propuesta de adecuación de la planta de biocombustible a
TRANSCRIPT
Universidad de La Salle Universidad de La Salle
Ciencia Unisalle Ciencia Unisalle
Ingeniería Ambiental y Sanitaria Facultad de Ingeniería
2020
Propuesta de adecuación de la planta de biocombustible a partir Propuesta de adecuación de la planta de biocombustible a partir
de biomasa para el procesamiento de residuos lignocelulósicos de biomasa para el procesamiento de residuos lignocelulósicos
en el CTAS de la Universidad de La Salle en el CTAS de la Universidad de La Salle
Claudia Marcela Gutiérrez Jara Universidad de La Salle, Bogotá
Luisa Fernanda Sabogal Palacio Universidad de La Salle, Bogotá
Follow this and additional works at: https://ciencia.lasalle.edu.co/ing_ambiental_sanitaria
Part of the Environmental Engineering Commons
Citación recomendada Citación recomendada Gutiérrez Jara, C. M., & Sabogal Palacio, L. F. (2020). Propuesta de adecuación de la planta de biocombustible a partir de biomasa para el procesamiento de residuos lignocelulósicos en el CTAS de la Universidad de La Salle. Retrieved from https://ciencia.lasalle.edu.co/ing_ambiental_sanitaria/1848
This Trabajo de grado - Pregrado is brought to you for free and open access by the Facultad de Ingeniería at Ciencia Unisalle. It has been accepted for inclusion in Ingeniería Ambiental y Sanitaria by an authorized administrator of Ciencia Unisalle. For more information, please contact [email protected].
PROPUESTA DE ADECUACIÓN DE LA PLANTA DE BIOCOMBUSTIBLE A PARTIR DE
BIOMASA PARA EL PROCESAMIENTO DE RESIDUOS LIGNOCELULÓSICOS EN EL
CTAS DE LA UNIVERSIDAD DE LA SALLE
CLAUDIA MARCELA GUTIERREZ JARA
LUISA FERNANDA SABOGAL PALACIO
UNIVERSIDAD DE LA SALLE
FACULTAD DE INGENIERÍA
PROGRAMA DE INGENIERÍA AMBIENTAL Y SANITARIA
BOGOTÁ D.C
2020
PROPUESTA DE ADECUACIÓN DE LA PLANTA DE BIOCOMBUSTIBLE A PARTIR
DE BIOMASA PARA EL PROCESAMIENTO DE RESIDUOS LIGNOCELULÓSICOS EN
EL CTAS DE LA UNIVERSIDAD DE LA SALLE
CLAUDIA MARCELA GUTIERREZ JARA
LUISA FERNANDA SABOGAL PALACIO
Trabajo de grado presentado como requisito para obtener el título de:
Ingeniera Ambiental y Sanitaria
Director:
Dr. JESUS ALFONOS TORRES ORTEGA
UNIVERSIDAD DE LA SALLE
FACULTAD DE INGENIERÍA
PROGRAMA DE INGENIERÍA AMBIENTAL Y SANITARIA
2020
Notas de Aceptación
____________________________
____________________________
____________________________
____________________________
____________________________
Director
____________________________
Jurado
____________________________
Jurado
Dedicatoria
Agradezco a mis padres, Henry Gutiérrez y Constanza Jara que son los artífices de este
logro al permitirme culminar mis estudios, gracias a su sacrificio, su apoyo, motivación y amor
incondicional dentro de cada etapa de mi vida. A mi compañera de tesis y amiga incondicional
por haber confiado en mis capacidades para llevar a cabo este proyecto. Agradezco a todos
mis compañeros y docentes que estuvieron presentes en el transcurso de mi carrera profesional,
los cuales aportaron de gran forma en mi crecimiento académico y personal.
Claudia Marcela Gutiérrez Jara
Está tesis se la dedico a mi madre Alba Lucia, pues gracias a su sacrificio, su fuerza, su
confianza y amor, hoy puedo tener este triunfo y a mi padre Jairo Enrique, por ser siempre mi
ángel. Agradezco a mi hermano Juan Pablo, por apoyarme y darme animo en todo momento.
A mi compañera de tesis y gran amiga, gracias tu dedicación y confianza, por soportarme y
siempre hacer salir lo mejor de mi. Gracias a mis amigos, con los que se, que siempre he podido
contar y a mis compañeros y docentes gracias por todo lo que me aportaron tanto en lo
profesional como en lo personal en el transcurso de la carrera.
Luisa Fernanda Sabogal Palacio
Agradecimientos
Principalmente queremos agradecer al Ingeniero Jesús Torres, quien confió en nuestras
cualidades y nos brindó la confianza de terminar este proyecto con gran satisfacción. Damos
gracias por su paciencia y motivación, lo cual fue determinante para la finalización de nuestras
carreras académicas.
Al Ingeniero Oscar Contento por su constante colaboración.
A todo el equipo del CTAS la Universidad de La Salle, por proveer el espacio y la información
necesaria dentro del desarrollo del proyecto.
A nuestras familias por el apoyo incondicional dentro de nuestra formación académica y a todas
aquellas personas, amigos, compañeros que contribuyeron de diferente forma en el desarrollo
de esta investigación.
Claudia Marcela Gutiérrez Jara
Luisa Fernanda Sabogal Palacio
TABLA DE CONTENIDO
1. Resumen ............................................................................................................ 1
2. Introducción ...................................................................................................... 3
3. Objetivos ............................................................................................................ 7
3.1 Objetivo general ...........................................................................................................7
3.2 Objetivos especifico ......................................................................................................7
4. Marco de referencia ........................................................................................... 8
4.1 Marco teórico ...............................................................................................................8
4.1.1 Biomasa. .......................................................................................................................... 8
4.1.2 Biomasa lignocelulósica. ................................................................................................. 9
4.1.3 Biocombustibles. ........................................................................................................... 10
4.1.4 Procesos de transformación de biomasa. ..................................................................... 12
4.1.5 Pretratamiento de la biomasa lignocelulósica. ............................................................. 13
4.1.6 Hidrólisis enzimática. .................................................................................................... 15
4.1.7 Fermentación. ............................................................................................................... 17
4.1.8 Producción de Bioetanol. .............................................................................................. 17
4.2 Marco conceptual ....................................................................................................... 19
4.2.1 Biomasa. ........................................................................................................................ 19
4.2.2 Energías alternativas. .................................................................................................... 20
4.2.3 Hidrólisis. ....................................................................................................................... 20
4.2.4 Lignocelulósico. ............................................................................................................. 20
4.2.6 Hemicelulosa. ................................................................................................................ 21
4.2.7 Lignina. .......................................................................................................................... 22
4.2.8 Microfibrillas de celulosa (MFCs) .................................................................................. 23
4.2.9 Glucosa. ......................................................................................................................... 23
4.2.10 Planta de biocombustibles a partir de biomasa............................................................ 23
4.2.11 Plantas ornamentales.................................................................................................... 24
4.2.12 Residuos de plantas ornamentales. .............................................................................. 24
4.3 Marco legal ................................................................................................................. 24
5. Diagnóstico de la planta de biocombustible...................................................... 26
5.1 Descripción ................................................................................................................. 26
5.2 Funcionamiento .......................................................................................................... 27
5.3 Proceso de producción ................................................................................................ 28
5.4 Ubicación .................................................................................................................... 29
6. Selección del proceso de producción adaptado a la planta de biocombustibles
del CTAS........................................................................................................................ 34
6.1. Estado del arte .................................................................................................... 34
6.2. Evaluación de los antecedentes ............................................................................ 46
7. Propuesta técnica para la planta del biocombustible del CTAS ....................... 51
7.1 Pretratamiento............................................................................................................ 51
7.2 Diseño ......................................................................................................................... 58
7.3 Fuente de la materia prima............................................................................................... 60
8. Balance de las opciones planteadas en la propuesta ......................................... 61
9. Conclusiones .................................................................................................... 64
10. Recomendaciones ............................................................................................. 66
11. Bibliografía ...................................................................................................... 67
12. Anexos ............................................................................................................. 75
12.1 Anexo 1 ....................................................................................................................... 76
12.2 Anexo 2 ....................................................................................................................... 93
12.3 Anexo 3 ....................................................................................................................... 97
12.4 Anexo 4 ....................................................................................................................... 99
TABLA DE TABLAS
Tabla 1. Normatividad Institucional ............................................................................................ 25
Tabla 2. Texto No. 1 .................................................................................................................... 34
Tabla 3. Texto No. 2 .................................................................................................................... 36
Tabla 4. Texto No. 3 .................................................................................................................... 38
Tabla 5. Texto No. 4 .................................................................................................................... 40
Tabla 6. Texto No. 5 .................................................................................................................... 42
Tabla 7. Matriz de priorización .................................................................................................... 49
Tabla 8. Viveros seleccionados - ICA ......................................................................................... 60
Tabla 9. DOFA de la propuesta ................................................................................................... 61
TABLA DE FIGURAS
Figura 1. Componentes de la lignocelulosa ................................................................................. 10
Figura 2. Rutas de conversión para los biocombustibles ............................................................. 12
Figura 3. Proceso de producción de etanol de segunda generación............................................. 18
Figura 4. Alternativas para el uso de la biomasa de residuos de plantas ornamentales ............... 19
Figura 5. Estructura de la Celulosa .............................................................................................. 21
Figura 6. Estructura de la hemicelulosa ....................................................................................... 22
Figura 7. Estructura de la lignina ................................................................................................. 22
Figura 8. Planta de Biocombustible basada en biomasa .............................................................. 26
Figura 9. Registro fotográfico de la condición de la planta ......................................................... 30
Figura 10. Registro fotográfico de la condición de la planta ....................................................... 30
Figura 11. Registro fotográfico de la condición de la planta ....................................................... 31
Figura 12. Distribución de planta actual ...................................................................................... 32
Figura 13. Molino pulverizador ................................................................................................... 52
Figura 14. Recolección de residuos de lavado en el CTAS ......................................................... 56
Figura 15. Diagrama de flujo de la propuesta .............................................................................. 57
Figura 16. Diseño de planta - propuesta ...................................................................................... 58
Figura 17. Ejemplo del tipo de mesón en el CTAS ..................................................................... 59
Figura 18. Ejemplo de recolección de lavado en el CTAS .......................................................... 59
1
1. Resumen
La actual demanda y consumo de energía de combustibles esta generando impactos
ambientales que están alterando aceleradamente nuestro entorno, por lo tanto, se ha generado
un aumento en el interés en el proceso de obtención de nuevas formas de energía, que no
generen tantos impactos negativos al medio ambiente y de igual forma suplir dicha demanda
energética. Como energía renovable se encuentran los biocombustibles, que comparados con
los combustibles fósiles, generan una reducción significativa dentro de sus impactos
ambientales.
La utilización de materias primas naturales y abundantes en nuestro entorno para la
generación de etanol, como el material lignocelulósico, en este caso los residuos de flores
ornamentales, permiten el avance investigativo sobre ésta temática, el objetivo principal del
presente proyecto es adecuar la planta de biocombustibles del CTAS para la transformación de
material lignocelulósico (residuos de flores ornamentales) en azucares fermentables para la
posterior generación de bioetanol, ya que el área destinada para esta planta, actualmente no se
está aprovechando su utilidad y tampoco cuenta con el equipamiento necesario para pretratar la
materia lignocelulósica previo a la fermentación.
En primer lugar se realizó toda la revisión bibliográfica referente al tema de transformación
de material lignocelulósico con el fin de obtener biocombustible, para luego adaptar el estudio
más pertinente dependiendo los requerimientos y la disponibilidad de la materia prima y del
equipamiento dentro de la Universidad, se realizó una evaluación por medio de una matriz de
2
priorización, lo dio resultado la selección del estudio realizado por Esmeralda Quevedo (2011),
“Evaluación de la degradación de residuos de floricultura para la obtención de azúcares con el
uso de tres hongos celulolíticos”, donde se realiza el proceso con residuos de rosa y de
crisantemo, y se realiza un pretratamiento biológico, para proponer que dicho tratamiento se
lleve a cabo dentro del CTAS, de igual modo, teniendo cómo guía el manual de la planta de
biocombustibles desarrollado por González y Neira (2017). Finalmente se desarrolla una
propuesta de adecuación mediante la integración de los equipos con los que cuenta tanto en el
CTAS como también en los demás laboratorios de la Sede Candelaria.
Palabras clave: Biocombustible, ornamentales, biomasa, ligonocelulósico, planta piloto.
3
2. Introducción
Durante el siglo pasado se evidenció un crecimiento demográfico desmesurado, teniendo un
resgistro poblacional de 2.700 millones en 1955, pasando a 7.600 millones en 2018 (GESY,
2017) lo que está creando una contribución representativa sobre la explotación de los recursos
y sus usos, éste incremento acelerado ha llevado por lo tanto, a un aumento de aproximadamente
200% de consumo total de energía en los últimos 25 años (Prasad, y otros, 2019); la
urbanización, el desarrollo tecnológico impulsado por energía, el transporte, entre otros, están
causando serias consecuencias que agotan rápidamente la fuente de energía no renovable y, aún
así se estima que para 2025, habrá un aumento de aproximadamente 50% en la demanda de
energía en varios países desarrollados y en vía de desarrollo (Tong, Pullammanappalli, &
Teixeira, 2012).
El petróleo sigue siendo la principal fuente de combustible del mundo, representando el
32,9% del consumo mundial de energía; mientras que el carbón suministra alrededor del 40%
de la electricidad mundial (WER , 2016); sin embargo, ésta fuente de energía se está agotando
rápidamente, por el contrario, las fuentes de energía renovables tienen un gran futuro para
sostener la demanda de energía de nuestra civilización actual. La recolección de bioenergía a
partir de biomasa proveniente de un enfoque sostenible y rentable es una alternativa valiosa de
fuente de energía no derivados del petróleo. (Prasad, y otros, 2019) Los biocombustibles, como
el biodiesel y el bioetanol, son básicamente de origen vegetal derivados de la conversión
controlada de biomasa lignocelulósica. (Bhatia, Johri, & Ahmad, 2012). La lignocelulosa es la
biomasa renovable más abundante producida por fotosíntesis. La conversión de esta biomasa
para producir biocombustible es una fuente de energía como hemos dicho de gran relevancia
4
debido a su abundancia en la naturaleza y a que su proceso genera menor impacto negativo al
medio ambiente comparado con las fuentes a base de carbón o petróleo.
Sin embargo, la lignocelulosa, el componente básico de las plantas es una sustancia
recalcitrante y difícil de romper en productos deseables. Los métodos químicos y físicos
comúnmente utilizados para pretratar el sustrato tienen varias limitaciones. Mientras que,
utilizar el potencial microbiano para hidrolizar la biomasa es un área interesante de
investigación. Debido a la complejidad del sustrato, se requieren varias enzimas que pueden
actuar sinérgicamente para hidrolizar los componentes productores de biopolímeros como el
bioetanol u otras sustancias energéticas.
De manera que, dentro del presente proyecto se ha querido proponer la adecuación de la
planta de biocombustibles del Centro Tecnológico de Ambiente y Sociedad (en adelante CTAS)
utilizando como materia prima biomasa lignocelulósica proveniente de residuos de cultivos de
flores para la producción de bioetanol, desencadenando así una alternativa de manejo idóneo
de los residuos vegetales generados en el proceso de producción de flores ornamentales y así
obtener productos de valor agregado, este tipo de biomasa evita la necesidad de reemplazar
tierras que en la actualidad se usan para cultivos alimenticios, con lo cual no se pondría en
riesgo la seguridad alimentaria; de igual forma, contribuyendo dentro del área de investigación
de la Universidad De La Salle, llevada a cabo por los ingenieros Jesús Alfonso Torres y Oscar
Fernando Contento, bajo el proyecto “Aprovechamiento de residuos derivados de producción
de flores ornamentales en la Sabana de Bogotá como materia prima de una biorefineria piloto”.
5
El desarrollo de este proyecto se llevó a cabo dentro de 5 etapas, inicialmente se realizó la
pertinente revisión bibliográfica referente a la normatividad dentro del CTAS, sobre el actual
manual de manejo de la planta de biocombustibles, estudios realizados dentro de la Universidad
sobre biocombustibles y estudios relacionados a la producción de bioetanol con material
lignocelulósico; posteriormente se llevó a cabo un reconocimiento de la planta y un diagnóstico
de las condiciones del área destinada para el proyecto, teniendo en cuenta esos aspectos
llevamos a cabo la selección del pretratamiento más adecuado por medio de una matriz de
priorización, para plasmar en nuestra propuesta de adecuación, acorde con 5 estudios
referenciados sobre el tratamiento de material lignocelulósico; el estudio seleccionado por
medio de esta matriz fue el de Esmeralda Quevedo, “Evaluación de la degradación de residuos
de floricultura para la obtención de azúcares con el uso de tres hongos lignocelulollíticos” de la
Universidad Nacional de Colombia, allí se plantea la degradación de residuos de flores (rosa y
crisantemo) con tres tipos de hongo de podredumbre blanca, seleccionando finalmente el hongo
P. Ostreatus, dicho lo anterior la adecuación de la planta del CTAS será propuesta adaptando
el proceso de degradación que se lleva cabo en dicho estudio.
El desarrollo de estas 5 fases dentro de el presente proyecto se dividió en varias secciones,
la primera sección (hasta el numeral 7) va ligada con el cumplimiento del primero objetivo
específico, se compone de el marco de referencia junto con el diagnostico de la planta en las
condiciones actuales y, los estudios referentes al tratamiento del material lignocelulósico, para
posteriormente en la siguiente sección (desde el numeral 8), cumplir con nuestro segundo
objetivo específico, plasmar la propuesta de adecuación de la planta más idónea y el proceso
como tal de operación con la biomasa lignocelulósica; finalmente dentro de los Anexos se
6
presenta el manual de manejo de la planta de biocombustible a partir de residuos de rosa y
crisantemos para la producción de etanol complementado con el plano que representa
visualmente la propuesta de adecuación dentro del CTAS.
Con este proyecto se brinda principalmente, conocimiento a la comunidad universitaria que
desee profundizar en la transformación de este tipo de biomasa para la producción de
biocombustible, da la oportunidad a la Universidad de aprovechar la utilidad de la planta de
biocombustibles, que actualmente no tiene ningún uso o provecho, mediante la propuesta del
equipamiento y procedimiento necesario para dicho tratamiento.
7
3. Objetivos
3.1 Objetivo general
Diseñar una distribución de la planta de biocombustibles del CTAS que permita desarrollar
las competencias prácticas y formativas de la comunidad universitaria a través de una
metodología que permita capacitarse en el manejo de la planta usando como materia prima
residuos de plantas ornamentales.
3.2 Objetivos especifico
• Revisar el proceso de producción de la planta de biocombustibles basada en biomasa ubicada
en el CTAS de la ULSA.
• Establecer el proceso de operación para cada unidad que compone la planta de biocombustible
basada en biomasa derivada de residuos de plantas ornamentales.
• Seleccionar una distribución de planta para obtener un biocombustible derivada de residuos de
plantas ornamentales en el CTAS.
8
4. Marco de referencia
4.1 Marco teórico
Para la producción de bioetanol a partir de biomasa, es necesario tener en cuenta la variedad
de conceptos teóricos que permitan la comprensión de los procesos que se llevan a cabo en la
planta piloto para la producción de biocombustibles de la Universidad de La Salle.
Las diferentes tecnologías existentes de producción de biocombustibles se dividen en
generaciones, la primera, la segunda y la tercera. Estas difieren en el procesamiento y en el
acondicionamiento de materias primas y los procesos de transformación, las dos se
fundamentan en las diferentes materias primas. Los procesos en los últimos años han estado
bajo unos procesos de I&I+D que tienen como fin mejorar los productos finales, los balances
energéticos, y disminuir el uso de recursos naturales; desde un marco económico sostenible
(Medina, 2011).
4.1.1 Biomasa.
Dentro de las energías renovables existen aquellas que provienen de la materia orgánica que
hayan tenido su origen inmediato en procesos biológicos como plantas o desechos metabólicos
(Ruiz A. C., 2014).
Según Salinas & Gasca (2009) la biomasa es una materia orgánica originada en un proceso
biológico, espontáneo o provocado, utilizable como fuente de energía, se distinguen varios tipos
de biomasa, según la procedencia de las sustancias empleadas, como la biomasa vegetal,
relacionada con las plantas en general (troncos, ramas, tallos, frutos, restos y residuos vegetales,
residuos indrustiales, basuras municipales, etc.).
9
Los componentes mas importantes de la biomasa son: la celulosa, esta es un polisacárido, es
cristalina lo cual la hace resistente a la hidrólisis, por lo tanto se debe usar una reacción química;
la hemi-celulosa compone, es fácil de hidrolizar pero la fermentación a etanol no es sencilla; la
lignina es un polímero complejo, despues de ser convertido a etanol puede ser quemada para
producir vapor o electricidad (González & Neira, 2017).
Existen diferentes tipos de biomasa para la generación de bioetanol. Se considera que la
biomasa lignocelulósica comprende cerca del 50% de la biomasa existente en el mundo. Para
el desarrollo del presente proyecto, se realizará el aprovechamiento de residuos procedentes de
cultivos de plantas ornamentales y floricultura, logrando establecer una metodología que puede
ser aplicable para biomasa lignocelulósica específicas.
4.1.2 Biomasa lignocelulósica.
Según Morales (2015) la biomasa de origen lignocelulósico es el material orgánico más
abundante en la tierra. Sus fuentes son los bosques, cultivos agrícolas, residuos de cosechas y
otros residuos industriales; está constituida por tejidos de los vegetales cuyas células presenta
una pared celular constituida a su vez por un entramado de microfibrillas de celulosa formando
capas recubiertas de hemicelulosa y sobre las que se deposita la lignina. Esta pared celular
permite crear y sostener la estructura de las plantas para captar la radiación solar, confiriéndoles
una mayor resistencia mecánica y a posibles patógenos. Es por esto por lo que es tan difícil su
aprovechamiento para la obtención de compuestos derivados de la biomasa. Se requieren de
métodos de tratamiento o fraccionamiento para poder acceder a ellos, pero ninguno de ellos es
10
capaz de aislar completamente cada componente sin modificarlo o degradarlo en al menos una
parte (Rubin, 2009).
La biomasa es una importante fuente de energía renovable con potencial en la producción de
biocombustibles, cogeneración de energía eléctrica y generación de compuestos químicos,
algunos de estos energéticos entre otras aplicaciones (Ruiz, y otros, 2014).
Figura 1. Componentes de la lignocelulosa
Nota: Tomado de Decheco (2019)
4.1.3 Biocombustibles.
De las numerosas clasificaciones que se han propuesto, la más difundida agrupa los
biocombustibles no por su composición química, que varía poco, sino en función del tipo de
materia orgánica de la que provienen, según (Ramos, Díaz, & Villar, 2016):
4.1.3.1 Biocombustibles de primera generación.
Se producen a partir de aceites o azúcares comestibles provenientes de plantas como maíz,
caña de azúcar, girasol o soja. La forma de obtenerlos depende de la planta de origen: si tiene
11
alto contenido de azúcares, se opta por convertirlos en alcoholes por fermentación, como sucede
con la producción de etanol a partir de caña de azúcar. En cambio, si se parte de plantas ricas
en grasas o aceites, se recurre a una reacción química llamada transesterificación, por la cual se
combinan dichos aceites con un alcohol para generar ésteres grasos, como el biodiesel.
4.1.3.2 Biocombustibles de segunda generación.
Se obtienen con materias primas no aprovechables para alimentación humana, como residuos
forestales y agrícolas, que tienen elevado contenido de celulosa y lignina, principales
componentes de las paredes celulares de las plantas. Hay varias formas de producir
biocombustibles de segunda generación, de las cuales la vía bioquímica y la termoquímica son
las más conocidas.
4.1.3.3 Biocombustibles de tercera generación.
Provienen de organismos que pueden producir su propio alimento a partir de energía solar y
𝐶𝑂2, entre ellos algas, que se pueden cultivar en reactores fotoquímicos o en piletones al aire
libre. Luego de secarlas, se extrae el aceite que contienen en sus células y se lo transforma en
biocombustible por alguno de los métodos anteriores.
4.1.3.4 Biocombustibles de cuarta generación.
Se producen a partir de organismos genéticamente modificados para que capturen más
dióxido de carbono del ambiente, con lo que tienen la doble característica de provenir de una
12
fuente alternativa de energía y ser generados por procedimientos que disminuyen el contenido
atmosférico de gases de efecto invernadero.
4.1.4 Procesos de transformación de biomasa.
Los biocombustibles están sujetos a unos procesos de transformación, donde siempre se
toma en cuenta que para cada materia prima existe uno o más procesos, que dirigen esas
materias a productos diferentes, como son combustibles o algunos energéticos. Los procesos a
continuación son los llevados a cabo para la obtención de biocombustible como productos
finales, cada uno de estos tiene alguno que lo completa. Los procesos de transformación son de
naturaleza bioquímica y termoquímica, como se puede observar en la Figura 2.
Figura 2. Rutas de conversión para los biocombustibles
Nota: Tomado de The Royal Society (2018)
El proceso para la producción de un biocombustible (líquido) de 2G como el bioetanol
consta de 4 etapas: pretratamiento de la biomasa, hidrólisis enzimática, fermentación y los
procesos de separación y purificación (Melendez, Hernandez, Hernandez, & Morales, 2015).
13
El pretratamiento es posiblemente la etapa esencial del proceso debido a que se busca
destruir la lignina (pared que recubre y protege la celulosa y hemicelulosa pero que no es
hidrolizable) presente en la biomasa lignocelulósica, esto con la finalidad de permitir a las
enzimas acceder a la conversión de la celulosa y hemicelulosa en azúcares fermentables,
además de modificar la cristalinidad de la celulosa, aumentar el área superficial y eliminar o
disminuir la presencia de sustancias que interfieren o dificultan la hidrólisis.
La hidrólisis enzimática convierte la celulosa en monómeros de glucosa (azúcar de 6
carbonos), la hemicelulosa principalmente en xilosa (azúcar de 5 carbonos) por medio de
complejos enzimáticos que contienen enzimas celulosas específicas y hemicelulasas.
En la fermentación los azúcares reductores son convertidos en un producto de interés, el cual
depende del microorganismo que se desee utilizar, por ejemplo, la glucosa es convertida en
acetona, butanol y etanol por acción de la bacteria clostridium acetobuylicum o también
solamente etanol por la acción de la levadura Saccharomyces cervisiae.
Finalmente, en los procesos de purificación y recuperación, los productos de interés son
purificados mientras que algunos reactantes son recuperados para su reúso.
4.1.5 Pretratamiento de la biomasa lignocelulósica.
Los objetivos del proceso de tratamiento son principalmente reducir la cristalinidad de la
celulosa y aumentar la porosidad de los materiales lignocelulósicos, además de intentar eliminar
la lignina y la hemicelulosa. Todo tratamiento debe cumplir con una serie de requisitos: (1)
14
mejorar la formación de azúcares o la capacidad de formarlos posteriormente en la hidrólisis,
(2) evitar la degradación o pérdida de los hidratos de carbono, (3) evitar la formación de
subproductos que puedan inhibir etapas posteriores como en los procesos de hidrólisis y
fermentación y finalmente (4) deben de ser rentables (Kumar, Barrett, Delwiche, & Stroeve,
2009).
Debido a la composición del material lignocelulósico y a la presencia de lignina en el
conjunto de estructuras entre los enlaces hemicelulosa-celulosa, se limita la degradación a sus
monómeros más simples y aprovechables; por esto es necesario aplicar ciertos tratamientos a
la materia prima lignocelulósica para facilitar la remoción de la lignina y facilitar la penetración
a sus estructuras más sencillas como la celulosa, la cual es la base para etapas posteriores en la
generación de biocombustibles, ya que de esta obtenemos glucosa.
Las tecnologías de pretratamiento generalmente se clasifican en físicas, químicas,
fisicoquímicas y biológicas; en los químicos empleando ácidos o bases y la combinación entre
estos, a continuación, se explican las generalidades de cada uno, según lo que se plantea en el
artículo de Cortes (2011).
El pretratamiento mecánico, consiste en el corte de la biomasa lignocelulósica en pedazos
más pequeños. El objetivo es una reducción en el tamaño de partículas así como de la
cristalinidad, lo que permite un aumento de la superficie disponible, una reducción del grado
de polimerización y un aumento en el rendimiento de la hidrolisis de la biomasa lignocelulósica.
15
En el pretratamiento térmico la biomasa lignocelulósica se calienta. Durante este proceso
una parte de la hemicelulosa se hidroliza y forma ácidos. Estos mismos ácidos se supone siguen
catalizando la hidrólisis de la hemicelosa.
En cuanto al pretratamiento con vapor de agua, la biomasa se somete a altas temperaturas y
presión. Después de cierto tiempo, el vapor se libera y la biomasa se enfría rápidamente. El
objetivo es solubilizar la hemicelulosa y así tener mejor acceso para la hidrólisis enzimática de
la celulosa evitando la formación de inhibidores.
Dentro de los químicos, tenemos el pretratamiento con ácido a temperatura ambiente, el cual
se mejora la digestibilidad anaerobia, el objetivo al igual es solubilizar la hemicelulosa y lograr
mejor acceso a la celulosa; se puede realizar con ácidos diluidos o con ácidos fuertes.
En el pretratamento alcalino las primeras reacciones que tienen lugar son la solvatación y
saponificación. Esto provoca una expansión de la biomasa lo que la hace más accesible a las
enzimas y bacterias.
El pretratamiento biológico, como se define normalmente, implica el uso de
microorganismos (principalmente hongos) para degradar la lignina y la hemicelulosa, pero dejar
la celulosa intacta (Brodeur, y otros, 2011).
4.1.6 Hidrólisis enzimática.
Los procesos de conversión bioquímica basados en fermentación requieren la hidrólisis de
celulosa y hemicelulosa contenidas en la biomasa para la obtención de azúcares fermentables.
16
La hidrólisis enzimática con celulosas y hemicelulasas, en sinergia, ha sido bien estudiada y
presenta la ventaja de tener altos rendimientos de conversión y sus condiciones de reacción son
menos corrosivas y toxicas en comparación con la hidrólisis ácida (Ayala-Mendivil &
Sandoval, 2018).
Los polímeros de carbohidratos en los materiales lignocelulósicos deben convertirse en
azúcares simples antes de la fermentación, a través de un proceso llamado hidrólisis. Los
métodos más comúnmente aplicados pueden clasificarse en dos grupos: hidrólisis química
(hidrólisis ácida diluida y concentrada) e hidrólisis enzimática. (Balat, 2011)
La hidrólisis enzimática de materiales lignocelulósicos naturales es un proceso muy lento
porque la hidrólisis de la celulosa se puede ver obstaculizada por el contenido de lignina y
hemicelulosa, el área de superficie y la cristalinidad de la celulosa. Este procedimiento es
considerado como una alternativa ecológica que implica el uso de enzimas degradantes de
carbohidratos (celulasas y hemicelulasas) para hidrolizar lignocelulosas en azúcares
fermentables.
De la hidrólisis enzimática se espera: (Alvira, Tomás-Pejo, Ballesteros, & Negro, 2010).
• Pretratamiento adecuado
• Digestibilidad de la celulosa cercano al 90%.
• Baja dosis de enzima.
• Baja degradación de azúcares.
17
• Baja concentración de compuestos tóxicos, asociados a la degradación de hemicelulosa y otros
compuestos presentes en la materia prima.
• Alta concentración de azúcares.
• Compatible con la fermentación
• Bajo consumo de calor y de potencia.
4.1.7 Fermentación.
La fermentación es el proceso biológico donde los azucares como la glucosa, la fructosa,
hexosa y sacarosa son convertidas en energía, por lo tanto, se produce etanol y dióxido de
carbono como productos de esta función metabólica. Se puede clasificar de acuerdo con las
condiciones en que actúa el microorganismo, aerobia y anaerobia; en la aerobia, el
microorganismo necesita oxígeno durante todo el proceso de fermentación a una presión muy
cercana a la atmosférica, no se emplea oxígeno directamente, ya que este a concentraciones
altas es tóxico para los microorganismos, en esta parte se lleva a cabo la reproducción, la cual
depende de la disponibilidad de oxígeno y nutrientes en el medio. Por otro lado, la fermentación
anaerobia, que se produce mejor a temperaturas altas donde la actividad enzimática se acelera,
las enzimas son las encargadas de fermentar los azucares (González & Neira, 2017).
4.1.8 Producción de Bioetanol.
El bioetanol se puede obtener a partir de la fermentación de tres tipos de materias primas:
productos que contengan cantidades significativas de o sean ricos en sacarosa; y materiales
ricos en celulosa (una vez hidrolizada en azúcares) como residuos forestales o agrícolas y
algunas especies gramíneas.
18
Figura 3. Proceso de producción de etanol de segunda generación
Nota: Autoría propia (2019)
Según Sánchez (2005), para llevar a cabo la producción de bioetanol se siguen cuatro etapas:
1) digestión enzimática, en la que la biomasa es degradada por enzimas (generalmente
celulosas) para la obtención de azúcares, 2) fermentación de azúcares (Madson & Monceaux,
1995), 3) la destilación, y 4) el secado del producto de interés (Garcia & Calderón, 2012).
Para llevar a cabo la producción de bioetanol en general, se siguen varios pasos (Arshadi &
Grundberg, 2011):
• Preparación de la materia prima para lograr el máximo rendimiento de la materia prima y
también su contenido de azúcar.
• Preparación (reducción de tamaño real) de la materia prima para lograr el tamaño (óptimo)
físico y forma de la materia prima en el proceso de producción de etanol. Esto también reduce
el costo de transporte de la materia prima.
• Pretratamiento de la materia prima para liberar la celulosa, almidón o sacarosa a partir de
lignina, fibra y otras partes biológicas de la materia prima.
• Hidrólisis de la materia prima para lograr la hidrólisis parcial o completa para producir
unidades de azúcar.
• Fermentación de las unidades de azúcar de la fracción hexosa a etanol por levadura.
Materia prima Pretratamiento Hidrólisis Fermentación Destilación Etanol
19
• Fermentación de las unidades de azúcar de la fracción pentosa a etanol por otros
microorganismos o enzimas.
• Varios pasos de purificación y destilación.
La Figura 4., presenta un diagrama con las alternativas para el uso de biomasa derivada de
residuos de plantas ornamentales.
Figura 4. Alternativas para el uso de la biomasa de residuos de plantas ornamentales
Nota: Tomado de Torres, Contento & Herrera (2017)
4.2 Marco conceptual
4.2.1 Biomasa.
Cantidad de materia orgánica producida o existente en un ser vivo y que se encuentra en
forma de proteínas, carbohidratos, lípidos, y otros compuestos orgánicos. Se mide en peso
fresco, peso seco (una vez que se ha sometido a desecación a temperaturas moderadas), en
términos energéticos (kcal).
20
4.2.2 Energías alternativas.
La discusión sobre la necesidad de un nuevo modelo energético en los países desarrollados
plantea alternativas renovables al uso de combustibles fósiles, con la impulsión del uso de
biocombustibles y de biomasa como elemento importante en la transición hacia un modelo más
sostenible. El aprovechamiento energético de la biomasa trae consigo ventajas de los
biocombustibles: Los recientes debates sobre la necesidad de un nuevo modelo energético en
países desarrollados han generado propuestas de alternativas renovables sobre el uso de
combustibles fósiles, destacando el uso de biocombustibles y de biomasa como papel principal
en la transición a un modelo más sostenible (Carpintero, 2006).
4.2.3 Hidrólisis.
Aquella reacción en la que la sustancia reacciona con el agua formando un ácido y base. Los
ácidos o bases formadas pueden ser débiles; pero, en general hay que considerar que se forman
una base débil y un ácido fuerte; o un ácido fuerte y base débil. No se puede tener hidrólisis con
sales formadas de ácido fuerte y base fuerte ya que esta reacción sería solo de ionización y no
tendría las características de la hidrólisis (Bargalló, 1962).
4.2.4 Lignocelulósico.
La biomasa de tipo lignocelulósico se caracteriza principalmente por la presencia de dos
polímeros de carbohidratos, celulosa y hemicelulosa, así como un polímero aromático llamado
lignina más otros componentes que se encuentran en cantidades más pequeñas, como cenizas,
pectina y proteínas. La lignocelulosa es el componente principal de la pared celular de la planta
y, por lo tanto, los materiales lignocelulósicos se consideran la fuente orgánica más abundante
21
en la tierra. El porcentaje de contenido de celulosa, hemicelulosa y lignina varía entre los
diferentes materiales lignocelulósicos (Prasad, y otros, 2019).
4.2.5 Celulosa.
Es un polisacárido estructural de todo el reino vegetal, pues se encuentra en frutas, hortalizas
y cereales como constituyente de las paredes celulares. También en el arroz, maíz y trigo se
encuentra la celulosa en el pericarpio y en el germen se encuentra la hemicelulosa y lignina.
Así mismo la celulosa es un homopolisacárido que está unido por enlaces glucosídicos y que se
caracterizan por tener una alta resistencia mecánica y química por sus cadenas alineadas en un
eje longitudinal. (Dergal, 2013)
Figura 5. Estructura de la Celulosa
Nota: Tomado de Bellido (2013)
4.2.6 Hemicelulosa.
Son grupos de heteropolisacáridos, es decir polisacáridos compuestos por más de un tipo de
monómero por cadenas cortas y ramificadas de azúcares que establecen su carácter amorfo, y
la facilidad para que transcurran las reacciones de hidrólisis de polímeros para dar lugar a los
azucares, la hemicelulosa es fácil de hidrolizar y solubilizar que la celulosa. En la pared celular
22
la hemicelulosa actúa como almacén de sustancias de reserva y funciones reguladoras. (Rivas,
2014)
Figura 6. Estructura de la hemicelulosa
Nota: Tomado de Bellido (2013)
4.2.7 Lignina.
Es un polímero amorfo formado por la polimerización de unidades de fenilpropano donde
se forman diferentes enlaces que se alternan de manera desordenada. Este polímero contiene
metoxilo contenido en madera, es resistente a la hidrólisis acida, soluble en bisulfito y cuando
se coloca a ebullición en una solución de ácido clorhídrico se forman monómeros, es decir
cetonas aromáticas resultantes de la ruptura de enlaces éter. (Chaves & Domine, 2013)
Figura 7. Estructura de la lignina
Nota: Tomado de Bellido (2013)
23
4.2.8 Microfibrillas de celulosa (MFCs)
Las Microfibrillas de celulosa (MFCs) se producen generalmente por la delaminación de
pulpa de madera por presión mecánica antes o despues de tratamientos químicos o enzimáticos.
Este material, de tamano nanometrico, es altamente cristalino, con diámetros que puede variar
entre 20-150 nm y con varios micrómetros de longitud, dependiendo de las fuentes y metodos
de síntesis utilizados. Cuando las macrofibras de celulosa se someten a tratamientos de
desintegración mecánica o química, es posible separar el material en subelementos
lignocelulósicos denominados microfibrillas (MFC) con los diámetros dichos previemanente
(Lavoine, Desloges, Dufrense, & Bras, 2012).
4.2.9 Glucosa.
Es un compuesto útil como fuente de energía para los seres vivos y es conocida como azúcar
o monosacárido, la cual está compuesta por carbono, hidrógeno y oxígeno cuya fórmula
química es 𝐶6𝐻12𝑂6. La glucosa es un carbohidrato abundante en la tierra y en el mundo es
conocida cómo azúcar. Así mismo, la glucosa puede formar polímeros conocidos cómo
polisacáridos y el más notable es el almidón que almacena glucosa en los vegetales. Las paredes
vegetales se forman de celulosa que tambien es producida por cadenas de glucosa.
4.2.10 Planta de biocombustibles a partir de biomasa.
Equipo diseñado para la transformación de biomasa en energía (etanol) a partir de procesos
bioquímicos secuenciales de maceración e hidrólisis, fermentación alcohólica y destilación, a
partir de biomasa energética, basada en almidones y azúcares principalmente, compuesta por
24
un sistema automático, semiautomático y manual, los cuales permiten el control de operación
de los diferentes procesos por medios de sus componentes principales: Electroválvulas, válvulas
manuales, sensores de temperatura y pH, sistema de calentamiento, enfriamiento y recirculación
de agua, generación de vapor, entro otros (González & Neira, 2017).
4.2.11 Plantas ornamentales.
Se pueden considerar como aquellas plantas que en su estado natural o preservado pueden
cubrir la función de satisfacer visualmente el gusto del consumidor y en algunos casos presentar
un atractivo. Normalmente se cultivan al aire libre, en viveros o con una protección ligera bajo
plásticos o en un invernadero con calefacción o temperatura controlada. Los viveros ofrecen
instalaciones agronómicas en el cual se plantan, germinan, maduran y endurecen todo tipo de
plantas (Feria & Sarmiento, 2013).
4.2.12 Residuos de plantas ornamentales.
Los residuos provenientes de estas plantas son básicamente desechos vegetales como raíces,
hojas, tallos y flores en mal estado (Montero & Quintero, 2010), la cual será la materia prima
lignocelulósica para aprovechar en el presente proyecto.
4.3 Marco legal
Desde le 2001 Colombia cuenta con un marco legal para la producción, uso y manejo de los
biocombustibles, el cual al pasar los años crece y evalúa nuevas oportunidades y opciones para
que siga su crecimiento sin generar tantos impactos negativos al medio ambiente. Por otro lado,
25
la Universidad De La Salle cuenta con reglamentos que promueven la investigación e
innovación en el desarrollo de proyectos universitarios, lo que genera que los estudiantes y
docentes tengas nuevos conocimientos y enfoques de investigación.
A continuación, se expone la normatividad de la Universidad mas relevante para el proyecto,
donde se apoyan los trabajos investigativos y la innovación, que generen un impacto para la
comunidad universitaria, lo cual es uno de los ítems que promueve este proyecto al incentivar
el uso de la planta que se encuentra en el Centro Tecnológico de Ambiente y Sociedad (CTAS)
de la Universidad.
Tabla 1. Normatividad Institucional
Títulos
Proyecto Educativo Universitario Lasallista – PEUL Acuerdo No. 007
(Mazo 21 de 2007)
(Consejo Superior de la Universidad de La Salle, 2007)
HITOS 3
Proyectos Educativos de las Unidades Académicas Pautas de Trabajo con base en la Ley
1286 de 2009
(Vicerrectoría Académica, Coordinaciñon de Pedagogía y Didácta)
Librillos institucionales No.56
Lineamientos para la gestión curricular articulada a la praxis investigativa
(Presidente del Consejo Superior, Consejo de Coordinación de la Universidad de la Salle, 2013)
Nota: Autoría propia (2019)
26
5. Diagnóstico de la planta de biocombustible
5.1 Descripción
El CTAS de la Universidad de La Salle cuenta con una planta de Biocombustible basada en
biomasa, que puede ser utilizada en modo manual, automático o semiautomático y está
construida principalmente en acero inoxidable. Es un equipo móvil y desarmable, lo cual
permite mejorar y/o modificar los procesos; dentro de los principales componentes se
encuentra: (1) un tanque maceración, (2) un tanque de fermentación, (3) un tanque de
destilación, (4) un tanque de agua de enfriamiento, (5) un calderín, (6) un radiador y (7) una
manguera de suministro de agua, además de los otros componentes como: bombas, sensores
(temperatura, pH), electroválvulas, válvulas (manuales, de cierre), visores, Airlock y su panel
de control.
Figura 8. Planta de Biocombustible basada en biomasa
Nota: Autoría propia (2019)
27
Para que el proceso de producción de biocombustible funcione, es importante que se
desarrolle un flujo de masa y energía, dentro de la planta encontramos:
• Flujo de masa de biocombustible: Es para los compuestos que se necesitan para realizar la
producción de biocombustible. Inicia en el macerador, pasa al fermentador y finaliza en el
destilador.
• Flujo de agua limpia: Fuente principal de alimentación de agua al sistema. Inicia en el punto
de recepción (tubería de distribución de agua en el CTAS), pasa al tanque de enfriamiento,
luego al calderín y finaliza en el macerador.
• Flujo de vapor: Para que los procesos de maceración y destilación se realicen con éxito,
puede ser necesario le aumentó de temperatura. Por lo que el vapor de agua que genera el
calderín, se distribuye al macerador y destilado; generado así una entrada de energía importante
para el sistema.
• Flujo de agua de enfriamiento: Para evitar un sobrecalentamiento y estabilizar el sistema en
términos de temperatura y presión, se distribuye agua a temperatura ambiente (20ºC) del tanque
de agua de enfriamiento al macerador, fermentador y destilador; generando un balance dentro
de la producción de alcohol en el sistema.
5.2 Funcionamiento
La planta de biocombustible del CTAS cuenta con cuatro modos diferentes de operación:
• Manual: Este modo de operación es recomendado para los usuarios que desean entender el
proceso de producción de biocombustible. Los procesos de operan de forma individual y
actúan protecciones en la ocurrencia de un evento de seguridad.
28
• Semiautomático: Se puede utilizar en los procesos de maceración, fermentación y destilación,
de forma independiente en los parámetros de tiempo, temperatura y ciclo de trabajo. Para la
correcta estabilidad del diseño, es importante seguir los lineamientos de seguridad y manejo.
• Automático: Los procesos se realizan en secuencias y con ayuda de automatizaciones se
continua con la ejecución de las etapas. Se requeriré atención mínima de los operadores, por
lo que es necesario dominar las características de operación, para garantizar los resultados de
las pruebas.
Dentro de los modos de operación se debe tener en cuenta que:
• Se en cualquier momento se puede cambiar el modo de operación; al hacerlo las funciones
programadas se pierden, pero no genera riesgo para la operación del equipo.
• Es recomendado el uso de la planta en modo manual, para familiarizarse de la operación.
Además, la planta cuenta con un modo de Diagnóstico, que solo está disponible para el
fabricante, pues solo personal especializado puede manejarlo (requiere clave). Se utiliza cuando
se debe hacer mantenimiento o para los ajustes iniciales al montar la planta por primare vez.
5.3 Proceso de producción
La planta de biocombustible del CTAS está diseñada para transformar biomasa en etanol,
por medio de procesos como la “maceración” he hidrolisis, fermentación y destilación, a partir
de biomasa energética, basada en almidones y azucares. De acuerdo con el manual de operación
(González & Neira, 2017) cuenta con un sistema automático, semiautomático y manual, que
permiten el control de diferentes operaciones por medio de electroválvulas, válvulas manuales,
29
sensores de temperatura y pH, sistemas de calentamiento, enfriamiento y recirculación de agua,
generación de vapor, entre otras.
Según lo expuesto anteriormente se puede concluir que la planta solo funciona con
productos listos como la melaza para el proceso de producción de biocombustible y que no
cuenta con un proceso de pretratamiento, donde se pueda adecuar la biomasa y se degrade el
material lignoselulósico antes del ingreso a la planta para el proceso de producción de
biocombustible (etanol).
5.4 Ubicación
En la actualidad la planta de biocombustible del CTAS, no es utilizada por alumnos ni
docentes de la Universidad, lo que ha generado un estado de abandono como se puede observar
en las Figuras 9., 10. y 11., a su alrededor se están dejando trabajos de estudiantes y diferentes
materiales que no hace parte del funcionamiento de la planta; que hacer desorden y pueden
generar incomodidad si se llegara a requerir utilizarla.
30
Figura 9. Registro fotográfico de la condición de la planta
Nota: Autoría propia (2019)
Figura 10. Registro fotográfico de la condición de la planta
Nota: Autoría propia (2019)
31
Figura 11. Registro fotográfico de la condición de la planta
Nota: Autoría propia (2019)
Por otro lado, alrededor de la planta solo se encuentra una variedad de tomas de energía e
internet y salidas de agua, pero no cuenta con ningún elemento que permita el desarrollo de
algún proceso, como un mesón, un lavadero, espacio de almacenamiento, espacio para el uso
de equipos, o disposición se algún residuo, como se puede observar en Figura 12. Por lo que
no cuenta con una distribución adecuada para su uso.
32
Figura 12. Distribución de planta actual
Nota: Autoría propia (2019)
Los puntos anteriormente mencionados sobre el diagnóstico de la planta son la base del
proyecto, pues son los temas para resolver para el cumplimento de los objetivos y de esa forma
B
P
P
B
CONVENCIONES
Toma para Internet
P
Toma corriente de emergencia
Toma corriente BiodigestorB
Tuberia Sanitaria
Tuberia Acueducto
Toma corriente Planta
Toma corriente Doble
Demarcación Piso
Punto Hidráulico
6 .2 4
1 .3 6
2 .7 0
1.3
4
2.7
0
3.7
5
33
mostrar cómo se le puede dar utilidad a la planta con un costo de inversión mínimo para la
Universidad.
De acuerdo con este diagnóstico, se propone la adecuación del especio donde estará ubicada
la planta y los componentes al rededor para que se puede llevar a cabo el proceso de degradación
con la materia prima propuesta en el proyecto, que se explica con mayor detalle en el ítem ocho
(8) “Propuesta de adecuación de la planta del biocombustible del CTAS”.
Para tener mas información sobre el funcionamiento y mantenimiento de la planta se puede
consultar en la tesis “Implementación del procedimiento para llevar a cabo la práctica de
fermentación y destilación en la planta de biocombustibles del laboratorio de Ingeniería
Ambiental y Sanitaria de la Universidad de La Salle” (González & Neira, 2017).
A continuación se muestran los antecedentes estudiados para adaptar la mejor propuesta que
permita adecuar de forma optima y eficiente el espacio y el proceso para la producción de
biocombustible del CTAS con material lignocelulósico.
34
6. Selección del proceso de producción adaptado a la planta de biocombustibles del CTAS
Por medio de la fase de revisión bibliográfica se encontraron diferentes proyectos investigativos relacionados con la producción
de biocombustibles, de los cuales se seleccionaron cinco (5) que utilizaban como materia prima biomasa lignocelulósica y que por
su proceso de degradación se adaptaban a los objetivos de este proyecto. Los cuales se presentan en las siguientes tablas donde se
recopilo de forma resumida los datos mas relevantes de los mismos.
6.1. Estado del arte
Tabla 2. Texto No. 1
Evaluación de tres métodos de pretratamiento químico sobre la deslignificación de tallos de yuca
(Reales, Castaño, & Zapata, 2016)
MATERIAL Tallos de yuca
OBJETIVO Remover la lignina de la biomasa de tallos de yuca
PR
E
TR
AT
AM
IEN
TO
ADECUACIÓN
- Disminución de tamaño manual
- Secado estufa, 65º C x 72 hrs (eliminar humedad del material)
- Triturar el material con molino de martillos y de cuchillas, hasta tamaño < 1,4mmm
- Almacenado en bolsas plásticas a 8 ºC
TRATAMIENTO - Carga de sólidos del 10% (p/v), en erlenmeyers de 250 mL,
35
- Para cada pretratamiento químico se usó:
Ácido
Se evaluó la concentración de 𝐻2𝑆𝑂4 entre 0.79 y
2.21 %p/v de, y el tiempo entre 8 y 22 minutos, a 121°
C y 15 psi
Alcalino
se evaluó la concentración de 𝑁𝑎𝑂𝐻 entre 0.59 y
3.41 % p/v y el tiempo entre 4 y 11 h, a 60° C
Organosolv
se evaluó la concentración de etanol entre 41.7 y 98.3
% v/v de etanol y el tiempo entre 4 y 11 h, a 60° C
- Filtrar el material
- Se tomaron muestras de la fracción líquida y la torta en el filtro
- Se lavaron las muestras hasta pH neutro
- Se secaron a 65° C durante 12 horas.
- Se sacó la efectividad de los pre tratamientos
VARIABLES
SIGNIFICATIVAS
Concentración de ácido, tiempo y concentración de álcalis, y el tiempo en el proceso organosolv.
CONCLUSIONES
- el alcalino es el método que removió mayor cantidad de lignina, siendo la concentración de 𝑁𝑎𝑂𝐻 el factor
más influyente.
36
- En el pretratamiento ácido el efecto fue solubilizar la hemicelulosa, siendo la concentración de ácido el factor
más influyente sobre este componente.
- El proceso Organosolv presentó los más bajos valores de remoción de lignina siendo el menos efectivo, el
factor más influyente para este proceso fue el tiempo de reacción.
Nota: Autoría propia (2019)
Tabla 3. Texto No. 2
Evaluación del pretratamiento con ácido sulfúrico diluido del pasto maralfalfa (Pennisetum glaucum x
Pennisetum purpureum) para la producción de etanol
(Mateus, Orlando, Velásquez, & Díaz, 2012)
MATERIAL Pasto Maralfalfa
OBJETIVO
Evaluar el pretratamiento con ácido sulfúrico diluido a diferentes temperaturas (110, 130, 150, 170 y 190 °C) y
concentraciones de ácido (0.8, 1.2 y 2.0% (p/p).
PR
E
TR
AT
AM
IEN
TO
ADECUACIÓN
- fue cortado transversalmente en trozos de 5 cm.
- molido en un molino de cuchillas hasta un tamaño de 1 mm.
- Se almacenó en bolsas plásticas herméticamente cerradas.
TRATAMIENTO - Ácido sulfúrico en diferentes temperaturas y concentraciones.
37
- Se usó un reactor Parr con capacidad de 1 L, presión máxima de 2000 psi, calentado con resistencia eléctrica,
controlando la temperatura de operación con un controlador marca Temp Variac que tiene una temperatura de
operación máxima de 350°C.
- El reactor fue cargado con 15 g de biomasa protegidos dentro de una canasta de acero inoxidable
- La cual se colocó dentro del reactor con 90 a 100 ml de la solución de ácido sulfúrico a la concentración requerida
(0.8, 1.2 y 2.0 % (p/p))
- manteniendo constante la proporción de sólidos en el reactor en 15 % (p/p) y el tiempo de reacción en 60 min
para todos los ensayos.
- Los sólidos pretratados fueron lavados con agua desionizada y secados a 50 °C durante 12 h.
VARIABLES
SIGNIFICATIVAS
Concentración de ácido, temperatura
CONCLUSIONES
- La máxima producción de etanol obtenido fue 117 mg etanol/ g biomasa pretratada a 190 °C y 1,2 %(p/p) de
ácido sulfúrico.
- las cuales se obtiene sólidos con 39.68 % de celulosa y 1.85 % de hemicelulosa
- Los pretratamientos realizados a temperaturas intermedias, entre 130 y 150ºC, producen el mayor porcentaje de
monosacáridos hidrolizados en la fracción líquida obtenida, predominando la xilosa - arabinosa.
- os pretratamientos realizados a altas temperaturas se presenta la formación de componentes inhibitorios de la
fermentación, logrando la degradación del 2.89 % de la xilosa - arabinosa a furfural y la degradación del 1.00 %
de la glucosa a 5 - HMF
Nota: Autoría propia (2019)
38
Tabla 4. Texto No. 3
Obtención de etanol a partir de residuos de poda, mediante hidrólisis ácida e hidrólisis enzimática
(Tejeda, Quintana, Pérez, & Young, 2011)
MATERIAL Residuos de poda: tallos, hojas y frutos
OBJETIVO Comparar la hidrólisis ácida y la hidrólisis enzimática
PR
E T
RA
TA
MIE
NT
O
ADECUACIÓN
- recolección en sacos de 10L
- reducción de tamaño moliendo
TRATAMIENTO
- caracterización por cromatografía
- para las muestras se tomo:
hidrólisis ácida. hidrólisis enzimática.
Muestras de 15g de
cada residuo
Muestra de 20g, que contenía los residuos
mezclados en idénticas proporciones
39
Nota: Autoría propia (2019)
- Eliminar lingnina, se sumergieron las muestras en una solución de 𝑁𝑎𝑂𝐻 0,1N; a los 15 minutos, se adicionó
0,816g de sulfato de calcio y se dejó en reposo por tres horas y, por último, se separó el material particulado de
la solución.
- La lignina disuelta fue eliminada de las muestras por decantación y el sólido que contenía la celulosa y la
hemicelulosa fue conservado para la hidrólisis
- La hidrólisis enzimática, se llevó a cabo en bio-reactor utilizando las enzimas celulasas y considerando las
condiciones adecuadas de humedad y pH para su mantenimiento
VARIABLES
SIGNIFICATIVAS
concentración de ácido, temperatura
CONCLUSIONES
- La máxima producción de etanol obtenido fue 117 mg etanol/ g biomasa pretratada a 190 °C y 1,2 %(p/p) de
ácido sulfúrico.
- las cuales se obtiene sólidos con 39.68 % de celulosa y 1.85 % de hemicelulosa
- Los pretratamientos realizados a temperaturas intermedias, entre 130 y 150ºC, producen el mayor porcentaje de
monosacáridos hidrolizados en la fracción líquida obtenida, predominando la xilosa - arabinosa.
- os pretratamientos realizados a altas temperaturas se presenta la formación de componentes inhibitorios de la
fermentación, logrando la degradación del 2.89 % de la xilosa - arabinosa a furfural y la degradación del 1.00 %
de la glucosa a 5 - HMF
40
Tabla 5. Texto No. 4
Revisión de los pretratamientos ácido diluido, alcalino y afex aplicados a diferentes tipos de biomasas
(Forero Espinel, 2018)
MATERIAL Miscanthus, switchgras, pasto gigante “Pennisetum Sp” , bagazo de cana de azúcar y rastrojo de maíz.
OBJETIVO Comparar los tres tipos de pretratamiento
PR
E T
RA
TA
MIE
NT
O
ADECUACIÓN - Físico, fresado, astillado y amolado
TRATAMIENTO
- Ácido sulfúrico diluido (Químico): (1) se encuentra entre 0,2 % y 2,5 % p/p, seguido de una variación de
temperatura entre 130 °C y 210. (2) A una temperatura entre 140-190 °C y una baja concentración de ácido
sulfúrico como 0,1-1,0 % p/p, el tratamiento puede lograr altas velocidades de reacción y mejorar
significativamente la hidrólisis de la celulosa. Se puede presentar el 100% de eliminación de hemicelulosa bajo
estas condiciones. (3) también se puede realizar teniendo en cuenta la carga de sólidos. Por ejemplo, para bajo
contenido de carga de sólidos (5-10% p/p) y alta temperatura (T > 160 °C) se utilizará en procesos de flujo
continuo mientras para una alta carga de sólidos (10-40 % p/p), la temperatura es más baja (T <160 °C) y el
proceso se puede llevar por lotes.
41
- AFEX (Fisicoquímico): (1) El enfoque convencional es tratar la biomasa húmeda (0,1-2 g de agua / g de biomasa
seca) o con biomasa seca (0,3-2 g de amoniaco / g de biomasa seca) mientras se calienta entre 40-180 °C, bajo
un tiempo de retención de 5-60 min antes de liberar rápidamente la presión del reactor. La presión es moderada
y está alrededor de 100 a 400 psi. El pretratamiento con disolución de amoniaco diluido puede llevarse a cabo en
un reactor discontinuo o de flujo continuo. (2) una proporción de 1-2 kg de amoniaco / kg de biomasa seca a una
temperatura de 90 °C y un tiempo de residencia de 30 min.
- Alcalino: (1) Hidróxido de sodio al 1,5 % para durante 144 h a 20 °C, generando como resultado un 60% de
liberación de lignina y 80 % de hemicelulosa en paja de trigo. (2) Los procesos de saponificación se generan en
temperaturas por debajo de los 140 °C, por ejemplo, bajo una temperatura de 150 °C y por un periodo de 6h se
eliminó 77,5 % de lignina en madera de álamo. (3) Algunos rangos de temperatura pueden estar entre 25-160 °C,
durante 120 min o semanas.
VARIABLES
SIGNIFICATIVAS
- Ácido sulfúrico diluido: temperatura y concentración
- AFEX: temperatura, tiempo, presión, carga de amoniaco, carga de agua
- Alcalino: Temperatura, tiempo, carga de la base
CONCLUSIONES
- La mayor ventaja del pretratamiento ácido sulfúrico diluido está relacionada con la alta solubilidad de la
hemicelulosa y celulosa.
- La mayor ventaja del pretratamiento alcalino es la despolimerización y reducción de la cristalinidad de celulosa,
ya que en los estudios reportados se llegaron a obtener 50 % a 99% en rendimiento de hexosas provenientes de
celulosa y remover 55 % de lignina.
42
Nota: Autoría propia (2019)
Tabla 6. Texto No. 5
- La mayor ventaja de AFEX se encontró en la alta digestibilidad enzimática al obtener porcentajes alrededor del
80 % y 90 %.
Degradacion de residuos de floricultura para la obtencion de azucares con hongos lignoceluloliticos
(Quevedo Hidalgo, 2011)
MATERIAL Residuo vegetal de Rosa y Crisantemo (hojas y tallos)
OBJETIVO Degradar residuos vegetales de floricultura empleando hongos lignocelulolíticos para obtener azúcares reductores.
PR
E T
RA
TA
MIE
NT
O
ADECUACIÓN
- Las hojas y los tallos se lavaron con agua potable y se secaron por exposición al sol.
- Molienda con 3 tamaños diferentes (fueron 0.38 mm, 0.86 mm y 1.63 mm).
- Crisantemo: celulosa 49.6%, hemicelulosa 7.5% y lignina. Rosa: celulosa 42.9%, hemicelulosa 5.7% y lignina 14.8%.
- Contenido de C, H y N se midió según la norma ASTM 5373-08.
- El contenido de C para el crisantemo y rosa fue 42,91% y 42.42%, respectivamente y de nitrógeno fue 1.75% y 1.64%.
TRATAMIENTO
- Se emplearon Hongos de Podredumbre Blanca: T. Versicolor, P. Ostreatus y P. chrysosporium. Realizaron la evaluación
de la degradación del crisantemo con cada hongo por separado y con cocultivos, (P. ostreatus/P. chrysosporium, P.
ostreatus/T. versisolor y T. versicolor/P. chrysosporium), evaluaron la degradación de los hongos en funcion del tiempo
y del tamaño del residuo.
43
- Se seleccionó P. ostreatus para la degradación con tiempo del proceso: 24 h. Se estudió el efecto de la concentración
del residuo, el pH y los inductores cobre y manganeso sobre la degradación de los residuos de rosa y crisantemo.
- La degradación se realizó en matraz de 100 mL con un volumen de 20 mL de MRM, en un agitador orbital Ifalpac a
200±5 rpm, 30±2ºC durante 24 h. El sustrato se esterilizó durante 15 minutos a 121°C. Se inoculó la biomasa fúngica y
luego de 24 horas, el extracto crudo se separó por centrifugación a 10800 g durante 15 min y a 4ºC.
- Luego de realizar todos los ensayos del diseno, se usó el modelo de segundo orden para obtener las condiciones que
maximizan la concentración de azúcares reductores.
- La concentración de sulfato de manganeso y porcentaje de residuo que maximiza la concentración de azucares es 7.5
mM de sulfato de manganeso (134 ppm o 2,4 mM de Mn) y 6.3% (p/v) de residuos.
- En el proceso de degradación de rosa y crisantemo la concentración de Zn fue de 125,8 uM (8,2 ppm) y 56,6 uM (3,7
ppm) respectivamente.
- Para analizar el efecto de la aireación y actividades enzimáticas se realizó el proceso en un reactor 1.5 L con 400 mL
de solución tampón citrato de sodio 0.1 M con 7.5 mM de sulfato de cobre y 7.5 mM de sulfato de manganeso, pH 5.6;
y se mezcló el residuo de crisantemo, 6.3 %(p/v), o de rosa, 10 %(p/v), y se esterilizó a 121ºC durante 15 minutos.
- Luego que la temperatura descendió a 30ºC, se adicionó el inóculo de P. ostreatus, (descrito en Cap. 3), se agitó a 240
rpm por 24 h y flujo de aire (0, 1 y 2 vvm).
- El hidrolizado (fracción líquida), se filtró por mebrana (0.45 μm) para medir azúcares reductores por DNS, las proteínas
(técnica Bradford) y actividades enzimáticas.
- La fracción sólida, se descartó o se utilizó según el caso para evaluar las enzimas en esta fracción, teniendo en cuenta
que se puede presentar la adsorción de las enzimas.
44
VARIABLES
SIGNIFICATIVAS
- Concentraciones de residuo, sulfatos de cobre y manganeso
- pH sobre la degradación de residuos de crisantemo y rosa medida a traves de la concentración de azúcares reductores.
- Tiempo de degradación
CONCLUSIONES
- El mejor hongo para la degradación de residuos de crisantemo fue P. ostreatus.
- En la evaluación de la degradación de crisantemo en función del tiempo mostraron que es suficiente con 24 horas de
cultivo.
- En la degradación del residuo de rosa, la concentración de azucares obtenida fue 17,9 g/L. Los azucares identificados y
fueron: 3% celobiosa, 79,6% glucosa, 0,34% galactosa y 16,9% manosa, con rendimiento de la hidrolisis de 37%.
- En la degradación del residuo de crisantemo, la concentración de azúcares obtenida fue 16.5±1.2 g/L. Los azúcares
identificados y cuantificados en porcentaje en peso fueron: 3.3% de celobiosa, 75% de glucosa, 21.1% de manosa, 1%
de galactosa, con rendimiento de la hidrólisis de 45%.
- En cuanto a la concentración de Mn aunque los dos residuos tienen concentraciones similares, es conveniente
incrementarla adicionando Mn. Debido al requerimiento de este metal por parte de la enzima MnP, que juega un papel
importante en la depolimerización de la lignina.
- En la degradación de los dos residuos, el valor óptimo de pH fue 5.6.
- La concentración de cobre no fue significativo en la producción de azúcares.
- La concentración de sustrato determinada para el proceso de degradación de los residuos fueron 6.3% y 11.8% para
crisantemo y rosa, respectivamente. Se observa que al incrementar la concentración de residuo de rosa incrementa la
cantidad de azúcares, comportamiento diferente para el crisantemo.
45
Nota: Autoría propia (2019)
- En el estudio del efecto del aire en el proceso de degradación a nivel de reactor, se concluyó que la mayor concentración
de azúcares reductores se obtuvo en el reactor a 2 vvm y fue 21.2 g/L.
- El porcentaje de hidrólisis obtenido con los residuos de crisantemo, en el reactor y con 2 vvm fue del 58%. Comparando
con otros materiales lignocelulósicos, es un porcentaje aceptable, con la ventaja que no se usaron enzimas comerciales,
lo que implica una alternativa de bajo costo.
- El valor que maximiza la concentración de azúcares en el proceso a nivel de matraz para el crisantemo fue 63 g/L. A la
máxima concentración de sustrato la máxima concentración de azúcares que se podría obtener es de 36.6 g/L.
- En el proceso sin inyección de aire a nivel de matraz y reactor, no generó diferencia en la concentración de azúcares
reductores, lo que indica que el tipo de agitación y el cambio de recipiente no afectó el proceso de degradación
- El efecto de la aireación (2 vvm y sin inductores), permitió obtener la concentración más alta de azúcares. Se afirma
que la aireación favorece la degradación de los residuos de crisantemo.
- Se concluye que la adición de Mn+2 influyó positivamente en el proceso de degradación. Esto puede deberse a la
degradación de la lignina por medio de la oxidación no enzimática del Mn+2 y a que, además, este metal es un inductor
para la enzima MnP.
- Se estudió la actividad enzimática de endoglucanasa, celobiohidrolasa, β-glucosidasa, manganeso peroxidasa y lacasa,
hallándose la expresión de todas las enzimas en los dos residuos, destacándose, en los cultivos con crisantemo, la
actividad de β-glucosidasa (9513.0 U/L) y lacasa (4693.4 U/L)
- Se exploró el aprovechamiento del hidrolizado de la degradación de los residuos de crisantemo para la producción de
etanol, con Saccharomyces cerevisiae, y se obtuvo un rendimiento de 84% con respecto del etanol teórico.
46
Gracias a los textos mencionados anteriormente en las tablas, se obtuvo la información
necesaria para comprender por completo el proceso de producción de los biocombustibles con
biomasa lignocelulósica, además de conocer los diferentes tipos de pretratamientos que se le
pueden aplicar a este tipo de biomasa, para prepararla de forma adecuada para la producción de
biocombustible.
A continuación, se lleva a cabo la evaluación del estado del arte por medio de una matriz de
priorización que permitirá seleccionar el proceso que mejor se adapte a las condiciones de este
proyecto y de los métodos que puedan llevarse a cabo en las instalaciones de la Universidad.
6.2. Evaluación de los antecedentes
De acuerdo con el diagnostico en el ítem cinco (5), se obtuvo que la planta solo funciona con
productos listos para la fermentación, es decir que no necesitan pretratamiento; dado esto y por
la materia prima propuesta en este proyecto (plantas ornamentales) es necesario implementar el
pretratamiento dentro de la propuesta.
Para evaluar los antecedentes presentados en el ítem 6.1. se tuvo en cuenta cuatro (4)
aspectos que para nuestro criterio y para el cumplimiento de los objetivos del proyecto son de
gran importancia, los cuales son: (1) Impacto ambiental: es el aspecto con mayor porcentaje
de importancia, pues este proyecto esta bajo la línea de investigación “Ruralidad y seguridad
alimentaria” de la Universidad De La Salle. Los biocombustibles tienen un menor impacto
47
ambiental que los combustibles fósiles y de acuerdo con la información referenciada en este
proyecto, la producción de biocombustible a partir de residuos de plantas ornamentales tiene
menor impacto aun, comparado con otras biomasas que tienen cultivos destinados solo para
esta actividad, lo que compromete el uso del suelo y la seguridad alimentaria. Por otro lado,
entre los tipos de pretratamientos están los químicos que generan un impacto negativo al medio
ambiente pues son mas invasivos que otros tratamientos, por lo que se tendrá en cuenta el tipo
de tratamiento que genera menor impacto. (2) Material de floricultura: este proyecto se
inclinó a la selección de material de residuos de plantas ornamentales, pues el proyecto se
encuentra en la línea de investigación mencionada anteriormente, por lo cual fue necesario
referenciar estudios con materia prima similar, ya que hay gran variedad de biomasa
lignocelulócica. (3) Hidrólisis enzimática: en los textos referenciados y seleccionados no se
tuvo en cuenta el tipo de hidrólisis que realizaban en el proceso de producción, pero será de
gran importancia al momento de evaluar en la matriz de priorización por las condiciones de la
plata de biocombustible del CTAS. (4) Costo aproximado del tratamiento: con el fin de que
la propuesta se viable para la Universidad, se comparo la disponibilidad de los materias y
equipos con los que cuenta en la actualidad los laboratorios de la Universidad y los que son
utilizados en cada uno de los textos referenciados en la etapa de pre tratamiento y el proceso de
degradación. De acuerdo con esto se evalúa cual seria la menor inversión por parte de la
Universidad.
A continuación, se evalúan las condiciones por medio de una matriz de priorización, de
acuerdo con los aspecto técnicos y económicos que permiten proponer el pretratamiento más
adecuado para la obtención de etanol en la plata de biocombustible de CTAS.
48
Nota: Cada aspecto se valorará en el rango de 1 a 5 donde 1 es el puntaje mas bajo y 5 el
mas alto.
• Impacto ambiental (positivo): 30%
El puntaje mas alto se dará al tratamiento menos invasivo, donde la obtención de la materia
prima no genere impacto negativo sobre el ecosistema y que el tratamiento sea lo más biológico
posible para que no se generen tantos residuos químicos.
• Material de floricultura: 25%
El objetivo principal del proyecto es adecuar la planta de biocombustible del CTAS para la
producción de etanol, usando como materia prima residuos de plantas ornamentales; por lo cual
se dará el puntaje más alto al texto donde se utilicen residuos de floricultura, que son los más
similares para el caso.
• Hidrolisis enzimática: 25%
La planta de biocombustible del CTAS cuenta únicamente con el proceso de hidrolisis
enzimática, para evitar el incremento de los costos en la propuesta, por lo tanto, el puntaje más
alto se le dará a los textos que utilicen este proceso.
49
• Costo aproximado del tratamiento: 20%
Se tendrá en cuenta los equipos y materias necesarios en la etapa de pretratamiento y el
proceso de degradación de cada uno de los textos referenciados y se comparará con la
disponibilidad de estos en los laboratorios y en la facultad de ingeniería.
Tabla 7. Matriz de priorización
Impacto ambiental
(Positivo)
Material de
floricultura
Hidrolisis
enzimática
Costo del tratamiento
(Menor)
30% 25% 25% 20% 100%
Puntaje Total Puntaje Total Puntaje Total Puntaje Total TOTAL
Texto No. 1 3 0,9 1 0,25 5 1,25 3,5 0,7 3,1
Texto No. 2 1 0,3 1 0,25 5 1,25 2,8 0,56 2,36
Texto No. 3 3 0,9 1 0,25 5 1,25 2,5 0,5 2,9
Texto No. 4 1 0,3 1 0,25 5 1,25 2 0,4 2,2
Texto No. 5 5 1,5 5 1,25 5 1,25 4,5 0,9 4,9
Nota: Autoría propia (2019)
o Impacto ambiental (Positivo): Los textos número 1, 3 y 5 son los de mayor puntaje, pues en
estos se utilizan residuos de flores, pasto y tallos como materia prima, a diferencia de los
otros textos que emplean especies vegetales de campos de cultivo destinados a la producción
de biocombustibles, que están generando un mayor impacto en los suelos por los niveles de
producción agrícola, además de poner en juego los campos de cultivos para la alimentación
humana.
50
El texto número 5 quedó con el mayor puntaje pues utiliza pretratamiento biológico, que
según Zabed (2019) tiene beneficios como: (1) Bajo costo, (2) amigable con el medio
ambiente, (3) libre de compuestos tóxicos, (4) no genera efluentes, ni formación de
inhibidores, (5) menor consumo de reactivos y energía, (6) menor generación de residuos.
o Material de floricultura: El texto número 5 tiene el mayor puntaje, pues es el único que
utiliza residuos de floricultura, que se adapta con el proyecto.
o Hidrolisis enzimática: Todos los textos tienen el mayor puntaje, pues todos hacen hidrolisis
enzimática; aunque en algunos hacen también acida para tener comparación.
o Costo del tratamiento (menor): El texto número 5 tiene mayor puntaje, pues los materiales
que utiliza para el pretratamiento son los que tendrían menor inversión para la Universidad,
ya que solo hace fala adquirir los hongos y no es necesario comprar enzimas, pues dentro del
proceso de degradación el hongo genera las enzimas necesarias para la hidrolisis, comparado
con los otros textos, en los que se deben adquirir las enzimas comerciales.
Teniendo en cuenta los resultados de la matriz de priorización, el texto No. 5: “Degradación de
residuos de floricultura para la obtención de azucares con hongos lignocelulolíticos”, de acá en
adelante texto guía, obtuvo el mayor puntaje (4,9/5), pues cumple con los requerimientos
necesarios para que sea adaptable el proceso en el CTAS.
51
7. Propuesta técnica para la planta del biocombustible del CTAS
A continuación, se explica de manera general el proceso de operación de cada unidad que
compone la planta, incluyendo como matera prima residuos de platas ornamentales y teniendo
en cuenta el proceso mas adecuado para el mismo dentro de la panta, el cual fue previamente
evaluado y seleccionado en el ítem 6; lo que permite dar cumplimiento al segundo objetivo
planteado en el presente proyecto.
En el Anexo 1. se encuentra de forma especifica el proceso de operación para cada unidad
que compone la planta de biocombustible basada en biomasa derivada de residuos de plantas
ornamentales.
7.1 Pretratamiento
De acuerdo con diagnóstico que se le hizo al proceso de producción de la planta, se vio que
no contaba con un pretratamiento para la degradación del material lignocelulosico.
En ese caso y de acuerdo con el texto guía proponemos como pretratamiento para la plata de
biocombustible, lo siguiente:
• Pretratamiento mecánico – Molienda:
Es el proceso donde se reduce el tamaño del material lignocelulósico. Esto ayuda a aumentar
el rendimiento de la hidrolisis; pues aumenta la superficie disponible y disminuye la
cristalinidad y el grado de polimerización.
52
La Universidad cuenta con un molino de cuchillas (Molino Pulverizador), que se encuentra
ubicado en el laboratorio de Ingeniera de Alimentos.
Figura 13. Molino pulverizador
Nota: Autoría propia (2019)
Al tener la disponibilidad de este equipo, no se genera un costo para el desarrollo del
proyecto.
• Pretratamiento biológico – Hongo:
De acuerdo al texto guía, se va a utilizar para la degradación del material lignocelulósico el
hongo de podredumbre blanca (HPB) P. Ostreatus, el cual tiene la habilidad de degrada la
lignina y los polisacáridos presentes en la celulosa; además los HPB degradan la mayor parte
de los componentes de la lignocelulosa para producir productos de gran valor, como las enzimas
necesarias para continuar con la hidrolisis enzimática.
53
Este hongo no se encuentra en la Universidad, se puede encontrar el cerapio del laboratorio
de la Universidad Javeriana de Bogotá D.C; para reactivarlo, conservarlo y cultivarlo en el
laboratorio de microbiología de la Universidad.
El producto que se genera en el pretratamiento biológico pasa al tanque de maceración de la
planta de biocombustible del CTAS, donde se lleva a cabo la hidrolisis enzimática, en esta etapa
no es necesario suministrar enzimas, pues el hongo las genero en el proceso anterior.
Luego se continua con el proceso de fermentación, según el texto guía se utiliza la levadura
Saccharomyces cerevisiae, que es la más usada comercialmente, pues es de fácil manipulación
y recuperación; no es exigente en cuanto a su cultivo y tiene la capacidad de fermentar
rápidamente azúcares como glucosa, sacarosa, maltosa, maltotriosa, fructosa, manosa y
galactosa, aunque no fermenta xilosa o arabinosa. Tiene alta tolerancia al etanol y crece bien a
pH bajos, reduciendo los problemas de contaminación.
La levadura sigue la ruta metabólica glicolítica (EMP). En la forma más simple, la
producción de etanol a partir de glucosa se expresa según la siguiente reacción:
Reacción química de la producción de etanol
𝐶6𝐻12𝑂6 → 2𝐶2𝐻5𝑂𝐻 + 2𝐶𝑂2 + 𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔í𝑎
54
Bajo condiciones ideales, el rendimiento que se puede alcanzar según esta reacción esta entre
el 90% – 95% del valor máximo teórico (0,511 g etanol producido por g de glucosa consumida).
Se continua con el proceso de destilación donde se separan los residuos del producto final
(Etanol).
• Tratamiento de los residuos y producto final (Etanol)
Después del proceso en la planta, se obtiene residuos líquidos como (1) Etanol, (2) vinazas
(3) Residuo del lavado de la materia prima, residuos sólidos como (4) restos orgánicos y
residuos gaseosos como (5) metano.
o Etanol
La recolección del etanol se hará en un recipiente de polietileno de alta densidad (HDPE) y
será almacenado en el lugar dispuesto por el laboratorio, cumpliendo con los parámetros
expuestos en la ficha de seguridad que se encuentra en el Anexo 2.
o Vinazas
Es el residuo que queda después de la extracción del etanol a partir de la fermentación y
destilación de la materia prima, se caracteriza por ser un líquido de color marrón con un gran
contenido de solidos suspendidos (restos orgánicos), con un pH bajo y altos valores de DQO y
DBO5.
Dentro de los tratamientos existentes para las vinazas se encuentran métodos fisicoquímicos,
y biológicos; siendo los biológicos los más apropiados por la gran cantidad de compuestos
55
orgánicos biodegradables que presentan en su compasión, este tratamiento busca reducir el
contenido de materia orgánica y sus nutrientes (Zuñiga & Gandini, 2013).
Como tratamiento biológico el empleo de la tecnología de digestión anaerobia de los
efluentes de destilerías, disminuye el impacto ambiental de la producción de etanol, pues se
obtiene una reducción de la carga contaminante de sus vinazas en un 70%, a la vez que se genera
un biocombustible (biogás) que puede utilizarse con fines energéticos, y dos subproductos: agua
tratada y biofertilizante, como sustitutos de fertilizantes químicos y agua de riego, lo que hace
a la tecnología de producción de etanol ser amigable con el medio ambiente (Zuñiga & Gandini,
2013).
o Residuos de lavado
El residuo del lavado de las rosas y el crisantemo, que es recolectado en el recipiente
dispuesto debajo del lavadero, similares a la Figura 14, debe ser filtrado, del cual se obtendrán
dos productos (1) el agua remanente que será dispuesta en la red alcantarillado, pues no contiene
ningún compuesto al que se le deba hacer ninguna caracterización o tratamiento, (2) El residuo
de la filtración se clasifica como residuos orgánico y se dispone en las canecas del CTAS.
56
Figura 14. Recolección de residuos de lavado en el CTAS
Nota: Autoría propia (2019)
o Metano
La cantidad de metano que se genera en el proceso de producción de etanol en la planta del
CTAS es insignificante, por lo tanto, no es necesario hacerle un tratamiento.
57
Figura 15. Diagrama de flujo de la propuesta
Nota: Autoría propia (2020)
58
7.2 Diseño
De acuerdo con la propuesta de pretratamiento anteriormente expuesta en el ítem 8.1 y
basándonos en el diagnóstico que se hizo de la planta en el ítem 5, se diseño el espacio de
trabajo y se ubicó la planta en el área disponible para su uso. Este diseño de planta se puede
observar en la Figura 16. y de forma detallada en el Anexo 3.
Figura 16. Diseño de planta - propuesta
Nota: Autoría propia (2019)
Para este diseño se tuvo en cuenta la ubicación de la toma de energía y el suministro de agua
para la planta, por lo que se cambio la marcación de seguridad del piso y se ubico de forma
optima para el manejo de esta.
59
Además se dispuso un espacio donde se puedan desarrollar los demás procesos con los que
contaría la practica, los cuales serian: (1) un mesón, el cual iría con el diseño y material de los
que se encuentras actualmente en el CTAS, con medidas adaptadas al área disponible (Figura
17), (2) un lavado, el cual no iría conectado al alcantarillado, sino que tendría recolección
separada de los residuos que se generan con el lavado de los residuos de rosa y crisantemo, este
diseño es guiado por el que se encuentra actualmente en el CTAS (Figura 18), (3) almacenaje,
se dispuso de 2 gavetas que se pueden utilizar para el almacenaje de la materia prima y el etanol.
Figura 17. Ejemplo del tipo de mesón en el CTAS
Nota: Autoría propia (2019)
Figura 18. Ejemplo de recolección de lavado en el CTAS
Nota: Autoría propia (2019)
60
7.3 Fuente de la materia prima
De acuerdo con nuestra propuesta, en la cual se seleccionó en la evaluación del estado del
arte presentado en el ítem 6, se utiliza como materia prima residuos de plantas ornamentales,
tales como rosas y crisantemo, por lo tanto, se revisaron los viveros más cercanos dentro y a las
afueras de Bogotá D.C que se encuentran registrados en el ICA y cuentan con este tipo de flores;
con el fin de facilitar la fuente de adquisición de esta materia prima para el desarrollo de la
práctica expuesta en este proyecto.
Tabla 8. Viveros seleccionados - ICA
UBICACIÓN VIVERO ESTADO TIPO
GRUPO DE ESPECIE
(ORNAMENTALES)
CRISANTEMO ROSA
Bogotá, Cundinamarca GARDEN CENTER Registrado Distribuidor Si
Bogotá, Cundinamarca PLANTICOLOR Registrado Distribuidor Si Si
Chía, Cundinamarca SANTA CLARA Registrado Distribuidor Si
Cota, Cundinamarca LAS PALMAS DE MANUEL Registrado Distribuidor Si
Nota: Autoría propia (2019)
De acuerdo con la tabla anterior, el vivero PLANTICOLOR es el único que cuentan con los
dos residuos, de rosa y crisantemo, por lo tanto, es la opción más viable para conseguir los
residuos. Sin embargo, las otras fuentes también son viables para conseguir la materia prima.
61
8. Balance de las opciones planteadas en la propuesta
En correspondencia con lo anterior y por medio de una matriz DOFA, se realizó un balance de las opciones planteadas en la
propuesta, con el fin de diagnosticar las fortalezas, oportunidades, debilidades y amenazas de esta. Lo cual permite ver de forma clara
y realista las ventajas y desventajas del proyecto. Esta matriz se presenta en la siguiente tabla.
Tabla 9. DOFA de la propuesta
FORTALEZAS OPORTUNIDADES DEBILIDADES AMENAZAS
F1. Generación de empleo
F6. Se puede utilizar una gama
muy amplia de materia prima para
la producción de etanol, (ya que
muchas plantas contienen grandes
cantidades de celulosa)
O1. Acuerdos nacionales e
internacionales sobre energía
y cambio climático
D1. Dependencia de la
disponibilidad de tierra
(peligro de una mayor
demanda de tierra y, como
resultado peligro a
ecosistemas sensibles)
A1. La producción de
biocombustibles en general es
limitada debido a la
disponibilidad de tierra para la
producción de materia prima.
62
FORTALEZAS OPORTUNIDADES DEBILIDADES AMENAZAS
F2. Adecuado sistema de
gestión ambiental para uso de
los residuos vegetales del
cultivo de flores ornamentales
F7. La materia prima no es parte de
la cadena alimentaria
O2. Normatividad
nacional que promueve el
uso de biocombustibles
D2. Desconocimiento del
aprovechamiento de los
residuos vegetales de cultivo
de flores para la producción de
bioetanol.
A2. Dependencia de los
productores de cultivos de
flores ornamentales, donde
generen suficiente residuo
F3. Diversidad de fuente
energética.
F8. Para la producción de materia
prima solo se requieren bajos
insumos de fertilizantes y pesticidas.
O3. A largo plazo,
económicamente
competitivo con los
combustibles fósiles
D3. Poco avance investigativo
para la producción a gran
escala de etanol a partir de
celulosa
A3. Riesgo de baja o nula
inversión por parte de los
directivos de la Universidad
F4. Contribución a la
reducción del efecto
invernadero
F9. La Universidad cuenta con
disponibilidad de la mayoría de los
elementos y tecnología necesaria para
la producción del biocombustible
O4. La Universidad puede
llegar a utilizar el producto
A4. Tendencia del mercado de
utilizar pretratamiento ácido o
diferentes pretratamientos de
mayor rapidez
F5. El costo de la materia
prima (residuos de cultivo de
flores) es relativamente bajo.
F10. Se cuenta con el interés de
promover el conocimiento e
investigación en el tema por parte de
los directivos de la Universidad.
Nota: Autoría propia (2020)
63
Mediante la matriz, se demuestra que la alternativa propuesta en este proyecto cuenta con
una gran cantidad de fortalezas, lo que hace que sea una alternativa amigable con el ambiente,
pues al utilizar residuos de plantas ornamentales se genera un menor impacto comparado con
los cultivos que son derivados del aceite de palma y la caña de azúcar. Al recopilar los residuos
de los viveros para esta actividad, se genera un beneficio para ellos pues representa un esquema
de producción eficiente, ya que no deben hacer ningún tipo de disposición ni tratamiento de
estos. Actualmente el único aprovechamiento de los residuos vegetales es el compostaje
(Quevedo, 2011).
Uno de los principales beneficios de la propuesta, es que tiene la capacidad de adaptarse a
las nuevas necesidades que se requieran, permitiendo que sea aplicable con otro tipo de material
lignocelulósico diferente a la rosa y crisantemo.
También se analiza que por el tipo de materia prima y por la disposición de equipos de alta
tecnología con los que cuenta la Universidad, el costo de la implementación del proyecto es
bajo.
La propuesta presenta gran potencial, pues cuenta con varias oportunidades que tendrían a
futuro un impacto positivo para la Universidad, ya que se fomentaría el uso de esta energía, la
cual a largo plazo será económicamente competitiva con los combustibles fósiles y es
importante que la Universidad esté a la vanguardia en cuanto a este tipo de energía sostenible.
64
9. Conclusiones
• El diagnóstico de la actual planta nos permite observar que el CTAS cuenta con un equipo de
tecnología avanzada para la producción de bioetanol sin embargo, para el empleo de otras
fuentes alternativas como los residuos vegetales no se cuenta con un pretratamiento que
permita su uso como será el caso de utilizar materiales lignocelulósicos, lo que limita su
diversificación y su valorización.
• Nuestra propuesta para una nueva planta de Biocombustible del CTAS bajo los nuevos diseños
tiene la capacidad de adaptarse a las nuevas necesidades que se requieran, pues cuenta con una
tecnología que permite manejar las condiciones para cada proceso de manera practica e
independiente, lo que permitió que la propuesta de adecuación no modificara de forma drástica
el funcionamiento de la misma.
• Por medio de la evaluación y selección de la alternativa de producción de biocombustible con
biomasa lignocelulósica en el ítem 6 y teniendo en cuenta el diagnostico de la planta de
biocombustible del CTAS en el ítem 5, se obtuvo el “MANUAL DE MANEJO DE LA
PLANTA DE BIOCOMBUSTIBLE A PARTIR DE RESIDUOS DE ROSA Y
CRISANTEMO PARA LA PRODUCCIÓN DE ETANOL EN EL CTAS DE LA
UNIVERSIDAD DE LA SALLE” en el cual se específica el proceso de cada operación para
cada unidad de la planta de forma detallada y se brinda una guía para el proceso de producción
del biocombustible en la planta del CTAS.
65
• Mediante la bibliografía consultada y el trabajo intitulado: “Evaluación de la degradación de
residuos de floricultura para la obtención de azúcares con el uso de tres hongos celulolíticos”
(Quevedo, 2011), que fue seleccionado en la evaluación del estado del arte, se diseño un
proceso mediante el cual se puede adaptar el pretratamiento más adecuado a ser implementado
en la planta de Biocombustible del CTAS, lo que permitió dar el cumplimiento del objetivo.
• El uso de residuos de plantas ornamentales como materia prima, tiene menor impacto sobre la
seguridad alimentaria ya que es una materia prima proveniente de un proceso con otro fin, por
lo que se toman solo los residuos del cultivo; todo lo contrario, a la biomasa proveniente de
cultivos destinados solo para esta actividad como la que se usa actualmente que son derivados
del aceite de palma y la caña de azúcar.
• Los residuos de rosa y crisantemo que son los que se proponen para el proceso de degradación,
por medio del hongo de podredumbre blanca P. Ostreatus, permiten además de la obtención
de azucares, la producción de las enzimas lignocelulolíticas como lacasa, manganeso
peroxidasa (MnP), carboximetilasa (celulasa), celobiohidrolasa, 1-4-ß-glucosida, lo que le da
un valor agregado a este proceso de degradación ya que no es necesario utilizar enzimas
comerciales. Dado que la variedad de materias primas lignocelulósicas es amplia, nuestra
propuesta puede ser aplicable con otro tipo de material lignocelulósico diferente a la rosa y
crisantemo.
66
10. Recomendaciones
• Si se tiene encueta la producción de etanol a mayor escala, se debe realizar la sección de un
vivero que sea productor de rosa y crisantemo, para tener mayor cantidad de residuos, pues los
distribuidores cuentan con una cantidad mínima de residuos.
• Se sugiere a la comunidad Universitaria seguir con la investigación de la producción de
biocombustible con biomasa lignocelulósica, teniendo en cuenta la variedad de esta materia
prima y la presente adecuación.
• Para realizar la misma practica con otro tipo de material lignocelulósico, se recomienda hacer
una caracterización inicial, donde se tenga en cuenta el porcentaje de hemicelulosa, lignina,
celulosa y glucosa, entre otros; ya que el manual adjunto solo muestra valores relacionados al
uso de rosa y crisantemo como materia prima.
• Se recomienda hacer caracterización del efluente del lavado de la materia prima, para verificar
que no contenga contaminantes, pesticidas o trazas de algún otro compuesto que pueda
contaminar el agua.
• La planta de biocombustible está al alcance de la comunidad Universitaria y se recomienda
que se promueva su uso de la misma para fines académicos, donde los estudiantes y docentes
puedan adquirir nuevos conocimientos.
67
11. Bibliografía
Alvira, P., Tomás-Pejo, E., Ballesteros, M., & Negro, M. J. (2010). Pretreatment technologies
for an efficient bioethanol production process based on enzymatic hydrolysis: A review.
Bioresource Technology , 4851-4861.
Andrade, C., Corredor, A., Buitrago, L., & Lache, A. (2017). Procesos bioquímicos utilizados
Para la Producción de bioetanol, biodiesel y biogás y su estado en Colombia. Bogotá:
Fundación Universidad de America.
Arshadi, M., & Grundberg, H. (2011). Biochemical production of bioethanol. En R. Luque, J.
Campelo, & J. Clark, Handbook of biofuels production (págs. 199-220). Woodhead
Publishing.
Ayala-Mendivil, N., & Sandoval, G. (2018). Bioenergía a partir de residuos forestales y de
madera. Madera y Bosques, 1-14.
Ayala, H., & Romero, H. (2013). Hidrólisis enzimática de la cascarilla de arroz utilizando
Trichoderma reesi. Memorias del II Congreso Binacional de Investigación, Ciencia y
Tecnología de las Universidades, 839-845.
Balat, M. (2011). Production of bioethanol from lingnocellulosic materials via the biochemical
pathway: A review . Energy Conversion and Management, 858-875.
Bargalló, M. (1962). Tratado de química inorgánica, fundamental y sistemática; para
universidades, escuelas tecnicas profesionales e institutos tecnológicos superiores.
México: Editorial Porrua.
Bellido, C. (2013). Obtención de bioetanol 2G a partir de hidrolizados de paja de trigo.
Fermentación conjunta de los penta y hexa carbohidratos con Pichia stipitis . Universidad
de Valladolid, Escuela de Ingenierías Industriales. Departamento de Ingeniería química y
tecnología del medio ambiente.
68
Betancur, R. (2001). Guías de laboratorio de operaciones unitarias III. Manizales: Universidad
Nacional de Colombia. Sede Manizales.
Bhatia, L., Johri, S., & Ahmad, R. (2012). An economic and ecological perspective of ethanol
production from renewable agro waste: a review. AMB Express, 65.
Brodeur, G., Yau, E., Badal, K., Collier, J., Ramachadran, K., & Ramakrishnan, S. (2011).
Chemical and Physicochemical Pretreatment of Lignocellulosic Biomass: A review .
Enzyme Research, 1-17.
Camps, M., & Marcos, F. (2008). Los biocombustibles. Madrid: Mundi-prensa.
Carpintero, Ó. (2006). Biocombustibles y uso energético de la biomasa: un análisis crítico.
Obtenido de El ecologista: http://www.ecologistasenaccion.org/revista
Castellas, X. (2012). Generalidades, conceptos y origen de los residuos. Serie energía, medio
ambiente, tratamiento de residuos. Madrid : Ediciones Díaz de Santos.
Chaves, M., & Domine, M. (2013). Lignina, estructura y aplicaciones: métodos de
despolimerización para la obtención de derivados aromáticos de interés industrial .
Avances en Ciencias e Ingeniería, 15-46.
Congreso de Colombia. (25 de Julio de 2007). Secretaría General del Senado. Obtenido de Ley
1151: http://www.secretariasenado.gov.co/senado/basedoc/ley_1151_2007.html
Congreso de Colombia. (27 de Septiembre de 2001). Secretaría General del Senado. Obtenido de
Ley 693: http://www.secretariasenado.gov.co/senado/basedoc/ley_0693_2001.html
Congreso de Colombia. (31 de Diciembre de 2004). MinAmbiente. Obtenido de Ley 939:
http://www.minambiente.gov.co/images/normativa/leyes/2004/ley_0939_2004.pdf
69
Consejo Nacional de Política Económica y Social República de Colombia y Departamento
Nacional de Planeación. (31 de Marzo de 2008). Departamento Nacional de Planeación.
Obtenido de Documento Conpes 3510:
https://colaboracion.dnp.gov.co/CDT/Conpes/Econ%C3%B3micos/3510.pdf
Consejo Superior de la Universidad de La Salle. (2007). Proyecto Educativo Universitario
Lasallista - PEUL (Vol. Acuerdo No. 007). (UNISALLE, Ed.) Bogotá D.C: UNISALLE.
Cortes, W. G. (2011). Materiales lignocelulósicos como fuente de biocombustibles y productos
químicos. TecnoESUFA: Revista De tecnología aeronáutica, 41-46.
De Ron Pedreira, A. M., & Matínez Fernández, A. M. (2003). Geología y Biología. Volumen III.
Biología II, Física y Química. Sevilla: Editorial MAD.
Decheco, A. (2019). Biotransformación de cáscaras de Ananas comosus (Piña) para la obtención
de etanol en el marco de desarrollo sostenible de las regiones productoras del perú. Lima:
Universidad Nacional Federico Villarreal.
Departamento Nacional de Planeación. (2007). Departamento Nacional de Planeaciñon.
Obtenido de Plan Nacional de Desarrollo 2006-2010:
https://colaboracion.dnp.gov.co/CDT/PND/PND_Tomo_2.pdf
Departamento Nacional de Planeación. (2010). Departamento Nacional de Planeación. Obtenido
de Plan Nacional de Desarrollo: https://www.dnp.gov.co/Plan-Nacional-de-
Desarrollo/PND-2010-2014/Paginas/Plan-Nacional-De-2010-2014.aspx
Dergal, S. (2013). Química de los alimentos. Chile: Pearson.
EBD. (2000). Fichas Internaciones de Seguridad Química. Obtenido de EBD :
http://www.ebd.csic.es/lie/PDF/ETANOL.pdf
70
Feria, D., & Sarmiento, D. (2013). Plan de empresa para la creación de una empresa productora
y comercializadora de plantas ornamentales. Bogotá D.C: Universidad De La Salle.
Forero Espinel, Á. C. (2018). REVISIÓN DE LOS PRETRATAMIENTOS ÁCIDO DILUIDO,
ALCALINO Y AFEX APLICADOS A DIFERENTES TIPOS DE BIOMASAS.
Universidad Nacional de Colombia, Facultad de Ciencias, Departamento de Química,
Bogotá D.C, Colombia.
Garcia, H., & Calderón, L. (2012). Evaluación de la política de Biocombustibles en Colombia.
Bogotá : Fedesarrollo.
GESY. (2017). Global Energy Statistical Yearbook. Obtenido de https://yearbook.enerdata.net/
González, E., & Neira, L. (2017). Implementación del procedimiento para llevar a cabo la
práctica de fermentación y destilación en la planta de biocombustibles del laboratorio de
Ingeniería Ambiental y Sanitaria de la Universidad de La Salle. Bogotá D.C: Universidad
De La Salle.
GTM. (2017). ETANOL - FICHA DE DATOS DE SEGURIDAD. Obtenido de GTM:
http://www.gtm.net/images/industrial/e/ETANOL.pdf
Kumar, P., Barrett, D., Delwiche, M., & Stroeve, P. (2009). Methods for Pretreatment of
Lignocellulosic Biomass for Efficient Hydrolysis and Biofuel Production. Industrial &
Engineering Chemistry Research, 3713-3729.
Madson, P., & Monceaux, D. (1995). Fuel ethanol production. Cincinnati, Ohio: KATZEN
International, Inc.
Mateus, L., Orlando, H., Velásquez, M., & Díaz, J. d. (2012). etanol, Evaluación del
pretratamiento con ácido sulfúrico diluido del pasto maralfalfa (Pennisetum glaucum x
Pennisetum purpureum) para la producción de. Obtenido de Scientific Electronic Libraty
71
Online: http://www.scielo.org.co/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0123-
34752012000100013&lang=es
Medina, J. C. (2011). Biocombustibles. Alternativas de energía sostenible: necesidades de
investigación y desarrollo. Bogotá D.C. : Universidad de los Andes .
Melendez, P., Hernandez, J., Hernandez, H., & Morales, R. (2015). Análisis del pretratamiento
de residuos lignocelulósicos para la producción de biocombustibles y bioproductos de
alto valor agregado. Revista de divulgación científica, 534-538.
Ministerio de Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial y Ministerio de Minas y Energía. (14
de Abril de 2003). Obtenido de Resolución 0047:
http://www.ceo.org.co/images/stories/CEO/ambiental/documentos/Normas%20ambient
ales/2001-2010/2003/Resolucion%200447%20DE%202003%20-
%20CARACTERISTICAS%20COMBUSTIBLES.pdf
Ministerio de Minas y Energía. (17 de Junio de 2003). Sistema Único de Informaciñon Normativa
- Minjusticia. Obtenido de Resolución 18-0687: http://www.suin-
juriscol.gov.co/viewDocument.asp?id=4030880
Ministerio de Minas y Energía. (Enero de 2015). UPME. Obtenido de Plan Energético Nacional
- Colombia: Ideario Energético 2050: :
http://www1.upme.gov.co/Documents/PEN_IdearioEnergetico2050.pdf
Montero, H., & Quintero, J. (2010). Guías de buenas prácticas ambientales para cultivos de flores
y ornamentales. Obtenido de Asocolflores y MAVDT:
https://rhes.ruralhorizon.org/uploads/documents/guiaambientalfloresfinal.pdf
Morales, S. (2015). Hidrólisis ácida de celulosa y biomasa lignocelulósica asistida con líquidos
iónicos. Madrid: Universidad Autónoma de Madrid. Departamento de Química-Física
Aplicada.
72
Muther, R. (1970). Distribución en planta. Barcelona: Editorial Hispano Europea.
Navarro, P., Moral, H., Gomez, L., & Mataix, B. (1995). Residuos orgánicos y agricultura. .
España: Espagrafic.
Prasad, R., Chatterjee, S., Mazumder, P., Gupta, S., Sharma, S., Vairale, M., . . . Gupta, D. (2019).
Bioethanol production from waste lignocelluloses: A review on microbial degradation
potential. Chemosphere, 588-606.
Presidente del Consejo Superior, Consejo de Coordinación de la Universidad de la Salle. (2013).
Lineamientos para la gestion curricular articulada a la praxis investigativa - Librillos
Institucionales No. 65 (Vol. Primera edición). Bogotá D.C: UNISALLE.
Quevedo Hidalgo, B. E. (2011). Evaluación de la degradaciñon de residuos de floricultura para
la obtención de azúcares con el uso de tres hongos lignocelulolíticos. Universidad
Nacional de Colombia, Area Curricular de Ingeniería Química y Ambiental, Bogotá.
Quevedo, B. E. (2011). Evaluación de la degradación de residuos de floricultura para la obtención
de azúcares con el uso de tres hongos lignocelulolíticos. Bogotá D.C.: Universidad
Nacional.
Ramos, F., Díaz, M., & Villar, M. (2016). Biocombustibles. Ciencia Hoy, 69-73.
Razo, C., Astete, S., Saucedo, A., & Ludeña, C. (2007). Biocombustibles y su impacto potencial
en la estructura agraria, precios y empleo en América Latina. Santiago de Chile:
Publicaciones de las Naciones Unidas.
Reales, J., Castaño, H., & Zapata, J. (Junio de 2016). Evaluación de Tres Métodos de
Pretratamiento Químico sobre la Deslignificación de Tallos de Yuca. Obtenido de
Scientific Electronic Library Online:
https://scielo.conicyt.cl/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0718-
07642016000300003&lang=es
73
Rivas, S. (2014). Valoración de hemicelulosas de biomasa vegetal. Obtenido de Universidad de
Vigo:
http://www.investigo.biblioteca.uvigo.es/xmlui/bitstream/handle/11093/141/Valorizació
n%20de%20hemicelulosas%20de%20biomasa%20vegetal.pdf?sequence=1&isAllowed
=y
Rodríguez García, E. (2012). Biomasa, Biocombitibles y Sostenibilidad. Centro Tecnolígico
Agrario y Agroalimentario. ITAGRA.CT.
Rubin, E. (2009). Genomics of cellulosic biofuels. Nature, 841-845.
Ruiz, A. C. (2014). Desarrollo de un biodigestor casero como alternativa para la generación de
biogás empleando estiercol bovino. Torreón, Coahuila. Mexico: Universidad Autónoma
agraria Antonio Narro.
Ruiz, A., Quintana, J. C., Niño, J., Cano, N., Gómez, A. C., Daza, S., . . . Correa, J. (2014).
Biomasa lignocelulósica en Colombia, pretratamientos y productos de valor agregado .
Medellín, Colombia: Universidad Nacional de Colombia, Sede Medellín.
Salinas, E., & Gasca, V. (2009). Los biocombustibles. El cotidiano, 75-82.
Tchobanoglous, G., Theissen, H., & Eliassen, R. (2000). Ambiente y los Recursos Naturales
Renovables. Obtenido de Administración, Desechos sólidos. Principios de Ingeniería y:
Administración, Desechos sólidos. Principios de Ingeniería y
Tejeda, L., Quintana, J., Pérez, J., & Young, H. (2011). Obtención de etanol a partir de residuos
de poda, mediante hidrólisis ácida e hidrólisis enzimática. Obtenido de Revista U.D.C.A:
https://revistas.udca.edu.co/index.php/ruadc/article/view/763/831
74
The Royal Society. (2015). Sustainable biofuels: prospects and challenges. Obtenido de
https://royalsociety.org/~/media/Royal_Society_Content/policy/publications/2008/7980.
Tong, Z., Pullammanappalli, P., & Teixeira, A. (2012). How etanol is made from cellulosic
biomass. http://edis.ifas.ufl.edu.
Torres, J., Contento, O., & Herrera, I. (2017). Análisis de ciclo de vida para una biorrefinería
derivada de residuos agrícolas de palma aceitera. Publicaciones e Investigación. , 13-36.
Vicerrectoría Académica, Coordinaciñon de Pedagogía y Didácta. (s.f.). Hitos 3 Proyectos
Educativos de las Unidades Académicas Pautas de trabajo. (UNISALLE, Ed.) Bogotá
D.C.
WER . (2016). (World Energy Report). Obtenido de World Energy Council:
https://www.worldenergy.org
Zabed, H., Akter, S., Yun, J., Zhang, G., Awad, F., Qi, X., & Sahu, J. (2019). Recent advances
in biological pretreatment of microalgae and lignocellulosic biomass for biofuel
production. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 105-128.
Zuñiga, V., & Gandini, M. (2013). Caracterización ambiental de las vinazas de residuos de caña
de azúcar resultantes de la producción de etanol. Obtenido de Universidad Nacional:
https://revistas.unal.edu.co/index.php/dyna/article/view/27518/43731
75
12. Anexos
• Anexo 1. MANUAL DE MANEJO DE LA PLANTA DE BIOCOMBUSTIBLE A PARTIR
DE RESIDUOS DE ROSA Y CRISANTEMO PARA LA PRODUCCIÓN DE ETANOL EN
EL CTAS DE LA UNIVERSIDAD DE LA SALLE
• Anexo 2. FICHA DE SEGURIDAD DEL ETANOL
• Anexo 3. PLANO ADECUACION DE LA PLANTA EN AUTOCAD
• Anexo 4. PLANO P&ID DE LA PLANTA
76
12.1 Anexo 1
77
MANUAL DE MANEJO DE LA PLANTA DE BIOCOMBUSTIBLE A PARTIR DE
RESIDUOS DE ROSA Y CRISANTEMO PARA LA PRODUCCIÓN DE ETANOL EN
EL CTAS DE LA UNIVERSIDAD DE LA SALLE
GUTTÉRREZ JARA CLAUDIA MARCELA
SABOGAL PALACIO LUISA FERNANDA
PROGRAMA DE INGENIERA AMBIENTAL Y SANITARIA
FACULTAD DE INGENIERA
BOGOTÁ D.C – 2020
78
Introducción
La planta de Biocombustible basada en biomasa, es un equipo móvil y desarmable, que
cuenta con 3 diferentes modos de operación (manual, automática y semiautomática) dentro de
los principales componentes se encuentra: (1) un tanque maceración, (2) un tanque de
fermentación, (3) un tanque de destilación, (4) un tanque de agua de enfriamiento, (5) un
calderín, (6) un radiador y (7) una manguera de suministro de agua, además de los otros
componentes como: bombas, sensores (temperatura, pH), electroválvulas, válvulas (manuales,
de cierre), visores, Airlock y su panel de control. Está diseñada para transformar diferentes tipos
de biomasa que no necesiten un pretratamiento y cuenta con procesos bioquímicos de
maceración o hidrólisis, fermentación alcohólica y destilación fraccionada o simple, los cuales
se desarrollan en la planta para la obtención de bioetanol.
En este manual se presenta la metodología para la obtención de biocombustible (Etanol) a
partir de material lignocelulósico (residuos de rosa y crisantemo) con el hongo P. Ostreatus, el
desarrollo de la practica, se va a realizar en el CTAS y en los Laboratorios de Alimentos y
Biología de la Universidad de la Salle.
Para el adecuado mantenimiento de la planta se recomienda consultar la tesis
“Implementación del procedimiento para llevar a cabo la práctica de fermentación y destilación
en la planta de biocombustibles del laboratorio de Ingeniería Ambiental y Sanitaria de la
Universidad de La Salle” (González & Neira, 2017), donde se encuentran todas las
especificaciones necesarias.
79
Materiales y métodos
• Residuos de rosas y crisantemo (tallos y hojas)
• Hongo P. Ostreatus
• Levadura Saccharomyces cerevisiae
• Bandejas para el horno (resiste a altas temperaturas)
• Carro trasportador
• Molino pulverizador
• Horno
• Cajas de Petri
• Citrato de sodio 0,1M
• Sulfato de cobre 7,5mM
• Sulfato de manganeso 7,5mM
• Matraz 250ml
• Agua destilada
• Tamiz 0,38mm
• Salvado de trigo
• Agar YCG
• Medidor pH
• Inyector de aire
80
Metodología para la obtención de biocombustible (Etanol) a partir de material
lignocelulósico (residuos de rosa y crisantemo) con el hongo P. Ostreatus
1. Pretratamiento mecánico – Molienda
1.1 Recolección y almacenamiento
Teniendo en cuenta la Tabla 10. el vivero PLANTICOLOR es el único que cuentan con los
residuos de rosa y crisantemo, por lo tanto, es la opción más viable para conseguir los residuos.
La recepción de los residuos se hace en el CTAS; si el material no se va a utilizar de forma
inmediata, se puede llevar a lugar de almacenamiento dispuesto; y si se va a utilizar de forma
inmediata se continua con el lavado y secado.
1.2 Lavado y secado
Los residuos vegetales se lavan con agua potable en el lavadero dispuesto, donde se remueve
tierra y suciedades.
Nota: Los residuos generados en el lavado no van directo al acueducto, pues se dispone de
un almacenamiento regulado por el laboratorio para su recolección y posterior disposición.
Al tener los residuos limpios, se organizan en bandejas y se llevan al horno ubicado en el
CTAS Figura 1. por un máximo de 55 horas a una temperatura de 105º C (la mínima del horno
del CTAS).
81
El proceso de secado puede durar menos tiempo, por lo cual se recomienda pesar los residuos
cada 8 horas después de las primeras 24 horas hasta que el peso sea constante, en ese punto los
residuos ya no tienen humedad y están listos para la molienda.
Figura 1. Horno del CTAS
Nota: Autoría propia (2019)
1.3 Molienda
Al tener los residuos secos, se ponen en el carro trasportador del CTAS para llevaros al
Laboratorio de Alimentos, donde se encuentra el molino pulverizador Figura 2. que será
utilizado para reducir el tamaño de los mismos. Al tener estos residuos molidos, se llevan al
CTAS para continuar con el tamizado.
Nota: el manual de operación del molino pulverizador, se encuentra en el laboratorio de
alimentos.
82
Figura 2. Molino pulverizador
Nota: Autoría propia (2019)
1.4 Tamizado
Al tener los residuos molidos, se pasa al tamizaje; donde se utilizarán tres tamaños diferentes
de mallas Figura 3.: (1) 599um, (2) 425um y (3) 250um, al tener tamizado los residuos en estos
tres tamaños tendrán un promedio de tamaño cercano de 0,38mm, el cuál es el tamaño de
partícula con el que se trabaja en el texto guía.
Figura 3. Mallas de tamizado
Nota: Autoría propia (2019)
83
2. Pretratamiento biológico – Hongo P. Ostreatus
2.1 Recopilación
Se propone el uso de P. Ostreatus que se puede encontrar en el cerapio del laboratorio de la
Universidad Javeriana de Bogotá D.C.
2.2 Siembra
El hongo se debe reactivar por siembra en agar de extracto de salvado de trigo a 30ºC por 7
días de acuerdo con el siguiente procedimiento:
• Preparación de la solución extracto de salvado de trigo
Pesar 175g de salvado de trigo y mezclar muy bien con 1 litro de agua destilada, se debe
dejar en reposo durante 1 hora y posteriormente pasar a través de un colador para obtener el
extracto. Se esteriliza durante 15 min a 121ºC, se sirve en cajas de Petri.
• Agar de extracto de salvado de trigo: (se modifica del medio la composición de glucosa)
o Glucosa: 10g/L
o Peptona: 5 g/L
o Extracto de levadura: 2 g/L
o MnSO4: 0,845 g/L
o KH2PO4: 1 g/L
84
o MgSO4.7H2O: 0,5 g/L
o Agar-Agar: 15 g/L
Los anteriores compuestos deben ser disueltos en una solución extracto de salvado de trigo
marca Toning, explicado anteriormente.
• Medio de cultivo (MC)
EL medio referenciado debe estar con 20 g/L de glucosa, y el medio de carbono será
modificado por los residuos de flores (rosa y crisantemo)
o Residuo de rosa o crisantemo: 50 g/L
o Peptona: 5 g/L
o Extracto de levadura: 2 g/L
o MnSO4: 0,0845 g/L
o KH2PO4: 1 g/L
o MgSO4.7H2O: 0,5 g/L
Lo anterior se debe disolver en una solución de extracto de salvado. Se esteriliza dúrate 15
min a 121ºC.
El MC debe ser inoculado con 10 discos de hongo (5mm de diámetro) crecidos previamente
en agar de extracto de salvado de trigo. Después de 7 días en condiciones estáticas a 30ºC se
obtiene el micelio fúngico.
La cantidad para inocular de cada hongo se define en peso húmedo equivalente a peso seco,
mediante 6 cultivos independientes con cada hongo en las condiciones mencionadas, de donde
85
se separa el micelio fúngico para posteriormente secar en horno a 80ºC durante 20 horas (tiempo
en el cual se obtiene peso constante).
Quevedo (2011) determinó el promedio del peso seco y del peso húmedo de los 6 cultivos
para encontrar el porcentaje de humedad del hongo. Teniendo en cuenta el porcentaje se
establece que el peso húmedo corresponde a 2,5g en peso seco para inocular en 50 ml del medio
residuo (MR) lo que equivale a 5% (peso seco del micelio/ml de medio) de inóculo.
El MR debe contener 5% (p/v) de residuos de crisantemo o rosa en agua destilada, sin adición
de ningún otro componente.
Después de reactivar el hongo, la conservación debe realizarse a 4ºC en crio-viales con agar
extracto de salvado inoculados con discos de agar colonizados con biomasa fúngica y cada tres
meses realizar banco secundario a partir del banco primario.
• Inóculo
El inoculo se prepara en matraz de 250 ml que contengan previamente 50 ml del medio de
cultivo (MC) que se describe anteriormente.
86
3. Proceso de producción – Planta de Biocombustible
La planta tiene tres tipos de funcionamiento (automático, semiautomático y manual), para el
desarrollo de esta práctica se utilizará el modo manual, pues según Gonzales & Neira (2017) es
el modo de operación recomendado para aquellos usuarios que deseen entender el proceso de
producción de biocombustible. Sin embargo, los otros dos procesos (semiautomático y
automático) son de gran utilidad cuando el usuario ya tiene conocimiento del uso y proceso de
la planta.
Nota 1: Para la presente práctica, no se recomienda utilizar el modo automático, pues los
tiempos de los procesó no coinciden con los requeridos.
Nota 2: El manual de la planta se encuentra en la tesis “Implementación del procedimiento
para llevar a cabo la práctica de fermentación y destilación en la planta de biocombustibles del
laboratorio de Ingeniería Ambiental y Sanitaria de la Universidad de La Salle” (González &
Neira, 2017). Para saber el funcionamiento en modo manual diríjase al numera 7.5.3 en la
página 76 del documento.
3.1 Tanque de maceración
El tanque tiene una capacidad de 60L y cuenta con diferentes variables que se pueden
configurar con las opciones de: agua, agitar, pH, vapor, enfriar y traspaso a fermentador; se
aconseja trabajar con menos de la mita de la capacidad para tener una mejor eficiencia y tiempo
87
en el proceso (González & Neira, 2017). Para saber el manejo del tanque en modo manual
diríjase a la página 78 del manual de la planta.
Se deben medir 16 L de solución tampón citrato de sodio 0,1M con 7,5 mM de sulfato de
cobre y 7,5 mM de sulfato de manganeso, con pH 5,6.
Se mezcla el residuo de crisantemo 6,3% (p/v) o de rosa 10% (p/v), se esteriliza a 121ºC por
15 minutos. Cuando la temperatura descienda a 30ºC se debe adicionar el inóculo de P.
Ostreatus.
Se agita a 240 rpm durante 24 horas en el tanque de maceración, el cual se deja abierto y se
mantiene con un flujo de aire proporcionado por un de los aireadores que se encuentran en el
CTAS, Figura 4.
Dentro de éstas 24 horas, ocurre al mismo tiempo la hidrólisis donde el hongo es capaz de
producir enzimas tales como: Lacasa, manganeso peroxidasa (MnP), carboximetilasa
(celulasa), celobiohidrolasa (CBH) y 1-4-ß-glucosida. Los HPB secretan estos componentes
extracelularmente y son liberados en grandes cantidades durante la degradación microbial de la
lignocelulosa.
88
Figura 4. Aireador del CTAS
Nota: Autoría propia (2019)
3.2 Tanque de fermentación
Este tanque tiene capacidad de 60L y cuenta con diferentes variables que se pueden
configurar con las opciones de: traspaso a fermentador (al igual que en el controlador del tanque
de maceración), agitar, enfriar y traspaso a destilador. Para saber el manejo del tanque en modo
manual diríjase a la página 79 del manual de la planta.
Para la fermentación del hidrolizado se debe utilizar levadura S. Cerevisiae.
• Inóculo S. Cerevisiae
En el laboratorio de biología se debe sembrar la levadura S. cerevisiae en agar YCG (extracto
de levadura 10 g/L, peptona 20 g/L, glucosa 20 g/L y cloranfenicol 0.1g/L, agar 15 g/L).
Posteriormente, se lleva a incubación 30°C durante 24 horas. Con las celulas crecidas en las
89
cajas de petri en agar YGC, realizar una suspensión celular en solución salina (NaCl) esteril
0.85% (p/v).
La fermentación se realiza adicionando el inóculo al hidrolizado en el tanque de
fermentación manteniendo la temperatura a 30 ºC con agitacipn de 150 rpm durante 14 horas.
3.3 Tanque de destilación
Este tanque tiene capacidad de 40L y cuenta con diferentes variables que se pueden
configurar con las opciones de: traspaso a destilador (al igual que en el controlador del tanque
de fermentación), enfriar condensador, agua baño maría, agitar, vapor, calentar baño maría.
Para saber el manejo del tanque en modo manual diríjase a la página 80 del manual de la planta.
Al tener el producto fermentado en el tanque de destilación, se deja que el sistema comience
a aumentar la temperatura, esto se puede observar en los 5 termómetros con los que cuenta la
columna de fraccionamiento. El etanol tiene un punto de ebullición de 70ªC, cuando la
temperatura del tanque este cercana a tal punto de ebullición, se comienza el proceso de
destilación, el cual habrá terminado cuando la temperatura de los termómetros sea constante
(González & Neira, 2017).
90
4. Manejo de residuos
Después del proceso en la planta, se obtiene residuos líquidos como (1) Etanol, (2) vinazas
(3) Residuo del lavado de la materia prima, residuos sólidos como (4) restos orgánicos y
residuos gaseosos como (5) metano.
o Etanol
La recolección del etanol se hará en un recipiente de polietileno de alta densidad (HDPE) y
será almacenado en el lugar dispuesto por el laboratorio, cumpliendo con los parámetros
expuestos en la ficha de seguridad que se encuentra en el Anexo 2.
o Vinazas
Es el residuo que queda después de la extracción del etanol a partir de la fermentación y
destilación de la materia prima, se caracteriza por ser un líquido de color marrón con un gran
contenido de solidos suspendidos (restos orgánicos), con un pH bajo y altos valores de DQO y
DBO5.
Dentro de los tratamientos existentes para las vinazas se encuentran métodos fisicoquímicos,
y biológicos; siendo los biológicos los más apropiados por la gran cantidad de compuestos
orgánicos biodegradables que presentan en su compasión, este tratamiento busca reducir el
contenido de materia orgánica y sus nutrientes (Zuñiga & Gandini, 2013).
Como tratamiento biológico el empleo de la tecnología de digestión anaerobia de los
efluentes de destilerías, disminuye el impacto ambiental de la producción de etanol, pues se
obtiene una reducción de la carga contaminante de sus vinazas en un 70%, a la vez que se genera
91
un biocombustible (biogás) que puede utilizarse con fines energéticos, y dos subproductos: agua
tratada y biofertilizante, como sustitutos de fertilizantes químicos y agua de riego, lo que hace
a la tecnología de producción de etanol ser amigable con el medio ambiente (Zuñiga & Gandini,
2013).
o Residuos de lavado
El residuo del lavado de las rosas y el crisantemo, que es recolectado en el recipiente
dispuesto debajo del lavadero, similares a la Figura 5., debe ser filtrado, del cual se obtendrán
dos productos (1) el agua remanente que será dispuesta en la red alcantarillado, pues no contiene
ningún compuesto al que se le deba hacer ninguna caracterización o tratamiento, (2) El residuo
de la filtración se clasifica como residuos orgánico y se dispone en las canecas del CTAS.
Figura 5. Recolección de residuos en lavado en el CTAS
Nota: Autoría propia (2019)
o Metano
La cantidad de metano que se genera en el proceso de producción de etanol en la planta del
CTAS es insignificante, por lo tanto, no es necesario hacerle un tratamiento.
92
5. Diagrama de flujo
Nota: Autoría propia (2019)
93
12.2 Anexo 2
94
FICHA DE SEGURIDAD
ETANOL
SISTEMA DE IDENTIFICACIÓN NFPA 704
EN CASO DE EMERGENCIA: Cisproquim / (571) 2 88 60 12 (Bogotá)
IDENTIFICACIÓN DEL PRODUCTO
Nombre del producto: Etanol
Formula química: CH3CH2OH / C2H6O
IDENTIFICACIÓN DE LOS PELIGROS
Clasificación: Líquido inflamable (categoría 2), irritación ocular (categoría 2), peligro para el medio ambiente
acuático – peligro agudo (categoría 3)
Palabra de advertencia: Peligro
Derrames y fugas: Ventilar. Eliminar toda fuente de ignición. Recoger, en la medida de lo posible, el líquido que
se derrama y el ya derramado en recipientes herméticos. Eliminar el residuo con agua abundante
Tipos de peligro:
PELIGRO AGUDO PREVENCIÓN LUCHA CONTRA
INCENDIOS
INCENDIO Altamente inflamable
Evitar las llamas, No
producir chispas y No
fumar. No poner en contacto
con oxidantes
Polvo, espuma resistente al
alcohol, agua en grandes
cantidades, dióxido de
carbono
EXPLOSIÓN Las mezclas vapor/ aire
son explosivas
Sistema cerrado, ventilación,
equipo eléctrico y de
aluminio alumbrado a
prueba de explosión. NO
utilizar aire comprimido
para llenar, vaciar o
manipular.
En caso de incendio:
mantener fríos los bidones y
demás instalaciones rociando
con agua.
95
Exposición:
SÍNTOMAS PREVENCIÓN PRIMERSO AUXILIOS
INHALACIÓN Tos, dolor de cabeza,
fatiga, somnolencia
Ventilación, extracción
localizada o protección
respiratoria
Aire limpio, reposo
PIEL Piel seca Guantes de protección Quitar la ropa contaminada,
lavar con agua y jabón
OJOS Enrojecimiento, dolor,
quemazón Gafas ajustadas de seguridad
Enjuagar con agua abundante
durante varios minutos
(quitar lentes de contacto si
puede hacerse con facilidad),
después proporcionar
asistencia medica
INGESTIÓN
Sensación de quemazón,
dolor de cabeza,
confusión, vértigo,
perdida del conocimiento
No comer, ni beber, ni fumar
durante el trabajo
Enjuagar la boca,
proporcionar asistencia
medica
MANIPULACIÓN SEGURA
Prohibido comer, beber o fumar durante su manipulación. Evitar contacto con ojos, piel y ropa. Lavarse los brazos,
manos, y uñas después de manejar este producto. Facilitar el acceso a duchas de seguridad y lavaojos de
emergencias. Utilizar equipamiento y ropa que evite la acumulación de cargas electrostáticas. Controlar y evitar la
formación de atmósferas explosivas
ALMACENAMIENTO
Condiciones: Almacenar en un área limpia, seca y bien ventilada. Proteger del sol. No fume, suelde o haga cualquier
trabajo que pueda producir llamas o chispas en el área de almacenamiento. Manténgase lejos de oxidantes fuertes.
Materiales de envasado: A prueba de incendio.
Productos incompatibles: Agentes oxidantes fuertes, ácidos y bases fuertes, peróxidos
PROPIEDADES FÍSICAS Y QUÍMICAS
Estado físico: Liquido
Apariencia: Incoloro
Olor: Alcohólico
Punto de ebullición: 78,5ºC
Punto de fusión: - 114,1ºC
96
Punto de inflamación: 13ºC
Densidad (20ºC): 1,6
Presión de vapor (19ºC): 400 mmHg
Solubilidad (20ºC): Soluble en agua, éter y cloroformo
ESTABILIDAD Y REACTIVIDAD
Reactividad: No se espera que se produzcan reacciones o descomposiciones del producto en condiciones normales
de almacenamiento. No contiene peróxidos orgánicos. No es corrosivo para los metales. No reacciona con el agua
Estabilidad química: El producto es químicamente estable y no requiere estabilizantes.
Posibilidad de reacciones peligrosas: No se espera polimerización peligrosa.
Condiciones a evitar: Evitar temperaturas cercanas al punto inflamación para cualquier líquido inflamable.
Descargas estáticas, calor, presión, choques o vibraciones. Fuentes de ignición.
Materiales incompatibles: Agentes oxidantes fuertes, ácidos y bases fuertes, peróxidos.
Productos de descomposición peligrosos: En caso de calentamiento puede desprender vapores irritantes y tóxicos.
INFORMACIÓN TOXICOLÓGICA
ETA-DL50 oral (rata, calc.): > 2000 mg/kg
ETA-DL50 der (conejo, calc.): > 5000 mg/kg
ETA-CL50 inh. (rata, 4hs., calc.): > 5 mg/l
INFORMACIÓN ECOLÓGICA
Toxicidad:
ETA-CE50 (O. mykiss, calc., 48 h): 14,8 mg/l
ETA-CE50 (D. magna, calc., 48 h): > 100 mg/l
ETA-CE50 (P. subcapitata, calc., 48 h): 23,5 mg/l
ETA-CE50 (T. pyriformis, calc., 48 h): > 100 mg/l
ETA-CSEO (D. rerio, calc., 14 d): > 1 mg/l
ETA-CSEO (D. magna, calc., 14 d): > 1 mg/l
Persistencia y degradación: BIODEGRADABILIDAD (estimado): el producto es fácilmente biodegradable.
Otros efectos adversos: AOX y contenido de metales: No contiene halógenos orgánicos ni metales.
INFROMACIÓN ADICIONAL
Tomado de:
GTM. (2017). ETANOL - FICHA DE DATOS DE SEGURIDAD. Obtenido de GTM:
http://www.gtm.net/images/industrial/e/ETANOL.pdf
EBD. (2000). Fichas Internaciones de Seguridad Química. Obtenido de EBD:
http://www.ebd.csic.es/lie/PDF/ETANOL.pdf
Nota: Autoría propia (2019)
97
12.3 Anexo 3
98
ALZADO LO NGITUDINAL
6 .2 4
3.7
5
0.9
00
.75
4 .4 3
1 .3 0
P LANTAEs c . 1 : 2 0
Es c . 1 : 2 0
B
P
P
B
Es c . 1 : 2 0
ALZADO TRANS VERS AL
0.9
0
0 .7 5
CONVENCIONES
Toma para Internet
P
Toma corriente de emergencia
Toma corriente BiodigestorB
Toma corriente Planta
Tuberia Acueducto
Tuberia Sanitaria
Demarcación Piso
Punto Hidráulico
Toma corriente Doble
Fa c u lta d d e In g e n ie ria
P ro g ra m a d e In g e n ie ria
Am b ie n ta l y S a n ita ria
C la u d ia Ma rc e la Gu tie rre z J a raLu is a Fe rn a n d a S a b o g a l P a la c io
J e s u s Alfo n s o To rre s O rte g a Fe c h a : 2 4 d e Fe b re ro d e 2 0 2 0
Ad e c u a c io n d e l Are a d e la P la n ta d e Bio c o m b u s tib le d e l C TAS
P RO P UES TA DE ADEC UAC IO N DE LA P LANTA DE BIO C O MBUS TIBLE A P ARTIR DE BIO MAS A P ARA EL P RO C ES AMIENTODE RES IDUO S LIGNO C ELULO S IC O S EN EL C TAS DE LA UNIVERS IDAD DE LA S ALLE
PROYECTO DE GRADO:
AUTORAS:
DIRECTOR:
Es c a la : In d ic a d a
99
12.4 Anexo 4
100
Nota: Tomado de Gonzáles & Neira (2017)