BALNCE MASICO Y ENERGETICO DE PROBLEMAS AMBIENTALES

EVALUACIÓN FINAL

DAISSY JANETH SIERRA BARRERA

Código: 37.577.716

GRUPO: 358081_80

TUTOR

CLAUDIA PATRICIA DÁVILA

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y DISTANCIA UNAD

ESCUELA DE CIENCIAS AGRÍCOLAS, PECUARIAS Y DEL MEDIO AMBIENTE

PROGRAMA DE INGENIERÍA AMBIENTAL

DICIEMBRE DE 2014

DESCRIPCIÓN DEL DIAGRAMA DEL PROCESO

En las lagunas de una planta de tratamiento de aguas residuales, el exceso de nitrógeno y

fosforo en el agua, hace que crezca una maleza compuesta por algas, esta maleza es

perjudicial porque restringe el paso de la luz solar necesario para la fotosíntesis, además de

impedir el intercambio de CO2 y oxígeno, por lo cual debe ser removida y se define como un

residuo del proceso de tratamiento de aguas residuales.

El consorcio en el que usted labora ha sido contratado para aprovechar esta maleza en la

obtención de algún producto de valor, y propone aprovechar la maleza húmeda y transformarla

en un biocombustible (biodiesel), para lo cual usted debe diseñar un proceso de producción de

biodiesel a partir de la maleza, con el fin de cumplir el objetivo.

El proceso que se utilizara para la transformación de la maleza húmeda biocombustibles es:

1. Secado en tambor rotatorio: a través de esta tecnología se pretende diseminar la maleza

húmeda sobre una gran superficie para la transferencia de calor y masa y proporcionar

un medio eficaz de recogida de la maleza seca. Es un proceso con una eficiencia del

100%.

2. Extracción de aceite a través de la tecnología de secreción directa del aceite. El aceite

se extrae de la maleza seca con una eficiencia del 93% y no requiere ningún tipo de

insumo de entrada.

3. La purificación del aceite se realizara a través de la decantación: el aceite extraído de la

maleza seca se deja decantar por un período no menor a 8 horas. A partir de la

diferencia de densidad, se obtiene una corriente pesada (residuos de aceite) y otra

liviana (aceite). Es un proceso con una eficiencia del 100%.

4. La corriente liviana se llevará a un hidrotatamiento donde se pone en contacto con un

gas rico en hidrógeno en presencia de un catalizador a altas temperaturas y presiones,

lo que permite mejorar la calidad del biodiesel debido a las exigencias como producto

terminado para su comercialización. Es un proceso con una eficiencia del 100% y

requiere de la entrada de un gas rico en hidrogeno.

5. Finalmente se purifica el biodiesel por decantación. Es un proceso con una eficiencia del

100%. Se obtiene una corriente pesada (glicerina) y otra liviana (biodiesel).

Etapa 0. Materia Prima Etapa 1.

Secado

Etapa 2. Extracción de

aceite

Etapa 3. Purificación de

aceite

Etapa 4. Transformación

de aceite

Etapa 5. Purificación de

biodiesel Maleza de PTAR

Tecnologías Seleccionadas

Secado en tambor rotatorio

Secreción directa de

aceite Decantación Hidrotratamiento Decantación

DIAGRAMA DE FLUJO DETALLADO

El diagrama de flujo consta de cinco (5) procesos secado, extracción de aceite, purificación de

aceite, transformación de aceite y purificación del biodiesel.

La entrada del proceso de secado es la maleza húmeda obtenida en la PTAR y las salidas son

vapor de agua como material de desecho y maleza seca y residuos de agua, que a su vez son

las entradas del proceso de extracción de aceite cuyas salidas son aceite y residuos de maleza,

los cuales son insumos del proceso de decantación donde se desecha residuos pesados de

aceite y maleza, y se obtiene como insumo para el proceso de transformación del aceite

purificado. El proceso de hidrotratamiento requiere adicionar un gas rico en hidrogeno que

permitiendo que el aceite purificado se transforme en biodiesel con residuos de aceite que son

las entradas del proceso de purificación del biodiesel. Finalmente se obtiene como producto

biodiesel purificado y como material de desecho residuos de aceite.

TABLA DE RESULTADOS DEL BALANCE DE MATERIA DEL PROCESO

Tecnología Eficiencia Entradas

adicionales

Masa de adicionales

(kg/hora)

Secado en tambor rotatorio 100% Ninguna 0

Secreción directa de aceite 93% Ninguna 0

Decantación 100% Ninguna 0

Hidrotratamiento 100% Hidrogeno 720

Decantación 100% Ninguna 0

BALANCE DE MATERIA POR ETAPA

Etapa Nombre de la

corriente Componente

de la corriente

Flujo másico del

componente (kg/hora)

% del total Flujo total de la

corriente (kg/hora)

Etapa 1. Secado

Entrada Maleza Húmeda

Maleza 7200 90% 8000

Agua 800 10%

Salida 1.1. Vapor Agua 7200 100% 7200

Salida 1.2. Maleza Seca 800 100% 800

Etapa 2. Extracción de aceite

Entrada Maleza Seca

Maleza 800 100% 800

Salida 2.1. Aceite 148,8 18,6% 148,8

Salida 2.2.

Residuos Maleza

56 7,0%

651,2 Aceite no extraído

595,2 74,4%

Etapa 3. Purificación de aceite

Entrada Aceite Extraído

Aceite 148,8 100,00% 148,8

Salida 3.1. Aceite

Purificado 148,8 100% 148,8

Etapa 4. Transformación de aceite

Entrada Aceite Purificado

Aceite Purificado

148,8 17,1% 868,80

Entrada Hidrogeno

Hidrogeno 720 82,9%

Salida 4.1. Biodiesel 148,8 17,1%

868,80 Salida 4.2.

Residuo Hidrogeno

720 82,9%

Etapa 5. Purificación de biodiesel

Entrada Biodiesel

Biodiesel 148,8 100% 148,8

Salida 5.1. Biodiesel Purificado

148,8 100% 148,8

BALANCE DE ENERGÍA

BALANCE DE ENERGIA DEL PROCESO

Etapa

Flujo másico del

componente (kg/hora)

T1(K) T2(K) Cp (Kj/Kg K) Calor

Q

Etapa 1. Secado

Salida 1.1. Vapor Agua 7200 298 373 1,84 993600

Salida 1.2. Maleza Seca 800 298 373 4,18 250800

Etapa 2. Extracción de aceite

Salida 2.1. Aceite 148,8 373 298 2 22320

Salida 2.2.

Residuos Maleza

56 373 393 4,18 4681,6

Aceite no extraído

595,2 373 393 2 23808

Etapa 3. Purificación de aceite

Salida 3.1. Aceite

Purificado 148,8 393 298 2 28272

Etapa 4. Transformación de aceite

Salida 4.1. Biodiesel 148,8 298 423 2,2 40920

Salida 4.2. Residuo

Hidrogeno 720 298 423 14,267 1284030

Etapa 5. Purificación de biodiesel

Salida 5.1. Biodiesel Purificado

148,8 423 298 2,2 40920

JUSTIFICACIÓN DE LA RUTA ESCOGIDA

La ruta escogida para la obtención de biodiesel a partir de maleza húmeda permite obtener la

mayor eficiencia debido a que las tecnologías utilizadas en cada una de las etapas ofrecen un

porcentaje de eficiencia entre el 93% al 100% por tanto no se está desperdiciando insumos en

cada uno de los procesos. El 80% de las tecnologías utilizadas no requieren de entradas

adicionales por tanto representa una reducción de costos en el proceso productivo y el adicional

que se emplea en el 20% de las tecnologías utilizadas es hidrógeno gaseoso, usando

catalizadores, alta temperatura y presión.

La inversión que se debe realizar en el montaje del proceso productivo es relativamente

económica y las tecnologías utilizadas en cada uno de los procesos se encuentran al alcance

de cualquier tipo de organización. Las tecnologías utilizadas en las diferentes etapas del

proceso productivo generan poco material de desecho por tanto no representa un impacto

ambiental grave adicional se minimizan los vertimientos que pueden afectar las fuentes hídricas

y el suelo. Adicional se puede dar uso a los residuos de maleza que se obtiene en el proceso de

extracción de aceite y el vapor de agua obtenido en la etapa de secado se puede utilizar para

generar energía a algún proceso productivo.

La eficiencia térmica del proceso productivo es alta dado que la cantidad de calor que se utiliza

en las diferentes etapas del proceso productivo está en un rango de 4681,6 Kj a 1284030 kJ lo

que demuestra que se puede obtener una autosuficiencia energética a través del uso de

biodiesel generado.

CONCLUSION

Realizando este trabajo puedo llegar a la conclusión que las etapas que fueron seleccionadas

cumplen con un patrones importantes tanto para el medo ambiente como para la obtención del

biodiesel, es una técnica amigable con el ambiente, adicional se extrae la gran parte de la

maleza y no se obtienen tantos residuos, dando un buen porcentaje de biodiesel.

Esto también nos enseñó que en un proceso se debe buscar las mejores técnicas para la

extracción de cualquier producto a trabajar.

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González, Ángel, Alexander Guzmán, andViatcheslav Kafarov. "Evaluación of Different Routes

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Antioquia , (51), 87-96. Tomado de: http://congreso.pucp.edu.pe/cibim8/pdf/06/06-16.pdf

Material para revisar de balance de energía tomado el 22 de noviembre de 2014

http://datateca.unad.edu.co/contenidos/358081/contenido_/BALANCES_DE_ENERGIA.pdf

Información sobre métodos de

extracción: http://www.uac.edu.co/images/stories/publicaciones/revistas_cientificas/prospectiva/

volumen-7-no-2/articulo6-v7n2.pdf