipetear 5 ml. del reactivo B y llevarlo al
mismo matraz para luego enrasar con agua destilada.
1.4. Solución Mehlich-1 (sólo es útil 48 hrs. después de su preparado): transferir 25 ml.
de la solución 1N de Ácido sulfúrico y 50 ml. de la solución 1N de Ácido clorhídrico a un matraz
de 1L y enrasar con agua destilada.
1.5. Solución estándar de 100 ppm de fósforo: Pesar 0,04390 g de KH2PO4, agregar 0,3
ml. de Ácido sulfúrico (c) y 50 ml. de agua destilada aprox. Disolver la sal y enrasar en un matraz
de 100 ml.
1.6. Soluciones patrones de 0,5, 1, 2, 5, 10 ppm de fósforo: pipetear por separado 0,5, 1,
2, 5 y 10 ml. de la solución estándar de 100 ppm. y colocar en un matraz de 100 ml., enrasar con la
solución de Mehlich-1, envasar y guardar en heladera.
“ECO ALCOHOL S.A”
Laboratorio de Ingeniería Química IVProducción de Bioetanol
54
Bioetanol
de Calidad
Código: POE- UNIL01
Fecha de Creación: 24-09-2013
Versión 001 Revisión 000
Página 12 de 14 Departamento: Ambiental
Procedimiento operativo estándar de caracterización de efluentes.
ELABORADO POR: Ma. Fernanda Peláez (Grupo E) Firma: …………………………………… Fecha: …………/…………/……………
REVISADO y MODIFICADO POR: Belén Sarubbi Firma: …………………………………… Fecha: …………/…………/……………
2. Pesar 5,0000 g. de la muestra y colocar dentro de un erlenmeyer de 125 ml, luego
agregar 30 ml. de la solución de Mehlich-1 y agitar durante 15 minutos en un agitador magnético.
3. Filtrar con un papel de filtro utilizando un embudo conectado a un matraz de 50 ml., y
lavar el erlenmeyer como el residuo con 2 porciones de 5 ml. de la solución de Mehlich-1; dejar
que escurra por completo el filtrado. Enrasar el filtrado del matraz con la solución de Mehlich-1.
4. Transferir 2 ml. del filtrado a 2 tubos de ensayo (por duplicado) y 2 ml. de cada uno de
los patrones a 1 tubo de ensayo cada uno, y agregarle a todos los tubos 8 ml. del reactivo C.
Esperar por lo menos 20 minutos para el desarrollo del color.
5. Colocar la longitud de onda del espectrofotómetro a 740 nm., y ajustar el equipo
utilizando un blanco (2ml. de la solución de Mehlich-1 y 8 ml. del reactivo C)
6. Por último, leer la absorbancia de los estándares y de la muestra.
7. Realizar un gráfico en un papel milimetrado cuyos ejes son Absorbancia vs.
Concentración para realizar una lectura directa.
Referencia para la redacción del instructivo: Tesis de Grado, “Elaboración de Fertilizantes
a partir de la planta de Ka’a He’ȇ, Hernán Sanabria.
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Bioetanol
de Calidad
Código: POE- UNIL01
Fecha de Creación: 24-09-2013
Versión 001 Revisión 000
Página 13 de 14 Departamento: Ambiental
Procedimiento operativo estándar de caracterización de efluentes.
ELABORADO POR: Ruth Garbini (Grupo A) Firma: …………………………………… Fecha: …………/…………/……………
REVISADO y MODIFICADO POR: Belén Sarubbi Firma: …………………………………… Fecha: …………/…………/……………
Determinación de Sólidos Totales
Mediante el cumplimiento de las siguientes instrucciones:
1. Colocar 100 mL de vinaza en un vaso de precipitado
2. Preparar la cápsula de porcelana. 2.1. Introducir en la estufa una cápsula limpia a temperatura de 103 – 105°C
aproximadamente por 30 min.
2.2. Sacar y enfriar a temperatura ambiente dentro de un desecador. 2.3. Pesar la cápsula y registrar los datos.
2.4. Repetir el ciclo hasta alcanzar el peso constante, el cual se obtendrá hasta que no
haya una variación en el peso mayor a 0,5 mg. Registrar como peso vacío.
3. Preparar la muestra. 3.1. Sacar la muestra del sistema de refrigeración para permitir que alcance la
temperatura ambiente.
3.2. Agitar las muestras para asegurar su homogeneización. 4. Colocar 100 mL de la muestra en la cápsula de porcelana previamente puesta a peso
constante.
5. Llevar a sequedad la muestra en la estufa a 103°C-105°C durante 1 h.
6. Enfriar en desecador hasta temperatura ambiente. 7. Determinar su peso hasta alcanzar peso constante.
8. Anotar todos los valores obtenidos en el registro de resultados de la caracterización de
efluentes. 9. Calcular el resultado mediante la siguiente fórmula:
Referencias:
ST = Sólidos Totales, en mg/L
G1 = Peso de la cápsula con el residuo, después de la evaporación, en mg.
G= Peso de la cápsula vacía, en mg a peso constante.
Vm = Volumen de la muestra, en mL.
Referencia para la redacción del instructivo: NMX-AA-034-SCFI-2001. Análisis de Agua. Determinación de Sólidos y Sales Disueltas en Aguas Naturales, Residuales y Residuales Tratadas.
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Bioetanol
de Calidad
Código: POE- UNIL01
Fecha de Creación: 24-09-2013
Versión 001 Revisión 000
Página 14 de 14 Departamento: Ambiental
Procedimiento operativo estándar de caracterización de efluentes.
ELABORADO POR: Ruth Garbini (Grupo A)
Firma: …………………………………… Fecha: …………/…………/……………
REVISADO y MODIFICADO POR: Belén Sarubbi Firma: …………………………………… Fecha: …………/…………/……………
Determinación de Sólidos Suspendidos Totales.
Mediante el cumplimiento de las siguientes instrucciones:
1. Preparar la cápsula de porcelana.
1.1. Introducir en la estufa una cápsula limpia a temperatura de 103 – 105°C aproximadamente por 30 min.
1.2. Sacar y enfriar a temperatura ambiente dentro de un desecador.
1.3. Pesar la cápsula y registrar los datos. 1.4. Repetir el ciclo hasta alcanzar el peso constante, el cual se obtendrá hasta que no
haya una variación en el peso mayor a 0,5 mg. Registrar como peso vacío.
2. Preparar la muestra. 2.1. Sacar la muestra del sistema de refrigeración para permitir que alcance la
temperatura ambiente.
2.2. Agitar las muestras para asegurar su homogeneización de la muestra.
3. Medir con probeta 100 mL de la muestra. 4. Filtrar al vacío la muestra a través de un papel de filtro previamente pesado.
5. Lavar dos veces la probeta con aproximadamente 10 mL de agua destilada, dejando que
el agua drene totalmente a través del papel de filtro en cada lavado. 6. Retirar con cuidado el papel de filtro y colocar en la cápsula de porcelana previamente
puesta a peso constante.
7. Llevar a sequedad la muestra en la estufa a 103°C-105°C durante 1 h.
8. Enfriar en desecador hasta temperatura ambiente. 9. Determinar su peso hasta alcanzar peso constante.
10. Anotar todos los valores obtenidos en el registro de resultados de la caracterización de
efluentes. 11. Calcular el resultado mediante la siguiente fórmula:
Referencias:
SST = Sólidos Suspendidos Totales, en mg/L
Gm= Peso de la cápsula, papel de filtro y el residuo, después de la evaporación, en mg.
G= Peso de la cápsula vacía y el papel de filtro, en mg a peso constante.
Vm = Volumen de la muestra, en mL.
Referencia para la redacción del instructivo: NMX-AA-034-SCFI-2001. Análisis de Agua.
Determinación de Sólidos y Sales Disueltas en Aguas Naturales, Residuales y Residuales Tratadas.
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Bioetanol
de Calidad
Código: POE- UNIL01
Fecha de Creación: 17-11-2013
Versión 001 Revisión 000 Página 1 de 4
Departamento: Ambiental
Registro de datos para la caracterización de la vinaza
ELABORADO POR: Belén Sarubbi
Firma: …………………………………… Fecha: …………/…………/……………
APROBADO POR: Martín Riva Firma: …………………………………… Fecha: …………/…………/……………
5.6 REGISTRO DE DATOS PARA LAS DETERMINACIONES
En este apartado se presentan los datos utilizados para realizar la caracterización del
efluente.
Determinación de pH.
Tabla 5.2. Datos obtenidos.
Parámetro Valor Obtenido Unidad de medida
pH 4,5
Temperatura 25 °C
Determinación de Conductividad.
Tabla 5.3. Datos Obtenidos.
Parámetro Valor Obtenido Unidad de medida
Conductividad 1120 mS
Temperatura 23,4 °C
Determinación de Turbidez.
Tabla 5.4. Datos Obtenidos.
Parámetro Valor Obtenido Unidad de medida
Turbidez 2170 NTU
Determinación de la Demanda Química de Oxígeno (DQO)
No se pudo llevar a cabo su determinación.
“ECO ALCOHOL S.A”
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Bioetanol
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Fecha de Creación: 17-11-2013
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Departamento: Ambiental
Registro de datos para la caracterización de la vinaza
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Determinación de la Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO)
Tabla 5.5. Datos Obtenidos.
Parámetro Muestra Blanco Unidad de
medida Primer día Quinto día Primer día Quinto día
Temperatura 26,4 24,5 26,4 25,1 °C
Oxígeno Disuelto 8,14 0,90 7,90 8,27
Porcentaje de
Saturación 100,9 122 98,3 100,4 %
Determinación de Oxígeno Disuelto.
Tabla 5.6. Datos Obtenidos.
Parámetro Valor Obtenido Unidad de medida
Temperatura 26,4 °C
Oxígeno Disuelto 7,90
Porcentaje de Saturación 98,3 %
Determinación de Nitrógeno de Nitratos.
Tabla 5.7. Datos Obtenidos.
Concentración (ppm) Absorbancia
Soluciones patrón para la calibración
0 0
1 0,065
2 0,054
4 0,166
7 0,198
Muestra 0,015
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Bioetanol
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Código: POE- UNIL01
Fecha de Creación: 17-11-2013
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Departamento: Ambiental
Registro de datos para la caracterización de la vinaza
ELABORADO POR: Belén Sarubbi
Firma: ……………………………………
Fecha: …………/…………/……………
APROBADO POR: Martín Riva
Firma: ……………………………………
Fecha: …………/…………/……………
Figura 5.2. Absorbancia en función a la concentración de nitrato.
Elaborado por: Ruth Garbini (Grupo A)
Ecuación A =f(C): a partir de la absorbancia leída por el equipo se despeja de la siguiente
ecuación, la concentración de fósforo presente en la muestra.
A=0,025.C
Determinación de Fósforo por espectrofotometría
Tabla 5.8. Datos Obtenidos.
Concentración (ppm) Absorbancia
Soluciones patrón para la calibración
0 0,000
0,5 0,017
1 0,020
2 0,025
5 0,074
Muestra 0,072
y = 0,025x R² = 0,9778
0
0,05
0,1
0,15
0,2
0,25
0,3
0 2 4 6 8 10 12
Ab
sorb
an
cia
Concentración (ppm)
Curva de calibración de la determinación de
nitratos
“ECO ALCOHOL S.A”
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Bioetanol de
Ambiental
Código: POE- UNIL01
Fecha de Creación: 17-11-2013
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Departamento: Ambiental
Registro de datos para la caracterización de la vinaza
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APROBADO POR: Martín Riva Firma: …………………………………… Fecha: …………/…………/……………
Figura 5.3. Absorbancia en función a la concentración de fósforo.
Elaborado por: Ruth Garbini (Grupo A)
Ecuación A =f(C): a partir de la absorbancia leída por el equipo se despeja de la siguiente
ecuación, la concentración de fósforo presente en la muestra. A=0,014.C
Determinación de Sólidos Totales y Sólidos Suspendidos Totales.
Tabla 5.9. Datos Obtenidos.
Sólidos Totales Valor Obtenido Unidad de medida
Cápsula 48,9996 g
Cápsula + sustancia 50,1783 g
Sólidos suspendidos totales
Papel de filtro 1,0785 g
Cápsula 17,9112 g
Cápsula + papel de filtro + sustancia 18,9958 g
y = 0,0146x R² = 0,9852
0,000
0,010
0,020
0,030
0,040
0,050
0,060
0,070
0,080
0 1 2 3 4 5 6
Ab
sorb
an
cia
Concentración (ppm)
Curva de calibración de la determinación de fósforo
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Bioetanol de
Ambiental
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Fecha de Creación: 17-11-2013
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Departamento: Ambiental
Registro de resultados de la caracterización de la vinaza
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5.7 RESULTADOS OBTENIDOS
Los resultados obtenidos mediante la caracterización de la vinaza se detallan en la siguiente tabla y se comparan con los valores admisibles de legislación nacional de manera a proponer un
método de tratamiento o reutilización.
Tabla 5.10. Resultados Obtenidos.
Parámetros analizados Valores Obtenidos Valores admisibles *
(1)
------ ------
ó
10
ó
------
------
**
* Según la resolución 255/2006 de la SEAM todas las aguas del Paraguay deben clasificarse como
mínimo de clase 2, por lo que se recurre a la resolución número 222/02 para establecer los parámetros de
todos los efluentes líquidos.
**Se cálculo la cantidad de sólidos disueltos de manera a poder comparar con la legislación presente, por
diferencia entre los sólidos totales y los suspendidos [CORREA, Fenómenos Químicos].
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62
5.8 ANÁLISIS Y DISCUSIÓN DE RESULTADOS
La caracterización de la vinaza determinó un alto contenido de materia inorgánica, además
de materia orgánica biodegradable; no se pudo cuantificar la cantidad de materia total
(biodegradable y no biodegradable) susceptible de ser oxidada, debido a que no se pudo determinar
el parámetro DQO. Se llevó a cabo el análisis pero no se pudo concluir debido a problemas
presentados con el reactivo FAS, no presentaba la coloración normal, pero debido a que el mismo
fue preparado utilizando el reactivo contenido en un recipiente correctamente etiquetado, en
principio no se dudo de la veracidad del mismo, se prosiguió con el análisis, pero al realizar la
valoración especificada por el instructivo correspondiente, no se apreciaba ningún cambio de color,
luego de haber consumido todo el reactivo preparado, infiriendo en ese momento que posiblemente
el reactivo FAS (sulfato ferroso amónico), era el problema, debido a que el mismo pudo sufrir una
oxidación (de ferroso a férrico), por contacto con el oxígeno del aire, o se almacenó de forma
equivocada en dicho recipiente sin aclaración, además el color que poseía el reactivo coincidía con
sales férricas, debido a que se realizo una búsqueda en internet para determinar la coloración
normal del mismo.
La vinaza obtenida cumple con los valores obtenidos de oxígeno disuelto, lo cual indica
que puede dar soporte ésta agua a la vida vegetal y animal, las bacterias obtendrán el oxígeno
necesario para descomponer los desechos orgánicos.
En cuanto a ciertos parámetros físicos, la vinaza posee elevada turbidez, lo cual no
concuerda con el resultado obtenido de sólidos en suspensión, debido a que ambos deberían
conducir a un resultado parecido ya que uno y otro determinan la cantidad de sólidos presentes en
suspensión, si bien cumplen con la legislación en cuanto a los sólidos disueltos, sobrepasan
ampliamente con respecto a la turbidez.
Los parámetros más representativos como DBO y los nutrientes (nitrógeno, fósforo)
exceden las concentraciones máximas admisibles al ser comparadas con la resolución 222 de la
SEAM, vigente en nuestro país, por lo tanto, no pueden ser vertidos directamente al cauce de los
ríos. De manera a aprovechar su alto contenido en materia orgánica y nutrientes, se propone
someterlo a un tratamiento de degradación anaerobia de manera a producir biogás (metano en
mayor proporción y dióxido de carbono), en donde el mismo puede utilizarse como fuente de
energía (combustible) ya sea en calderas o se podría utilizar como gas de cocina, en cuanto a los
lodos procedentes del proceso de degradación, los mismos son utilizados normalmente como
bioabonos, para los cultivos, esto constituye una forma eficaz de disminución del impacto
ambiental así como el aprovechamiento de los residuos generados en el proceso.
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63
5.9 CRITERIOS DE PRODUCCIÓN MÁS LIMPIA APLICADOS
Para la disposición de los efluentes se aplica los criterios de producción más limpia,
proponiendo el reciclaje de los mismos, a través de la trasformación por métodos microbiológicos
para su utilización con fines distintos al inicial, es decir, ajenos a la producción de bioetanol.
5.10 CONCLUSIÓN DEL DEPARTAMENTO
En lo que respecta a dicho departamento, se han presentado varias dificultades en la
realización de los análisis, como ser: la falta de disponibilidad de tiempo, para la realización de los
numerosos análisis que se requieren para la caracterización del efluente emitido, que obligó al
personal a trabajar en horarios y días extras, fuera de las prácticas de laboratorio, así como también
que ciertos análisis para la vinaza se debían realizar lo más anticipadamente posible, de manera a
no inferir errores en su determinación, principalmente en los parámetros como, DBO, DQO, OD.
La dificultad anteriormente expuesta en la sección de análisis y discusión de resultados,
respecto al parámetro DQO, lo cual llevo a no poder determinar dicho parámetro.
Respecto a los análisis de sólidos suspendidos y totales, donde los mismos se determinan
por gravimetría, sería interesante de manera a agilizar el trabajo, buscar otra alternativa de análisis
que demande menos tiempo.
Respecto al tratamiento propuesto cabe destacar que la digestión anaerobia ha sido probada
como una tecnología adecuada para el tratamiento de aguas residuales de la industria de destilados,
debido a que permite obtener un recurso energético, lo cual conlleva a la disminución de costos de
energía, así como también la disminución de emisiones al medio ambiente debido a la producción
de biogás, y el ingreso a los medios de cultivo de bioabonos, todos ellos generados a partir de dicho
proceso, lo cual conducen no sólo a un tratamiento, sino a una gestión sustentable global.
A pesar de todos estos inconvenientes se han aplicado los principios de producción más
limpia durante el tratamiento de los efluentes y residuos recuperados. Se han tomado decisiones no
estructuradas durante la marcha de la experiencia, a pesar de eso se ha logrado fortalecer aptitudes
y valores necesarios para el ejercicio profesional.
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64
6. DEPARTAMENTO DE ADMINISTRACIÓN
Encargado: Martin Riva Mignone.
En este apartado se presentan los costos de producción de bioetanol a partir de una solución
de azúcar de caña. Se cuenta con tablas que detallan los costos de depreciación de equipos y el
consumo de energía eléctrica correspondiente a cada uno en función a la cantidad de horas
trabajadas; así como también tablas con costos administrativos en las que se describen los precios
de los materiales directos e indirectos de fabricación, así como la mano de obra directa e indirecta.
La sumatoria de todos estos costos permite obtener el costo total de la producción del producto
final.
6.1 COSTOS DE MATERIALES DIRECTOS E INDIRECTOS
En la tabla 6.1.1 se detallan los costos de la materia prima directa empleada y las
cantidades utilizadas. La tabla 6.1.2 detalla los costos de los materiales indirectos de producción y
las cantidades empleadas. Y finalmente, la tabla 6.1.3 detalla los costos de los materiales indirectos
y las cantidades empleadas de los reactivos necesarios para el análisis de control de la materia
prima, el producto final y de los efluentes generados durante la operación.
Tabla 6.1.1 Costo de materia prima directa (Elaborado por Martín Riva)
Materia prima Costo unitario(Gs) Unidades Utilizadas Costo (Gs)
Azúcar (kg) 5.700 11,85 67.545
Agua potable (L) 1,76 100 176
Total ----- ----- 67.721
Obs.: Los costos de azúcar provienen del supermercado Superseis de azúcar a granel. Los costos de agua potable provienen de la tarifa de Essap de año 2012.
Tabla 6.1.2 Costo de materiales indirectos de producción (Elaborado por Martín Riva)
Materia prima Costo unitario(Gs) Unidades Utilizadas Costo (Gs)
Levadura (kg) 48.000 2,000 96.000
Urea* (kg) 18.200 0,029 528
NPK* (15-15-15) (kg) 13.900 0,080 1.112
Total ----- ----- 97.640 *Nutrientes Obs.: Los costos de levadura fueron proveídos por la Facultad de Ciencias Química de la UNA. Los costos de urea y NPK provienen de la empresa Agrofield.
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65
Tabla 6.1.3 Costo de materiales indirecto de análisis (Elaborado por Martín Riva)
Reactivos Costo unitario(Gs) Cantidad utilizada Costo(Gs)
Fosfato monoácido de potasio (kg) 102.000 0,02175 2.219
Fosfato biácido de potasio (kg)* 4.950.000 0,0085 42.075
Cloruro de amonio (kg) 100.000 0,0017 170
Cloruro férrico hexahidratado (kg) 890.000 0,00025 223
Ácido sulfúrico concentrado (l) 45.000 0,5 22.500
Ácido ascórbico (kg) 992.000 0,0088 8.730
Hidróxido de sodio (kg) 42.000 0,010 420
Tartrato de amonio (kg)* 450.000 0,0003001 135
Molidbato de amonio (kg)* 1.263.500 0,0125 15.790
Cloruro de sodio (kg)* 499.320 0,003 1.500
Dicromato de potasio (kg)* 5.115.375 0,00613 31.357
Fenantrolina monohidrato (kg)* 55.800.000 0,00074 41.292
Sulfato ferroso heptahidratado (kg)* 675.360 0,00035 236,4
Sulfato ferroso amoniáco (kg)* 32.970 0,049 1615,3
Sulfato de plata (kg)* 3.600.000 0,00099 3.564
Sulfato mercúrico (kg)* 5.400.000 0,00002 108
Nitrato de potasio anhídro (kg)* 487.485 0,0000361 18
Cloruro de calcio (kg)* 448.020 0,0275 12.321
Sulfato de magnesio heptahidratado (kg)* 315.675 0,0225 7.100
Fosfato monoácido de sodio heptahidratado (kg)* 960.750 0,0334 32.089
Fosfato de sodio (kg)* 67.500 0,007 472.5
Oxalato de potasio (kg)* 450.000 0,003 1.350
Total ------- ------- 224.813
Obs.: Los precios fueron proveídos por la Facultad de Ciencias Químicas de la UNA. Todos los reactivos empleados para
las determinaciones son de grado PA. *Los precios fueron proveídos de fuentes externas
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66
6.2 COSTOS DE EQUIPOS
En la Tabla 6.2 se detallan los costos de los materiales empleados durante la producción
asumiendo una depreciación de 5 años para los mismos, así como también el costo del uso de los
equipos por los días en los que se emplearon.
Tabla 6.2 Costo de materiales y equipos (Elaborado por Martín Riva)
Equipos y materiales Costo
unitario(Gs)
Cantida
d
Horas de
trabajo
Depreciación
por hora Costo(Gs)
Compresor de aire 2.945.000 1 3 67,2 201,6
Condensador 265.800 1 6 6,1 36,6
Espectrofotómetro UV 25.300.000 1 1 577,6 577,6
Mufla 6.468.420 1 5 147,7 738,5
Estufa 5.202.582 1 5 118,8 592
Alcoholímetro de Gay-Lussac 49.500 1 6 1,1 6,6
Digestor de Kjeldald 9.176.000 1 5 209,5 1.047,5
Refractómetro 3.280.000 1 26 74,9 1.947,4
Termopar 120.000 1 26 2,7 70,2
pHmetro 2.200.000 1 20 50,2 1.004
Balanza analítica 7.070.000 1 2 161,4 322,8
Rotavapor 19.000.000 1 1 433,8 433,8
Balanza granataria 1.906.100 1 2 43,5 87
Turbidímetro 6.860.000 1 1 156,6 156,6
Oxímetro 3.700.000 1 1 84,5 84,5
Columna de destilación 20.000.000 1 6 456,6 2.739,6
Caldera* 51.000.000 1 14 1.164,4 16.301,6
Evaporador* 42.500.000 1 4 970,3 3.881,2
Envases para propagación 15.000 2 40 0,3 24
Bidón 90.000 4 208 2,1 1.747,2
Total 31.798,7
* Precio no encontrado en el departamento de patrimonio de la Facultad de Ciencias Químicas, y tomado de catálogos en linea.
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67
6.3 COSTOS DE ENERGÍA ELÉCTRICA Y CALORÍFICA
En la tabla 6.3.1 se detalla el costo de la energía eléctrica consumida por cada equipo
utilizado. La tabla 6.3.2 reúne los costos necesarios para la operación de la caldera.
Tabla 6.3.1 Costo de energía eléctrica (Elaborado por Martín Riva)
Equipo Cantidad kW Horas de uso Gs./kWh Costo(Gs)
Iluminación 12 0,036 51 297 6.5434
Bomba eléctrica de la caldera 1 0,19 0,2 297 11,3
Bomba eléctrica de la columna de destilación 1 0,19 0,1 297 5,6
Bomba eléctrica del evaporador 1 0,19 0,2 297 11,3
Mufla 1 4,6 5 297 6.831
Estufa 1 3,5 5 297 5.197,5
Espectrofotómetro 1 0,05 1 297 14,9
Digestor de Kjeldald 1 2,4 5 297 3.564
Rotavapor 1 1 1 297 297
Balanzas 2 0,03 2 297 35,6
Total ------------ 22.512
Obs.: El precio de la electricidad proviene del pliego tarifario de la ANDE.
Tabla 6.3.2 Costo de energía calorífica (Elaborado por Martín Riva)
Material Costo unitario(Gs) Cantidad utilizada Costo(Gs)
Leña (kg) 300 30 9000
Agua (l) 2 50* 100
Total 9.100
*Cantidad estimada debido a la ausencia de datos.
Obs.: El precio de la leña es un dato proveniente del grupo E.
6.4 COSTOS DE MANO DE OBRA
La tabla 6.4.1 resume los costos de mano de obra directa de producción mientras que la
tabla 6.4.2 los costos de mano de obra indirecta de producción. En ambos casos se tienen en cuenta
la cantidad de horas trabajadas suponiendo horario normal de trabajo sin adjudicar precios
diferenciales para horas extra.
Tabla 6.4.1 Costo de mano de obra directa (Elaborado por Martín Riva)
Descripción
Precio Unitario
(Gs/h)
Cantidad de horas
trabajadas (hs) Costo (Gs)
Operario 1 7.000 33 231.000
Operario 2 7.000 34 238.000
Operario 3 7.000 51 357.000
Operario 4 7.000 49 343.000
Operario 5 7.000 41 287.000
Total ------- 1.456.000
Obs.: El precio es acorde al salario mínimo.
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Tabla 6.4.2 Costo de mano de obra Indirecta (Elaborado por Martín Riva)
Descripción
Precio Unitario
(Gs/h)
Cantidad de horas
trabajadas (hs) Costo (Gs)
Gerente General 112.500 1 112.500
Gerente Industrial 75.000 1 75.000
Director de ingeniería de procesos 50.000 1 50.000
Director de producción 50.000 1 50.000
Director de calidad 50.000 1 50.000
Director de ambiental 50.000 1 50.000
Total ------- 387.500
Obs.: El precio es un estimativo de lo que percibe un profesional que se desempeña en estos cargos.
6.5 COSTO TOTAL DE PRODUCCIÓN
En la Tabla 6.5.1 se resume el costo total de producción, indicando la contribución de cada
factor descrito anteriormente en el costo total.
Tabla 6.5.1 Costo total de producción (Elaborado por Martín Riva)
Concepto Monto(Gs)
Costos Directos
Materiales directos 67.721
Mano de obra directa 1.456.000
Costos Indirectos
Materiales indirectos de análisis 224.813
Mano de obra indirecta 387.500
Materiales indirectos de producción 97.640
Equipos (Depreciación) 31.798
Energía 31.612
Total 2.297.084
6.6 CONCLUSIÓN DEL DEPARTAMENTO
Cabe señalar que los costos directos de producción tienen mayor incidencia, conformando
el 66% el costo total en comparación con los costos indirectos, principalmente debido a la mano de
obra directa.
Dentro de los costos indirectos se destaca la mano de obra indirecta y los materiales
indirectos de producción, debido aL elevado costo que poseen los reactivos empleados para las
determinaciones laboratoriales.
Laboratorio de Ingeniería Química IVProducción de Bioetanol
69
CONCLUSIÓN
La buena organización y planificación de las operaciones coordinadas por los miembros del
grupo ha desembocado en la culminación exitosa de ésta práctica habiéndose cumplido con los
objetivos anteriormente propuestos.
El rendimiento obtenido de 17,2% (alcohol obtenido/materia prima) es relativamente bajo
con respecto al rendimiento teórico perteneciente a la fermentación alcohólica suponiendo que toda
la materia prima es sacarosa en estado puro. Estos valores pueden deberse a la dificultad
experimentada de alcanzar los valores óptimos de operación de la columna de destilación.
Las pérdidas de masa que tienen lugar en la columna de destilación se deben a la dificultad
que se experimenta en el manejo de los productos de cola debido al tipo de salida que presenta el
equipo y a las altas temperaturas en la que se encuentra el fluido. Este aspecto podría mejorarse
para el desarrollo de prácticas posteriores de manera a elaborar balances de masas más completos.
Durante el desarrollo de la práctica no se presentaron grandes inconvenientes, salvo la
dificultad de controlar y mantener la temperatura de fermentación a su valor óptimo, puesto que la
temperatura era un factor ambiental.
En lo referente al costo de producción, los montos obtenidos son elevados para la reducida
cantidad de producto obtenido debido a los grandes costos de los equipos utilizados y de las
determinaciones realizadas tanto a la materia prima, al producto final y a los efluentes. Si los
tamaños de los lotes de producción fuesen mayores, estos costos permanecerían prácticamente
invariables, salvo el costo de algunos equipos debido a que algunas horas de operación serían
mayores; por lo cual la relación entre los costos de producción y la cantidad de producto obtenido
sería menor.
Laboratorio de Ingeniería Química IVProducción de Bioetanol
70
BIBLIOGRAFÍA
1. FGRUP. ¿Qué es el bioetanol?. Barcelona. 2007.
Disponible en: http://fgrup.net/esp/
2. ERTOLA, R; YANTORNO, O; MIGNONE, C. Microbiología industrial.
Editorial McGraw-Hill. Madrid. 2003.
3. CORREA, A. Fenómenos Químicos. 2da
Edición. Editorial Fondo. Colombia.
2004.
4. CHAMY, R; AROCA, G. Tratamiento de Vinazas por digestión anaerobia.
Escuela de Ingeniería Bioquímica. Universidad Católica de Valparaíso.
5. MATHLOUTHI, M; REISER, P. Sucrose: Properties and Applications.
Editorial Blackie Academic & Professional. Gran Bretaña. 1995. Pág: 208.
6. OCON GARCIA, J; TOJO BAREIRO, G. Problemas de Ingeniería Química.
Tomo 1. Editorial Aguilar. Madrid. 1970. Pág. 380; 390; 392
7. Resolución Nº 222/02. Secretaría del ambiente. Paraguay. Disponible en: http://www.idea.org.py/gfx/espanol/normativa/actual/res-seam-222-02-
por-la-cual-se-establece-el-padr-n-de-calidad-de-las-aguas-en-el-territorio-nacional.pdf