BALANCE MASICO Y ENERGETICO EN PROBLEMAS AMBIENTALES PROYECTO FINAL.
PRESENTADO POR: DIEGO MAURICIO CASTAÑEDA GONZÁLEZ – 94.282.953
GRUPO: 47
PRESENTADO A: ANA MARIA ARDILA Tutora del curso
UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS AGRÍCOLAS, PECUARIAS Y DEL MEDIO AMBIENTE PROGRAMA DE INGENIERIA AMBIENTAL NOVIEMBRE DE 2015
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CORRIENTES MÁSICAS
Tecnología
Eficiencia
Entradas adicionales
1.1 2.6 3.7 4.6 5.2
100% 93% 100% 100% 100%
Ninguna Ninguna Ninguna Hidrógeno Glicerina
DIAGRAMA DEL PROCESO
2
Masa de adicionales (kg/hora) 0 0 0 47* 9 = 423 47* 10 = 470
ANALISIS Y DESCRIPCION DEL DIAGRAMA. El diagrama se realizó teniendo en cuenta aspectos ambientales, energéticos y de rendimiento. Para cumplir con el objetivo final el cual es la obtención del biodiesel a partir de la maleza o algas que se generan en una PTAR, los procesos seleccionados son los siguientes: Etapa 1: Secado al sol. Por medio de este proceso se expone la materia prima, maleza proveniente de la PTAR al sol, con el fin de eliminar toda la humedad residual, Este proceso es 100% eficiente, ingresa 4700 kg/h de maleza húmeda, evaporando 4230 kg/h de agua para generar maleza seca, la cual ingresa a la etapa de extracción de aceite. Etapa 2: Secreción directa de aceite. Este proceso consiste en la extracción del aceite, es un proceso mecánico que tiene una eficiencia del 93%, y no requiere adicionales, en la salida principal se genera 205.43 kg/h de aceite extraído. Etapa 3: Decantación. Es un proceso que se utiliza para separar la fase acuosa de la fase oleosa, su eficiencia es de 100% y no requiere ningún adicional obteniendo como resultado una mezcla de triglicéridos y de aceite purificado. Etapa 4: Hidrotratamiento. Este proceso consiste en someter el aceite en una reacción química con hidrógeno como catalizador y a una alta temperatura de 330°C, y transformarlo en biodiesel, tiene una eficiencia del 100%. Etapa 5: Destilación reactiva, Es un proceso combinado donde la reacción química y la destilación coexisten en una sola unidad de proceso. Dicho proceso se realiza con una eficiencia del 100% y se obtiene biodiesel purificado, el cual es usado como combustible con un alto contenido energético y lo que es más importante, es muy amigable con el medio ambiente.
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Tabla de resultados de balance de materia del grupo colaborativo :47 Nombre del integrante seleccionado: DIEGO MAURICIO CASTAÑEDA GONZÁLEZ 1. tecnologías seleccionadas
Etapa 0. Materia prima
Etapa 1. Secado
Etapa 2. Extracción de aceite
Etapa 3. Purificación de aceite
Etapa 4. Transform ación de aceite
Etapa 5. Purificació n de biodiesel
Maleza de PTAR
Secado al sol
Secreción directa de aceite
Decantación
Hidro tratamiento
Destilación reactiva
Flujo total de la corriente ( kg/hora)
2. Balance de materia por etapa
Etapa
Nombre de la corriente
Componente de la corriente
Flujo másico del componente (kg/ hora)
% del total
Agua
4230.00
90.00
Entrada 1 1. Secado
Maleza
470.00
10.00
Salida 1
Agua evaporada
4230.00
100.00
4230.00
Salida 2
Maleza seca
470.00
100.00
470.00
Entrada 1
Maleza seca
470.00
100.00
470.00
Salida 1
Aceite extraído
205.43
100.00
205.43
Maleza desgrasada
249.10
94.15
2. Extracción de aceite
3. Purificación de aceite
4700.00
Salida 2
264.57 Aceite no extraído
15.47
5.85
Entrada 1
Aceite extraído
205.43
100.00
205.43
Salida 1
Aceite purificado
205.43
100.00
205.43
Entrada 1
Aceite
205.43
100.00
205.43
4
purificado 4.Transformación del aceite
Entrada 2
Hidrógeno
423.00
100.00
423.00
Salida 1
Biodiesel
205.43
100.00
205.43
Salida 2
Hidrógeno
423.00
100.00
423.00
Biodiesel
205.43
100.00
205.43
Entrada 2
Glicerina
470.00
100.00
470.00
Salida 1
Biodiesel purificado
205.43
100.00
205.43
Salida 2
Glicerina
470.00
100.00
470.00
Entrada 1
5. Purificación de Biodiesel
Secado
Extracción
Purificación de aceite Transformac ión del aceite Purificación del
TABLA DE RESULTADOS BALANCE DE ENERGÍA Flujo Hental másico Cp pía del T1 T2 Etapa (Kj/Kg H compone (K) (K) K) H= nte Cp.∆T (Kg/h) 298. 373. 4.216 2573.2 Salida 1 (agua) 4230.00 15 15 0 298. 373. 4.216 316.20 Salida 2 (maleza) 470.00 15 15 Salida 1 (Aceite 298. 298. 205.43 2.000 0 Extraído) 15 15 Salida 2 (Maleza 298. 298. 249.10 4.216 0 desgrasada) 15 15 Salida 2 (Aceite no 298. 298. 15.47 4.216 0 Extraído) 15 15 Salida 1(aceite 298. 298. 205.43 2.000 0 purificado) 15 15 298. 603. Salida 1(Biodiesel) 205.43 2.22 677.10 15 15 423.00 298. 603. 14.267 4351.4 Salida 2 (Hidrógeno) 15 15 3 salida 1(Biodiesel 298. 563. 205.43 2.22 588.30 purificado) 15 15 salida 2 (Glicerina) 470.00 298. 563. 2.32 614.80 5
Calor Q(Kj/h) Q =Cp.m.∆T
11,033,25 0.0 0 0 0 0 1,979,753 .66 409,810.4 7
Biodiesel
15
15
EXPLICACIÓN DE LA ELECCION DE LA RUTA DEL PROCESO. Se escogió esta ruta principalmente para cumplir con el objetivo, de que no fuera igual, o se repitiera el mismo trabajo con los demás compañeros, pero si lo miramos de la forma y criterio que pretendemos, que es el netamente ambiental, por costos y eficiencia para llevar a cabo en el desempeño o campo profesional. Considero que se adecua de buena forma ya que las eficiencias de cada uno de los procesos son en su mayoría del ciento por ciento, es decir, que ello se puede traducir en buena forma en ahorro de energía ya que se están aprovechando al máximo en cada una de las corrientes. Otro punto importante y favorable que se debe tener en cuenta, en cuanto a la parte ambiental, es que en las corrientes de residuos, casi no se generan desperdicios químicos nocivos o contaminantes para el ambiente, ya que se utiliza en el proceso, glicerina e hidrógeno los cuales se consumen en cada uno de sus procesos, siendo este proceso muy amigable con el medio ambiente. Existen muchas tecnologías en el proceso de obtención del biodiesel, pero a la hora de elegir debemos tener muy en cuenta aspectos fundamentales como los ambientales, energéticos y económicos, que nos pueden brindar una mayor eficiencia y un óptimo rendimiento o desempeño el cual se traduce en economía y rentabilidad.
CONCLUSIONES. Se cumplió con el objetivo primordial el cual es realizar un balance de masa y energía en un determinado proceso industrial, en este caso, la obtención del biodiesel, a partir de la maleza o algas provenientes de una PTAR. El proceso de elaboración de biodiesel, en este caso, se realiza de forma mecánica, por lo cual no hay necesidad de consumir energía eléctrica, al igual que no se utilizan solventes ni sustancias o adictivos químicos, minimizando así, los impactos ambientales, por otro lado no se generan residuos peligrosos que puedan conllevar en posibles afectaciones a la salud humana. Se pudo comprender como es el funcionamiento de un sistema termodinámico de ciclo abierto, cuáles son sus componentes principales. Los balance de Energía son normalmente algo más complejos y dispendiosos que los de materia, ya que en los balances de energía, se debe recurrir a fórmulas y ecuaciones termodinámicas, para lograr realizar un buen balance, que satisfaga las necesidades para lo cual fue diseñado dicho proceso. Por otra parte, los
cálculos de entalpia y calor específico, son fundamentales en los procesos industriales, con ello podemos identificar características de las materias primas que vamos a 6
procesar; para ello existen tablas específicas con valores determinados del Cp de cada sustancia, ya que se han realizado estudios específicos para determinar dichos valores. La medición de los gastos de materia y energía en los diversos procesos industriales, puede permitir un incremento de la producción y la optimización de los procesos reduciendo así el trabajo realizado por las máquinas y aumentando la producción. De ahí que radica la importancia de este curso, de balance másico de materia y energía.
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS.
Jiménez, O. (2013). Balance Másico y Energético en Problemáticas Ambientales. Módulo didáctico. Bogotá: Universidad Nacional Abierta y a Distancia – UNAD. Tabla de calor específico. [Consultado Noviembre, 2015] Disponible en. https://www.google.com.co/webhp?sourceid=chrome-instant&ion=1&espv=2&ie=UTF8#q=tabla+de+cp+de+diferentes+sustancias YouTube. Cálculos parte 1. 2014. [Video] [fecha de consulta septiembre 15, 2015] Disponible en https://www.youtube.com/watch?v=KPgiKBq4Ap4 YouTube. Cálculos parte 2. 2014. [Video] [fecha de consulta septiembre 15, 2015] Disponible en https://www.youtube.com/watch?v=7U0Z4s2hwJ4
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