BIOTECNOLOGÍA Y ALIMENTOS 2014
PROYECTO TERMINAL III.
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ÍNDICE TEMÁTICO Página.
Resumen ejecutivo 4
Abstract 5
CAPITULO 1 6
INTRODUCCIÓN 6
1.1 Antecedentes 6
1.1-1 Hoja de menta piperita 7
1.1-2 El producto y usos 7
1.1-3 Proceso de extracción de aceite esencial de menta piperita 8
1.1-4 Propiedades fisicoquímicas y organolépticas del aceite esencial 9
1.2 Estudio de Mercado 9
1.2-1 Oferta y Demanda 9
1.3 Ubicación de la planta 12
1.3-1 Factores que determinan la ubicación de la planta 12
1.3-2 Ubicación geográfica de la planta 14
1.4 JUSTIFICACIÓN 14
1.5 OBJETIVOS 15
1.5-1 Objetivo general del proyecto 15
1.5-2 Objetivo particular del proyecto 15
CAPITULO 2 16
2. EXPERIMENTAL 16
2.1 Metodología 16
2.1-1 Materiales y equipos experimentales 16
2.1-2 Secado 16
2.1-3 Cavitación 16
2.1-4 Extracción de la hoja de menta piperita 16
Diagrama preliminar del proceso 17
2.1-5 Rendimientos 18
2.1-6 Caracterización de aceite esencial de menta 18
2.1-7 Conclusión de la experimentación 19
CAPITULO 3 19
3. PROCESO 19
3.1 Diagrama de flujo 20
3.2 Balances de materia y energía 21
3.3 Dimensionamiento del equipo 26
3.4 Lay Out 43
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3
CAPITULO 4
44
4. SUSTENTABILIDAD 44
4.1 Análisis económico 44
4.2 Análisis de Riesgos 47
4.3 Medio Ambiente 48
CONCLUSIONES 48
Memorias de calculo 49
APENDICE A 57
Costos y Factibilidad Económica (TIR) 57
BIBLIOGRAFÍA 59
ANEXO 1
Corrientes en el diagrama de flujo en el proceso de extracción de
aceite esencial.
64
ANEXO 2 66
Secado
ANEXO 3 68
Resultados y caracterización del aceite (experimental)
ANEXO 4 70
Aspectos de seguridad
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PROYECTO TERMINAL III.
4
Resumen ejecutivo
En este trabajo se investigó el proceso de extracción de aceite esencial de menta piperita. En base a
la literatura se analizó el mercado de aceite de menta, esto nos permitió conocer las cantidades y el
valor de la producción en la industria, exportaciones e importaciones que existen. Para la
localización de la planta extractora se consideraron factores de instalación, se realizó el método
cualitativo por puntos, de esa manera tomar una decisión de la ubicación de la planta. Se
investigaron las generalidades de la hoja de menta, así como sus usos, para conocer que compañías
utilizan éste producto, además de la composición y propiedades organolépticas físicas y químicas.
Se hizo un análisis de los principales métodos de extracción de aceites esenciales, para decidir de
cual se obtienen mejores rendimientos, posteriormente se diseñó un diagrama preliminar de cómo
podría ser nuestro proceso a escala laboratorio, cabe mencionar que la parte innovadora del
proyecto es el pre-tratamiento con ultrasonido (cavitación), y que en base a la literatura se sabe que
por 1 Kg de materia prima se obtienen 2.5 ml de aceite esencial.
Se diseñó un proceso a nivel planta piloto para posteriormente realizar experimentos, se preparó la
materia prima a través de un proceso de limpieza, secado y triturado. En cada prueba variamos
humedades con y sin sonicar. El tiempo de sonicado para cada muestra fue de 10 min variando la
humedad con una frecuencia de 40-60 KHz. Se extrajeron 4 ml por 500g de hoja seca, esto para
determinar rendimientos en cada muestra, se midió índice de refracción (IR), pH y densidad para
compararlos con datos de la literatura y datos de aceite comercial.
Los parámetros de operación del proceso fueron la presión y temperatura en la columna, tiempo de
operación, flujo de vapor, tiempo de sonicado y rendimientos de extracción de aceite. De acuerdo
con los rendimientos obtenidos con este método, se observó que la humedad resulto ser un
parámetro importante en el proceso.
Se realizó el diseño de un sistema de extracción de aceites esenciales basado en la experimentación
a nivel piloto. De acuerdo a la técnica que brinda mayores ventajas, se selecciona el método de
extracción por arrastre con vapor, el mismo que consta de un generador de vapor pirotubular, cuatro
torres de extracción, cuatro intercambiadores de tubos y coraza y un separador florentino, los cuales
se diseñaron mediante los resultados obtenidos como temperatura, presión, flujo, volumen,
propiedades de la materia prima y productos. Para realizar algunos diseños fue necesario utilizar un
simulador ASPEN Plus V8.2.
Finalmente se desarrolla el análisis económico del sistema, evaluando la TIR con el objetivo de ver
la rentabilidad del proyecto.
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PROYECTO TERMINAL III.
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ABSTRACT
In this work the process related to the extraction of essential oil of peppermint was investigated.
Based on the literature market peppermint oil was analyzed as this allowed us to know the
quantities and value of industry production, exports and imports in the world. Installation factors
were considered for the location of the extraction plant, the qualitative method was by points, thus
making a decision on the location of the plant. Generalities mint leaf was investigated, and their
uses, to see that companies use this product as well as the physical and chemical composition and
organoleptic properties.
An analysis of the main methods of extraction of essential oils was made, to decide which better
yields then a preliminary diagram of how our process could be designed laboratory scale, it is
noteworthy that the innovative part of the project is pre -ultrasonic treatment (cavitation), and based
on the literature it is known that per 1 kg of raw material 2.5 ml of essential oil is obtained.
We designed a process at pilot plant later experiments where the raw material through a process of
cleaning, drying and grinding was prepared. In each test we varied humidities with and without
sonication. The time of each sample was sonicated for 10 min humidity varying with a frequency of
40-60 KHz. 4 ml 500 mg extracted by this to determine performance in each sample, the refractive
index (RI), pH and density for comparison with data from literature and data measured commercial
oil.
The operating parameters of the process were the pressure and temperature in the column, time of
operation, steam flow, sonication time and oil extraction yields. According to the yields obtained
with this method, it was observed that moisture Mint to carry out the process is an important
parameter.
Designing a system of extraction of essential oils based on pilot scale experimentation was
conducted. According to the technique that provides the greatest advantages the method of stripping
steam is selected, the same consisting of a steam generator pirotubular four extraction towers four
shell and tube heat exchangers and a Florentine separator, which were designed using the results as
temperature, pressure, flow, volume, properties of raw materials and products. To make some
designs was necessary to use a simulator ASPEN Plus V8.2.
Finally, the economic analysis of the system is developed, assessing the IRR in order to see the
project's profitability.
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CAPITULO 1
INTRODUCCIÓN
La utilización de aceites esenciales y el conocimiento de sus propiedades curativas se conocen
desde las civilizaciones china, hindú, egipcia, griega y romana, por lo que se les considera como
una de las formas más antiguas de medicina y cosmética. [1]
La reintroducción de los aceites esenciales en la medicina moderna tuvo lugar a finales del siglo
XIX y principios del siglo XX.
Los aceites esenciales son compuestos formados por varias sustancias orgánicas volátiles, que
pueden ser alcoholes, acetonas, cetonas, éteres, aldehídos, y que se producen y almacenan en los
canales de la estructura de las plantas. Normalmente son líquidos a temperatura ambiente, y por su
volatilidad, son extraíbles por destilación en corriente de vapor de agua, aunque existen otros
métodos. En general son los responsables del olor de las plantas. Los componentes principales del
aceite de menta son: mentol, mentona y mentofurano.
El mentol es un alcohol secundario saturado, es un sólido cristalino que funde alrededor de los
40 °C, posee un efecto refrescante sobre las mucosas. Tiene también propiedades anti-picazón y
antisépticas. Es insoluble en agua y soluble en alcohol y éter.
En los siguientes capítulos se expondrán tanto los datos teóricos como los resultados experimentales
obtenidos durante el desarrollo de este trabajo, además del diseño de la planta en cuestión.
1.1 Antecedentes
La aromaterapia inicia en la época moderna, cuando en el siglo XX, René Maurice Gatefosse
(químico francés), llamado "el padre de la aromaterapia moderna", la incorpora a la medicina
natural. También en la aromaterapia moderna, en Milán (Italia), el Dr. Paolo Rovesti aliviaba la
depresión y estados de ansiedad, liberando así situaciones traumáticas.
El médico y cirujano Jean Valnet aportó la mayor contribución a la aromaterapia para ser valorada y
reconocida como medicina capaz de curar.
Utilizaba aceites esenciales para las heridas y quemaduras de los soldados en la Segunda Guerra
Mundial, logrando con ello aliviar tanto problemas físicos como mentales en pocos días,
corroborando así la rapidez con que actúan los aceites en el organismo.
En cuanto a la aromaterapia holística, es pionera la bioquímica francesa Margueritte Maury
(austríaca de nacimiento), a quien no convencía suministrar los aceites por vía oral; y basándose en
las distintas formas de incorporarlos al organismo, desarrolló una técnica de masaje aplicando aceite
en los centros nerviosos de la columna vertebral y en el rostro.
Ella introdujo la proporción de la fórmula específica de los aceites en cada cliente que visitaba su
gabinete para embellecerse y rejuvenecer; pudo comprobar así que en muchos de ellos habían
desaparecido dolores crónicos de cabeza, dolores reumáticos y estados de insomnio, y que los
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efectos eran prolongados.
En 1962 y 1967, Margueritte Maury fue premiada internacionalmente por sus investigaciones sobre
los aceites esenciales y la cosmetología al servicio de la salud [1].
1.1-1 Hoja de Menta Piperita
La planta de la menta se esparce rápidamente por la tierra
ayudándose con sus tallos ramificados que pueden extenderse hasta
más de medio metro. Sus flores son de color blanco o violeta y
relucen conforme la menta avanza en su periodo de crecimiento.
Existen aproximadamente 25 especies dentro del grupo de la menta,
en estas especies se incluyen la hierbabuena, el orégano, el tomillo y
el romero, la característica que comparten todas las especies es una
fuerte esencia que se libera al ser molidas, lo cual se debe a sus
aceites esenciales.
El suelo más adecuado para esta planta debe ser bastante húmedo, con niveles normales de
nutrientes minerales y con una exposición a la luz solar que no supere las cuatro o seis horas diarias.
Es conveniente que el riego, debe hacerse en forma regular.
La composición química promedio porcentual de la hoja de menta piperita se puede observar en la
Tabla 1: [2]
Tabla 1. Composición química de la hoja de menta piperita.
Contenido % en peso
Mentol 40 – 60
Mentona 10 – 20
mentofurano 1 – 2
monoterpenos 8
Flavonoides 12
Vitaminas (C, B1, B2, B3) 2
1.1-2 El producto y usos.
Por su alto contenido en mentol, el aceite esencial de menta piperita es muy empleado en licorería,
caramelos, aguas aromáticas (agua menthae piperitae), alcoholatos mentolados (spiritus menthae
piperitae) empleados para la fabricación de dentífricos, así como masajes y fricciones para los
dolores de cabeza.
Las sustancias amargas de la menta estimulan la secreción de los jugos digestivos, son estomacales,
carminativas y reducen las diarreas.
La menta es espasmolítica suave, adecuada en la inflamación de la vesícula, nerviosismos,
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insomnio, calambres, vértigos, jaquecas, etc. Tiene un ligero poder antiséptico y bactericida, es útil
en las inflamaciones de la laringe, bronquitis, en inhalaciones contra el catarro, y en usos tópicos.
La leyenda le supone propiedades afrodisíacas y excitantes.
En la cocina es muy utilizada como planta aromática, condimento para sopas, salsas, y en el té y
como potencial antimicrobiano. [3]
1.1-3 Proceso de extracción de aceite esencial de menta piperita
Existen diferentes métodos utilizados para llevar a cabo la extracción de aceites y algunos de ellos
se mencionan a continuación (ver Tabla 2). En el cual la destilación por arrastre de vapor que será
de gran utilidad en el desarrollo del presente proyecto, ya que es la menos costosa a diferencia de
los otros.
Tabla 2. Análisis comparativo de los principales métodos de extracción de aceites esenciales [4]
Método de
extracción
Ventajas Limitaciones
Destilación
con vapor
Método industrial y de
laboratorio.
Buenos rendimientos en
aceite extraído.
Obtención del aceite puro,
libre de solvente.
Bajo costo
Tecnología no sofisticada
Procesos colaterales como
polimerización de los
terpenos.
Hidrólisis de los ésteres.
Destrucción térmica de
algunos componentes.
Extracción
con solventes
volátiles
Uso de temperaturas bajas.
No provoca termo destrucción
ni alteración química de los
componentes del aceite.
Posibilidad de separación de
componentes individuales.
Costoso
Contaminante del ambiente.
Riesgo de incendio y
explosión.
Difícil de separar
completamente el solvente sin
alterar la composición del
aceite.
Co-extracción de ácidos
grasos, ceras y pigmentos.
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Extracción
con CO2
supercrítico
Alto rendimiento.
Ecológicamente limpio.
Fácil retiro y reciclaje del
solvente.
Bajas temperaturas de
extracción.
No hay alteración química del
aceite.
Cambiando parámetros
operacionales se puede
cambiar la composición del
aceite extraído.
Ácidos grasos, pigmentos y
ceras también pueden ser
extraídos junto con el aceite
esencial.
Alta inversión inicial.
1.1-4 Propiedades fisicoquímicas y organolépticas del aceite esencial
Mezcla de sustancias aromáticas de origen natural y/o sintético. Especificaciones a 20ºC. Aspecto:
Líquido Aceitoso. Color: Amarillo. Olor: Herbáceo, mentolado. Solubilidad: buena en alcohol.
Densidad: (g/ml) 0,940. Índice de refracción: 1,459. Punto de inflamación: > 62ºC. [3]. Su
composición la podemos ver en la tabla 3.
Tabla 3. Composición del aceite esencial de la hoja de
menta piperita.
1.2 Estudio de Mercado
1.2-1 Oferta y Demanda
El mercado mundial de los aceites esenciales, en crecimiento constante, genera una continua
renovación de la tecnología empleada para obtener estos productos. A su vez, incentiva la
optimización de los equipos utilizados diariamente, para aumentar su rentabilidad y eficiencia. El
proceso para obtener los aceites esenciales, utilizado desde la antigüedad hasta el presente, ha
demostrado su cualidad de ser amigo del medio ambiente: gracias al mínimo impacto generado; su
contribución a cerrar el ciclo de producción-consumo de materiales renovables en nuestro planeta y
por el uso del agua, como insumo del proceso. Además, al requerir materias primas renovables,
contribuye al desarrollo sostenible de zonas con un menor nivel de industrialización, pero con una
Nombre de sustancia % en peso
Mentona De 40 a 60
Mentol De 20 a 45
Isopulegol De 1 a 4
Pulegona De 0.5 a 2
D-Limoneno De 0.2 a 1
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PROYECTO TERMINAL III.
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alta disponibilidad de mano de obra y de una gran diversidad del material vegetal. Lo cual favorece
a un mayor crecimiento económico, apoyado en un manejo racional, sin descartar la
implementación de modificaciones de esta tecnología [5].
Este análisis para el caso del aceite esencial de menta con la finalidad de identificar oportunidades
de innovación que faciliten la toma de decisiones para el desarrollo de proyectos estratégicos que
contribuyan al desarrollo regional. Este aceite esencial ha sido seleccionado con base en los
antecedentes de producción en Antioquia, y su alto potencial de comercialización en los mercados
internacionales [6].
De acuerdo con los datos obtenidos de organizaciones identificamos de una manera amplia
aplicaciones del aceite esencial de menta en la industria de: sabores, fragancias, aromas, belleza, y
cuidados de la salud humana y el hogar.
Importaciones
De acuerdo con un reporte del Centro para la Promoción de Importaciones desde países en
Desarrollo de Holanda (CBI, por su sigla en inglés), las importaciones europeas de aceites
esenciales en el 2004 fueron de 501 millones de euros (USD623 millones), ver gráfico 1.
Gráfico 1. Importaciones de aceites esenciales.
EU es el principal proveedor de las importaciones europeas de aceites esenciales, puesto que
concentra el 19% del mercado, lo que equivale a 95 millones de euros (USD118 millones). Le
siguen Francia, China, Brasil, Reino Unido y Argentina, entre otros, gráfico 2.
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Gráfico 2. Proveedores de las importaciones de aceites esenciales.
Segmentación del mercado
El tipo de aceite y la calidad de este determinan en qué clase de producto final va a ser procesados.
Los aceites esenciales son usados como materias primas básicas y pueden clasificarse en insumos
industriales para los segmentos de fragancias, aromas o sabores, productos médicos y otras
actividades químicas [7].
Los aceites esenciales son utilizados como fragancias en las siguientes industrias:
Perfumes: para la elaboración de perfumes, aguas de perfume, aguas de tocador, aguas de
colonia, aguas frescas y aguas de baño, entre otros.
Cosméticos: para hacer agradable, atractivo e impartir identidad a unos productos como
jabones, champús, desodorantes, labiales, cremas, ungüentos y pastas dentales, etc.
Aseo y limpieza: para otorgar fragancias a productos de limpieza para el piso,
aromatizantes ambientales y limpieza de baños y cocina.
Plásticos: para enmascarar el mal olor que tiene algunos cauchos y plásticos. Así como, se
usa en la industria de la juguetería.
Textiles: como enmascaradores de olores en tratamiento con mordientes, antes y después
del teñido.
Pinturas: como enmascaradores de olores.
Papelería: para impregnar fragancias en cuadernos, esquelas, tarjetas, papel higiénico y
toallas faciales y sanitarias, entre otros.
Como aromas o sabores los aceites son usados en:
Alimentos: en segmentos como condimentos y bebidas.
Licores.
Medicamentos: para enmascarar los sabores amargos de algunos de ellos, por ejemplo
saborizantes para jarabes infantiles.
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Tabacos y cigarrillos: para aromatizarlos.
Desde el punto de vista de productos médicos, los aceites esenciales son usados como medicina
alternativa.
Antisépticos.
Antiparasitarios.
Con efecto sobre el sistema nervioso central, aparato respiratorio, etc.
Rubefacientes.
Antiinflamatorios.
Aromaterapia.
Canales de comercialización.
Según el reporte de CBI, entre el 60% y el 80% del comercio de aceites esenciales se realiza
directamente entre productores e importadores que los procesan [7].
Algunos de los fabricantes del producto final, que requieren grandes cantidades de aceites
esenciales, los compran directamente al productor. Sin embargo, la mayoría de los procesadores no
compran con frecuencia de manera directa al productor, para evitar riesgos de entregas incorrectas
en cuanto a cantidades estipuladas y calidad, esto con el fin de cuidar su imagen.
1.3 Ubicación de la planta
1.3-1 Factores que determinan la ubicación de la planta
Las alternativas de instalación de la planta deben incluir una clasificación concentrada que
comprenda por lo menos los siguientes factores:
• Medios y costos de transporte.
• Disponibilidad y costo de mano de obra.
• Cercanía de las fuentes de abastecimiento.
• Factores ambientales.
• Costo y disponibilidad de terrenos.
• Estructura impositiva y legal.
• Disponibilidad de agua, energía y otros suministros.
• Comunicaciones.
La tendencia de localizar el proyecto en las cercanías de las fuentes de materias primas, depende del
costo de transporte. Normalmente, cuando la materia prima es procesada para obtener productos
diferentes, la localización tiende hacia la fuente de insumo.
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Método cualitativo por puntos
Este método consiste en definir los principales factores determinantes de una localización (Tabla 4),
para asignarles valores ponderados de peso relativo, de acuerdo con la importancia que se les
atribuye. El peso relativo, sobre la base de una suma igual a uno, depende fuertemente del criterio y
experiencia del evaluador.
Tabla 4. Factores a considerar para la ubicación de la planta
extractora de aceite esencial de menta piperita.
FACTOR PONDERACION (%)
Transporte de materia prima 20
Transporte de productos 25
Disponibilidad de materia prima 30
Competencia con empresas aceiteras 15
Servicios 10
Total 100
Al comprar dos o más localizaciones opcionales, se procede a asignar una calificación a cada factor
en una localización de acuerdo a una escala predeterminada. Así calificaciones ponderadas
permitirán seleccionar la localización que acumule el mayor puntaje. Para tomar una decisión, se
analizan algunos estados de la República, el modelo se aplica como indica en la Tabla 5.
Tabla 5. Matriz de decisión para la localización.
Factores que determinan la localización de la
planta
Estado
Factores directos Ponderación
máxima
Morelos Chihuahua-
SierraTarahumara
Guanajuato
1)Fuentes de suministro de
agua
100 82 95 90
2) Localización de la materia
prima
95 45 95 85
3) Disponibilidad de energía
eléctrica
90 80 88 80
4) Disponibilidad de vías de
transporte
85 80 85 82
5) Distancia de la planta al
mercado de consumo
80 80 65 70
SUMA 450 367 428 407
Factores indirectos Ponderación
máxima
Morelos Chihuahua-
SierraTarahumara
Guanajuato
6) Disponibilidad y
características de la mano
de obra
70 45 70 50
7) Facilidades para la
eliminación de desechos
65 60 60 60
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8) Plantas de tratamiento de
aguas residuales
60 60 50 60
9) Disposiciones legales,
fiscales o de política
económica
55 55 50 48
10) Servicios públicos:
a) drenaje y alcantarillado
b) caminos, vías de acceso y
calles
c) servicios de salud
d) transporte para personal
e) servicios de seguridad
pública
50
10
10
10
10
10
7
9
9
10
9
7
10
10
10
8
10
9
8
10
8
11) clima 45 30 40 45
SUMA 345 294 315 308
TOTAL 795 661 743 715
1.3-2 Ubicación geográfica de la planta
Según datos del gobierno del estado, la Sierra Tarahumara es una región clave en el desarrollo
económico del estado y del país, por su ubicación geográfica se conecta con los centros de
producción y de consumo más importantes de México.
El estado elegido presenta una serie de ventajas que lo convierten en una magnífica opción para el
establecimiento de Proyectos de Inversión Industrial y comercial.
La carretera y la vía férrea que unen a la Ciudad de México con Chihuahua (la Sierra Tarahumara)
constituyen los canales de articulación. En la actualidad, tanto las carreteras estadounidenses que
desembocan en El Paso, como las mexicanas que llegan a Ciudad Juárez, son base principal de los
transportes en estas ciudades gemelas, caracterizadas por tener intensos flujos de mercancías,
capitales, personas, etc.
Como ya se ha señalado líneas arriba, la posición central que tiene la Sierra Tarahumara en el marco
territorial México-Estados Unidos, convierte a esta ciudad en un punto estratégico para la
realización de negocios binacionales; de ahí su amplia cobertura en México [8].
1.4 JUSTIFICACIÓN
¿Por qué la extracción de aceite esencial de menta piperita? Los aceites esenciales se utilizan para
dar sabor y aroma en los alimentos, así como ser un inhibidor del crecimiento bacteriano. Son los
ingredientes básicos en la industria de los perfumes y se utilizan en jabones, desinfectantes y
productos similares. También tienen importancia en medicina, tanto por su sabor como por su
efecto calmante del dolor y su valor fisiológico.
A nivel mundial el comercio de aceites esenciales ha permanecido activo en los últimos años. En el
BIOTECNOLOGÍA Y ALIMENTOS 2014
PROYECTO TERMINAL III.
15
2010 México fue el segundo importador de aceite esencial de menta piperita, con la producción de
este proyecto se satisfará al 100 % la importación que México hace de Colombia [9].
Dado que la producción de éste tipo de productos se encuentra en crecimiento constante, genera una
continua renovación de tecnologías, métodos y técnicas empleadas para obtener estos productos. A
su vez, incentiva la optimización de los equipos usados comúnmente, para aumentar su rentabilidad
y eficiencia.
Por otro lado, al requerir materias primas renovables, contribuye al desarrollo sostenible de zonas
con un menor nivel de industrialización, una alta disponibilidad de mano de obra y una gran
biodiversidad del material vegetal. Lo cual favorece a un mayor crecimiento económico,
respetando las normas ecológicas.
Debido a la situación de mercado de los aceites esenciales de menta piperita en México y en el
mundo, se presenta como una alternativa de desarrollo, ya que permite al sector agroindustrial tener
un potencial fuerte, tanto en la producción de plantas aromáticas bajo condiciones controladas,
obteniendo mayores rendimientos mediante la utilización de tecnologías adecuadas, además de
generar mejores ingresos a los pequeños y medianos productores, dando así un alto valor agregado
de nuestros productos.
Este proyecto pretende mejorar la obtención de aceite esencial de menta piperita mediante la
Extracción Asistida por Microondas (MAE), a pesar de que es una técnica desarrollada a finales de
1980 y es un proceso ya estudiado aún no se sabe la aplicación a nivel industrial [10]. Los
resultados obtenidos serán de gran importancia para futuras investigaciones que relacionen la
extracción, modelado y optimización de parámetros fisicoquímicos para la producción de aceites
esenciales que se puedan aprovechar de la inmensa flora que posee nuestro país.
1.5 OBJETIVOS
1.5-1 Objetivo general del proyecto
Diseñar y optimizar un proceso para la obtención de 9200 kg/año de aceite esencial a partir de la
hoja de menta piperita.
1.5-2 Objetivo particular del proyecto
• Analizar los diferentes métodos de extracción y seleccionar el más factible.
• Analizar y evaluar las propiedades organolépticas, físicas y químicas del aceite obtenido,
comparándolas con la literatura y con aceite comercial.
• Dimensionamiento de los equipos
• Evaluación económica y sustentabilidad del proceso.
CAPITULO 2
BIOTECNOLOGÍA Y ALIMENTOS 2014
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2. EXPERIMENTAL
2.1 Metodología
Materia prima
La planta se obtuvo en la central de abastos de la Ciudad de México donde se surten todo tipos de
hierbas aromáticas No. de local 501, temporada de cosecha de enero a marzo del año 2014.
Preparación de la materia prima
Limpieza: Se elimina cuidadosamente la raíz y la tierra adherida mediante flujo continuo de agua
potable a temperatura ambiente para después dejarla a escurrir por 3 horas y eliminar el exceso de
humedad.
2.1-1 Materiales y equipos experimentales
Para el método de extracción por arrastre de vapor se utilizó una caldera de gas industrial, 2
recirculadores con anticongelante, 2 condensadores, 1 columna de acero inoxidable con medidor de
presión y temperatura, 2 embudos de separación.
2.1-2 Secado
Secado: Se realiza para facilitar el proceso de extracción y así mismo lograr un mayor tiempo de
almacenaje. En este caso se hicieron pruebas con un secador de charolas a 60°C (ver anexo 2,
sección a) el cual muestra la cinética de secado donde el tiempo total de secado está en función del
contenido de humedad de la hoja de menta piperita (ver anexo 2, sección b).
2.1-3 Cavitación
La sonicación de la planta se llevó a cabo con un equipo BRANSONIC 3510 que trabaja en un
rango de 40-60 KHz. Para la sonicación la materia prima tiene que contener humedad ya que las
ondas de sonido se trasladan a través del agua.
Se sonicaron tres paquetes de 400 g de planta seca triturada, las cuales se dividen en: 500g con 26
% de humedad, 400 g con 44% humedad y 400g con 68% de humedad. A la primera muestra se le
agregaron 300 mL de agua destilada, a la segunda se le agrego 600 mL de agua destilada y a la
tercera se le agrego 1200 ml de agua destilada respectivamente. Las muestras se sonicaron durante
10 min cada una. Una vez sonicado se siguió el mismo procedimiento de extracción por arrastre de
vapor antes mencionado.
2.1-4 Extracción de la hoja de menta piperita
Destilación por arrastre de vapor
En la figura 1 se muestra el diagrama de flujo del proceso operacional para la extracción de aceite
esencial. La destilación por arrastre de vapor fue llevada a cabo en una planta a escala piloto donde
se manejó una presión en el extractor de 0.2 ± 0.1 kg/cm2, una temperatura 92.5 ± 1.0 ºC en el
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extractor, la presión a la entrada es de 4 ± 1.0 kg/cm2. Consta de dos condensadores con
recirculación de agua a 5 ºC, el flujo de vapor es de 18.3 ml/min. El líquido recuperado es obtenido
en un embudo de separación de 1 Litro. Este procedimiento se realizó para las siguientes pruebas:
planta seca con porcentaje de humedad del 7, 40 y 80% de humedad. Todas las pruebas se
realizaron con hoja triturada.
Diagrama preliminar del proceso
Figura 1. Diagrama de flujo para la extracción de aceite esencial de menta
piperita por arrastre de vapor.
Los parámetros a tomar en esta prueba fueron: temperatura de entrada y salida del vapor,
temperatura inicial y final de los condensadores, flujo de agua de enfriamiento, de condensado y
tiempo extracción. El tiempo de la prueba se basó inicialmente en una revisión bibliográfica [11].
Se utilizaron tablas para el proceso de recopilación de datos.
Análisis de las variables de operación:
Tomando como base el esquema de la operación (Figura 1) para caracterizar las variables más
importantes se tiene:
Variable de respuesta: Volumen de aceite - Rendimiento volumétrico
Variables independientes: presión de operación, flujo de vapor, tiempo de extracción, volumen
inicial del agua para producción de vapor, masa inicial del material vegetal, flujo de agua de
enfriamiento.
Por el carácter del equipo implementado, el tipo de operación se realiza por lotes a presión
atmosférica, con dos clases de materia prima independiente una de la otra. De igual forma, tanto la
cantidad de material vegetal a trabajar como el volumen de agua para la generación de vapor
iniciales, quedan determinadas por la capacidad del equipo; trabajando las máximas permisibles
para obtener mayores volúmenes de aceite. De ahí, que las variables del sistema son: Flujo de
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PROYECTO TERMINAL III.
18
vapor, tiempo de operación.
2.1-5 Rendimientos
La tabla A3 del anexo 3 se muestran los porcentajes de rendimiento (masa/masa) los cuales son
resultado de datos experimentales. Dónde el rendimiento se obtiene con:
𝑛 = 𝑉𝑎𝑐𝑒𝑖𝑡𝑒 ∗ 𝜌𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎
𝑝𝑒𝑠𝑜 𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎∗ 100….(1)
2.1-6 Caracterización de aceite esencial de menta [12]
Índice de refracción (IR)
La medición del IR se llevó a cabo en un refractómetro Abbe en donde se analizaron todas las
muestras antes mencionadas.
Densidad
Esta medición se llevó a cabo con un picnómetro de 5 ml donde también se midieron las
temperaturas a las que se encontraban. Se obtuvieron 3 mediciones por cada muestra analizada.
Color
El color se comparará con una muestra de aceite esencial comercial contra el aceite esencial
obtenido.
Olor
El olor se comparará con una muestra de aceite esencial comercial contra el aceite esencial
obtenido.
Para tener una referencia de los resultados obtenidos de nuestras muestras, se realizan, las mismas
pruebas con muestras de aceites esenciales obtenidas en el mercado, obteniendo los datos que se
muestran en el anexo 3.
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PROYECTO TERMINAL III.
19
2.1-7 Conclusión de la experimentación
Se determinó que el tiempo de secado total de la hoja de menta es de 125 min para que contenga
una humedad en un intervalo de 7-10 %, de este porcentaje de humedad se obtuvo un rendimiento
de 0.726 %, y se observó que conforme se aumentaba la humedad el rendimiento disminuía, por lo
que para nuestro proceso es factible trabajar con hoja seca (7-10 % de humedad).
Por otro lado el pre tratamiento de sonicado resulto no ser tan conveniente, ya que el proceso
requiere alta humedad en la hoja para propagar las ondas de sonido y pueda romper los canales
donde está el aceite y halla una mejor extracción, pero esto nos implicó bajos rendimientos, quizás
resulte conveniente adaptar la técnica de sonicado en otras condiciones para mejorar el rendimiento
y reducir tiempos de operación.
Las muestras fueron analizadas y comparadas con un aceite comercial así como con datos de la
literatura, determinamos que el sabor, color y aroma eran muy similares a las del aceite comercial.
De igual forma los índices de refracción, pH y densidad cayeron dentro del intervalo aceptable, por
tanto el diseño del proceso a escala piloto resulto ser factible para definir los parámetros más
importantes que hacen que el aceite se obtenga de manera exitosa y con altos rendimientos así como
tiempos de extracción cortos.
CAPITULO 3
3. PROCESO
3.1 Diagrama de Flujo del proceso de extracción de aceite esencial de menta piperita
En la figura 2 se representa el diagrama de flujo propuesto para el proceso de extracción de aceite
esencial de menta.
Para conocer los símbolos empleados en el diagrama del proceso de extracción de menta piperita
dirigirse a la tabla 6 o revisar la Tabla A1. del anexo 1 en donde se encontrarán las corrientes en el
diagrama de flujo en el proceso de extracción de aceite esencial.
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Figura 2. Diagrama de flujo (autoría propia).
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En la tabla 6 se muestran la nomenclatura que se utilizó en el diagrama de flujo para cada equipo en
el proceso,
Tabla 6. Símbolos del Proceso de extracción de menta piperita.
Símbolo Equipo
S1 Secador 1
S2 Secador 2
M1 Molino de cuchillas 1
E1 Extractor 1
E2 Extractor 2
E3 Extractor 3
E4 Extractor 4
I1 Intercambiador de calor 1
I2 Intercambiador de calor 2
I3 Intercambiador de calor 3
I4 Intercambiador de calor 4
I5 Intercambiador de calor 5
C1 Caldera 1
B1 Bomba 1
B2 Bomba 2
Sf1 Separador florentino
F1 Destilador simple
T1 Tanque de almacenamiento de aceite
T2 Tanque de almacenamiento de agua
T3 Tanque estacionario de gas
R1 Enfriador 1
R2 Enfriador 2
3.2 BALANCES DE MATERIA Y ENERGÍA
Secador
Se desea producir 9200 kg/año de aceite esencial, es decir 28 Lt de aceite por día, con este dato
determinamos que se necesitan 3432 kg/día de hoja seca para la extracción (ver memoria de
cálculo), de acuerdo a la experimentación a escala piloto se determinó que la hoja fresca de menta
contenía un 80% de humedad, por lo que en los balances de materia, la cantidad de hoja a secar son
17160 kg/día. Es importante mencionar que la jornada laboral durará 8 h al día.
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22
Figura 3. Diagrama entradas y salidas del secador de charolas.
Balance de materia [13].
En el proceso de secado se supone que toda el agua que sale del producto pasa al aire, entonces
debe cumplirse:
Disminución de agua en el producto = Aumento de agua en el aire
mw = ms∆Ws = ma ∆ X … … (2)
Donde mw es la cantidad de agua, ms la masa de producto seco, ma la masa de aire seco, ∆Ws la
humedad perdida por el producto en base seca y ∆X la humedad ganada por cada kg de aire seco.
Si consideramos velocidad de secado constante, el balance de masa que permite calcular el flux de
agua (evaporación) es:
𝑁𝑐 = 𝑘 (𝑌𝑠𝑎𝑡′ − 𝑌′) … … (3)
Donde
𝑁𝑐= Flux de agua [Kg/m2 * s]
𝑘= coeficiente de transferencia de masa convectivo en la película estancada de aire sobre el sólido
[kgas/m2 h]
𝑌𝑠𝑎𝑡= humedad de saturación o base seca [kgH2O/kgas]
𝑌′= humedad base seca [kgH2O/kgas]
Balance de energía [13].
Para establecer el balance de energía hay que realizar una serie de suposiciones:
Suponemos que, en principio y siempre que no existan pérdidas de energía a los alrededores, la
temperatura del termómetro húmedo permanece constante durante el proceso de secado. Esto
significa que la variación de entalpía específica será muy pequeña y positiva, pero no exactamente
cero (como sería si el proceso fuese estrictamente adiabático).
La mayor parte de la energía que aporta el aire se emplea en la evaporación del agua contenida en el
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sólido. Esto quiere decir que se supone que el producto a secar se mantiene siempre, o al menos
cuando la velocidad de secado es constante, a la temperatura del termómetro húmedo del aire, Tbh.
En estas condiciones debe cumplirse el siguiente balance de energía:
𝑞 = ℎ 𝐴 (𝑇𝑏𝑠 − 𝑇𝑏ℎ) … … (4)
Donde
𝑞 = Flujo de calor [cal/s]
h = Coeficiente de transferencia de calor en la superficie del sólido y la película estancada de aire
sobre ésta [cal/m2*s* °C]
A = Área expuesta al secado [m2]
𝑇𝑏𝑠 = Temperatura en el seno del aire [°C]
𝑇𝑏ℎ = Temperatura en la superficie del sólido [°C]
A partir de las temperaturas de bulbo húmedo y bulbo seco se determina el contenido de humedad,
y con sus pesos moleculares del agua y del aire se encuentra los moles totales de cada uno. Una vez
conociendo los moles presentes en el seno del gas encontrar la fracción molar de agua. A parir de la
presión de saturación del agua a la temperatura de la superficie del sólido se determinan la fracción
molar del agua en la superficie del sólido. Posteriormente se encuentra el coeficiente de
transferencia de masa (número de Sherwood) cuyo valor es de 1.39 X 10-4 Kmol/m2s. A partir de la
ecuación de gases ideales se determina la densidad del aire que es de 1.068 Kg/m3y después se
determina el flux másico que fue de 0.691 kg/m2s.
Sistema de columnas de extracción
Balance de materia en base seca de la planta de menta:
Para saber la masa de hoja humeda a la salida del sistema se hace un balance de materia en base
seca que queda de la siguiente forma:
�̇�ℎ𝑜𝑗𝑎 𝑠𝑒𝑐𝑎𝐸𝑛𝑡𝑟𝑎 = �̇�ℎ𝑜𝑗𝑎 𝑠𝑒𝑐𝑎
𝑆𝑎𝑙𝑒 + �̇�ℎú𝑚𝑒𝑑𝑎 … … (5)
�̇�ℎ𝑜𝑗𝑎 𝑠𝑒𝑐𝑎𝑆𝑎𝑙𝑒 + �̇�ℎú𝑚𝑒𝑑𝑎 = �̇�ℎ𝑜𝑗𝑎 𝑠𝑒𝑐𝑎+ℎú𝑚𝑒𝑑𝑎𝑑
𝑆𝑎𝑙𝑒
Nos dice que la cantidad de hoja seca que entra al sistema es igual a la que sale más la masa
húmeda.
La cantidad de hoja seca a la entrada está determinada por la capacidad de carga en la columna
(empaque) de extracción, el procedimiento para encontrar las cantidades a la entrada y salida del
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sistema se encuentran en el apartado de memoria de cálculo. Por lo tanto:
�̇�ℎ𝑜𝑗𝑎 𝑠𝑒𝑐𝑎𝐸𝑛𝑡𝑟𝑎 = 𝟑, 𝟒𝟑𝟐
𝒌𝒈
𝒅í𝒂
�̇�ℎú𝑚𝑒𝑑𝑎 = 41.2𝑘𝑔 𝑑𝑒 ℎ𝑢𝑚𝑒𝑑𝑎𝑑
𝑑í𝑎
�̇�ℎ𝑜𝑗𝑎 𝑠𝑒𝑐𝑎+ℎú𝑚𝑒𝑑𝑎𝑑𝑆𝑎𝑙𝑒 = 𝟑, 𝟒𝟕𝟑. 𝟐
𝒌𝒈
𝒅í𝒂
Balance de materia para el vapor de agua
Para el balance de materia de vapor de agua en el sistema de columnas de extracción tenemos la
siguiente expresión:
�̇�𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟𝐸𝑛𝑡𝑟𝑎 = �̇�𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟
𝑆𝑎𝑙𝑒 + �̇�𝑎𝑐𝑒𝑖𝑡𝑒𝑆𝑎𝑙𝑒 … … (6)
�̇�𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟𝑆𝑎𝑙𝑒 + �̇�𝑎𝑐𝑒𝑖𝑡𝑒
𝑆𝑎𝑙𝑒 = 𝑚̇𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟+𝑎𝑐𝑒𝑖𝑡𝑒𝑆𝑎𝑙𝑒
La cual nos da el flujo másico de vapor de agua que entra al sistema y es igual al flujo másico
de vapor de agua que sale más el flujo másico de aceite,
Para calcular los flujos de vapor de agua a la entrada y salida del sistema vamos a considerar
que la cantidad de vapor que sale de una columna de extracción a escala piloto es igual a la
cantidad de vapor condensado.
Por otro lado conociendo la cantidad de condensado que hay en la columna a escala piloto
podemos conocer los flujos másicos de vapor para una columna industrial, el procedimiento se
encuentra en el apartado de memoria de cálculo.
�̇�𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟𝐸𝑛𝑡𝑟𝑎 = 𝟒𝟏𝟐. 𝟎𝟏
𝒌𝒈
𝒅í𝒂
�̇�𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟+𝑎𝑐𝑒𝑖𝑡𝑒𝑆𝑎𝑙𝑒 = 𝟑𝟕𝟎. 𝟖𝟏
𝒌𝒈
𝒅í𝒂
Ahora bien, en la figura 4 se representa las entradas y salidas de hoja seca y vapor de agua en el
sistema de columnas de extracción, se manejan flujos másicos en kg/día.
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25
Figura 4. Diagrama de entradas y salidas en el sistema de columnas de extracción.
Separador florentino
Balance de materia
Para el separador florentino se puede realizar un balance para determinar flujo másico de salida
de agua que se almacenará en el recipiente el cual nos servirá para determinar el flujo másico al
que va a operar la bomba B1.
Para el balance de materia en el separador florentino tenemos lo siguiente:
�̇�𝑇 = �̇�𝑎 + �̇�𝑜 … … (7)
En donde �̇�𝑇 es el flujo total másico de la mezcla agua-aceite, �̇�𝑎 es flujo másico que sale de
agua y �̇�𝑜 es el flujo másico que sale de aceite, entonces:
�̇�𝑇 = 1,565.61𝑘𝑔
ℎ∗
6 ℎ
1 𝑑í𝑎= 𝟗, 𝟑𝟗𝟑. 𝟔𝟔
𝒌𝒈
𝒅í𝒂
�̇�𝑜 = 4.15 𝑘𝑔
ℎ∗
6 ℎ
1 𝑑í𝑎= 𝟐𝟒. 𝟗
𝒌𝒈
𝒅í𝒂
�̇�𝑎 = 1561.01𝑘𝑔
ℎ∗
6 ℎ
1 𝑑í𝑎= 𝟗, 𝟑𝟔𝟔. 𝟎𝟔
𝒌𝒈
𝒅í𝒂
.
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26
Figura 5. Corrientes de entradas y salidas en el separador florentino
3.3 DIMENSIONAMIENTO DEL EQUIPO (escalamiento)
Secador
En la industria alimentaria el secado es una operación unitaria la cual puede llevarse a cabo
mediante secadores de charolas estático tambien llamado secador de anaqueles el aire utilizado es
arrojado por un ventilador y calentado mediante resistencia eléctricas, para secar el material.
Para la primer etapa del proceso que es el secado de la materia prima como se vio en la figura 3,
se registró el peso fresco de la muestra, se introdujo al horno de charolas a 70° C un tiempo de
140min o 8400s (figura 6), corroborando que el peso del material seco sea constante.
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27
Figura 6. Secado de la materia prima
Iniciando con el diseño a escala industrial, con la siguiente ecuación tenemos:
𝑡𝑒𝑥𝑝 = 𝑚𝑠𝑒𝑐𝑜
𝐴∗ (
𝑥0 − 𝑥𝑓
𝑁𝑐) … … (8)
donde texp = tiempo de secado experimental o tiempo de residencia (s)
𝑚𝑠𝑒𝑐𝑜 = masa de hoja seca (Kg)
𝐴 = Área de secado (m2)
𝑥0, 𝑥𝑓 = contenido de humedad, inicial y final respectivamente
𝑁𝑐= Flux de agua [Kg/m2 * s]
Si A es el área de secado, considerando que las charolas miden 24x18 cm y que son tres charolas en
el secador en planta piloto (ver anexo 2) entonces A=432cm2/charola=0.0432m2/charola, entonces
el área por las tres charolas (por ser el área de secado total) es A=0.1296m2 y que el tiempo
experimental es de 140 min o 8400 s (ver gráfico 3) con el que garantizamos el 10% de humedad al
final del secado. Sabemos que Xo=80% bh, Xf=10% bh y msfresco=3.99Kg en las tres charolas del
secador a tratar, por tanto la rapidez de secado es:
𝑁𝑐 = 𝑚𝑠𝑒𝑐𝑜
𝐴∗ (
𝑥0 − 𝑥𝑓
𝑡𝑒𝑥𝑝) = 0.1539
𝐾𝑔
𝑚2𝑚𝑖𝑛= 0.0026
𝐾𝑔
𝑚2𝑠
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28
Gráfico 3. Secado de hoja de menta.
Ahora llevaremos los cálculos hechos anteriormente de nivel planta piloto a nivel industrial.
Despreciando el calor necesario para sobrecalentar la humedad evaporada hasta la temperatura del
gas y considerando sólo el calor latente de evaporación λ, entonces el flux de evaporación Nc y el
flux de flujo de calor están relacionados con:
{𝐶𝑎𝑙𝑜𝑟
𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑓𝑒𝑟𝑖𝑑𝑜} = {
𝐶𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑙𝑎𝑡𝑒𝑛𝑡𝑒𝑑𝑒 𝑒𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛
} {𝑀𝑎𝑠𝑎
𝑒𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟𝑎𝑑𝑎}
q = Nc A λ … … (9)
Dónde:
𝑁𝑐= Flux de agua [Kg/m2 * s]
λ = Calor latente de evaporación KJ/Kg]
𝑞 = Flujo de calor [KJ/s]
𝐴 = Área de secado, charolas industriales (m2)
Si sabemos que λ= 2395.75 KJ/Kg, que el Nc= 0.0026 𝐾𝑔
𝑚2𝑠 y el área de secado en el secador de
charolas industrial con dimensiones de 46x64 cm es A=2944 cm2/ charola= 0.2944 m2/ charola.
Como son 8 charolas el A= 2.3552 m2, entonces:
𝑞 = (0.0026 𝐾𝑔
𝑚2𝑠) (2.3552𝑚2) (2395.75
𝐾𝐽
𝐾𝑔) = 14.67
𝐾𝐽
𝑠
Para el cálculo del volumen del secador hacemos uso de la siguiente ecuación:
𝑉𝑠𝑒𝑐𝑎𝑑𝑜𝑟 = (𝑚𝑠ó𝑙𝑖𝑑𝑜)
𝜌𝑏… … (10)
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29
Dónde
𝑉𝑠𝑒𝑐𝑎𝑑𝑜𝑟= volumen del secador de charolas [m3]
𝑚𝑠ó𝑙𝑖𝑑𝑜= masa de la hoja seca [Kg]
𝜌𝑏 = densidad empacada [Kg/m3]
Considerando que el extractor tiene 5.5 litros de volumen y que puede empacarse con 0.5 kg de
sólido, entonces, consideramos que la densidad empacada es:
𝜌𝑏 = 𝑚𝑠𝑒𝑐𝑜
𝑉𝑒𝑥𝑡𝑟𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟 =
0.5 𝐾𝑔
5.5 𝑙= 0.0909
𝐾𝑔
𝑙 ≈ 91
𝐾𝑔
𝑚3
La densidad empacada consiste en determinar el peso de un volumen fijo de solidos después de
haber sido empacada sometiendo el material a esfuerzos con el fin de disminuir la porosidad. Por
otro lado, la compresibilidad indica el grado de compactación que presenta una masa de partículas
cuando son sometidas a un proceso de compresión.
Si se consideran 2860 kg a tratar, entonces necesitaríamos un volumen de secador de:
𝑉𝑠𝑒𝑐𝑎𝑑𝑜𝑟 =(2860 𝐾𝑔)
91 𝐾𝑔
𝑚3
= 31.4 𝑚3
Como el horno industrial (Ct- chigh- effiencyhot- aire circulante horno de secado para la
deshidratación de las materias primas) que satisface las necesidades de secado de la materia bajo las
condiciones que requerimos tiene un volumen de 22.4 m3, requeriremos 2 secadores para abastecer
la demanda requerida diaria de materia prima para cada extractor.
Molino de cuchillas
Una vez que se tiene el flujo a la salida del secador se procederá a un proceso de picado. Para el
pretratamiento de la materia prima se requiere un molino de cuchillas para reducir el tamaño de la
hoja seca ya que aumenta el área de contacto con el vapor y propicia la extracción del aceite.
Se cotizo un molino con la empresa VEYCO molinos y mezcladoras S.A. de C.V. para tratar 1500
kg/h de hoja seca con un molino de las siguientes características:
Gran versatilidad por la sencillez en su operación.
Sistema de cuchillas de corte oblicuo que proporcionan un corte suave y limpio.
Cuchillas fabricadas en acero D-2 y tratadas térmicamente a 56/58 Rc que garantizan una
alta resistencia al impacto y máxima durabilidad de los filos de corte.
Cuchillas con recubrimiento de carburo de tungsteno para productos abrasivos.
Tres cuchillas rotativas, dos cuchillas fijas.
Cribas fabricadas en placas roladas de acero de alta calidad con diferentes diámetros de
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30
barrenos de acuerdo al producto.
Cambio sencillo de cribas a diferencia de otros molinos con gran dificultad.
Cámara de molienda construida con placas de acero rectificadas y de gran espesor con
diseño de fácil acceso que permite una rápida limpieza.
Poseen gran robustez.
Variación de velocidad mediante inversor de frecuencia controlado manualmente.
Ocupan poco espacio y tienen una gran capacidad de molienda.
Cuentan con una boca de alimentación grande y un diseño moderno y seguro.
Tolva de carga con deflector para evitar que el producto que entra a la cámara de molienda
regrese.
Recipiente en la parte inferior del molino.
Rendimientos desde 50 hasta 1500 Kg/hr.
Potente motor con transmisión a base de poleas y correas trapezoidales.
Botón de seguridad (corta corriente).
Cuchillas de doble vida intercambiables con filo en ambos lados que le ahorran costos y
tiempo.
Productos que procesan: Cajetillas, papel, bolsas, hules, cartón, pan, credenciales, alimentos,
piedras, vidrio, etc.
En la tabla 7 se muestran las características específicas del triturador propuesto y en la figura 7 se
ve su diseño utilizado en la industria.
Tabla 7. Características específicas del triturador
Modelo Motor
h.p.
Cámara
de
molienda
b x c (mm)
largo de
cuchillas
"d"
(mm)
tolva de
alimentación
"b" x "a"
(mm)
número de
cuchillas
producción
(kg/hr)
peso
aproxi
mado
(kg) rotativas fijas
MCV
9040
30/40/
60
900X400 900 (36") 900X400 3 2 300/600 1500
Figura 7. Diseño industrial del triturador
El largo "D" de las cuchillas va en secciones de 300 mm cada una.
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La base que tendrá es de PTR (estructura tipo mesa) para adaptar una banda transportadora o
ensacado manual directo.
Columna de extracción
La siguiente explicación se muestra para entender los flujos de entrada y salida al extractor
experimental ya que en estos se basaron para saber los flujos en la caldera industrial.
En la figura 8 se muestra la columna de extracción que se empleó a escala planta piloto, tiene un
volumen de 5.5 lt, su capacidad máxima de empaque es de 500 g de hoja seca y triturada, para
obtener un volumen de extracción de aceite esencial de menta de 4 ml. La columna consiste en un
tubo de acero inoxidable comercial de 1.5mm de espesor.
Para encontrar los flujos másicos de vapor en la entrada y salida del extractor a escala piloto se
utilizó la siguiente expresión:
�̇�𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟 = 𝑉𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟 ∗ 𝜋 ∗ 𝑟2 ∗ 𝜌𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟 𝑎𝑔𝑢𝑎 … … (11)
En donde 𝑉𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟 es la velocidad de vapor que sale de la tubería y se midió con anemómetro marca
LCA 6000 VT, con una resolución de 0.01 m/s, 𝜋 ∗ 𝑟2 es el área trasversal del tubo y la densidad de
vapor de agua a 100°C y a 1.2 𝑘𝑔
𝑐𝑚2 es 0.58 𝑘𝑔
𝑚3, Entonces Q1 es el flujo volumétrico de vapor que
entra a la columna y Q2 es el flujo que sale.
𝒎𝟏 = 500𝑐𝑚
𝑠∗ 𝜋 ∗ 25𝑐𝑚2 = (251.32
𝑐𝑚3
𝑠) (5.8 ∗ 10−7
𝑘𝑔
𝑐𝑚3) (
3600 𝑠
1 ℎ) = 𝟎. 𝟓𝟐
𝒌𝒈
𝒉
𝒎𝟐 = 450𝑐𝑚
𝑠∗ 𝜋 ∗ 25𝑐𝑚2 = (226.19
𝑐𝑚3
𝑠) (5.8 ∗ 10−7
𝑘𝑔
𝑐𝑚3) (
3600 𝑠
1 ℎ) = 𝟎. 𝟒𝟕
𝒌𝒈
𝒉
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32
Figura 8. Dimensiones del extractor a escala piloto
Dimensionamiento del extractor industrial
Para el diseño del extractor a escala industrial se considerarán, a manera de referencia, las
dimensiones de la figura 8, las cuales corresponden al equipo a escala piloto. Se fija la longitud del
extractor, para evitar tener caídas de presión elevadas, entre más larga es la columna los tiempos de
extracción aumentan y cabe la posibilidad de que el vapor se condense dentro de la columna, por lo
que se tomara como referencia la longitud de la figura 8. El cálculo se enfocará al diámetro de la
columna del extractor y los flujos másico de vapor de agua en la entrada y salida de la columna, el
procedimiento se encuentra en el apartado de memorias de cálculo.
𝐷𝑖á𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 ≈ 2𝑚
�̇�𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟𝐸𝑛𝑡𝑟𝑎 = 𝟒𝟏𝟐. 𝟎𝟏
𝒌𝒈
𝒅í𝒂
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�̇�𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟+𝑎𝑐𝑒𝑖𝑡𝑒𝑆𝑎𝑙𝑒 = 𝟑𝟕𝟎. 𝟖𝟏
𝒌𝒈
𝒅í𝒂
Una vez que conocemos el diámetro de la columna y los flujos másicos procedemos a hacer una
representación clara del prototipo. En la Figura 9 se representa las dimensiones de un extractor a
escala industrial.
Figura 9. Dimensiones de una columna de extracción a escala industrial.
En la tabla 8 se muestra el volumen, capacidad de carga de la hoja de menta seca y triturada dentro
del reactor así como el volumen extraído de aceite en cada columna de extracción.
Tabla 8. Producción de aceite esencial de menta piperita en cada columna de extracción.
Para conocer la producción por día de aceite esencial basta con saber la densidad del aceite, a
continuación se muestra el cálculo:
𝑃𝑟𝑜𝑑𝑢𝑐𝑐𝑖ó𝑛 𝑝𝑜𝑟 𝑑í𝑎 = 9200𝑘𝑔
𝑎ñ𝑜∗
1 𝑎ñ𝑜
365 𝑑𝑖𝑎𝑠∗
1 𝐿𝑡
0.900 𝑘𝑔= 𝟐𝟖
𝑳𝒕
𝒅í𝒂
Extractor volumen
(Lt)
capacidad de carga
(kg)
volumen de aceite
extraído (Lt/h)
piloto 5.5 0.5 0.004
Industrial 3141 286 2.3
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34
Entonces para satisfacer esta demanda se necesitaran 4 columnas de extracción a escala industrial,
las cuales van a operar tres veces al día, nota: cuando hablamos de 1 día nos referimos a la jornada
de trabajo laboral de 8 horas.
Para que nuestro proceso sea continuo y no existan pérdidas de tiempo y energía, la operación
consiste en poner a trabajar como primera estancia dos extractores, posteriormente cuando concluya
la operación continuara el proceso con los dos restantes mientras que los que acabaron de operar se
procederá a la descarga y carga, así sucesivamente, de esta manera nuestro proceso se retorna
continuo.
Calculo del espesor mínimo del extractor de acero inoxidable a nivel industrial
𝑆 =𝑟ℎ𝜌𝑔
∇𝑘… … (12)
Dónde:
r: radio (m)
h: altura máxima del líquido en el tanque (m)
ρ: densidad del empaque (Kg/m 3)
∇: Tensión máxima permisible (kg/m S2)
k: factor de construcción (0.72-0.77)
g: 9.81 m/seg2
s: espesor de la placa (m)
𝑆 =1𝑚 ∗ 1𝑚 ∗ 91
𝑘𝑔𝑚3 ∗ 9.81
𝑚𝑠2
223 ∗ 103 𝑘𝑔𝑚 ∗ 𝑠2 ∗ 0.75
≈ 3 𝑚𝑚 𝑑𝑒 𝑒𝑠𝑝𝑒𝑠𝑜𝑟 𝑚í𝑛𝑖𝑚𝑜
Se calcula el área de contacto del extractor para determinar el costo del acero comercial:
𝐴𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = (2𝜋𝑟 ∗ ℎ) + (𝜋𝑟𝑔) … … (13)
r: radio del extractor (m)
h: altura del extractor (m)
g: √ℎ2 + 𝑟2
𝐴𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = 13 𝑚2
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35
Caldera
La caldera es un dispositivo de ingeniería diseñado para generar vapor. Este vapor se genera a
través de una transferencia de calor a presión constante, en la cual el fluido, originalmente en estado
líquido, se calienta y cambia su fase a vapor (ver figura 10).
El vapor que se utilizará en la extracción del aceite esencial se generará a partir de una caldera
industrial la cual se utilizó en la parte experimental. Se consideraron ciertos parámetros como el
flujo a la entrada, temperatura, presión, temperatura dentro del extractor y fracción de evaporización
que genera.
Para el dimensionamiento de la caldera se utilizó el Simulador ASPEN Plus V8.2 en donde se
consideraron los datos experimentales que fueron los siguientes:
Tabla 9. Condiciones experimentales en la caldera industrial a las que se extrajo el aceite esencial.
Flujo de entrada (m3/s) 0.047
Temperatura a la entrada (°C) 27
Presión en la entrada (kg/cm2) 0.81
Temperatura en el extractor (°C) 180
Fracción vapor generado 0.7
La tabla 10 muestra los resultados obtenidos por el simulador ASPEN Plus V8.2 en donde se
muestran las condiciones a las que se operará la caldera.
Tabla 10. Características de manipulación de la caldera con simulador ASPEN Plus V8.2.
Calor neto requerido (kW) 97511.7
Presión máxima (kg/cm2) 10
Dimensiones.
De acuerdo con el volumen de agua acumulado en el separador florentino que es de 1,565,400 cm3
podemos decir que es aproximadamente la misma cantidad de agua que se requiere en la caldera ya
que es un sistema cerrado. Para esto, suponemos una altura de 150 cm que es la que se maneja en
este tipo de industrias y se calcula el radio del tanque (el cálculo se muestra en el apartado Memoria
de cálculos).
𝑟 = 0.57 𝑚
BIOTECNOLOGÍA Y ALIMENTOS 2014
PROYECTO TERMINAL III.
36
Figura 10. Caldera industrial.
Intercambiador de calor
Es un dispositivo diseñado para transferir calor entre dos medios, que estén separados por una
barrera o que se encuentren en contacto. Son parte esencial de los dispositivos de calefacción,
refrigeración, acondicionamiento de aire, producción de energía y procesamiento químico.
Una vez que el vapor arrastra el componente volátil de la hoja en los extractores, la mezcla agua-
aceite será condensada por intercambiadores de calor de tubos y coraza en los cuales trabajaran a
contracorriente, en la corriente fría será agua a 5 °C para asegurar una condensación total y en la
corriente caliente será la mezcla de vapor aceite-agua.
Para calcular la carga térmica del intercambiador (I1) e (I2) y el área que se requieren para
condensar la corriente caliente se utilizó el simulador ASPEN Plus V8.2 en donde se consideran los
siguientes datos experimentales (ver tabla 11).
Tabla 11. Datos para el intercambiador de calor
Corriente 33 Corriente 6 7 10 11
Temperatura (°C) 5 Temperatura
(°C)
95 95 27 27
Presión (kg/cm2) 0.8154 Presión (kg/cm2) 0.81 0.81 0.81 0.81
Flujo (m3/s) 0.01 Flujo (m3/s) 0.015 0.015 2.18x10-4 2.18x10-4
Fracción (Agua) 1 Fracción (Agua) 0.998 0.998 0.998 0.998
Fracción
(Menthol)
0 Fracción
(Menthol)
0.002 0.002 0.002 0.002
Los resultados obtenidos muestran las condiciones a las que operan el intercambiador I1 e I2 así
BIOTECNOLOGÍA Y ALIMENTOS 2014
PROYECTO TERMINAL III.
37
como las temperaturas de las corrientes 21 y 22.
En la tabla 12 se muestra los resultados generados por el simulador y que son útiles para calcular el
área de intercambio de calor superficial (𝐴𝑠).
Tabla 12. Resultados generados por el simulador ASPEN para el intercambiador de calor.
Figura 11. Diagrama de intercambiadores de calor ASPEN Plus V8.2.
Calculo de área de intercambio de calor superficial.
Se calcula el calor transferido de la corriente caliente a la corriente fría (se muestra en memorias de
cálculo).
𝑄 = 1.36𝑥1010𝐽
ℎ
Se calculó del área de intercambio de calor superficial (𝐴𝑠) con los datos generados con el
simulador:
𝐴𝑠 = 𝑄
𝑈∗𝐹∗𝐿𝑀𝑇𝐷…(14)
Corriente 34 35
Temperatura (°C) 12 49
Presión ( kg/cm2) 0.8154 0.8154
Flujo (m3/s) 0.01 0.01
Fracción (Agua) 1 1
Fracción (Menthol) 0 0
Equipo I1 I2
Coeficiente de trasferencia calor
global U (W/m2-K)
850 850
LMTD (°C) 86.5 62.73
LMTD Factor de corrección 1 1
BIOTECNOLOGÍA Y ALIMENTOS 2014
PROYECTO TERMINAL III.
38
𝐴𝑠 =1.36𝑥1010 𝐽
ℎ
3.06𝑥106 𝐽𝑚2𝐾 ℎ
∗ 1 ∗ 86.5 𝐾
𝐴𝐼1 = 51.5𝑚2
De igual forma se calcula el área para I2
𝐴𝐼2 = 72.8 𝑚2
De acuerdo al proceso que se muestra en el diagrama de flujo se utilizaran 4 condensadores de los
cuales, dos operaran durante una hora mientras que los otros dos estarán en proceso de descarga y
carga. Por lo tanto se tendrá un área de 250 m2 por los cuatro condensadores a utilizar.
Separador florentino
Para el diseño del separador florentino se considera que el aceite es menos denso que el agua,
además de que no es soluble y eso hace más fácil su separación. La función del separador es recibir
la mezcla agua-aceite que sale del condensador, el aceite queda ubicado en la parte superior
rebozando el recipiente para ser recogido, la parte del fondo (agua) puede ser descargado
continuamente o recirculado a la caldera.
Existe una infinidad de geometrías para separar una mezcla de agua- aceite, pero nos enfocaremos
en el diseño de la figura 8. El condensado entra en la parte superior, como el aceite no es soluble en
agua por diferencia de densidades, el aceite queda en la parte superior, por lo que es retirado
conforme pasa el flujo del condesado y en la parte inferior se retira el agua, la cual se regresara a la
caldera.
𝑚𝑇̇ es la suma de los dos flujos que salen de los extractores. 𝑚𝑜̇ es la producción de aceite que
tendremos al día y 𝑚𝑎̇ es el flujo de agua que será recirculado a la caldera.
Dimensiones
Las dimensiones del separador florentino están basadas en los flujos de líquido condensado a la
salida de los intercambiadores suponiendo una altura de 2 m y así obtener el diámetro del separador.
El procedimiento para el diámetro del tanque florentino se encuentra en el apartado de memorias de
cálculo.
𝐷𝑖á𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 ≈ 1 𝑚
BIOTECNOLOGÍA Y ALIMENTOS 2014
PROYECTO TERMINAL III.
39
Figura 12. Dimensiones del separador florentino para agua-aceite.
Bomba (B1)
Las bombas centrífugas son el tipo de bombas que se utilizan con mayor frecuencia en la industria
química para el transporte de líquidos, como son materias primas, subproductos, productos
intermedios, servicios auxiliares, productos terminados etc. Las ventajas primordiales de una bomba
centrifuga son la sencillez, el bajo costo operación y mantenimiento, ocupan poco espacio y generan
bajos niveles de ruido, el flujo del fluido es uniforme y la capacidad de adaptación para su empleo
con una unidad motriz de motor eléctrico o de turbina.
Para saber la potencia de la bomba que se utilizará en vaciar el agua que está contenida en el
separador florentino se plantea el siguiente diagrama (los cálculos se muestran en el apartado
memoria de cálculos detalladamente):
BIOTECNOLOGÍA Y ALIMENTOS 2014
PROYECTO TERMINAL III.
40
Figura 13. Diagrama del sistema de bombeo B1.
De la ecuación de Bernoulli calculamos la altura dinámica HB
𝐻𝐵 = ℎ𝑓𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙+ [
𝑃2
𝜌𝑔+
𝑉22
2𝑔+ 𝑍2] − [
𝑃1
𝜌𝑔+
𝑉12
2𝑔+ 𝑍1] ….(15)
Donde:
𝑃1 =Presión en el nivel de toma de agua en el separador florentino = 80047.8 𝑘𝑔
𝑚 𝑠2
𝑉1 =Velocidad de flujo de agua en el separador florentino = 0 𝑚
𝑠
𝑍1 =Altura de toma de agua en separador respecto a la bomba = 0 m
𝑃2 =Presión a la salida de la bomba = 111,458 𝑘𝑔
𝑚 𝑠2
𝑉2 =Velocidad a la salida de la bomba.
𝑍2 =Altura de la salida de agua de la bomba = 2 m
𝜌 =Densidad del agua = 1000 kg/m3
𝑔 =Coeficiente de gravedad = 9.8 m/s2
ℎ𝑓𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙=Pérdida de carga.
Calculamos V2 con la sección interna de la tubería (área transversal).
BIOTECNOLOGÍA Y ALIMENTOS 2014
PROYECTO TERMINAL III.
41
𝐴 =𝜋𝐷2
4….(16)
𝐴 = 1.04 𝑚2
El caudal se calcula como:
𝑄𝑇 = 𝐴 ∗ 𝑉2…(17)
Despejamos 𝑉2
𝑉2 = 0.11 𝑚
𝑠
Calculo de perdida de carga
ℎ𝑓𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙=
𝑓 𝐿𝑒𝑞. 𝑉22
2𝐷𝑔….(18)
Donde:
𝑓 = Coeficiente de fricción.
𝐿𝑒𝑞. =Longitud equivalente.
𝐷 =Diámetro interno del tubo.
Calculamos el coeficiente d fricción, como el coeficiente depende de fricción depende del Re,
calculamos lo siguiente.
𝑅𝑒 =𝐷𝑉2𝜌
𝜇 …(19)
𝑅𝑒 = 3600
Como se suministra agua y se emplea tubería de acero comercial tenemos que la rugosidad relativa
de la tubería es:
𝐸
𝐷≅ 0.001
Moody (1944) consiguió representar la expresión de Colebrook-White en un ábaco de fácil manejo
para calcular "f" en función del número de Reynolds (Re) y actuando la rugosidad relativa (εr)
como parámetro diferenciador de las curvas.
De acuerdo con las correlaciones tenemos que el coeficiente de fricción es de:
𝑓 = 0.02
Calculamos la longitud equivalente
BIOTECNOLOGÍA Y ALIMENTOS 2014
PROYECTO TERMINAL III.
42
𝐿𝑒𝑞. = 𝐿 + 𝐿𝑒𝑞.𝑎𝑐𝑐…(20)
Donde:
𝐿 =Longitud lineal de tubería = 10m
𝐿𝑒𝑞.𝑎𝑐𝑐 =Longitud equivalente de accesorios
La longitud equivalente de accesorios se determina a partir de los codos que se van a utilizar. Se
consideraron 2 codos de 90°.
𝐿𝑒𝑞.𝑎𝑐𝑐 = 𝐿 ∗ 𝐷…. (21)
𝐿𝑒𝑞.𝑎𝑐𝑐 = 10 𝑚 ∗ 0.03𝑚 = 0.3𝑚
𝑎𝑐𝑐.
𝐿𝑒𝑞.𝑎𝑐𝑐 = 0.3𝑚
𝑎𝑐𝑐.∗ 2
𝐿𝑒𝑞.𝑎𝑐𝑐 = 0.6𝑚
𝐿𝑒𝑞. = 10.6 𝑚
Determinamos la pérdida de carga
ℎ𝑓𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙= 4.67𝑥10−3 𝑚
Ahora determinamos HB
𝐻𝐵 = 5.2 𝑚
Calculamos el caudal QT a partir del balance que se realizó en el florentino (figura 8).
𝑄𝑇 = 0.12𝑚3
𝑠
Ahora calculamos la potencia de la bomba con la siguiente ecuación.
𝑃𝑡𝑒ó𝑟𝑖𝑐𝑎 = 𝐻𝐵 ∗ 𝜌 ∗ 𝑔 ∗ 𝑄𝑇…. (22)
𝑃𝑡𝑒ó𝑟𝑖𝑐𝑎 = 6115.2 𝑊
𝑃𝑡𝑒ó𝑟𝑖𝑐𝑎 = 8 𝐻𝑃
𝑃𝑟𝑒𝑎𝑙 =𝑃𝑡𝑒ó𝑟𝑖𝑐𝑎
% 𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎… (23)
𝑃𝑟𝑒𝑎𝑙 = 10 𝐻𝑃
BIOTECNOLOGÍA Y ALIMENTOS 2014
PROYECTO TERMINAL III.
43
Bomba 2 (B2)
Para la bomba 2 se utilizó el mismo procedimiento que para la B1 pero con un QT = 0.01m3/s una
longitud lineal de 24 m de tubería y un coeficiente de fricción de f = 0.013.
Obteniendo una potencia de:
𝑃𝑟𝑒𝑎𝑙 = 20 𝐻𝑃
Columna de destilación flash
Para recircular el agua que sale del separador florentino se propone utilizar un destilador simple
para separar el aceite que pudo haber quedado en el agua. Ya que no se sabe la concentración del
mentol que contiene el agua que se va a recircular, no se pueden hacer los cálculos adecuados ni
para saber cuánto podríamos recuperar de aceite esencial.
Tanques de almacenamiento de aceite
Tanque 1
Para saber el volumen aproximado del tanque (ver figura 14) en donde se almacenará el producto
aceite-aguase hizo lo siguiente:
De acuerdo con la producción de aceite al día que es de 28 L de aceite esencial y suponiendo una
altura de 0.3 m, del tanque de almacenamiento se tiene que requerimos 0.028 m3 de volumen por lo
cual se puede calcular el radio del tanque de almacenamiento con la siguiente ecuación.
𝑟 = 0.17 𝑚
Figura 14. Tanque de almacenamiento de aceite
BIOTECNOLOGÍA Y ALIMENTOS 2014
PROYECTO TERMINAL III.
44
NOTA: Cabe mencionar que para la materia prima agotada, es decir la materia que sale de los
extractores después del proceso se utilizará como composta.
3.4 Lay out
Área de proceso
La Figura 15 describe la localización de cada etapa del proceso
Figura 15. Lay out de la planta de extracción de aceites esenciales.
CAPITULO 4
4.1 Sustentabilidad
El desarrollo sostenible se puede definir como el equilibrio entre el crecimiento económico, la
equidad en oportunidades y el uso eficiente de los recursos naturales, es decir, para que el desarrollo
tenga permanencia en el tiempo es necesario el equilibrio entre estas tres áreas.
Para implementar la visión del desarrollo sostenible en la acción de las empresas y cuantificar sus
resultados se debe promover el uso racional de los recursos naturales por medio de la revisión de los
procesos productivos para minimizar pérdida de materias primas, energía, agua y dispersión de
tóxicos ambientales, para buscar mejoras en el reciclaje o uso de recursos renovables, y generar
mayor valor agregado a través del mejoramiento de la calidad y rediseño de productos logrando
mayor rentabilidad a partir de la transformación de los desechos en productos con mayor valor
agregado o materia prima para otro tipo de proceso.
4.1-1 Análisis económico
Al analizar los costos de los equipos para la extracción de aceites esenciales, se debe tomar en
BIOTECNOLOGÍA Y ALIMENTOS 2014
PROYECTO TERMINAL III.
45
cuenta los costos directos; costos de mano de obra; costos de
Utilización de maquinaria.
A continuación se detallan los costos.
El costo de cada equipo se calculó con el programa Capcost (Capital cost estimation software) (ver
tabla 13).
Tabla 13. Costos generados por el programa Cap cost
Equipo CEPCI = 593
Intercambiadores Tipo de
intercambiador
Presión en
la coraza
(kg/cm^2)
Presión en
el tubo
(kg/cm^2)
Material Área
(m^2)
Costo de
compra
de equipo
Módulo
de costo
I1 Tubos y coraza 1.019 1.019 Cobre /
Cobre
50 $28,600 $127,000
I2 Tubos y coraza 1.019 1.019 Cobre /
Cobre
71 $31,500 $140,000
I3 Tubos y coraza 1.019 1.019 Cobre /
Cobre
50 $28,600 $127,000
I4 Tubos y coraza 1.019 1.019 Cobre /
Cobre
71 $31,500 $140,000
Bombas Tipo de
bombas
Energía
requerida
(kilowatts)
Repuestos Material Presión de
descarga
(kg/cm^2)
Costo de
compra
de equipo
Módulo
de costo
B1 Centrifuga 1 1 Hierro
fundido
2 $7,320 $23,700
B2 Centrifuga 1 1 Hierro
fundido
2 $7,320 $23,700
Tanque de
almacenamiento
Tipo de tanque Volumen
(cm^3)
Costo de
compra
de equipo
Módulo
de costo
T2 Techo fijo 120x10^6 $66,600 $73,300
Extractores Descripción Altura (cm) Diámetro
(cm)
Material Presión
(kg/cm^2)
Costo de
compra
de equipo
Módulo
de costo
E1 Vertical 100 200 Acero
inoxidab
le
2.04 $8,340 $68,900
E2 Vertical 100 200 Acero
inoxidab
le
2.04 $8,340 $68,900
E3 Vertical 100 200 Acero
inoxidab
le
2.04 $8,340 $68,900
E4 Vertical 100 200 Acero
inoxidab
le
2.04 $8,340 $68,900
BIOTECNOLOGÍA Y ALIMENTOS 2014
PROYECTO TERMINAL III.
46
Tanque Orientación Altura (cm) Diámetro
(cm)
Material Presión
(kg/cm^2)
Costo de
compra
de equipo
Módulo
de costo
T1 Vertical 30 34 Acero
inoxidab
le
1.019 $2,930 $23,200
Separador
florentino
Orientación Altura (cm) Diámetro
(cm)
Material Presión
(kg/cm^2)
Costo de
compra
de equipo
Módulo
de costo
Sf1 Vertical 100 115 Acero
inoxidab
le
1.019 4,780 $37,800
Caldera Energía
requerida (kW)
Costo de
gas natural
($/kW)
Costo
C1 68268.6 0.05 44,500
Secadores Energía
requerida (W)
Volumen
(m3)
Costo
S1 6694 3.13 51,000
S2 6694 3.13 51,000
Molino Tipo Material Capacidad
(kg)
Producc
ión
(kg/h)
Motor
(HP)
RPM Costo
M1 Cuchillas Acero
inoxidable
1500 300-600 30 1750 $19,500
Costo total de la maquinaria $1,157,3
00
La producción anual esperada para el primer año de operaciones es de 9200Kg (con esta cantidad de
producción se satisface la demanda actual de aceite de menta piperita, por lo cual evitaríamos
importar) [17]. El precio de venta del aceite de menta por Kg es de 1000 dólares. Y se espera
incrementar esta cantidad en un 10% cada año (se asume que todo lo que se produce se vende).
Se estima que la inversión inicial está compuesta de los siguientes elementos (ver tabla 14):
Tabla 14. Composición de inversión inicial.
Los gastos administrativos y de operación se muestran en las tablas 15 y 16.
Elemento Costo (Millones de dólares)
Terreno 2
Edificios 10
Maquinaria 1.16
Mobiliario 1
Activo circulante 2.5
Total 16.66
BIOTECNOLOGÍA Y ALIMENTOS 2014
PROYECTO TERMINAL III.
47
Tabla 15. Costos fijos por año del proceso.
Tabla 16. Costos variables del proceso
Costos variables por Kg Flujo de dinero (USD/ Kg de producto)
Materia prima 10
Distribución 0.2
Energía 1.5
Consumo de agua 0.1
Combustible (GLP) 1.5
Mano de obra directa 0.4
Ventas 0.3
La maquinaria y el mobiliario se deprecian a razón del 10% anual, mientras que los edificios, a
razón del 5% anual. La SHCP otorgará USD 90000, en el primer año y la misma suma el segundo
año por la creación de 100 empleos directos. La tasa de impuestos es del 9.02%, se considera una
tasa de inflación promedio anual del 20%
Cálculo de la tasa interna de retorno (TIR).
La tasa interna de retorno es un método para la evaluación financiera de proyectos que iguala el
valor presente de los flujos de caja esperados con la inversión inicial.
Cuando la TIR es mayor que la tasa de interés de referencia, el rendimiento que obtendría el
inversionista realizando la inversión es positivo, por lo tanto, conviene realizar la inversión. Caso
contrario el proyecto debe rechazarse.
Para realizar una evaluación de la TIR para el sistema de extracción de aceites esenciales se toma
como referencia una tasa de interés de 9,02% que es la tasa neta promedio anual a la que los bancos
manejan los depósitos a plazo fijo. Se consideran los siguientes datos [14]:
Tabla 17. Producción mínima mensual de extracción de aceite esencial de menta.
Obtenemos que la TIR para el proyecto sea del 51%, lo que hace de este proyecto
Costos fijos por año Flujo de dinero (USD)
Administrativos 0.5 x 106
Generales de fabricación 1 x 106
Total 1.5 x 106
Producción mínima mensual de extracción de aceite esencial
de menta.
Extracción por día (l) 28
Días laborales (mes) 28
Producción anual (l) 9200
Ingreso anual de la planta 9.2X106
BIOTECNOLOGÍA Y ALIMENTOS 2014
PROYECTO TERMINAL III.
48
económicamente factible.
4.2 Análisis de Riesgos
Planta productora de aceite esencial de menta piperita:
En la extracción debemos de poner señalamientos de que el aceite es tóxico en altas dosis y puede
afectar al personal.
En la parte de la torre de destilación: se debe de contar con señalamiento, a las condiciones que está
operando, así como también que solo se puede acercar personal autorizado y capacitado para
manejar este equipo. Otra parte esencial es poner monitores para que indique factores que puedan
alterar el funcionamiento de la planta y poner en riesgo a los trabajadores.
Parte del secador: En este equipo se deben colocar señalamientos en donde indique a la temperatura
que operando, ya que puede haber accidentes de quemaduras, o pérdidas de producto por un mal
control de temperatura en el proceso.
Después de poner señalamientos en cada sistema, contaremos con capacitación al personal de la
planta contra cualquier siniestro natural o del mal funcionamiento de la planta, las capacitaciones se
darán de manera global, es decir que todo el personal debe de saber qué se puede hacer en caso de
algún riesgo en una parte de la planta, así realice su trabajo en cierta parte o no.
4.3 Medio Ambiente
ISO 14001 es una norma aceptada internacionalmente que establece cómo implementar un sistema
de gestión medioambiental (SGM) eficaz. La norma se ha concebido para gestionar el delicado
equilibrio entre el mantenimiento de la rentabilidad y la reducción del impacto medioambiental.
Con el compromiso de toda la organización, permite lograr ambos objetivos.
Planificación de la norma 14001, corresponde considerar los “Requerimientos legales y de otro
tipo”, cuya identificación y cumplimiento se consideran indispensables para lograr un exitoso SGA.
La ley da la siguiente definición de residuo peligroso: todo residuo que pueda causar daño, directa o
indirectamente, a seres vivos o contaminar el suelo, el agua, la atmósfera o el ambiente en general.
Por otra parte la norma define impacto ambiental, como cualquier cambio en el medio ambiente, sea
adverso o beneficioso, total o parcialmente resultante de las actividades, productos o servicios de
una organización.
En el proceso de extracción de aceites esenciales, a partir de la limpieza de la hoja de menta piperita
comienza la utilización de agua y su consecuente evacuación de recurso usado y en las subsecuentes
etapas se generarán aguas de desecho, pero previo a su consideración, falta referirse a los residuos
sólidos, desde el punto de vista de la ley 24051.
Residuos industriales: se define como todo producto sólido, líquido o pastoso, resultante de un
proceso de fabricación, transformación, utilización, consumo o limpieza industrial que su
propietario o poseedor destina al abandono. Desde el punto de vista del impacto ambiental hay 2
BIOTECNOLOGÍA Y ALIMENTOS 2014
PROYECTO TERMINAL III.
49
clases de residuos industriales: a) especiales y b) no especiales, diferenciándose los primeros por
sus características de toxicidad elevada, nocividad, explosividad, combustibilidad o
desprendimiento de sustancias tóxicas o peligrosas. Para la industria aceitera, resulta especial el
residuo de la extracción, los solventes usados en la extracción del aceite y su manejo reviste gran
cuidado por el peligro de alta combustibilidad.
Entre los no especiales tenemos al finalizar proceso, la hoja de menta piperita húmeda que
constituye un residuo orgánico o biodegradable. En el sector de envasado tendremos los restos
plásticos a los que se tratará por el camino de la recuperación o el reciclaje.
CONCLUSIONES
Con este trabajo se concluye que existe una amplia oportunidad de mercado tanto en
exportaciones como importaciones, se tiene una gran gama de compradores de aceite
esencial de menta piperita en la industria alimenticia y farmacéutica principalmente.
El arrastre de vapor resulta ser uno de los procesos más utilizados para la extracción del
aceite esencial de menta piperita de acuerdo a sus ventajas de ser principalmente de
tecnología economica y rendimientos óptimos.
Se determinó que el tiempo de secado total de la hoja de menta es de 125 min para que
contenga una humedad en un intervalo de 7-10 % con el cual se obtuvo la cantidad de
aceite obtenido a nivel banco fue de 3.2ml de aceite esencial por 400g de materia prima con
un rendimiento de 0.7% y se observó que conforme se aumentaba la humedad el
rendimiento disminuía, por lo tanto resulta ser factible trabajar con hoja seca.
El pre tratamiento de sonicado resultó inconveniente, ya que requiere de una alta humedad
para propagar las ondas de sonido y pueda romper los canales donde está el aceite. Puede
resultar conveniente adaptar la técnica de sonicado en otras condiciones para mejorar el
rendimiento y reducir tiempos de operación.
Las muestras obtenidas se analizaron y compararon con un aceite comercial así como con
datos de la literatura. Determinamos que el sabor color y aroma se asemejan
cualitativamente al comercial ya que no se contó con el equipo necesario. De igual forma
los índices de refracción, pH y densidad se encuentran dentro de un intervalo de
aproximación de 99.72%, 99.91% y 97.33% respectivamente en comparación con el
comercial y el de literatura.
El diseño de los equipos como los extractores, condensadores, caldera, secadores y bombas
se realizaron mediante los resultados obtenidos experimentalmente, pudiendo así
determinar las dimensiones de cada equipo.
La TIR del análisis económico resulto ser del 51%, por lo que el proceso es
económicamente factible.
El análisis económico para una producción de 9200 Kg/año nos arrojan resultados
satisfactorios, por ello se concluye que la instalación de este proyecto sería una alternativa
de trabajo, ya que la extracción de este producto es rentable.
BIOTECNOLOGÍA Y ALIMENTOS 2014
PROYECTO TERMINAL III.
50
MEMORIAS DE CÁLCULO
Procedimiento para encontrar las cantidades de hoja seca y humedad en el sistema de
columnas de extracción.
A escala piloto el volumen de la columna de extracción tiene una capacidad de empaque de 500g y
se extraen 4 ml de aceite en una hora y se requiere 1100 𝑐𝑚3 o 1.1 Lt de agua.
𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛𝑒𝑞𝑢𝑖𝑝𝑜 → 𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎ℎ𝑜𝑗𝑎 𝑠𝑒𝑐𝑎 → 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑑𝑒 𝑎𝑐𝑒𝑖𝑡𝑒 → 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑐𝑜𝑛𝑑𝑒𝑛𝑠𝑎𝑑𝑜
5.5 𝐿𝑡 → 500𝑔 → 4 𝑐𝑚3
ℎ → 1,100
𝑐𝑚3
ℎ
De la ecuación 15 sabemos que 5.5 Lt corresponden al volumen total del equipo, este tiene una
capacidad de carga de 500 g de hoja seca triturada y se extraen 4 cm3 en una hora, además nos da
un volumen de condensado de 1,100 cm3.
Debemos producir 28 Lt de aceite por día, con este dato sabemos la cantidad de hoja que se necesita
para la extracción (capacidad de carga), entonces conociendo la carga de hoja podemos conocer el
volumen total que se requiere en el proceso.
El proceso durara 8 h al día, haciendo cálculos correspondientes tendríamos que tener 4 columnas
de extracción y cada una operaria 3 veces al día, por lo que cubriría el tiempo total del proceso, para
esto se tomó el tiempo de carga y descarga de cada extractor, entonces se multiplica el número de
columnas por las veces que va a operar cada una, esto nos va a dar el número de horas que operara
todas las columnas en el proceso:
4 𝑐𝑜𝑙𝑢𝑚𝑛𝑎𝑠 𝑑𝑒 𝑒𝑥𝑡𝑟𝑎𝑐𝑐𝑖𝑜𝑛 ∗ 3 𝑣𝑒𝑐𝑒𝑠 𝑜𝑝𝑒𝑟𝑎𝑟𝑎 𝑐𝑎𝑑𝑎 𝑐𝑜𝑙𝑢𝑚𝑛𝑎 = 12 ℎ 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝑜𝑝𝑒𝑟𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛
Entonces dividimos el volumen total que se requiere para producir 28 Lt por día entre las horas de
operación totales y así conocemos el volumen de cada columna de extracción:
𝟑𝟕𝟔𝟗𝟐 𝑳𝒕 𝒕𝒐𝒕𝒂𝒍𝒆𝒔 𝒑𝒂𝒓𝒂 𝒆𝒍 𝒑𝒓𝒐𝒄𝒆𝒔𝒐
𝟏𝟐 𝒉 𝒕𝒐𝒕𝒂𝒍𝒆𝒔 𝒅𝒆 𝒐𝒑𝒆𝒓𝒂𝒄𝒊𝒐𝒏= 𝟑𝟏𝟒𝟏 𝑳𝒕 → 𝒗𝒐𝒍𝒖𝒎𝒏𝒆𝒏 𝒑𝒂𝒓𝒂 𝒄𝒂𝒅𝒂 𝒆𝒙𝒕𝒓𝒂𝒄𝒕𝒐𝒓
La siguiente expresión muestra el volumen de cada columna y la carga de hoja seca para cada
extractor:
𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑑𝑒 𝑐𝑎𝑑𝑎 𝑐𝑜𝑙𝑢𝑚𝑛𝑎 = 𝟑, 𝟏𝟒𝟏 𝑳𝒕 → 𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑑𝑒 ℎ𝑜𝑗𝑎 𝑠𝑒𝑐𝑎 = 𝟐𝟖, 𝟓𝟓𝟒𝟔 𝐠
La cantidad de hoja seca a la entrada es la siguiente:
�̇�ℎ𝑜𝑗𝑎 𝑠𝑒𝑐𝑎𝐸𝑛𝑡𝑟𝑎 = 285546
𝑔
ℎ= 286
𝑘𝑔
ℎ
BIOTECNOLOGÍA Y ALIMENTOS 2014
PROYECTO TERMINAL III.
51
Pero en un día cada tanque va a operar tres veces y tenemos cuatro tanques en operación, entonces
hay que multiplicar por doce la siguiente ecuación:
�̇�ℎ𝑜𝑗𝑎 𝑠𝑒𝑐𝑎𝐸𝑛𝑡𝑟𝑎 = (286
𝑘𝑔
ℎ) ∗ (
12ℎ
1 𝑑𝑖𝑎) = 𝟑𝟒𝟑𝟐
𝒌𝒈
𝒅í𝒂
�̇�ℎ𝑜𝑗𝑎 ℎú𝑚𝑒𝑑𝑎𝑆𝑎𝑙𝑒 = (3432
𝑘𝑔
𝑑í𝑎) + (
𝑘𝑔 𝑑𝑒 ℎ𝑢𝑚𝑒𝑑𝑎𝑑 𝑒𝑛 𝑙𝑎 ℎ𝑜𝑗𝑎
𝑑𝑖𝑎)
Los kilogramos de humedad lo podemos determinar con los flujos que entran y salen del sistema de
columnas:
�̇�ℎú𝑚𝑒𝑑𝑎 = �̇�𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟𝐸𝑛𝑡𝑟𝑎 − �̇�𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟+𝑎𝑐𝑒𝑖𝑡𝑒
𝑆𝑎𝑙𝑒 = (412.01𝑘𝑔
𝑑í𝑎) − (370.81
𝑘𝑔
𝑑í𝑎) = 𝟒𝟏. 𝟐
𝒌𝒈 𝒅𝒆 𝒉𝒖𝒎𝒆𝒅𝒂𝒅
𝒅í𝒂
Entonces:
�̇�ℎ𝑜𝑗𝑎 𝑠𝑒𝑐𝑎+ℎú𝑚𝑒𝑑𝑎𝑑𝑆𝑎𝑙𝑒 = (3432
𝑘𝑔
𝑑í𝑎) + (41.2
𝑘𝑔 𝑑𝑒 ℎ𝑢𝑚𝑒𝑑𝑎𝑑
𝑑í𝑎) = 𝟑𝟒𝟕𝟑. 𝟐
𝒌𝒈
𝒅í𝒂
Procedimiento para encontrar los flujos másicos de vapor de agua a la entrada y salida del
sistema de columnas de extracción.
Primero hay que calcular la cantidad de condensado en una columna de extracción industrial, para
esto vamos a tomar datos de los balances de base seca de hoja de menta de las ecuaciones 1 y 2.
𝑄𝑐𝑜𝑛𝑑 =(2,284
𝑐𝑚3
ℎ) (1,100
𝑐𝑚3
ℎ)
4𝑐𝑚3
ℎ
= 628,100𝑐𝑚3
ℎ= 𝟐𝟏𝟖. 𝟏𝟎
𝒄𝒎𝟑
𝒔
Ahora procederemos a calcular los flujos de vapor en la entrada y salida del sistema:
𝑄𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟+𝑎𝑐𝑒𝑖𝑡𝑒𝑆𝑎𝑙𝑒 =
𝑄𝑐𝑜𝑛𝑑2 ∗ 𝑄𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟
𝑆𝑎𝑙𝑒
𝑄𝑐𝑜𝑛𝑑1 =
(218.10 𝑐𝑚3
𝑠 ) (226.19𝑐𝑚3
𝑠 )
(0.30𝑐𝑚3
𝑠 )= 𝟏𝟒𝟕𝟗𝟗. 𝟔𝟏
𝒄𝒎𝟑
𝒔
𝑄𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟𝑆𝑎𝑙𝑒 : es el flujo que sale de vapor en la columna a escala semi-piloto
𝑄𝑐𝑜𝑛𝑑1 : es el flujo de condensado en la columna a escala semi-piloto y se indica con el número uno.
BIOTECNOLOGÍA Y ALIMENTOS 2014
PROYECTO TERMINAL III.
52
𝑄𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟𝐸𝑛𝑡𝑟𝑎 =
(𝑄𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟+𝑎𝑐𝑒𝑖𝑡𝑒𝑆𝑎𝑙𝑒 )(𝑄𝑐𝑜𝑛𝑑
𝐸𝑛𝑡𝑟𝑎)
𝑄𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟𝑆𝑎𝑙𝑒
=(14,799.61
𝑐𝑚3
𝑠) (251.32
𝑐𝑚3
𝑠)
226.19𝑐𝑚3
𝑠
= 𝟏𝟔𝟒𝟒𝟑. 𝟖𝟕𝒄𝒎𝟑
𝒔
𝑄𝑐𝑜𝑛𝑑𝐸𝑛𝑡𝑟𝑎: es el flujo de vapor que entra en la columna a escala semi-piloto.
Para conocer los flujos másicos basta multiplicar el flujo volumétrico por la densidad:
La densidad del vapor de agua a 100°C y a 1.2 𝑘𝑔
𝑐𝑚2 es 5.8 ∗ 10−7 𝑘𝑔
𝑐𝑚3,
Entonces:
�̇�𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟𝐸𝑛𝑡𝑟𝑎 = 16443.87
𝑐𝑚3
𝑠∗ 5.8 ∗ 10−7
𝑘𝑔
𝑐𝑚3= 𝟗. 𝟓𝟑 ∗ 𝟏𝟎−𝟑
𝒌𝒈
𝒔
�̇�𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟+𝑎𝑐𝑒𝑖𝑡𝑒𝑆𝑎𝑙𝑒 = 14799.61
𝑐𝑚3
𝑠∗ 5.8 ∗ 10−7
𝑘𝑔
𝑐𝑚3= 𝟖. 𝟓𝟖 ∗ 𝟏𝟎−𝟑
𝒌𝒈
𝒔
Ahora bien tenemos cuatro tanques en operación y cada uno se cargara tres veces, entonces hay que
multiplicar los flujos por doce, a manera que 12 horas corresponden a un día, como dato
experimental cada tanque opera una hora:
�̇�𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟𝐸𝑛𝑡𝑟𝑎 = (9.53 ∗ 10−3
𝑘𝑔
𝑠) (
3600 𝑠
1 ℎ) (
12 ℎ
1 𝑑í𝑎) = 𝟒𝟏𝟐. 𝟎𝟏
𝒌𝒈
𝒅í𝒂
�̇�𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟+𝑎𝑐𝑒𝑖𝑡𝑒𝑆𝑎𝑙𝑒 = (8.58 ∗ 10−3
𝑘𝑔
𝑠) (
3600 𝑠
1 ℎ) (
12 ℎ
1 𝑑í𝑎) = 𝟑𝟕𝟎. 𝟖𝟏
𝒌𝒈
𝒅í𝒂
Calculo del diámetro del extractor a escala industrial
Tenemos como dato que cada extractor tiene un volumen 3141 Lt , además la longitud es de 1 m,
entonces el diámetro de la columna de extracción a escala industrial es la siguiente:
𝑟 = √𝑉
ℎ 𝜋
𝑟 = √3.141𝑚3
1𝑚 𝜋= 0.99 𝑚
𝐷𝑖𝑎𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 ≈ 2𝑚
Cálculos para determinar los flujos másicos a la entrada y salida del tanque florentino
BIOTECNOLOGÍA Y ALIMENTOS 2014
PROYECTO TERMINAL III.
53
Para encontrar los flujos másicos hay que tomar en cuenta que la densidad del agua a 25° C y 1atm
es 997.13 kg/m3, entonces conociendo los flujos volumétricos se determinan las cantidades másicas.
Tenemos la siguiente expresión:
𝑄𝑎 = 𝑄𝑇 − 𝑄𝑜
Donde 𝑄𝑇 es el flujo total volumetrico de la mezcla agua-aceite, 𝑄𝑎 es flujo volumétrico que sale
de agua y 𝑄𝑜 es el flujo volumétrico que sale de aceite.
Despejando 𝑄𝑎 podemos conocer la cantidad de agua que se recirculara a la caldera.
Sustituimos valores que conocemos como el flujo de aceite-agua 𝑄𝑇 y el 𝑄𝑜 que se conoce de la
producción de aceite que deseaos.
𝑄𝑎 = 436.2𝑐𝑚3
𝑠− 1.28
𝑐𝑚3
𝑠
𝑄𝑎 = 434.92𝑐𝑚3
𝑠
Ahora para conocer las cantidades másicas solo multiplicamos por la densidad del agua.
�̇�𝑇 = 436.2𝑐𝑚3
𝑠∗ 9.97 ∗ 10−4
𝑘𝑔
𝑐𝑚3∗
3600 𝑠
1 ℎ= 1, ,565.61
𝑘𝑔
ℎ
La densidad del aceite es 9.00*10-4 kg/cm3
�̇�𝑜 = 1.28𝑐𝑚3
𝑠∗ 9.00 ∗ 10−4
𝑘𝑔
𝑐𝑚3∗
3600 𝑠
1 ℎ= 4.15
𝑘𝑔
ℎ
�̇�𝑎 = 434.92𝑐𝑚3
𝑠∗ 9.97 ∗ 10−4
𝑘𝑔
𝑐𝑚3∗
3600 𝑠
1 ℎ= 1561.01
𝑘𝑔
ℎ
Sabemos que el número de cargas en los extractores son de 12, pero estamos considerando que el
flujo total volumétrico que cae al tanque florentino corresponde a dos columnas de extracción,
entonces en este caso el número de cargas entre dos corresponden a 1 día., es importante saber que
el número de cargas se expresa en horas, ya que es el tiempo de operación de cada columna.
�̇�𝑇 = 1,565.61𝑘𝑔
ℎ∗
6 ℎ
1 𝑑í𝑎= 9,393.66
𝑘𝑔
𝑑í𝑎
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PROYECTO TERMINAL III.
54
�̇�𝑜 = 4.15 𝑘𝑔
ℎ∗
6 ℎ
1 𝑑í𝑎= 24.9
𝑘𝑔
𝑑í𝑎
�̇�𝑎 = 1,561.01𝑘𝑔
ℎ∗
6 ℎ
1 𝑑í𝑎= 9,366.06
𝑘𝑔
𝑑í𝑎
Dimensionamiento de tanque florentino
Para calcular el volumen del separador vamos se considera el flujo del condensado (mezcla agua-
aceite) y el tiempo en que opera por cada descarga.
Cabe mencionar que en nuestro caso tenemos 4 extractores y cada uno tiene un flujo de
condensado de 𝑄𝐶 = 218.1 𝑐𝑚3
𝑠, por lo que vamos a dimensionar un separador florentino para los
cuatro extractores, pero solo tomaremos en cuenta el flujo de condensado de dos extractores, debido
a la forma de operación ya mencionada con anterioridad, el tiempo de operación es de 1 h para cada
uno entonces con estos datos podemos calcular el volumen que requiere el separador:
𝑄𝐶 = 218.1𝑐𝑚3
𝑠= 𝑓𝑙𝑢𝑗𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑐𝑜𝑛𝑑𝑒𝑛𝑠𝑎𝑑𝑜 𝑒𝑛 𝑒𝑙 𝑒𝑥𝑡𝑟𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟
𝑄𝑇 = 218.1𝑐𝑚3
𝑠∗ 2 = 𝟒𝟑𝟔. 𝟐
𝒄𝒎𝟑
𝒔= 𝑓𝑙𝑢𝑗𝑜 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑑𝑒𝑙 𝑐𝑜𝑛𝑑𝑒𝑛𝑠𝑎𝑑𝑜
𝑡𝑜𝑝 = 1ℎ = 𝟑𝟔𝟎𝟎 𝒔 𝑡𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜 𝑑𝑒 𝑜𝑝𝑒𝑟𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛
𝑉𝑠 = 𝑄𝑇 ∗ 𝑡𝑜𝑝 = 𝟏𝟓𝟕𝟎 𝒍𝒕
Se calcula el diámetro del tanque suponiendo una altura de 2 m con la siguiente formula.
𝑟 = √𝑉
ℎ 𝜋
𝑟 = √1.57𝑚3
2𝑚 𝜋= 0.49 𝑚
𝐷𝑖á𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 ≈ 1 𝑚
Calculo del área de intercambiadores (método de Kern)
Para calcular el área de una fila hipotética de tubos en el centro de la carcasa (Área máx.
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PROYECTO TERMINAL III.
55
perpendicular al flujo) se siguen los siguientes pasos:
Calcular el flujo de energía Q.
𝑄 = 𝑚ℎ ∙ 𝐶𝑝ℎ(𝑇ℎ𝑖 − 𝑇ℎ𝑜) … … . (17)
Tci – Temperatura de entrada del líquido frío en ºC
Tco – Temperatura de salida del líquido frío en ºC
Thi – Temperatura de entrada del líquido caliente en ºC => 98
Tho – Temperatura de salida del líquido caliente en ºC => 27
Cph – Calor específico del líquido caliente en KJ/kg C => 4.18
mh – Flujo másico Kg/día => 25.2
Cpc – Calor específico del líquido frío en J/kg K
Sustituimos en el balance anterior.
𝑄 = 47948.76𝑘𝑔
ℎ∗ (4.18
𝐾𝐽
𝑘𝑔 °𝐶) ∗ (95 − 27)°𝐶
𝑄 = 13628955.54𝐾𝐽
ℎ
𝑄 = 1.36𝑥1010𝐽
ℎ
Calcular LMTD
𝐿𝑀𝑇𝐷 = (𝑇ℎ𝑖 − 𝑇𝑐𝑜) − (𝑇ℎ𝑜 − 𝑇𝑐𝑖)
𝐿𝑛 (𝑇ℎ𝑖 − 𝑇𝑐𝑜𝑇ℎ𝑜 − 𝑇𝑐𝑖
)… … (18)
Debido a que el programa proporciona el valor de LMTD y el factor de corrección, lo usaremos
directamente.
Calcular As
Donde tenemos:
𝑄 = 1.36𝑥1010𝐽
ℎ
𝐿𝑀𝑇𝐷 = 86.5 𝐾
𝑈 = 850𝑊
𝑚2𝐾= 3060000
𝐽
𝑚2𝐾 ℎ
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PROYECTO TERMINAL III.
56
𝐹 = 1
𝐴𝑠 = 𝑄
𝑈∗𝐹∗𝐿𝑀𝑇𝐷
𝐴𝑠 =1.36𝑥1010 𝐽
ℎ
3060000𝐽
𝑚2𝐾 ℎ∗ 1 ∗ 86.5 𝐾
𝐴𝐼1 = 51.5𝑚2
De igual forma se calcula el área para I2
𝐴𝑠 =1.36𝑥1010 𝐽
ℎ
3060000𝐽
𝑚2𝐾 ℎ∗ 1 ∗ 62.73 𝐾
𝐴𝐼2 = 72.8 𝑚2
Volumen de tanque de almacenamiento de aceite
De acuerdo con la producción de aceite al día que es de 28 L de aceite esencial y suponiendo una
altura de 0.3 m, del tanque de almacenamiento se tiene que requerimos 0.028 m3 de volumen por lo
cual se puede calcular el radio del tanque de almacenamiento con la siguiente ecuación.
𝑟 = √𝑉
ℎ 𝜋
𝑟 = √28000𝑐𝑚3
30𝑐𝑚 ∗ 𝜋
𝑟 = 0.17 𝑚
Dimensiones de la caldera
Se tiene que el volumen del agua que se va a recircular a la caldera que es de 1565.4 L
(1565400cm3), aplicando la fórmula para sacar el radio y suponiendo una altura de 150 cm
tenemos:
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PROYECTO TERMINAL III.
57
𝑟 = √𝑉
ℎ 𝜋
𝑟 = √1565400𝑐𝑚3
150𝑐𝑚 ∗ 𝜋
𝑟 = 0.57 𝑚
Bomba (B1)
De la ecuación de Bernoulli calculamos la altura dinámica HB
𝐻𝐵 = ℎ𝑓𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙+ [
𝑃2
𝜌𝑔+
𝑉22
2𝑔+ 𝑍2] − [
𝑃1
𝜌𝑔+
𝑉12
2𝑔+ 𝑍1]
Donde:
𝑃1 =Presión en el nivel de toma de agua en el separador florentino = 80047.8 𝑘𝑔
𝑚 𝑠2
𝑉1 =Velocidad de flujo de agua en el separador florentino = 0 𝑚
𝑠
𝑍1 =Altura de toma de agua en separador respecto a la bomba = 0 m
𝑃2 =Presión a la salida de la bomba = 111,458 𝑘𝑔
𝑚 𝑠2
𝑉2 =Velocidad a la salida de la bomba.
𝑍2 =Altura de la salida de agua de la bomba = 2 m
𝜌 =Densidad del agua = 1000 kg/m3
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PROYECTO TERMINAL III.
58
𝑔 =Coeficiente de gravedad = 9.8 m/s2
ℎ𝑓𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙=Pérdida de carga.
Calculamos V2 con la sección interna de la tubería (área transversal).
𝐴 =𝜋𝐷2
4
𝐴 =𝜋 ∗ (1.15𝑚)2
4
𝐴 = 1.04 𝑚2
El caudal se calcula como:
𝑄𝑇 = 𝐴 ∗ 𝑉2
Despejamos 𝑉2
𝑉2 =𝑄𝑇
𝐴
𝑉2 = 0.11 𝑚
𝑠
Calculo de perdida de carga
ℎ𝑓𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙=
𝑓 𝐿𝑒𝑞. 𝑉22
2𝐷𝑔
Donde:
𝑓 = Coeficiente de fricción.
𝐿𝑒𝑞. =Longitud equivalente.
𝐷 =Diámetro interno del tubo.
Calculamos el coeficiente d fricción, como el coeficiente depende de fricción depende del Re,
calculamos lo siguiente.
𝑅𝑒 =𝐷𝑉2𝜌
𝜇
𝑅𝑒 = 0.03𝑚 ∗ 0.12
𝑚𝑠 ∗ 1000
𝑘𝑔𝑚3
0.001𝑐𝑝
𝑅𝑒 = 3600
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PROYECTO TERMINAL III.
59
Como se suministra agua y se emplea tubería de acero comercial tenemos que la rugosidad relativa
de la tubería es:
𝐸
𝐷≅ 0.001
Moody (1944) consiguió representar la expresión de Colebrook-White en un ábaco de fácil manejo
para calcular "f" en función del número de Reynolds (Re) y actuando la rugosidad relativa (εr)
como parámetro diferenciador de las curvas.
De acuerdo con las correlaciones tenemos que el coeficiente de fricción es de:
𝑓 = 0.02
Calculamos la longitud equivalente
𝐿𝑒𝑞. = 𝐿 + 𝐿𝑒𝑞.𝑎𝑐𝑐
Donde:
𝐿 =Longitud lineal de tubería = 10m
𝐿𝑒𝑞.𝑎𝑐𝑐 =Longitud equivalente de accesorios
La longitud equivalente de accesorios se determina a partir de los codos que se van a utilizar. Se
consideraron 2 codos de 90°.
𝐿𝑒𝑞.𝑎𝑐𝑐 = 𝐿 ∗ 𝐷
𝐿𝑒𝑞.𝑎𝑐𝑐 = 10 𝑚 ∗ 0.03𝑚 = 0.3𝑚
𝑎𝑐𝑐.
𝐿𝑒𝑞.𝑎𝑐𝑐 = 0.3𝑚
𝑎𝑐𝑐.∗ 2
𝐿𝑒𝑞.𝑎𝑐𝑐 = 0.6𝑚
𝐿𝑒𝑞. = 10𝑚 + 0.6𝑚
𝐿𝑒𝑞. = 10.6 𝑚
Determinamos la pérdida de carga
ℎ𝑓𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙=
0.02 ∗ 10.6 𝑚 ∗ (0.12𝑚𝑠 )
2
2 ∗ 0.03 𝑚 ∗ 9.8𝑚𝑠2
ℎ𝑓𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙= 4.67𝑥10−3 𝑚
BIOTECNOLOGÍA Y ALIMENTOS 2014
PROYECTO TERMINAL III.
60
Ahora determinamos HB
𝐻𝐵 = 4.67𝑥10−3 𝑚 + [111,458
𝑘𝑔
𝑚 𝑠2
1000kg
m3∗9.8
m
s2
+(0.12
𝑚
𝑠2)2
2∗9.8m
s2
+ 2 𝑚] − [80047.8
𝑘𝑔
𝑚 𝑠2
1000kg
m3∗9.8
m
s2
]
𝐻𝐵 = 5.2 𝑚
Calculamos el caudal QT a partir del balance que se realizó en el florentino (figura 8).
𝑄𝑇 = 0.12𝑚3
𝑠
Ahora calculamos la potencia de la bomba con la siguiente ecuación.
𝑃𝑡𝑒ó𝑟𝑖𝑐𝑎 = 𝐻𝐵 ∗ 𝜌 ∗ 𝑔 ∗ 𝑄𝑇
𝑃𝑡𝑒ó𝑟𝑖𝑐𝑎 = 5.2 ∗ 1000kg
m3∗ 9.8
m
s2∗ 0.12
𝑚3
𝑠
𝑃𝑡𝑒ó𝑟𝑖𝑐𝑎 = 6115.2 𝑊
𝑃𝑡𝑒ó𝑟𝑖𝑐𝑎 = 8 𝐻𝑃
𝑃𝑟𝑒𝑎𝑙 =𝑃𝑡𝑒ó𝑟𝑖𝑐𝑎
% 𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎
𝑃𝑟𝑒𝑎𝑙 = 10 𝐻𝑃
Bomba 2 (B2)
Para la bomba 2 se utilizó el mismo procedimiento que para la B1 pero con un QT = 0.01m3/s una
longitud lineal de 24 m de tubería y un coeficiente de fricción de f = 0.013.
Obteniendo una potencia de:
𝑃𝑟𝑒𝑎𝑙 = 20 𝐻𝑃
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PROYECTO TERMINAL III.
61
APENDICE A
Costos y Factibilidad Económica (TIR)
Año FAI (sin infl.)USD FAI (con infl.)USD Depreciación Ingreso
Gravable
USD
Impuestos
USD
Estímulos
USD
FDI (corriente)
USD
FDI (cte.)
USD
0 -16600000 -16600000
1 7571200 9085440 0.716 9085439.284 819506.6234 90000 8355933.377 6963277.814
2 8478320 12208780.8 0.716 12208780.08 1101231.964 90000 11197548.84 7776075.581
3 9476152 16374790.66 0.716 16374789.94 1477006.053 14897784.6 8621403.127
4 10573767.2 21925763.67 0.716 21925762.95 1977703.818 19948060 9620013.43
5 11781143.9 29315256.04 0.716 29315255.32 2644236.03 26671020 10718484.76
6 13109258.3 39144035.57 0.716 39144034.86 3530791.944 35613243.63 11926803.23
7 14570184.1 52207604.07 0.716 52207603.36 4709125.823 47498478.25 13255953.55
8 16177202.6 69559009.92 0.716 69559009.21 6274222.63 63284787.29 14718018.9
9 17944922.8 92591860.15 0.716 92591859.43 8351785.721 84240074.43 16326290.79
10 19889415.1 123150015.9 0.716 123150015.1 11108131.37 112041884.5 18095389.86
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USD/Kg 1000
prod prop cost USD cfa USD cv USD/Kg costo prod var
9200 9200000 1500000 14 128800
10120 10120000 141680
11132 11132000 155848
12245 12245200 171432.8
13470 13469720 188576.08
14817 14816692 207433.688
16298 16298361.2 228177.0568
17928 17928197.3 250994.7625
19721 19721017.1 276094.2387
21693 21693118.8 303703.6626
Inversión inflación
16600000 0.2
(maquinaria + mobiliario)*0.1+(edif.*0.05) impuestos
0.716 0.0902
por tanto i= 0.51 es decir la TIR=51%
como
la TIR MAYOR a la TREMA
el proyecto es económicamente
FACTIBLE
interés VPN
0.513482438 -9.25502E-09
BIOTECNOLOGÍA Y ALIMENTOS 2014
PROYECTO TERMINAL III.
63
BIBLIOGRAFÍA
[1] Introducción aceites esenciales. www.grupos.emagister.com. (2009-04-25).
[2] Plantas medicinales http://www.plantasmedicinalesatusalud.blogspot.mx/2012/09/menta.html
(2014-06-07).
[3] Rodríguez Sauceda, Elvia Nereyda. Uso de agentes antimicrobianos naturales en la
conservación de frutas y hortalizas. Universidad Autónoma Indígena de México. 2011.
[4] Gil, E & Sáez, A. Evaluación a escala piloto del proceso industrial para la obtención de aceite
esencial, bajo la filosofía cero emisiones. Universidad Eafit. Medellin. 2005.
[5] Cerpa, M. Tesis doctoral: Hidrodestilación de aceites esenciales: Modelado y caracterización.
Valladolid, España. Universidad de Valladolid, 2007.
[6] Díaz, J. Estrategia para tres sectores de Biocomercio con estudios de mercado específicos.
Bogotá, D.C., Colombia. CAF, IAvH. 2006.
[7] LEGISCOMEX. www.legiscomex.com página vista el día 01 jul 2014
[8] http://www.scielo.org.mx/scielo.php?pid=S0188-46112004000100009&script=sci_arttext
[9] Edison G. Pavas, Saez V. Alex. Evaluación a escala de planta piloto del proceso industrial para
la obtención de aceite esencial de cardamomo, bajo la filosofía “cero emisiones”. 2005. Medellín.
[10] Dai, Ganzler. Pan, Pastor, Paré y Bélanger. 1994. Investigation of various factors for the
extraction of peppermint (Mentha piperita L.) leaves.
[11] GIL P., Edison. Diseño y montaje de un equipo para la extracción de aceites esenciales, a
escala piloto. Revista Facultad de Ingeniería. Universidad de Antioquia. 2000
[12]http://www.granvelada.com/es/aceites-esenciales/447-donde-comprar-aceite-esencial-de-menta-
piperita.html#.UlRNDdJLO0c
[13] Huerta O. Sergio. Secado. Biotecnología. UAM-Iztapalapa. México. 2009.
[14] Bird, Byron R.; Steward, Warren E.; Lightfoot, Edwin N. Fenómenos de transporte. Buenos
Aires. Reverté, 1976.
[15] Tasa de interés activa. www.bce.intere-tasa-activa.org. (2010-01-25).
[16] http://www.ehowenespanol.com/toxicidad-del-aceite-menta-hechos_258018
[17] Mataix, Claudio. Mecánica de fluidos y maquinas hidráulicas. Harper, (1972)
BIOTECNOLOGÍA Y ALIMENTOS 2014
PROYECTO TERMINAL III.
64
ANEXO I
Tabla A1. Corrientes en el diagrama de flujo en el proceso de extracción de aceite esencial.
Corriente Temperatura
(°C)
Presión
(kg/cm2)
Flujo
(m3/s)
Flujo
(kg/s)
Flujo
(kg/día) Descripción
1 100 4 ---- ---- 412 Vapor sobrecalentado
2 100 4 ---- ---- 371 Vapor sobrecalentado
3 100 4 ---- ---- 371 Vapor sobrecalentado
4 100 4 ---- ---- 371 Vapor sobrecalentado
5 100 4 0.015 ---- ---- Vapor sobrecalentado
6 95 1.22 0.015 ---- ---- Mezcla de vapor Agua-Aceite
esencial
7 95 1.22 0.015 ---- ---- Mezcla de vapor Agua-Aceite
esencial
8 95 1.22 0.015 ---- ---- Mezcla de vapor Agua-Aceite
esencial
9 95 1.22 0.015
---- Mezcla de vapor Agua-Aceite
esencial
10 27 1.02 ---- 0.054
---- Mezcla de vapor condensado
Agua-Aceite esencial
11 27 1.02 ---- 0.054
---- Mezcla de vapor condensado
Agua-Aceite esencial
12 27 1.02 ---- 0.054
---- Mezcla de vapor condensado
Agua-Aceite esencial
13 27 1.02 ---- 0.054
---- Mezcla de vapor condensado
Agua-Aceite esencial
14 27 1.02 ---- 0.108 Mezcla de vapor condensado
Agua-Aceite esencial
15 27 1.02 ---- ---- 24.9 Aceite esencial de menta
piperita
16 27 1.12 ---- 0.108 Mezcla de líquido Agua-Aceite
esencial
17 27 1.02 ---- ---- ---- Vapor condensado de aceite
esencial de menta piperita
18 26 1.02 ---- 0.198 ---- Planta de menta piperita
19 32 1.02 ---- 0.039 ---- Planta seca de menta piperita
20 27 1.02 ---- 576.7 ---- Planta seca triturada
21 80 1.02 ---- 576.7 ---- Planta de menta piperita
agotada
22 80 1.02 ---- 576.7 ---- Planta de menta piperita
agotada
23 80 1.02 ---- 576.7 ---- Planta de menta piperita
agotada
24 80 1.02 ---- 576.7 ---- Planta de menta piperita
agotada
BIOTECNOLOGÍA Y ALIMENTOS 2014
PROYECTO TERMINAL III.
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25 32 1.02 ---- 115.35 ---- Planta de menta piperita
agotada seca
26 ---- ---- ---- ---- ---- Vapor de aceite esencial de
menta piperita
27 ---- ---- ---- ---- ---- Corriente de agua líquida
28 26 0.12 ---- ---- Corriente de agua líquida
29 ---- ---- ---- ---- ---- Corriente de gas LP
30 ---- ---- ---- ---- ---- Corriente de gas LP
31 ---- ---- ---- ---- ---- Corriente de gas LP
32 5 0.81 0.01 ---- ---- Corriente de agua fría
33 5 1.12 0.01 ---- ---- Corriente de agua fría
34 12 0.81 0.01 ---- ---- Corriente de agua tibia
35 49 0.81 0.01 ---- ---- Corriente de agua caliente
36 5 0.81 0.01 ---- ---- Corriente de agua fría
37 12 0.81 0.01 ---- ---- Corriente de agua tibia
38 49 0.81 0.01 ---- ---- Corriente de agua caliente
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PROYECTO TERMINAL III.
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ANEXO 2
SECADO
a) Descripción del equipo.
SECADOR DE CHAROLAS
[7] Un secador de charolas o bandejas es un equipo totalmente cerrado y aislado en el cual los
sólidos se colocan en grupos de charolas en el caso de sólidos particulados. La transmisión de calor
puede ser directa del gas a los sólidos, utilizando la circulación de grandes volúmenes de gas
caliente, o indirecta, utilizando repisas o bases calentadas, serpentines de radiador o paredes
refractarias al interior de la cubierta. En unidades de calor indirecto, exceptuando los equipos de
repisas al vacío, casi siempre se necesita la circulación de una pequeña cantidad de gas para
eliminar el vapor de humedad del comportamiento y evitar la saturación y condensación del gas.
Las unidades de compartimientos se emplean para calentar y secar madera, cerámica, materiales en
hojas (sostenidas en postes), objetos pintados y metálicos, y todas las formas de sólidos
particulados.
Figura 4. Secador de charolas marca Armfield.
Las charolas pueden ser cuadradas o rectangulares, con una superficie de 0.37 a 0.75 m2/charola y
se fabrican de cualquier material que sea compatible con las condiciones de corrosión y temperatura
prevalecientes.
El equipo de laboratorio consta de un ducto de aire montado sobre una armazón (ver Figura 4). El
aire se calienta por medio de un banco de resistencias eléctricas controladas por medio de un
regulador de potencia para proporcionar una variación en la temperatura del aire de hasta un
máximo de 80 ºC. El aire pasa dentro de la sección central del ducto, donde 4 charolas con el
material a secar son suspendidas en la corriente de aire. Las charolas están levantadas por un
soporte, el cual está conectado a una balanza digital montada encima del ducto y donde el peso total
está continuamente indicándose. Después de pasar por las charolas, el aire es descargado a la
atmósfera y por medio de un anemómetro de aspa se mide la velocidad de aire. Las temperaturas de
bulbo húmedo y bulbo seco son medidas usando un psicrómetro aspirado que está montado sobre el
ducto.
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b) Datos de secado
Grafica 1. Curvas de secado obtenida experimentalmente.
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ANEXO 3
Resultados y caracterización del aceite (experimental)
En la tabla A3 se muestran las condiciones de la materia prima, humedades, tiempo de operación,
volumen total condensado y sus respectivos rendimientos. Podemos observar que al disminuir el
contenido de humedad en las muestras, aumentan los rendimientos de aceite obtenido.
Tabla A3. Pruebas realizadas variando contenido de humedad de la hoja y la sonicación
Pruebas Humedad
(%)
sonicación
(min)
sonicación
(ml de
agua)
peso en la
entrada de
la
columna(g)
tiempo de
operación
(min)
fase acuosa
consensado
(ml)
fase
orgánica
aceite
esencial(ml)
Rendimiento
(%)
1 80 0 0 2000 60 1100 2.0 0.091
2 80 0 0 2000 60 1100 3.0 0.136
3 40 0 0 1000 60 1100 2.6 0.236
4 40 0 0 1000 60 1100 2.6 0.236
5 7 0 0 400 60 1100 3.2 0.726
6 7 0 0 400 60 1100 3.2 0.726
7 26 10 300 520 60 1100 1.5 0.262
8 44 10 600 880 60 1100 1.6 0.165
9 68 10 1200 1360 60 1100 1.9 0.127
Figura A3. Porcentaje de contenido de humedad contra rendimiento de aceite esencial
En la gráfica 2 se observa que la humedad de la hoja es una variable importante para el rendimiento,
0.000
0.100
0.200
0.300
0.400
0.500
0.600
0.700
0.800
0 20 40 60 80 100
% R
end
imin
to
% Humedad
Rendimiento vs Humedad
sin sonicar
con sonicar
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PROYECTO TERMINAL III.
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en donde sí se aumenta la humedad de la hoja de menta disminuye en aproximadamente 75 % el
rendimiento de aceite obtenido. Por otro lado si disminuimos la humedad al 7 %, los rendimientos
se elevan en comparación con la hoja húmeda.
Tabla A3.1. Evaluación de las propiedades físicas del aceite esencial obtenido con un aceite
comercial y datos de la literatura a 20° C.
Tipo de
muestra
Índice de refracción
(±0.0002)
PH densidad ± 0.02
(g/ml)
literatura 1.459 4.87 (0.892-0.908)
comercial 1.455 5 0.892
1 1.456 5 0.901
2 1.456 5 0.902
3 1.456 5 0.893
4 1.455 5 0.894
5 1.455 5 0.896
6 1.455 5 0.903
7 1.455 5 0.892
8 1.454 5 0.905
En la tabla A3.1 se observa que para nuestras ocho muestras el índice de refracción se aproxima
mucho con los de la literatura y con el aceite comercial, valores que reflejan que hay un
componente semejante entre las muestras pero a diferente concentración. Los valores de pH son
cercanos al valor de la literatura. La densidad de muestras cayó dentro del intervalo de lo visto en la
literatura.
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ANEXO 4
Aspectos de seguridad
- Toxicidad.
En uso externo cuando esta diluido y usado con moderación no resulta tóxico. Aunque por su
contenido en mentol puede causar reacciones alérgicas y presenta algunas contraindicaciones.
El mentol es una sustancia tóxica y es el ingrediente principal del aceite de menta. El aceite de
menta verde también contiene mentol, pero en concentraciones mucho más bajas. Una cucharadita
de aceite con nivel de mentol alto puede ser letal para un adulto saludable. El mentol baja la presión
sanguínea, produce convulsiones y espasmos, y puede inducir abortos involuntarios. El mentol tiene
baja toxicidad: LD50 Oral: 3300 mg/kg; piel LD50: 15800 mg/kg [15].
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