escuela acadÉmico profesional de ingenieria quÍmica …

UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLLO

FACULTAD DE INGENIERIA QUÍMICA

ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERIA QUÍMICA

DISEÑO Y MODELAMIENTO DE UNA PLANTA

PARA LA PRODUCCION DE BIOETANOL A

PARTIR DE LA BIOMASA DE MICROALGA

CHLORELLA

TESIS PARA OPTAR EL TÍTULO DE

INGENIERO QUÍMICO

AUTORES:

Br. FLORIANO VILLACORTA NELSON EUGENIO

Br. CARRERA MERLO WENDY ANAIS

ASESOR:

Dr. ANCELMO CASTILLO VALDIVIEZO

TRUJILLO – PERÚ

2017

Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación

Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajo la misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/

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JURADO DICTAMINADOR

Dr. JORGE FLORES FRANCO

Presidente

Ing. HENRY ESQUERRE PEREYRA

Secretario

Dr. ANCELMO CASTILLO VALDIVIESO

Miembro



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III

DEDICATORIA

A mi padre Nelson Floriano Floriano, quien me

ha enseñado con su gran ejemplo a rebasar

todas las barreras que la vida nos presenta, que

gracias a su apoyo y a sus consejos hicieron de

mí una mejor persona, siempre estuvo a mi lado

y gracias a él le dedico este logro.

A mis hermanas María Floriano y Diana

Floriano, por enseñarme a entender que no hay

nada imposible y que solo hay que esmerarse y

sacrificarse para alcanzar nuestras metas.

Agradezco a mi pareja Evelyn Baldeon Yarasca

por creer en mi capacidad, aunque hemos

pasado momentos difíciles, siempre me ha

mostrado su compresión, cariño y amor.

Al Ing. Ancelmo Castillo Valdiviezo, por su

amistad, esfuerzo, dedicación y enseñanzas y

por su asesoramiento en la realización de este

proyecto, gracias a sus sabios consejos hoy se

termina un logro más y se empieza otro.

Nelson

A Dios, por haberme permitido llegar hasta

este punto y haber dado salud para lograr un

objetivo más.

De igual forma, dedico esta tesis a mis padres

por ser el pilar más importante de mi vida, por

haberme acompañado durante todo el

trayecto estudiantil y de vida, y por el apoyo

recibido en todo momento de forma

incondicional.

Wendy



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IV

AGRADECIMIENTOS

Nos gustaría que estas líneas sirvieran para expresar nuestro más profundo y

sincero agradecimiento a nuestras familias por siempre brindarnos su apoyo,

tanto sentimental, como económico, y en especial a nuestros padres quienes a

lo largo de nuestra vida han apoyado y motivado nuestra formación académica,

creyeron en nosotros en todo momento y no dudaron de nuestras habilidades,

pues los resultados de este proyecto, están dedicados a todas aquellas personas

que, de alguna forma, son parte de su culminación.

Especial reconocimiento merece el interés mostrado durante la realización de

esta tesis y las sugerencias recibidas del Dr. Ancelmo Castillo Valdiviezo, con

quien nos encontramos en deuda por el ánimo infundido y la confianza

depositada.

A nuestros profesores a quienes les debemos gran parte de nuestros

conocimientos, gracias a su paciencia y enseñanza y finalmente un eterno

agradecimiento a esta prestigiosa universidad la cual abrió sus puertas a jóvenes

como nosotros, preparándonos para un futuro competitivo y formándonos como

personas de bien.

A todos ellos, muchas gracias.



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V

INDICE

JURADO DICTAMINADOR …...…………………………………………………………….. I

DEDICATORIA ............................................................................................................. II

AGRADECIMIENTOS ................................................................................................. IV

INDICE ......................................................................................................................... V

RESUMEN .................................................................................................................... X

1. INTRODUCCION ............................................................................................... - 1 -

1.1. ESTUDIO DE MERCADO DEL BIOETANOL ................................................ - 1 -

1.1.1. Producción Interna de Bioetanol ............................................................. - 1 -

1.1.2. Consumo Interno De Bioetanol ............................................................... - 2 -

1.1.3. Exportación e Importación Interna de Bioetanol ..................................... - 4 -

1.1.4. Producción Externa de Bioetanol ............................................................ - 5 -

1.1.5. Consumo Externo de Bioetanol .............................................................. - 7 -

1.1.6. Exportación e Importación Externa de Bioetanol .................................... - 9 -

2. MATERIALES Y MÉTODOS ........................................................................... - 11 -

2.1. BIOETANOL ................................................................................................ - 11 -

2.1.1. Características del Bioetanol.................................................................. - 12 -

2.1.2. Materia Prima ....................................................................................... - 12 -

2.1.2.1. Microalga Chlorella .......................................................................... - 14 -

2.1.3. Usos y Aplicaciones del Bioetanol ........................................................ - 15 -

2.1.4. Productos Obtenidos A Partir Del Bioetanol ......................................... - 15 -

2.1.5. Enzima Y microorganismos para Producción de Bioetanol ................... - 17 -

2.1.5.1. Enzimas ........................................................................................... - 17 -

2.1.5.1.1. Celulasa .................................................................................... - 18 -

2.1.5.2. Microorganismos .............................................................................. - 18 -

2.1.5.2.1. Saccharomyces cerevisiae ........................................................ - 18 -

2.1.5.2.2. Zymomonas mobilis .................................................................. - 19 -

2.1.6. Software de Simulación Super Pro Designer ........................................ - 19 -

2.2. PROCESO DE OBTENCIÓN DE BIOETANOL ........................................... - 20 -

2.2.1. Pre-tratamiento ...................................................................................... - 20 -

2.2.1.1. Pre-tratamiento Físico ..................................................................... - 20 -

2.2.1.2. Pre-tratamiento Químico .................................................................. - 20 -

2.2.1.3. Pre-tratamiento Biológico ................................................................. - 21 -

2.2.1.4. Pre-tratamiento Termoquímico ......................................................... - 21 -

2.2.2. Hidrólisis ............................................................................................... - 21 -

2.2.2.1. Hidrolisis ácida ................................................................................ - 21 -



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VI

2.2.2.2. Hidrólisis enzimática ........................................................................ - 22 -

2.2.3. Fermentación ........................................................................................ - 23 -

2.2.3.1. Hidrólisis y fermentación en secuencia (SHF) .................................. - 23 -

2.2.3.2. Hidrólisis y fermentación simultáneas (SSF) .................................... - 23 -

2.2.3.3. Hidrólisis y co-fermentación simultáneas (SSCF) ............................. - 24 -

2.2.4. Obtención de Bioetanol Hidratado (Destilación) .................................... - 25 -

2.2.5. Obtención de Bioetanol Anhidro (Deshidratación) ................................ - 26 -

3. RESULTADOS ................................................................................................ - 27 -

3.1. DIAGRAMA DE FLUJO PARA LA PRODUCCIÓN DE BIOETANOL ........... - 27 -

3.2. BALANCE DE MATERIA Y ENERGÍA .......................................................... - 28 -

3.3. UBICACIÓN DE LA PLANTA ...................................................................... - 32 -

3.3.1. Factores Primarios:............................................................................... - 32 -

3.3.2. Factores Secundarios: .......................................................................... - 34 -

3.3.3. Evaluación Por El Método De Factores Ponderados ............................ - 35 -

3.4. DISEÑO DE EQUIPOS DEL PROCESO ..................................................... - 36 -

3.4.1. Sección del Pre-tratamiento .................................................................. - 36 -

3.4.2. Proceso SSCF (Hidrólisis Enzimática – Fermentación) ........................ - 38 -

3.4.3. Obtención de Bioetanol Hidratado - Anhidro ......................................... - 39 -

3.5. INSTRUMENTACION Y CONTROL DEL PROCESO .................................. - 41 -

3.5.1. Control en el tanque de recepción de la materia prima ......................... - 41 -

3.5.2. Control en la hidrólisis térmica .............................................................. - 41 -

3.5.3. Control en el tanque Bioreactor de Inoculo ........................................... - 42 -

3.5.4. Control del reactor Hidrólisis – Fermentación (Reactor CSTR) ............. - 42 -

3.5.5. Columna Depuradora ........................................................................... - 43 -

3.5.6. Columna Rectificadora ......................................................................... - 43 -

3.5.7. Control en los tamices moleculares ...................................................... - 43 -

3.5.8. Control en el tanque de almacenamiento .............................................. - 44 -

3.6. AUXILIARES DEL PROCESO ..................................................................... - 46 -

3.6.1. Suministro de Agua .............................................................................. - 46 -

a) Agua de Enfriamiento: ............................................................................ - 46 -

b) Agua contra Incendios: ........................................................................... - 46 -

c) Agua para usos Sanitarios y de Limpieza: .............................................. - 46 -

3.6.2. Energía Eléctrica .................................................................................. - 46 -

3.6.3. Almacenamiento ................................................................................... - 46 -

3.6.4. Seguridad ............................................................................................. - 47 -

3.6.5. Laboratorio ........................................................................................... - 47 -

3.6.6. Taller de Mantenimiento ....................................................................... - 47 -



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VII

3.7. DISTRIBUCIÓN DE LA PLANTA ................................................................. - 48 -

3.7.1. Distribución de la planta ....................................................................... - 48 -

3.7.2. Cimientos ............................................................................................. - 48 -

3.7.3. Estructuras ........................................................................................... - 49 -

3.7.4. Tuberías ............................................................................................... - 49 -

3.8. EVALUACIÓN ECONOMICA ...................................................................... - 52 -

3.8.1. Determinación de la Inversión .............................................................. - 52 -

3.8.2. Equipo De Proceso ............................................................................... - 52 -

3.8.2.1. Tanques ........................................................................................... - 52 -

3.8.2.2. Bombas ............................................................................................ - 53 -

3.8.2.3. Columnas De Destilación ................................................................. - 54 -

3.8.2.4. Intercambiadores De Calor .............................................................. - 54 -

3.8.2.5. Tamices Moleculares ....................................................................... - 55 -

3.8.2.6. Reactores ........................................................................................ - 56 -

3.8.3. Bienes Inmuebles ................................................................................. - 57 -

3.8.3.1. Terreno ............................................................................................ - 57 -

3.8.3.2. Cimientos Y Estructuras ................................................................... - 57 -

3.8.3.3. Edificios ........................................................................................... - 57 -

3.8.3.4. Auxiliares De Procesos .................................................................... - 57 -

3.8.3.5. Instrumentación ............................................................................... - 58 -

3.8.3.6. Parte Eléctrica .................................................................................. - 58 -

3.8.3.7. Tubería y Accesorios ....................................................................... - 58 -

3.8.4. Resumen De La Inversión .................................................................... - 58 -

3.8.4.1. Resumen para el costo de equipos .................................................. - 58 -

3.8.4.2. Resumen para el costo de bien inmueble ........................................ - 59 -

3.8.5. Costos De Operación ........................................................................... - 59 -

3.8.5.1. Mano de obra ................................................................................... - 59 -

3.8.5.2. Materia prima ................................................................................... - 61 -

3.8.5.3. Servicios de venta ............................................................................ - 61 -

3.8.6. Flujo de caja económico ....................................................................... - 61 -

3.8.7. Rentabilidad ......................................................................................... - 64 -

3.9. ESTUDIO DE IMPACTO AMBIENTAL ........................................................ - 65 -

4. DISCUSIÓN ..................................................................................................... - 68 -

5. CONCLUSIONES ............................................................................................ - 70 -

6. RECOMENDACIONES .................................................................................... - 70 -

7. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ................................................................ - 71 -



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VIII

INDICE DE TABLAS

Tabla 1. Producción Interna de Bioetanol (Millones de Litros) ....................................... - 1 -

Tabla 2. Consumo Interno de Bioetanol (Millones de Litros) .......................................... - 3 -

Tabla 3. Exportación e importación Interna de Bioetanol (Millones de Litros) ............. - 4 -

Tabla 4. Producción Externa de Bioetanol (Millones de Litros) ...................................... - 6 -

Tabla 5. Consumo Externo de Bioetanol (Millones de Litros) ......................................... - 8 -

Tabla 6. Exportación e Importación Externa de Bioetanol (Millones de Litros) ............ - 9 -

Tabla 7. Características físico-químicas del Bioetanol .................................................. - 12 -

Tabla 8. Balance de materia y energía de materia prima, producto y residuos

industriales. ........................................................................................................................... - 28 -

Tabla 9. Balance de materia y energía de las corrientes S-102 hasta S-110 ............ - 29 -

Tabla 10. Balance de materia y energía de las corrientes S-111 hasta S-119 .......... - 30 -

Tabla 11. Balance de materia y energía de las corrientes S-120 a S-124, sulfato de

amonio y vapores. ................................................................................................................ - 31 -

Tabla 12. Elección de la ubicación de la planta de Bioetanol por el método de factores

ponderados ............................................................................................................................ - 35 -

Tabla 13. Costo total de tanques ....................................................................................... - 53 -

Tabla 14. Costo total de bombas ....................................................................................... - 53 -

Tabla 15. Costo total de Columnas de Destilación ......................................................... - 54 -

Tabla 16. Costo total de Intercambiadores de Calor ...................................................... - 55 -

Tabla 17. Costo total de Tamices Moleculares ............................................................... - 56 -

Tabla 18. Costo total de tanques ....................................................................................... - 57 -

Tabla 19. Resumen del costo total para los equipos ..................................................... - 58 -

Tabla 20. Resumen del costo total de bien inmueble .................................................... - 59 -

Tabla 21. Resumen de remuneración del personal. ...................................................... - 60 -

Tabla 22. Flujo de caja económico .................................................................................. - 63 -

Tabla 23. Residuos generados en la planta .................................................................... - 65 -

Tabla 24. Consumo de agua en la planta ........................................................................ - 66 -

Tabla 25. Concentración de los Residuos generados en la planta por parámetros - 66 -

Tabla 26. Cantidad de residuos generados en la planta diario por parámetro .......... - 67 -

INDICE DE CUADROS

Cuadro 1. Composición bioquímica de microalgas (% base materia seca) ............... - 13 -

Cuadro 2. Composición bioquímica de la microalga Chlorella (Base Seca) .............. - 14 -



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IX

INDICE DE FIGURAS

Fig. 1. Esquema de las diferentes configuraciones para la fermentación de Bioetanol ...................................................................................................... - 25 - Fig. 2. Diagrama de la planta para la producción de Bioetanol a partir de microalga Chlorella, realizada en el software SuperPro Designer ................ - 27 - Fig. 3. Pantalla del diseño del tanque de recepción de la microalga ........... - 36 - Fig. 4. Pantalla de diseño del reactor de hidrólisis térmica .......................... - 37 - Fig. 5. Pantalla de diseño del intecambiador de calor .................................. - 37 - Fig. 6. Diseño del Bioreactor de microorganimos ........................................ - 38 - Fig. 7. Diseño del reactor donde se lleva a cabo la Hidrólisis - Fermentación ........ - 38 - Fig. 8. Diseño de la columna depuradora .................................................... - 39 - Fig. 9. Diseño de la columna rectificadora ................................................... - 39 - Fig. 10. Diseño del Intercambiador de calor 2.............................................. - 40 - Fig. 11. Diseño de los tamices moleculares ................................................. - 40 - Fig. 12. Controladores en el tanque de recepción de microalga.................. - 45 - Fig. 13. Controladores en el tanque reactor de hidrólisis térmica…………. - 45 - Fig. 14. Controladores en el tanque de crecimiento del inoculo…………… - 45 - Fig. 15. Controladores en el tanque de hidrólisis – fermentación………….. - 45 - Fig. 16. Controladores en la columna depuradora……………..………….... - 45 - Fig. 17. Controladores en la columna rectificadora…………………..……… - 45 - Fig. 18. Controladores en los tamices moleculares……………………..…... - 45 -

INDICE DE GRAFICOS

Gráfico 1. Producción Interna de Bioetanol por Año (Millones de Litros) .................. - 2 -

Gráfico 2. Consumo Interno de Bioetanol por Año (Millones de Litros) .................... - 3 -

Gráfico 3. Importación y exportación Interna de Bioetanol por Año (Millones de Litros) -

5 -

Gráfico 4. Producción Externa de Bioetanol por Año (Millones de Litros) ................. - 6 -

Gráfico 5. Consumo Externo de Bioetanol por Año (Millones de Litros) ................... - 8 -

Gráfico 6. Importación y Exportación Externa de Bioetanol por Año (Millones de Litros)

............................................................................................................................... - 10 -



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X

RESUMEN

El presente trabajo de investigación tuvo como objetivo diseñar y modelar una

planta para la producción de bioetanol utilizando como materia prima la

microalga Chlorella desde el pre-tratamiento realizado con explosión de vapor

en donde ocurre la hidrólisis térmica, pasando por la fermentación, destilación

hasta la deshidratación del Bioetanol con tamices moleculares. A su vez, hace

uso del software Super Pro Designer v9, teniendo una producción diaria de

etanol anhidro (Bioetanol) de 872 706.132 litros/día; haciendo de esta manera

un negocio rentable pues la inversión total se recupera al cabo de 0.68 años.

ABSTRACT

The present research work aimed to design and model a plant for the production

of bioethanol using as raw material the microalga Chlorella from the pre-treatment

carried out with steam explosion where the thermal hydrolysis occurs, passing

through the fermentation, distillation until the dehydration of the Bioethanol with

molecular sieves. In turn, makes use of the software Super Pro Designer v9,

having a daily production of anhydrous ethanol (Bioethanol) of 872 706,132 liters

/ day; thus making a profitable business as the total investment recovers after

0.68 years.



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1. INTRODUCCION

1.1. ESTUDIO DE MERCADO DEL BIOETANOL

1.1.1. Producción Interna de Bioetanol

La razón del aumento de producción de bioetanol en los años 2012

y 2013 es debido al inicio de operaciones de una nueva planta en

el norte del Perú.

En el año 2015 la producción de bioetanol aumentó un 2% en

comparación con el año 2014. Este aumento se debe a la

producción en las plantas de la zona de Piura y buenos

rendimientos de caña de azúcar.

La producción de bioetanol para el año 2016 se pronostica en 160

millones de litros de bioetanol, una reducción de 33% de nuestra

estimación con respecto al año 2015. Este fuerte descenso se

atribuye a la planta de etanol en maple dado de baja [15].

Tabla 1. Producción Interna de Bioetanol (Millones de Litros)

AÑO PRODUCCION DE BIOETANOL

2007 0

2008 0

2009 59 2010 70

2011 123

2012 235

2013 240

2014 245

2015 245

2016 160

Fuente: GAIN Report Perú, 2015

En la tabla 1, se aprecia la disminución de la producción interna de

Bioetanol para el año 2016.



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- 2 -

Gráfico 1. Producción Interna de Bioetanol por Año (Millones de Litros)


En el gráfico 1, muestra la producción interna de Bioetanol en el Perú en

los últimos ocho años.

1.1.2. Consumo Interno De Bioetanol

En el año 2016 se proyectó un aumento del 3 %, respecto al año 2015.

Esperamos que consumo de bioetanol en la mezcla actual de 7.8 %

que se estabilice en alrededor de 170 millones de litros por año. A no

ser que haya un aumento en el mandato de la mezcla de bioetanol, la

producción de bioetanol sólo aumenta a medida que aumenta el

consumo de la gasolina. La ciudad de Lima y sus alrededores

representan aproximadamente un 65 % de la demanda nacional del

bioetanol. REPSOL (España) y Petro Perú (estatal) son los principales

proveedores el mercado peruano de gasolina. Fuentes de la industria

indican que la demanda de gasolina ha sufrido en los últimos años

como es el caso de taxis y autobuses cada vez más a gas natural y

gas licuado de petróleo como fuente de combustible [15].

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PRODUCCION INTERNA DE BIOETANOL

PRODUCCION DEBIOETANOL



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AÑO

CONSUMO INTERNO DE BIOETANOL

CONSUMO DE BIOETANOL

Tabla 2. Consumo Interno de Bioetanol (Millones de Litros)


Gráfico 2. Consumo Interno de Bioetanol por Año (Millones de Litros)


AÑO CONSUMO DE BIOETANOL

2006 11

2007 13

2008 11

2009 10

2010 20

2011 86 2012 123

2013 125

2014 165

2015 165

2016 172



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1.1.3. Exportación e Importación Interna de Bioetanol

La FAS Lima pronosticó para año 2016 que las exportaciones de

bioetanol llegaron a unos 69 millones de litros, cayendo un 56 por

ciento en comparación con el año 2015. Esta reducción se debe a la

menor producción que es resultado por el cierre de la planta de

bioetanol Aurora. Las importaciones de etanol para el 2016 se

pronostican en 80 millones de litros, el aumento de 5 millones de litros

de nuestra estimación en el 2015 [15].

Tabla 3. Exportación e importación Interna de Bioetanol (Millones de

Litros)

AÑO IMPORTACION EXPORTACION

2006 11 0

2007 13 0

2008 11 0

2009 14 58

2010 12 64

2011 13 51

2012 15 126

2013 33 148

2014 63 143

2015 75 156

2016 80 69




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- 5 -

Gráfico 3.Importación y exportación Interna de Bioetanol por Año (Millones de Litros)


1.1.4. Producción Externa de Bioetanol

La capacidad de producción de etanol de la UE se cuadruplicó desde

alrededor de 2.1 mil millones de litros en el 2006, alrededor de 8.5

millones de litros en el 2013. La mayor parte de la capacidad de

producción se ha instalado en Francia, los países del Benelux,

Alemania, Reino Unido, España, Polonia y Hungría. Desde el 2012, la

capacidad no ha aumentado de manera significativa, y no se espera

ser ampliado en 2015 y 2016. Debido a la tasa propuesta de bioetanol

a partir de los alimentos, se espera que la expansión de la primera

generación de bioetanol sea limitada, mientras que la expansión de la

producción de bioetanol celulósico está restringido debido a la falta de

certeza en el proceso de elaboración de las políticas de la UE. En el

año 2016, se esperaba que la UE ajustara la producción a consumo.

El mercado interno de bioetanol se ha visto afectada por la disminución

del consumo de gasolina y los mandatos de mezcla ajustada. La

producción en Alemania se pronostica una expansión basada en una

mayor combinación de bioetanol en el mercado nacional. Producción

húngara se prevé que aumente en base a nuevas inversiones en

capacidad. Sobre la base de estos planes de inversión, la capacidad

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IMPORTACION Y EXPORTACION INTERNA DE BIOETANOL

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AÑO

PRODUCCION EXTERNA DE BIOETANOL

FRANCIA

ALEMANIA

BENELUX

REINO UNIDO

ESPAÑA

POLONIA

se incrementará con un máximo de 180 000 000 litros. Las nuevas

instalaciones están previstas para estar listo en el 2015 [15].

Tabla 4. Producción Externa de Bioetanol (Millones de Litros)

AÑOS 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016

FRANCIA 294 539 746 906 1208 1208 1241 1152 1180 1180 110

ALEMANIA 430 397 580 752 765 730 776 851 920 975 1010

BENELUX 19 33 73 220 415 675 900 984 1000 1000 1000

REINO UNIDO 0 44 70 70 352 89 215 278 760 540 510

ESPAÑA 346 359 405 465 471 462 381 442 455 455 455

POLONIA 162 120 114 165 194 167 213 235 180 190 190

TOTAL 1251 1492 1988 2578 3405 3331 3726 3542 4495 4340 4345


Gráfico 4. Producción Externa de Bioetanol por Año (Millones de Litros)




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1.1.5. Consumo Externo de Bioetanol

Durante el periodo 2006 - 2011, el consumo de bioetanol en la UE se

expandió en un 0.5 a 1.2 mil millones de litros por año. En 2011, el

consumo alcanzó un nivel máximo de 5.7 millones de litros. Desde

2012, el consumo cayó y se anticipa a estancarse alrededor de 5.25

millones de litros durante el 2015 y 2016. En Alemania el consumo se

espera que aumente en 2016 en parte como resultado del cambio en

biocombustibles mandatos de estar basada en el contenido energético

de los ahorros (GEI) de gases de efecto invernadero. Sobre la base de

los ahorros de gases de efecto invernadero, se prevé que este nuevo

sistema para crear una preferencia por el bioetanol por encima de

biodiesel. También ha sido el aumento de precio moderado por el

debilitamiento del euro frente al dólar estadounidense. Las ventas de

las mezclas más altas de etanol están sin embargo afectadas

negativamente por los bajos precios de la gasolina. Ventas alemanas

de E5 y E10 están aflojando y en Suecia, el consumo E85 se redujo

en un 12 por ciento en el 2014. Un efecto de estancamiento de la

demanda de transporte es que una parte de la producción se extienda

al mercado industrial de bioetanol. A más largo plazo, el consumo de

la UE como combustible no se prevé recoger debido a todos los

factores mencionados anteriormente, además de la tapa propuesta de

bioetanol a base de alimentos. Actualmente la política y la estructura

financiera son insuficientes para apoyar el cambio a la producción de

bioetanol celulósico [15].



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2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016

MIL

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AÑO

CONSUMO EXTERNO DE BIOETANOL

ALEMANIA

REINO UNIDO

FRANCIA

ITALIA

ESPAÑA

BENELUX

Tabla 5. Consumo Externo de Bioetanol (Millones de Litros)

AÑOS 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016

ALEMANIA 599 584 791 1142 1475 1568 1581 1532 1430 1480 1520

REINO UNIDO 0 94 152 354 797 823 981 1040 1040 1000 1000

FRANCIA 294 539 814 805 782 835 810 797 820 835 850

ITALIA 0 0 1% 232 306 480 463 358 360 360 360

ESPAÑA 228 251 182 299 468 443 395 335 370 370 375

BENELUX 35 168 234 357 390 390 342 342 355 355 355

TOTAL 1156 1636 2349 4503 5253 573 5676 5370 5320 5250 5250


Gráfico 5. Consumo Externo de Bioetanol por Año (Millones de Litros)




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1.1.6. Exportación e Importación Externa de Bioetanol

Durante 2015 y 2016, las importaciones de bioetanol de la UE no son

propensos a recuperarse a los niveles de antes de 2012. En la

actualidad incluso un exceso de oferta temporal en los mercados de la

UE existe. En 2014, las exportaciones de la UE a Oriente Medio y la

India aumentaron significativamente. En 2015, se espera que las

exportaciones de ampliar aún más a pesar de la fuerte competencia

de etanol EE.UU. en el mercado mundial. Exportaciones de la UE

serán apoyados por la demanda interna restringida y la debilidad del

euro frente al dólar estadounidense [15].

Tabla 6. Exportación e Importación Externa de Bioetanol (Millones de

Litros)

AÑOS IMPORTACION EXPORTACION

2006 228 53

2007 1000 56

2008 1101 62 2009 899 100

2010 880 76

2011 1285 99

2012 886 95

2013 595 63

2014 367 228

2015 190 250

2016 190 230




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Gráfico 6. Importación y Exportación Externa de Bioetanol por Año (Millones de Litros)


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AÑO

IMPORTACION Y EXPORTACION EXTERNA DE BIOETANOL

IMPORTACION

EXPORTACION



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2. MATERIALES Y MÉTODOS

2.1. BIOETANOL

El bioetanol es un compuesto que se obtiene de la fermentación de

azucares que pueden utilizarse como combustible, pueden ser utilizado

solo o mezclados con una fuente común como lo es la gasolina; siendo

una forma alterna del uso y extracción del petróleo [7].

La producción de bioetanol, puede ser una forma de producción diferente

que permite mitigar los problemas que tiene la extracción de petróleo, lo

cual afecta profundamente a la fauna y flora en los lugares donde se

realizan los pozos petroleros y sus zonas de vida alrededor [8].

Ventajas

- Biodegradable.

- Mayor independencia de las importaciones de petróleo; su uso

contribuye a aumentar la autonomía y diversificación

energética.

- Carburante más limpio en emisiones contaminantes como

óxidos de azufre y partículas.

- Contribuye al crecimiento de las economías locales y a la

redistribución de la renta, generando puestos de trabajo en

áreas rurales.

- Disminución de las emisiones GEI que sobrecalientan la

superficie terrestre y aceleran el cambio climático.

- Fácil de obtener y almacenar [9].



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2.1.1. Características del Bioetanol

Tabla 7. Características físico-químicas del Bioetanol

PROPIEDADES FÍSICAS PROPIEDADES QUÍMICAS

Estado de agregación: líquido

Apariencia: Incoloro

Densidad: 0.810 g/cm3

Masa molecular: 46.07

Punto de fusión: -114.1 °C

Punto de ebullición: 78.6 °C

Temperatura crítica: 241 °C

Presión crítica: 63 atm

Acidez (pKa): 15.9

Solubilidad en agua: Miscible

Fuente: Elaboración propia

2.1.2. Materia Prima

Las microalgas pueden almacenar cantidades considerables de

carbohidratos en forma de almidón / celulosa, glicógeno, hexosas y

pentosas que pueden ser convertidos en azúcares fermentables para

la producción de bioetanol a través de la fermentación.

Las microalgas son un conjunto heterogéneo de microorganismos

fotosintéticos unicelulares procariotas (cianobacterias) y eucariotas,

que se localizan en diversos ambientes, bajo un amplio rango de

temperaturas, pH y disponibilidad de nutrientes.



Bibliot

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Cuadro 1. Composición bioquímica de microalgas (% base materia seca)

Fuente: Morton Satin, Chief Agro-Industries and Post-Harvest

Management Service. Becker (1994)

Microalgas Proteína

(%)

Carbohidratos

(%)

Lípidos

(%)

Ácidos Nucleicos

(%)

Scenedesmus obliquus 50 – 56 10 – 17 12 – 14 3 – 6

Scenedesmus quadricauda 47 - 1.9 -

Scenedesmus dimorphus 8 – 18 21 – 52 16 – 40 -

Chlamydomonas rheinhardii 48 17 21 -

Chlorella vulgaris 51 – 58 12 – 17 14 – 22 4 – 5

Chlorella pyrenoidosa 57 26 2 -

Spirogyra sp. 6 – 20 33 – 64 11 – 21 -

Dunaliella bioculata 49 4 8 -

Dunaliella salina 57 32 6 -

Euglena gracilis 39 – 61 14 – 18 14 – 20 -

Prymnesium parvum 28 – 45 25 – 33 22 – 38 1 – 2

Tetraselmis maculata 52 15 3 -

Porphyridium cruentum 28 – 39 40 – 57 9 – 14 -

Spirulina platensis 46 – 63 8 – 14 4 – 9 2 – 5

Spirulina maxima 60 – 71 13 – 16 6 – 7 3 – 4.5

Synechoccus sp. 63 15 11 5

Anabaena cylindrica 43 – 56 25 – 30 4 – 7 -



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2.1.2.1. Microalga Chlorella

Es un alga verde de forma elipsoidal, la cual crece en forma de células

simples. Pertenece a la división Chlorophyta y a la clase de las

Chlorophyceae. Se ha cultivado de forma intensiva con fines de

alimentación y obtención de metabolitos. El sistema por lote es el más

utilizado a gran escala por su bajo riesgo de contaminación y fácil

implementación [1].

Las microalgas son organismos fotosintéticos autótrofos consideradas

como las especies de plantas de más rápido crecimiento conocido.

Existen diversas especies de algas y microalgas, que pueden ser

utilizadas como materia prima para la producción de bioetanol. En el

cuadro 2 se muestra la composición bioquímica de la microalga Chlorella

en porcentaje en peso.

Cuadro 2. Composición bioquímica de la microalga Chlorella (Base Seca)

Componentes Composición (% w/w)

α-celulosa 15,4

hemicelulosa 31,0

proteína 27,0

lípidos 17,4

ácidos grasos 9,2

Fuente: Arias, Caballero L. C., Ramirez, Caballero G. Y., Estudio del efecto

del pretratamiento químico etanol-ácido e hidrólisis a la microalga

chaetocerus gracilis para la obtención de Azúcares Reductoras. Trabajo de

Grado. Facultad de Ingenierías Fisicoquímicas, Universidad Industrial de

Satender: Bucaramanga. 2010



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2.1.3. Usos y Aplicaciones del Bioetanol

El mercado del alcohol puede subdividirse en tres, de acuerdo a sus

destinos fundamentales como: combustible, uso industrial y bebidas.

El uso como combustible representa el 61% de la producción mundial,

ya sea para mezclar o reemplazar petróleo y derivados, alrededor del

23% se destina a la industria procesadora (cosméticos, farmacéutica,

química, entre otras), y el 16% restante se destina a la industria de

bebidas. La producción de alcohol destinada al uso como combustible,

por lo general se encuentra subsidiada por el impacto positivo del uso

del Etanol carburante sobre el medio [11].

El bioetanol tiene dos tipos de aplicaciones:

Mezclado directamente con la gasolina, en diferentes

proporciones. Es utilizable en automóviles, y en algunos países

también se utiliza en autobuses y vehículos industriales.

Como aditivo para las gasolinas tradicionales en forma de

EtilTerButilEter (ETBE). El etanol es mezclado con isobuteno

(derivado del petróleo, no renovable) para formar ETBE, un

compuesto que se añade a las gasolinas en un pequeño

porcentaje (1,5%) como antidetonante, dado su elevado índice

de octano. Es el sustituto del plomo utilizado anteriormente en las

gasolinas [13].

2.1.4. Productos Obtenidos A Partir Del Bioetanol

E5: El biocombustible E5 significa una mezcla del 5% de

bioetanol y el 95% de gasolina normal. Esta es la mezcla habitual

y mezcla máxima autorizada en la actualidad por la regulación

europea, sin embargo, es previsible una modificación de la

normativa europea que aumentará este límite al 10% (E10) ya

que diferentes estudios constatan que los vehículos actuales



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toleran sin problemas mezclas hasta el 10% de bioetanol y los

beneficios para el medioambiente son significativos.

E10: El biocombustible E10 significa una mezcla del 10% de

bioetanol y el 90% de gasolina normal. Esta mezcla es la más

utilizada en EEUU ya que hasta esta proporción de mezcla los

motores de los vehículos no requieren ninguna modificación y e

incluso produce la elevación de un octano en la gasolina

mejorando su resultado y obteniendo una notable reducción en

la emisión de gases contaminantes.

E85: Mezcla de 85% de bioetanol y 15 % de gasolina, utilizada

en vehículos con motores especiales. En EEUU las marcas más

conocidas ofrecen vehículos adaptados a estas mezclas.

También se comercializan, en algunos países (EEUU, Brasil,

Suecia) los llamados vehículos FFV o Vehículos de

Combustibles Flexibles con motores adaptados que permiten

una variedad de mezclas.

Los "Fuel Flexible Vehicles" (FFV) son vehículos de turismo

que pueden utilizar como combustible tanto gasolina

convencional derivada del petróleo como bioetanol en mezclas

de hasta un 85% (E85). Por tanto, son vehículos totalmente

polivalentes, que ofrecen la posibilidad de utilizar energía

renovable en su máximo estado de mezcla sin la necesidad de

consumir más energía.

E95 y E100: Mezclas hasta el 95% y 100% de bioetanol son

utilizados en algunos países como Brasil con motores

especiales.

E-DIESEL: El bioetanol permite su mezcla con gasol utilizando

un aditivo solvente y produciendo un biocombustible diesel el E-

Diesel, con muy buenas características en cuanto a combustión



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- 17 -

y reducción de contaminación ofreciendo así otras alternativas

al bioetanol en el campo de los vehículos diesel. El E-Diesel ya

se comercializa con éxito en EEUU y Brasil y pronto hará su

aparición en España y Europa.

ETBE: No se comercializa como un biocombustible, sino que se

utiliza como un aditivo de la gasolina. El ETBE (etil terbutil éter)

se obtiene por síntesis del bioetanol con el isobutileno,

subproducto de la destilación del petróleo. El ETBE posee las

ventajas de ser menos volátil y más miscible con la gasolina que

el propio etanol y, como el etanol, se aditiva a la gasolina en

proporciones del 10-15%. La adición de ETBE o etanol sirve para

aumentar el índice de octano de la gasolina, evitando la adición

de sales de plomo [14].

2.1.5. Enzima Y microorganismos para Producción de Bioetanol

2.1.5.1. Enzimas

Son biomoléculas especializadas en la catálisis de las reacciones

químicas que tienen lugar en la célula. Son muy eficaces como

catalizadores ya que son capaces de aumentar la velocidad de las

reacciones químicas mucho más que cualquier catalizador artificial

conocido, y además son altamente específicos ya que cada uno de

ellos induce la transformación de un sólo tipo de sustancia y no de

otras que se puedan encontrar en el medio de reacción [16].

Ventajas

Las enzimas son catalizadores muy eficientes: (se usan a

concentraciones del 0.001 al 0.0001%, frente a los

catalizadores químicos (0.1-1%).)

Las enzimas no producen contaminación medioambiental



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Las enzimas trabajan en condiciones suaves de pH,

temperatura y presión

Las enzimas no están limitadas a su papel natural

Las enzimas pueden catalizar un amplio espectro de

Reacciones.

2.1.5.1.1. Celulasa

Es una enzima compleja especializada en descomponer la celulosa

a múltiples monómeros de glucosa, pueden obtenerse a partir de

bacterias y de hongos. Estos microorganismos pueden ser

aerobios o anaerobios y termofílicos o mesofílicos.

2.1.5.2. Microorganismos

2.1.5.2.1. Saccharomyces cerevisiae

Esta especie es la levadura más utilizada para la fermentación de

azucares a bioetanol; ya que fermentan eficientemente los

azucares de seis carbonos a bioetanol. Pero en material celulósico

y hemicelulosico, donde además de hexosas, como la glucosa,

también se tienen pentosas, como la xilosa, la levadura no puede

utilizar estos azucares de cinco carbonos como fuente de carbono.

La levadura presenta las siguientes ventajas:

Es de fácil manipulación,

No es exigente en cuanto a su cultivo,

No presenta alto costo,

Es tolerante a altas concentraciones de etanol,

En la fermentación produce bajos niveles de subproductos.

Es capaz de utilizar altas concentraciones de azúcares,

presenta alta viabilidad celular para el reciclado y

características de floculación y sedimentación para su

procesamiento posterior [17].



Bibliot

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http://es.wikipedia.org/wiki/Enzima

http://es.wikipedia.org/wiki/Celulosa

http://es.wikipedia.org/wiki/Glucosa

- 19 -

2.1.5.2.2. Zymomonas mobilis

Es una bacteria Gram (-). Se considera una alternativa para

producir bioetanol a gran escala. En estudios comparativos con

levaduras, a nivel de laboratorio y planta piloto, en fermentaciones

por lote. Por eso empleando ésta bacteria se tiene:

Mayor captación de azúcar y mayor producción de bioetanol

Menor producción de biomasa

Mayor tolerancia al bioetanol

Mayor facilidad de manipulación genética [18].

2.1.6. Software de Simulación Super Pro Designer v9

Super Pro Designer v9 es una herramienta computacional amigable,

especialmente formulada para funcionar en ambiente Windows, que

facilita el modelaje, evaluación y optimización de procesos integrados

en una amplia gama de industrias (Farmacéutica, biotecnología,

productos químicos especiales, alimentos, bienes de consumo,

procesamiento de minerales, la microelectrónica, la purificación del

agua, tratamiento de aguas residuales, el Control de la contaminación

del aire, etc.). La combinación de la industria y medio ambiente

modelos de operación en el mismo software permite al usuario al

mismo tiempo diseñar y evaluar fabricación y final de los procesos de

tratamiento de reducción al mínimo de los desechos y la práctica

mediante prevención de la contaminación, así como la lucha contra la

contaminación [13].



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- 20 -

2.2. PROCESO DE OBTENCIÓN DE BIOETANOL

2.2.1. Pre-tratamiento

El pre-tratamiento de la biomasa es un paso crucial, ya que se rompe la

estructura cristalina de la celulosa y libera los azúcares fermentables para

que la hidrólisis de los carbohidratos pueda lograrse más rápidamente y

con mayores rendimientos. Un adecuado tratamiento previo proceso

también puede prevenir la formación de inhibidores a la posterior hidrólisis

y fermentación. Sin embargo, el proceso de pre-tratamiento contribuye de

manera significativa a los costos de producción.

Existen diferentes tecnologías de pre-tratamiento de la biomasa con

contenido de celulosa y hemicelulosa, que pueden ser clasificadas según

su naturaleza en pre-tratamientos físicos, químicos, biológicos y

termoquímicos.

2.2.1.1. Pre-tratamiento Físico

Dentro de los pre-tratamientos físicos (como molienda y trituración), se

engloba la molienda que utiliza fuerzas de impacto y cizalla para

disminuir la cristalinidad de la celulosa. Los requerimientos energéticos

en este tipo de pre-tratamientos dependen del tamaño final de partícula

que se quiera alcanzar y de la materia prima a pre-tratar, pero en todos

los casos supone altos costos energéticos y de capital.

2.2.1.2. Pre-tratamiento Químico

Se emplean diferentes agentes como el ozono, ácidos, álcalis,

peróxido y solventes orgánicos. El pre-tratamiento más estudiado ha

sido el que emplea ácido diluido, pues mejora significativamente la

hidrólisis enzimática.



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2.2.1.3. Pre-tratamiento Biológico

Implican el uso de microorganismos como los hongos de la

podredumbre blanca, parda o blanda, capaces de degradar la lignina

y hemicelulosa. El principal inconveniente es que dichos hongos

también consumen celulosa, lo que supone un problema para el

rendimiento total del proceso. Además, la lentitud a la que se

desarrollan estos procesos supone una desventaja adicional.

2.2.1.4. Pre-tratamiento Termoquímico

Entre los pre-tratamientos termoquímicos la explosión por vapor (EV)

ha sido el pre-tratamiento más utilizado para la biomasa con contenido

de celulosa y hemicelulosa. Debido a su idoneidad para un amplio

rango de materias primas, entre las que se encuentra las microalgas.

Junto a la explosión de vapor, el pre-tratamiento con agua caliente en

fase líquida (ACL) y la explosión por vapor con amoniaco (AFEX, del

inglés “amonia fiber explosion”) también se muestran como pre-

tratamientos termoquímicos eficientes para la biomasa de microalgas.

2.2.2. Hidrólisis

Dos métodos principales de la hidrólisis son ampliamente usados para

producir monómeros del azúcar requerido para la fermentación. Estos

incluyen hidrólisis ácida (con ácidos diluidos y concentrados) y la

hidrólisis enzimática.

2.2.2.1. Hidrolisis ácida

Consiste en un proceso químico que, mediante el empleo de

catalizadores ácidos, transforma las cadenas de polisacáridos que

forman la biomasa (hemicelulosa y celulosa) en sus monómeros

elementales. Este tipo de hidrólisis puede realizarse empleando



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diferentes clases de ácidos como el ácido sulfuroso, clorhídrico,

sulfúrico, fosfórico, nítrico y fórmico. Sin embargo, sólo los ácidos

clorhídrico y sulfúrico han sido empleados a escala industrial.

Los procesos industriales de hidrólisis ácida pueden agruparse en dos

tipos: los que emplean ácidos concentrados y los que utilizan ácidos

diluidos.

a) Hidrólisis con ácido concentrado

Los procesos que utilizan ácidos concentrados fueron los primeros

en desarrollarse dado que son capaces de romper la estructura

cristalina de la celulosa empleando bajas temperaturas, pudiendo

obtenerse altos rendimientos de hidrólisis (superiores al 90% de la

glucosa potencial) y cortos tiempos de contacto.

b) Hidrólisis con ácido diluido

Los procesos que emplean ácidos diluidos tienen su principal ventaja

en el relativamente bajo consumo de ácidos. Sin embargo, se

requieren relativamente altas temperaturas para alcanzar

rendimientos aceptables de conversión de celulosa a glucosa.

2.2.2.2. Hidrólisis enzimática

La hidrólisis enzimática es un proceso catalizado por un grupo de

enzimas denominadas genéricamente celulasas, que son en realidad,

una mezcla de distintas actividades enzimáticas cuya acción conjunta

produce la degradación de la celulosa. Las plantas superiores, algunos

invertebrados y principalmente microorganismos (hongos y bacterias)

son productores de este tipo de enzimas. Las celulasas de origen

fúngico, principalmente de los géneros Trichoderma, Phanerochaete y

Fusaruim, han sido las más estudiadas por la capacidad de estos



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microorganismos de producirlas en grandes cantidades y de forma

extracelular, facilitando su separación en los medios de cultivo.

2.2.3. Fermentación

Cuando la fermentación se emplea en el proceso de producción de

bioetanol a partir de biomasa con contenido celulósico y hemicelulosico,

los azúcares liberados (glucosa y xilosa) durante la hidrólisis enzimática

son fermentados con la consiguiente producción de bioetanol y CO2.

A continuación se describen las principales tecnologías disponibles a nivel

mundial en la obtención de bioetanol a partir de biomasa de microalgas.

2.2.3.1. Hidrólisis y fermentación en secuencia (SHF)

Comúnmente referido como SHF (Separate or Sequential Hydrolysis

and Fermentation), es la metodología de más antigua utilización. En

este caso, los productos del pretratamiento son sometidos a una

hidrólisis enzimática y el producto de esta, pasa a un fermentador en

donde se convierte la glucosa a bioetanol. Esta mezcla es destilada

para separar el bioetanol dejando en el licor la xilosa que no pudo ser

convertida a etanol. La xilosa, puede ser fermentada a bioetanol en un

segundo reactor, ya sea luego de la utilización de las hexosas en un

primer fermentador, o en un fermentador en simultáneo al de las

hexosas para aquellos pre-tratamientos que separan la hemicelulosa.

2.2.3.2. Hidrólisis y fermentación simultáneas (SSF)

Del inglés: “Simultaneous Saccharification and Fermentation”, consiste

en la consolidación de la hidrólisis enzimática y la fermentación en un

solo paso. Este método ha resultado ser uno de los más eficientes en

la obtención de bioetanol puesto que tiene varias ventajas. Entre ellas

se pueden destacar la disminución de la inhibición por producto de las

enzimas, del número de reactores utilizados, y de la pérdida de



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- 24 -

glucosa adherida a la fracción rica en lignina. Sin embargo, también

tiene sus limitaciones, siendo la más frecuente de ellas el problema en

la elección de la temperatura de trabajo. La temperatura óptima para

la hidrólisis enzimática es generalmente más elevada que la utilizada

en las fermentaciones, sobre todo cuando se trabaja con levaduras.

Por lo tanto, en un proceso en simultáneo, se debe elegir una

temperatura intermedia, que sea tolerable para el microorganismo y

en la cual éste, así como las enzimas pueda tener un buen

desempeño. Lógicamente esto resulta una tarea difícil.

2.2.3.3. Hidrólisis y co-fermentación simultáneas (SSCF)

Del inglés: “Simultaneous Saccharification and Co-fermentation”. En

este proceso, la materia prima pretratada, la cual consiste de un

hidrolizado hemicelulósico y un residuo sólido rico en celulosa y

lignina, son tratados en simultáneo. En este proceso las pentosas

provenientes de la hemicelulosa son fermentadas, al mismo tiempo en

que se llevan a cabo la hidrólisis de la celulosa y fermentación de las

hexosas obtenidas a bioetanol. El desafío más grande que enfrenta la

SSCF, es el de encontrar un microorganismo que pueda fermentar

tanto las pentosas como las hexosas con la misma eficiencia. A su vez,

es deseable que este microorganismo tenga buena tolerancia a los

inhibidores producidos durante el pretratamiento, en que se hidroliza

la hemicelulosa, tales como furfurales, compuestos aromáticos y ácido

acético. Si bien algunos investigadores han propuesto algunos

microorganismos genéticamente modificados para llevar a cabo este

proceso, aún queda mucho por investigar. La figura 1, muestra un

esquema de los distintos niveles de integración en las diferentes

configuraciones del proceso.



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Fig. 1. Esquema de las diferentes configuraciones para la fermentación de Bioetanol

2.2.4. Obtención de Bioetanol Hidratado (Destilación)

La destilación es la separación de los constituyentes de una mezcla

líquida por vaporización parcial de la misma y la recuperación separada

del vapor y el residuo. Los constituyentes más volátiles de la mezcla

inicial se obtienen en creciente concentración en el vapor; los menos

volátiles en concentración mayor en el residuo.

La destilación es lo primero en que se piensa cuando hay que separar

dos líquidos y son raros los procesos orgánicos en que no intervienen.

Todas las mezclas liquidas se pueden clasificar en dos grupos: mezclas

cuyos componentes pueden ser separados por la destilación ordinaria y

mezclas en las que la separación no puede efectuarse por este método.

Estas se llaman azeótropos, y se han inventado métodos especiales para

separar sus componentes.



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2.2.5. Obtención de Bioetanol Anhidro (Deshidratación)

La adsorción es otra de las operaciones unitarias ampliamente usadas en

la industria para la deshidratación del etanol. En esta operación, la mezcla

etanol-agua pasa a través de un equipo generalmente cilíndrico que

contiene un lecho de material adsorbente. Debido a la diferencia de

afinidad de las moléculas del etanol y del agua con respecto al

adsorbente, esta última queda atrapada en el lecho a través de

fenómenos de transporte superficial, mientras el etanol pasa a través del

mismo aumentando su concentración en la corriente de salida del aparato

[12].



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3. RESULTADOS

3.1. DIAGRAMA DE FLUJO PARA LA PRODUCCIÓN DE BIOETANOL

Fig. 2. Diagrama de la planta para la producción de Bioetanol a partir de microalga Chlorella, realizada en el software SuperPro Designer



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3.2. BALANCE DE MATERIA Y ENERGÍA

Tabla 8. Balance de materia y energía de materia prima, producto y

residuos industriales.

Fuente: Base de datos del software Super Pro Designer

Time Ref: day Aire

Caliente Celulasa

Microalga "chlorella"

Producto de Bioetanol

Residuos Industriales

S-101

Total Flow MT 2.1152 368.4836 4300 685.9073 4 679.776 542.5728

Temperature °C 85 25 25 25 100 25

Pressure atm 1 1 1 1.361 1.361 1

Liq/Sol Flow MT 0 368.4836 4300 685.9073 4 679.776 542.5728

Liq/Sol Vol Flow m3 0 370.4454 2 624.3197 872.7061 3 234.4478 372.1568

Liq/Sol Density kg/m3 1 000 994.7 1 638.52 785.95 1 446.85 1457.91

Total Enthalpy kW-h 35.7634 0 0 0 333 104.2573 0

Specific Enthalpy kcal/kg 14.5478 0 0 0 61.2443 0

Heat Capacity kcal/kg-°C 0.243 0.9984 0.6751 0.5865 0.8168 0.7251

Total Contents MT 2.1152 368.4836 4300 685.9073 4 679.776 542.5728

Amm. Sulfate 0 0 0 0 0.156 0.1675

Carb. Dioxide 0 0 0 0 661.8009 0

Cellulose 0 0 463.54 0 44.0363 44.0363

Celulasa 0 7.3697 0 0 7.3697 0.737

Ethyl Alcohol 0 0 0 685.6383 7.1398 0

Glucose 0 0 0 0 37.29 2.5549

Hemicellulose 0 0 933.1 0 27.993 27.993

Nitrogen 1.6226 0 0 0 0 0

Other Solids 0 0 1 613.36 0 1 613.36 161.336

Oxygen 0.4926 0 0 0 0.0007 0

saccharomyces c. 0 0 0 0 0.0446 0.0325

Water 0 361.114 1 290 0.269 2 177.7172 231.4872

Xylose 0 0 0 0 102.8582 74.2274

zymomona mobilis 0 0 0 0 0.0097 0.001



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Tabla 9. Balance de materia y energía de las corrientes S-102 hasta S-110

Time Ref: day S-102 S-103 S-104 S-105 S-106 S-107 S-108 S-109 S-110

Total Flow MT 5 020.0416 538.8525 5 020.0416 4 300 54.2574 5 388.5252 0.0011 5 392.3155 4 849.6727

Temperature °C 172.71 25 25 25 25 25 25 25 25

Pressure atm 9.882 1 9.882 1 1 1 1 1 1

Liq/Sol Flow MT 5 020.0416 538.8525 5 020.0416 4300 54.2574 5 388.5252 0 4 730.5139 4 849.6727

Liq/Sol Vol Flow m3 3 564.6348 368.4836 3 314.3909 2 624.3197 37.2143 3 684.8363 0 3 395.0599 3 316.3527

Liq/Sol Density kg/m3 1 408.29 1462.35 1 514.62 1 638.52 1 457.97 1 462.35 1 1 393.35 1 462.35

Total Enthalpy kW-h 605 906.7504 0 0 0 0 0 0 21 931.2592 0

Specific Enthalpy kcal/kg 103.8507 0 0 0 0 0 0 3.4994 0

Heat Capacity kcal/kg-°C 0.7032 0.7234 0.7032 0.6751 0.7251 0.7234 0.2195 0.6736 0.7234

Total Contents MT 5 020.0416 538.8525 5 020.0416 4300 54.2574 5 388.5252 0.0011 5 392.3155 4 849.6727

Amm. Sulfate 0 0 0 0 0.0186 0 0 0.156 0

Carb. Dioxide 0 0 0 0 0 0 0 661.8009 0

Cellulose 440.363 44.0363 440.363 463.54 4.4036 440.363 0 44.0363 396.3267

Celulasa 0 0.737 0 0 0.0737 7.3697 0 7.3697 6.6327

Ethyl Alcohol 0 0 0 0 0 0 0 692.7782 0

Glucose 25.7543 2.5754 25.7543 0 0.2575 25.7543 0 37.29 23.1789

Hemicellulose 279.93 27.993 279.93 933.1 2.7993 279.93 0 27.993 251.937

Nitrogen 0 0 0 0 0 0 0 0 0

Other Solids 1613.36 161.336 1 613.36 1 613.36 16.1336 1 613.36 0 1 613.36 1 452.024

Oxygen 0 0 0 0 0 0 0.0011 0.0007 0

saccharomyces c. 0 0 0 0 0 0 0 0.0446 0

Water 1 918.3541 227.9468 1 918.3541 1290 23.1482 2 279.468 0 2 204.6184 2 051.5212

Xylose 742.2802 74.228 742.2802 0 7.4228 742.2802 0 102.8582 668.0522

zymomona mobilis 0 0 0 0 0 0 0 0.0097 0




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Tabla 10. Balance de materia y energía de las corrientes S-111 hasta S-119


Time Ref: day S-111 S-112 S-113 S-114 S-115 S-116 S-117 S-118 S-119

Total Flow MT 54.2563 488.3166 0 5 770.9226 4 300 542.5739 1 091.1467 5 770.9226 712.5395

Temperature °C 25 25 25 31.92 25 25 78 36.32 25

Pressure atm 1 1 1 1 1 1 1.361 1 1.361

Liq/Sol Flow MT 54.2563 488.3166 0 5 109.1211 4300 542.5739 1 091.1467 5 109.1211 712.5395

Liq/Sol Vol Flow m3 37.2281 334.9287 0 3 796.3545 2 624.3197 372.143 1 350.974 3805.982 899.4801

Liq/Sol Density kg/m3 1457.4 1457.97 1000 1 345.8 1 638.52 1457.97 807.67 1342.39 792.17

Total Enthalpy kW-h 0 0 0 54 112.6706 0 0 49 154.3729 74 584.9459 0

Specific Enthalpy kcal/kg 0 0 0 8.068 0 0 38.7605 11.1203 0

Heat Capacity kcal/kg-°C 0.7256 0.7251 0 0.6936 0.6751 0.7251 0.7315 0.6937 0.6019

Total Contents MT 54.2563 488.3166 0 5 770.9226 4 300 542.5739 1 091.1467 5 770.9226 712.5395

Amm. Sulfate

0 0.1675 0 0.156 0 0.1861 0 0.156 0

Carb. Dioxide

0 0 0 661.8009 0 0 0 661.8009 0

Cellulose

4.4036 39.6327 0 44.0363 463.54 44.0363 0 44.0363 0

Celulasa

0.0737 0.6633 0 7.3697 0 0.737 0 7.3697 0

Ethyl Alcohol

0 0 0 713.9835 0 0 706.8436 713.9835 685.6383

Glucose

0.237 2.3179 0 37.29 0 2.5754 0 37.29 0

Hemicellulose

2.7993 25.1937 0 27.993 933.1 27.993 0 27.993 0

Nitrogen

0 0 0 0 0 0 0 0 0

Other Solids

16.1336 145.2024 0 1 613.36 1 613.36 161.336 0 1613.36 0

Oxygen

0 0 0 0.0007 0 0 0 0.0007 0

saccharomyces c

0.0325 0 0 0.0446 0 0 0 0.0446 0

Water

23.1533 208.3339 0 2 562.0202 1290 231.4822 384.303 2 562.0202 26.9012

Xylose

7.4222 66.8052 0 102.8582 0 74.228 0 102.8582 0

zymomona mobilis

0.001 0 0 0.0097 0 0 0 0.0097 0



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Tabla 11. Balance de materia y energía de las corrientes S-120 a S-124,

sulfato de amonio y vapores.

Time Ref: day S-120 S-121 S-122 S-123 S-124 Sulfato

de Amonio

Vapor a Alta

Presión Vapores

Total Flow MT 712.5395 378.6071 685.9073 4300 712.5395 3.7214 720 28.7474

Temperature °C 78 100 25 25.08 36.92 25 250 26.14

Pressure atm 1.361 1.361 1.361 9.882 1.361 1 10 1

Liq/Sol Flow MT 712.5395 378.6071 685.9073 4300 712.5395 3.7214 0 26.6322

Liq/Sol Vol Flow m3 955.8439 398.951 872.7061 2 624.428 911.5618 3.6594 0 26.7851

Liq/Sol Density kg/m3 745.46 949.01 785.95 1 638.45 781.67 1016.96 1000 994.29

Total Enthalpy kW-h 2 6412.841 32 181.4131 0 281.1771 5 940.5661 0 605 446.0818 35.7634

Specific Enthalpy kcal/kg 31.8946 73.1353 0 0.0563 7.1735 0 723.5254 1.0704

Heat Capacity kcal/kg-°C 0.6019 0.9754 0.5865 0.6751 0.6019 0.9655 0.4727 0.9428

Total Contents MT 712.5395 378.6071 685.9073 4 300 712.5395 3.7214 720 28.7474

Amm. Sulfate 0 0 0 0 0 0.1861 0 0

Carb. Dioxide 0 0 0 0 0 0 0 0

Cellulose 0 0 0 463.54 0 0 0 0

Celulasa 0 0 0 0 0 0 0 0

Ethyl Alcohol 685.6383 21.2053 685.6383 0 685.6383 0 0 0

Glucose 0 0 0 0 0 0 0 0

Hemicellulose 0 0 0 933.1 0 0 0 0

Nitrogen 0 0 0 0 0 0 0 1.6226

Other Solids 0 0 0 1 613.36 0 0 0 0

Oxygen 0 0 0 0 0 0 0 0.4926

saccharomyces c. 0 0 0 0 0 0 0 0

Water 26.9012 357.4018 0.269 1290 26.9012 3.5354 720 26.6322

Xylose 0 0 0 0 0 0 0 0

zymomona mobilis 0 0 0 0 0 0 0 0




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3.3. UBICACIÓN DE LA PLANTA

La selección del lugar donde se ubicará la planta productora de Bioetanol,

se hará mediante el método de factores ponderados; que es una

evaluación de alternativas, y consiste en fijar una escala numérica a cada

factor que se considera para la elección óptima del lugar.

Los factores más importantes son: el suministro de materia prima, la

accesibilidad de los mercados, la mano de obra, las leyes reguladoras y

el suministro de servicio (agua, energía eléctrica y energía térmica) y

como factores secundarios: los transportes, el clima y factores

comunitarios.

Para la ubicación de la planta se puede considerar como zonas

probables:), La Libertad (Salaverry, Buenos Aries) y Lima (Callao, Ancón,

Chancay, Isla San Lorenzo, Playa de ventanilla, La Punta, La punta

hermosa, Barranco, etc.).

3.3.1. Factores Primarios:

a) Suministro de Materia Prima

Siendo la microalga la materia prima para la producción de Bioetanol,

y teniendo en cuenta que existe un mayor número de especies de

microalgas: De especie dulce (pertenecientes a los géneros Chlorella,

Scenedesmus, Coelastru, Spirulina, etc).

Como hemos indicado hay dos zonas donde se pueden proporcionar

y cultivar dicha materia prima, Lima y La Libertad, teniendo en cuenta

también en aprovechar todo los recursos naturales y un medio

amigable con el medio ambiente.

De un análisis consideramos ambos pueden ser el lugar adecuado

para la ubicación de productora de Bioetanol.



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b) Mercado

Es sabido que la planta debe ubicarse lo más cercano posible a los

mercados, ya que esto supone una ventaja en cuanto a costos de

transporte. Además, para nuestro caso el departamento de Lima se

impone debido que la demanda de Bioetanol es mayor, puesto que su

parque automotriz es superior al de La Libertad.

Por otra parte, el consumo de Bioetanol está destinado al mercado

externo está en crecimiento constante y su demanda es mayor que en

Perú.

c) Energía Eléctrica

Tanto en Lima como en La Libertad el abastecimiento de energía

eléctrica es seguro. En Lima, puede ser suministrado por empresas

Eléctricas como EDEGEL, ENERSUR y KALLPA GENERACION S.A.

También se puede invertir en turbogeneradores para generar energía

eléctrica, de manera que la planta pueda abastecerse de energía

eléctrica por sí misma.

d) Suministro de Agua

El departamento de Lima presenta un mejor abastecimiento de agua,

esto debido a su desarrollo y número de habitantes.

e) Mano de obra

En el departamento de La Libertad la mano de obra es más barata en

comparación con Lima, de manera que bajo este contexto La Libertad

estaría en ventaja.

f) Leyes Regulatorias

Las leyes regulatorias rigen a nivel nacional, así que teniendo en

cuenta este aspecto no hay distinción.



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3.3.2. Factores Secundarios:

a) Transporte

Tanto en el departamento de Lima como el de La Libertad presentan

deficiencias en transporte, por lo que este actor no es determinante.

b) Clima

Este factor no es determinante puesto que en Lima como en La

Libertad existe similar clima.

c) Factores Comunitarios

Siendo Lima la capital del Perú, es evidente que cuenta con un mayor

número de centros de salud, centro de estudios, centros

recreacionales. Por lo tanto representa una marcada ventaja respecto

a La Libertad.



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3.3.3. Evaluación Por El Método De Factores Ponderados

Se fija el mínimo y máximo valor entre 10 y 100 respectivamente.

En la tabla 3.1., se presenta una evaluación por el método de ponderados

para establecer el lugar de ubicación.

Tabla 12. Elección de la ubicación de la planta de Bioetanol por el método

de factores ponderados

Factor Ponderación

Alternativas Cuentas

La Libertad Lima La

Libertad Lima

Materia Prima 90 70 90 6300 8100

Mercado 100 80 100 8000 10000

Energía 70 70 60 4900 4200

Agua 80 60 80 4800 6400

Mano de Obra 50 50 40 2500 2000

Regulaciones 40 40 40 1600 1600

Transporte 30 20 30 600 900

Clima 20 20 20 400 400

Comunitarios 10 5 10 50 100

TOTAL 29150 33700

Fuente: Elaboración Propia

El lugar más apropiado en donde debe situarse la planta de producción de

Bioetanol, es en el departamento de Lima; y sus operaciones empezarían a

desarrollarse en el año 2018.



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3.4. DISEÑO DE EQUIPOS DEL PROCESO

Se lleva a cabo el diseño de los principales equipos como lo son los

tanques, las bombas, columnas de destilación, intercambiadores de calor,

tamices moleculares y reactores; todo esto con la ayuda del software

Super Pro Designer.

3.4.1. Sección del Pre-tratamiento

a) Tanque de Recepción de la microalga

Fig. 3. Pantalla del diseño del tanque de recepción de la microalga



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b) Hidrólisis Térmica

Fig. 4. Pantalla de diseño del reactor de hidrólisis térmica

c) Intercambiador de Calor

Fig. 5. Pantalla de diseño del intecambiador de calor



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3.4.2. Proceso SSCF (Hidrólisis Enzimática – Fermentación)

a) Bioreactor de Inoculo

Fig. 6. Diseño del Bioreactor de microorganimos

b) Bioreactor (Hidrólisis – Fermentación)

Fig. 7. Diseño del reactor donde se lleva a cabo la Hidrólisis - Fermentación



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3.4.3. Obtención de Bioetanol Hidratado - Anhidro

a) Columna Depuradora

Fig. 8. Diseño de la columna depuradora

b) Columna Rectificadora

Fig. 9. Diseño de la columna rectificadora



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c) Intercambiador de Calor 2

Fig. 10. Diseño del Intercambiador de calor 2

d) Tamices Moleculares

Fig. 11. Diseño de los tamices moleculares



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3.5. INSTRUMENTACION Y CONTROL DEL PROCESO

Trata lo referente al control por instrumentación del proceso para la

producción de bioetanol. Para lograr esto se cree conveniente la

instalación de un panel de control automático, ubicado en la zona de

proceso de manera que facilite el acceso a los equipos de planta.

El control por instrumentación facilita medir, controlar e integrar las

condiciones de proceso. Otros fines del control automático son: la

reducción de la mano de obra, reducir el peligro debido al contacto con

materiales peligrosos, mayor facilidad y eficiencia en las operaciones, así

como la obtención de un producto de mayor calidad.

Los sensores serán automático-neumático excepto el taque de

almacenamiento del bioetanol, ahí se usara un controlador tipo boya.

3.5.1. Control en el tanque de recepción de la materia prima

En el tanque de recepción de materia prima se controlará la el nivel de

llenado con un sensor (LIC-1), además, la salida de la materia prima del

tanque se controlara con un sensor de temperatura (TIC-1), el cual

permitirá la calidad de la materia prima en condiciones óptimas (25°C).

3.5.2. Control en la hidrólisis térmica

Para este caso se requiere controlar mediante sensores la temperatura

(TIC-2) y presión (PIC-1) en la corriente de vapor.

La inyección directa de vapor del sistema se encuentra regulada por un

sensor (FIC-1), que mide la temperatura del interior del recipiente (TTC-

3) y determina la necesidad o no de una mayor o menor inyección de

vapor. En la corriente de entrada al reactor es controlada mediante un

sensor de nivel, que al llegar a su volumen de trabajo el sensor (LT-1)

transmite un señal al sensor de nivel (LC-1) el cual controla el nivel de

llenado del reactor y a su vez este manda una señal al sensor de caudal



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(FIC-2) indicando el cierre de la válvula y otra señal al sensor de tiempo

(KT-1) que transmite una señal al sensor (KC-1) el cual va controlar el

tiempo del proceso de la hidrolisis térmica (30 min), donde la corriente de

salida va ser controlada por un sensor (KIC-1).

3.5.3. Control en el tanque Bioreactor de Inoculo

En el tanque Bioreactor de Inoculo se controla mediante un sensor de

temperatura (TIC-3); el cual mide la temperatura óptima para el

crecimiento de los microorganismos que se encuentran en el tanque. Una

vez alcanzado su volumen de trabajo el sensor de nivel (LTC-1) transmite

y controla el nivel de volumen de trabajo y este manda una señal al sensor

(KT-2) el cual transmite la señal al sensor (KIC-2) este sensor permite el

tiempo de retención en el bioreactor para el crecimiento de los inoculos.

Los sensores (PIC-2) indican y controla la salida de los gases y (FIC-3)

indica y controla el caudal de ingreso al bioreactor.

3.5.4. Control del reactor Hidrólisis – Fermentación (Reactor CSTR)

En el proceso SSCF, el bioreactor tiene una similitud con los controladores

del reactor de hidrolisis térmica.Del sensor (LC-2) salen dos señales, el

cual una es enviada al sensor (TT-1) y este transmite al sensor (TC-1) el

cual este sensor controla la temperatura del proceso (25°C) de acuerdo al

transferente de calor que es el agua con un sensor de caudal (FIC-6), y la

otra señal es enviada al sensor (FIC-5) que es controla el flujo de entrada

del inoculo y la enzima.

El sensor (PIC-2) indica y controla la salida de los gases.



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3.5.5. Columna Depuradora

En la torre de destilación depuradora, los controladores (FIC-6) y (TIC-4)

se encargaran de controlar el caudal y la temperatura de ingreso.

Los controladores (LT-4) y (LC-4) son encargados de controlar el nivel del

fondo de la torre, en el caso que aumente el vapor mandara una señal a

la válvula del reboiler y controlar el vapor requerido. Los controladores

(PT-1) y (PC-1) son encargados de mantener la presión en caso aumente

el caudal de vapor, este mandara una señal a la válvula del condensador

y controlar el vapor requerido y los controladores (LT-3) y (LC-3)

mantendrá el nivel en el tanque de reflujo y así evitar la acumulación de

líquido en la columna.

Los controladores (AC-1), (AT-1), (AC-2) y (AT-2) se encargan de

transmitir y controlar la composición de destilado y de fondo en caso

aumente el caudal de ingreso a la torre. Los controladores (TI-1) y (TI-2)

indicaran la temperatura del platos y los controladores (TI-3) y (TI-4)

indicaran la temperatura del condensador y del reboiler.

3.5.6. Columna Rectificadora

En la columna rectificadora, en el caso de la alimentación solo se

controlara el caudal (FIC-6) y la ubicación de los controladores es igual al

de la columna depuradora.

La columna de rectificación dispone de un controladores de presión en la

cabeza (PT-2) y (PC-2) para determinar la presión en el interior de la

columna en todo momento. El nivel de líquido de la parte inferior de la

columna se controla mediante un controlador de nivel (LT-6) y (LC-6).

3.5.7. Control en los tamices moleculares

El sistema de deshidratación del etanol, compuesto por dos tamices

moleculares, opera de forma alterna, de forma que uno de los lechos se

encuentra operando mientras que el otro se encuentra en tareas de

regeneración. Tanto durante la operación de deshidratación como en la



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operación de regeneración del tamiz, es muy importante conocer en todo

momento las condiciones de presión y temperatura a la que se lleva a

cabo la operación, es por ello por lo que se dota a cada uno de los tamices

moleculares de un indicador local de presión (PIC-4) y de otro de

temperatura (TIC-6). Además, tanto la entrada como la salida del sistema

de tamices moleculares cuentan con una válvula de tres vías, la cual

permitirá el paso de la corriente de etanol con agua hacia uno u otro tamiz

en función de las condiciones de operación en cada momento.

La composición del bioetanol se controlara con sensores (AT-5) y (AIC-1)

los cuales son informarán la pureza.

3.5.8. Control en el tanque de almacenamiento

El control a llevarse a acabo aquí es el de nivel y será un control manual,

solo se implementaran indicadores de nivel, del tipo boya, por ser este el

más práctico y económico.



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Fig. 18. Controladores en los tamices moleculares

Fig. 12. Controladores en el tanque de recepción de microalga Fig.13. Controladores en el tanque reactor de hidrólisis térmica Fig. 14. Controladores en el tanque de crecimiento del inoculo

Fig. 15. Controladores en el tanque de

hidrólisis – fermentación Fig.17. Controladores en la columna rectificadora

INSTRUMENTACIÓN Y CONTROL EN EL PROCESO

UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO FACULTAD DE INGENIERIA QUIMICA

ESCUELA DE INGENIERIA QUIMICA

Fig. 16. Controladores en la columna depuradora



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3.6. AUXILIARES DEL PROCESO

3.6.1. Suministro de Agua

La planta requiere de tres tipos de agua: agua de enfriamiento, agua para

usos sanitarios y agua contra incendios.

a) Agua de Enfriamiento:

Como medio de enfriamiento en el bioreactor. El agua a utilizar es 100

m3/día y para compensar las pérdidas por evaporación y fugas se

suministran agua de reposición proveniente del reservorio R-1.

b) Agua contra Incendios:

En la planta se dispondrá de un reservorio para agua con una capacidad

de 30 m3, en caso de cualquier emergencia y provendrá del reservorio

R-2.

c) Agua para usos Sanitarios y de Limpieza:

El agua para usos sanitarios y del personal es indispensable en la planta.

El agua potable que se utiliza viene del reservorio R-3, previo tratamiento

de cloración para eliminar las posibles bacterias que pudiera contener

hasta llegar a una concentración de cloro residual de 0.5 ppm.

3.6.2. Energía Eléctrica

La energía eléctrica consumida por la planta será suministrada por la

empresa Hidrandina, se usará corriente eléctrica monofásica de 110

voltios y trifásica de 220 voltios.

3.6.3. Almacenamiento

En la planta se dispone de facilidades de almacenamiento tanto para la

materia prima como para el producto.



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3.6.4. Seguridad

Con el fin de prevenir cualquier incendio es necesario disponer de los

equipos adecuados. Se dispondrá de extintores ubicados en lugares

estratégicos de la planta.

En el área de seguridad existirá también un departamento de salud,

higiene y seguridad industrial para prestar servicio a todo el personal que

labora en la planta.

3.6.5. Laboratorio

En el laboratorio de la planta se realizarán análisis físicoquímicos, los

cuales serán del tipo rutinario y periódicos, los primeros constan en

determinar la pureza del producto y se realizarán cada hora; el segundo

tipo se realizará para llevar un monitoreo adecuado del proceso de

manera que permitan mantener la calidad del producto.

3.6.6. Taller de Mantenimiento

El mantenimiento del equipo principal, auxiliar y accesorios es

indispensable, por lo que se requiere de personal especializado. El taller

está provisto de equipos mecánico, eléctrico, carpintería y demás

facilidades pertinentes.



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3.7. DISTRIBUCIÓN DE LA PLANTA

En este capítulo se resume la adecuada distribución de la planta de forma

objetiva. Esta disposición de las diferentes unidades y localización del

equipo en estas unidades se realizaron de acuerdo a las reglas de

seguridad y distribución de la norma técnica peruana.

3.7.1. Distribución de la planta

En el plano maestro se muestra la distribución de la planta. En este plano

se puede apreciar las áreas verdes, edificios principales y área de

proceso actual y expansión futura.

Las distintas áreas se han determinado en base a las etapas del proceso,

factores de seguridad, facilidades de operación, disposición del espacio

suficiente para el equipo con el fin de facilitar el mantenimiento y

operación de los mismos.

El área total que ocupa la planta es de 7 000 m2 de la cual el área de

proceso es de 1 000 m2, mientras que el dispuesto para la expansión será

1 000 m2.

3.7.2. Cimientos

La función de los cimientos es de distribuir las cargas de las estructuras

de equipos con el fin de facilitar un trabajo seguro y rápido en el

mantenimiento y operación.

El área de proceso se edificara sobre plataforma de concreto armado. Los

equipos sometidos a vibraciones, tales como motores eléctricos y bombas

se colocaran sobre pequeñas plataformas extendidas que absorben y

limiten las vibraciones.



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3.7.3. Estructuras

El área de procesos se construirá al aire libre y con estructuras sencillas

seguras y de bajo costo.

Las estructuras totalmente cerradas son solo para los edificios, los cuales

tienes base de concentro, pintura ignifuga, paredes de ladrillo y techo

planos de ladrillos aligerado.

3.7.4. Tuberías

Se emplea el acero al carbono para todas las tuberías salvo para las que

circulan materiales ácidos como catalizadores y vapor a alta presión,

donde se emplea acero inoxidable del tipo 304.

En las instalaciones se emplean juntas soldadas para simplificar el

aislamiento, se emplean bridas para conectar tuberías de equipo y a los

accesorios que necesitan removerse de la línea, ya sea para fines de

mantenimiento o para ser reemplazados.

Se emplean válvulas de compuertas para detener el paso del fluido y

generalmente operan abiertas o cerradas completamente, las válvulas de

globo son utilizadas para regulación de la presión y/o circulación de los

fluidos, también de hace uso de válvulas Check las cuales son instaladas

en las líneas de descarga de las bombas y en tuberías alimentación con

el fin de impedir que el fluido retrocedan en caso de alguna falla metálica.



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2.8 cm

AREA DE PROCESO

AREA DE EXPANSION

BA

LAN

ZA 1

BA

LAN

ZA 2

ZONA DE PARQUEO ZO

NA

DE

PA

RQ

UEO

G - 1

P - 2

G – 2

- 1

P - 1

C - 1

C - 2

C - 1

C - 4

C - 1

C - 5

C - 1

C - 8

C - 1

C - 7

C - 1

C - 6

C - 1

TKR - 1

TKR - 2 TKA - 1

C - 9

C - 1

C - 9

C – 3

- 1

AREAS VERDES Y VEREDAS



PLANO MAESTRO DE LA PLANTA

LEYENDA

TKR

V - 102

C – 1 AREA DE CALIDAD Y SSOMA.

C – 2 AREA DE FINANZAS Y CONTROL- COMECIALIZACION.

C – 3 SS.HH.

C – 4 RR.HH.

C – 5 GERENCIA GENERAL

C – 6 AREA DE COMPRA

C - 11 C - 10

C – 7 AREA DE PROYECTOS

C – 8 AREA DE PRODUCCION

C – 9 SS.HH.

C – 10 MANTENIMIENTO

C – 11 LABORATORIO

P – 1 PUERTA UNO

P – 2 PUERTA DOS

G – 1 GARITA UNO

G – 2 GARITA DOS

TKR RESERVORIOS DE AGUA

V – 102 TANQUE DE RECEPCION

23/01/2017



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PLANO DEL AREA DE PROCESO DE LA PLANTA

LEYENDA

R - 102 SFR - 101

R - 101

C - 101

C - 102

GAC - 101

V - 107

R – 102 REACTOR DE HIDROLSISI TERMICA (EXPLOSION DE VAPOR)

SFR – 101 BIOREACTOR DE CULTIVO DE LOS INOCULOS

R – 101 BIOREACTOR DEL PROCESO SSCF (HIDROLISIS-FERMENTACION)

C-101 COLUMNA DEPURADORA

C – 102 COLUMNA RECTIFICADORA

GAC – 101 TAMICES MOLECULARES

V – 107 TANQUE DE ALMACENAMIETO DEL BIOETANOL

23/01/2017



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3.8. EVALUACIÓN ECONOMICA

Determina de forma resumida total, los gastos de operación y la

rentabilidad, con ayuda de la hoja de cálculo.

3.8.1. Determinación de la Inversión

Para estimar el total de inversión, se hace uso de información

proporcionada por el departamento de compras tanto de Casagrande,

complejo Cartavio, mercado online y como del Software utilizado, para el

caso que no se cuente con el costo del equipo de la misma capacidad, se

utiliza la regla de la seis décimas (Vilbrandt. 1963).

Para los costos de instalación se asume un 20% del precio de compra.

Todos los precios de compras son del tipo FOB.

3.8.2. Equipo De Proceso

3.8.2.1. Tanques

Para el caso de los tanques se tiene información del costo de 200 m3

de acero inoxidable. (Departamento de costos del Complejo Cartavio)

a partir obtendremos el costo de las demás tanques, usando para esto

el factor de las seis décimas.

Para el costo de instalación se asume el 30% del costo del tanque.

Así por ejemplo: Para el tanque de Recepción de la microalga (V-102)

se tiene:

Capacidad: 200 m3; Costo: $ 40 000.00

Costo de tanque V-102 = 40 000*(65.60/200)^0.6 = $ 20 492.00

Costo de Instalación = 0.3 * 20 492.00 = $ 6 147.60

Costo total = 20 492.00 + 6 147.60 = $ 26 639.60



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Tabla 13. Costo total de tanques

Fuente: Base de datos del software

3.8.2.2. Bombas

Para el caso de las bombas se tiene información del costo de una

bomba de engranaje de 100 m3/h, a partir de la cual obtendremos el

costo de las demás utilizando para esto el factor de las seis décimas.

Para este caso los costos de instalación se asumen un 20% del precio

de compra.


Así por ejemplo: Bomba de engranaje (GP-101) se tiene:


Costo de tanque GP-101 = 6 000*(109.35/100)^0.6 = $ 6 330.57

Costo de Instalación = 0.2 * 6 330.57= $ 1 266.11

Costo total = 6 330.57+ 1 266.11= $ 7 596.68

Tabla 14. Costo total de bombas


TANQUES

NOMBRE CANTIDAD CAPACIDAD

(m3)

PRECIO DE

COMPRA

POR

UNIDAD ($)

COSTO DE

INSTALACION

($)

COSTO

TOTAL (S)

Tanque de

Recepción

(V-102)

1 65.60 20 492.00 6 147.60 26 639.60

Tanque de

Almacenamiento

V-107

15 1 000 10 5061.11 31 518.33 2 048 691.69

TOTAL 2 075 331.29

BOMBAS


PRECIO DE

COMPRA

($)

COSTO DE

INSTALACION

($)

COSTO TOTAL

(S)

GP-101 2 109.35 6 330.57 1 266.11 15 193.36

TOTAL 15 193.36



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3.8.2.3. Columnas De Destilación

Para el caso de las columnas de destilación se tiene información del

costo de una columna de destilación de 100 m3, a partir de la cual

obtendremos el costo de las demás utilizando para esto el factor de

las seis décimas.


de compra.


Así por ejemplo: Columna Depuradora (C-101) se tiene:


Costo de tanque C-101 = 600 000*(18.239/100)^0.6 = $ 216 148.32

Costo de Instalación = 0.4 * 216 148.32 = $ 86 459.33

Costo total = 216 148.32 + 86 459.33 = $ 302 607.65

Tabla 15. Costo total de Columnas de Destilación

COLUMNAS


(m3)

PRECIO

DE

COMPRA

($)

COSTO DE

INSTALACION

($)

COSTO TOTAL

(S)

Columna

Depuradora

C-101

3 18.239 216 148.32 86 459.33 907 822.94

Columna

Rectificadora

C-102

3 26.495 270 426.72 108 170.69 1 135 792.23

TOTAL 2 043 615.17


3.8.2.4. Intercambiadores De Calor

Para el caso del intercambiador de calor se tiene información del costo

de un intercambiador tubular de 400 m2 área de transferencia de calor,



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a partir de la cual obtendremos el costo de las demás utilizando para

esto el factor de las seis décimas.


de compra.


Así por ejemplo: Intercambiador de Calor tubular (HX-101) se tiene:


Costo de tanque HX-101 = 10 000*(100/400) ^0.6 = $ 4 352.75

Costo de Instalación = 0.2 * 4 352.75= $ 870.55

Costo total = 870.55 + 4 352.75 = $ 5 223.30

Tabla 16. Costo total de Intercambiadores de Calor

INTERCAMBIADORES DE CALOR


(m2)

PRECIO DE

COMPRA ($)

COSTO DE

INSTALACION ($)

COSTO

TOTAL (S)

HX-101 1 100.00 4 352.75 870.55 5 223.30

HX-103 2 100.00 4 352.75 870.55 10 446.61

HX-104 1 100.00 4 352.75 870.55 5 223.30

TOTAL 20 893.21


3.8.2.5. Tamices Moleculares

Para el caso de los tamices moleculares se tiene información del costo

de una columna de 5 m3, a partir de la cual obtendremos el costo de

las demás utilizando para esto el factor de las seis décimas.


de compra.


Así por ejemplo: Tamices Moleculares (GAC-101) se tiene:



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Costo de tanque HX-101 = 500 000.00*(53.87/5) ^0.6 = $ 2 081 594.77

Costo de Instalación = 0.2 * 2 081 594.77= $ 416 318.95

Costo total = 2 081 594.77 + 4 352.75 = $ 2 497 913.72

Tabla 17. Costo total de Tamices Moleculares

TAMICES MOLECULARES


(m3)

PRECIO DE

COMPRA ($)

COSTO DE

INSTALACION

($)

COSTO

TOTAL (S)

GAC-101 2 53.87 2 081 594.77 416 318.95 4 995 827.44

TOTAL 4 995 827.44


3.8.2.6. Reactores

Para el caso de los reactores se tiene información del costo de 5 m3

para el reactor de siembra y 35 m3 para el reactor CSTR para el

proceso de hidrolisis-Fermentación de acero inoxidable, a partir

obtendremos el costo de las demás tanques, usando para esto el

factor de las seis décimas.

Para el costo de instalación se asume el 30% del costo del tanque.

Así por ejemplo: Para el Reactor de Siembra (SFR-101) se tiene:


Costo de tanque SFR-101 = 8 000*(40/5) ^0.6 = $ 27 857.62

Costo de Instalación = 0.3 * 27 857.62= $ 8 357.29

Costo total = 8 357.29+ 27 857.62= $ 36 214.90



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Tabla 18. Costo total de tanques


3.8.3. Bienes Inmuebles

3.8.3.1. Terreno

Teniendo en cuenta el área (7 000 m2) y asumiendo un precio de

$100/m2, se tiene: $700 000.00

3.8.3.2. Cimientos Y Estructuras

Se estima alrededor de $ 150 000.00

3.8.3.3. Edificios

Se estima alrededor de $ 300 000.00

3.8.3.4. Auxiliares De Procesos

Se Asume un 20% del costo total del equipo principal.

TANQUES


(m3)

PRECIO DE COMPRA POR

UNIDAD ($)

COSTO DE INSTALACION

($)

COSTO TOTAL (S)

Reactor de Hidrolisis Térmica (R-102)

2 100 93 870.51 28 161.15 244 063.33

Reactor de Inóculo

(SFR-101) 4 40 27 857.62 8 357.29 144 859.61

Bioreactor Hidrolisis-

Fermentación (R-102)

72 100 93 870.51 28 161.15 8 786 279.74

TOTAL 9 175 202.68



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3.8.3.5. Instrumentación


3.8.3.6. Parte Eléctrica


3.8.3.7. Tubería y Accesorios


3.8.4. Resumen De La Inversión

3.8.4.1. Resumen para el costo de equipos

Tabla 19. Resumen del costo total para los equipos

EQUIPO COSTO TOTAL ($)

TANQUES 2 075 331.29

BOMBAS 15 193.36

COLUMNAS DE DESTILACION 2 043 615.17

INTERCAMBIADORES DE

CALOR 20 893.21

TAMICES MOLECULARES 4 995 827.44

REACTORES 9 175 202.68

TOTAL 18 326 063.15




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3.8.4.2. Resumen para el costo de bien inmueble

Tabla 20. Resumen del costo total de bien inmueble

BIEN INMUEBLE COSTO TOTAL ($)

TERRENO 700 000.00

CIMIENTO Y

ESTRUCTURAS 200 000.00

EDIFICACIONES 400 000.00

AUXILIARES DE PROCESO 3 665 212.63

INSTRUMENTACION 3 665 212.63

ELECTRICIDAD 2 748 909.47

TUBERIAS Y ACCESORIOS 3 665 212.63

TOTAL 15 044 547.36


3.8.5. Costos De Operación

Para determinación de los costos de operación se tiene en cuenta los

gastos de:

3.8.5.1. Mano de obra

3.8.5.1.1. Operarios

Para estimar la cantidad de recursos necesarios se divide la planta en

9 áreas y 3 turnos de 8 horas cada uno.

Área de transporte: comprende en transportar la biomasa hasta

la planta, y para esta se estima un total de 1 personas por turno.

Área de pre-tratamiento: se requiere 2 operario por turno

Área de hidrolisis-fermentación: se requiere 2 operarios por

turno



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Área de destilación: se requiere 2 operarios por turno

Área de Tamices Moleculares: se requiere 1 operario por turno

Área de laboratorio: se requiere 2 operarios por turno

Seguridad: 2 por garita

Área de mantenimiento: se considera necesario a 3 recursos: un

mecánico, un electricista y un ayudante.

Área de limpieza: se requiere 2 operarios por turno

Total de operarios: 17 por turno, trabajando en tres turnos se

tiene 51.

3.8.5.1.2. Ingenieros: 1 por turno y un jefe de planta

Total de ingenieros: 4

3.8.5.1.3. Superintendentes: 1

3.8.5.1.4. Gerente: 1

Total de personal en planta 57 personas

Tabla 21. Resumen de remuneración del personal.

REMUNERACION DEL PERSONAL

Recursos Cantidad

Costo

mensual

($)

Gratificaciones

mensuales ($)

CTS

mensual

($)

Vacaciones

mensuales

($)

Total ($)

Operarios 51 300.00 50.00 25.00 25.00 20 400.00

Ingenieros de

Turno 3 900.00 150.00 75.00 75.00 3 600.00

Ingenieros Jefe

de planta 1 1 500.00 250.00 125.00 125.00 2 000.00

Superintendente 1 2 500.00 416.67 208.33 208.33 3 333.33

Gerente 1 5 000.00 833.33 416.67

416.67 6 666.67

TOTAL 36 000.00

Fuente: Elaboración Propia en base a supuestos



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3.8.5.2. Materia prima

Se considera un precio estándar de $ 0.07 por kilo de cultivo de

biomasa (microalgas).

3.8.5.3. Servicios de venta

Se considera solo lo referido para cubre gastos de transporte del

producto al puerto, almacenamiento para exportación y pago de

adunas, se fijan en 0.02 $/litro (Centro de Costos de Cartavio).

También se considera el incentivo brindado por el estado por concepto

de exportaciones (DRAW BACK), que es igual al 5% del equivalente

en dinero de lo exportado.

3.8.6. Flujo de caja económico

Para elaborar el flujo de caja económica, se tiene en cuenta las siguientes

consideraciones:

Producción diaria de etanol anhidro (Bioetanol): 872 706.132 Lt./día

Molienda diaria: 4 300 TM/día

Tipo de cambio: 3.30

Tasa mínima atractiva: 15%

Días de operación al año : 322 días

Precios:

Etanol anhidro: 0.7 $/litro

Tonelada de microalgas: $ 70



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Ingresos anuales:

Por concepto de Bioetanol : 872 706.132 *322*0.7 = $ 196 707 962.15

Por concepto de Draw Back : 0.05*196 707 962.20 = $ 9 835 398.11

TOTAL: $ 206 543 360.26

Egresos anuales:

Por concepto de mano de obra: 36 000.00 *10 = $ 360 000.00

Por concepto de materia prima:4 300 *70*322 = $ 96 922 000.00

Por concepto de venta: 0.02*196 707 962.20 = $ 3 934 159.24

TOTAL: $ 101 216 159.24



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Tabla 22. Flujo de caja económico



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3.8.7. Rentabilidad

La evaluación de la rentabilidad de la investigación, se realiza sobre la

base de los presentados en el análisis económicos y se evalúa en los 10

primeros años que se considera como vida útil del proyecto; para dicha

evaluación se utilizan técnicas como el VAN y TIR. Esta parte también

incluye un análisis del riesgo de la inversión.

Para una tasa mínima atractiva de rentabilidad del 15%, los cálculos nos

indican:

VAN = $ 495 242 241.41

TIR = 316 %

Recuperación: 0.68 años

De acuerdo a la teoría económica que sustenta estos indicadores de

rentabilidad, es conveniente que se realice la inversión.



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3.9. ESTUDIO DE IMPACTO AMBIENTAL

El potencial de impacto ambiental de una cantidad dada de materia o

energía puede ser definida como el efecto que esta materia y energía

tendría en promedio sobre el ambiente si ellos fueran descargados fuera

del proceso. Dado que la definición implica que el impacto es una cantidad

aún no realizada, el potencial de impacto ambiental es de naturaleza

probabilística. Así, los potenciales de impacto ambiental de una industria

química son generalmente causados por la energía y la materia que el

proceso adquiere o emite al ambiente.

El potencial de impacto ambiental es una cantidad que no puede ser

medida directamente, sin embargo, se puede calcular a partir de

cantidades medibles utilizando relaciones funcionales entre ellas los datos

obtenidos en el reporte brindado por el software SuperPro Designer v9.

El software SuperPro Designer v9 permite al usuario analizar mediante

valores de potencial de impacto ambiental el efecto que el proceso tendría

sobre el ambiente.

Tabla 23. Residuos generados en la planta

Residuos TM/día

Sulfato de amonio 0.16

Dióxido de Carbono 661.80

Celulosa 44.04

Celulasas 7.37

Glucosa 37.29

Hemicelulosa 27.99

Nitrógeno 1.62

Otros solidos 1 613.36

Oxigeno 0.49

saccharomyces cerevisiae

0.04

Agua 2 177.76

Xilosa 102.86

Zymomona mobilis 0.01

TOTAL 4 674.79

Fuente: Datos del software



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https://www.google.com/search?client=firefox-b-ab&q=saccharomyces+cerevisiae&spell=1&sa=X&ved=0ahUKEwjW84q65YDSAhUC6yYKHX9yDSIQvwUIGCgA

https://www.google.com/search?client=firefox-b-ab&q=saccharomyces+cerevisiae&spell=1&sa=X&ved=0ahUKEwjW84q65YDSAhUC6yYKHX9yDSIQvwUIGCgA

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Tabla 24. Consumo de agua en la planta

Agentes de transferencia de calor TM/día

Vapor de Agua 55.63

Agua Fría (25-30 °C) 5 001.00

Agua Fría (5-10 °C) 4 446.81

TOTAL 9 503.94


Tabla 25. Concentración de los Residuos generados en la planta por

parámetros

Parámetros Concentración

TOC (mg C/l) 226 998.13

COD (mg O/l) 606 273.58

ThOD (mg O/l) 606 273.58

BODu (mg O/l) 444 587.54

BOD5 (mg O/l) 396 381.84

TKN (mg N/l) 1.678

NH3 (mg N/l) 1.678

NO3/NO2 (mg N/l) 0

TP (mg P/l) 0.336

TS (mg Slds/l) 564 469.69

TSS (mg Slds/l) 16.779

VSS (mg Slds/l) 15.101

DVSS (mg Slds/l) 15.101

TDS (mg Slds/l) 564 452.91

VDS (mg Slds/l) 564 404.69

DVDS (mg Slds/l) 564 404.69




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Tabla 26. Cantidad de residuos generados en la planta diario por parámetro

Parámetros Rendimientos Diarios

TOC (MT C/d) 734.214

COD (MT O/d) 1 960.96

ThOD (MT O/d) 1 960.96

BODu (MT O/d) 1 438.00

BOD5 (MT O/d) 1 282.08

TKN (MT N/d) 0.005

NH3 (MT N/d) 0.005

NO3/NO2 (MT N/d) 0

TP (MT P/d) 0.001

TS (MT Slds/d) 1 825.75

TSS (MT Slds/d) 0.054

VSS (MT Slds/d) 0.049

DVSS (MT Slds/d) 0.049

TDS (MT Slds/d) 1 825.69

VDS (MT Slds/d) 1 825.54

DVDS (MT Slds/d) 1 825.54




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4. DISCUSIÓN

En la tabla N° 2 y tabla N° 5 se aprecia el consumo de bioetanol en Perú y

en Europa el cual creció un 2.6 y 4 % en el año 2016 respectivamente, debido

que en Perú aumenta el consumo de etanol por el aumento de consumo de

la gasolina y en Europa la alta demanda de biocombustibles de acuerdo al

mandato de estar basada en el contenido energético de los ahorros (GEI) de

gases de efecto invernadero.

En el tabla N° 8, el contenido total de ingreso de la pasta de microalga es de

4300 TM/día la misma producción establecida por caña brava, la pasta de

microalga se utiliza en la tecnología SSCF para la producción de bioetanol,

obteniendo una producción de 58% más frente a otras plantas proyectadas.

En la tabla N°12 de acuerdo al método de factores ponderados se muestra

que la ciudad de lima obtiene un puntaje de 33700, mucho más alto que la

ciudad de Trujillo el cual obtiene un puntaje de 29150, siendo un factor

importante para la elección de ciudad el mercado y el agua. Siendo factores

para el crecimiento de la microalga y venta del bioetanol.

En la tabla N° 22 del flujo de caja económico , se observa que la inversión

del proyecto es de $ 33 370 610.52 y los gastos operacionales son de $ 101

216 159.2, el cual se utilizan técnicas como el VAN y TIR para evaluar la

rentabilidad y el tiempo de recuperación de inversión , donde el Valor Actual

Neto es de $ 495 242 241.41 siendo el VAN superior a cero, lo que significa

que recuperamos la inversión inicial y tendremos más capital, otra forma de

calcular lo mismo es mirar la Tasa Interna de Retorno, que sería el tipo de

interés en el que el VAN se hace cero, siendo el TIR un 316 % el cual

estamos ante un proyecto empresarial rentable donde el tiempo de

recuperación de la inversión es de 0.68 años con ganancias de $ 105 327

201.02.



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En la tabla N° 23, se obtiene los datos a partir del informe generado por el

software el cual se observa que la cantidad de residuos generados por la

planta es de 4 674.79 TM/día, siendo el agua el primer residuo con más

producción y el dióxido de carbono el gas con más producción, por otra parte

los residuos generados son destinados para el cultivo de la microalga

Chlorella para minimizar la cantidad de residuos generados y las emisiones

de gases hacia la atmosfera. También los residuos sobrantes son utilizados

en el área de utilidades donde son incinerados, donde el calor producido se

utiliza para hervir agua y utilizarlo en su totalidad en el proceso de hidrolisis

térmica, por otra parte el vapor que se genera es impulsado por una turbina

para generar electricidad.

En la tabla N° 25 observamos la concentración del analito y en la tabla N° 26

la producción de analito por día. Los datos obtenidos de diferentes

parámetros de análisis de laboratorio son brindado por el software, se aprecia

que la alta concentración de sólidos totales (TS) es debido a que es el 39%

de los residuos totales el cual es utilizado en la sección de utilidades, por otra

parte hay una baja concentración de compuestos nitrogenado y fosfatados el

cual es dañina para salud de las personas y animales.



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5. CONCLUSIONES

En este estudio se realizó el diseño y el modelamiento de la planta de

producción de bioetanol a partir de la microalga, siendo factible técnica,

económica y medioambiental.

El uso de microlgas produce un aproximado de 58 % más de bioetanol

frente a otras plantas.

El crecimiento de la demanda de bioetanol aumentara debido al mandato

basada en el contenido energético de los ahorros (GEI) de gases de

efecto invernadero.

La ciudad donde se construirá la planta productora bioetanol será la

Ciudad de Lima.

La tecnología utilizada para el diseño de la planta (SSCF) es factible por

su reducción de equipos, tiempo e insumos, y obteniendo una capacidad

de 872 706.132 L/día de bioetanol anhidro.

La planta productora de bioetanol es amigable con el medio ambiente ya

que sus residuos son utilizados para calentar el agua para la hidrolisis

térmica, generación de electricidad y cultivo de la microalga.

La construcción de la planta de bioetanol es rentable por haber obtenido

valores positivos en sus herramientas de evaluación, obteniendo

ganancias en 0.68 años.

6. RECOMENDACIONES

Se recomienda realizar estudios con otro tipo de biomasa (microalga), para

comparar los rendimientos de la producción de bioetanol.



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7. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

(1) AMELL, D.M.M. Simulación y diseño de una planta productor de bioetanol

a partir de mango “hilazo”. Tesis de grado. Ingeniería agroindustrial.

Universidad de Sucre: Sincelejo.35-36p. 2008.

(2) AYCACHI INGA, ROMULO. Producción de Bioetanol. Título de Biólogo.

Lambayeque. Universidad Nacional Pedro Ruiz Gallo, Facultad de

Ciencias Biológicas. 88p. 2009

(3) GARCÍA GUERRERO, MIGUEL/ El desarrollo científico y técnico del

cultivo de microalgas creará nuevos puestos de trabajo / 16 de marzo del

2012/ http://www.agenciasinc.es/[consulta: 22 septiembre 2012]

(4) MDZ Cultura & Ciencia/Cultivan microalgas para la producción de

biocombustibles/ 16 de Abril de 2015/ http://www.mdzol.com/[consulta: 19

noviembre 2015]

(5) COLORADO GÓMEZ, M. A., MORENO TIRADO, D. A., Y PÉREZ

POSADA, J. L. Desarrollo, producción y beneficio ambiental de la

producción de microalgas. La experiencia en La Guajira. Colombia, 2013.

(6) LEON GONZALES, DARIO. Microalgas en la Producción de Bioetanol.

Ingeniero Agropecuario, Universidad de Cordoba, Facultad de Química.

7p. Colombia, 2014.

(7) MAIRAN GUIGOU, MARIO DANIEL FERRARI & CLAUDIA LAREO.

Departamento de Bioingeniería. Facultad de Ingeniería. Montevideo.

(8) TEXO, JUAN PABLO. Perspectivas generales de desarrollo de la industria

de los biocombustibles en el Uruguay. Título de Contador Público.

Montevideo, Universidad de la Republica, Facultad de Ciencias

Económicas y Administración. 160p. Uruguay, 2009.



Bibliot

eca d

e Ing

enier

ía Quím

ica

http://www.agenciasinc.es/Entrevistas/El-desarrollo-cientifico-y-tecnico-del-cultivo-de-microalgas-creara-nuevos-puestos-de-trabajo

http://www.mdzol.com/

- 72 -

(9) SEIXA MARIO A. 2012. Revista de la agroenergía y los biocombustibles

en al americas. 183p.

(10) ABENGOA BIOENERGIA. 2011. Informe de Responsabilidad Social

Corporativa, Informe Anual 2011. The global biotech ethanol company.

(11) SANDRA CATALINA GARZÓN CASTAÑO y CATALINA HERNÁNDEZ

LONDOÑO. 2009. Estudio Comparativo Para La Producción De Etanol

Entre Saccharomyces cerevisiae silvestre, Saccharomyces cerevisiae

ATCC 9763 Y Candida utilis ATCC 9950. Título de Químico Industrial.

Pereira. Universidad Tecnológica de Pereira. Facultad de Tecnologías.

Escuela de Tecnología Química. 132p

(12) CADENA INDUSTRIAL. 2004. Análisis de Estudio Cadena Etanol.

Nicaragua: 5-20

(13) QUINTERO JULIAN y MONTOYA MARÍA. Evaluación de la

Deshidratación de Alcohol Carburante mediante simulación de

Procesos. Colombia, 2007.

(14) Uyazán, A. (2004). Deshidratación del etanol. INGENIERIA E

INVESTIGACION, vol. 24, núm. 3, diciembre, 2004, pp. 49-59.

(15) CHAN, WILLIAM/ Super Pro designer Tutorial/ 11 de diciembre del

2014/ http://www.intelligen.com/ [Consulta: 01 setiembre 2015]

(16) ECOMOVIL. El Bioetanol [Página web]. Consultado: 10 de Julio 2012,

<http://www.eve.es/biocarburantes/bioetanol/cas/usosBioetanol.aspx

(17) MILIARIUM. Aplicaciones del Bioetanol[Página web]. Consultado: 10

de Julio 2012



Bibliot

eca d

e Ing

enier

ía Quím

ica

http://www.intelligen.com/

http://www.eve.es/biocarburantes/bioetanol/cas/usosBioetanol.aspx

- 73 -

http://www.miliarium.com/Bibliografia/Monografias/Biocombustibles/Ap

licacionesBioetanol.asp>

(18) GAIN. 2015. Biofuels Annual Peru, reporte 27 de junio Del 2015.

Global Agricultural Information Network.

<http://www.thefarmsite.com/reports/contents/perbiojul12.pdf>

(19) http://www.bionova.org.es/biocast/documentos/tema14.pdf

(20) http://es.scribd.com/doc/20375393/23/Zymomonas-mobilis

(21) http://www.postgradoeinvestigacion.uadec.mx



Bibliot

eca d

e Ing

enier

ía Quím

ica

http://www.miliarium.com/Bibliografia/Monografias/Biocombustibles/AplicacionesBioetanol.asp

http://www.miliarium.com/Bibliografia/Monografias/Biocombustibles/AplicacionesBioetanol.asp

http://www.thefarmsite.com/reports/contents/perbiojul12.pdf

http://www.bionova.org.es/biocast/documentos/tema14.pdf

http://es.scribd.com/doc/20375393/23/Zymomonas-mobilis

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