obtencion del aceite de higuerilla

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INSTITUTO TECNOLOGICO SUPERIOR DE XALAPA UNIVERSIDAD TECNOLOGICA DE LA TIERRA CALIENTE “OBTENCION DEL ACEITE DE LA HIGUERILLA” ALVAREZ CHAVEZ JOSE MARTIN HERNANDEZ CARDONA ARELI JULIO ECHEVERRIA CRISTIAN 1

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DESCRIPCION DEL METODO DE OBTENCION DE ACEITE DE HIGUERILLA Y SUS CARACTERIICAS.CT

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INSTITUTO TECNOLOGICO SUPERIOR DE XALAPA

UNIVERSIDAD TECNOLOGICA DE LA TIERRA CALIENTE

“OBTENCION DEL ACEITE DE LA HIGUERILLA”

ALVAREZ CHAVEZ JOSE MARTIN

HERNANDEZ CARDONA ARELI

JULIO ECHEVERRIA CRISTIAN

25 DE ABRIL DEL 2015

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INDICE.

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INTRODUCCION

Las guerras por el control del petróleo y el gas natural, los derrames de crudo en los océanos y las fugas de depósitos, son consecuencias directas del actual sistemas energético, basado en combustibles fósiles (Rincón, 2012). El ser humano necesita energía para llevar a cabo sus actividades productivas, por lo que el grado de desarrollo de un país está ligado íntimamente con su demanda energética (Venegas, 2008). Se puede generar energía a partir de fuentes alternas, cuidando que estas dañen lo menos posible el medio ambiente y motivando reestructuraciones económicas.

Las fuentes renovables de energía comprenden la energía solar, la energía eólica, la biomasa, la energía geotérmica, la energía nuclear, las pequeñas centrales hidráulicas y la oceánica (Estrada & Islas, 2010). Las ventajas fundamentales de usar estas fuentes de energía son principalmente su bajo impacto ambiental y el hecho de que no emiten gases de efecto invernadero durante su operación. Una de las energías renovables más importantes es la solar, esta se divide en fototérmica y fotovoltaica. Con respecto a la fototérmica, Barrera-Calva y González (2012) mencionan que se busca principalmente el aprovechamiento de la radiación solar para su transformación en energía térmica. Para lograr esto, se debe concentrar y absorber energía, reduciendo pérdidas por transferencia de calor tales como convección, conducción y radiación, buscando siempre obtener la mayor captación de radiación solar.

Un concentrador solar es un dispositivo capaz de concentrar la energía proveniente del Sol para calentar un fluido para posteriormente aplicarlo en determinado proceso, por ejemplo calentar agua hasta convertirla en vapor (Ramos & Ramírez, s.f.). De acuerdo con Kalogirou (2009), existen tres clasificaciones de los concentradores solares en función de las temperaturas alcanzadas. La primera es de baja temperatura (BT) que va de 30°C a 80 °C, la segunda clasificación es de mediana temperatura (MT) en el rango de 80°C a los 300 °C y finalmente la de alta temperatura (AT) que se encuentra entre los 300 y 2000 °C. Esta tecnología tiene la ventaja de obtener mayores temperaturas para la misma superficie de colección, en comparación con los colectores planos por ejemplo. Un tipo particular de concentrador solar es el de canal parabólico, tal como se puede observar en la figura 1.

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Este dispositivo utiliza las propiedades ópticas de una parábola y mediante una superficie reflectora con acabado tipo espejo, que concentra la radiación solar directa en un tubo receptor situado a lo largo de la línea focal del canal, transformando así la energía térmica y transfiriéndola a un fluido caloportador

Figura 1.1 Cimentación y estructura de una central solar termoeléctrica con tecnología de canales parabólicos (CRESPO 2010).

Richter en (2009), menciona que los sectores donde es posible aplicar la tecnología de concentración solar son para calor de proceso son: el sector de alimentos, como el del vino y otras bebidas, el textil, el de equipo de transporte, de tratamiento de metales y plásticos y el químico. También se menciona que las aplicaciones idóneas para el uso de la energía solar térmica, incluyen limpieza, secado, evaporación y destilado, blanqueo, pasteurización, esterilización, cocinado, fusión, pintura, y tratamiento superficial, así como el uso de las tecnologías termo-solares para calefacción y refrigeración de edificios de fábricas. De acuerdo con Crespo (2010), México posee una elevada irradiancia con un promedio anual del orden de 18 MJ/m2, lo que ofrece un campo fértil para su aprovechamiento. Sin embargo, los principales obstáculos para el uso de energía solar en México son la falta de recursos humanos especializados, recursos económicos e innovación, así como su escalamiento a nivel industrial; estrategias para la atracción de financiamiento nacional e internacional y por supuesto la participación del sector productivo (Ramírez, 2007).

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Atendiendo todo lo anterior, el principal objetivo de este trabajo de innovación es llevar a cabo la construcción y evaluación de un Concentrador Solar de Canal Parabólico y un extractor mecánico de aceite de higuerilla

La especie RICINUS COMMUNIS (higuerilla) hoy en día es la más viable para la producción de biocombustibles; por sus características físicas y químicas que ofrecen una gran variedades de productos como lo son: Biodiesel , bioetanol, bionylon, así como co-productos como lo es la utilización del follaje como biomasa y la pasta como alimento proteínico .Es por eso que ha sido de gran importancia realizar nuevos métodos de obtención del aceite; ya que uno de las grandes limitantes es el costo de la producción del biodiesel como producto principal.

Se planteara un procedimiento de obtención del aceite de acuerdo a los resultados obtenidos en la experimentación realizada en el diplomado de USO INTEGRAL DE LA ESPECIE RICINUS COMMUNIS (higuerilla) PARA LA PRODUCCION DE BIOCOMBUSTIBLES Y CO-PRODUCTOS que tiene como fin reducir los costos de producción del biodiesel y reducir el uso de energía contaminante.

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ANTECEDENTES.

La energía solar es renovable y gratuita, por lo que el desafío recae en el diseño y construcción de sistemas de captación, que transformen esta energía, y que a su vez sean fáciles de operar y por supuesto, económicos. Entendido esto, varios países e instituciones, han sumado esfuerzos para el desarrollo de proyectos e investigación en energía solar. De acuerdo con Kalogirou (2009), un primer acercamiento a la tecnología termosolar se dio en 1615 con Salomon de Caux, cuando construyó la primera máquina solar a partir de diversos estudios sobre la condensación y expansión del vapor. Kalogirou (2009) menciona que más tarde, en 1747, Boufon prendió fuego a una celda de madera a 65 metros de distancia, esto, mediante un sistema de 168 espejos planos. En 1870, el sueco-americano John Ericsson hizo funcionar su máquina de aire caliente con un concentrador parabólico, este invento sumó tres elementos fundamentales: un espejo concentrador con forma de canal parabólica, una caldera y una máquina de vapor. Quince años más tarde, en 1885, el ingeniero francés Carles Tellier, desarrolló colectores solares de baja temperatura para impulsar máquinas, mientras que los motores convencionales empleaban vapor de agua a cierta presión. Los desarrollos tecnológicos de Tellier utilizaban vapor presurizado de líquidos con temperaturas de ebullición muy por debajo de la del agua. Tellier instaló un colector solar y en lugar de llenarlos.

Después de la exposición solar el obtenía una razón de 300 galones por hora durante las horas más iluminadas del día. Los primeros sistemas térmicos de concentración solar en instalarse fueron en 1912 cerca de El Cairo, generando vapor para una bomba que suministraba agua para irrigación, siendo competitiva con instalaciones de carbón en regiones donde el carbón resultaba caro (Kalogirou, 2009). Otra planta que se desarrolló en esa misma época, fue con el ingeniero americano Frank Shumann, quien se dio cuenta que en los sistemas de captación solar las altas temperaturas favorecían las pérdidas por conducción y convección, además, se tenía un elevado costo asociado a los espejos, pues estos eran revestidos de plata (Kalogirou, 2009). En 1912 Shumann y su equipo de operarios llegan a Maadi, una pequeña comunidad agrícola junto al Nilo, donde construyeron cinco colectores solares. A finales de 1913, y después de un intento fallido, la planta estaba nuevamente preparada para su inauguración. Se alcanzaron 55 caballos de potencia, captando el 40% de la energía solar disponible, obteniendo resultados muy superiores a los de la planta de Tacony. Otro proyecto interesante en este ramo es el proyecto EuroTrough desarrollado en la primera década del siglo XXI. Consiste en un concentrador de estructura y

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soporte diferente a las convencionales, hecho de acero pregalvanizado, con bajo peso y baja torsión.

Cada espejo está apoyado sobre la estructura en cuatro puntos sobre su parte posterior, lo que le permite doblarse dentro de la gama de su flexibilidad sin efecto sobre el foco (Geyer et al., 2002). Las áreas de aprovechamiento en este concentrador que hicieron posibles la reducción de costos fueron la simplificación del diseño, la mejora del funcionamiento óptico del colector, así como la implementación del tubo UVAC y su fluido de transferencia de calor.

De 1984 a 1991, los avances en sistemas de concentración parabólica fueron notables con el desarrollo de una serie de plantas comerciales solares de 15 MW a 80 MW a cargo de Luz Internacional por parte de una empresa americana que instaló esta tecnología en el desierto de Nevada. Posteriormente, en 1991 se construyó la primera central eléctrica comercial con una capacidad de 354 MW, basada sobre el concepto de energía solar concentrada en California, Estados Unidos. Esta planta fue erigida sobre un área de 7 kilómetros cuadrados y suministraba a la red cerca de 800 millones de KWh/año (Jaramillo, 2012). A la fecha, la instalación más grande financiada con recursos privados que no produce energía eléctrica, es el sistema industrial de calor de proceso basado en colectores parabólicos con 5580m², ubicado en Chandler, Arizona y que ha estado operando desde 1983. Es importante destacar que, la energía termosolar ha despegado en países donde se dispone de ayuda política y financiera (Richter, 2009). Las aplicaciones de energía solar no son la excepción en México, entre las aplicaciones que tienen un gran potencial para satisfacer son: el calentamiento de ambientes de establecimientos pecuarios, avícolas y de crianza de peces; para secado de alimentos, granos en particular, y para enfriamiento como la conservación de alimentos, medicamentos y vacunas (Estrada, 2010).

Así mismo la extracción de aceite de higuerilla es un proceso prácticamente emergente en el mundo de los biocombustibles, es por eso que sus procesos son aún muy rudimentarios, y que son para otras materias oleaginosas que no tienen las mismas características físicas y químicas de la semilla que ahora nos ocupa.

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Actualmente uno de los procesos de extracción mecánica más utilizado es el de prensado, que consta de unos cilindros de doble efecto hidráulico, y una base con orificios que sirven de filtrador para el aceite de higuerilla .A pesar de que es el método más utilizado tiene una eficiencia relativamente baja, lo que obstaculiza la industrialización de estos procesos.

El aceite de higuerilla no solo es utilizado para la producción de biodiesel si no que el uno de los aceites con mayores aplicaciones en la industria como lo es el Bio-nylon, Bio-etanol, lubricante para motores a gasolina, además de que es de la familia de los aceites oleicos lo que significa que es un ácido graso insaturado y tiene casi nulos ácidos libres.

 Extracción mecánica del aceite de semillas oleaginosas El proceso más antiguo utilizado para la extracción del aceite se basa en la aplicación de la presión ejercida sobre una masa de productos oleaginosos (semillas sometidas a cada uno de los tratamientos preliminares), colocados en una bolsa o mallas. El rendimiento del aceite obtenido por prensado mecánico depende de varios factores como el grado de humedad, el método de cocción y de la composición química de la semilla.

La extracción de aceite a presión se puede realizar en prensas discontinuas o continuas, las cuales contienen tamices que dejan pasar el aceite y retienen los residuos sólidos. Para obtener un alto rendimiento en el proceso se debe utilizar una presión alta.

Extracción en prensas continúas: esta operación consiste en hacer desplazar la oleaginosa continuamente bajo presión creciente de un tronillo sinfín en una caja o tambor horizontal. Una tercera parte de la prensa es el estrangulador que no es más que un orificio de presión regulable ubicado al final del tambor, el cual provoca la descarga de la torta. Este tipo de prensa no produce la torta de aceite en forma de masa compacta, sino que extrae la tora en forma de escamas sueltas, las cuales se muelen fácilmente para reducirlas a harina. Este tipo de extracción es ideal para las pequeñas y medianas empresas Cepeda, (1991)

figura 1.2 Ventajas de la extracción a través de prensas continúas

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Extracción en prensas discontinúas: Cepeda (1991), menciona que en este tipo de sistema se efectúa exclusivamente en prensas que funcionan por cargas sucesivas desde el punto de vista del funcionamiento. Las diferencias principales entre las prensas utilizadas depende de que el material sea prensado dentro de una jaula perforada (prensas cerradas), que se envuelven en un material filtrante o que sirva de tamiz (prensas abiertas). Las prensas cerradas son mucho más prácticas y permiten aplicar una presión mayor.

El rendimiento del aceite depende de la cantidad de aceite que queda en la torta después del prensado. Esta cantidad es más baja cuanto mayor es la presión, aunque influyen otras variables como el tiempo de drenaje de la prensa, la temperatura, la viscosidad del aceite, el contenido de aceite y de fibra de las materias primas, entre otras; aunque la variable decisiva es la presión.

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Estado del Arte

El concentrador solar de canal parabólico es un tipo especial de intercambiador de calor, transformando la radiación solar en energía térmica. En 2010, Fernández-García et al, mencionaron que las aplicaciones de estos dispositivos se dividen en dos principales grupos. El primero y más desarrollado es la concentración solar para generación de potencia y actualmente ha habido un incremento en el número de proyectos bajo desarrollo o construcción alrededor del mundo. El segundo grupo está enfocado a proveer energía térmica a aplicaciones que requieren entre los 85 y 250 °C. Estas aplicaciones están enfocadas a calor de proceso industrial, como limpieza, secado, evaporación, destilación, entre otras.

Recientemente, el término “colector de mediana temperatura” es usado para tratar con colectores que operan en un rango de 80-250°C y hasta ahora solo existe una muy limitada experiencia para estos intervalos de temperatura.

En 2008, uno de los objetivos que la Agencia Internacional de Energía estableció en el IV programa para calor de proceso industrial, que contempló el desarrollar, mejorar y optimizar colectores solares térmicos para mediana temperatura.

Las aplicaciones para calor de proceso industrial han sido sobre una relativamente pequeña escala y son mayormente experimentales, solo 85 plantas solares térmicas para calor de proceso han sido reportadas en el mundo, con una capacidad instalada de 25 MWth y un tamaño promedio de 320kWth (Weis y Rommel, 2005).

Es común encontrar procesos industriales que empleen agua caliente y vapor con temperaturas entre 80 y 180°C tomando en cuenta la reducción potencial en el uso de energía convencional que lead el abatimiento en emisiones de dióxido de carbono, estudios en sistemas solares de calor que pueden alcanzar esos niveles de temperatura son de gran relevancia, existiendo diferentes diseños de CCP´s para producción de agua caliente y vapor de baja entalpía. Estos concentradores son modulares, con área de colección solar en un rango de 2.5 y 5.0 m2.

En la figura 2.1 se muestran las curvas de eficiencias reportadas en literatura para este tipo de colectores solares, con la principal diferencia entre ellos, de emplear o no, cubierta de vidrio.

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figura 1.3 Curvas de eficiencias reportadas en la literatura. Tomado de Jaramillo et al (2013).

Como se puede observar, se presentan ocho diferentes curvas, con eficiencias variadas entre sí, donde la referencia 8, representa al CCP-45 construido y evaluado en el Instituto de Energías Renovables-UNAM en Temixco, Morelos.

En la ac

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Planteamiento del problema

Actualmente la contaminación va en aumento, a nivel mundial.

En nuestro país la creciente demanda de combustibles fósiles aumenta a manera considerable que los hidrocarburos nos afectan a toda la sociedad en general, nuestros ecosistemas van desapareciendo.

La adquisición proveniente del petróleo y sus diversas aplicaciones que diariamente utilizamos; tiene una gran demanda que el precio es estable pero que a manera que se vayan agotando se pueden disparar y la economía puede cambiar totalmente.

La escases de alimentos es claro ejemplo de la afectación de los problemas que nos afectan

OBJETIVO GENERAL.

Desarrollar un procedimiento más eficiente en costos y producción en base a los conocimientos obtenidos del diplomado.

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OBJETIVO ESPECIFICO.

Determinar el mejor método de obtención de aceite de higuerilla utilizando energías verdes, que reduzcan la producción de gases contaminantes en el proceso así como la reducción de costos de producción.

JUSTIFICACION.

Es de vital importancia reducir gases contaminantes en la atmosfera que son protagonistas en el efecto invernadero que es culpable de los cambios climáticos que estas llevando a la tierra a realizar reajusten en los ecosistemas. Es por eso que es vital cambiar los combustibles fósiles por combustibles verdes, que aunque también producen CO2 lo hacen en menor cantidad, que es solo lo que absorben del medio ambiente las plantas.

Sería contradictorio contaminar en la producción de un biocombustible que tiene como fin reducir las emisiones de gases contaminantes es por eso que se propone la utilización de energía solar como principal recurso en la producción del biodiesel.

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1.0- EXTRACCION MECANICA DEL ACEITE DE HIGUERILLA

1.1.-PRECALENTAMIENTO DE LA SEMILLA DE LA HIGUERRILLA.

Una de las limitantes a la introducción del biodiesel de la higuerilla es aun el costo de la extracción; es por eso que se deben de implementar medios alternativos que reduzcan su costo de extracción y así aumentar la factibilidad del proyecto.

A continuación presentaremos una alternativa al método ya utilizado, haciendo uso de las energías renovables como lo es la energía solar; una energía inagotable y de ningún costo. Este sistema consta básicamente de un concentrador solar parabólico; que calienta un caloportador el cual será transportado por medio de una tubería de aluminio recubierta de un aislante hacia

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una plancha donde se encontrara un serpentín que servirá como condensador (existirá una absorción de calor por parte de las capsulas de higuerilla).

Las capsulas serán precalentadas a una temperatura promedio de 60°, temperatura que ha sido registrada en pruebas del INSTITUTO TECNOLOGICO SUPERIOR DE PEROTE como la óptima para llevar el aceite de higuerilla a la viscosidad necesaria para su extracción.

A continuación se muestra un boceto inicial del sistema propuesto:

El tanque de almacenamiento será de especial construcción será de aluminio de la capa interior posteriormente tendrá un recubrimiento de un aislante térmico (poliuretano) y como capa exterior tendrá lamina de acero al carbón.

Además se propone un baño de vapor a la semilla para humectarlas y así conseguir una mayor eficiencia del sistema lo que nos llevaría a la reducción de los costos de producción del aceite y a su vez aumentar la utilidad y consolidar el biodiesel de la higuerilla y los demás co-productos como líderes en la industria.

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1.2.-EXTRACCION MECANICA.

La extracción del aceite de higuerilla es uno de los puntos más débiles en la producción de biodiesel ya que su eficiencia es muy baja, su sistema tiene una producción muy pequeña y de muchas variables aun incontroladas.

Se plantea la extracción mecánica utilizando un compresor de tornillo, que tendrá como función fraccionar la capsula de la higuerilla para romper su estructura molecular y así obtener la mayor cantidad de aceite. Esta tendrá una mayor eficiencia ya que al contener dos rotores de perfiles conjugados.

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El principio de funcionamiento se explica mediante la distinción de las siguientes fases de trabajo:Aspiración.-la capsula penetra a través de la entrada de aspiración y llena el espacio creado entre los lóbulos, los alveolos y la carcasa. El espacio aumenta progresivamente en longitud durante la rotación a medida que el engrane de los rotores se aproxima hacia el lado de descarga. Esta fase acaba una vez la materia ha ocupado toda la longitud del rotor.Compresión.-la capsula disminuye su volumen debido al engrane final de los rotores y en consecuencia aumenta su presión.Descarga.-la pasta es descargado continuamente hasta que el espacio entre los lóbulos de los rotores desaparece.En todo el proceso el aceite extraído es recolectado por una charola inferior, donde es filtrado y recolectado .

El proceso usa como medio de energía un motor eléctrico que para una eficiencia de 1 ton/hora será de 30 hp acompañado por una caja de engranes que realizara la relación de 1/10.

Como complemento a el sistema que tiene como fin el ahorro energético se implementara un variador de frecuencia; que regulara el giro según el caudal de las capsulas y la resistencia que se presente en el proceso.

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