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Obtención de Biodiesel a partir del piñón mexicano e higuerilla
1
Universidad Autónoma del Estado de Hidalgo
Instituto De Ciencias Agropecuarias
“ANTEPROYECTO DE OBTENCION DE BIODIESEL A PARTIR DE PIÑON MEXICANO E
HIGUERILLA”
FORMULACIÓN Y EVALUACIÓN DE PROYECTOS
PROF. M. en A. ESPINO GARCIA JOSE JESUS
ALUMNOS:
BAUTISTA FRANCISCO CARLOS
MONTIEL CHAVEZ ABDIAS
SEMETRE: 90 GRUPO: 1
Tulancingo de Bravo, Hgo. Noviembre de 2011
Obtención de Biodiesel a partir del piñón mexicano e higuerilla
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INDICE
INDICE DE FIGURAS ............................................................................................... 6
RESUMEN EJECUTIVO ........................................................................................... 7
INTRODUCCIÓN ...................................................................................................... 9
OBJETIVO GENERAL ............................................................................................ 11
OBJETIVOS ESPECÍFICOS .................................................................................. 11
JUSTIFICACIÓN ..................................................................................................... 12
1 ESTUDIO DE MERCADO ................................................................................... 15
1.1 ANTECEDENTES ......................................................................................... 15
1.1.1 ANTECEDENTES DE CULTIVO ............................................................ 16
1.1.2 PRODUCCIÓN DE BIODIESEL EN EL MUNDO .................................. 20
1.1.3 SITUACIÓN DEL BIODIESEL EN MÉXICO ........................................... 23
1.2 ESPECIFICACIONES DEL BIODIESEL ....................................................... 26
1.2.1 ALMACENAMIENTO DEL BIODIESEL .................................................. 31
1.2.2 CONDICIONES DE ALMACENAMIENTO DEL COMBUSTIBLE ........... 31
1.2.3 CONTAMINANTES DEL BIODIESEL .................................................... 31
1.2.4 PRODUCTOS DE DEGRADACIÓN DEL BIODIESEL ........................... 32
1.3 ÁREA DE INFLUENCIA O PLAN DE NEGOCIOS ....................................... 33
1.4 ANÁLISIS DE LA DEMANDA Y OFERTA DEL DIESEL EN MÉXICO .......... 35
1.5 DETERMINACION DEL MERCADO POTENCIAL ....................................... 42
1.6 CANAL DE COMERCIALIZACIÓN ............................................................... 44
1.8 DISPONIBILIDAD DE LA MATERIA PRIMA ................................................. 49
1.9 CONCLUSIONES ......................................................................................... 53
2 ESTUDIO TÉCNICO ............................................................................................ 55
2.1 DETERMINACIÓN DEL TAMAÑO DE LA PLANTA ..................................... 55
2.2 LOCALIZACIÓN DE LA PLANTA ................................................................. 56
2.3 INGENIERIA DEL PROYECTO .................................................................... 75
2.3.1 EVALUACIÓN TÉCNICA DE LAS MATERIAS PRIMAS ........................ 75
2.3.2 INFORMACIÓN TÉCNICA SOBRE PRODUCTOS, PROCESOS Y PATENTES ...................................................................................................... 85
2.3.3 SELECCIÓN DEL PROCESO O SISTEMA DE PRODUCCIÓN ............ 98
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2.3.4 DESCRIPCION DEL PROCESO ............................................................ 99
2.3.5 DIAGRAMA DE FLUJO ........................................................................ 102
2.3.6 DIAGRAMA ASME ............................................................................... 103
2.3.7BALANCES DE MATERIA Y ENERGIA ................................................ 104
2.3.8 SELECCIÓN DE MAQUINARIA Y EQUIPO ......................................... 140
2.3.9 DISEÑO DE LOS SISTEMAS DE MANEJO Y TRANSPORTE DE MATERIALES ................................................................................................ 145
2.3.10 DISTRIBUCIÓN DE PLANTA ............................................................. 145
2.3.11DISTRIBUCIÓN DEL EQUIPO EN EL ÁREA DEL PROCESO ........... 145
2.3.12 ESPECIFICACIONES DE LA OBRA CIVIL ........................................ 145
2.3.13 PROGRAMACIÓN DE LA CONSTRUCCIÓN, INSTALACIÓN Y PUESTA EN MARCHA DE LA PLANTA ....................................................... 148
3 ESTUDIO ECONOMICO ................................................................................... 152
3.1 INVERSIÓN FIJA ........................................................................................ 152
3.1.1 ESTIMACIÓN DE LA INVERSIÓN FIJA MEDIANTE EL USO DE FACTORES DESGLOSADOS ...................................................................... 154
3.2 DETERMINACIÓN DEL CAPITAL DE TRABAJO ...................................... 155
3.2.1 INVENTARIO DE MATERIAS PRIMAS ............................................... 156
3.2.2 INVENTARIO DE PRODUCTO EN PROCESO ................................... 156
3.2.3 Inventario de producto terminado ......................................................... 156
3.2.4EFECTIVO EN CAJA ............................................................................ 157
3.2.5CUENTAS POR COBRAR .................................................................... 157
3.2.6 CUENTAS POR PAGAR ...................................................................... 157
3.2.7 SUMA DEL CAPITAL DE TRABAJO .................................................... 158
En resumen el capital de trabajo es la suma del activo circulante que es el inventario de materia prima, de producto en proceso, producto terminado, efectivo en caja y cuentas por cobrar, menos el pasivo circulante que son las cuentas por pagar. .................................................................................................................... 158
3.2.8 DETERMINACIÓN DE LA INVERSIÓN TOTAL ................................... 158
3.3 ESTIMACIÓN DE COSTOS Y PRESUPUESTOS ...................................... 159
3.3.1 PRESUPUESTOS DE INGRESOS ...................................................... 159
3.3.2 PRESUPUESTO DE EGRESOS .......................................................... 159
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3.3.3 SUMA DE PRESUPUESTO DE EGRESOS ........................................ 166
3.4 PRESUPUESTO DE UTILIDADES ............................................................. 167
3.4.1 UTILIDAD BRUTA ................................................................................ 167
3.4.2 UTILIDAD NETA ................................................................................... 167
3.5 PUNTO DE EQUILIBRIO ............................................................................ 168
4 ESTUDIO FINANCIERO .................................................................................... 171
4.1ORGANIZACIÓN EMPRESARIAL ............................................................... 171
Se divide en los siguientes rubros: ................................................................... 171
4.1.1FACTORES QUE DETERMINAN LA FORMA JURÍDICA DE UNA EMPRESA ..................................................................................................... 171
4.1.2 ORGANIGRAMA EMPRESARIAL ........................................................ 172
4.2 FINANCIAMIENTO DEL PROYECTO ........................................................ 172
4.2.1 FORMA DE PAGO DE LOS CRÉDITOS ............................................. 172
4.2.2 CRÉDITOS OTORGADOS PARA EL FINANCIAMIENTO DEL ANTEPROYECTO ......................................................................................... 173
4.3 ESTADOS FINANCIEROS ......................................................................... 175
4.3.1 ESTADO DE RESULTADOS PROFORMA .......................................... 175
4.3.2 ESTADO DE SITUACIÓN FINANCIERA PROFORMA ........................ 178
4.4 EVALUACION FINANCIERA ...................................................................... 181
4.4.1 TASA MÍNIMA ACEPTABLE DE RENDIMIENTO (TMAR) .................. 181
4.4.3 RENTABILIDAD ................................................................................... 181
4.4.4 TASA INTERNA DE RENDIMIENTO (TIR) .......................................... 182
4.4.5 FLUJO NETO DE EFECTIVO .............................................................. 182
4.4.6 ESTIMACIÓN DE LA TIR ..................................................................... 183
4.4.7 CONCLUSIONES ................................................................................. 185
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INDICE DE TABLAS
Tabla 1 Principales productores de biodiesel en la Unión Europea ....................... 21 Tabla 2 Fuente de lípidos para la producción de biodiesel .................................... 22 Tabla 3 compatibilidad de sustancias para el transporte de biodiesel ................... 27 Tabla 4 requisitos del biodiesel para la mezcla con combustibles ......................... 33 Tabla 5 producción y demanda de biodiesel .......................................................... 35 Tabla 6 Consumo de diesel en México (SENER, 2006) ......................................... 37 Tabla 7 Oferta de mezclas de biodiesel (SENER, 2006) ........................................ 39 Tabla 8 Datos para la proyección ........................................................................... 42 1.7 DETERMINACION DEL PRECIO Tabla 9 Concentrado estatal del potencial productivo de la Jatropha curcas L. bajo condiciones de temporal en Mexico. Fuente INIFAP 2008 .............................................................................................. 45 Tabla 10 Superficie agrícola requerida para el 2014 (CONAFOR, 2007) .............. 52 Tabla 11 Simbología de la distribución de los parques industriales del Estado de Hidalgo .................................................................................................................... 61 Tabla 12 Principales centros educativos de las zonas metropolitanas de Tamaulipas ............................................................................................................. 65 Tabla 13 Distancia en Km a las principales ciudades del país (puertoaltamira.com.mx) ......................................................................................... 69 Tabla 14 Asignación de peso de los factores ......................................................... 72 Tabla 15 Tabla comparativa entre Tula, Hidalgo y Altamira, Tamaulipas .............. 73 Tabla 16 Entrada de materias primas ..................................................................... 75 Tabla 17 rendimientos de las semillas por hectárea .............................................. 76 Tabla 18 principales características que deben de contener los aceites ............... 77 Tabla 19 características que deben contar el aceite para la producción de biodiesel ................................................................................................................................ 78 Tabla 20 especificaciones del metanol ................................................................... 80 Tabla 21 Características químicas del producto bruto ........................................... 84 Tabla 22 principales patentes que describen el proceso de obtención de biodiesel y glicerina ................................................................................................................ 97 Tabla 23 Consumo de energía eléctrica ............................................................... 138 Tabla 24 Servicios auxiliares ................................................................................ 139 Tabla 25 Diagrama de Gantt ................................................................................ 150 Tabla 26 Precio de equipos .................................................................................. 153 Tabla 27 Estimación de la inversión fija mediante el uso de factores desglosados .............................................................................................................................. 154 Tabla 28 Costo de materia prima para un día de producción ............................... 155 Tabla 29 Inventario de materias primas ............................................................... 156 Tabla 30 Estimación del capital de trabajo ........................................................... 158
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Tabla 31 Costos variables .................................................................................... 162 Tabla 32 cargos fijos de inversión ........................................................................ 163 Tabla 33 Gastos generales ................................................................................... 165 Tabla 34 créditos refaccionarias ........................................................................... 173 Tabla 35 Crédito de habilitación ........................................................................... 174 Tabla 36 Estado de resultados PROFORMA ....................................................... 176 Tabla 37 Flujo neto de efectivo ............................................................................. 184
INDICE DE FIGURAS Ilustración 1 Modelo de etiqueta ............................................................................. 28 Ilustración 2 colocación de carteles en las unidades de transporte ....................... 29 Ilustración 3 Clase 3 "líquidos inflamables" ............................................................ 30 Ilustración 4 Área de influencia ............................................................................... 34 Ilustración 5 Producción y demanda de PEMEX diesel para el año 2000 al 2014 en México (SENER, 2006) ........................................................................................... 36 Ilustración 6 Consumo de diesel en México ........................................................... 38 Ilustración 7 Proyección de demanda diesel en México al 2014 (SENER, 2006) .. 38 Ilustración 8 Oferta de biodiesel en México (SENER, 2006) .................................. 40 Ilustración 9Proyeccion de oferta de mezclas de biodiesel (SENER, 2006) .......... 41 Ilustración 10Mercado potencial ............................................................................. 43 Ilustración 11Canal de comercialización ................................................................ 44 Ilustración 12 Potencial productivo de la Jatropha curcas L. de temporal en México ................................................................................................................................ 50 Ilustración 13 Área donde se piensa instalar la planta de procesamiento .............. 50 Ilustración 14 Ubicación del Estado de Hidalgo ..................................................... 57 Ilustración 15 Distribución de los parques industriales en el Estado de Hidalgo .... 60 Ilustración 16 Localización del estado de Tamaulipas (googlemaps) .................... 64 Ilustración 17 Ubicación geográfica del parque industrial de Altamira ................... 68 Ilustración 18 Enlaces carreteros del puerto de Altamira ....................................... 68 Ilustración 19 Enlaces ferroviarios .......................................................................... 69 Ilustración 20 Distribución de la zona industrial de Altamira .................................. 70 Ilustración 21 Reacción de transesterificacion ....................................................... 86 Ilustración 22 Mecanismo químico de transesterificacion de un triglicérido ........... 88 Ilustración 23 Reacciones implicadas en la transesterificacion .............................. 89 Ilustración 24 Esterificación de los AGL ................................................................. 90 Ilustración 25 Proceso "Batch" ............................................................................... 94 Ilustración 26 Plug Flow Reactor y Reactor CSRT ................................................ 95 Ilustración 27 Punto de equilibrio .......................................................................... 169
Obtención de Biodiesel a partir del piñón mexicano e higuerilla
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RESUMEN EJECUTIVO En el presente estudio de la producción de biodiesel a partir de semillas
oleaginosas de Jatropha curcas L. e Higuerilla (Ricinus communis L.), los cuales
no forman parte de los cultivos básicos y que por sus ventajas agronómicas es
interesante y que puede dar una impulso a la agricultura y la producción de
biodiesel en la Republica Mexicana.
El proceso para la obtención del biodiesel se realizara mediante la
transesterificación con metanol en medio básico, empleando como catalizador
hidróxido de potasio.
Por otra parte el desarrollo de la industria de los Bioenergéticos podría ampliar el
acceso a los sistemas de energía, crear fuentes de trabajo y aumentar el ingreso
en zonas rurales de nuestro país. El establecimiento de estos cultivos servirá para
reforestar las áreas que presentan el grave problema de desertización ya que
estas plantas tienen la gran capacidad de adaptarse a suelos áridos.
El biodiesel obtenido será vendido a Petróleos Mexicanos (PEMEX) a un precio de
$ 16 por litro, pero al público será de un precio más bajo debido a los subsidios
que recibe del gobierno. Existe gran mercado potencial del cual solo se abarcara
un pequeño porcentaje de 0.144 %. Como resultado de esto el área de influencia
serán las 3 ciudades más importantes de nuestro país la Cd de México, Monterrey
y Guadalajara.
La localización de la planta se encontrara en el parque industrial de la Ciudad de
Altamira, Tamaulipas, ya que hay suficiente infraestructura para realizar las
instalaciones de dicha planta y además que es un punto estratégico para la
comercialización así como la adquisición de materia prima.
El presente anteproyecto requerirá de una inversión total de $ 33, 532,798 el cual
en México actualmente se está apoyando este tipo de proyectos por medio de
SAGARPA y la Secretaria de Energía (SENER). Realizando los estudios
económicos y financieros este nos arroja unos ingresos de $ 45, 486,720 anuales.
Obtención de Biodiesel a partir del piñón mexicano e higuerilla
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La forma jurídica de la empresa será una SOCIEDAD ANONIMA DE CAPITAL
VARIABLE (S.A de C.V,). La empresa tendrá una Tasa Mínima Aceptable de
Rendimiento (TMAR) del 29%.
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OBTENCIÓN DE BIODIESEL A PARTIR DEL PIÑÓN MEXICANO Y LA HIGUERILLA
INTRODUCCIÓN
Ante el grave problema de la contaminación ambiental, el hecho de que las
reservas de combustibles fósiles se agotarán en un futuro y el incremento del
precio internacional del crudo muchos países han decidido impulsar el desarrollo y
uso de fuentes de energías alternativas, que ofrecen grandes ventajas sobre las
fuentes energéticas actuales, ya sea por su menor efecto contaminante o
fundamentalmente por su posibilidad de renovación.
Los combustibles de origen fósil han sido muy útiles en el desarrollo de la
sociedad mundial y, en particular para México, han sido una base para el
desarrollo nacional. Sin embargo, la diversificación de fuentes primarias de
energía favorece la seguridad energética al disminuir nuestra dependencia de una
sola fuente de energía, por lo que se debe fomentar la diversificación tecnológica
para usos de combustibles tradicionales, pero, principalmente, es deseable
incorporar a las fuentes renovables a los sistemas de producción de energía.
México cuenta con un gran potencial para el desarrollo de energías renovables,
como la hidroeléctrica, como la geotérmica, eólica, la solar, la mareomotriz y la
energía de la biomasa, el cual debe ser impulsado para beneficio de todos los
mexicanos.
México ha considerado el uso de energías alternativas como el biodiesel, el
bioetanol, la energía solar y eólica entre otras. De acuerdo al último estudio de la
Secretaría de Energía (SENER, 2006), la producción de biodiesel a escala
comercial puede ser factible en el mediano plazo de realizar acciones integrales
que deben incluir aspectos técnicos, económicos y medioambientales, de
concertación con el sector agrario y agroindustrial.
Obtención de Biodiesel a partir del piñón mexicano e higuerilla
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El biodiesel se trata de un combustible renovable, que puede ser utilizado en su
forma pura, o mezclado en distintas proporciones con diesel en cualquier motor
que utilice diesel. El mismo es obtenido a partir de aceites vegetales y/o grasas
animales. Actualmente es utilizado en varios países en distintos porcentaje de
mezclas.
Existen fuentes vegetales silvestres en México con alto contenido de aceite, como
la Jatropha curcas L. (piñón, piñoncillo o pistache mexicano) y la higuerilla (Ricinus
communis L.) que no forma parte de los cultivos básicos y que por sus ventajas
agronómicas es interesante y que puede dar un impulso a la agricultura y la
producción de biodiesel en la República Mexicana.
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OBJETIVO GENERAL Determinar la factibilidad para la producción y comercialización de biodiesel a
partir del cultivo de Jatropha curcas L. (Piñón mexicano) y Ricinus communis L.
(higuerilla).
OBJETIVOS ESPECÍFICOS
• Elaborar un plan de comercialización para poder generar estrategias de
marketing y así plantear pautas que sirvan de guía en la creación de una
nueva industria perteneciente al sector de los biocombustibles.
• Establecer el tipo de tecnología (equipos, herramientas y maquinarias)
apropiada en el proceso de producción del biodiesel a partir del cultivo de
higuerilla y piñón mexicano.
• Calcular los costos que requiere llevar a cabo para la extracción del aceite
(piñón mexicano y la higuerilla), convertir este en biodiesel y lo que conlleva
finalmente a su comercialización.
Obtención de Biodiesel a partir del piñón mexicano e higuerilla
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JUSTIFICACIÓN
La futura disminución de recursos fósiles, el aumento del precio del petróleo, el
impacto ambiental de su producción y uso, así como el desarrollo tecnológico que
está alcanzando la producción de energía a partir de fuentes renovables, está
llevando a muchos países a tomar medidas para iniciar la transición hacia un
consumo energético no basado en combustibles fósiles. Actualmente los
biocombustibles son una opción a mediano plazo, en particular el biodiesel y el
bioetanol.
Por otra parte el desarrollo de la industria de los Bioenergéticas podría ampliar el
acceso a los sistemas de energía, crear fuentes de trabajo y aumentar el ingreso
en zonas rurales de nuestro país. Las zonas donde no existe un alto potencial
para la producción de alimentos pueden ser aptas para el desarrollo de especies
útiles como insumos para la producción de Bioenergéticas.
En el entorno ambiental, el establecimiento de cultivos de piñón mexicano e
higuerilla serviría para reforestar las áreas que presentan el grave problema de
desertización y/o pérdida del suelo, así como de la retención de los mantos
freáticos (agua subterránea), además de ser útil como bastión para la captura del
CO2 y por ende podría ayudar a la disminución de la contaminación.
El biodiesel es considerado como un combustible de segunda generación ya que
son producidos a partir de materias primas que no son fuentes alimenticias. Es un
hecho de que los combustibles de segunda generación serán una alternativa muy
efectiva para reemplazar a los combustibles fósiles sin utilizar cultivos alimenticios.
Si un agricultor siembra un cultivo de uso potencial para la producción de
biocombustibles, tiene un valor agregado, ya que lo puede vender para
transformarlo en etanol o biodiesel, dependiendo del cultivo. En definitiva, hay más
opciones comerciales para cultivos de esa naturaleza y el mercado está creciendo.
Es muy ventajoso ya que en México se cuentan con políticas nacionales que
obligan a la mezcla de biocombustibles en cierta proporción, pues asegurarán un
Obtención de Biodiesel a partir del piñón mexicano e higuerilla
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mercado para los biocombustibles y les permitirán a sus productores enfocarse en
el cumplimiento de los niveles de calidad requeridos.
Obtención de Biodiesel a partir del piñón mexicano e higuerilla
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ESTUDIO
DE
MERCADO
Obtención de Biodiesel a partir del piñón mexicano e higuerilla
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1 ESTUDIO DE MERCADO
1.1 ANTECEDENTES
El nacimiento del biocombustible ocurre en el año de 1900 cuando Rudolf Diesel
utilizó el aceite de cacahuate en el primer motor diesel; este producto es
actualmente conocido como Biodiesel. Se trata de un combustible renovable, que
puede ser utilizado en su forma pura, o mezclado en distintas proporciones con
diesel en cualquier motor que utilice diesel. El mismo es obtenido a partir de
aceites vegetales y/o grasas animales. Actualmente es utilizado en varios países
en distintos porcentaje de mezclas.
Entre los beneficios del mismo se encuentran los siguientes:
Ø Su proceso de producción primaria y elaboración industrial determina un
balance de carbono menos contaminante que los combustibles fósiles.
Ø No contiene azufre por lo tanto no genera emanaciones que contengan
este elemento, las cuales son responsables de las lluvias ácidas.
Ø Genera una mejor combustión, que reduce el humo visible en el arranque
en un 30%.
Ø Cualquiera de sus mezclas reduce en proporción equivalente a su
contenido, las emanaciones de CO2, CO, partículas e hidrocarburos
aromáticos.
Ø Los derrames de este combustible en las agua de ríos y mares resultan
menos contaminantes y letales para la flora y fauna marina que los
combustibles fósiles.
Ø Volcados al medio ambiente se degradan más rápidamente que los
petrocombustibles.
Ø Su combustión genera menos elementos nocivos que los combustibles
tradicionales, reduciendo las posibilidades de producir cáncer.
Ø Es menos irritante para la epidermis humana.
Ø Actúa como lubricante de los motores prologando su vida útil.
Obtención de Biodiesel a partir del piñón mexicano e higuerilla
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Ø Su transporte y almacenamiento es más seguro.
Las semillas de jatropha e higuerilla en este caso contienen un aceite no
comestible, que se puede utilizar directamente para aprovisionar de combustible a
lámparas y motores de combustión o se puede transformar en biodiesel, mediante
un proceso de transesterificación. Además se usa para fabricar jabones, entre
otros beneficios.
También de que este tipo de plantas resisten un alto grado la sequia y prosperan
con apenas 250 a 600 milímetros de lluvia al año. Además de que el uso de
pesticidas no es importante, gracias a las características pesticidas y fungicidas de
la misma planta, en lo que se refiere a la jatropha puede llegar a vivir hasta 40
años.
1.1.1 ANTECEDENTES DE CULTIVO
Higuerilla (Ricinus communis L.)
La higuerilla es una oleaginosa cuyo aceite se utiliza en la industria de motores de
alta revolución, en pinturas, lacas, barnices, plásticos, fertilizantes, para uso
antiparasitario en humanos, etc.; en total se utiliza en más de ciento ochenta
productos.
Tiene gran capacidad de adaptación y hoy día es cultivada prácticamente en
todas las regiones tropicales y subtropicales, aunque es típica de regiones
semiáridas.
Clasificación
Orden: Euphorbiales
Familia: Euphorbiaceae
Género: Ricinus
Especie: communis
Obtención de Biodiesel a partir del piñón mexicano e higuerilla
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Origen: Originario de África tropical (Abisinia) y posiblemente de la India;
extensamente introducido en las regiones cálidas y templado cálidas de todo el
mundo. (GONZALEZ. L. 2001)
Nombres populares
Argentina: Tártago, higuerilla, castor.
Brasil Mamona, mamoneira, tártago, ricino, ricino mamona, carrapateiro, palma
christi.
Paraguay: Mbai-sivó, ambaí-sivó, palma christi, higuerilla infernal.
Colombia: Catapucia mayor, ricino, higuerilla.
Cuba: Degha, higuereta, koch, palma christi, ricino.
Puerto Rico: Higuereta.
Venezuela: Tártago
Alemania: Rizinussamen
Francia: Semences de ricin
Inglaterra: Castor bean, castor seed, castor-oil plant, palma christi.
México: Higuerilla, higuerilla infernal, tlapatl.
Características
Arbusto perenne diclino monoico muy ramificado que alcanza entre 2 y 4 metros
de altura, de raíz superficial y tallo erecto, cilíndrico, hueco, color rojo-vinoso,
recubierto por una tenue capa de cera.
Tiene gran capacidad de adaptación y hoy día es cultivada prácticamente en
todas las regiones tropicales y subtropicales, aunque es típica de regiones
semiáridas.
Obtención de Biodiesel a partir del piñón mexicano e higuerilla
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En regiones tropicales se alcanzan rendimientos promedio de 1.400 kg/ha de
grano limpio. El contenido de aceite oscila entre 35 y 55% según variedades y el
estado de madurez, además de otros factores. (GONZALEZ. L. 2001)
Piñón mexicano (Jatropha communis L.)
El piñón, piñoncillo o pistache mexicano como se le conoce en Morelos (Jatropha
curcas L.) pertenece a la familia de las Euphorbiaceae, nativa de México y
Centroamérica, ampliamente cultivada en Centro América, África y Asia. La planta
de J. curcas es resistente a la sequía y crece en suelos pobres y arenosos, en
climas tropicales y semitropicales, en altitudes que van desde los 0 a los 1600
msnm, el látex de sus hojas, se ha utilizado en medicina tradicional y también
como cerca viva, y reforestar zonas erosionadas (Makkar et al. 1998; Martínez et
al., 2006). El rendimiento de semilla reportado para J. curcas varía de 0.5 a 12
ton/año/ha, dependiendo del tipo de suelo, fertilización y condiciones de riego. El
arbusto de J. curcas tiene un periodo productivo de más de 40 años. Además,
que desde el primer año (9-10 meses) se obtiene semilla. Un promedio anual de
producción de semilla alrededor de 5 Ton/ha puede esperarse en excelentes
tierras y precipitaciones de 900-1200 mm (Francis et al. 2005). De acuerdo a
estudios realizados con plantaciones piloto de J. curcas en Morelos, se puede
obtener un rendimiento de 5/ton/año/ha al quinto año con una densidad de 2,500
plantas. Las semillas de mexicanas tienen un contenido de aceite entre 55-60%
en promedio. (ASTURIAS. R, 2006)
En México, la planta se encuentra en forma silvestre en diversos estados de la
República Mexicana, como Tamaulipas, Veracruz, Tabasco, Yucatán, Quintana
Roo, Chiapas, Oaxaca, Guerrero, Michoacán, Sinaloa, Sonora, Puebla, Hidalgo y
Morelos, pero sólo es utilizada de manera tradicional por los pobladores de la
región de Papantla, Veracruz, la Huasteca Hidalguense y la Sierra de Puebla en
la preparación de diferentes platillos como tamales, pollo en pipían (mezclado con
semillas de calabaza y ajonjolí), con huevo o simplemente tostada en comal.
Obtención de Biodiesel a partir del piñón mexicano e higuerilla
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Las semillas de piñón mexicano poseen un 25-30% de proteína y 55-60% de
aceite que puede ser convertido a biodiesel mediante transesterificación. La
conveniencia de conversión del aceite de J. curcas a biodiesel ha sido claramente
demostrada por diversos investigadores, con rendimientos superiores al 98%
(Foidl et al., 1996; Francis et al., 2005).
Obtención de Biodiesel a partir del piñón mexicano e higuerilla
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1.1.2 PRODUCCIÓN DE BIODIESEL EN EL MUNDO El uso por primera vez de aceites vegetales como combustibles, se remonta al año
de 1900, siendo Rudolph Diesel, quien lo utilizara por primera vez en su motor de
ignición compresión y quien predijera el uso futuro de biocombustibles.
Durante la segunda guerra mundial, y ante la escasez de combustibles fósiles, se
destaco la investigación realizada por Otto y Vivacqua en el Brasil, sobre diesel de
origen vegetal, pero fue hasta el año de 1970, que el biodiesel se desarrollo de
forma significativa a raíz de la crisis energética que sucedía en el momento, y el
elevado costo del petróleo.
Las primeras pruebas técnicas con biodiesel se llevaron a cabo en 1982 en Austria
y Alemania, pero solo hasta el año de 1985 en Silberberg (Austria), se construyó la
primera planta piloto productora de RME (Rapeseed Methyl Ester – metil ester
aceite de semilla de colza).
Hoy en día países como Alemania, Austria, Canadá, Estados Unidos, Francia,
Italia, Malasia y Suecia son pioneros en la producción, ensayo y uso de biodiesel
en automóviles.
El biodiesel puro es biodegradable, no toxico y esencialmente libre de azufre y
compuestos aromáticos, sin importar significativamente el alcohol y el aceite
vegetal que se utilice en la transesterificación. (IICA, 2007)
En Europa, es producido principalmente a partir del aceite de la semilla de canola
(mejor conocido como colza o rapeseed) y el metanol, denominado
comercialmente como RME (Rapeseed Methyl Ester), el cual es utilizado en las
maquinas diesel puro o mezclado con aceite diesel, en proporciones que van
desde un 5% hasta un 20%, generalmente. En Alemania y Austria se usa puro
para máximo beneficio ambiental. La tabla muestra los principales países de
Europa productores de Biodiesel:
Obtención de Biodiesel a partir del piñón mexicano e higuerilla
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Tabla 1 Principales productores de biodiesel en la Unión Europea
País Producción (ton/año 2009)
Alemania 5,200,000
Francia 2,505,000
Italia 1,910,000
Bélgica 705,000
Austria 707,000
Suecia 212,000
Checoslovaquia 247,000
Total 11,486,000
En la Unión Europea se estipuló que para 2005, el 5% de los combustibles debe
ser renovable, porcentaje que debió duplicarse para 2010: en Francia, todos los
combustibles diesel poseen un mínimo del 1% de biodiesel. En Alemania, el
biocombustible se comercializa en más de 350 estaciones de servicio y su empleo
es común en los cruceros turísticos que navegan en sus lagos.
Con el paso del tiempo, la necesidad de producción del biodiesel se ha
incrementado en tal forma que se ha necesitado experimentar con diferentes
aceites vegetales y grasas animales para su producción y comercialización.
Muchas han sido las fuentes encontradas y los trabajos publicados sobre el tema
en cuestión. Por dar un ejemplo, se citan en la siguiente tabla algunos de los
trabajos hechos por diferentes investigadores para la producción de este
biocombustible:
Obtención de Biodiesel a partir del piñón mexicano e higuerilla
22
Tabla 2 Fuente de lípidos para la producción de biodiesel
Fuente Investigador (es)
Aceite de desecho de cocina Y. Zhang, M.A.Dube (2002)
Aceite crudo de palma Crabbe Edward, Sonomoto (2001)
Aceite Heterotrópico de Microalgas
Aceite de Camelina sativa
Xiaoling, Miao (2006)
A. Frolich (2005)
Aceite de soya G. Recinos, J. Yeohmans (2006)
Grasa de pollo Dalla Costa (2006)
Aceite de Higuerilla Zieba A. (2009)
Aceite de Jatropha curcas Berchmans H.J. (2010)
En la actualidad, la producción mundial de biodiesel se concentra en pocos
países. Por ejemplo, del total durante el 2006, alrededor del 75% se produjo en
Europa, donde Alemania contribuyó con el 55%, y la mayor parte del 25% restante
fue producido por Estados Unidos de América. Estas cifras son muy dinámicas
entre los países de América que reportan la producción de biodiésel a cierta
escala comercial (como Canadá, Brasil y Argentina), mientras que la mayoría de
los demás países informan una producción incipiente o en una escala de prueba.
Aunque se puede producir biodiesel de cualquier aceite, las fuentes que han sido
utilizadas hasta el presente son pocas. La producción de la Unión Europea (UE)
proviene principalmente del aceite de colza y en menor medida del aceite de
palma aceitera, mientras que la producción de los Estados Unidos proviene
principalmente del aceite de soja. En términos potenciales, se puede decir que
para los países de climas templados, la materia prima para la producción de
biodiesel proviene del aceite de la colza y de soja, mientras que para los países
Obtención de Biodiesel a partir del piñón mexicano e higuerilla
23
subtropicales y tropicales, procede del aceite de la palma africana y otras
oleaginosas. (IICA, 2007)
1.1.3 SITUACIÓN DEL BIODIESEL EN MÉXICO
La producción de biodiesel a escala comercial puede ser factible en México en el
mediano plazo de realizar acciones integrales que deben incluir aspectos técnicos,
económicos y medioambientales, de concertación con el sector agrario y
agroindustrial así como un esfuerzo importante en investigación y desarrollo
tecnológico.
El biodiesel producido a partir de jatropha es técnicamente viable aunque no se
tiene tanta experiencia a nivel internacional; finalmente el biodiesel de palma tiene
el inconveniente de no permitir que los ésteres satisfagan los requerimientos de
flujo en frío en las regiones templadas. (SENER, 2006)
El análisis económico muestra que en todos los casos los precios de producción
del biodiesel son mayores que el costo de oportunidad del diesel comercializado
por PEMEX. En este sentido, la situación en México no es muy diferente de la de
otros países, pero es más evidente dado el bajo costo del diesel de petróleo, el
cual cuenta incluso con subsidios especiales dentro del sector agrícola. Los costos
de producción del biodiesel tienen un rango de entre $5.3 a $12.4 pesos por litro
equivalente. Los cultivos más competitivos son la palma, girasol y soya.
La jatropha curcas L. es promisoria pero debe resolverse el problema de posibles
toxinas en la glicerina y otros subproductos generados en el proceso. Los costos
de los insumos agrícolas representan entre el 59% y 91% de los costos de
producción del biodiesel. En muchos casos, como la soya, estos costos dependen
en gran medida de la posibilidad de vender los subproductos agrícolas.
La introducción del biodiesel podría basarse sobre todo en el uso de materias
primas de bajo costo como aceites y grasas recicladas. En el mediano plazo se
requerirán esquemas de incentivos para la introducción del biodiesel de manera
Obtención de Biodiesel a partir del piñón mexicano e higuerilla
24
masiva a fin de permitir la sustitución de entre el 2% y 5% del diesel de petróleo
después del 2012. Para lograr estas metas se necesita un plan de desarrollo del
mercado de este combustible que contemple aspectos como: establecer de
manera inmediata el marco legal por ejemplo, una directiva de biodiesel con metas
claras, estándares nacionales para este combustible e incentivos a la producción
agrícola y comenzar a desarrollar una industria nacional de producción de
biodiesel, incluyendo actividades de capacitación y de investigación y desarrollo
Asimismo, se necesita aumentar de manera muy significativa el área de cultivos
oleaginosos, puesto que nuestro país no cubre actualmente ni siquiera la
demanda de aceites comestibles. (SENER, 2006)
Para llegar a sustituir un 5% del diesel de petróleo en el país será necesario
instalar 10 plantas industriales con capacidad de 100.000 t/año cada una o más de
140 plantas pequeñas con capacidad de 5,000 t/año cada una. Para optimizar el
suministro de los cultivos agrícolas, y reducir el costo de distribución de biodiesel y
sus subproductos, las plantas de producción deben instalarse en las cercanías de
refinerías o de las plantas productores de aceites vegetales.
Desde el punto de vista logístico, la mejor opción son plantas integradas de
producción de aceites vegetales y biodiesel.
Las ventajas de un programa nacional de biodiesel serían muy importantes. Desde
el punto de vista ambiental, la sustitución de diesel de petróleo por biodiesel
permitiría ahorrar alrededor de 1.7 millones de toneladas de CO2 /año hacia el año
2010 y 7.5 millones de toneladas de CO2/año hacia el 2014.
Dentro del sector rural, apropiadamente diseñado, un programa de introducción de
biodiesel podría presentar un balance ecológico positivo y ayudar al desarrollo de
las economías regionales y locales. Para lograr estos objetivos es muy importante
que, en las zonas tropicales, los cultivos de biodiesel ejemplo; Aquéllos basados
en aceite de palma- no se establezcan sobre bosques naturales. Asimismo, se
debe evitar la competencia por el uso de la tierra para fines de alimentación, o
evitar la contaminación por el uso intensivo de fertilizantes químicos y pesticidas.
Obtención de Biodiesel a partir del piñón mexicano e higuerilla
25
En este sentido, se debería enfatizar un enfoque agroecológico e impulsar los
cultivos perennes–como la Jatropha- que permitan el uso de tierras de temporal
y/o marginales y aseguren una mayor cobertura del suelo para control de erosión.
(SENER, 2006)
Obtención de Biodiesel a partir del piñón mexicano e higuerilla
26
1.2 ESPECIFICACIONES DEL BIODIESEL El biodiesel se debe transportar en carrotanques o camiones cisterna, los cuales,
además con la reglamentación de la autoridad competente, deben cumplir lo
siguiente:
• Si se utiliza una flota que no es dedicada, se deben utilizar cisternas o
tanques que transporten sustancias compatibles (tabla 1), estos deben
estar constituidos con materiales que no alteren la calidad del producto.
• Los materiales que no se permiten en las cisternas o tanques son:
aleaciones de cobre como latón y bronce; zinc, estaño, plomo, caucho
natural y nitrilo.
• Los materiales compatibles son el acero inoxidable y el aluminio
Obtención de Biodiesel a partir del piñón mexicano e higuerilla
27
Tabla 3 compatibilidad de sustancias para el transporte de biodiesel
Nombre del
producto
Material de la
cisterna
Recomendaciones
de lavado
Incompatible
con Compatible con
Aceite de
algodón
refinado
Aluminio/ acero
inoxidable/
acero al carbón
Lavar con abundante
agua y
desengrasante,
aplicar vapor
Ácidos y sus
derivados Biodiesel
Aceite de maíz
Aluminio/ acero
inoxidable/
acero al carbón
Lavar con abundante
agua y
desengrasante,
aplicar vapor
Ácidos y sus
derivados Biodiesel
Aceite de soya
Aluminio/ acero
inoxidable/
acero al carbón
Lavar con abundante
agua y
desengrasante,
aplicar vapor
Ácidos y sus
derivados Biodiesel
Diesel
Aluminio/ acero
inoxidable/
acero al carbón
Lavar con abundante
agua y
desengrasante
Ácidos y sus
derivados Biodiesel
Metanol
Aluminio/ acero
inoxidable/
acero al carbón
Lavar con abundante
agua y jabón
Ácidos y sus
derivados Biodiesel
Mezcla de
aceites
vegetales
Aluminio/ acero
inoxidable/
acero al carbón
Lavar con abundante
agua y
desengrasante
Ácidos y sus
derivados Biodiesel
El rotulado de los tanques o cisternas se establecerá de acuerdo a la NOM-004-
SCT/2000, Sistema de identificación de unidades destinadas al transporte de
substancias, materiales y residuos peligrosos. Establece lo siguiente:
• Las unidades vehiculares, camiones, unidades de arrastre, autotanques,
carrotanques, contenedores, contenedores cisterna, tanques portátiles y
Obtención de Biodiesel a partir del piñón mexicano e higuerilla
28
recipientes intermediarios a granel, empleados en el transporte de
substancias, materiales, o residuos peligrosos deben portar carteles de
identificación como señalamientos de seguridad.
• Los carteles deben indicar el riesgo principal asociado con la substancia,
material o el residuo peligro, así como el número de Naciones Unidas que
lo identifican.
Ilustración 1 Modelo de etiqueta
• Los carteles deberán colocarse en la parte media superior de las vistas
laterales y posterior de las unidades de autotransporte, en el caso de
unidades tipo tractocamion o camión se debe colocar en la parte frontal,
siempre y cuando no se obstruya la visibilidad del operador, para
combinaciones vehiculares de doble semirremolque, los carteles se
colocarán en ambos remolques.
• Los carteles deben estar colocados de tal forma, que no se obstruya o
confunda su visibilidad con otro tipo de información en los vehículos.
Obtención de Biodiesel a partir del piñón mexicano e higuerilla
29
Ilustración 2 colocación de carteles en las unidades de transporte
Los carteles deben estar elaborados de acuerdo a las siguientes características:
• Ser de material de alta resistencia a la intemperie, de tal manera que no
sufran decoloración en su uso normal, para evitar que se deteriore la
información contenida en los mismos.
• Ser de tipo fijo en condiciones normales de operación de los vehículos o
rotulados de acuerdo al uso y unidad de transporte. Los porta carteles
deben ser fijos y accesibles al cambio de cartel de acuerdo al riesgo de la
substancia, material o residuo transportado, colocados de tal forma que se
garantice su permanencia.
• Deben corresponder totalmente a la etiqueta de la clase de substancia
peligrosa de que se trate en lo que se refiere al diseño, color y símbolo (de
acuerdo al biodiesel será la clase 3).
Obtención de Biodiesel a partir del piñón mexicano e higuerilla
30
Ilustración 3 Clase 3 "líquidos inflamables"
• Tener el número de la clase o división de riesgo, de las substancias
peligrosas de que se trate.
• En la parte superior se colocará el símbolo internacional de la substancia o
material que se transporte, de acuerdo a la clasificación de riesgo, en el
vértice inferior el número correspondiente a su clase o división de riesgo; en
su parte media, en un rectángulo se colocará el numero de identificación de
la substancia o material peligroso, asignado por la Organización de las
Naciones Unidas, excepto en los carteles que indiquen el riesgo
secundario, las cuales únicamente ostentarán el símbolo del riego
correspondiente.
Obtención de Biodiesel a partir del piñón mexicano e higuerilla
31
1.2.1 ALMACENAMIENTO DEL BIODIESEL
Normalmente el biodiesel producido tiene estabilidad en sus propiedades bajo
condiciones normales de almacenamiento, sin formación de productos insolubles
de degradación, aunque algunos reportes sugieren que el biodiesel puede
degradarse más rápido que el diesel. El biodiesel que va a ser almacenado por
periodos prolongados se debe seleccionar cuidadosamente para evitar aumento
de acidez, viscosidad y formación de sedimentos, que puede taponar los filtros
afectando la operación de la bomba de combustible, y/o obstruir los inyectores.
1.2.2 CONDICIONES DE ALMACENAMIENTO DEL COMBUSTIBLE Los niveles de contaminación del combustible se pueden reducir en tanques de
almacenamiento mediante el drenado regular del agua libre. El agua promueve
corrosión y crecimiento microbiológico que ocurre generalmente en la interface
agua-combustible. Se prefiere el almacenamiento isotérmico o bajo tierra, porque
evita extremos en la temperatura; los tanques sobre superficie deben ser pintados
con pinturas reflectivas. El almacenamiento a altas temperaturas acelera la
degradación del biodiesel Se debe diseñar el techo de los tanques para mantener
un límite de oxígeno y de aireación en el tanque. El uso de contenedores sellados
que permitan una cantidad de aire definida puede aumentar el tiempo de
almacenamiento del biodiesel.
1.2.3 CONTAMINANTES DEL BIODIESEL
El biodiesel debe estar libre de materiales extraños que pueden deteriorar la
calidad del biodiesel haciéndolo menos apropiado o inapropiado para su uso. Los
contaminantes del biodiesel incluyen materiales introducidos después de su
manufactura o productos de degradación del mismo.
Obtención de Biodiesel a partir del piñón mexicano e higuerilla
32
1.2.4 PRODUCTOS DE DEGRADACIÓN DEL BIODIESEL
Son materias formadas en el biodiesel después de haber sido producido. Los
productos de degradación insolubles pueden combinarse con otros contaminantes
y reforzar el efecto de deterioro. Los productos de degradación solubles (ácidos y
gomas) pueden ser más o menos volátiles que el biodiesel y pueden causar
incremento de depósitos en los inyectores. La formación de productos de
degradación puede ser catalizada por el contacto con metales, especialmente que
contengan cobre y en menor grado en los que contengan hierro.
Existen aditivos para mejorar la estabilidad durante el tiempo de almacenamiento
del biodiesel. La mayoría deben ser agregados tan cerca como sea posible del
lugar de producción, para maximizar beneficios. Estos pueden ser los biocidas o
biostatos destruyen o inhiben el crecimiento de hongos y bacterias que pueden
crecer en las interfaces agua – biodiesel, generando alta concentración de
partículas. (Potenciales y Viabilidad del Uso de Bioetanol y Biodiesel para el
Transporte en México (SENER-BID-GTZ) Task C: Biodiesel production and end-
use in Mexico; Task D: Potentials in relation to sustainability criteria)
Obtención de Biodiesel a partir del piñón mexicano e higuerilla
33
Tabla 4 requisitos del biodiesel para la mezcla con combustibles
Propiedad Unidades Requisitos
Densidad a 15 ºC Kg/m3 880
Viscosidad Mm2/s 1,9-6,0
Contenido de
agua Mg/kg 500 máximo
Contaminación
total Mg/kg 24 máximo
Punto de
inflamación ºC 120 máximo
Cenizas sulfatadas % en masa 0,02
Glicerina libre % en masa 0,02
1.3 ÁREA DE INFLUENCIA O PLAN DE NEGOCIOS
Se han desarrollado diferentes estudios para estimar escenarios de introducción
de los biocombustibles, como el estudio SENER-BID-GTZ sobre potenciales y
viabilidad del uso de bioetanol y biodiesel para el transporte en México, así como
los estudios de potencial productivo por cultivo y por regiones, realizados por
INIFAP; estudios que se tomaron como base para impulsar la producción de
biomasa para bioenergéticos, que permita en el periodo de 2010-2012 la
introducción de dichos biocombustibles de las tres zonas metropolitanas de
Guadalajara, Jalisco, en una primera etapa, seguida de Monterrey, Nuevo León y
el valle de México, incluido el D.F.
Obtención de Biodiesel a partir del piñón mexicano e higuerilla
34
Por otra parte la demanda de biodiesel también se integrara a las actividades
agropecuarias, así como también en la industria, esta se ira integrando
gradualmente.
Ilustración 4 Área de influencia
Obtención de Biodiesel a partir del piñón mexicano e higuerilla
35
1.4 ANÁLISIS DE LA DEMANDA Y OFERTA DEL DIESEL EN MÉXICO
Tabla 5 producción y demanda de biodiesel
Año
Producciónmillones
debarriles/año
Demandamillonesde
barriles/año
2000 102,2 110,6
2001 108,5 108,5
2002 102,2 106,9
2003 117,9 117,9
2004 125 121,8
2005 120,3 124,2
2006 123,4 125
2007 125,8 128,1
2008 137,6 137,6
2009 133,6 136
2010 141,5 141,5
2011 141,5 143,1
2012 145,4 147
2013
2014
147
153,3
149,4
155,7
Obtención de Biodiesel a partir del piñón mexicano e higuerilla
36
Ilustración 5 Producción y demanda de PEMEX diesel para el año 2000 al 2014 en México (SENER, 2006)
En la actualidad, el biodiesel tiene que competir con los combustibles fósiles, que
siguen siendo dominantes en la demanda mundial de energía en todo el sector del
transporte.
México es el cuarto mayor productor de petróleo crudo en el mundo, que es una
fortaleza de la economía política Mexicana. En 2004 sobre 1, 306,778.4
barriles/año de petróleo crudo que se produjeron alrededor de 607,966.45
barriles/año se utilizaron en México, mientras que el resto se exporta se exporta
principalmente a los Estados Unidos de América.
En el 2004 el diesel represento aproximadamente el 15% del consumo final de
energía del país. La demanda de diesel petróleo, como se describe en la grafica
anterior, va a aumentar a partir de aproximadamente 124.2 millones de
barriles/año en 2005 hasta unos 155.7 millones de barriles/año aproximadamente
para el 2014.
La grafica anterior nos muestra la manera de cómo la oferta y la demanda en lo
que corresponde al diesel va en aumento año con año, lo que nos sirve para
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
Mill
ones
de
barr
iles/
año
PE
MEX
die
sel
Produccion millones de barriles/año
Demanda millones de barriles/año
Obtención de Biodiesel a partir del piñón mexicano e higuerilla
37
desarrollar la proyección que puede seguir el biodiesel ya que este se irá
mezclando en los próximos años en mayores porcentajes ya que los combustibles
fósiles vendrán a la baja y tendrán que ser reemplazados por aquellos
provenientes de la biomasa, para obtener energías alternativas.
Tabla 6 Consumo de diesel en México (SENER, 2006)
Año Millonesdebarrilesalaño
2006 104,4
2007 107,3
2008 110,2
2009 113,2
2010 116,4
2011 119,7
2012 123
2013 126,7
Obtención de Biodiesel a partir del piñón mexicano e higuerilla
38
Ilustración 6 Consumo de diesel en México
Ilustración 7 Proyección de demanda diesel en México al 2014 (SENER, 2006)
*Un barril = 159 litros de diesel.
0
20
40
60
80
100
120
140
2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013
Mill
ones
de
barr
iles/
año
Millones de barriles al
y = 3.1702x - 6255.5
0
20
40
60
80
100
120
140
2004 2006 2008 2010 2012 2014
Mill
ones
de
barr
iles/
año
Millones de barriles al año
Obtención de Biodiesel a partir del piñón mexicano e higuerilla
39
Estudio de la oferta de biodiesel en México
Tabla 7 Oferta de mezclas de biodiesel (SENER, 2006)
Año
MezclaB5
millonesde
barriles/año
MezclaB10
millonesde
barriles/año
MezclaB20
millonesde
barriles/año
2006 5,1 10,6 20,8
2007 5,5 10,6 21,5
2008 5,5 10,9 21,9
2009 5,8 11,3 22,6
2010 5,8 11,7 23,4
2011 5,8 12 24,1
2012 6,2 12,4 24,5
2013 6,2 12,8 25,2
Obtención de Biodiesel a partir del piñón mexicano e higuerilla
40
Ilustración 8 Oferta de biodiesel en México (SENER, 2006)
La oferta de biodiesel cada día va creciendo en México, como se muestra en la
gráfica la mezcla B20 va en aumento de pasar de 21.5 millones barriles/año en el
año 2007 se ha hecho la proyección hacia el 2013 la cual muestra un crecimiento
hasta llegar a tener una demanda de 25.2 millones barriles/año.
La producción de biocombustibles continuara en incremento debido a diversos
factores que la impulsan:
• Demanda mundial en constante crecimiento
• Impulso al desarrollo regional
• Seguridad energética (ahorro de petróleo)
• Contribución para reducir emisiones contaminantes.
México cuenta con diversidad genética, climática y edáfica para la producción
sostenible y competitiva de especies bioenergéticas. Se dispone de especies que
no compiten directamente con la producción de alimentos considerados en la
canasta básica de México.
5.1 5.5 5.5 5.8 5.8 5.8 6.2 6.2
10.6 10.6 10.9 11.3 11.7 12 12.4 12.8
20.8 21.5 21.9 22.6 23.4 24.1 24.5 25.2
0
5
10
15
20
25
30
2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013
Mill
ones
de
barr
iles/
año
Mezcla B5 millones de barriles/año
Mezcla B10 millones de barriles/año
Mezcla B20 millones de barriles/año
Obtención de Biodiesel a partir del piñón mexicano e higuerilla
41
La siguiente grafica nos mostrara la proyección del constante crecimiento en la
mezclas de biodiesel, lo cual nos da una respuesta favorable a la factibilidad que
tiene este proyecto como objetivo.
Ilustración 9Proyeccion de oferta de mezclas de biodiesel (SENER, 2006)
0
5
10
15
20
25
30
2004 2006 2008 2010 2012 2014
Mill
ones
de
barr
iles/
año
de m
ezcl
a de
bio
dies
el
Mezcla B5 millones de barriles/año
Mezcla B10 millones de barriles/año
Obtención de Biodiesel a partir del piñón mexicano e higuerilla
42
1.5 DETERMINACION DEL MERCADO POTENCIAL
De acuerdo a los datos obtenidos de la demanda que corresponde a PEMEX
diesel y la oferta que hay de mezcla biodiesel B20 se obtuvieron las siguientes
proyecciones.
Tabla 8 Datos para la proyección
Año
Demanda
PEMEXdiesel
millonesde
barriles/año
Ofertade
biodieselB20
millonesde
barriles/año
2006 125 20,8
2007 128,1 21,5
2008 137,6 21,9
2009 136 22,6
2010 141,5 23,4
2011 143,1 24,1
2012 147 24,5
2013 149,4 25,2
Obtención de Biodiesel a partir del piñón mexicano e higuerilla
43
Ilustración 10Mercado potencial
Mercado potencial= Demanda – Oferta
Mercado potencial = 149.4- 25.2 millones de barriles/año
Mercado potencial = 124.2 millones de barriles/año
El mercado potencial para el biodiesel es muy amplio como se puede observar en
la gráfica anterior donde se proyectan la demanda de diesel y la oferta de
biodiesel de la mezcla B20, muestra un resultado de 124.2 millones de
barriles/año para el año 2013.
El mercado potencial muestra un amplio campo para la oferta de biodiesel para los
próximos años, pero en este caso el proyecto solo abarcara el 0.0144% del
mercado potencial, una producción preliminar en la planta de 17,892 barriles/año
de biodiesel, lo cual permitirá obtener la cantidad de 7,897 litros/día.
125 137.6 141.5
149.4
20.8 21.9 23.4 25.2
y = 3.4202x - 6734.5
y = 0.6333x - 1249.7
0
20
40
60
80
100
120
140
160
2004 2006 2008 2010 2012 2014
Mill
ones
de
barr
iles/
año
Demanda PEMEX diesel millones de barriles/año Oferta de biodiesel B20 millones de barriles/año
Obtención de Biodiesel a partir del piñón mexicano e higuerilla
44
1.6 CANAL DE COMERCIALIZACIÓN
B 5 (Biodiesel 5% y PEMEX diesel 95%)
B 10 (Biodiesel 10% y PEMEX diesel 90%)
B 20 (Biodiesel 20% y PEMEX diesel 80%)
Consumidor final
Ilustración 11Canal de comercialización
Obtención de Biodiesel a partir del piñón mexicano e higuerilla
45
En la figura 11 se aprecia perfectamente el canal de comercialización que se
piensa tener, la planta industrial se lo venderá a Petróleos Mexicano (PEMEX),
este se encargara de hacer las mezclas que serán las siguientes:
• B 5: que es el 5 % de biodiesel con el 95 % de PEMEX diesel.
• B 10: que es el 10 % de biodiesel con el 90 % de PEMEX diesel.
• B 20: que es el 20 % de biodiesel con el 80 % de PEMEX diesel.
Las mezclas se distribuirán en las estaciones de servicio en el área de influencia
mencionado anteriormente.
Este canal de comercialización se diseñó ya que PEMEX comprara el biodiesel y
se encargara de realizar las mezclas correspondientes con PEMEX diesel para
abastecer las áreas metropolitanas de Guadalajara, Jalisco, Monterrey, Nuevo
León y el Distrito Federal.
1.7 DETERMINACION DEL PRECIO
Los costos de producción del biodiesel tienen un rango de entre $5.3 a $12.4
pesos por litro (SENER 2006). Con estos costos se tomara un promedio de los dos
el cual da un costo de aproximadamente $9 pesos. El costo anterior nos servirá
para determinar la utilidad y el precio que la empresa pretende obtener. Se
pretende tener una utilidad del 30% (Cabe mencionar que estos datos están
sujetos a cambios, ya que en realidad en esta etapa del proyecto aún no se sabe
con exactitud los costos reales del producto; si no que, estos costos fueron
determinados de un estudio que realizo la Secretaria de Energía (SENER 2006).
Con los datos anteriores se determinó el precio de la siguiente manera:
Precio = Costo
1- utilidades
Obtención de Biodiesel a partir del piñón mexicano e higuerilla
46
Precio = 9
1- 0.3
A este precio se le piensa vender a PEMEX
Cabe mencionar que este precio es mayor al que se está vendiendo el diesel que
es de $10.76 pesos Mexicanos.
Este precio se justifica, ya que, los precios de las gasolinas y el Diesel en México
se determinan en dos momentos: primero los correspondientes al precio del
productor, una vez fijados estos, se establece el precio al consumidor final:
• De acuerdo con la Secretaria de Energía, los precios al productor de las
gasolinas y el diesel buscan reflejar el costo de oportunidad, es decir, el
precio de un determinado producto en el mercado internacional. El precio al
producto que tienen estos petrolíferos en México es aquel que tendría en el
mercado internacional ajustado, en caso de ser necesario, por diferencias
en calidad y por la logística de transporte. El empleo de precios del
mercado internacional busca, entre otras cosas, que PEMEX no actué
como monopolio; ayuda a realizar una medición de su desempeño
económico y maximizar las utilidades en un entorno competitivo. Secretaría
de Energía, Prospectivas de petrolíferos 2008-2017. México, 2008.
Para fijar el precio del producto se consideran las siguientes referencias
internacionales, todas de la costa norteamericana del golfo:
• Para PEMEX Magna se emplea la Unleaded Regular 87.
Precio = $12.85
Obtención de Biodiesel a partir del piñón mexicano e higuerilla
47
• Para PEMEX Premium se emplea la Unleaded Regular 87/ Unleaded
Premium 93
• Para PEMEX Diesel se emplea la Fuel Oil # 2 Low Sulphur
Sintéticamente, el precio al productor de las gasolinas y el diesel en México se
determina por la suma de la referencia internacional, los ajustes por la calidad, el
costo de transporte y el manejo.
Respecto a los precios al público a los que venden distribuidores y franquicias de
PEMEX estos se determinan de la siguiente manera:
En México, existe un conjunto de precios de bienes y servicios administrados por
el Gobierno Federal que están regulados en el artículo 31, fr. X con relación al
artículo 34 fr. V de la Ley orgánica de la Administración Pública Federal. La
interpretación conjunta de ambos artículos nos permite afirmar que el Gobierno
Federal, a través de la Secretaria de Hacienda y Crédito Público (SHCP),
establece y revisa los precios y tarifas de los bienes y servicio de la administración
pública federal y con la Secretaria de Economía establecen las bases para fijar
dichos precios y tarifas. Ley Orgánica de la Administración Pública Federal.
Disponible en: http://www.diputados.gob.mx/LeyesBiblio/doc/153.doc
Los precios al consumidor de las gasolinas y el Diesel son administrados, tiene
como características que no responden a las leyes del mercado, por el contrario,
son impuestos por el sector público en mercados no competitivos (subsidios)
En términos generales, el concepto de subsidio se define de la siguiente manera:
“Asignaciones que el Gobierno Federal otorga para el desarrollo de actividades
prioritarias de interés general, a través de las dependencias y entidades a los
diferentes sectores de la sociedad, con el propósito de: apoyar sus operaciones;
mantener los niveles en los precios; apoyar el consumo, la distribución y
comercialización de los bienes; motivar la inversión; cubrir impactos financieros;
así como para el fomento de las actividades agropecuarias, industriales o de
Obtención de Biodiesel a partir del piñón mexicano e higuerilla
48
servicios. Estos subsidios se otorgan mediante la asignación directa de recursos o
a través de estímulos fiscales”. Secretaría de Hacienda y Crédito Público, Glosario
de los Términos más Usuales en la Administración Pública Federal. México, DF.
Obtención de Biodiesel a partir del piñón mexicano e higuerilla
49
1.8 DISPONIBILIDAD DE LA MATERIA PRIMA Las materias primas que se necesitan en el proceso son:
• Piñón Mexicano (Jatropha curcas L.): es originario de México y
Centroamérica, cuenta con tres semillas por fruto. El rendimiento de semilla
reportado para J. curcas tiene un promedio productivo de más de 40 años.
Además, que desde el primer año (9-10 meses) se obtiene semilla. Un
promedio anual de producción de semilla alrededor de 5Ton/ha puede
esperarse en excelentes tierras y precipitaciones de 900-1200 mm (Francis
et. 2005).
Los resultados de la zonificación agroecológica (INIFAP) muestran que existen
más de 6 millones de hectáreas con potencial alto y medio para el establecimiento
de plantaciones de piñón mexicano e higuerilla, lo cual se muestra en la figura 12.
La figura 13 representa el acercamiento en donde se piensa instalar la planta de
procesamiento que es al norte del Estado de Puebla con los límites del Estado de
Veracruz, en donde se encuentran las tierras adecuadas para el cultivo del piñón
mexicano y de la higuerilla, se ha escogido esta área de la República Mexicana
porque tiene buena ubicación en cuestión con el acercamiento de la materia prima
y de la conexión que se tiene con la ciudad de México que es aproximadamente
de 5 horas, en los próximos años se inaugurará la autopista México-Tuxpan, con
lo que se ahorra la mitad de tiempo.
Obtención de Biodiesel a partir del piñón mexicano e higuerilla
50
Ilustración 12 Potencial productivo de la Jatropha curcas L. de temporal en México
Ilustración 13 Área donde se piensa instalar la planta de procesamiento
En la tabla 9. Se muestra los estados que tienen potencial para el cultivo del piñón
mexicano, la mayoría de los estados tienen dicho potencial para el crecimiento del
piñón, mas sin embargo el área de influencia que se está planteando es el norte
del estado de puebla y de Veracruz en este último estado, tiene un potencial alto
para el cultivo contando con 336,314 hectáreas para cultivo.
Obtención de Biodiesel a partir del piñón mexicano e higuerilla
51
Tabla 9: Concentrado estatal del potencial productivo de la Jatropha curcas L. bajo
condiciones de temporal en México. Fuente INIFAP 2008
ESTADO ALTO (ha) MEDIO (ha)
Baja California Sur 5,960
Campeche 23,832 23,812
Chiapas 230,273 114,031
Chihuahua 477 144,493
Coahuila 5,928 226,407
Colima 119,812 12,867
Durango 9,612 49,702
Guanajuato 857
Guerrero 282,158 283,191
Hidalgo 293 6,014
Jalisco 123,474 261,989
México 2,653 10,836
Michoacán 197,288 34,736
Morelos 21,170 46,879
Nayarit 44,887 230,866
Nuevo León 138,945 84,235
Oaxaca 111,822 191,587
Puebla 25,260 153,657
Querétaro 178 3,566
Quintana Roo 4,229 53
San Luis Potosí 1,646 128,495
Sinaloa 557,641 259,651
Sonora 59,251 348,446
Tabasco 15,539
Tamaulipas 317,690 442,935
Veracruz 160,891 336,314
Yucatán 174,005 31,568
Zacatecas 25,702
Total 2,619,916 4,368,428
Obtención de Biodiesel a partir del piñón mexicano e higuerilla
52
En muchos estados de México se está cultivando o se planea cultivar miles de
hectáreas de Jatropha:
• El gobernador de Veracruz anuncio que se van a cultivar 200,000 hectáreas
de piñón en el sur del estado; en Yucatán, una empresa anuncia 6,000 ha;
• En Chiapas el gobierno anuncia 20,000 ha;
• En Michoacán el gobierno ya propuso en 2008 una meta de 6000 ha.
A nivel nacional, la CONAFOR, que ya venía apoyando las plantaciones desde
2007, tiene previsto apoyar cerca de 20 mil hectáreas de Jatropha en 2009, en
Campeche, Chiapas, Guerrero, Michoacán, Morelos, Oaxaca, Puebla, Quintana
Roo, Sinaloa, Tabasco, Tamaulipas, Veracruz y Yucatán.
Tabla 9 Superficie agrícola requerida para el 2014 (CONAFOR, 2007)
Rendimiento
(litros/ha)
Superficie agrícola requerida en
2014 (ha)
Superficie
agrícola
actual
(ha)
Área
potencial
(ha) B-5 B-10 B-20
Palma
de
aceite
3,390 30,881 609,762 1,219,524 15,000 2,500,000
Jatropha 730 1,415,717 2,831,434 5,666,868 NS 1,000,000
Girasol 665 1,554,095 3,108,190 6,216,381 900 NS
Canola 619 1,669,585 3,339,171 6,678,341 10,050 NS
Cártamo 409 2,526,830 5,053,659 10,107,319 224,000 NS
Soya 289 3,576,032 7,152,065 14,304,129 110,000 NS
Obtención de Biodiesel a partir del piñón mexicano e higuerilla
53
1.9 CONCLUSIONES
A lo que lleva este trabajo es que el producto que se ofrecerá es un producto
aceptable pero a largo plazo debido a que aún no se cuenta con los cultivos
necesarios por lo cual hay que implementarlos, los costos de producción suelen
ser más elevados que el precio ofrecido en el mercado.
.
El precio dado a Pemex será de $12.85 (precio sujeto a cambio debido al costo de
producción) y al público de $10 debido a los subsidios que recibe del gobierno.
El mercado potencial nos arroja un resultado de 124.2 millones de barriles al año
del cual solo podremos ofertar el 0.0144% de demanda nacional.
Dando como resultado un área de influencia las tres ciudades más importantes de
nuestro país la Cd de México, Monterrey y Guadalajara.
Obtención de Biodiesel a partir del piñón mexicano e higuerilla
54
ESTUDIO
TECNICO
Obtención de Biodiesel a partir del piñón mexicano e higuerilla
55
2 ESTUDIO TÉCNICO
2.1 DETERMINACIÓN DEL TAMAÑO DE LA PLANTA
La capacidad instalada de la planta seria de 10,000 litros/día. Se producirá 7,897
litros/día del cual para sacar nuestro nivel de aprovechamiento en la planta
ocuparemos la siguiente formula:
𝑁𝑖𝑣𝑒𝑙 𝑑𝑒 𝑎𝑝𝑟𝑜𝑣𝑒𝑐ℎ𝑎𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 =𝐶𝑎𝑝𝑎𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑅𝑒𝑎𝑙
𝐶𝑎𝑝𝑎𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑖𝑛𝑠𝑡𝑎𝑙𝑑𝑎
Nivel de aprovechamiento =7,897 𝑙𝑖𝑡𝑟𝑜𝑠/𝑑𝑖𝑎10, 000 litros/dia
Nivel de aprovechamiento= 78.97 %
El resultado del análisis anterior es que obtuvo un nivel de aprovechamiento del
78.97 % en la planta, lo cual es un rendimiento favorable.
Obtención de Biodiesel a partir del piñón mexicano e higuerilla
56
2.2 LOCALIZACIÓN DE LA PLANTA
La instalación de la planta se pretende instalar entre Tula, Hidalgo y Altamira,
Tamaulipas, estos lugares se eligieron, por que en ambos municipios cuentan con:
• Parque industrial, estos cuentan con todos los servicios de agua, energía
eléctrica, gas entre otros servicios
• Cercanía a una refinería
• Cuentan con todos los servicios necesarios para los trabajadores como:
hospitales, escuelas, áreas de recreación, facilidades habitacionales, etc.
• Cuentan con vías de comunicación como carreteras y vías ferroviarias, las
cuales comunican con gran parte del país.
• Ambos parques industriales están ubicados en zonas estratégicas para la
comercialización de los productos a elaborar.
• Cercanía a la materia prima.
• Ambos municipios se caracterizan por tener gran actividad económica e
industrial.
A continuación se describirán las cualidades que cuenta cada estado, así como
también las características que cuentan los municipios en donde se pretende
instalar la planta. Una que se hayan analizado los pros y los contras de cada
municipio, se determinara que municipio será apto para la instalación de la planta.
Datos generales del Estado de Hidalgo
Ubicación
Tiene una superficie de 20 846 km2, Colinda al norte con los estados de San Luis
Potosí y Veracruz, al este con el estado de Puebla, al sur con los estados de
Tlaxcala y México y al oeste con el estado de Querétaro.
Obtención de Biodiesel a partir del piñón mexicano e higuerilla
57
Ilustración 14 Ubicación del Estado de Hidalgo
Población
Según el último censo disponible (INEGI, 2010) el estado tiene una población total
de 2 665 018, el 2.3% del total del país. De los cuales 1 379 796 son mujeres y 1
285 222 son hombres. La distribución de población es: 52% urbana y 48% rural.
Ciudades más importantes
Las ciudades consideradas como más importantes del estado son:
• Pachuca de Soto
• Tulancingo de Bravo
• Tula de Allende
• Tizayuca
• Tepeji del Río
• Actopan
• Apan
• Huejutla de Reyes
• Ciudad Sahagún,
• Ixmiquilpan y Huichapan.
Obtención de Biodiesel a partir del piñón mexicano e higuerilla
58
En el estudio más reciente sobre zonas metropolitanas (ZM), publicado en 2005,
por el Consejo Nacional de Población (CONAPO), el Instituto Nacional de
Estadística y Geografía (INEGI) y la Secretaría de Desarrollo Social (SEDESOL),
se estableció que en el Estado de Hidalgo existen sólo tres zonas Metropolitanas:
• Zona Metropolitana de Pachuca,
• Zona Metropolitana de Tulancingo
• Zona Metropolitana de Tula.
Escolaridad
El grado promedio de escolaridad de la población de 15 y mas años es de 8.1
(INEGI, 2010).
Educación
El estado cuenta con numerosas instituciones de educación superior, entre las
cuales se encuentra la Universidad Autónoma del Estado de Hidalgo como
máxima casa de estudios en este estado.
Entre las universidades privadas destacan el Centro Hidalguense de Estudios
Superiores, Universidad del Fútbol y Ciencias del Deporte, Instituto Tecnológico de
Estudios Superiores de Monterrey Campus Hidalgo, Universidad La Salle
Pachuca.
También se encuentran las escuelas universitarias públicas:
• Instituto Tecnológico Superior de Huichapan.
• Instituto Tecnológico Superior Occidente del Estado de Hidalgo.
• Instituto Tecnológico Superior del Oriente del Estado de Hidalgo.
• Instituto Tecnológico de Atitalaquia.
• Instituto Tecnológico de Huejutla.
• Universidad Tecnológica Tula-Tepeji.
Obtención de Biodiesel a partir del piñón mexicano e higuerilla
59
• Universidad Tecnológica de Tulancingo.
• Universidad Tecnológica de la Huasteca Hidalguense.
• Universidad Tecnológica de la Sierra Hidalguense.
• Universidad Tecnológica del Valle del Mezquital.
• Universidad Politécnica de Francisco I. Madero.
• Universidad Politécnica de Pachuca.
• Universidad Politécnica de Tulancingo.
• Universidad Politécnica Metropolitana de Hidalgo.
Carreteras y autopistas
Cuenta con 11 795.4 kilómetros de carreteras, de los cuales 36 corresponden a
Caminos y Puentes Federales de Ingresos y Servicios Conexos (CAPUFE), a
carreteras federales el 12.9 %, a carreteras estatales el 30.6 %, a caminos rurales
el 48.2 % y el 7.8 % a caminos construidos por diversas dependencias para el
apoyo de sus propias funciones.[]
El estado ocupa el 5º lugar a nivel nacional en infraestructura de autopistas,
carreteras estatales y federales.
Las principales rutas que cruzan el estado son: carreteras federales, la Carretera
Federal 85 México-Laredo; la Carretera Federal 105, vía corta a Tampico que toca
a Real del Monte, Omitlán, Atotonilco el Grande, Zacualtipán, Molango y Huejutla;
la Carretera Federal 130 hacia Túxpam por Tulancingo y Acaxochitlán, con
desviación en el Ocote (km 14) hacia Tepeapulco.[112] La autopista denominada
Arco Norte atraviesa el estado de Hidalgo, dicha autopista que une el centro del
país sin tener que cruzar por la Ciudad de México.
Industrias
El estado es sede de las cementeras Cruz Azul y Tolteca. También de las
compañías lecheras Alpura, Real de Tizayuca y Santa Clara y de las empresas
Totis, Devlyn, las textiles Grypho, Toallas San Marcos y Cobertores San Luis. La
Obtención de Biodiesel a partir del piñón mexicano e higuerilla
60
industria petrolera de la entidad está integrada por una planta de refinación y una
de petroquímica básica.
El volumen de producción promedio de refinados fue de 127 821 900 barriles. De
estos, el 40.1 % correspondió a gasolinas; el 28.5 % a combustóleos; el 19.3 % a
diesel; el 6.3 % a kerosinas y el resto a gas licuado, combustible industrial y
asfaltos.
Parques industriales del Estado de Hidalgo
Ilustración 15 Distribución de los parques industriales en el Estado de Hidalgo
Obtención de Biodiesel a partir del piñón mexicano e higuerilla
61
Tabla 10 Simbología de la distribución de los parques industriales del Estado de Hidalgo
Simbología de parques Industriales
Parques industriales Parques industriales en desarrollo
1 Parque industrial Huejutla 8 Parque Logístico Tizayuca-PLOT
2 Parque industrial Atitalaquia 9 Parque industrial Metropolitano
3 Parque industrial Tula 10 Parque industrial Tlanalapa
4 Parque industrial Tepeji del Rio Parques en prospección
5 Parque industrial Tizayuca 11 Parque industrial Tulancingo
6 Parque industrial La reforma 12 Parque industrial Tepeapulco
7 Parque industrial Sahagún 13 Parque industrial Villa de
Tezontepec.
PARQUE INDUSTRIAL TULA
Dirección
Km 26 de la carretera Jorobas- Tula, Sabino Hernández numero 38. Atitalaquia,
Hgo.
Administración
Mixta, privada.
Gobierno del Estado de Hidalgo.
Corporación de Fomento de Infraestructura Industrial.
Superficie
Superficie total: 97 has.
Superficie disponible: 16.82 has.
Servicios
Obtención de Biodiesel a partir del piñón mexicano e higuerilla
62
• Energía eléctrica 23/85 Kwa (tensión de suministro).
• Gas natural: gasoducto PEMEX a 500 ML del parque industrial
• Agua
• Drenaje: conexión a la red municipal, con punto de descarga en rio Salado.
• Telefonía: conexión con fibra óptica con TELMEX.
• Ferrocarril: estación Bojay (tfm) a 1 Km
Vocación del parque
Petroquímica, alimentos y construcción automotriz y metalmecánica.
Mapa de ubicación
Figura 16: Ubicación del parque industrial de Tula, Hidalgo
Obtención de Biodiesel a partir del piñón mexicano e higuerilla
63
Refinería Miguel Hidalgo
La Refinería Miguel Hidalgo se encuentra localizada en el Estado de Hidalgo, en el
municipio de Tula de Allende, a 82 km. al norte de la Ciudad de México.
Sus instalaciones ocupan un área total de 749 hectáreas, que se encuentran
estratégicamente situadas por encontrarse entre los principales productores de
aceite crudo y el mayor consumidor de combustible.
Esta refinería es considerada como una de las más importantes en el país por su
capacidad instalada, y la porción del mercado que controla, ya que procesa el 24%
de crudo total que se refina en México.
Tula cuenta actualmente con una capacidad de refinación de 325,000 barriles por
día. El área productiva está integrada por 10 sectores de proceso que incluyen
plantas de proceso, plantas ecológicas, sistemas de bombeo y almacenamiento de
productos y un sector de servicios auxiliares.
Los recursos humanos son muy importantes para Pemex y en particular, para esta
refinería que ha realizado diversas obras en beneficio de los trabajadores y sus
familias, así como la población en general. La Refinería cuenta con dos clínicas de
emergencia, un hospital de especialidades médicas, un centro de desarrollo
infantil, dos escuelas primarias, una zona habitacional para empleados de
confianza y dos colonias para personal sindicalizado, un hotel y una asociación
deportiva entre otras.
Para enfrentar los cambios que el país demanda, la Refinería Miguel Hidalgo, ha
decidido desarrollar e implementar un sistema de calidad en busca de la mejora
continua, que permita obtener energéticos que satisfagan las necesidades de
nuestros clientes, cumpliendo con estándares y normas a nivel internacional,
operando con eficiencia, seguridad y rentabilidad, protegiendo el medio ambiente y
proporcionando al personal un espacio de trabajo satisfactorio.
Obtención de Biodiesel a partir del piñón mexicano e higuerilla
64
La Refinería Miguel Hidalgo cuenta con certificados de calidad en los productos:
Turbosina, Propileno, Gasoleo Industrial, Pemex Diesel y Gasolina Pemex Magna.
Es importante destacar que el Certificado de calidad de la gasolina Pemex Magna
tiene validez internacional.
Tamaulipas
Ilustración 16 Localización del estado de Tamaulipas (googlemaps)
El estado de Tamaulipas colinda al oeste con el estado de Nuevo León, con el
golfo de México hacia el este, con los estados de Veracruz y San Luis Potosí hacia
el sur y al norte con el estado estadounidense de Texas.
Superficie: 80, 175 km2
Población: 3, 268, 554 hab. (INEGI 2010)
Municipios: 43
Clima: el 58 % del estado presenta clima cálido sub-húmedo, el 38 % presenta
clima seco y semi-seco en el centro, el norte y hacia el suroeste del estado; el 2 %
es cálido húmedo localizado hacia el suroeste.
La temperatura media anual es de 22 ºC en los meses de junio a septiembre.
Obtención de Biodiesel a partir del piñón mexicano e higuerilla
65
Las lluvias se presentan en verano en los meses de junio a septiembre. (INEGI
2010)
Promedio de escolaridad: 9.1 años (INEGI 2010)
Principales centros educativos
Tabla 11 Principales centros educativos de las zonas metropolitanas de Tamaulipas
Matamoros Nuevo Laredo Reynosa Tampico
Escuela normal "lic.
j. Guadalupe
Mainero y Rosaura
zapata"
Instituto
tecnológico de
nuevo Laredo
Instituto
tecnológico de
Reynosa
Escuela náutica
mercante de
Tampico
Instituto
tecnológico de
matamoros
Universidad
Autónoma de
Tamaulipas,
campus Laredo
Universidad
Autónoma de
Tamaulipas,
campus Reynosa
Escuela normal
superior del sur de
Tamaulipas
Universidad
Autónoma de
Tamaulipas
Escuela normal
urbana
Cuauhtémoc
Universidad
tamaulipeca
Instituto oriente de
estudios superiores
de Tamaulipas
Universidad
Autónoma del
Noreste, (UANE)
Universidad
panamericana de
nuevo Laredo
Universidad
panamericana
normal, campus
Reynosa
Universidad
Autónoma de
Tamaulipas, UAT,
campus Tampico -
madero
Ciudades importantes
• Ciudad Victoria es la capital del estado y la sede de los poderes ejecutivo,
judicial y legislativo del Estado de Tamaulipas. Esta ubicada en el cruce de
dos carreteras troncales, la Monterrey-Tampico y la México-Reynosa.
• Reynosa es la ciudad más poblada del estado y es frontera con Hidalgo,
Mission y Pharr, Texas. Tiene la planta de la industria maquiladora más
Obtención de Biodiesel a partir del piñón mexicano e higuerilla
66
grande del noreste de México y la tercera de toda la frontera México-
Estados Unidos.
• Heroica Matamoros es una ciudad fronteriza que conforma la Zona
Metropolitana Heroica Matamoros-Brownsville Texas y fue denominada en
1955 la puerta grande de México. También denominada popularmente
como Tres veces Heroica por sus distintas victorias en contra de ejércitos
internacionales. Tiene la segunda planta más importante de la industria
maquiladora en Tamaulipas. En el sur del municipio se ubica el Puerto de
Matamoros, cuya remodelación de puerto de cabotaje a Puerto de Altura,
inició en 2007.
• Nuevo Laredo forma parte de la Zona Metropolitana con Laredo (Texas).
Considerada la "Capital Aduanera de Latinoamérica". Es la frontera
terrestre más importante de México y en 2009 el movimiento de comercio
exterior en ambos sentidos se estimaba en 250 mil millones de dólares.
• Tampico ciudad sede del “cluster” portuario más importante del estado y
del Golfo de México, es la parte de la zona metropolitana más poblada del
Estado de Tamaulipas, además de ser importante centro comercial,
educacional, hospitalario y de servicios de la región Huasteca.
• Ciudad Madero forma parte de la Zona metropolitana de Tampico, tiene la
única refinería del estado (Francisco I. Madero) (PEMEX) y tiene una playa
turística (Miramar).
• Ciudad Altamira se encuentra en la Zona Metropolitana de Tampico y
alberga a uno de los puertos industriales más importantes de México, es el
primer puerto a nivel nacional en el manejo de fluidos petroquímicos y el
cuarto en el manejo de carga.
• Ciudad Mante se encuentra en la zona sur del estado de Tamaulipas, la
economía del municipio gira en torno a la agricultura, la ganadería, pequeña
y mediana industria y el comercio, la Industria Azucarera es de las
principales actividades económicas del municipio. Ciudad Mante sigue
siendo la principal ciudad de la zona sur del estado solo detrás de la Zona
Metropolitana de Tampico y el sostén su alrededor, donde los municipios
Obtención de Biodiesel a partir del piñón mexicano e higuerilla
67
colindantes acuden a esta ciudad a realizar sus compras debido a que
cuenta con diferentes centros comerciales así como diferentes tiendas,
negocios importantes, y bancos que no se encuentran en los demás
municipios.
Zonas metropolitanas
El estado de Tamaulipas cuenta con cuatro zonas metropolitanas, de ellas, tres
son binacionales y una es bi-estatal:
1. La Zona Metropolitana más grande, Reynosa-Río Bravo-McAllen está
conformada por dichos municipios del estado de Tamaulipas y el
Condado de Hidalgo en el estado de Texas y cuenta con un total de
1.501.919 habitantes.
2. Zona Metropolitana de Heroica Matamoros-Brownsville con 895,413
habitantes.
3. Zona Metropolitana Nuevo Laredo–Laredo con 636,516 habitantes.
4. Nona metropolitana bi-estatal de Tampico que está conformada por los
municipios de Tampico, Altamira y Madero del estado de Tamaulipas y
en conjunto agrupan un total de 825,385 habitantes
Ubicación del parque industrial de Altamira, Tamaulipas
El parque industrial, se encuentra localizado estratégicamente en la zona sur del
estado de Tamaulipas donde provee a las empresas una ventaja competitiva en la
manufactura de productos destinados a la distribución nacional e internacional.
Permite la importación de materias primas a gran escala a través del Puerto de
Altamira para proveer a la industria instalada.
La distribución de la superficie del área contempla la zonificación de las áreas para
la instalación de cualquier tipo de industria.
El Complejo Industrial Portuario cuenta con una extensiva red de electricidad.
Actualmente, se encuentran operando 2 importantes empresas de origen
Obtención de Biodiesel a partir del piñón mexicano e higuerilla
68
extranjero, en 3 plantas generadoras de electricidad, produciendo en conjunto más
de 2,500 MW/hr.
Hay más de 2,000 hectáreas disponibles para el desarrollo de proyectos
industriales y más de 1,500 hectáreas disponibles en el Recinto Portuario para el
desarrollo de terminales marítimas. El Complejo también tiene las características
necesarias para complementar el estilo de vida de sus ejecutivos, trabajadores y
sus familias.
Vías de comunicación de puerto de Altamira
Ilustración 17 Ubicación geográfica del parque industrial de Altamira
Ilustración 18 Enlaces carreteros del puerto de Altamira
Obtención de Biodiesel a partir del piñón mexicano e higuerilla
69
Distancias a las Áreas de Influencia
Tabla 12 Distancia en Km a las principales ciudades del país (puertoaltamira.com.mx)
CIUDAD DISTANCIA (Km)
Guadalajara, Jalisco 748
México, DF 473
Monterrey, NL 550
Ilustración 19 Enlaces ferroviarios
Obtención de Biodiesel a partir del piñón mexicano e higuerilla
70
Ilustración 20 Distribución de la zona industrial de Altamira
Refinería Francisco I. Madero
La Refinería Francisco I Madero se encuentra localizada en la margen izquierda
del río Pánuco, casi en su desembocadura al Golfo de México; dentro del
municipio de Ciudad Madero, Tamaulipas; de cuya región está tomado su nombre.
La Refinería cuenta actualmente con 20 plantas de proceso en operación, en las
cuales se lleva a cabo la destilación atmosférica, destilación al vacío,
desintegración catalítica, hodro-tratamiento y petroquímica.
Así mismo, cuenta con instalaciones auxiliares, tales como la planta de fuerza,
patios de tanques de almacenamiento, talleres, almacenes, muelles, estaciones de
bombas del Poliducto Madero-Cadereyta, instalaciones para bombeo de productos
petroquímicos, así como oficinas, campos deportivos y una colonia residencial,
entre otras. La capacidad nominal del proceso de crudo de la Refinería es de
186,000 barriles/día.
Obtención de Biodiesel a partir del piñón mexicano e higuerilla
71
Los productos que se obtienen en la Refinería de Madero cubren la demanda de
su zona de influencia, y en ocasiones, algunos de ellos se exportan de acuerdo a
los pactos comerciales que Pemex realiza en el extranjero.
Los productos son: Gas Licuado, Gasolinas Pemex Magna, Pemex Premium y
Pemex Diesel, Gas-avión 100, Turbosina, Diesel, Diesel Marino, Combustóleo,
Coque, Asfalto ac-20 y AC-30 y Azufre.
Evaluación por puntos
A continuación se les asignara una calificación con escala del 0 al 1 a los
siguientes factores para poder determinar la zona mas apropiada para las
instalaciones de la planta:
• Superficie disponible
• Topografía del terreno
• Características mecánicas del suelo
• Costo del terreno
• Proximidad a las vías de comunicación
• Proximidad a los servicios públicos
• Transportes urbanos y suburbanos
• Servicios de luz, agua, teléfono, gas, etc.
• Facilidades habitacionales, escuelas, hospitales y demás servicios de los
trabajadores
Se han seleccionado dichos factores, ya que estos influyen drásticamente en la
elección de la zona para la instalación de la planta. La calificación se les asigno de
acuerdo a la importancia que tienen dichos factos, en la tabla (14) se presentan
las calificaciones asignadas.
Obtención de Biodiesel a partir del piñón mexicano e higuerilla
72
Tabla 13 Asignación de peso de los factores
Factor Peso
1. Superficie disponible 0.10
2. Topografía del terreno 0.15
3. Características mecánicas del suelo 0.05
4. Costo del terreno 0.07
5. Proximidad a las vías de comunicación 0.16
6. Proximidad a servicios públicos 0.16
7. Transportes urbanos y suburbanos disponibles 0.05
8. Servicios de luz, agua, teléfono, gas, etc. 0.16
9. Facilidades habitacionales, escuelas, hospitales y demás
servicios para los trabajadores.
0.05
10. Futuros desarrollos en los alrededores del terreno. 0.05
Obtención de Biodiesel a partir del piñón mexicano e higuerilla
73
Tabla 14 Tabla comparativa entre Tula, Hidalgo y Altamira, Tamaulipas
Factor Peso Calificación Calificación ponderada
Tula de
Allende,
Hidalgo
Altamira,
Tamaulipas
Tula de
Allende,
Hidalgo
Altamira,
Tamaulipas
1 0.10 7 10 0.7 1.0
2 0.15 9 9 1.35 1.35
3 0.05 8 9 0.4 0.45
4 0.07 9 8 0.63 0.56
5 0.16 9 9 1.44 1.44
6 0.16 9 9 1.44 1.44
7 0.05 9 9 0.45 0.45
8 0.16 10 10 1.6 1.6
9 0.05 9 10 0.45 0.5
10 0.05 9 9 0.45 0.45
Total 1 8.91 9.14
De acuerdo a la evaluación por puntos de las ciudades de Tula de Allende,
Hidalgo y Altamira Tamaulipas, en donde se ubican los parques industriales más
cercanos a las refinerías y a nuestras áreas de influencia, la mayor calificación fue
para la ciudad de Altamira Tamaulipas.
En la ciudad de Altamira Tamaulipas, se encuentra ubicado el puerto de Altamira
que es uno de los puertos más importantes de la Republica Mexicana el cual
provee a las empresas una ventaja competitiva en la manufactura de productos
destinados a la distribución nacional e internacional, este puerto incluye un parque
industrial.
Su ubicación es una zona estratégica, ya que tiene gran conexión con las
principales carreteras del país e inclusive a las zonas de influencia que son
Guadalajara, Jalisco, Monterrey Nuevo León y el Distrito Federal al igual que
cuenta con las vías ferroviarias que conecta a gran parte del país.
Obtención de Biodiesel a partir del piñón mexicano e higuerilla
74
Muy cerca de este se encuentra la refinería Francisco I. Madero, que esta ubicada
en Cd. Madero. De tal forma será mas accesible distribuir el biodiesel en esta
refinería para sus subsiguientes mezclas.
Otro punto a favor, es que la materia prima estará disponible, ya que en la zona
sur del estado de Tamaulipas y norte del estado de Veracruz se encuentran las
condiciones necesarias para el cultivo piñón mexicano e higuerilla, por lo tanto los
costos de transporte de materia prima se reducirán.
Cabe señalar, que en los parques industriales se cuentan con todos los servicios
de agua, luz, electricidad, tratamiento de aguas residuales, el terreno ya esta apto
para la construcción.
Es por estas razones que se ha elegido a la zona de Altamira Tamaulipas para el
desarrollo de las instalaciones del presente proyecto.
Obtención de Biodiesel a partir del piñón mexicano e higuerilla
75
2.3 INGENIERIA DEL PROYECTO
2.3.1 EVALUACIÓN TÉCNICA DE LAS MATERIAS PRIMAS En la tabla 16 se presentan las materias primas que se ocupan en la producción
de biodiesel, así como también los servicios auxiliares que son indispensables en
el proceso, por otra parte es importante mencionar también los subproductos que
se obtienen en la producción de biodiesel (torta proteica y glicerina bruta).
Tabla 15 Entrada de materias primas
Materias primas
Semilla de Jatropha e higuerilla
Metanol
Catalizador (Hidróxido de potasio)
Acido mineral (Acido sulfúrico)
Servicios
Agua potable
Agua
Vapor de agua
Drenaje
Electricidad
Diesel
Subproductos
Glicerina (bruta)
Torta proteica
Obtención de Biodiesel a partir del piñón mexicano e higuerilla
76
ESPECIFICACIONES DE LA MATERIA PRIMA
Semillas de Jatropha e higuerilla: Estas se deben de ser almacenadas y
preparadas para la extracción de aceite, con el fin de mantener un producto
final de alta calidad. Se ha evidenciado que el almacenamiento de semillas por
periodos prolongados (mas de 8 meses) afecta la calidad y cantidad extraído,
por lo que debe ser evitado. La exposición directa al sol en periodos
prolongados también degrada la calidad del aceite. Para un almacenamiento
normal se recomienda hasta lograr un 7-10% de humedad.
En el almacenamiento, las semillas deben estar debidamente aireadas. Esto
puede hacerse en silos similares a los utilizados para almacenar maíz.
Tabla 16 rendimientos de las semillas por hectárea
Concepto Año 1 Año 2 Año 3 Año 4 Año 5
Rendimiento de
semilla (ton/ha)
1.2 2.6 3.1 4.3 5.0
Producción de aceite
l/ha (50% extracción)
600 1300 1550 2050 2500
Biodiesel obtenido l/ha
(97 % de conversión)
582 1261 1503.5 1988.5 2425
Pasta residual kg/ha
(60% proteína)
600 1300 1550 2050 2500
Obtención de Biodiesel a partir del piñón mexicano e higuerilla
77
Características del aceite:
Tabla 17 principales características que deben de contener los aceites
Propiedades Unidades Estándares
Densidad a 15 °C 900-930 kg/m3 Acorde con DIN EN ISO
3675
Punto flash: mínimo 220 °C Acorde con DIN EN ISO
2719
Viscosidad cinemática a
40 °C 36 mm2/ s
Acorde con DIN EN ISO
3104
Valor calorífico mínimo 36, 000 Acorde con DIN EN ISO
51900-1, -2
Ignición mínima 39 Acorde con DIN EN ISO
10370
Numero de sulfuro 10 mg/kg
Acorde con DIN EN ISO
20846 o Acorde con DIN
EN ISO 20884
Obtención de Biodiesel a partir del piñón mexicano e higuerilla
78
Tabla 18 características que deben contar el aceite para la producción de biodiesel
Nota: Las características y las normas que se presentan han sido desarrolladas
para el aceite de canola, los valores también se aplican a otros aceites como el de
piñón mexicano e higuerilla, ya que son en su mayoría relacionados con el uso del
aceite.
Contaminación: describe la cantidad de material extraño (particulas) presentes
en el aceite.
Estabilidad a la contaminación: significa que la calidad del aceite no se degrade en
un ambiente caluroso.
Contenido de fosforo: cuando el prensado se hace en frio, la mayoría del fosforo
presente en la semilla queda en el residuo del prensado y no en el aceite. La
presencia de fosforo en el aceite causa obstrucción en el filtro de combustible del
motor y la oxidación de la cámara de combustión, porque a altas temperaturas el
fosforo es un antioxidante fuerte.
Propiedades variables Unidades Estándares
Contaminación total 24 mg/kg Acorde con DIN EN
12662
Estabilidad de oxidación
a 110 °C mínimo 6 h
Acorde con DIN EN
14104
Contenido de fosforo
máximo 12 mg/kg
Acorde con DIN EN
14107
Monto total de magnesio
y calcio máximo 20 mg/kg
Acorde con DIN EN ISO
14538
Agua máxima 0.08 % Acorde con DIN EN
ISO14538
Obtención de Biodiesel a partir del piñón mexicano e higuerilla
79
Contenido de agua: el material vegetal contiene un porcentaje de agua. En el
aceite el contenido de agua debe ser limitado, porque el agua hace q el material
del filtro de combustible se obstruya. Además el agua puede oxidar el interior del
equipo de inyección
Criterios de manejo del aceite
El contacto con los ojos causa irritación, mientras que su ingestión puede resultar
en vómitos y diarrea. El contacto con la piel no es peligroso, pero se recomienda
utilizar equipo de seguridad (overol, gafas y zapatos cerrados). Se debe evitar que
el aceite vaya a los desagües, aguas superficiales y subterráneas. Aunque los
aceites vegetales son biodegradables, al entrar en contacto con el agua cubren su
superficie formando una capa que impide el intercambio de aire con el agua, asi
como con las criaturas que viven en ella.
CRITERIOS DE ALMACENAMIENTO
Conservar en un lugar fresco, seco, evitando la exposición a la luz y a sustancias
volátiles gaseosas potenciales (como gasolinas). El tanque en el cual el aceite se
almacena de preferencia deber ser hermético y llenado hasta su nivel maximo.
Esto evita la condensación y por lo tanto la presencia de agua en el aceite. Los
tanques de almacenamiento pueden ser reutilizados y, por tanto deben ser fáciles
de limpiar. Para almacenar o transportar el aceite, se pueden utilizar dispositivos
de acero o de plástico duro.
Los aceites vegetales provienen de plantas y contienen compuestos fotosensibles
como las clorofilas y carotenos. Entre otros compuestos, la clorofila es la que hace
que el aceite parezca de color amarillo o rojo. En abundacia de luz estos
compuestos activan lo que resulta en el cabio de color del aceite. Para evitar esto
se recomienda almacenar el aceite en zonas oscuras o zonas donde la intensidad
de la luz sea baja. En general, esto implica la selección de una unidad no
transparente para el almacenamiento. ( Janske van eijck)
Obtención de Biodiesel a partir del piñón mexicano e higuerilla
80
Metanol: También llamado metílico, es un líquido incoloro y móvil, de olor
característico a alcohol, es muy venenoso, es necesario mantener las medidas de
seguridad correspondientes para su manipulación. Se utiliza principalmente como
deshidratante por sus características higroscópicas y por su rápida evaporación.
También se lo utiliza en el proceso de transesterificacion, para la producción de
biodiesel. A continuación se presentan las especificaciones que debe tener el
metanol:
Tabla 19 especificaciones del metanol
Propiedad Valores aceptables
Aspecto Liquido claro, libre de sedimentos
Pureza (% p/p) Mín. de 99.850
Densidad 791.8 kg/m3
Rango de destilación (CNP) Máx. 1.0 ºC, en torno a 64.6 ºC
Olor
Viscosidad
Característico
0.69 cp (centi poise)
Fuente: Cía. Química y Agroquímica Argentina S.A
En su manipulación
• Evitar su exposición y/o contacto
• Mantener el recipiente bien cerrado
• Aparatos/lámparas con seguridad de chispas y explosión
• Tomar precauciones contra cargas electrostáticas
• Manipular recipientes vacíos sucios como los llenos
Almacenamiento:
• Conservar alejado del calor y de fuentes de ignición , agentes de oxidación,
ácidos y bases
Obtención de Biodiesel a partir del piñón mexicano e higuerilla
81
• Almacenar en un lugar seco y bien ventilado
• Almacenar en un sistema totalmente cerrado
• Conexión de la cisterna a tierra
• Se necesita una cubeta para recoger derrames líquidos.
Material de envasado adecuado:
• El metanol no es corrosivo en contacto con la mayoría de los metales a
temperatura ambiente, excepto plomo y magnesio.
• Revestimientos de cobre (o aleaciones), Zinc o aluminio no son adecuados
ya que son atacados lentamente
• Se recomienda acero inoxidable como material de construcción para
cisternas.
• Conservar alejado de fuentes de calor, ignición, agentes de oxidación,
ácidos, halógenos, bases, etc.
Catalizador: (Hidróxido de potasio) son gránulos hemisféricos sólidos de diámetro
y espesor uniforme, inodoras y de color blanco. Su geometría reduce la formación
de polvos y el apelmazamiento de manera tal que el producto se pueda almacenar
y manipular mejor.
El hidróxido de potasio (KOH) provoca quemaduras graves en la piel, los ojos y las
membranas mucosas. Evite respirar el polvo y se debe utilizar una ventilación
adecuada. Puede ser fatal de ser ingerido.
Acido sulfúrico: (H2SO4), es un líquido incoloro ligeramente turbio
• Pureza del 98.5%
• A temperatura ambiente es un líquido corrosivo, es más pesado que el
agua.
• Olor picante y penetrante.
• Es soluble en agua, pero reacciona violentamente al mezclarse con ella,
generando calor.
• Peligros para la salud:
• Corrosivo para todos los tejidos del cuerpo.
Obtención de Biodiesel a partir del piñón mexicano e higuerilla
82
• La inhalación de los vapores puede causar daño pulmonar grave.
• Contacto con los ojos puede resultar en la perdida total de la visión.
• Su ingestión provocaría la corrosión de las membranas mucosas de la
boca, garganta y esófago.
Almacenamiento y manipulación:
• Evitar el contacto del ácido con el agua.
• Almacenar separado de carburos, cloratos, fulminatos, nitratos, metales en
polvo, materiales oxidantes y combustibles.
• Evitar el contacto con el ácido.
• Almacenar en un lugar aislado, no expuesto a la luz y bien ventilado.
• Almacenar en envases de fierro o polietileno, protegiéndolo de la humedad.
EL almacenamiento se debe de realizar en lugares ventilados, frescos y secos.
Lejos de fuentes de calor, ignición y de la acción directa de los rayos solares.
Separar de materiales incompatibles. Rotular los recipientes adecuadamente. No
almacenar en contenedores metálicos. No fumar en zonas de almacenamiento o
manejo por causa del peligro de la presencia de Hidrogeno en tanques metálicos
que contengan acido. Evitar el deterioro de los contenedores, se debe procurar
mantener cerrados los tanques cuando no estén en uso. Almacenar las menores
cantidades posibles. Los contenedores vacíos se deben separar del resto.
Inspeccionar regularmente la bodega para detectar posibles fugar o corrosión. EL
almacenamiento debe ser retirado de áreas de trabajo. El piso debe ser sellado
para evitar la absorción.
El almacenamiento se debe realizar en recipientes irrompibles y/o en
contenedores de acero inoxidable. La bodega de almacenamiento debe estar
provista con piso de concreto resistente a la corrosión.
Obtención de Biodiesel a partir del piñón mexicano e higuerilla
83
Características de subproductos
Glicerina
La glicerina se puede obtener por síntesis química a partir de materias primas de
origen petroquímico como el propileno, síntesis biológica mediante la fermentación
microbiana o como co-producto de varios procesos de transformación de los
aceites vegetales y las grasas animales (saponificación, hidrolisis y
transesterificacion).
En la transesterificacion de los aceites lo que finalmente se obtiene no es glicerina
pura, sino fase rica en ese componente, cuya pureza depende de la tecnología de
producción utilizada, por lo que debe procesarse, de tal modo que se obtenga un
producto con la pureza requerida en el mercado.
El glicerol es compatible con muchos otros compuestos químicos; es soluble en
agua y alcohol, pero no en hidrocarburos y esteres, presenta gran estabilidad bajo
condiciones normales de almacenamiento, no es toxico y es biodegradable. Lo
anterior, unido a sus propiedades físicas (incolor, inodoro y viscoso), hace que el
glicerol sea un compuesto de gran versatilidad y, en consecuencia, con múltiples
aplicaciones en diversas industrias, ya sea, como ingrediente o aditivo, o como
materia prima.
Obtención de Biodiesel a partir del piñón mexicano e higuerilla
84
Tabla 20 Características químicas del producto bruto
Componente Cantidad
Glicerol Mínimo 80%
Humedad Máximo 15%
Cenizas brutas Máximo 7.5 % (principalmente P y Na)
Metanol Máximo 0.5%
Materias orgánicas no glicerinosas Máximo 2%
pH
Densidad
Viscosidad
6.5
1,261 kg/m3
1.3923 kg/m*s
Obtención de Biodiesel a partir del piñón mexicano e higuerilla
85
2.3.2 INFORMACIÓN TÉCNICA SOBRE PRODUCTOS, PROCESOS Y PATENTES
PROCESOS QUÍMICOS PARA LA PRODUCCIÓN DE BIODIESEL.
Existen tres formas básicas de producir biodiesel:
• Transesterificación con catalizador básico de un aceite con metanol.
• Esterificación con catalizador ácido de un aceite con metanol.
• Conversión del aceite en ácidos grasos, y luego en metil ésteres por
catálisis ácida.
Aunque la transesterificación es la reacción más utilizada al nivel mundial, los
otros procesos se proponen para tratar aceites que contienen mayor porcentaje de
ácidos grasos. El uso de la catálisis acida sirve como pre-tratamiento de materia
base con alto contenido de ácidos grasos libres, pero la velocidad de reacción
para convertir triglicéridos a metil ésteres es muy lenta. La casi totalidad de los
metil esteres que se producen en la actualidad se hacen con el primer método de
transesterificación alcali-catalizada, porque este método es el más económico:
• Proceso con baja temperatura (60-70°C) y presión (1,3 bar).
• Gran rendimiento de conversión (98%) con reacciones laterales mínimas.
• Tiempo de reacción corto.
• La conversión en metil éster es directa, sin pasos intermedios.
• No se necesitan materiales de construcción exóticos.
La mayoría de los procesos para fabricar biodiesel utiliza un catalizador para
iniciar la reacción. Su uso es necesario porque el alcohol es escasamente soluble
en la fase aceitosa. El catalizador crea un aumento de la solubilidad para permitir
que la reacción se desarrolle a velocidad razonable. Los catalizadores básicos se
usan esencialmente en las plantas que procesan aceites vegetales porque estos
tienen generalmente un bajo contenido de ácidos grasos libres y de agua, los dos
siendo perjudiciales al buen desarrollo de la reacción de transesterificación. Así,
los catalizadores más utilizados son bases minerales fuertes tal como hidróxido de
Obtención de Biodiesel a partir del piñón mexicano e higuerilla
86
sodio o de potasio. Después de la reacción, estos catalizadores básicos deben
neutralizarse con ácidos minerales fuertes.
TRANSESTERIFICACIÓN CON CATALIZADOR BÁSICO DE UN ACEITE CON METANOL.
La transesterificación se basa en la reacción de moléculas de triglicéridos (el
número de átomos de las cadenas está comprendido entre 15 y 23, siendo el más
habitual de 18) con alcoholes de bajo peso molecular (metanol, etanol, propanol,
butanol) para producir ésteres y glicerina (que puede ser utilizada en cosmética,
alimentación, farmacia, etc.).
El contenido máximo de ácidos grasos libres aceptable con el proceso de
transesterificación es de 2%, lo mejor siendo inferior a 1%. La catálisis básica es
relativamente rápida porque el tiempo de residencia suele ser de 5 minutos a 1
hora, según la temperatura, la concentración, la mezcla y el ratio entre alcohol y
triglicérido. Los catalizadores que se ocupan usualmente son el hidróxido de sodio
NaOH, el hidróxido de potasio KOH y el metóxido de sodio (obtenido por mezcla
del metanol con NaOH).
La reacción de transesterificación básicamente convierte triglicéridos en biodiesel,
según la ecuación siguiente:
Aceite vegetal Metanol Catalizador Biodiesel Glicerina Catalizador
Ilustración 21 Reacción de transesterificacion
Obtención de Biodiesel a partir del piñón mexicano e higuerilla
87
Las típicas proporciones de productos utilizados en el proceso de fabricación del
biodiesel mediante transesterificación son:
• reactantes: aceite (100 kg)
• alcohol primario (10 kg, metanol)
• catalizador: base mineral (0,3 kg de hidróxido de sodio o potasio)
• neutralizante: ácido mineral (0,25 kg de ácido sulfúrico o clorhídrico).
MECANISMO QUÍMICO DE LA TRANSESTERIFICACIÓN.
En la siguiente figura, se explica químicamente el proceso de transformación de
una de las tres cadenas ácida de un triglicérido, el componente principal del aceite
vegetal, en un metil éster (biodiesel).
En el paso (a) de la reacción, el metanol (CH3OH) reacciona con el catalizador
básico (denominado X). R1 es el grupo alquilo que forma parte de la cadena del
ácido graso del triglicérido. En el paso (b) el radical cargado negativamente
(CH3O-) reacciona con el doble enlace del grupo carbonilo del triglicérido. En el
paso (c) se forma una molécula del éster alquílico (R1COO CH3) – en nuestro
caso especifico se trata del metil éster. En el paso (d) se regenera el catalizador
formándose un diglicérido. Los pasos (a) al (d) se repiten hasta la desaparición del
triglicérido con la formación del mono alquil éster y glicerina como productos
finales.
Obtención de Biodiesel a partir del piñón mexicano e higuerilla
88
Ilustración 22 Mecanismo químico de transesterificacion de un triglicérido
En la reacción de transesterificación se utiliza un catalizador para mejorar la
velocidad de reacción y el rendimiento final. Es importante destacar que sin él, no
sería posible esta reacción. Los catalizadores pueden ser ácidos homogéneos
(H2SO4, HCl, H3PO4, RSO3), ácidos heterogéneos (Zeolitas, Resinas Sulfónicas,
SO4/ZrO2), básicos heterogéneos (MgO, CaO, Na/NaOH/Al2O3), básicos
homogéneos (KOH, NaOH) o enzimáticos (Lipasas: Candida, Penicillium,
Pseudomonas). De todos ellos, los catalizadores que se suelen utilizar a escala
comercial son los catalizadores homogéneos básicos ya que actúan mucho más
rápido y además permiten operar en condiciones moderadas. En el caso de la
Obtención de Biodiesel a partir del piñón mexicano e higuerilla
89
reacción de transesterificación, cuando se utiliza un catalizador ácido se requieren
condiciones de temperaturas elevadas y tiempos de reacción largos, lo que limita
su interés.
Ilustración 23 Reacciones implicadas en la transesterificacion
ESTERIFICACIÓN CON CATALIZADOR ÁCIDO DE UN ACEITE CON METANOL.
Aunque los catalizadores ácidos pueden ser utilizados para transesterificación, se
considera generalmente que son demasiado lentos para una fabricación industrial
de biodiesel. Los sistemas con catálisis ácida se caracterizan entonces por una
velocidad de reacción baja y un requerimiento del ratio alcohol: triglicérido alto
(20:1 y más).
Obtención de Biodiesel a partir del piñón mexicano e higuerilla
90
Por esta razón, la reacción con catálisis acida se utiliza más comúnmente para la
esterificación de ácidos grasos libres (AGL) a ésteres o para convertir jabones a
ésteres, siendo una etapa de pre-tratamiento de materia base con alto contenido
de AGL. De este modo, este proceso se combina con la transesterificación de
manera a aprovechar el subproducto de ácidos grasos y producir asimismo
biodiesel. Dada la importancia de los ésteres se han desarrollado numerosos
procesos para obtenerlos. El más común es el calentamiento de una mezcla del
alcohol y del ácido correspondiente con ácido sulfúrico, utilizando el reactivo más
económico en exceso para aumentar el rendimiento y desplazar el equilibrio hacia
la derecha (esterificación de Fischer).
Ilustración 24 Esterificación de los AGL
Los catalizadores ácidos incluyen el ácido sulfúrico y el ácido fosfórico. El tiempo
de residencia de la mezcla en el reactor puede variar de 10 min a 2 horas. Al usar
ácido sulfúrico, este sirve tanto de catalizador como de sustancia higroscópica que
absorbe el agua formada en la reacción. A veces es sustituido por ácido fosfórico
concentrado. En la práctica este procedimiento tiene varios inconvenientes.
El alcohol puede sufrir reacciones de eliminación formando olefinas, esterificación
con el propio ácido sulfúrico o de formación del éter, y el ácido orgánico puede
sufrir decarboxilación.
Este proceso tiene varias características generales:
Puede ser en lote o continúo
Obtención de Biodiesel a partir del piñón mexicano e higuerilla
91
• La temperatura es de 200 a 250°C y las presiones superiores a 10 bar.
• Necesita un retiro continuo del agua (porque esta apaga el catalizador)
• Se necesita aceros resistentes al ácido
• El rendimiento alcanza 99% en sistemas de contra corriente
• Los AGL que no reaccionaron se pueden remover con un depilado cáustico.
La catálisis ácida no se utiliza en el proceso industrial de transesterificación por
ser lento e intensivo en consume de energía (para calendar y presionar la mezcla).
Después de esta esterificación, el aceite tratado para eliminar los AGL se puede
transesterificar para convertir los triglicéridos en biodiesel. La mezcla (agua,
jabones y aceite) es secada, saponificada y ésterificada con metanol utilizando
como catalizador un ácido inorgánico. El proceso necesita un gran exceso de
alcohol y el costo de recuperación de este alcohol determina la factibilidad de este
proceso.
CONVERSIÓN DEL ACEITE EN ÁCIDOS GRASOS, Y LUEGO EN METIL ÉSTERES POR CATÁLISIS ÁCIDA.
Este método tiene poca aplicación industrial pero se usa para aceite con alto
grado de AGL, como alternativa al proceso anterior. En vez de hacer una
esterificación de los ácidos grasos libres y luego una transesterificación de los
triglicéridos restantes en la mezcla, este proceso pretende transformar el resto de
triglicéridos en AGL y después se aplica esterificación ácida al aceite para formar
biodiesel. El proceso para transformar triglicéridos en AGL, con obtención de
glicerina como co-producto, se llama hidrólisis.
Figura 26: Hidrólisis del triglicérido en AGL
Para ser eficiente, el proceso de hidrólisis mezcla vapor de agua con los
triglicéridos. Las propiedades de la hidrólisis son:
Obtención de Biodiesel a partir del piñón mexicano e higuerilla
92
• Puede ser continuo o por lote
• Necesita aceros resistentes a los ácidos
• El rendimiento alcanza 99% en los sistemas de contra flujo
El proceso de hidrólisis se hace comúnmente en un reactor de contra flujo con uso
de vapor con ácido sulfúrico o sulfonico.
La segunda etapa consiste en una esterificación, generalmente a contra flujo, de
los ácidos grasos libres, donde los AGL se transforman en metil ésteres en
presencia de alcohol y con catálisis acida. Por fin, los ésteres se neutralizan y
secan. Esta reacción permite rendimientos de 99% pero el equipamiento
necesitara ser resistente a los ácidos. Sin embargo, la ventaja de este proceso es
el muy bajo costo de la materia base recuperada de procesos industriales como
grasa o aceites usados.
PROCESOS EN DESARROLLO
Proceso con co-solventes biox (sin catálisis)
Este proceso utiliza un co-solvente (tetrahidrofurano THF) para solubilizar el
metanol, cuya muy baja solubilidad en la fase de triglicérido disminuye mucho la
velocidad de reacción. Eso permite aumentar esta velocidad para obtener
biodiesel en 5 a 10 minutos y no tener residuos catalíticos en las fases de éster y
de glicerol. Se elige este co-solvente entre otros porque tiene un punto de
ebullición muy cerca al del metanol. Cuando se termine la reacción, el exceso de
metanol y THF se recuperan en una sola etapa. Este sistema necesita una
temperatura de funcionamiento relativamente baja, del orden de 30°C.
Los co-solventes pertenecen a la lista de contaminantes tóxicos del aire elaborada
por la EPA y por lo tanto requieren un equipamiento especial que garantice la
estanquidad del sistema, incluyendo la recuperación y reciclado de la mezcla
metanol co-solvente.
Obtención de Biodiesel a partir del piñón mexicano e higuerilla
93
Proceso en Condiciones Supercríticas (sin catálisis)
Un ejemplo de sistema sin catalizadores es el que utiliza un elevado ratio de
alcohol:aceite
(42:1). Bajo condiciones supercríticas (350 a 400ºC y P>80 atm) la reacción se
completa en 4 minutos. Los costos de instalación y de operación son más altos y
la energía consumida mayor. Este proceso da la posibilidad de reaccionar el aceite
con el metanol sin ayuda de un catalizador, lo que elimina la necesidad de lavar el
biodiesel por agua. Además, las altas temperatura y presión permiten
transesterificar el aceite sin tener que eliminar o convertir los ácidos grasos libres.
Aunque los resultados mediante este proceso son muy interesantes, el escalado
de estas instalaciones a nivel industrial puede ser por lo tanto más difícil.
PROCESOS INDUSTRIALES PARA LA PRODUCCIÓN DE BIODIESEL.
Proceso discontinuo
El método más simple para la producción de biodiesel es el uso de un reactor con
un agitador dentro del estanque donde tiene lugar la reacción. Se denominan
estos reactores "batch" por funcionar por lotes, donde la producción se hace en
forma discontinua. Se han reportado soluciones de alcohol-triglicérido de 4:1 a
20:1 (mol-mol). La soluciones 6:1 es el más comúnmente utilizado. Se trata de
reactores con agitación, donde el reactor puede estar sellado o equipado con un
condensador de reflujo. Las condiciones de operación más habituales son a
temperaturas de 65ºC, aunque rangos de temperaturas desde 25ºC a 85ºC
también han sido publicadas. El catalizador más común es el NaOH, aunque
también se utiliza el KOH, en rangos del 0,3% al 1,5%.
Describamos el funcionamiento del sistema "batch". Primero, se carga el aceite en
el sistema, y después el catalizador y el metanol. El sistema esta agitado durante
el tiempo de reacción y al final se corta la agitación.
En algunos procesos, se deja la mezcla que reaccionó reposar para iniciar una
separación entre glicerol y ésteres.
Obtención de Biodiesel a partir del piñón mexicano e higuerilla
94
En otros procesos, la mezcla se bombea hacia un estanque de decantación o se
separa en una centrifuga. El alcohol se remueve de ambos glicerol y éster
utilizando un evaporador o una unidad "flash" (alta temperatura, baja presión). Los
ésteres son neutralizados, lavados suavemente utilizando agua caliente levemente
ácida para remover las sales y el metanol residual, antes de secarlo. El biodiesel
final se manda a almacenamiento. Por otra parte, el flujo de glicerol se neutraliza y
lava con agua suave, antes de entrar a una etapa de refinación.
lava con agua suave, antes de entrar a una etapa de refinación.
Ilustración 25 Proceso "Batch"
Obtención de Biodiesel a partir del piñón mexicano e higuerilla
95
Proceso continuo
Consta de una serie de reactores continuos del tipo tanque agitado. Son los
llamados CSTR del inglés, Continuous Stirred Tank Reactor. Este tipo de
reactores puede ser variado en volumen para permitir mayores tiempos de
residencia y lograr aumentar los rendimientos de la reacción.
Así, tras la decantación de glicerol primario, la reacción en un segundo CSTR es
mucho más rápida, con un porcentaje del 98% de producto de reacción.
Un elemento esencial en el diseño de los reactores CSTR es asegurarse que la
mezcla se realiza convenientemente para que la composición en el reactor sea
prácticamente constante. Esto tiene el efecto de aumentar la dispersión del glicerol
en la fase éster, lo que hace que el tiempo requerido para la separación de fases
se incrementa.
Existen diversos procesos que utilizan la mezcla intensa para iniciar la reacción
de esterificación que se puede hacer por bombas o mezcladores fijos. Un ejemplo
de alternativa a los reactores CSTR es el reactor de flujo pistón, del inglés Plug
Flow Reactor (PFR). En vez de tener la reacción en un estanque con agitación, el
reactor es de tipo tubular y la mezcla de reacción se mueve longitudinalmente por
este tipo de reactores, con poca mezcla en la dirección axial. En este caso, la
reacción se comporta como si fueran pequeños reactores CSTR en serie.
Ilustración 26 Plug Flow Reactor y Reactor CSRT
Obtención de Biodiesel a partir del piñón mexicano e higuerilla
96
El resultado es un sistema en continuo que requiere tiempos de residencia
menores (del orden de 6 a 10 minutos) –con el consiguiente ahorro, para terminar
la reacción. Este tipo de reactor puede operar a elevada temperatura y presión
para aumentar el porcentaje de conversión.
PATENTES DE LOS PROCESOS EN LA OBTENCIÓN DE BIODIESEL.
Las patentes son documentos públicos donde los inventores detallan
procedimientos o dispositivos para resolver los problemas que se encuentran, en
cualquier campo de la técnica. A cambio los gobiernos les conceden el monopolio
de su explotación durante un número limitado de años.
No hay patentes de productos, como tal, de biodiésel, bioetanol o de ésteres
etílicos o metílicos, ya que son productos conocidos desde hace mucho tiempo y
de utilización común. Lo que se registra son procesos industriales para su
obtención, que mejoran los conocidos anteriormente, y otorgan a sus propietarios
una ventaja competitiva respecto a sus competidores. Igualmente el proceso de
transesterificación es bien conocido en la química orgánica, y sus principales
técnicas fueron registradas por Colgate-Palmolive-Peet y por E.I. duPont de
Nemours & Company entre los años 1942 y 1950, siendo 1945 donde se
patentaron los principales procesos para su obtención.
Obtención de Biodiesel a partir del piñón mexicano e higuerilla
97
Tabla 21 principales patentes que describen el proceso de obtención de biodiesel y glicerina
Patente Inventor Titular Titulo Año
US 2.360.844 Bradshaw
E.I. duPont de
Nemours &
Company
Preparation of
detergents 1944
US 2.383.579 Allen Colgate-
Palmolive-Peet
Process for
treating fats and
fatty oils
1945
US 2.383.580 Arrowsmith Colgate-
Palmolive-Peet
Treating Fatty
Materials 1945
US 2.383.581 Arrowsmith Colgate-
Palmolive-Peet
Process for
preparing fatty
materials
1945
US 2.383.596 Dreger Colgate-
Palmolive-Peet
Method of
treatement of
fatty glycerides
1945
US 2.383.601 Keim Colgate-
Palmolive-Peet
Treating fats and
fatty oils 1945
US 2.383.602 Keim Colgate-
Palmolive-Peet
Process of
treatemet of fatty
glycerides
1945
US 2.383.632 Trent Colgate-
Palmolive-Peet
Process of
treating fatty
glycerines
1945
US 2.833.614 Percy Colgate-
Palmolive-Peet
Treatrement of
fatty glycerides 1945
Obtención de Biodiesel a partir del piñón mexicano e higuerilla
98
2.3.3 SELECCIÓN DEL PROCESO O SISTEMA DE PRODUCCIÓN
El proceso elegido es el proceso discontinuo, ya que es el método más simple
para la producción de biodiesel, donde la producción se hace en forma discontinua
(lotes).
Este proceso es óptimo para la producción que se obtendrá que será de 7,897
litros por día. Por otra parte existen equipos para la producción de biodiesel que es
10, 000 litros diarios, con el paso del tiempo estos equipos tienen la facilidad de
aumentar su producción y se pueden ocupar con otro tipo de aceites ya se de
origen de vegetal o animal para la producción de biodiesel.
Obtención de Biodiesel a partir del piñón mexicano e higuerilla
99
2.3.4 DESCRIPCION DEL PROCESO
A continuación se describe brevemente de lo que se realizara durante la
producción de biodiesel:
Recepción de materias primas
Toda materia prima se almacenará esperando a ser procesada y/o ocupada, de la
misma forma se tiene que realizar pruebas de calidad.
Acondicionamiento de la semilla
Este acondicionamiento de la semilla se le da, ya que algunas semillas aun vienen
con impurezas, por otra parte se les tienen que dar un pre-acondicionamiento para
que estas puedan entrar a la extracción del aceite. El cual consiste reducir el
contenido de humedad de un 10 a un 2 % con la ayuda de un secador. En esta
etapa dependiendo del tipo de secador que se requiera para llegar al porcentaje
deseado se utilizara un secador que insufle aire caliente el cual determinara el
tiempo necesario de trabajo.
También por el tipo de semilla a utilizar en este proceso se tendrá que realizar un
descascarillado antes de entrar en la extracción, el cual también el tiempo será
determinado por la capacidad de la maquina a ocupar.
Extracción mecánica de aceite
Este proceso se encarga de triturar las semillas, en donde se utiliza algún tipo de
maquina de presión o prensa para extraer el aceite de las semillas. Actualmente
se encuentran disponibles diferentes tipos de tecnologías para la extracción. La
selección de la tecnología a utilizar consiste en encontrar un equilibrio entre el
nivel de complejidad aceptable, los costos de la tecnología y calidad requerida del
aceite.
Obtención de Biodiesel a partir del piñón mexicano e higuerilla
100
Transesterificacion
Es una reacción con triglicéridos (aceite vegetal) y metanol (alcohol) con la ayuda
de un catalizador (KOH) producen metil-esteres (biodiesel) y glicerina esta ultima
puede ser utilizada en cosmética, alimentación, farmacia, etc.
Dicha reacción se lleva acabo en reactores con agitación en el cual su duración
será de 2 horas a una temperatura de 60 °C.
Neutralización
Los ácidos grasos libres en el aceite vegetal pueden reaccionar con el catalizador
básico en presencia de agua, ocurriendo así mismo una reacción indeseable,
produciendo jabón. Esta reacción se considera parasita porque pone el catalizador
en una forma en que no contribuye a acelerar la reacción. Además, el exceso de
jabón puede inhibir el proceso posterior de biodiesel. En efecto, los jabones de
ácidos grasos libres tienden a solidificarse a temperatura ambiente así que una
mezcla de productos con exceso de jabón podría gelificar y formar una masa
media solida que seria difícil de remover.
Esta reacción se neutraliza agregando ácidos después de la transesterificacion la
cual se realiza en los mismos reactores con una duración de 2 horas.
Destilación y/o recuperación del metanol
Es necesario reciclar el metanol por que se agrega en exceso a la reacción para
apurarla y aumentar el rendimiento de conversión. El uso de este metanol de
nuevo en el proceso permite ahorrar en los costos de los insumos y evitar las
emisiones de metanol al ambiente.
Si el metanol se deja en el sistema al momento de separar las fases, el metanol
actúa como un estabilizador de fases, atrasando la velocidad de separación por
gravedad. Es ventajoso remover el metanol antes de la separación.
Obtención de Biodiesel a partir del piñón mexicano e higuerilla
101
La recuperación del metanol en este proceso se realizara en un evaporador que
trabajara a 80 °C para recuperar el 90 % de metanol el cual su punto de ebullición
es de 64.7 °C.
Centrifugación de biodiesel y glicerina
Una vez que la reacción se ha completado y el metanol ha sido removido, existen
dos productos principales: el metil ester (biodiesel) y el glicerol. Debido a la
diferencia de densidades entre la glicerina y el metil ester (biodiesel), los dos
pueden ser separados por gravedad o centrifugación. Cualquier capa difusa puede
ser reciclada o enviada a un tratamiento de efluentes.
Lavado de biodiesel
Los jabones serán removidos durante el lavado por agua y los ácidos grasos
quedaran en el biodiesel. El lavado por agua sirve para remover todo catalizador,
jabón, metanol o glicerol libre quedando biodiesel. Neutralizar antes de lavar
reduce el agua necesaria y minimizar la potencialidad de emulsiones durante el
lavado.
Centrifugación de biodiesel
El biodiesel aun puede contener agua, ya sea como agua disuelta o como gotitas
suspendidas. Es por eso necesario de prever sistemas de secado o centrifugación
para el almacenamiento seco de biodiesel. El agua suspendida es un problema en
los sistemas de inyección de combustible porque participa en la corrosión de las
piezas más finas y cerradas de los inyectores. El agua puede contribuir además al
desarrollo de microbios en el combustible.
Obtención de Biodiesel a partir del piñón mexicano e higuerilla
102
2.3.5 DIAGRAMA DE FLUJO
Recepción de materias primas
Acondicionamiento
de la semilla
Extracción
Mecánica
Aceite vegetal
Metanol
Trans-esterificación Catalizador
( KOH)
Neutralización Acido mineral (H2SO4)
Lavado biodiesel
Centrifugación biodiesel
Biodiesel al depósito
Centrifugación biodiesel/glicerina
Destilación metanol
Glicerina bruta
Obtención de Biodiesel a partir del piñón mexicano e higuerilla
103
2.3.6 DIAGRAMA ASME
Recepción de materias primas
Acondicionamiento
de la semilla
Extracción mecánica
Aceite vegetal
Metanol
Trans-esterificación
Catalizador (kOH)
Neutralización Acido mineral (H2SO4)
Lavado biodiesel
Centrifugación biodiesel
Biodiesel al depósito
Centrifugación biodiesel/glicerina
Destilación metanol
Glicerina bruta
Silos
Obtención de Biodiesel a partir del piñón mexicano e higuerilla
104
2.3.7BALANCES DE MATERIA Y ENERGIA
PARA LOS CANGILONES:
Para transportar los granos del silo hasta el secador se utilizan cangilones los
cuales utilizan un motor con una potencia de 0.26Hp que equivalen a 197.6Watts
este procesa 2Ton/hr si se transportaran 23.3Ton, se hace
2Ton----------------1hr
23.3Ton--------------X
X= 11.65hrs si por cada hora consume 197.6Watts se multiplica el tiempo por la
cantidad de Watts consumidos en 1hr y nos da:
11.65ℎ𝑟𝑠 197.6𝑤𝑎𝑡𝑡𝑠 = 2302.04𝑊𝑎𝑡𝑡𝑠 − ℎ𝑟 = 2.3𝐾𝑤-hr
Obtención de Biodiesel a partir del piñón mexicano e higuerilla
105
BALANCES DE MATERIA EL SECADOR DE SEMILLAS
Al proceso de secado de semillas entran 23.3 toneladas con un 10% de humedad,
estas contienen un 60% de aceite, en donde se elimina un 8% de agua,
obteniendo al final 21.4 toneladas de semillas con un 2% de humedad.
SECADOR
Agua (B)
21.4 Ton de
Semilla con 2%
De humedad (C)
23.3 ton de Semilla con Un 10%
humedad (A), 60% aceite
BMG
A=B+C
Balance % de solidos
A (XA) = B (XB) + C (XC)
A (0.9) = B (0) + C (0.98)
A (0.9) = C (0.98)
C =20.970.98
C=21.4 Toneladas de semilla con un 2% de humedad
B=A – C
B=23.3 – 21.4
Obtención de Biodiesel a partir del piñón mexicano e higuerilla
106
BALANCES DE ENERGÍA DEL SECADOR
Datos para determinar el volumen de aire caliente necesarios para evaporar un
8% de humedad presentes en las semillas.
1. Condiciones del aire del medio ambiente del municipio de Altamira,
Tamaulipas, México:
T° promedio anual = 30°C
HR = 85%
Y Humedad absoluta = 0.024 kg de agua
kg de aire seco
VE = 0.89𝑚!
𝑘𝑔 𝑑𝑒 𝑎𝑖𝑟𝑒 𝑠𝑒𝑐𝑜
2. Condiciones del aire seco
T° del bulbo seco = 45°C
Y Humedad absoluta = 0.030 kg de agua
kg de aire seco
VE = 0.91𝑚!
𝑘𝑔 𝑑𝑒 𝑎𝑖𝑟𝑒 𝑠𝑒𝑐𝑜
El aire del medio ambiente tiene una humedad relativa del 85% a una temperatura
de 30 °C lo cual indica que el aire es capaz de absorber un porcentaje de agua
muy bajo, así que es necesario elevar la temperatura del aire a 45 °C para obtener
Obtención de Biodiesel a partir del piñón mexicano e higuerilla
107
un aire capaz de absorber la mayor cantidad de agua de las semillas,
obteniéndose aire saturado con un 100% de humedad relativa.
Sacando las diferencias de la humedad absoluta tanto del aire del medio ambiente
como la del aire seco se tiene como resultado:
∆Y = 𝑌 ! − 𝑌!
∆Y = 0.030 kg de agua
kg de aire seco− 0.024 kg de agua
kg de aire seco
∆Y = 0.006 kg de agua
kg de aire seco
1 kg de aire−−−−0.006 kg de agua
x−−−−−−−−− 1,900 kg de agua
X = 316,666.67 kg de aire Seco necesario para poder eliminar los 1,900 kg de
agua.
Energía requerida para el secador:
Calor sensible del aire = m ∗ cp ∗ ∆T
Datos:
masa del aire = 316,666.67 kg
Cp = 1.0053kj
kg ∗ °C
∆T = 45− 30°C = 15°C
Obtención de Biodiesel a partir del piñón mexicano e higuerilla
108
Sustituyendo valores
Calor sensible del aire = 316,666.67 kg ∗ 1.005kj
kg ∗ °C ∗ 15°C
Calor sensible del aire = 4,775,175.05 !"!"#laboral del secador
La cantidad de kj que gasta el secador es convertida a kw para saber cuánta
energía se ocupara por hora (Considerando que el secador trabajara 14.5 horas
diarias):
En donde:
!!= watt
1 kw = 1,000 watt
1 dia laboral del secador = 14.5 hr
1 hora = 3,600 segundos
Energia requerida del secador = 4,775,175.05kjdia
lote por dia14.5 hr
Energia requerida en el secador = 4,775,175.05kj
14.5 hr1 hr3600 s = 91.47
kjs ó Kw
𝐄𝐧𝐞𝐫𝐠𝐢𝐚 𝐫𝐞𝐪𝐮𝐞𝐫𝐢𝐝𝐚 𝐞𝐧 𝐞𝐥 𝐬𝐞𝐜𝐚𝐝𝐨𝐫 = 𝟗𝟏.𝟒𝟕 𝐊𝐰 ∗ 𝟏𝟒.𝟓 𝐡𝐫𝐚𝐬 𝐝𝐞 𝐭𝐫𝐚𝐛𝐚𝐣𝐨
𝐄𝐧𝐞𝐫𝐠𝐢𝐚 𝐫𝐞𝐪𝐮𝐞𝐫𝐢𝐝𝐚 𝐞𝐧 𝐞𝐥 𝐬𝐞𝐜𝐚𝐝𝐨𝐫 = 𝟏,𝟑𝟐𝟔.𝟑𝟏 𝐤𝐰.𝐡𝐫
La energía necesaria para el secador será de 91.47 kw pero en esta etapa del
proceso el secador trabajara 14 .5 horas lo cual generara un mayor consumo de
energía el cual será de 1,326.31 Kw - hr para lograr el porcentaje de humedad
requerido en los granos para su mejor extracción de aceite.
Obtención de Biodiesel a partir del piñón mexicano e higuerilla
109
BALANCE DE MATERIA EN EL DESCASCARADO
En el descascarado entran 21.4 toneladas de semilla con cascara, con un 2 % de
humedad, donde se eliminan el 35 % respecto al peso total de la semilla,
obteniendo así un 13.91 toneladas de semilla sin cascara
DESCASCARADO
7.49Ton de cascara (D)
21.4 Ton de Semilla con Cascara con 2%
Humedad (C)
13.91 Ton
De almendra
(E)
BMG
C=D+E
Balance % de cascara
C (XA) = D (XD) + E (XE)
C (0.35) = D (1) + E (0)
C (0.35) = D (1)
D =7.491
D = 7.49 Toneladas de cascara
E = C - D
E = 21.4 – 7.49
Obtención de Biodiesel a partir del piñón mexicano e higuerilla
110
BALANCE DE ENERGÍA PARA LA DESCASCARILLADORAS
Se utilizaran tres secadores que procesan 800Kg/h si en total se procesaran
21400Kg de semilla que es lo de un lote de trabajo cada una de ellas procesara
7100Kg
800Kg-------------------1hr
7100Kg------------------- X
X= 8.9Hrs.
Si por cada hora este equipo gasta 2.05Kw y cada máquina trabajara 8.9Hrs se
consumirán:
2.05 𝐾𝑤 8.9ℎ𝑟 3 = 54.7𝐾𝑤 − ℎ𝑟
Los 54.7Kw-hr se consumirán en 8.9hrs por las tres descascarilladoras
Obtención de Biodiesel a partir del piñón mexicano e higuerilla
111
BALANCE DE MATERIA EN LA EXTRACCIÓN DE ACEITE
En el proceso de extracción de aceite entran 13.91 toneladas de semilla el cual
contiene un 60 % de aceite y salen 8.07 toneladas de aceite vegetal, en donde
hubo perdidas del 4.8 % de aceite el cual se queda en la torta residual.
EXTRACCION DE ACEITE
5.84Ton Torta residual (F)
13.91Ton de Almendra con 60% de aceite (E)
8.07Ton de
Aceite vegetal (G)
Balance Gral. En el extractor
E=F+G
Balance para % de aceite
E (XE)= F (XF) + G (XG)
E (0.6) = F (0.048) + G (1)
Balance para % de solidos
E (XE)= F (XF) + G (XG)
E (0.4) = F (0.952) + G (0)
E (0.4) = F (0.952)
F =5.5640.952
F = 5.84Ton de torta con un 4.8% de aceite
Retomando el balance Gral. Del extractor
E=F+G
G=E-F
G =13.91- 5.84
G = 8.07 Toneladas de aceite vegetal
Obtención de Biodiesel a partir del piñón mexicano e higuerilla
112
BALANCES DE ENERGÍA PARA LA EXTRACCIÓN DE ACEITE
Para esta operación se van a procesar 13.91Ton de almendra con un 60% de
aceite para lo cual se eligió trabajar con 3 prensas que trabajan 14Ton/24hrs. y
consumen 20Kw cada una.
Si dividimos el volumen que procesa entre las horas de trabajo este procesara:
14𝑇𝑜𝑛24ℎ𝑟𝑠 = 0.58𝑇𝑜𝑛 ℎ𝑟
Estas máquinas solo trabajaran 8hrs diarias por lo tanto procesaran:
0.58𝑇𝑜𝑛ℎ𝑟𝑟 8ℎ𝑟𝑠 = 4.64𝑇𝑜𝑛 𝑑𝑒 𝑎𝑙𝑚𝑒𝑛𝑑𝑟𝑎 𝑐𝑎𝑑𝑎 𝑢𝑛𝑎
Multiplicándola por las 3 máquinas obtenemos que procesaran todo el lote en
8hrs.
4.64𝑇𝑜𝑛 3 = 13.92𝑡𝑜𝑛 𝑒𝑛 8 ℎ𝑟𝑠 𝑐𝑜𝑛 𝑡𝑟𝑒𝑠 𝑚𝑎𝑞𝑢𝑖𝑛𝑎𝑠
Multiplicando las 8hrs por las 3 máquinas nos dan un total de 24hrs. estas
multiplicadas por el gasto de energía nos da un total de:
24ℎ𝑟𝑠 20𝐾𝑤 = 480𝐾𝑤 − ℎ𝑟 Para procesar un lote completo en la extracción
Para esta etapa del proceso se utilizaran bombas de desplazamiento positivo de
engranaje y de acero inoxidable ya que esta permite manejar fluidos de altas y
bajas viscosidades además son de fácil mantenimiento, operación confiable y alta
eficiencia. Esta será utilizada para llevar el aceite desde la extracción hacia la
transesterificacion. La cual tendrá una potencia de 0.5 hp y un gasto de energía de
297Watts en 20min que es lo que tardara en bombera el aceite desde el punto de
extracción hasta la transesterificacion los cálculos para determinar esto son los
siguientes:
Propiedades del aceite:
Densidad= ⍴ = 900𝐾𝑔/𝑚!
Obtención de Biodiesel a partir del piñón mexicano e higuerilla
113
Viscosidad= 𝜇 = 62𝑥10!!𝑃𝑎 ∙ 𝑠
∀= 𝑔𝑎𝑠𝑡𝑜 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑡𝑟𝑖𝑐𝑜
∀= 8.97𝑚!/20𝑚𝑖𝑛 Esto es lo que se bombeara y también se puede expresar en :
7.475x10-3 m3/s
Con un tubo de acero inoxidable de 2plg de diámetro Ø que son equivalentes a
0.0508m
𝑅𝑒 =DVρµ
𝑉 =∀A
𝐴 = 𝜋𝑟! 𝐴 = 𝜋0.0254! 𝐴 = 2.02𝑥10!!𝑚!
𝑉 =(8.97𝑚!/20min )2.02𝑥10!!𝑚!
𝑉 = 4440.59m/20min = 3.7𝑚/𝑠
𝑅𝑒 =(!.!"!#)(!.!!! )(!""!"
!! )
!"!!"!!
𝑅𝑒 = 2728.45
𝜖𝐷 =
0.000150.0508
=2.95x10-3
f′ =0.046 sacado de tablas
𝐸𝑓 = 𝑓′ !!
!!!
De donde D=diámetro; L= longitud del tubo
𝐸𝑓 = 0.046 !.!!
!!.!!"!.!"!#
Obtención de Biodiesel a partir del piñón mexicano e higuerilla
114
𝐸𝑓 = 35.81
𝐸𝑚 = 𝐿 𝑔 !!
!𝐸𝑓 Donde g= a la gravedad
𝐸𝑚 = 𝑍 𝑔 +𝑉!
2 + 𝐸𝑓
𝐸𝑚 = 5.778 9.81 +3.7!
2 + 35.81
𝐸𝑚 = 99.34
ᵯ=(⍴)(∀)
ᵯ=(900)(7.475x10-3)
ᵯ=6.7275
Potencia = 𝐸𝑚 ᵯ
Potencia = 99.34 6.7275
Potencia = 668.30 esta potencia es si el equipo trabajara al 100%, pero como
nuestras bombas trabajaran al 75%
%eficiencia = !"!#$%& !"#$"!%&'!"!#$%& !"#$%$!&'()(
energia suministrada =𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑎 𝑟𝑒𝑞𝑢𝑒𝑟𝑖𝑑𝑎
% eficiencia
energia suministrada =668.300.75
energia suministrada = 891.1J/S Esto equivale a 891.1 Watts
891.1 𝑤𝑎𝑡𝑡𝑠 !!"!"#!"##$
=1.17 Hp
Obtención de Biodiesel a partir del piñón mexicano e higuerilla
115
Esta potencia de la bomba es para el lote completo, pero como se utilizan tres
equipos se divide entre 3 y obtenemos:
1.17𝐻𝑝3 = 0.39𝐻𝑝
Por lo tanto cada equipo utilizara un bomba de 0.39Hp como no hay bombas de
esa potencia se utilizaran bombas de ½ Hp.
Obtención de Biodiesel a partir del piñón mexicano e higuerilla
116
BALANCE DE MATERIA EN LA TRANSESTERIFICACIÓN
Al proceso de Transesterificación entran 8.07 toneladas de aceite vegetal, así
mismo se introducen 0.8 toneladas de metanol y 0.05 toneladas de catalizador,
obteniendo 8.92 toneladas de aceite con metanol y catalizador.
TRANSESTERIFICACION
0.8 Ton de metanol (H)
8.07Ton de aceite
Vegetal (G)
8.92Ton (J) de aceite con metanol y catalizador
0.05ton de catalizador (I)
Por cada 1.03Ton de aceite vegetal se necesitan 102Kg de metanol y 6.2Kg de KOH. Para 8.07 toneladas de aceite se necesitan:
7.84 (102) = 799.68Kg de metanol
7.84 (6.2) = 48.61Kg de KOH
BALANCE EN EL TRANSESTERIFICACION
J=G+H+I
J=8.07+0.8+0.05
J= 8.92 Toneladas de aceite con metanol y catalizador
Obtención de Biodiesel a partir del piñón mexicano e higuerilla
117
BALANCE DE ENERGÍA
Calor sensible de la solución (Aceite + metanol+ Hidróxido de Potasio)
𝐸. 𝑟𝑒𝑞𝑢𝑒𝑟𝑖𝑑𝑎 𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑐𝑎𝑙𝑒𝑛𝑡𝑎𝑟 𝑙𝑎 𝑚𝑒𝑧𝑐𝑙𝑎 = 𝑄 𝑠𝑒𝑛𝑠𝑖𝑏𝑙𝑒 𝑑𝑒𝑙 𝑎𝑐𝑒𝑖𝑡𝑒 + 𝑄𝑠𝑒𝑛𝑠𝑖𝑏𝑙𝑒 𝑑𝑒𝑙 𝑚𝑒𝑡𝑎𝑛𝑜𝑙 + 𝑄 𝑠𝑒𝑛𝑠𝑖𝑏𝑙𝑒 𝑑𝑒𝑙 𝐾𝑂𝐻
• Calor sensible del aceite Datos: 𝑚 = 2,690 𝑘𝑔 (Esa cantidad es porque se ocuparan tres reactores)
𝐶𝑝 = 1.97𝑘𝑗𝑘𝑔°𝐶
∆𝑇 = 60− 30°𝐶 = 30°𝐶
Formula: Calor sensible del aceite = m ∗ cp ∗ ∆T
Calor sensible del aceite = 2,690kg ∗ 1.97kj
kg ∗ °C ∗ 30°C
𝐂𝐚𝐥𝐨𝐫 𝐬𝐞𝐧𝐬𝐢𝐛𝐥𝐞 𝐝𝐞𝐥 𝐚𝐜𝐞𝐢𝐭𝐞 = 𝟏𝟓𝟖,𝟗𝟕𝟗 𝐤𝐣
• Calor sensible del metanol Datos:
𝑚 = 266.66 𝑘𝑔(Esta cantidad es porque se ocuparan tres reactores)
𝐶𝑝 = 2.533𝑘𝑗𝑘𝑔°𝐶
∆𝑇 = 60− 30°𝐶 = 30°𝐶
Formula: Calor sensible del metanol = m ∗ cp ∗ ∆T
Calor sensible del metanol = 266.66kg ∗ 2.533kj
kg ∗ °C ∗ 30°C
𝐂𝐚𝐥𝐨𝐫 𝐬𝐞𝐧𝐬𝐢𝐛𝐥𝐞 𝐝𝐞𝐥 𝐦𝐞𝐭𝐚𝐧𝐨𝐥 = 𝟐𝟎,𝟐𝟔𝟑.𝟓 𝐤𝐣
Obtención de Biodiesel a partir del piñón mexicano e higuerilla
118
• Calor sensible del Hidróxido de Potasio Datos: 𝑚 = 16.66 𝑘𝑔(Esta cantidad es porque se ocuparan tres reactores)
𝐶𝑝 = 1.0075𝑘𝑗𝑘𝑔°𝐶
∆𝑇 = 60− 30°𝐶 = 30°𝐶
Formula: Calor sensible del metanol = m ∗ cp ∗ ∆T
Calor sensible del metanol = 16.66kg ∗ 1.0075kj
kg ∗ °C ∗ 30°C
𝐂𝐚𝐥𝐨𝐫 𝐬𝐞𝐧𝐬𝐢𝐛𝐥𝐞 𝐝𝐞𝐥 𝐦𝐞𝐭𝐚𝐧𝐨𝐥 = 𝟓𝟎𝟑.𝟓𝟒 𝐤𝐣
Sustituyendo esta ecuación:
𝐸. 𝑟𝑒𝑞𝑢𝑒𝑟𝑖𝑑𝑎 𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑐𝑎𝑙𝑒𝑛𝑡𝑎𝑟 𝑙𝑎 𝑚𝑒𝑧𝑐𝑙𝑎
= 𝑄 𝑠𝑒𝑛𝑠𝑖𝑏𝑙𝑒 𝑑𝑒𝑙 𝑎𝑐𝑒𝑖𝑡𝑒 + 𝑄𝑠𝑒𝑛𝑠𝑖𝑏𝑙𝑒 𝑑𝑒𝑙 𝑚𝑒𝑡𝑎𝑛𝑜𝑙 + 𝑄 𝑠𝑒𝑛𝑠𝑖𝑏𝑙𝑒 𝑑𝑒𝑙 𝐻𝑖𝑑𝑟𝑜𝑥𝑖𝑑𝑜 𝑑𝑒 𝑃𝑜𝑡𝑎𝑠𝑖𝑜
E. requerida para calentar la mezcla = 158,979kjdia+ 20,263.5
kjdia+ 503.54
kjdia
𝐄. 𝐫𝐞𝐪𝐮𝐞𝐫𝐢𝐝𝐚 𝐩𝐚𝐫𝐚 𝐜𝐚𝐥𝐞𝐧𝐭𝐚𝐫 𝐥𝐚 𝐦𝐞𝐳𝐜𝐥𝐚 = 𝟏𝟕𝟗,𝟕𝟒𝟔.𝟎𝟒 𝐤𝐣
Hasta este momento solo se ha calculado la energía requerida para calentar la
mezcla, pero aun falta calcular la energía requerida para calentar el reactor en
donde se realizara la transesterificacion, la temperatura inicial de la mezcla en el
reactor a 30°C ya que es la temperatura promedio de Altamira, Tamaulipas. En
donde la mezcla Dicho reactor consta de las siguientes características:
• Enchaquetado
• Construido con acero al carbón con un espesor de 5mm.
• Área de 13.57 m2
Obtención de Biodiesel a partir del piñón mexicano e higuerilla
119
Por lo tanto se ocupara la siguiente fórmula para calcular la energía requerida para
calentar el reactor:
E. requerida para calentar el reactor (q) = hc ∗ A ∗ ∆T
En donde:
hc = Coeficiente superficial de transmisión
A = Área del reactor
∆T = Diferencia de temperaturas
Datos:
hc = Este dato no se tiene por lo tanto se tendrá que determinar
A = 13.57 m2
T 1= 30 °C es la temperatura que tiene la mezcla
T 2= 120 °C es la temperatura que tiene el vapor
Calculando el coeficiente superficial de transmisión
El cual se determinara con la siguiente formula:
1ℎ𝑐 =
1ℎ𝑠 𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟 +
𝑥𝑘 +
1ℎ𝑠 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑚𝑒𝑧𝑐𝑙𝑎
1ℎ𝑐 =
1
10000 𝑗𝑚²𝑠⁰𝐶
+0.005𝑚
36 𝑗𝑚 𝑠 ⁰𝐶
+1
1700 𝑗𝑚²𝑠⁰𝐶
1ℎ𝑐 = 8.27𝑥10!!
ℎ𝑐 = !!.!"!!"!!
= 1209 𝑗
𝑚²𝑠⁰𝐶
1𝑘𝑗
1000 𝑗= 1.209
𝑗
𝑚²𝑠⁰𝐶
Obtención de Biodiesel a partir del piñón mexicano e higuerilla
120
Obteniendo el valor de hc se procede a realizar el calculo de la energía requerida
para el reactor:
q = hc ∗ A ∗ ∆T
q = 1209𝑗
𝑚!𝑠!𝐶 ∗ 13.57𝑚! ∗ 90!𝐶
q = 1476551.7js
1kj1000 j = 1476.55 kj
Realizando los cálculos anteriores se estimo la energía necesaria para el
calentamiento del reactor la cual corresponde a 1476.55 kj
Determinación de las pérdidas de calor al medio ambiente por convección natural:
q = hc ∗ A ∗ ∆T
Datos
Área= 13.57m2
Acero al carbón
Conductividad térmica (k)= 36 !! ! ⁰!
Espesor (x)= 0.005m
L= 2.13 m
A continuación se desarrollaran las ecuaciones para la determinación del hc para
el desarrollo de la formula q = hc ∗ A ∗ ∆T para determinar el calor perdido por las
paredes del reactor hacia el medio ambiente el cual se encuentra a una
temperatura de 30 ºC:
Determinación de Prantt:
Datos
Obtención de Biodiesel a partir del piñón mexicano e higuerilla
121
Cp= calor especifico del aire 1.005 !!" ⁰!
µ= viscosidad del aire 1.91x10!! !"!²
k= conductividad del acero al carbón 36 !! ! ⁰!
prantt (pr) =Cpµk = 1.005
jkg ⁰C
∗ 1.91x10!! Nsm²
÷ 36𝑗
𝑚 𝑠 ⁰𝐶
prantt = 5.33x10!!
Determinación de Grasshof:
Grasshof (Gr) =L³ ∗ ρ² ∗ g ∗ β ∗ ∆T
µ²
Donde
L = altura del reactor
ρ = densidad del aire
g = gravedad
β =175 =
175+ 273 =
1340 = 2.873𝑥10!!
∆T = diferencia de temperatura (120-30 ºC= 90 ºC)
µ = viscosidad del aire
Grasshof =2.13m ! ∗ (1.14 kgm!)² ∗ 9.81
ms ∗ 2.873𝑥10
!! ∗ 90⁰C
(1.91x10!! Nsm²)²
= 8.732x10!"
pr ∗ Gr = 5.33x10!! ∗ 8.732x10!" = 4.6x10! se encuentra en flujo laminar y por lo
tanto se utilizara la siguiente formula para determinara el hc:
Obtención de Biodiesel a partir del piñón mexicano e higuerilla
122
hc = 1.3 (∆TL )
!.!"
hc = 1.3 (90 ⁰C2.13 m)
!.!" = 3.314𝑗
𝑚!𝑠!𝐶
q = hc ∗ A ∗ ∆T
q = 3.314𝑗
𝑚!𝑠!𝐶 ∗ 13.57m² ∗ 90 ⁰C
q = 4047.38js
1kj1000j = 4.04
kjs3600 s1 hr = 14,544
kjhr
La energía que se pierde al medio ambiente es del orden de 14,544 !"!"
la cual se
pierde en toda el area del reactor que esta en contacto con el aire a su alrededor.
A continuación se realizara el cálculo de la energía total que se requiere en todo el
reactor, así como también la masa de vapor necesario para realizar la etapa de la
transesterificación.
λ = 2203kjkg a 120⁰C
qT = m vapor ∗ λvapor
qT = q sensible de la mezcla + q transferenecia de calor en el reactor + q conveccion natural
qT = 179,746.03kj+ 1476.55 kj+ 14,544 !"!"= 195,766.55 !"
!"
195,766.55kjhr = m vapor ∗ 2203
kjkg
Obtención de Biodiesel a partir del piñón mexicano e higuerilla
123
Despejando la masa de vapor de la formula anterior:
m vapor =195,766.55 kjhr2,203 kjkg
= 88.86kghr de vapor
La formula anterior nos muestra la cantidad de vapor necesario para llevar acabo
la transesterificación durante 1 hora de trabajo del reactor, pero este trabajara 2
horas para realizar adecuadamente las reacciones entonces el vapor necesario
será para un reactor:
88.86kghr ∗ 2 hr = 177.72 kg de vapor necsarios para 1 reactor
Pero se necesitaran 3 reactores para el proceso de transesterificación:
Entonces el vapor será:
177.72 kg ∗ 3 = 533.16 kg de vapor para toda la transesterificacion
El cálculo subsiguiente es para determinar los BHP necesarios para 1 reactor que
trabajara 2 horas:
195,766.55 !"!"
!"""#!"#
!"#!"## !
!"#$!!"#$
= 5.54 BHP
5.54 BHP ∗ 3 reactores = 16.62 BHP
Estos BHP nos sirven para determinar el tamaño de la caldera que se usara para
la producción del vapor requerido a la temperatura de 120 ºC para el desarrollo de
las reacciones en el proceso de transesterificación.
Balance de energía para el motor de agitación en el reactor de transesterificaion
Para este proceso se tomaron en cuenta 3 reactores con capacidad de 3500litros
por lote cada reactor consume para su agitación 9Kw la transesterificacion se lleva
a cabo en un tiempo de 2hrs, así que solo hay que multiplicar el tiempo por el
Obtención de Biodiesel a partir del piñón mexicano e higuerilla
124
consumo de energía por el número de reactores y obtendremos el consumo de
energía en este proceso:
9 𝑘𝑤 2ℎ𝑟 3𝑚𝑎𝑞𝑢𝑖𝑛𝑎𝑠 = 54𝐾𝑤 − ℎ𝑟
Balance de energía para las bombas que alimentaran el metanol a los reactores
En este proceso se utilizaran bombas centrifugas ya que estas bombas tienen una
gran holgura ofrecida al paso de fluidos, sus ventajas primordiales son su
simplicidad el bajo costo inicial, el flujo uniforme y el pequeño espacio necesario
para su instalación, será de acero inoxidable.
Para esta etapa del proceso se utilizaran 3 bombas con las características
anteriores y con una potencia de 0.5Hp y un gasto de energía de 83.2Watts en
10min que es el tiempo en el que se va a agregar el metanol al transesterificador.
Para determinar la capacidad y el gasto de energía se recurrió a realizar los
cálculos como en los cálculos realizados en el ejercicio de la página 112 con los
siguientes datos
Densidad= ⍴ = 791.8𝐾𝑔/𝑚!
Viscosidad= 𝜇 = 6.4𝑥10!!𝑃𝑎 ∙ 𝑠
∀= 𝑔𝑎𝑠𝑡𝑜 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑡𝑟𝑖𝑐𝑜
∀= 1.01𝑚!/10𝑚𝑖𝑛 Esto es lo que se bombeara y también se puede expresar en:
1.68x10-3 m3/s
Con un tubo de acero inoxidable de 2plg de diámetro Ø que son equivalentes a
0.0508m
Obtención de Biodiesel a partir del piñón mexicano e higuerilla
125
BALANCE DE MATERIA PARA EL NEUTRALIZADO
Al neutralizado se introducen 8.92 toneladas de aceite con metanol y catalizador,
así mismo se introducen 0.047 toneladas de acido, obteniéndose 8.97 toneladas
de aceite con acido, catalizador y metanol.
Por cada 1.03Ton de aceite se utilizan 6 Kg de acido por lo tanto:
(6Kg) (7.84) = 47.04Kg de acido.
Balance para el neutralizador
L=J+K
L=8.92+0.047
L=8.967
L=8.97 Toneladas de aceite con acido, catalizador y metanol
NEUTRALIZAR
0.047Ton de acido (K)
8.92Ton (J)
De aceite con
Metanol y
Catalizador
8.97Ton de aceite con
Acido, catalizador y
Metanol (L)
Obtención de Biodiesel a partir del piñón mexicano e higuerilla
126
BALANCE DE ENERGÍA PARA LA NEUTRALIZACIÓN
Este se llevara a cabo en los mismos reactores por lo tanto solo se tomara en
cuenta el gasto generado por el motor para la agitación. También tendrá una
duración de 2hrs.
9 𝐾𝑤 2ℎ𝑟 3𝑚𝑎𝑞𝑢𝑖𝑛𝑎𝑠 = 54𝐾𝑤 − ℎ𝑟
En esta etapa del proceso serán utilizados 26litros de ácido sulfúrico para todo el
lote de producción, como son tres reactores en los cuales se lleva a cabo el
proceso estos 26 se dividirán en los tres reactores por lo tanto se agregaran 8.7
litros en cada reactor, el cual será vertido de manera manual ya que si se hiciera
por medio de una bomba el valor obtenido seria despreciable por tal motivo se
decidió hacerlo de forma manual.
Al termino del neutralizado serán utilizadas tres bombas centrifugas para llevar la
solución de aceite-metanol-ácido sulfúrico y el catalizador a la destilación. La
potencia y el gasto de energía de la bomba obtenidos mediante los cálculos de la
pagina 112, fueron de 0.67Hp y un gasto de energía de 512.3Watts; pero como
son tres equipos utilizados estos resultados fueron divididos entre tres y se obtuvo
que se utilizaran tres bombas de 0.5Hp y tendrán un gasto de 170.8Watts por
30min que será el tiempo en que se transporte la solución hacia la destilación.
Los datos para realizar los cálculos son los siguientes:
Densidad= ⍴ = 880𝐾𝑔/𝑚!
Viscosidad= 𝜇 = 1.9𝑥10!!𝑃𝑎 ∙ 𝑠
∀= 𝑔𝑎𝑠𝑡𝑜 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑡𝑟𝑖𝑐𝑜
∀= 10.19𝑚!/10𝑚𝑖𝑛 Esto es lo que se bombeara y también se puede expresar en
5.66x10-3 m3/s
Con un tubo de acero inoxidable de 2plg de diámetro Ø que son equivalentes a
0.0508m
Obtención de Biodiesel a partir del piñón mexicano e higuerilla
127
BALANCE DE MATERIA PARA LA RECUPERACIÓN DE METANOL
En el proceso de recuperación de metanol entran 8.97 toneladas de aceite con
acido y metanol (biodiesel), en donde se va a recuperar el 90% de metanol
obteniendo así 8.25 toneladas de biodiesel
RECUPERACION DE METANOL
0.72Ton de metanol (M)
8.97Ton (L)
8.25Ton (N)
Balance General de Materia para recuperación de metanol
N=L+M
Se recupera el 90% de metanol si entraron 800Kg
(800)(0.90)=720Kg redondeando 720 Kg
N=8.97 – 0.77
N=8.25 Toneladas de biodiesel
Obtención de Biodiesel a partir del piñón mexicano e higuerilla
128
BALANCE DE ENERGÍA PARA LA RECUPERACIÓN DEL METANOL
Este equipo se empleara para realizar la evaporación del metanol y después
condensarlo mediante el uso de un intercambiador, el evaporador tendrá una
presión de 47.4 KPa para estar a una temperatura de 80 ºC para recuperar
totalmente el 90% del metanol.
𝑞𝑇 = 𝑄 𝑠𝑒𝑛𝑠𝑖𝑏𝑙𝑒 𝑑𝑒𝑙 𝑎𝑐𝑒𝑖𝑡𝑒 + 𝑄𝑠𝑒𝑛𝑠𝑖𝑏𝑙𝑒 𝑑𝑒𝑙 𝐾𝑂𝐻 + 𝑄 𝑠𝑒𝑛𝑠𝑖𝑏𝑙𝑒 𝑑𝑒𝑙 𝐻!𝑆𝑂! + 𝑄 𝑙𝑎𝑡𝑒𝑛𝑡𝑒𝑑𝑒𝑙 𝑚𝑒𝑡𝑎𝑛𝑜𝑙
𝑞𝑇 =m ∗ cp ∗ ∆T+m ∗ cp ∗ ∆T+m ∗ cp ∗ ∆T+m ∗ λ
Sustituyendo valores en la ecuación para determinar la energía necesaria en el
evaporador.
𝑞𝑇 = 8070 𝑘𝑔 ∗ 1.97kj
kg ∗ °C ∗ 50°C + 50kg ∗ 1.0075kj
kg ∗ °C ∗ 50°C + 47kg ∗ 1.381kj
kg ∗ °C ∗ 50°C + 800kg ∗ 1104kjkg
𝑞𝑇 = 794,895 𝑘𝑗 + 2518.75 𝑘𝑗 + 3245.35 𝑘𝑗 + 883,200 𝑘𝑗
𝑞𝑇 = 889,750.995 𝑘𝑗ℎ𝑟
Calculando los BHP necesarios para la caldera para abastecer de vapor al
evaporador:
𝑞𝑇 = 889,750.995 𝑘𝑗ℎ𝑟
1000j1kj
BTU1055 j
1BHP33475 = 25.19 BHP
Calculando la masa de vapor necesario para realizar la evaporación del metanol:
𝑞𝑇 =m vapor ∗ λ vapor
Obtención de Biodiesel a partir del piñón mexicano e higuerilla
129
m vapor =889,750.995 kjhr
2203 kjkg
= 403.88kghr de vapor a 120 ⁰C
Determinación de la energía necesaria en el intercambiador
Para realizar la condensación del metanol evaporado se utilizara un
intercambiador en el cual el vapor de metanol entrara con una temperatura de 80
ºC y se requiere bajar su temperatura a 15 ºC para obtener el metanol en estado
liquido, en el intercambiador se utilizara una salmuera de cloruro de sodio al 22%
la cual estará a una temperatura de 5ºC para ganar la mayor cantidad de calor.
Calculando la masa requerida de salmuera para bajar la temperatura del vapor de
metanol:
𝑄 𝑙𝑎𝑡𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒𝑙 𝑚𝑒𝑡𝑎𝑛𝑜𝑙 = 𝑄𝑠𝑒𝑛𝑠𝑖𝑏𝑙𝑒 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑠𝑎𝑙𝑚𝑢𝑒𝑟𝑎
m ∗ λ = m ∗ cp ∗ ∆T
720kghr ∗ 1104
kjkg = m ∗ 3.4
kj
kg ∗ °C∗ 15− 5!C
794,880 kj = m 34kjkg
m =794,880kj
34 kjkg
= 23,378.82 kg de salmuera
Determinación de la energía necesaria para el enfriamiento de la salmuera:
𝑄𝑠𝑒𝑛𝑠𝑖𝑏𝑙𝑒 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑠𝑎𝑙𝑚𝑢𝑒𝑟𝑎 =m ∗ cp ∗ ∆T
𝑄 𝑠𝑒𝑛𝑠𝑖𝑏𝑙𝑒 𝑠𝑎𝑙𝑚𝑢𝑒𝑟𝑎 = 23,378.82𝑘𝑔ℎ𝑟
∗ 3.4kj
kg ∗ °C∗ 15− 50C
𝑄 𝑠𝑎𝑙𝑚𝑢𝑒𝑟𝑎 = 794,879.88𝑘𝑗ℎ𝑟
1ℎ𝑟3600𝑠
= 220.79𝑘𝑗𝑠
ó 𝑘𝑤
𝑄 𝑠𝑎𝑙𝑚𝑢𝑒𝑟𝑎 = 220.79 𝑘𝑤 ∗ 1 ℎ𝑟 = 220.79𝑘𝑤 − ℎ𝑟
Obtención de Biodiesel a partir del piñón mexicano e higuerilla
130
Una vez concluida la destilación y recuperado el metanol se pasara a la centrifuga
para ello se necesitara 1 bomba centrifugas de acero inoxidable, para estimar el
gasto de energía y la potencia se realizaron los cálculos como en la página 112
solo que con los siguientes datos:
Densidad= ⍴ = 880𝐾𝑔/𝑚!
Viscosidad= 𝜇 = 1.9𝑥10!!𝑃𝑎 ∙ 𝑠
∀= 𝑔𝑎𝑠𝑡𝑜 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑡𝑟𝑖𝑐𝑜
∀= 9.37𝑚!/10𝑚𝑖𝑛 Esto es lo que se bombeara y también se puede expresar en
7.81x10-3 m3/s
Con un tubo de acero inoxidable de 2plg de diámetro Ø que son equivalentes a
0.0508m
y se obtuvieron los siguientes resultados de gasto de energía 805Watts y de
potencia 1.1Hp en esta etapa del proceso se utilizara únicamente 1 bomba debido
a que al momento de la centrifugación es solo una centrifuga la que se utiliza.
Obtención de Biodiesel a partir del piñón mexicano e higuerilla
131
BALANCES DE MATERIA PARA EL PROCESO DE CENTRIFUGACIÓN
En dicho proceso se introducen 8.25 toneladas de biodiesel, en donde se obtendrá
0.88 toneladas de glicerina y 7.37 toneladas de biodiesel.
CENTRIFUGACION
0.88Ton de glicerina (O)
8.25Ton (N)
7.37Ton de
Biodiesel (P)
Por cada 1.03 Ton de aceite se obtienen 112 Kg de glicerina
(7.84)(112)=878.08Kg de glicerina redondeando 880Kg
P = N - O
P= 8.25 – 0.88
P=7.37 Toneladas de biodiesel
Obtención de Biodiesel a partir del piñón mexicano e higuerilla
132
BALANCE DE ENERGÍA PARA LA CENTRIFUGACIÓN
Se trabajara con una centrifuga para eliminar la glicerina. La centrifuga que se
utiliza tiene una capacidad de 6000Lt/hr y consume 11Kw-hr nosotros haremos
pasar 9380Lts por ella por lo tanto:
6000Lts-----------------------1hr
9380Lts-------------------------X
X= 1.6hrs
Si consume 11Kw-hr solo multiplicamos el tiempo por el consumo y nos arroga el
consumo total para este proceso.
11 𝑘𝑤 − ℎ𝑟 1.6ℎ𝑟𝑠 = 17.6𝐾𝑤 − ℎ𝑟
En este proceso se consumen 17.6Kw-hr
Una vez extraída la glicerina se procede al lavado
Obtención de Biodiesel a partir del piñón mexicano e higuerilla
133
BALANCE DE MATERIA PARA EL PROCESO DE LAVADO
Se introducen 7.37 toneladas de biodiesel y se agrega el 10 % de agua con
respecto al peso total que se trae de biodiesel, en donde se obtendrá 8.11
toneladas de biodiesel con agua.
LAVADO
0.74Ton de agua (Q)
7.37 Ton de
Biodiesel (P)
8.11 Ton de
Biodiesel con agua (R)
10% de agua con respecto al peso total que se trae de biodiesel
(7.37)(.1) = 0.737 redondeando 0.74
Balance de materia
S=Q+R
S=7.37+0.74
S=8.11 Toneladas de biodiesel con agua
Obtención de Biodiesel a partir del piñón mexicano e higuerilla
134
BALANCE DE BALANCE DE ENERGÍA PARA EL LAVADO
Este se llevara a cabo en un tanque con agitación con una capacidad de 10,000
litros, el cual tendrá un motor de 11 kw, para efectos de cálculo de energía en esta
etapa solo se tomara en cuenta el gasto generado por el motor para la agitación. Tendrá una duración de 1 hr.
11 𝐾𝑤 1ℎ𝑟 = 11𝐾𝑤 − ℎ𝑟
Para esta etapa del proceso se tiene un tanque de agitación con capacidad de
10,000 litros al cual llegara la solución proveniente de la centrifuga y agua. Para lo
cual necesitaremos una bomba centrifuga con una potencia de 0.5Hp y un gasto
de energía de 305watts en 20 min que será el tiempo que se tardara en adicionar
el agua. Esto se calculó como en el ejercicio realizado en la página 112 con los
siguientes datos:
Densidad= ⍴ = 1,000𝐾𝑔/𝑚!
Viscosidad= 𝜇 = 0.87𝑥10!!𝑃𝑎 ∙ 𝑠
∀= 𝑔𝑎𝑠𝑡𝑜 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑡𝑟𝑖𝑐𝑜
∀= 0.74𝑚!/20𝑚𝑖𝑛 Esto es lo que se bombeara y también se puede expresar en
6.17x10-4 m3/s
Con un tubo de acero inoxidable de 2plg de diámetro Ø que son equivalentes a
0.0508m
Una vez realizado el lavado este se llevara hacia otra centrifuga la cual trabajara
con una potencia de 1.03Hp y tendrá un gasto de energía 783.17watts obtenido de
los cálculos correspondientes como en la página 112 con los siguientes datos:
Densidad= ⍴ = 880𝐾𝑔/𝑚!
Viscosidad= 𝜇 = 1.9𝑥10!!𝑃𝑎 ∙ 𝑠
∀= 𝑔𝑎𝑠𝑡𝑜 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑡𝑟𝑖𝑐𝑜
Obtención de Biodiesel a partir del piñón mexicano e higuerilla
135
∀= 9.22𝑚!/20𝑚𝑖𝑛 Esto es lo que se bombeara y también se puede expresar en
7.68x10-3 m3/s
Con un tubo de acero inoxidable de 2pulgadas de diámetro Ø que son
equivalentes a 0.0508m
BALANCE DE MATERIA PARA LA ELIMINACIÓN DE AGUA POR MEDIO DE CENTRIFUGA
En el proceso se introducen 8.11 toneladas de biodiesel con un 14.4 % de agua,
en donde se extraerá 1.16 toneladas de agua, para obtener 6.95 toneladas de
biodiesel con 0.05% de agua.
Balance General de secado
R= S + T
Balance del % de agua
R (XR) = S (XS) + T (XT)
Se va a realizar una extracción hasta dejarlo con un 0.05% de agua
CENTRIFUGA
1.16 ton. de agua (S)
8.11Ton de
biodiesel con agua. Contiene el 14.4 % de agua
(R)
6.95 Ton de
biodiesel final (T)
Obtención de Biodiesel a partir del piñón mexicano e higuerilla
136
R (0.856) = S (0) + T (0.9995)
R (0.856) = T (0.9995)
T =6.950.9995
T= 6.95 toneladas de biodiesel final
S= R-T
S= 8.11-6.95
S=1.16 toneladas de agua
Densidad del biodiesel =880 kg/m3
6.95 ton de biodiesel = 6,950 kilogramos de biodiesel
1 Barril = 159 litros
𝛿 =𝑚v
Donde:
δ = Densidad
m= masa
v= volumen
Despejando volumen se obtiene la siguiente formula:
𝑣 =𝑚δ
𝑣 =6,950 𝑘𝑔 𝑚!
880 kg
v = 7.897 m3
Obtención de Biodiesel a partir del piñón mexicano e higuerilla
137
Si:
1 m3 = 1000 litros
Entonces:
7.897𝑚! ∗ 1000 𝑙𝑖𝑡𝑟𝑜𝑠1 𝑚!
Se obtienen 7,897 litros de biodiesel
7,897 𝑙𝑖𝑡𝑟𝑜𝑠 ∗ 1𝑏𝑎𝑟𝑟𝑖𝑙159 litros
Se obtienen 49.7 barriles de biodiesel
BALANCE DE MATERIA PARA LA ELIMINACIÓN DE AGUA POR MEDIO DE CENTRIFUGA
Aquí nuevamente se utiliza una centrifuga con capacidad de 6000Lts/hr con un
consumo de 11Kw-hr solo que aquí en lugar de extraer glicerina se extrae agua,
por lo cual el volumen que entra a la centrifuga es diferente.
Entran 8.11Ton =9010Lts.
6000Lts-------------------------1hr
9010Lts--------------------------X
X=1.5hr
Por lo tanto multiplicamos el tiempo por el consume de energía por hora y
obtendremos el consume total de energía:
11 𝐾𝑤 − ℎ𝑟 1.5ℎ𝑟𝑠 = 16.5𝐾𝑤 − ℎ𝑟
Se consumen 16.5Kw-hr para este proceso.
Obtención de Biodiesel a partir del piñón mexicano e higuerilla
138
Tabla 22 Consumo de energía eléctrica
Equipo Consumo de energía
Precio
($ kw-hr)
Total de energía (kw-hr)
Costo total $
Reactores Energía eléctrica $ 1.4 54 $ 76
Secador de granos Energía eléctrica
$ 1.4 1,326.31 $ 1,856.
Decantador-centrifuga (Separacion de biodiesel y glicerina)
Energía eléctrica $ 1.4 17.6 $ 25
Decantador-centrifuga (Separacion de biodiesel y agua)
Energía eléctrica $ 1.4 16.5 $ 23
Tanque de agitación
Energía eléctrica $ 1.4 11 $ 15
Descascarilladora Energía eléctrica $ 1.4 54.7 $ 77
Prensa de extracción de aceite
Energía eléctrica $ 1.4 480 $ 672
Cangilones Energía eléctrica $ 1.4 2.3 $ 3
Costo de bombas Energía eléctrica $ 1.4 2.78 $ 4
Gasto total por día $ 2,751
Obtención de Biodiesel a partir del piñón mexicano e higuerilla
139
CONSUMO DE GAS LP EN LA CALDERA
Para la obtención de biodiesel se requiere una caldera de 40 BHP de potencia,
consumiendo 35.5 kg por hora de gas lp, el costo del gas lp es de $5.42. La
caldera se ocupara cuatro horas en todo el dia, por lo tanto el costo total del gas
será de $770 pesos diarios.
SERVICIOS AXULIARES
Tabla 23 Servicios auxiliares
Descripción Costo total por día $
Energía (Luz) 2,751
Gas lp 770
Total 3,521
Obtención de Biodiesel a partir del piñón mexicano e higuerilla
140
2.3.8 SELECCIÓN DE MAQUINARIA Y EQUIPO
Secadora de granos
Especificaciones
• Energía del motor 8.5 KW
• Capacidad 10 T/batch
• Menos contenido de agua uniforme en los granos
secos (≤2%)
• Precio $ 428,858
Tanque de agitación
Especificaciones
• Con fondo cónico
• De acero inoxidable
• Control variable de velocidad
• 9,500 litros
• Motor y agitador tipo propela
• Precio $ 167,071
Cisterna para agua
Especificaciones
• Capacidad de 22, 000 litros
• Recubierta antibacterial
• Interior de color blanco que permite ver la
cantidad y claridad del agua almacenada
• Bomba centrifuga de ½ caballo (Hp)
• Precio $ 45,065
Obtención de Biodiesel a partir del piñón mexicano e higuerilla
141
Descascarilladora
Especificaciones
• Capacidad de 300-800 Kg/hr.
• Potencia eléctrica 2.05 Kw
• Porcentaje de descascarado del 90-98%
• Precio $ 207,600
Prensa para extracción de aceite
Especificaciones
• Capacidad 14-17 T/día
• Potencia eléctrica 18.5-22 Kw/hr.
• Operación simple y automática
• Precio $ 51,960
Reactor
Especificaciones
• Manufacturado en acero al carbón
• Potencia del motor 7.5 Kw
• Capacidad 3600 litros
• Rotación de 48 RPM
• Precio $ 427,725
Obtención de Biodiesel a partir del piñón mexicano e higuerilla
142
Decantador centrifugo
Especificaciones
• Potencia de motor 11 Kw
• Rotación máxima 4100 RPM
• Capacidad 6000 L/hr.
• Precio $ 483,462
Silos
Especificaciones
• Acero Galvanizado
• Silo de fondo cónico
• Capacidad de 525 m3
• Precio $ 504,118
Bomba centrifuga de acero inoxidable
Especificaciones
• Potencia de ½ caballo (Hp)
• Resistente a la corrosión
• Resistente al congelamiento
• Flujo de 550 l/min
• Precio $2,885
Obtención de Biodiesel a partir del piñón mexicano e higuerilla
143
Bomba centrifuga de acero inoxidable
Especificaciones
• Potencia de 1½ caballo (Hp)
• Resistente a la corrosión
• Resistente al congelamiento
• Flujo de 550 l/min
• Precio $ 7,870
Bomba de desplazamiento positivo
Especificaciones
• De acero inoxidable
• Transfiere líquidos de alta viscosidad
• Potencia de ½ caballo (Hp)
• Flujo 3, 500 l/hr
• Precio $ 10,000
Transportador de granos
Especificaciones
• Capacidad: 2 ton/hr
• Potencia de motor transportador: ½ caballo (Hp)
• Material de fabricación: acero al carbón
• Control de dirección de descarga
• Precio 8,714
Obtención de Biodiesel a partir del piñón mexicano e higuerilla
144
Evaporador de simple efecto
Especificaciones
• Apto para la recuperación de alcoholes
• Capacidad de evaporación 1000 kg/hr
• Hecho en acero inoxidable
• Precio 350,000
Caldera
Especificaciones
• Potencia 40 BHP
• Utiliza gas LP o Diesel
• Consumo de gas LP 35.5 kg/hr
• Consumo de diesel 44 L/hr
• Forro en acero inoxidable
• Precio 50,000
Tanques de almacenamiento
Especificaciones
• Capacidad de 40,000 litros
• Hechos de acero al carbón
• De forma horizontales
• Precio 37,850
Obtención de Biodiesel a partir del piñón mexicano e higuerilla
145
2.3.9 DISEÑO DE LOS SISTEMAS DE MANEJO Y TRANSPORTE DE MATERIALES
Para el transporte de los granos se emplearan elevadores de cangilones para
trasladar los granos de los silos al área de proceso.
El Hidróxido de potasio será adquirido en bultos de 25 kg los cuales serán
trasladados por lo trabajadores de la empresa del almacén hacia el área de
proceso.
El acido Sulfúrico, metanol y aceite vegetal serán transportados por tuberías
desde los tanques de almacenamiento hasta los diferentes puntos del área de
proceso en donde se requieran. Así mismo el biodiesel se transportara de la
misma manera.
2.3.10 DISTRIBUCIÓN DE PLANTA
La distribución de la planta se presenta en los anexos
2.3.11DISTRIBUCIÓN DEL EQUIPO EN EL ÁREA DEL PROCESO
La distribución del equipo en el área del proceso se presenta en los anexos
2.3.12 ESPECIFICACIONES DE LA OBRA CIVIL
Se evaluara la topografía del terreno y en base en los resultados se tomaran las
medidas adecuadas para el acondicionamiento, la cual, la firmeza del suelo,
cimentaciones y estructura, deberá tener una resistencia que pueda soportar el
peso de la maquinaria y equipo, así como también el material de construcción
deberá de resistir incendios y condiciones climatológicas severas.
De esta manera las principales características de la construcción serán:
• Paredes: Estarán hechas de termo-block, ya que es un elemento
constructivo con excelentes características de aislamiento térmico y
Obtención de Biodiesel a partir del piñón mexicano e higuerilla
146
ligereza. Es resistente al fuego, se puede taladrar y serruchar sin romperse,
es hueco por dentro lo cual le da las propiedades de aislamiento.. los
acabados interiores serán lisos, las uniones de paredes serán curvas, para
que no se acumule suciedad entre ellas.
• Techos: los muros serán de estructura metálica, con polín los cuales les
brindara apoyo a la cubierta, esta ultima serán de cubiertas de panel
aislado (laminas metálicas en ambas caras, en su interior contienen
espuma de poliuretano.
Será en dos aguas para que allá una buena iluminación dentro de las
instalaciones.
• Pisos: se les aplicará una capa de hormigón con un espesor de 10
centímetros al mismo tiempo se nivelara la superficie. Por otra parte se le
aplicara un revestimiento poliuretánico de 6 milímetros que protegerá al
hormigón contra agentes químicos, abrasión, impacto y de choques
térmicos.
• Puertas: serán puertas batientes, las cuales son ideales por que su
apertura es de vaivén. Pueden estar constituidas por materiales de plástico,
aluminio y acero inoxidable.
• Ventanas: estarán en la parte superior con altura en el área de proceso y
baños, en las oficinas estas se ubicaran en la parte de en medio hechas de
aluminio en color blanco con cristales transparentes con un espesor de 5
milímetros, en los baños se utilizara micas opacas. Todas las ventanas
serán corredizas.
• Iluminación: se utilizaran lámparas fluorescentes rectas, las cuales brindan
una alta eficiencia luminosa e índice de rendimiento de buen color. Esto tipo
de lámparas les brindara una iluminación adecuada a los operarios.
Obtención de Biodiesel a partir del piñón mexicano e higuerilla
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• Instalaciones sanitarias: La construcción contemplará baños para
hombres y mujeres, estos mismos deberán de contar con agua potable,
drenaje, inodoros, lavamos y mijitorios (baño para hombres.) y vestidores.
Los acabados serán con pisos de cerámica anti-derrapantes.
• Almacenes: Estos se encontraran cerca del área de proceso para reducir
el tiempo de movimiento de materias primas y producto terminado.
• Tuberías: Estas irán en la parte superior del área de proceso, cada tubería
se identificara con un color, este dependerá del tipo de material que se este
transportando (biodiesel, gas, vapor, agua, aceite vegetal).
Obtención de Biodiesel a partir del piñón mexicano e higuerilla
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2.3.13 PROGRAMACIÓN DE LA CONSTRUCCIÓN, INSTALACIÓN Y PUESTA EN MARCHA DE LA PLANTA
Tiene como objeto aprovechar al máximo los recursos económicos, humanos y el
tiempo, es por ello que se deben de sincronizar todos los recursos antes
mencionados. De esta manera se podrá:
• Establecer el programa de inversiones
• Estimar el tiempo requerido para construir, instalar y poner en marcha la
planta.
• Prever los problemas que pudieran presentarse
• Permitir una continuidad entre la planta de instalación y operación de la
planta.
Para poder realizar la programación de actividades se elaboro el diagrama de
Gantt, el cual se presentara a continuación:
Obtención de Biodiesel a partir del piñón mexicano e higuerilla
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