DIVISIÓN DE CIENCIAS BÁSICAS E INGENIERÍA

LIC. INGENIERIA QUÍMICA

Titulo del proyecto.

EXTRACCIÓN DE ACEITE DE CACAHUATE

Integrantes.

Cárdenas Alcántara AngélicaCamacho Hernández Luis Alberto

Mondragón Jiménez Elizabeth

ASESORES.

Dr. Mario Gonzalo Vizcarra MendozaM. C. Sergio Hernández Jiménez

México, D.F. a 16 de Abril de 2007

UUNNIIVVEERRSSIIDDAADD AAUUTTÓÓNNOOMMAA MMEETTRROOPPOOLLIITTAANNAAUUNNIIDDAADD IIZZTTAAPPAALLAAPPAA

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AGRADECIMIENTOS.

Los realizadores de la presente tesis expresan su agradecimiento a:

Al Dr. Mario G. Vizcarra Mendoza.

Asesor de Tesis, por su calidez, por las sugerencias que fueron vitales en la realización delas actividades, por los conocimientos que nos compartió en un marco de amistad y afecto,por la confianza que depositó en todos nosotros.

Al M.C. Sergio Hernández Jiménez.

Co-Asesor de Tesis, por sus valiosas sugerencias y aportes durante el desarrollo del trabajo,por su amistad y apoyo.

Elizabeth Mondragón Jiménez.

Gracias a mis padres por haber creído en mí, al igual por haberme brindado su apoyo paraque yo cumpliera uno de mis más grandes objetivos, siendo ustedes mi fuente deinspiración.

También doy gracias a mi hijo, que ha significado la fuerza que me impulsa a seguiradelante y el deseo por compartir siempre el fruto de mi esfuerzo con las personas que amo.

Luís Alberto Camacho Hernández.

A mi esposa que siempre esta a mi lado, a mis hijos que me impulsaron a salir adelante, amis padres y abuelos que me apoyaron en las buenas y en las malas, sin la ayuda de todosellos no habría podido realizar mis metas.

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Angélica Cárdenas Alcántara.

Manifiesto mi más sinceros agradecimiento a las personas que estuvieron conmigo en larealización de este escrito.

Al Prof. Pedro F. Cárdenas de la Cruz.

Mi padre, gracias por el apoyo emocional, económico que me brindó, por fomentar en mí eldeseo de saber, por enseñarme que todo al final tiene su recompensa y que los límites noexisten cuando depende de mi lograr lo que me proponga, por eso serás siempre un modeloa seguir para mi.

A la Sra. Juana Alcántara Tapia.

Mi madre, gracias por la confianza que depositó en mí, por la formación, por impulsar enmí la de curiosidad de conocer que existe más allá de las cosas y la idea de abrirme laspuertas el mundo, por estar conmigo incondicionalmente, serás siempre fuente deinspiración para alcanzar mis metas.

A mis hermanos:

Por creer en mi, y ser un ejemplo a seguir, porque con cada una de sus actividades me hanenseñado a luchar por los objetivos con tenacidad y fe, por la compañía y apoyo que mebrindan, se que siempre contaré con todos y cada uno de ustedes.

A Arturo y Alondra.

Mis sobrinos, que me recordaron el por que de seguir adelante con mis sueños y lucharhasta alcanzarlos.

A Roberto.

Por su paciencia, comprensión, respeto y amor que depositó en mí, por sus consejos día adía en las situaciones vividas, por su apoyo incondicional incluso en momentos difíciles,por dedicarme tu tiempo y regalarme momentos maravillosos que me ayudaron a llegarhasta aquí.

A mis compañeros de proyecto y a todas las personas que tuvieron que ver de alguna u otraforma en la culminación de la tesis.

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RESUMEN

En este trabajo se hace un estudio acerca de la viabilidad para obtener aceite de cacahuate apartir de la semilla, aplicando métodos de extracción en frío (por prensado) y porlixiviación (con solvente). Este estudio incluye, la ubicación y dimensionamiento de laplanta para una capacidad de producción de 14.6 ton/día de aceite.

Para dimensionar la planta es necesario partir de un análisis de mercado que indique todoslos aspectos económicos respecto a este producto, tanto a nivel nacional comointernacional. En este análisis se busca principalmente establecer la demanda de mercadoque se satisfará, considerando los consumos nacional e internacional.

Aplicando los balances de materia y energía, a la planta en su totalidad y por equiposeleccionado del proceso, se podrán dimensionar los mismos y se conocerán las demandasde energía, lo cual resulta primordial para el análisis económico que se hace.

Finalmente del análisis económico se encontró que el monto de inversión que requiere parala construcción de esta planta, es de 50 000 USD, obteniéndose una TIR del 53 % y unaTREMA de 42.46 %.

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INDICE

INTRODUCCIÓN. 7JUSTIFICACIÓN. 8OBJETIVO GENERAL. 8

OBJETIVOS PARTICULARES. 8CAPITULO 1. 9

1.0. GENERALIDADES DE LA SEMILLA DE CACAHUATE 91.1. USOS DE LA SEMILLA DE CACAHUATE. 111.2. ACEITE DE CACAHUATE. 111.3. PROCESOS DE EXTRACCIÓN DE ACEITE. 11

1.3.1. Extracción de aceite por presión 121.3.2. Extracción de aceite por solventes. 121.3.4. Extracción enzimática. 121.3.5. Extracción con fluidos supercríticos 12

1.4. ESTUDIO DE MERCADO. 131.4.1. Panorama Internacional del cacahuate y sus derivados 131.4.2. Producción de cacahuate en México. 131.4.3. El mercado del aceite de cacahuate. 141.4.4. POTENCIAL ECONÓMICO 15

1.5. LOCALIZACIÓN DE LA PLANTA. 161.5.1. Factores que influyen en la localización de la planta. 161.5.2. Método cualitativo por puntos. 17

CAPITULO 2. 192.3. EXPERIMENTACIÓN. 19

2.3.1. DESCRIPCIÓN DEL PROCESO EXPERIMENTAL. 192.4. RESULTADOS EXPERIMENTALES. 202.5. CONCLUSIONES EXPERIMENTALES. 22

CAPITULO 3 243.1. DISEÑO Y DIMENSIONAMIENTO DE LA PLANTA. 243.2. DISEÑO DE EQUIPOS. 30

3.2.1. DESCASCARILLADO. 303.2.2. TRITURADO 313.2.4. HUMIDIFICADOR. 333.2.5. PRENSA TIPO EXPELLER. 343.2.6. EXTRACCIÓN COMPLEMENTARIA. 353.2.8. TORRE DE AGOTAMIENTO. 37

3.3. EVALUACIÓN ECONÓMICA. 393.3.1. Inversiones. 393.3.2. Costos de Producción. 403.3.2. Costos de Mantenimiento. 413.3.3. Ingresos y Egresos. 413.3.3. Evaluación. 42

CAPITULO 4. 44Los aceites y su Proceso Industrial. 44

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APENDICE A. 50APENDICE B. 61APÉNDICE C. 79APENDICE D. 82BIBLIOGRAFIA 88

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INTRODUCCIÓN.

En la antigüedad el ser humano descubrió el sistema para extraer el aceite de frutos ysemillas oleaginosas, cuando en la India, Turquía y Egipto se inventaron sistemas para eldescascarillado, trituración y molienda de las semillas (Ksenija y cols, 1997). A fines delsiglo XIX la industria de aceites y grasas vegetales obtiene mejores aceites gracias almejoramiento por hibridación de las plantas, el perfeccionamiento de las técnicas agrícolasy de las tecnologías, para la extracción y refinación de aceites (Robles, 1985).

La elección de lípidos comestibles se ha convertido en un aspecto importante para elconsumidor, es por eso que aceites vegetales ricos en ácido oleico, ácidos grasosmonoinsaturados que tienen beneficios para la salud cardiovascular, como el aceite desemillas oleaginosas, han experimentado un aumento progresivo en la demanda,reemplazando las grasas de origen animal (Graille, 1988).

Los procesos en los que se utiliza prensa hidráulica para llevar a cabo la extracción deaceite, no son 100% eficientes. Se estima que sólo cerca de 20 al 40% del contenido totaldel aceite de semillas es extraído utilizando procedimientos por prensado, y un mayorporcentaje es obtenido con el proceso de extracción con solvente (UNIFEM, 1987). Sinembargo, Kock (1981) encontró que aplicando un acondicionamiento a las semillas el cualconsiste en aplicar humedad y calor, permite obtener rendimientos hasta del 98% en laextracción de aceite por prensado, respecto a la cantidad total de aceite reportada en laliteratura.

Conforme la tecnología de extracción de aceite ha avanzado, ha sido notoria la mejora en eldiseño de los procesos y equipos, lo cual se ha visto reflejado en mayores índices de calidadde los productos y mayor eficiencia en la extracción. Esto ha permitido reducir las pérdidasasociadas con los altos consumos de energía y aumentando la capacidad de producción.

Entre los avances que se han realizado al proceso de extracción de aceite, Gillier (1970)indica que existe la posibilidad de usar hidrólisis enzimática para eficientar los procesos,del mismo modo, Rosenthal y cols. (1996) mencionan que estos procesos implican eltratamiento de la semilla oleaginosa con enzimas que degradan la membrana celular paraextraer el aceite bajo condiciones de temperatura baja y ahorros sustanciales en los tiemposde proceso.

En los siguientes capítulos se expondrán tanto los datos teóricos como los resultadosexperimentales obtenidos durante el desarrollo de este trabajo, además del diseño de laplanta en cuestión.

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PROBLEMA PRIMITIVO.

En México se producen del orden de 11 mil ton/año de aceite proveniente del cacahuate, yla demanda proyectada a los próximos 5 años, prevé un aumento en la producción del 3.8%,por lo que se desea diseñar una planta para la obtención y purificación de aceite decacahuate que satisfaga el 50 % de la demanda nacional planeada. Esta unidad deberá teneruna eficiencia mayor en la etapa de extracción en frío con respecto a los procesos yaexistentes, además de cumplir con la reglamentación ambiental y de seguridad.

JUSTIFICACIÓN.

Las oleaginosas han jugado un papel importante dentro de la economía mundial, no solo alo que se refiere a las semillas, sino a los derivados que de estas se obtienen, tal es el casode la pasta y el aceite de cacahuate.

El aceite de cacahuate es un derivado cuya calidad es equiparable al aceite de olivo, por locual el precio que se paga esta por arriba del de otros aceites vegetales. Pese a estasituación, en México la producción de aceite de cacahuate es relativamente baja.

Se considera que existe un mercado de aceite de cacahuate, que podría ser una alternativapara los productores de esta semilla en México, y así vender el producto con un mayorvalor agregado, e incrementar los volúmenes producción de este derivado.

OBJETIVO GENERAL.

Estudio del proceso de extracción de aceite de cacahuate optimizando la operación deprensado en frío.

OBJETIVOS PARTICULARES.

§ Evaluar los rendimientos en la extracción por prensado, en función del:o Tamaño de partículao Grado de humectación y temperatura

§ Evaluar la extracción de aceite residual en la torta por medio de:o Solventeso Tratamiento enzimático

§ Dimensionar la planta a través de balances de masa y energía.

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CAPITULO 1.

1.0. GENERALIDADES DE LA SEMILLA DE CACAHUATE

El cacahuate (Arachis hypogaea L) es originario de Sudamérica, probablemente de Brasil yactualmente es un producto de consumo mundial. La historia del cultivo del cacahuate datadesde la época precolombina. La palabra cacahuate proviene del nahuatl por aféresis detlacacáhuatl; de tlalli: tierra simbólicamente bajo, humilde y cacáhuatl: cacao, debido a sucomparación con este fruto. De acuerdo a los historiadores, este cultivo se explotaba entierras cuauhnahuacences (los de Cuernavaca). Anteriormente la planta se sembraba enHaití, donde los isleños la llamaban maní.

El cacahuate pertenece a la familia de las Papilionáceas, es una planta anual herbácea,erecta, ascendente de 15-70 cm de alto con tallos ligeramente filamentosos, conramificaciones desde la base que desarrolla raíces cuando dichas ramas tocan el suelo. Lashojas son uniformemente pinadas con 2 pares de foliolos, los foliolos son oblongos, ovadosu ovo o aovados de 4-8 cm de largo, obtusos, o ligeramente puntiagudos en el ápice, conmárgenes completos. Las estipulas son lineares puntiagudas, grandes, prominentes y lleganhasta la base del pecíolo.

En la Tabla 1 se muestra la clasificación taxonómica de la planta de cacahuate.

Tabla 1. Clasificación taxonómica.Familia Leguminosae

Subfamilia Papilionoideas o papilionaceaesTribu Hedisareae (arachidineae)

Género ArachisEspecie Hypogaea

Las flores son ostentosas, sésiles en un principio y con tallos que nacen posteriormente enunas cuantas inflorescencias cortas, densas y axilares. El tubo del cáliz es de forma tubular.La corola es de color amarillo brillante de 0.9 a 1.4 cm de diámetro y el estandarte que esde tamaño grande frecuentemente presenta manchas moradas. Las alas son libres de laquilla, puntiaguda y de tamaño más grande. Los estambres son 9 y uno diadelfo y enalgunas ocasiones 9 y uno monadelfo. Después de que las flores han sido fertilizadas, elpedicelo se desarrolla en un tallo o estaquilla de 3-10 cm de longitud que gradualmenteempuja el ovario dentro del suelo.

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Figura 1. Semilla de cacahuate

Tal como se muestra en la Figura 1, las vainas se encuentran enterradas 3-10 cm debajo dela superficie del suelo. Son de 1-7 cm de largo, abultadas en su interior y con una a cuatrosemillas, de color café amarillento, con bordes prominentes reticulados y más o menosdeprimidos entre las semillas. La testa es de color rojo claro o rojo oscuro.

El clima adecuado para el cultivo debe ser predominantemente cálido. Requiere de suelosligeros, sin piedras, con presencia de Calcio y Materia orgánica, pH óptimo 7 y 7.5. Elcultivo se desarrolla bien a temperatura de 25 a 30 ºC y es susceptible a heladas, ademásprospera mejor a una altitud de 0 a 1000 metros, precipitación de 400 a 600 mm yfotoperiodo de12 a 13 h.

Prácticamente, en México se cultivan dos variedades: Virginia para la producción de aceite,forraje y consumo humano (alta producción), y Española que es fácil de descascarar, seemplea para tostarse o cocerse. Las variedades empiezan a florecer después de las 6 a 8semanas después de la siembra.

La composición química promedio porcentual de la almendra de cacahuate es la tabla 2:

Tabla 2. Composición química del cacahuate.Contenido % en peso

Proteína 31Hemicelulosa 6,8Celulosa 4,76Pectina 1,19Almidón 3,74Lipasas 0,51Humedad 2Extracto libre de Nitrógeno 5Aceite 45

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1.1. USOS DE LA SEMILLA DE CACAHUATE.

La industrialización de semilla de cacahuate, o la incorporación de valor agregado a ésta, seobserva en varias etapas. La primera es el tostado de la semilla con todo y cáscara, la cuales requerida por el productor final. La demanda de cacahuate está dirigida principalmentepara la elaboración de botanas(11).

El aceite de cacahuate por su parte, no tiene una demanda elevada en nuestro país, los altosprecios que se pagan por éste impiden que pueda ser conseguido por la mayoría de losconsumidores, por lo cual su consumo está orientado a estratos de altos ingresos o por laalta cocina y a la fabricación de algunos alimentos de uso exclusivo en algunos sectores dela población.

Existen otros productos que se obtienen de la industrialización del cacahuate pero que notienen una amplia comercialización en México, tal es el caso de la mantequilla o crema decacahuate, los cuales son muy solicitados en otros países(3).

1.2. ACEITE DE CACAHUATE.

El aceite de cacahuate refinado es de color amarillo pálido. Su composición es alta enácidos grasos monoinsaturados y es muy estable. La composición química se muestra en laTabla 3:

Tabla 3. Composición del aceite de cacahuate(14).PROPIEDAD COMPOSICIÓNColor. 20 amarillo/2.0 rojo máx.Índice de yodo 83 107Ácidos grasos libres 0.1% máx.Ácido oleico (monoinsaturado) 36.4 67.1Ácido linoleico (polinsaturados) 14.0 43.0Ácido linolénico (polinsaturados) 0 0.1Ácido palmítico (saturado) 8.3 14.0Ácido esteárico (saturado) 1.9 4.4Valor del peróxido (al envasar) 2.0 máx.Estabilidad AOM 25 + horasApariencia Cristalina

1.3. PROCESOS DE EXTRACCIÓN DE ACEITE.

Existen diferentes métodos utilizados para llevar a cabo la extracción de aceites y algunosde ellos se mencionan a continuación.

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1.3.1. Extracción de aceite por presión

Se aplica a frutos y semillas oleaginosos, complementando generalmente (como pre-prensado) con la extracción por solventes. Previamente, las semillas deben pasar por lassiguientes etapas de preparación como son la limpieza de la semilla, descascarillado y porúltimo el prensado que se efectúa con prensas continuas o "expellers", en las cuales lapresión necesaria se obtiene mediante un eje horizontal que gira dentro de una jaula y queestá provisto de tornillos sinfín (caracoles) ordenados en tal forma que junto con producirun avance del material, van ejerciendo una presión creciente sobre él. El orden de laspresiones usadas para expulsar el aceite fuera de las semillas es de 700 a 3,000 Kg/cm2

durante 2 horas y se regula por la estrangulación del material antes de la salida(11).

1.3.2. Extracción de aceite por solventes.

En este proceso, la semilla o la torta convenientemente pre-tratada, se somete a la acción deun solvente para separar la grasa residual en ella contenida. Se han utilizado diversos tiposde solventes, tales como:

- Hexano comercial- Benceno- Tricloroetileno- Sulfuro de carbono- Alcohol isopropílico

Aunque se ha reportado que, el tricloetileno es el que tiene mayor poder disolvente, larealidad es que hoy en día el solvente más utilizado es el hexano, porque con él se obtienemayor calidad de aceite y se disminuyen otros problemas, como son la peligrosidad(explosión), toxicidad, así como la corrosión en las instalaciones.

La micela (mezcla aceite-solvente) es sometida posteriormente a una destilación continua,con todos los accesorios necesarios para recuperar el solvente(13).

1.3.4. Extracción enzimática.

La estructura compleja del cacahuate hace que la extracción de aceite se dificulte por lo quese han desarrollado nuevas propuestas biotecnológicas. Una de estas es el tratamiento conhidrolasa, una enzima capaz de romper hidrolíticamente los enlaces C-O, C-N, C-C, yanhídridos fosfóricos. La extracción se lleva a cabo dando un tratamiento con preparadoscelulolíticos comerciales(12).

1.3.5. Extracción con fluidos supercríticos

Es una técnica de separación de sustancias disueltas o incluidas dentro de una matriz,basada fundamentalmente en la capacidad que tienen determinados fluidos en estadosupercrítico (FSC) de modificar su poder disolvente, el cual se encuentra entre el líquido yel gas, por lo que puede penetrar en los sólidos con mayor facilidad. Las ventajas de utilizarun fluido supercrítico en el proceso de extracción es que existe una alta velocidad de

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difusión, además de que es una reacción limpia para el medio ambiente ya que secaracteriza por la ausencia de solvente residual en el producto final.

1.4. ESTUDIO DE MERCADO.

Un estudio de mercado sirve para estimar la demanda del producto deseado en los años enlos cuales la planta va a ser operativa.

1.4.1. Panorama Internacional del cacahuate y sus derivados

Durante los últimos años, la producción mundial de cacahuate se ubicó como la cuarta másimportante, dentro de la producción mundial de oleaginosas.

Existe un gran número de países donde se cultiva el cacahuate, sin embargo, algunosdestacan más por el volumen de su producción y la demanda del producto y sus derivados.De acuerdo con los reportes del Departamento de Agricultura de Estados Unidos, dentro delos principales productores de semilla de cacahuate, destacan China, India y EstadosUnidos, los cuales producen en promedio, 40%,24%,6% del total mundial, respectivamente,es decir, estos tres países producen aproximadamente el 70% de la producción mundial delcacahuate.

Además de los países antes señalado, existen otros productores, sin embargo, la producciónanual de cada uno de ellos no supera el millón de toneladas, algunos de ellos son Senegal,Sudán, Brasil, Argentina, Sudáfrica, entre otros.

1.4.2. Producción de cacahuate en México.

A pesar de ser la segunda oleaginosa más importante que se produce en México, por elvolumen de la producción, y aún cuando se cuenta con las condiciones climáticasadecuadas para el desarrollo del cultivo, la producción del cacahuate registró uncrecimiento del 3.7% en el periodo del 2000 2004.

Un punto importante que se debe tener en cuenta al analizar la producción de cacahuate enMéxico es que más de las tres cuartas partes de ésta (77%) se obtiene bajo la modalidad detemporal, lo que sin duda la deja expuesta a las inclemencias del clima, mientras que enmenos de una cuarta parte (23%), se obtiene en superficies donde se hace uso de lossistemas de riego.

Los principales estados que producen el 10.4% del total nacional de cacahuate en Méxicoson: Puebla, Oaxaca, Chihuahua, Sinaloa y Chiapas. En la Figura 2 se presenta elporcentaje que aporta cada estado en la producción total de la semilla de cacahuate,resaltando entre ellos el estado de Puebla con la mayor producción nacional.

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1.4.3. El mercado del aceite de cacahuate.

Darle valor agregado a los productos, es sin duda, el mejor medio para obtener mayoresingresos en la venta de los mismos. Esto en muchas ocasiones no resulta fácil, ya que serequiere de infraestructura es decir, de mayores inversiones en la cadena productiva, lo cualen nuestro país no es algo sencillo por la falta de financiamiento por parte de losorganismos responsables.

La semilla de cacahuate posee amplias posibilidades de comercio, para su venta en fresco opara ser procesada y darle mayor valor agregado. Existen dos derivados de esta que secomercializan en el mercado: la harina y el aceite de cacahuate.

De acuerdo, con algunos de los estudios que se han realizado, México destina cerca del12.0% de la semilla de cacahuate para la producción de aceite. Sin embargo la producciónde aceite de cacahuate se ubica en promedio en 11 mil toneladas anuales, lo que representacerca del 0.2% del total mundial.

En la Figura 3 se observa que los productores destinan la mayor parte de su cultivo,aproximadamente entre un 60 y 70% para la exportación hacia EE.UU., y el productorestante, (30%), lo distribuyen a las industrias transformadoras de la zona. De esteporcentaje el 18% se consume en fresco.

Puebla21%

Oaxaca

15%

Chihuahua15%

Sinaloa14%

Chiapas

10%

Otros

25%

Figura 2. Producción de semilla de cacahuate en México. Fuente: SAGARPA.

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Analizando los datos disponibles para México en materia de comercio de aceite decacahuate, se puede apreciar una clara situación desfavorable en el saldo comercial de esteproducto.

En los precios internacionales del cacahuate como semilla y sus derivados, se puedeobservar una tendencia marcada a la baja de los mismos, así como el comportamiento de lascotizaciones del aceite. Mientras que en el ámbito nacional la tendencia es a la baja;actualmente en promedio, el precio del aceite de cacahuate se ubica en los 3934 USD/ton ypara la semilla, los precios fueron de 521.73 USD/ton (4).

1.4.4. POTENCIAL ECONÓMICO

Para verificar si la producción de aceite de cacahuate es rentable económicamente hablandoen este apartado se analiza el potencial económico de la planta de la siguiente forma.

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tonUSDenPMCosto

hrtonenoducción

tonUSDenodutosCostoEP ...Pr*Pr..

Figura 3. Usos de la semilla de cacahuate en México. Fuente: SAGARPA

Exportación aE.U. 70%

Consumofresco 18%

Elaboraciónde aceite 12%

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A partir de los datos contenidos en la Tabla 4 se realizan los cálculos para el PotencialEconómico.

Tabla 4. Potencial económico para aceite virgenMateria Prima (M.P.) Producto

Cacahuate Aceite de cacahuateton 2.867 0.90

Precio (USD/ton) 521.73 3934

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tonUSD

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tonUSD

hrtonEP 73.521*867.23934*90.0..

hrUSDEP 8.2044.. =

%44.20.. =EP

De acuerdo con el Potencial Económico se puede decir que la planta extractora de aceite esrentable en un 20.44 % ya que al producir aceite refinado se obtienen ganancias favorables.

1.5. LOCALIZACIÓN DE LA PLANTA.

1.5.1. Factores que influyen en la localización de la planta.

Las alternativas de instalación de la planta deben incluir una clasificación concentrada quecomprenda 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 paraobtener productos diferentes, la localización tiende hacia la fuente de insumo.

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Existen además una serie de factores no relacionados con el proceso productivo, pero quecondicionan en algún grado la localización del proyecto, a este respecto se pueden señalartres componentes denominados genéricamente ambientales:

La Disponibilidad y Confiabilidad de los Sistemas de Apoyo. Las Condiciones Sociales y Culturales. Las Consideraciones Legales y Políticas.

1.5.2. Método cualitativo por puntos.

Este método consiste en definir los principales factores determinantes de una localización,para asignarles valores ponderados de peso relativo, de acuerdo con la importancia que seles atribuye. El peso relativo, sobre la base de una suma igual a uno, depende fuertementedel criterio y experiencia del evaluador.Al comprar dos o más localizaciones opcionales, se procede a asignar una calificación acada factor en una localización de acuerdo a una escala predeterminada. Así calificacionesponderadas permitirán seleccionar la localización que acumule el mayor puntaje. Paratomar una decisión, se analizan algunos estados de la República, el modelo se aplica comoindica en la Tabla 5.

Tabla 5. Factores a considerar para la ubicación de la planta extractora de aceite de semilla de cacahuate.

FACTOR PONDERACION (%)Transporte de materia prima 20Transporte de productos 25Disponibilidad de materia prima 30Competencia con empresas aceiteras 15Servicios 10Total 100

En las tablas 5 y 6 se muestran las consideraciones que se tomaron en cuenta para elestablecimiento de la planta, por lo que decidió establecer la planta productora de aceite enel estado de Puebla. El municipio elegido fue San Martín Texmelucan situado en la partecentro-oeste del estado de Puebla, a una altitud de 2,440 m; con coordenadas geográficas de19º 17' de latitud norte y 98º 26' de longitud oeste, región conurbada de fuerte promoción ylocalización industrial(23).

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Tabla 6. Estados elegidos para la ubicación de la planta, calificaciones ponderadas ycalificación total para cada factor

Transportede

Transportede

Disponibilidadde

Ubicación

MateriaPrima

Productos Materia Prima

Competencia Servicios Total

C.P. Calif. C.P. Calif. C.P. Calif. C.P. Calif. C.P. Calif.

Puebla 7 1.4 7 1.75 10 3 7 1.05 7 0.7 7.9Chihuahua 8 1.6 7 2.1 7 2.1 8 1.2 6 0.6 7.6

Sinaloa 9 1.8 9 1.05 7 2.1 7 1.05 8 0.8 6.8

Según datos del gobierno del estado, San Martín Texmelucan es una región clave en eldesarrollo económico del estado y del país, por su ubicación geográfica se conecta conTlaxcala, a los centros de producción y de consumo más importantes de México.

El estado elegido presenta una serie de ventajas que la convierten en una magnífica opciónpara el establecimiento de Proyectos de Inversión Industrial y comercial, además cuentacon los siguientes servicios(22).

· El camino de acceso a la cabecera del municipio es a través de la carretera libre 195en su tramo México-Puebla y en su kilómetro 91 toca la ciudad de San Martín,también pasa la autopista México-Orizaba que entra por las casetas intermedias, deigual manera llega la autopista al Estado de Tlaxcala, la cual se encuentra unida allibramiento norte del Valle de México.

· En comunicación aérea el municipio de San Martín Texmelucan se sirve delAeropuerto Hermanos Serdan ubicado en Huejotzingo a una distancia de 13kilómetros al sur que sirve de comunicación con el país y con el extranjero.

· El ferrocarril Interoceánico comunica al municipio con Oaxaca y la zona industrialdel Valle de México e Hidalgo.

· El servicio de transporte foráneo de carga y pasajeros es prestado por 12 líneas deautotransporte local y foráneo; además de rutas urbanas y rurales, entre lasprincipales líneas están: Estrella Roja, Estrella de Oro, Setex, Autotransportes Plaza,Atha, Flecha Verde, etc.

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CAPITULO 2.

En este capítulo se muestra un estudio experimental del que se recopilaron datos pararealizar el diseño de los equipos principales para la implementación de la planta deextracción de aceite.

2.3. EXPERIMENTACIÓN.

2.3.1. DESCRIPCIÓN DEL PROCESO EXPERIMENTAL.

LIMPIEZA DE LA SEMILLA:

Para la obtención del aceite de cacahuate se comienza limpiando la semilla,descascarillando y removiendo la cutícula, posteriormente se tritura para obtener tamañosde partícula con una distribución entre 3.36, 1.68, 1.13 y 0.71 mm, todo esto se llevó a cabomanualmente; se continúa con un tratamiento térmico que consiste en colocar la semilla enun baño de vapor de agua (80-85°C), hasta alcanzar un 10% de humedad.

EXTRACCIÓN POR PRENSADO EN FRÍO.

Se someten 120g de cacahuate de cada tamaño de partícula, a un prensado en frío,aplicando una fuerza de 0.07 ton/cm2, utilizando una prensa hidráulica, con un tiempo deoperación de 3 horas aproximadamente, para así obtener el aceite virgen y una tortaresidual.

EXTRACCIÓN SÓLIDO/LÍQUIDO.

La torta residual obtenida del prensado en frío es sometida a una extracción sólido/líquido(torta/hexano), con el fin de extraer el aceite restante. En esta extracción con solvente, seutilizo un equipo Soxhlet, a una temperatura de operación de 60°C, variando el tiempo deoperación y la cantidad de solvente a utilizar en unas proporción de 1:9, 1:15, 1:18, 1:24torta/hexano, con el fin de encontrar el tiempo y cantidad de solvente recomendable deextracción.

SEPARACIÓN.

Para cuantificar la cantidad de aceite obtenido se elimina el solvente residual de la torta porevaporación, en una estufa a 80 ºC, hasta peso constante y la micela obtenida se destila enun equipo rota vapor, para recuperar el solvente.

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HEXANO RESIDUAL.

El hexano residual en el aceite y la torta obtenida de la extracción sólido/líquido secuantifica colocando las muestras en una incubadora a 35 °C por 24 hrs para alcanzar elequilibrio del sistema. Posteriormente se realizaron pruebas en un cromatógrafo de gasesmodelo Agilent, 6890 versión N.04.08, inyectando 100 mL por muestra.

Finalmente para evidenciar el efecto de estos pretratamientos, se realizaron algunosexperimentos de extracción sin pre-tratar las semillas.

2.4. RESULTADOS EXPERIMENTALES.

En la figura 4 se muestra como varía el rendimiento en la extracción de aceite con prensadoen frío, considerando los diferentes tamaños de partícula. De los tres casos estudiados, lamayor cantidad de aceite extraído se obtuvo con el tamaño de 0.71 mm de diámetro, lo cualera de esperar debido a que el área efectiva para la extracción es mayor.

Figura 4. Extracción de aceite por prensado en frío en función del tiempo, para la semilla de cacahuate.

Teóricamente la semilla de cacahuate contiene 45% en peso de aceite, por lo que despuésde realizar la extracción por prensado la torta contiene aceite residual dependiendo deltamaño de partícula (Tabla 7).

21

Tabla 7. Cantidad de hexano residual en torta después de P.F.Tamaño de Partícula (mm) % Aceite residual

0.71 471.13 391.68 37

Después del prensado en frío, las tortas de cacahuate correspondientes a cada tamaño departícula, fueron sometidas a extracción con solvente. Los resultados de esta segundaextracción, mostrados en la figura 5, indican que efectivamente el sólido correspondiente almenor tamaño de partícula, contenía menor cantidad de aceite a extraer, y esto explica elporque los rendimientos en esta segunda extracción son menores en el tamaño de 0.71 mmrespecto a los obtenidos con los otros tamaño de partícula.

Figura 5. Extracción de aceite de cacahuate a una relación 1:9 sólido/solvente (peso/volúmen).

Por otro lado, la concentración de hexano en productos para consumo humano debe ser de1g Hexano./Kg Sólido Seco para ser aceptada por la FAO (Food and AgriculturaOrganization), experimentalmente se encontró que la cantidad de hexano residual en latorta fue de 0.01543 g Hexano./Kg de Torta y el aceite contiene 0.008555 g Hexano./Kgde Aceite.

22

En la figura 6 se muestra el comportamiento del secado del hexano contenido en la torta,respecto al tiempo variando la relación torta:hexano, el resultado de esto es que la tortallega a un estado de saturación, por lo que se observa que la cantidad de hexano aplicado esindependiente del secado de la misma.

Figura 6. Comportamiento de la evaporación del hexano residual en la torta respecto al tiempo.

2.5. CONCLUSIONES EXPERIMENTALES.

De los resultados obtenidos podemos decir que la semilla de cacahuate resulto ser unaoleaginosa de la cual se puede obtener una cantidad significativa de aceite. La combinaciónde diferentes métodos de extracción de aceite, permitió recuperar casi el 98% del aceitecontenido en la semilla de cacahuate, respecto a la cantidad teórica reportada.

El tamaño de partícula utilizado en estos experimentos tuvo un impacto importante en laextracción del aceite, ya que entre más pequeño fue el diámetro de la partícula, laextracción de aceite aumento.

2.6. INNOVACION.

2.6.1. PRE-TRATAMIENTO ENZIMÁTICO.

Se realizaron pruebas preeliminares con pretratamiento enzimático poniendo en contacto lasemilla con algunas enzimas: celulasa (SIGMA, 9012-54-8), hemicelulasa (SIGMA, 9025-56-3), proteasa (SIGMA, 9025-49-4), amilasa y pectinasa (SIGMA, 9032-75-1) ya que lasemilla de cacahuate está constituida por celulosa, hemicelulosa, almidón, proteinas ypectina, la mezcla multienzimática, se lleva a cabo utilizando cada una de las muestrasenzimáticas a una concentración de 0.05% p/p calculado sobre el sustrato. El contacto se

23

lleva a cabo en solución de KH2PO4 0.066 M en una relación de 1:7 (sólido/líquido), atemperatura constante de 90 °C por 15 minutos para inactivar la acción de las lipasas queprovocan la oxidación del aceite.

La mezcla se deja enfriar a temperatura ambiente para posteriormente calentarla por 5 horasa temperaturas de 26 y 32°C, con agitación constante de 100 rpm, utilizando un equipoCaframo BDC3030 dual.

En la figura 7 se comparan los porcentajes de aceite extraído, respecto a la cantidad deaceite reportada en la literatura, con los diferentes métodos analizados, utilizando losdiferentes tamaños de partícula.

Se puede comprobar que en el caso del pretratamiento de las semillas de cacahuate conenzimas y vapor de agua, el porcentaje de extracción es mayor en un 12% respecto alobtenido usando solo tratamiento con vapor de agua. Se puede ver que conforme aumentael tamaño, el rendimiento disminuye.

Figura 7. Comportamiento de la extracción de aceite de cacahuate comparando los diferentes tamaños departícula y el uso de pre-tratamiento con vapor y enzimático.

El pre-tratamiento térmico y enzimático, combinado con el tamaño de partícula eficientanel proceso de extracción, por lo que se abre un nuevo horizonte para la extracción de aceitede semillas oleaginosas.

24

CAPITULO 3

El diseño del equipo y la distribución de la planta, basados en consideraciones de utilidad ehigiene, aumentan las posibilidades de éxito en las operaciones requeridas en la misma. Porlo tanto el diseño, materiales de construcción y métodos de instalación de una fábrica dealimentos debe elegirse de forma tal que contribuya a la esterilización y limpieza de lafábrica.

En este capítulo se realizará el diseño de la planta tomando en cuenta los resultadosobtenidos en el estudio de mercado y la experimentación, bajo los siguientes criterios:

· Tiempos de contacto (datos de extracción).· Fenómenos de transporte (transferencia de calor y masa).· Parámetros de operación (temperatura, presión, humedad, etc).

3.1. DISEÑO Y DIMENSIONAMIENTO DE LA PLANTA.Las instalaciones para extracción de aceite de cacahuate son las siguientes:

1. Sistema de descarga para camiones.2. Instalaciones de almacenamiento. Esta sección incluye limpieza de la semilla.3. Equipamiento para la preparación: descascarillado, trituración y acondicionamiento.4. Equipamiento de extracción para producir aceite crudo y harina mediante extracción

con solvente, recuperando el solvente para su reutilización.

La descripción de los procesos usados en la extracción de aceite es la siguiente:

El cacahuate se vuelca de los camiones en donde se lleva a una estación de limpieza paradespués ser conducida a los silos.

La semilla proveniente de los silos, es sometida a diferentes procesos, en los cuales seliberará de la cáscara y se obtendrá un tamaño de partícula de 0.71 mm aproximadamente através de un molino, para después ser tratada con vapor de agua hasta obtener una humedaden la semilla del 10%.

El aceite se extrae en un extractor continuo de disolución a contracorriente, usando hexanocomo solvente en la fase líquida. La miscela se bombea a un sistema de recuperación desolvente, en el cual este último se remueve dejando el aceite libre de solvente en la faselíquida; los vapores de hexano se condensan y recirculan al proceso.

En la figura 8 se ilustra la distribución de las materias primas a lo largo del proceso, pormedio de flujos (Fi), los cuales son señalados con un número y color representativo de lacorriente a estudiar. El color amarillo lo empleamos para señalar el transporte de solvente ymateria-solvente, el azul para transporte de agua. Los cálculos de balance de materia yenergia así mismo como las condiciones de entrada y salida se describen en el Apéndice A.

25

A LM A C EN0 1

TRITUR ACIÓN06

L IMPIEZA03

DESCO RTEZADO04

LIM PIEZ A07

BA N D ATRANPO RTADORA

02

HUM IDIFICA DORPRENSADO TORTA

09

BANDATRANSPORTADO RA

05

F3

CALDERA16

T A N Q U E D EA LM A C E N A M I EN T O

P RIM ARIO13

C O N D E N S A D O R1 1

SOLVENTEC O N D E N S A D O

FABR ICA CIÓN DEARINA

12

T orre de A gotam iento

15

F1

F9

F10

F12

F11

F 2

F13

E-33

P-55

P-57

E-34

F16

P -6 7

P-68P-67

P-69

E-35

P-72

P-74

F8

F5

A

F6

F7

P -8 7

E-36

P -8 9

E-37

P-90

P-55

P-91

E-38

P-92

E-39

P -9 6 F15

E-41

EXTRA CCIÓN1 0

AC EITE

TANQUE DEALMA CEN AMIENTO

SECUN DARIO14

H4

F4

F14

P-106

P-107

E-43

P-108

P-109

P-111

P-112

P-116

P-106

Figura 8. Diagrama de proceso de extracción de aceite de cacahuate.

26

En seguida se plantean los balances de materia, en las Tablas 8.1 a 8.3 de losprincipales equipos empleados en el proceso posteriormente mediante undiagrama de bloques (Figura 9) se esquematizaron dichos balances.

Tabla 8.1. Flujo de Entradas y Salidas en el Proceso.

Limpieza de impurezas Descascarillado Trituración Tamizado Humidificación

Entradas Salidas Entradas Salidas Entradas Salidas Entradas Salidas Entradas Salidas

Flujos Kg/h F1 F2 F3 F2 F4 F5 F4 F6 F6 F7 F8 F7 F9 F10

Semilla 2809.66 2809.66

Basura 57.34 57.34

Cutícula 8.43 8.43

Cáscara 696.80 696.80

Grano de cacahuate 2104.44 2104.44 2104.44 2104.44 2104.44

Cacahuate tamizado 2041.30 63.13 2000.48 2000.48

Agua 40.83 181.45 222.28

Aceite de cacahuate

Torta seca

Hexano

Flujos totales 2867.00 2809.66 57.34 2809.66 2104.44 705.22 2104.44 2104.44 2104.44 2041.30 63.13 2041.30 181.45 2222.75

Tabla 8.2. Flujo de Entradas y Salidas en el Proceso.

Prensado en frío Lixiviación Evaporador

Entradas Salidas Entradas Salidas Entradas Salidas

Flujos Kg/h F10 F11 F12 F11 F16 F15 F17 F15 F21´ F20 F19 F21

Semilla

Basura

Cutícula

Cascara

Grano de cacahuate

Cacahuate tamizado

Agua 222.28 217.74 4.53 217.74 217.74 3183.98 3183.98

Aceite de cacahuate 918.59 167.38 751.20 167.38 128.20 39.18 128.20 128.20

Torta seca 1081.89 1078.11 3.78 1078.11 1078.11

Hexano 8691.63 8418.19 273.44 8418.19 8415.57 2.62

Flujos totales 2222.75 1463.24 759.51 1463.24 8691.63 8546.38 1608.48 8546.38 3183.98 8415.57 130.81 3183.98

27

Tabla 8.3. Flujo de Entradas y Salidas en el Proceso.

Torre de agotamiento Decantador Secado por fluidización

Entradas Salidas Entrada Salidas Entradas Salidas

F19 F30 F22 F23 F27 F28 F29 F17 F25 F18 F26

Semilla

Basura

Cutícula

Cascara

Grano de cacahuate

Cacahuate tamizado

Agua 4.86 4.86 389.20 389.20 217.74 166.59 384.33

Aceite de cacahuate 128.20 128.20 39.19 39.19

Torta seca 1078.11 1078.11

Hexano 2.62 0.09 2.53 275.97 275.97 273.44 273.44

Flujos totales 130.81 4.86 128.29 7.39 665.16 389.20 275.97 1608.48 166.59 1117.30 657.77

28

ACONDICIONAMIENTO DE LA SEMILLA.

TamizadoHumidificación

Limpieza de impurezas

Descascarillado TrituraciónF2: 2809.66Kg/hSemilla decacahuateXcu= 0.003Xca=0.248XC=0.749

F4: 2104.44 Kg/hCacahuate

F6: 2104.44 Kg/hCacahuate triturado

F5: 705.22K/hBasuraXca= 0.99Xcu= 0.01

F7: 2041.30 Kg/hCacahuateTamizadoXC=0.98XA=0.02 F8: 63.13 Kg/h

Polvo cacahuate

F10: 2222.75 Kg/hCacahuateHumidificadoXC=0.9XA=0.1

F9: 181.45 Kg/hVapor de agua

F3: 57.34 Kg/hBasura

F1: 2867 Kg/hr

Xse = 0.98Xba = 0.02

29

Figura 9. Balance de Materia.

Secado con vapor

P.F. Lixiviación Evaporador

Torre deAgotamiento

Decantador

F10: 2222.75 Kg/hCacahuatehumidificado

F11: 1463.24 Kg/hTortaXA=0.1488Xac= 0.1144Xt = 0.7368

F12: 759.51 Kg/hAceite prensado

F13: 755.74 Kg/hAceite virgen

Xac=0.994XA= 0.006

F14: 3.78 Kg/hPolvo

F15: 8415.57 Kg/hAceite + hexanoXh= 0.98Xac= 0.02

F16: 8691.63 Kg/hHexano

F17: 1608.48 Kg/hTorta+agua+hexanoXh= 0.170Xt= 0.67XA= 0.135Xac= 0.024

F19: 130.81 Kg/hAceite+hexanoXac=0.98Xh=0.02

F20: 8423.65 Kg/hHexano

F21:3183.98 Kg/hAgua

F21

F30: 4.86 Kg/hVapor de agua

F22: 128.29 Kg/hAceiteXh= 0.0007Xac= 0.9993

F23: 7.39 Kg/hAgua +hexanoXA=0.34Xh= 0.66

F27:665.16 Kg/hXA= 0.41Xh= 0.59

F26:657.77 Kg/hXA= 0.58Xh= 0.42

F18: 1117.3 Kg/hTorta secaXt= 0.9649Xac= 0.0351

F25:166.59 Kg/hVapor de agua

F29: 275.97 Kg/hHexano

F28:389.2 Kg/hAgua

F24: 3532.02 Kg/h

Vapor de Agua

F31: 0.0898 Kg/hHexano fresco

30

3.2. DISEÑO DE EQUIPOS.

El diseño de los equipos utilizados se llevará a cabo en esta sección, en donde semencionarán las dimensiones, las capacidades y los costos de los mismos, los cuales seobtuvieron con el programa computacional Cap cost utilizando datos de la literatura(mediante correlaciones, gráficas que involucran el material y el tamaño) y el índice decostos internacional.

3.2.1. DESCASCARILLADO.

El descascarillado requiere que la vaina del cacahuate esté seca, una vez seca la cáscara, elcacahuate es depositado en las tolvas de las maquinas descascaradoras. La elección de lamáquina descascaradora se realizó tomando en cuenta el flujo de materia prima de 2.8ton/hr, por lo que se buscó el quipo que satisficiera las necesidades de producción. Elequipo utilizado posee las características mostradas en la Tabla 9:

Tabla 9. Características del descascarador.Característica Dimensión

Capacidad 2-4 ton/hrPotencia 5.5 kWAltura 2 m

Longitud 1.35 mAncho 1 mCosto 3000 USD

En la figura 11 se muestra el diagrama de la descascaradora de rodillos que se usará en laetapa de limpieza de la semilla.

Figura 10. Descascarilladota de cacahuate.

31

3.2.2. TRITURADO

Para la reducción de tamaño de los sólidos se debe tomar en cuenta la cantidad de aguacontenida en la semilla, cuando la humedad es inferior al 3 ó 4 % en peso no surgendificultades, ya que ésta humedad es determinante en la disminución de la cantidad depolvo que se produce. En este caso se utiliza una semilla con 2% de humedad.

Molino de martillos.

Consiste en una cámara cilíndrica recubierta por una plancha perforada de aceroendurecido, en el interior del cual un rotor, dotado de martillos en toda su longitud, rueda agran velocidad. La desintegración del cacahuate se produce por fuerzas de impacto al serimpulsado contra la plancha de recubrimiento (Figura 12).

Figura 11. Molino de martillos.

32

La elección del molino se llevó a cabo tomado en cuenta el flujo de la semilla a la entradadel molino que es de 2.104 ton/hr y la potencia del motor. El molino a utilizar tendrá lassiguientes características mostradas en la Tabla 10 (ver Apéndice B):

Tabla 10. Dimensiones del molino.Concepto CantidadPotencia delmotor

9.9 Hp

Frecuencia derotación

20.8 rpm

Altura 3 mLongitud 2.3 mAncho 1.2Costo 6000 USD

3.2.3. TAMIZADO.

El tamizado es una operación básica en la que una mezcla de partículas sólidas dediferentes tamaños se separa en dos fracciones o más pasándolos por un tamíz. Cadafracción es más uniforme en tamaño que la mezcla original. Entre los materiales deconstrucción de los tamices se incluyen acero inoxidable, metal Money y telas de Nylon(Figura 13).

Las características del Tamiz cuando el flujo de entrada es de 2.104 ton/hr se muestran enla Tabla 11.

Tabla 11. Dimensiones del tamiz.Concepto CantidadAbertura 0.833 mmFrecuencia degiro

34.5 rpm

Número demallas

24

Longitud 2.5 mDiámetro 1.5 mPotencia 3 HPCosto 2 500 USD

33

Figura 12. Tamizado de semillas.

3.2.4. HUMIDIFICADOR.

El cacahuate a la entrada del humidificador contiene el 2% en peso de agua, y se requiereque la cantidad de agua en la semilla sea del 10%, por lo que después de haber realizadoexperimentos se encontró que el tiempo de operación de éste equipo para llevar la semilla ala humedad requerida es de 10 minutos aproximadamente, se utiliza vapor sobrecalentado a180°C para evitar que el vapor de agua se condense.

Las características que describen al humidificador se muestran en la Tabla 12 y secalcularon tomando en cuenta el flujo de entrada del cacahuate y vapor de agua, latemperatura de trabajo.

Tabla 12 Dimensiones del cilindro acondicionador.Característica Dimensión (m)

Espesor de película ( E ) 0.01Diámetro interno (D) 5.56

Longitud (L) 11.12Ancho de banda (H) 5.56

Costo 63 298 USD

Figura 13. Sistema de humidificación.

34

3.2.5. PRENSA TIPO EXPELLER.

En los filtros de presión se mantiene una presión mayor a la atmosférica, a fin de producirel flujo del filtrado a través del sistema. La operación del filtro de presión puede ser apresión constante durante toda la filtración o se puede aumentar paulatinamente, a fin demantener una velocidad de flujo constante de filtrado.

Para la elección del filtro-prensa se tomó en cuenta el flujo de entrada de la semillahumidificada al 10%, la temperatura de trabajo que es la temperatura ambiente, un tiempode prensado de 2 horas que se determinó experimentalmente, por lo que se decide utilizaruna prensa tipo expeller, ya que se trata de realizar una operación continua durante elhorario de trabajo. Las dimensiones de la prensa cuando el flujo de materia prima es de2.226 ton/hr se encuentran en la Tabla 13 (ver Apéndice B).

Tabla 13. Dimensiones del cilindro.Propiedad DimensiónLongitud 3.5 mDiametro 1.7 mVolumen 9 m3

Presión 684 kPaPotencia 50 hPTiempo 2 hrCosto 15 000 USD

Figura 14. Prensa Expeller.

35

3.2.6. EXTRACCIÓN COMPLEMENTARIA.

EXTRACCION SÓLIDO-LÍQUIDO.

A la salida del filtro-prensa se obtienen dos productos, uno es el aceite virgen y otro es lasemilla estrujada, que ahora tomará el nombre de torta, por lo que ésta última pasa a unequipo en donde sufre la acción de lixiviación o extracción con hexano. En la industria, losdiferentes aparatos de lixiviación generalmente se conocen como extractores .

Para llevar a cabo el diseño del extractor se tomó en cuenta el flujo de entrada de la torta, lacantidad de solvente utilizado, la presión y el tiempo de operación; los cálculo para eldiseño se encuentran en el apéndice B.

En la Tabla 14 se muestran las dimensiones y condiciones de operación del extractor.

Tabla 14. Condiciones de operación del extractor.Propiedad Dimensión (m)Longitud 6Altura 3.5Etapas 3Costo 404 000

Figura 15. Extractor Kennedy.

36

3.2.7. EVAPORADOR.

Un evaporador es un intercambiador de calor entre fluidos, de modo que mientras uno deellos se enfría, disminuyendo su temperatura, el otro se calienta aumentando sutemperatura, pasando de su estado líquido original a estado vapor (con lo que se dice quealcanza el estado de vapor sobrecalentado). A fin de cuentas un evaporador, es unintercambiador de calor más complejo, en el que además de producirse el cambio de fase,pueden darse otros fenómenos asociados a la concentración de la disolución (Figura 17).

Los fenómenos de transporte de calor y masa, temperatura, presión, flujo de entrada ysalida son algunas de las variables que se tomaron en cuenta para realizar el diseño delevaporador requerido en la planta, en la Tabla 15 se muestran las dimensiones para elmismo.

Tabla 15. Dimensiones del evaporador.Característica Dimensión (m)Altura 3.7Diámetro 2Costo 6 700 USD

Figura 16. Evaporador de Miscela.

37

3.2.8. TORRE DE AGOTAMIENTO.

En el evaporador no es posible separar el hexano en su totalidad, debido a que latemperatura que se requiere alcanzar seria muy alta, causando con este incremento detemperatura un deterioro en la calidad del aceite. De modo que para separar el hexanoresidual contenido en el aceite se diseñó una torre de agotamiento.

La temperatura de entrada de la miscela procedente del evaporador es de 120ºC, el agentede agotamiento que se usó es vapor de agua a 180°C libre de disolvente o hexano.

Las dimensiones de la torre de agotamiento se calcularon en el Apéndice B tomando encuenta la temperatura de entrada de la materia prima, el flujo de la misma y se pueden veren la Tabla 17.

Tabla 17. Dimensiones de la torre de agotamientoCaracterística Dimensión (m)Altura 4Diámetro 0.6No. platos 7

En la Figura 17, se esquematiza el acomodo del quipo y los servicios en la planta, sugeridosa partir del dimencionamiento.

38

Figura 17. Diagrama de distribución de la planta de extracción de aceite de cacahuate

Oficinas

Comedor

CasetaVigilancia

CasetaVigilancia

Estacionamiento

Triturado ExtractorHumidificador

Caldera

ContenedorAceite

ContenedorAceiteVirgen

Áreas Verdes

Zona dedescarga

Planta deEnergíaEléctrica

Envasado

Silos

Almacén deProducto

Terminado

Contenedorde agua

Taller deMantenimie

nto

Zona dedescarga

3.5 m

ContenedoresHexano

Limpieza2 m 2.5 m12 m 12 m

TorreDe

Agotamiento

Diámetro0.6 m

2.1 m

3 contenedores de 7 mdiámetro

Diámetro5m

39

3.3. EVALUACIÓN ECONÓMICA.

En este apartado, se tomarán los costos que están involucrados en la construcción de laplanta, tanto costos de inversión como costos de producción que se requieran.

También se tomarán en cuenta los niveles de producción y precios que posean losdiferentes productos y subproductos derivados de la extracción de aceites. Obteniendose uningreso de la comercialización de estos productos y subproductos.

Finalmente estos costos e ingresos se verán reflejados en el flujo de caja, el que tendrá unhorizonte de diez años. En dichos flujos de caja se obtendrán resultados anuales facilitandola obtención de los indicadores económicos, como son la TIR y la TREMA.

3.3.1. Inversiones.

Las inversiones representan el ingreso de dinero sobre las cuales una empresa esperaobtener algún rendimiento a futuro.

Una vez que se tiene especificado el diseño de la planta se calculó el impacto económicopara saber si el proyecto es factible, con ayuda del Cap Cost (herramienta computacional,que suma los costos directos e indirectos de los equipos dándonos como resultado el costototal.). Las tablas 18 y 19 contienen los precios de todos los equipos y accesorios de laplanta.

Tabla 18. Costos fijos de accesorios de la planta.Accesorio Capacidad (m2) Costo USDComedor 40 1 710

Caseta 8 1410Oficina 50 2 350

Laboratorio 20 2 500Estacionamiento 60 850

Total 178 8 820

Tabla 19. Costo de equipo principal.Unidad Equipo Costo /unidad Costo total

1 Triturador de rodillos 6 000 6 0001 Descascarador 60 000 60 0001 Tamiz 2 500 2 5001 Extractor Kennedy 404 000 404 000

40

1 Torre de Agotamiento 666 000 666 0001 Prensa 15 000 15 0001 Humidificador 63 298 63 2983 Elevador de cangilones 2 500 7 5001 Caldera 4 000 4 0003 Silos 200 000 600 0002 Intercambiador de Calor 6 700 13 4002 Condensadores 150 000 150 000

Total 1 991 698

Nota: Los costos que se presentan en la tabla 19 se obtienen con ayuda del programa computacional Cap Cost,tomando en cuenta el INDEX al año 2006.

El material empleado para construir los accesorios, mano de obra y partes que conformarandichos accesorios se toman en cuenta en la cotización. Obteniendo un total de USD 8 820involucrando todos los costos fijos.

3.3.2. Costos de Producción.

Los costos de producción son el valor del conjunto de bienes y esfuerzos en que se incurrenpara obtener un producto terminado en las condiciones necesarias para ser entregado alsector comercial.

Para conocer el costo de producción es necesario saber el costo de la mano de obra por loque en la Tabla 20 se presentan algunos de ellos.

41

Tabla 20. Costo de personal.Personal No. Operario Sueldo Mensual Sueldo TotalIngeniero 2 12 000 24 000Técnicos 4 4 500 18 000Secretaria 1 2 500 2 500

Administrador 1 10 000 10 000Obreros 15 2 880 43 200

Intendencia 7 2 500 17 500Vigilancia 4 3 720 14 880Comedor 10 3 360 33 600

Recursos Humanos 1 15 000 7 000Total 176 680

3.3.2. Costos de Mantenimiento.

El programa de mantenimiento de la planta es vital para lograr la producción de alimentosde alta calidad y no menos importante para el control de costos y para asegurar al clienteque los alimentos solicitados llegarán a tiempo y según las especificaciones, por lo tanto serealizaron los cálculos de mantenimiento de la planta en donde se encontró que el costo demantenimiento anual de $20 000.

3.3.3. Ingresos y Egresos.

En la Tabla 21 se desglosan los ingresos y egresos de la planta.

Tabla 21. Ingresos y egresos anuales de la planta.Ingresos anuales USD Egresos anuales USD

Aceite 4492800Gastos demantenimiento 20000

Cáscara 365472 Materia Prima 3005165Harina 43056 Sueldo de personal. 176 680Total 4901328 Total 3025165Utilidades 1876163

42

3.3.3. Evaluación.

La evaluación financiera se puede definir como el conjunto de instrumentos que permitendeterminar la conveniencia de poner en práctica un proyecto de inversión comparando suviabilidad económica con otras opciones. Como instrumentos de análisis financiero seutilizan, entre otros:

- Valor Presente Neto (VPN)- Tasa Interna de Retorno o Rendimiento

(TIR)- Periodo de recuperación de la inversión

(PRI)- Tasa de Rendimiento (TR)

En la evaluación financiera del proyecto de extracción de aceite solo se tomarán en cuentael VPN, la TIR, la TREMA y la TIIE.

Algunos conceptos importantes son:

La TIIE, es la tasa que refleja las condiciones del mercado de dinero que calculadiariamente el Banco de México, con base en las cotizaciones de las tasas de interésofrecidas a distintos plazos por los diversos bancos.

La TREMA es la Tasa de Rendimiento Mínima Aceptable, esta tasa toma en cuenta elriesgo considerado por los inversionistas y el TIIE.

El Valor Presente Neto (VPN) Valor o Valor Actual Neto (VAN) de un proyecto se definecomo el valor obtenido actualizado, separadamente para cada caso, la diferencia entre todaslas entradas y salidas de efectivo que se suceden durante la vida de un proyecto a una tasade interés fija predeterminada.

El Flujo antes de impuestos (FAI) es el flujo de dinero que entra al proyecto sin restarle losimpuestos.Depreciación es la deducción anual del valor de una propiedad, planta o equipo.

El Ingreso Gravable (I.G.) se calcula retándole al FAI la depreciación.En materia de impuestos, según la ley fiscal, las empresas deben pagar el 35% de lacantidad obtenida en ingresos.

INDICADORES

DINÁMICOS

- Análisis del Punto de Equilibrio (PE)- Análisis Beneficio-Costo (BC).ESTATICOS

43

Para saber si el proyecto es rentable se procede a determinar la tasa de interés mínimaaceptable (TREMA), a partir de la tasa de interés interbancaria de equilibrio (TIIE),después se calcula el valor presente neto, el cual debe dar un valor positivo para que elproyecto sea factible. Los cálculos se muestran en el apéndice C.

En la Tabla 22 se hace un análisis comparativo que nos permita confirmar la rentabilidad dela planta, por lo que se confirma que el proyecto es rentable, ya que cumple con lacondición de que la TIR debe ser mayor a la TREMA.

Tabla 22. Cálculos de la TIR y TREMA.Inversión Inicial 500 000

Egresos 3025165Ingresos 4901328TIR (%) TREMA (%)

53 42.46TIR > TEMA

44

CAPITULO 4.

Los aceites y su Proceso Industrial.

En general las industrias pertenecientes a la extracción o refinación de aceites deben acatarciertas normas, algunas de ellas son:

1. La operación de limpieza y descascarado de semillas deben contener elementos queno permitan la dispersión de residuos que provengan de otras industrias.

2. El depósito de los subproductos obtenidos, ya sea por vía mecánica o pordisolventes, se ubicará en lugares cerrados.

3. La operación de extracción por solventes deberá ubicarse en un lugar que satisfagalas condiciones de seguridad requeridas para el manejo de las sustancias a utilizar.

Manejo de residuos peligrosos.

Los residuos industriales se originan porque los procesos de fabricación no poseen unosrendimientos de producción del 100 % con respecto a las materias primas y energía queutilizan. Por ello, junto a productos con valor comercial, se generan paralelamente residuossin valor económico en el contexto que son producidas y de las cuales su generador sequiere desprender al no poder encontrar una salida comercial o de uso propio, destinándolasen consecuencia al abandono.

En la Figura 18 se muestra el Ciclo de Vida de los Materiales Peligrosos

Figura 18. Ciclo de Vida de Materiales Peligrosos.

45

La Ley No. 24.051 describe en el artículo 2, como residuo peligroso a todo residuo quepueda causar daño, directa o indirectamente, a seres vivos o contaminar el suelo, el agua, laatmósfera o el ambiente en general6.

La Norma Oficial Mexicana NOM-052-SEMARNAT-93 (actualmente en revisión para sureforma), establece las características de los residuos peligrosos, el listado de los mismos ylos límites que hacen peligroso a un residuo por su toxicidad al ambiente. En dicha normase plantea que; además de las características CRETIB, se tomará como base paradeterminar la peligrosidad de los residuos, el que éstos se encuentren comprendidos en loslistados que se incluyen en sus anexos y que permiten su clasificación de acuerdo con suorigen o composición, tal y como sigue:

§ Giro industrial y proceso (Anexo 2 de la NOM-052-SEMARNAT-93);§ Fuente no específica (Anexo 3 de la NOM-052-SEMARNAT-93);§ Materias primas que se consideran peligrosas en la producción de pinturas (Anexo 4

de la NOM-052-SEMARNAT-93);§ Residuos y bolsas o envases de materias primas que se consideran peligrosas en la

producción de pinturas.

La Norma Oficial Mexicana (NOM-053-SEMARNAT-93), establece el procedimiento parallevar a cabo la prueba de extracción para determinar los constituyentes que hacen a unresiduo peligroso por su toxicidad al ambiente.

Por otra parte la norma 14001 define impacto ambiental, como cualquier cambio en elmedio ambiente, sea adverso o beneficioso, total o parcialmente resultante de lasactividades, productos o servicios de una organización.

Residuo industrial es todo aquel residuo sólido o líquido, o combinaciones de éstos,provenientes de los procesos industriales y que por sus características físicas, químicas omicrobiológicas no pueden asimilarse a los residuos sólidos domésticos (DS N°745/92 delMinisterio de Salud que establece el reglamento sobre condiciones ambientales y sanitariasmínimas en los lugares de trabajo). Por su parte, el residuo sólido industrial es todo desechosólido o semi-sólido resultado de cualquier proceso u operación industrial que no vaya a serreutilizado, recuperado o reciclado en el mismo establecimiento industrial. Junto con losresiduos sólidos, también existen los residuos industriales líquidos (RILES) y las emisionesindustriales. Este tipo de residuos presentan distintas características según el tipo deindustria o la naturaleza de sus constituyentes.

Aspectos ambientales significativos

La Industria Aceitera presenta problemas de impacto ambiental comunes al resto de lasactividades, aunque de diferente intensidad.Los tres aspectos ambientales significativos son: emisiones gaseosas, residuos sólidos yaguas de deshecho. Al respecto la norma pide en su punto 4.3.1 la identificación yaexpuesta y la determinación de los impactos ambientales esperados.

46

Tratamiento de aguas de desechos de la industria aceitera

Los productos terminados provenientes de una planta de procesamiento de semillas yaceites comestibles, poseen grado alimenticio y no son considerados polucionantes niagresivos al medio ambiente. Sin embargo, existen dentro de dichos procesos otrossubproductos y materiales de desechos orgánicos que merecerán un tratamiento previo,antes de ser vertidos al medio..Evaluación de Impacto Ambiental: se deberá identificar cada una de las corrientes líquidasde la fábrica, como descargas unitarias del proceso, agua de lavado, agua de enfriado,desbordes, mezclas químicas usadas, purgas de caldera, aguas de limpieza, escurrimientode agua de lluvia.

Una primera diferenciación debe hacerse, ya que hay que recolectar por un lado las aguasque contienen los reactivos químicos, aceites, sólidos, barros y por el otro el resto junto conel agua de lluvia, atento a que las primeras son objeto de tratamiento y el costo aumenta conel volumen.

Para una decisión acertada hay que someter a análisis los distintos tipos de efluentes ymedir los volúmenes promedio diarios. Se controlarán los siguientes parámetros:temperatura, pH, total de sólidos suspendidos, demanda bioquímica de oxígeno o DBO,demanda química de oxígeno o DQO, grasas, aceites y grasas lubricantes.En el objetivo de minimización de uso de agua, se cambiarán los procesos unitariosmediante el nuevo uso o reciclaje, también reducción de puntos de contacto entre aceites yaguas, cambios en los procesos operativos, para contener o reducir los derrames y parareducir los flujos de agua de limpieza mediante el uso de sistemas de bajo volumen y altapresión.

Todas estas correcciones implicarán una capacitación del personal, tratado en el punto 4.4.2de la norma Entrenamiento, conciencia y competencia. La organización identificará lasnecesidades de entrenamiento e instruirá sobre la importancia de cumplir con la política ylos procedimientos ambientales y los requerimientos del sistema. Cuáles serían lasconsecuencias potenciales del apartamiento de los procedimientos operativos especificados.

Documentación este item numerado como 4.4.4, forma parte de la Implementación yoperación que teniendo en cuenta los programas de minimización del recurso agua, deberánser verdaderos instructivos, que como aconseja la norma en 4.4.5 Control de ladocumentación estarán disponibles en el lugar de trabajo, ya que de nada sirve tenerlasarchivadas. A los fines de constancia hay que tener los documentados incorporados a losRegistros del SGA, previstos por el número 4.5.3El diseño de la planta debe contemplar todo esto y los límites de contaminantes quelegalmente se permiten, ya que es preferible y más económico la disminución por diseño,que los tratamientos posteriores por no haberse disminuido los contaminantes en lasfuentes.

47

Tratamiento: se inicia con las planta de pre-tratamiento en las que se agrega ácido (o bases)para adecuar el pH y seguir su curso a los ecualizadores. El tratamiento primario se produceen los tanques de almacenaje, que separa por gravitación y permite continuar a la capa deaceite en suspensión. El tratamiento secundario se basa en métodos biológicos paraeliminar los sólidos biodegradables, ayudado por los barros activados con aireaciónprolongada. El barro de deshecho se deshidrata y se lo aplica como relleno de tierras. Eltratamiento terciario sólo se aplica cuando las restricciones normativas exigen mayorpurificación, en cuyo caso se usan barros activados y/o por coagulación, precipitación yfiltración.

En el proceso de extracción de aceite de la semilla de cacahuate, se comienza con lalimpieza de la misma utilizando para ello agua, la cual se recirculará para posterior uso loque generará agua de desecho, la misma que será tratada dentro de la siguiente planta.

Figura 19. Planta de tratamiento de agua de desecho en industria aceitera

Desolventización de harinas

Los factores ambientales han incidido decisivamente para que los tecnólogos agotaran suinventiva en pos de desarrollar un equipo que permita llevar a cabo la de solventización ytostado de manera eficiente, reduciendo significativamente el residual de hexano de laharina, manteniendo a su vez intacta la calidad de la misma y minimizando el consumo devapor y energía.

Estaciónde

Bombeo

Pileta de barros activados

Clarificación

Entrada de efluente

Control de

Productos

Aceite/decantadoAl almacenamiento

Control de pH

Productos

Flotación con aire

Espumado de

Retorno de

EliminaciónAlmacenamiento de barro de desecho

Estación de

MedidoHaciadescarga

48

El gran desafío de la modificación es cumplimentar con la demanda de harina de calidad ypor el otro lado, cumplir con las rigurosas regulaciones de los organismos ambientales. Ennuestro caso la norma ISO 14001 aconseja no sólo disminuir las emisiones gaseosas sinocomo se indica en el párrafo precedente, minimizar el consumo de vapor y energía, los queen último caso son recursos a preservar.

El proceso de "extracción por solventes" nos deja el hexano residual, tanto en el aceite,como en la harina; por lo tanto el aceite es tratado utilizando evaporación de efecto múltipley recuperación de capa fina con vapor bajo vacío. Para la harina empleamos el equipodesolventizador.

La harina desaceitada que ingresa al Desolventizador Térmico (DT) contieneaproximadamente un 30 % de solvente en peso. La base del proceso producir laevaporación del solvente por aumento de la temperatura. Hay que hacer la salvedad queluego de la extracción de aceite de la semilla, que corresponde al 18 % del peso total de lasemilla de soja, el contenido de humedad alcanza 12 %, la que se puede elevar a 19 %como resultado del vapor de calefacción. La temperatura de 107 °C es para el tostado de lasemilla, que tiene por objeto desactivar los factores anti-nutricionales (ej. inhibidores detripsina, que es retardador de crecimiento).

Desafortunadamente, a medida que aumenta el tiempo el tiempo de tostado, disminuye lasolubilidad de la proteína, deteriorando el valor alimenticio de la soja, por lo que hay quebuscar el equilibrio.

Ambientalmente, surge una restricción debido a la perdida de solvente evaporado, por loque el Decreto de Aire Puro (Clean Air Act) de 1990 que rige en Estados Unidos, exigecumplir a los procesadores de soja el límite TMCA (tecnología de máximo controlalcanzable) que es 0,83 litros de pérdida de solvente por tonelada métrica de semillasprocesadas en un promedio de 12 meses de crushing, lo cuál implicaría un tiempo detostado de 30 minutos, con el consiguiente deterioro de proteínas.

Y nuevamente nos enfrentamos con la relación entre la parte ambiental y la nutricional, porlo que la implementación de la ISO 14001 debe ser lo suficientemente flexible para no irmás allá de la consecución de un alimento saludable, y con la mente puesta en elmejoramiento continuo retrasar su aplicación hasta que la tecnología brinde herramientasque permitan balancear los distintos aspectos.

Con los nuevos diseños, que tienen en cuenta la caída de presión de vapor de agua y en elnúmero de bandejas, se consigue maximizar la remoción de solvente, manteniendo lacalidad de harina. En resumen, la industria aceitera dispone ahora de la tecnología paradiseñar DTs de menor diámetro y con más bandejas de contracorriente. Esto incrementarála densidad de vapor en la parte inferior del DT sin gasto de energía y permitirá que laharina sea desolventizada en forma más efectiva y en el tiempo normal de tostado.Manteniendo el tiempo de tostado a 15-20 minutos, el DT también puede continuarproporcionando buena calidad de harina sin que ésta sea sobreprocesada. Esta innovación

49

en la desolventización proporciona nuevas oportunidades para satisfacer tanto lasnecesidades de la calidad de la harina como requerimientos ambientales.

Certificación Ambiental

Una vez cumplidos los requerimientos de la norma ISO 14001, lo que se comprueba por laAuditoria del SGA indicada en el punto 4.5.4, la organización podrá solicitar laconstatación del mismo a través de una Certificadora de SGA. Esta deberá estar inscripta enla Organización Argentina de Acreditación, dependiente del Sistema Nacional de Normasde Calidad y Certificación, instituido por Decreto 1474/74, norma que consigue el estrictosostenimiento en el tiempo de las capacidades de las instituciones acreditadas; pudiendo elmismo revocar o suspender total o parcialmente las acreditaciones cuando se certificaraninobservancias de lo pactado.

Para certificar el sistema conforme con la norma IRAM-NM-ISO 14001/2002, se deberácumplimentar con los requerimientos de certificación que estipula la Guía ISO/IEC 62, asaber:a) aceptar el programa de certificación de la certificadorab) proveer toda documentación y permitir acceso a toda área involucrada en el sistemac) dar a conocer los informes de auditoria internad) descripción de los sistemas a certificarPor su parte la certificadora, a través de su equipo de auditoria proveerá a la organizaciónde un comentario sobre los hallazgos de auditoria o no conformidades, a fin de que seproceda a las respectivas correcciones y extenderá la certificación respectiva con elcompromiso de supervisar a través de inspecciones la continuación del sistema registrado.

La norma ISO 62, establece que la certificación indica conformidad del sistema con lanorma implementada y no aprobación de productos o servicios.

50

APENDICE A.

BALANCE DE MATERIA POR ETAPAS

Los requerimientos de la producción anual de aceite de cacahuate son de 5241 ton/año.

Lo que quiere decir que para un día de trabajo de 16 horas (dos turnos de 8 hrs cada uno),se producen 910 Kg/h de aceite de cacahuate.

Para satisfacer dicha producción se lleva a cabo el balance de materia en cada una de lasetapas del proceso requeridas para la extracción de aceite, en lo sucesivo los balances sondetallados.

Limpieza de la materia prima

Se requiere hacer una limpieza inicial de la materia prima, ya que generalmente contiene el2 % en peso de impurezas.

Donde:

F1 = Materia prima que contiene el 2 % de basura.F2 = Semilla de cacahuate limpia.F3 = Basura.Xca= Fracción másica de la cáscara.Xcu= Fracción másica de la cutícula.Xse= Fracción másica de la semilla de cacahuate.Xba= Fracción másica de la basura.XC= Fracción másica del cacahuate.

Las fracciones obtenidas experimentalmente son: la de cáscara, cutícula y de grano.

Semilla decacahuate

F1: 2867 Kg/hXse= 0.98Xba= 0.02

Basura

F3: 57.34 Kg/h

Semilla decacahuate

F2: 2809.66Kg/hXcu= 0.003Xca=0.248XC=0.749

Limpieza

51

A partir de lo mencionado con anterioridad F3 resulta de:

F3 = F1 (0.02) = 57.34 Kg/hr. (A1)

Por lo tanto haciendo un balance global en esta parte del proceso obtenemos F2:

F1 = F2 + F3 (A2)Despejando F2 de la Ecuación (A2) y sustituyendo la Ecuación (A1) obtenemos:

F2 = F1 (1-0.02) = 2809.66 Kg/hr.

Descascarillado de la semillaEl descascarillado de la semilla se lleva a cabo para liberar la semilla tanto de la cáscaracomo de la cutícula que la compone. De la experimentación sabemos que la semillacontiene 74.9 % de cacahuate, 24.8% de cáscara y 0.3% de cutícula.

Donde:

F4 = Semilla de cacahuate.F5 = Cáscara y cutícula de la semilla de cacahuate.XC= Fracción másica de la semilla de cacahuate.

A partir de lo mencionado con anterioridad F4 resulta de:

F4 = F2 (0.749) = 2104.44 Kg/hr. (A3)

Por lo tanto haciendo un balance global en esta parte del proceso obtenemos F5:

DescascarilladoCacahuate

F4: 2104.44 Kg/h

BasuraF5: 705.22 K/hXca= 0.99Xcu= 0.01

Semilla de cacahuate

F2: 2809.66 Kg/hXcu= 0.003Xca=0.248XC=0.749

52

F2 = F4 + F5 (A4)

Despejando F5 de la Ecuación A4 y sustituyendo la Ecuación A3 obtenemos:

F5 = F2 (1-0.749) = 705.22 Kg/hr.

De forma análoga de F4 es posible obtener los flujos másico para la cáscara de la semilla,por lo tanto:

Fca= F2 (0.248) = 696.8 Kg/hr. (A5)

Eso implica que para los flujos másico de la cutícula tenemos:

Fcu= F5 - Fca = 8.42 Kg/hr. (A6)

Dividiendo Fca entre F5 obtenemos Xca:

99.022.705

8.696==

hrKg

hrKg

X cáscara

Por lo tanto Xcutícula es:

01.01 =-= cáscaracutícula XX

TRITURACIÓN

En este proceso se llevará a cabo la trituración de la semilla hasta llegar al tamaño departícula deseada, cabe notar que en esta parte del proceso no se consideran perdidas,porque la formación de polvo es una cantidad muy pequeña, además si tomamos en cuentaque cuando el tamaño de partícula es pequeño, la extracción del aceite es mejor.

De acuerdo con lo ya mencionado:

F4 = F6 (A7)

Cacahuate

F4: 2104.44 Kg/h

Cacahuate triturado

F6: 2104.44 Kg/h

53

TAMIZADO.

En esta etapa del proceso el 3% en peso de la masa total entrante no tiene el tamaño departícula adecuado para realizar la extracción.

Donde:

F7 = Es el tamaño de partícula adecuado para que se efectué el prensado.F8 = Tamaño de partícula no deseado.

A partir de lo expresado con anterioridad tenemos:

F7 = F6 (0.97)= 2041.3 Kg/h. (A8)

Balance global

F6 = F7 + F8 (A9)

Despejando F8 de la Ecuación (A9) y sustituyendo el valor de F7, obtenemos:

F8 = F6 F7 = 63.13 Kg/h.

HUMIDIFICADOR.

La semilla estudiada contiene un 2% en peso de humedad y de la experimentación sededujo que el porcentaje en peso adecuado para obtener los mejores rendimientos en elprensado en frío, fue del 10% en humedad.

Cacahuate triturado

F6: 2104.44 Kg/h

Cacahuate en grano tamizado

F7: 2041.3 Kg/h

Polvo cacahuate

F8: 63.13 Kg/h

54

Donde:F10 = Es el cacahuate ya humidificado al 10 % en peso.F9 = Es el flujo de vapor de agua.XCi = Fracción másica del cacahuate entrante del humidificador.XCs = Fracción másica del cacahuate a la salida del humidificador.XAi = Fracción másica del agua entrante del humidificador.XAs = Fracción másica del agua a la salida del humidificador.

Balance de materia para el cacahuate.

F7 XCi = F10 XCs (A10)

Despejando F de la Ecuación (A10) y sustituyendo valores obtenemos:

( )h

KghKg

XXFFcs

ci 75.22229.0

98.03.20417

10 =úûù

êëé ÷

øöç

èæ

== (A11)

Balance de masa global:

F7 + F10 = F9 (A12)

Despejando F9 de la Ecuación (A12) y sustituyendo valores obtenemos:

hKg

hKg

hKgFFF 45.1813.204175.22227109 =-=-=

El balance de energía para el humidificador es:

( )TCsCs

TAsAs

CA

CCiCi

CAiAi HXHXFHFHXHXF +=++ 10

º1809

º25º257 )( (A13)

Cacahuate tamizado

F7: 2041.3 Kg/hXC = 0.98XA = 0.02

CacahuateHumidificado

F10: 2222.75 Kg/hXC = 0.9XA = 0.1

F9: 181.45 Kg/hVapor de agua

55

Donde:

· HA es la entalpía del agua.· HC es la entalpía del cacahuate.· T la temperatura de salida.

Balance de materia para el agua.

F7 XAi + F9 = F10 XAs (A14)

Sustituyendo la Ecuaciones (A10) y (A14) en la (A13) entonces obtenemos:

0797º180

9º25

7º25

7 =---++ TCCi

TAg

TAgA

CAg

CCC

CAlA HXFHFHXFHFHXFHXF (A15)

Si a la Ecuación (A15) le sumamos y le restamos la entalpía del agua en fase líquida y gas a100 ºC obtenemos:

0)(

)()(º180

9

º257

º100º100º100º100º257

=-+

-+-+-+-TAg

CAg

TC

CCC

TAg

CAg

CAg

CAl

CAl

CAlA

HHF

HHXFHHHHHHXF (A16)

Nota: La fase líquida se reverenció con l y la fase gas con g.

dTCpH ii ò=D (A17)

Sustituyendo la Ecuación (A17) en (A16) obtenemos:

( )( ) 025180

97

25

100

100

7 =+-+÷÷ø

öççè

æ+D+ òò ò dTCpFTCpXFdTCpHvapdTCpXF

TACc

TAAA (A18)

De acuerdo con

253 10125.01045.147.3 -- ++= TxTxR

CpAg (A19)

KgKKJCpc 812.0=

Por medio de iteraciones se determino que la temperatura de salida del cacahuate es de131.868ºC.

56

PRENSADO EN FRIO.

La semilla que sale del humidificador sale con un contenido de agua del 10%, entra alfiltro-prensa, en donde el aceite es separado de la torta por presión en un tiempo de doshoras.

Balance global de materia en la etapa de prensado en frío.

121110 FFF += (A20)

Balance parcial de aceite

1212

1111

1010

Fac

Fac

Fac XFXFXF += (A21)

( ) 994.0*1144.0*24.145634133.0*75.2222 12F+=

F12= 759.51 Kg/h.

LIXIVIACIÓN.

Después de haber obtenido el aceite por presión, de la etapa anterior existe un productollamado torta, a la cual se le desea agotar la cantidad de aceite que contiene, por lo que sellevará a cabo una extracción sólido-líquido sobre la misma, el balance de masa es elsiguiente.

Prensadoen frío.

Aceite virgenF13:755.74 Kg/hXac =0.994XA=0.006

TortaF11: 14563.24 Kg/hXA= 0.1488Xac=0.1144Xl=0.7368Cacahuate

Humidificado

F10: 2222.75 Kg/hXac= 0.4133Xt = 0.4867XA = 0.1

AceitePrensadoF12: 759.51 Kg/hXpolvo= 0.00003Xac= 0.994XA =0.00597

PolvoF14: 3.78 Kg/h

57

Balance global de materia en la etapa de extracción.

17151611 FFFF +++ (A22)

El hexano se alimenta en razón de 1:9 cacahuate:hexano (w/l), por lo que el flujo en laentrada F16 es:

1116 **9 FF hexanor= (A23)

hKg

hm

mKgF 63.869124.1463*66.0*9

3

316 ==

Experimentalmente se sabe que la micela obtenida en esta etapa contiene el 98.23% dehexano y el 1.77% de aceite, y la torta contiene además de hexano un poco de agua, lo quetambién se obtuvo experimentalmente, y tenemos que la torta tiene el 73.3 % de hexano,15% de agua y el 11.7% de aceite

Entonces podemos calcular F15 y F17 por medio del balance parcial de aceite:

1717

1515

1616

1111

Fac

Fac

Fac

Fac XFXFXFXF +=+ (A24)

001.0*0177.0*117.0*24.1463 1715 FF +=

Balance parcial de hexano:

1717

1515

1616

1111

Fh

Fh

Fh

Fh XFXFXFXF +=+ (A25)

Resolviendo las ecuaciones (A24) Y (A25), se obtienen los flujos en F15 y F17:

F15 = 8546.38 Kg/hF17 = 1608.48 Kg/h

LixiviaciónTorta+agua+hexanoF17:1608.48 Kg/hXac =0.024XA=0.135Xh =0.17Xt=0.67

TortaF11: 1463.24 Kg/hXA= 0.1488Xac=0.1144Xh=0.7368

Aceite + hexanoF15: 8546.38 Kg/hXh = 0.985Xac = 0.015

HexanoF16: 8691.63 Kg/h

( ) ( ) ( ) ( )17.0*985.0*1*63.86917368.0*24.1463 1715 FF +=+

58

EVAPORADOR.

Después de la lixiviación, la micela obtenida se pasa por un evaporador para separar lamayor parte de hexano posible.

Las fracciones de evaporación se tomaron de Paraíso (20) que menciona que a nivelindustrial la fracción de hexano en la micela después de la evaporación es del 2%.

Balance de masa en evaporador.

201915 FFF += (A26)

Balance parcial del aceite.

1919

1515

Fac

Fac XFXF = (A27)

hKg

XXFF

ac

Fac 81.130

1515

19 ==

hKgFFF 57.8415191520 =-=

TORRE DE AGOTAMIENTO.

Después de haber evaporado casi la totalidad del hexano en la micela, se lleva a una torrede agotamiento.

Evaporación

HexanoF20:8415.57 Kg/hAceite + hexano

F15: 8546.38 Kg/hXh = 0.985Xac = 0.015

AguaF21 :3183.98 Kg/h

AguaF21: 3183.98 Kg/h

Aceite/hexanoF19: 130.81 Kg/hXac = 0.98Xh =0.02

59

Experimentalmente se obtuvo la cantidad de hexano que queda en el aceite, que es el0.007% y se alimentan 4.86 Kg/h de agua.

Balance global en la etapa de agotamiento.

22233019 FFFF +=+ (A28)

Balance parcial del aceite.

2222

1919

Fac

Fac XFXF = (A29)

hKg

XXFF Fac

Fac 29.12822

1919

22 ==

DECANTADOR.

El hexano arrastrado en la torre de agotamiento requiere de separarse del agua, por lo quese utilizó el decantador.

Decantador

F27: 665.16 Kg/hXA= 0.41Xh= 0.59

F28:389.20 Kg/hAgua

F29: 275.97 Kg/hHexano

Torre deAgotamiento

F22: 128.29 Kg/hAceiteXh= 0.0007Xac= 0.9993

F30: 4.86 Kg/hVapor de agua

F19: 130.81 Kg/hAgua + hexanoXac=0.98Xh=0.02

F23: 7.39 Kg/hAceite+hexanoXA=0.66Xh= 0.34

60

Se propone que se separe la totalidad del hexano contenido en el agua de arrastre por lo queel balance de materia nos da los siguientes resultados.

Balance global de materia

282927 FFF += (A30)

Balance de hexano.

2929

1927

Fh

Fh XFXF = (A31)

F29= 665.16*0.41= 275.97 Kg/h

61

APENDICE B.

Diseño de equipos.

a) Molino de Martillos.

Las primeras relaciones empíricas sobre la energía de desintegración de sólidos laspresentaron Von Rittinger, en 1867, y F. Kick, en 1885. El primero estableció que el trabajoque se requiere para la trituración de un material es directamente proporcional a la nuevasuperficie creada; mientras que Kick propuso que el trabajo requerido para triturar unamasa dada de material es constante para la misma relación de reducción, es decir, larelación entre el tamaño inicial y final de las partículas.Si llamamos D

alimentacióny D

productoa los diámetros medios de las partículas del material de

alimentación y del producto molido, al caudal de alimentación de sólido y KR

y KK

aconstantes dependientes del material a moler, las relaciones propuestas por Von Rittinger yKick, respectivamente, son las que siguen:

÷÷ø

öççè

æ-=

entaciónaproductoRntrituració DD

KmPlim

11** (B1)

productos

entaciónaKntrituració D

DInKmP lim**= (B2)

En este caso usaremos la ecuación de Rittinger (B1), sabemos que KR= 0.0086 para elcacahuate, por lo que tenemos:

÷øö

çèæ

--

-=

30.11

371.01*0086.0*2105

EEhrKgP ntrituració (B3)

kWWP ntrituració 3922.72.7392 ==

HPP ntrituració 9.9=

b) Tamiz

Los datos para el diseño del tamiz utilizado en la planta se llevó a cabo con la Tabla 4 de lapagina 18 del libro de Brown de acuerdo con el tamaño de partícula que es requerido (0.71mm).

Para cálculo de la velocidad crítica de rotación del tamiz se usa la siguiente ecuación.

DN 25.42

= (B4)

62

Donde:N = Revoluciones por minutoD = Diámetro del tamiz (1.5m)L = 2.5 m

5.125.42

=N

rpmN 5.34=

Para este tipo de tamices se usan Motores de 3 HP.

c) Humidificador

El balance de energía para el humidificador es:

( ) ( )Tcc

TOHOH

COH

Ccc

COHOH HXHXFHFHXHXF +=++

22222 10º180

9º25º25

7 (B5)

A partir del balance de masa para el agua sabemos:OHOHOH XFXFXF

222 9710 += (B6)

Donde:

· HH2O es la entalpía del agua.· Hc es la entalpía del cacahuate.· X es la fracción mol.· F7 es el flujo másico del cacahuate triturado a la entrada del humidificador.· F9 es el flujo másico de vapor de agua en el humidificador.· F10 es el flujo másico del cacahuate humidificado.· T la temperatura de salida.

ò= dTCpH ii (B7)

Por lo tanto al sustituir las ecuaciones B6 y B5 en B4el balance de energía que da de lasiguiente forma:

0180925 25

77 222=++ òò ò

T

OH

T T

ccOHOH dTCpFdTCpXFdTCpXF (B8)

Donde:

2532 10125.01045.147.3 -- ++= TxTxR

Cp OH

(B9)

63

KgKKJCpc 812.0=

Por medio de iteraciones se determino que la temperatura de salida del cacahuate es de 132ºC.

A partir del flujo másico del cacahuate previamente triturado y su densidad empacada em,misma que fue determinada experimentalmente, es posible establecer un criterio que nospermita conocer el flujo volumétrico empacado a la entrada del humidificador.

cacahuateh

KgF 3.20417 = .

cacahuatemKg

em 3550=r .

hmF

Vem

em

37 71.3==

r (B10)

Por otra parte el tiempo de residencia ( ) del cacahuate en el humidificador es de 10 min.Por lo tanto el volumen de proceso Vp, es:

362.0* mVVp em == t (B11)

Para esta parte nosotros proponemos fijar el mismo espesor de película E que elexperimental (1 cm), con el fin de que permanezca constante, además que el diámetrointerno del humidificador D, tienda a ser igual que H y a su vez que la longitud L de labanda transportadora sea dos veces mayor a H, entonces:

285.61 mHLE

VpA ==D

= (B12)

De lo obtenido en la Ecuación 3, y de los criterios fijados con anterioridad es posibledeterminar lo siguiente:

mAH 56.52

== (B13)

Por lo tanto:

L = 11.12 m

Por cuestiones de accesorios se plantea un 10% más para el volumen del humidificadorVhum.

Vhum = 270.18 m3

64

d) Prensa tipo Expeller

A partir del flujo másico del cacahuate previamente humidificado F10 y su densidadempacada em, misma que fue determinada experimentalmente, es posible establecer uncriterio que nos permita conocer el flujo volumétrico empacado a la entrada delhumidificador.

cacahuateh

KgF 75.222210 = .

cacahuatemKg

em 3540=r .

hmF

Vem

em

310 1.4==

r (B14)

Por otra parte el tiempo de residencia ( ) del cacahuate en el extructor es de 2 hr. Por lotanto el volumen de proceso Vp, es:

323.8* mVVp em == t (B15)

Para esta parte nosotros proponemos que permanezca constante, además que el diámetrointerno del humidificador D y a su vez que la longitud L sea dos veces mayor, entonces:

mmVpD 73.123.8*223

33 ===

pp (B16)

De lo obtenido en la Ecuación 3, y de los criterios fijados con anterioridad es posibledeterminar lo siguiente:

m47.32 == DL (B17)Por cuestiones de accesorios se plantea un 10% más para el volumen del humidificadorVprensa. = 9.0 m3

e) Extractor Kennedy

Cálculo para el dimensionamiento del extractor

Datos necesarios:r empacada = 540 Kg. / m3

r hexano = 660 Kg. / m3

Torta = 1463.24 Kg/hr.Hexano = 8891.63 Kg/hr.

El volumen del cacahuate para cada etapa es:

65

3

3

7.2540

24.1463 m

mKg

KgmasatortaVempacada

cacahauate ===r

(B17)

33

9.03

70.2.

mmetapasNo

VV cacahuateetapa === (B18)

El volumen del hexano para cada etapa es:

3

3

17.13660

63.8691 m

mKg

KgVhexano == (B19)

33

4.43

17.13 mmVetapa == (B20)

Volumen que ocupan el hexano y la torta de cacahuate:333 3.54.49.0 mmmVVV

hexanotorta atapaatapaT =+=+= (B21)Al resolver la ecuación se obtiene los siguientes mínimos para:D = 0.5311 m3

h = 3.4786 m3

Se calcularon 3 etapas que afectan el diámetro del extractor:

Dreal = 9 (0.5311) m3 = 4.7799 m3 = 5 m3 (B23)

h = 3.5 m3

Por lo tanto dando un intervalo del 20 % para las dimensiones se obtiene que, la longituddel extractor es de 6 m3 y el ancho del extractor es de 4 m3.

f) Torre de Agotamiento

Después de evaporar la mayor parte del hexano que se encuentra en la miscela se procede alagotamiento de la mezcla aceite hexano, con esto se pretende llegar a las normasestablecidas de cantidad de hexano contenido en aceites vegetales.

Con el balance de masa y energía se establece que el flujo de la miscela es de 208.8 Kg.mol/hr, con una temperatura de 120 ºC y 2% de hexano estas especificaciones fuerontomadas de Paraíso(24).

En la industria del aceite vegetal se ocupa principalmente vapor de agua para introducirloen la torre de agotamiento con una temperatura de 180 ºC. Para el diseño de la torre

66

establece que se cumple la ley de Roult y Dalton, esto debido a que las concentraciones delhexano y la presion con que se trabaja son bajas.Ley de Roult.

Pi = Pivap xi (B24)

Ley Dalton.

Pi = P yi (B25)

Para este sistema se contempla que el hexano es el único que se evapora ya que el aceitetiene un punto de ebullición alto, por tal motivo al entrar en contacto con el vapor de aguase establece un equilibrio entre ellos. Por lo que se puede calcular el número de etapasteóricas por medio de los principios de McCabe Thiele.

El vapor utilizado para la torre de agotamiento tiene una temperatura de 180 ºC y unapresión de 4kgf/cm2, la cual al entrar en la torre evaporando del hexano sin que el agua sellegue a condensar a las condiciones que se esta trabajando el sistema, con esto se estableceel equilibrio hexano agua. Para realizar los datos de equilibrio se toma en cuenta laspresiones de vapor las cuales se calculan a partir de las constante de Antoine y aplicandola expresión.

AAAP

TPc

vapi

3

21ln

+-= (B26)

Combinando las ecuaciones de la ley de Raoult, Dalton y Antoine se puede establecer losdatos de la tabla (14)

Tabla B1.Calculo de las condiciones de equilibrio.

Temperatura (oF)Pvappsia

Pvappsia

xhFracción másica

yhFracción másica

XhFracción libre

de soluto

YhFracción libre

de soluto

211 35,20419563 14,2763303 0,02024428 0,04848189 0,02066258 0,05095215

211,0432353 35,22615504 14,2886152 0,01964819 0,04708369 0,02004198 0,0494101

211,0864706 35,24812495 14,3009088 0,01905223 0,04568404 0,01942227 0,04787098

211,1297059 35,27010536 14,3132113 0,0184564 0,04428293 0,01880344 0,04633477

211,1729412 35,29209627 14,3255225 0,01786069 0,04288035 0,0181855 0,04480145

211,2161764 35,31409769 14,3378426 0,01726511 0,04147632 0,01756843 0,04327104

211,2594117 35,33610962 14,3501715 0,01666966 0,04007082 0,01695225 0,04174351

211,302647 35,35813206 14,3625092 0,01607434 0,03866385 0,01633695 0,04021887

211,3458823 35,38016502 14,3748558 0,01547914 0,03725542 0,01572252 0,0386971

211,3891176 35,4022085 14,3872112 0,01488408 0,03584552 0,01510896 0,0371782

211,4323529 35,4242625 14,3995754 0,01428914 0,03443416 0,01449628 0,03566215

211,4755882 35,44632703 14,4119484 0,01369432 0,03302132 0,01388446 0,03414896

211,5188235 35,46840209 14,4243304 0,01309963 0,03160701 0,01327351 0,03263862

211,5620587 35,49048768 14,4367211 0,01250507 0,03019123 0,01266343 0,03113112

211,605294 35,51258381 14,4491208 0,01191064 0,02877398 0,01205421 0,02962645

211,6485293 35,53469048 14,4615293 0,01131633 0,02735525 0,01144585 0,0281246

211,6917646 35,55680769 14,4739466 0,01072214 0,02593504 0,01083835 0,02662557

67

211,7349999 35,57893544 14,4863729 0,01012808 0,02451335 0,01023171 0,02512936

211,7782352 35,60107375 14,498808 0,00953414 0,02309019 0,00962592 0,02363595

211,8214705 35,62322261 14,511252 0,00894033 0,02166554 0,00902098 0,02214533

211,8647058 35,64538203 14,5237049 0,00834665 0,02023941 0,0084169 0,02065751

211,907941 35,667552 14,5361666 0,00775308 0,0188118 0,00781366 0,01917247

211,9511763 35,68973254 14,5486373 0,00715964 0,0173827 0,00721127 0,01769021

211,9944116 35,71192364 14,5611169 0,00656633 0,01595212 0,00660973 0,01621071

212,0376469 35,73412531 14,5736054 0,00597313 0,01452005 0,00600903 0,01473399

212,0808822 35,75633756 14,5861028 0,00538006 0,01308649 0,00540916 0,01326001

212,1241175 35,77856038 14,5986091 0,00478712 0,01165144 0,00481014 0,01178879

212,1673528 35,80079378 14,6111244 0,00419429 0,01021489 0,00421196 0,01032031

212,2105881 35,82303776 14,6236485 0,00360159 0,00877686 0,00361461 0,00885457

212,2538233 35,84529232 14,6361817 0,00300901 0,00733733 0,00301809 0,00739156

212,2970586 35,86755748 14,6487237 0,00241655 0,0058963 0,0024224 0,00593127

212,3402939 35,88983323 14,6612747 0,00182421 0,00445378 0,00182754 0,0044737

212,3835292 35,91211957 14,6738346 0,00123199 0,00300976 0,00123351 0,00301884

212,4699998 35,95672405 14,6989814 4,7918E-05 0,00011721 4,792E-05 0,00011722

Donde Pvap la presión de vapor del hexano, xh y yh son las fracciones mol del hexano quese encuentran en la fase líquida y vapor. Para facilitar los cálculos se expresan lasfracciones del sistema con respecto al material menos volátil, en este caso es el aceite decacahuate, las expresiones (B24 y B25) son las que se establecen para llegar a lasfracciones en términos Kg. mol de hexano por Kg. mol de aceite de cacahuate y Kg. mol dehexano por Kg. mol de vapor de agua respectivamente.

xhxhX-

=1

(B27)

YhYhY-

=1

(B28)

Las condiciones a la salida del evaporador son:

xh = 0.02 fracción de hexano.

Xh = 0.0204 Kg. de aceite por Kg. agua

Para el cálculo de la torre de agotamiento se debe tener una concentración de hexano en elaceite de .001 Kg. de hexano por Kg. de solidó seco. Para este proceso se pretende llegar a0.0007 Kg. de hexano por Kg. de aceite.

Para el cálculo del flujo necesario de vapor de agua se utiliza los métodos establecidos por

Treybal(17). Con la expresión (B29) y la grafica siguiente se calcula elmG

L÷øö

çèæ

68

Calculo de platos

0

0,01

0,02

0,03

0,04

0,05

0,06

0 0,005 0,01 0,015 0,02 0,025

Xh

Yh

Figura B1. Número de etapas.

mXXmYY

GL

m 2121

--

=÷øö

çèæ (B29)

Donde:

2.55=÷øö

çèæ

mGL

Ya que el valor de L no cambia, se obtiene el valor Gm despejándolo de la expresión (B29).El siguiente paso es obtener la cantidad de G real, esto se obtiene multiplicando Gm por1,5, este valor es adecuado para el cálculo de G real.

Gm = 0.215 Kg mol agua /hr.

G = 0.323 Kg mol agua /hr.

Con ayuda de la expresión (B29) se calcula nuevamente los valores de salida de X2 y Y2reales, al graficar estos datos se obtiene el número de platos de la torre, como se muestra enla grafica anterior que en este caso son 7 platos. Para obtener el flujo de hexano en lacorriente gaseosa es H:

GYH 2= (B30)

H = 1 Kg/hr

69

Diámetro y altura de la torre.

Estos parámetros se obtienen considerar condiciones de operación de trabajo que son:

Presión = 1 atm

Temperatura del liquido = 120 °C.

Flujo de vapor = 6 Kg /hr

Flujo del líquido = 153 Kg /hr

rG = .556 Kg/m3 densdad del gas

Q = .003 m3/srL = .859 Kg/m3 densidad del liquido

q = 4.94786E-05 m3/s

Considerando un espaciamiento entre los platos tipo perforados de 0.5 m tenemos que:

6.0)( 5.0 =GL

GQLq

rr

rr (B31)

Usando la ecuación:

2.0

020.0*

492.01log ÷

øö

çèæ

úû

ùêë

é+÷

øö

çèæ=

sbaFC (B32)

A = 0.02893

B = 0.0302

S = 0.040 N/m

CF=0.0453

De modo que CF se emplea en la relación

70

3.0

÷÷ø

öççè

æ -=

G

GLFF CV

rrr

(B33)

VF = 1,842 m/s

Par líquidos que no forman espumas se recomienda el 80 % de VF, por lo tanto:

V = 0.8 VF =1.474 m/s

El área de sección transversal es Q/V =2.036 E-3 para una longitud de derramadero de0.8T, donde T es el diámetro de la torre corregido, el área de la sección transversalcorregido es At = 2.036 E-3 m2, para el valor de T se obtiene utilizando

5.04÷ø

öçè

æ=p

tAT (B34)

T = 0,055 m

La altura se calcula multiplicando T por el numero de platos obtenidos en la grafica

L = 3.5 m

g) Condensadores.

Para enfriar 8478 Kg/h de hexano de 120 a 60 °C se empleo un condensador al que se lesuministro un flujo de agua de 8800Kg/h a contra corriente a 25°C.

Para determinar la temperatura de salida del flujo de agua, se emplearon los siguientescálculos.

hh TCq D= (B35)

Donde:q= Flujo de calor requerido para llevar a cabo la transferencia da calor.Ch = F20*CphCph = Capacidad calorífica del hexano.F20 = Flujo masico del hexano.

T = (120-60)°C.

7KJ/h1168809.38=q

71

Ya que el flujo de calor es el mismo para el agua que para el hexano.

Donde:CA = 8800 Kg/h*CpACpA = Capacidad calorífica del Agua.

AAiAs C

qTT += (B36)

Donde:TAs= Es la temperatura de salida.TAi= Es la temperatura de entrada.

TAs = 95.7°C.

De igual forma se calculo para la torre de agotamiento, solo que para este caso entra alcondensador un flujo de 9.92 de la mezcla agua-hexano a 161°C. En este caso se emplea unflujo de agua de 8 Kg/h de agua a 25 °C.

TAs = 154°C

Dado que CA para la torre de agotamiento es insignificante comparado con el evaporadorsolo se considera la temperatura de salida del evaporador, para el cálculo de la torre deenfriamiento.

h) Torre de Enfriamiento

La torre de enfriamiento de agua es un proceso que nos permite enfriar y recuperar aguaponiéndola en contacto con aire de baja humedad.

En la planta se emplea una torre de enfriamiento de tiro forzado, donde el ventilador seencuentra instalado en la parte inferior, de manera que el aire es empujado para que fluya através de ella.

El agua caliente es bombeada desde el evaporador y la torre de. El agua es uniformementedistribuida por la parte superior de la torre a cada compartimiento de empaques y esexpuesta a una corriente de aire a contra flujo. El agua es enfriada por evaporación de unapequeña porción del flujo total.

El flujo de agua saliente de los condensadores es de 8808 Kg/h., a una temperatura de96°C. De datos experimentales se sabe que la temperatura de bulbo húmedo a 25°C es de11.9°C, por lo que la entalpía para estas condiciones es de 670 KJ/Kg.

AA TCq D=

72

Figura B2. Diagrama del sistema para la torre de enfriamiento

A partir de la curva de equilibrio mostrada en la Figura Para la determinación de G s serequiere

H vs T

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

T °C

H K

J/Kg

H*

LO

Figura B3. Diagrama de operación para la torre de enfriamiento de agua

Deseamos enfriar el agua a 25°C (TL1). Según Treybal R.(1988 ), el G s se obtiene a partirde:

12

12

S

A.L. ''G'CL'

LL TTHH

--

= (B37)

Donde:

L 1, HL1,TL1

G 1, Y1, HG1, TG1

G 2, Y2,HG2, TG2

L 2, TL2, HL2

73

CA.L.= L *CpA (B38)

CpA= capacidad calorífica del agua, la cual según Fólder R. (1991), es de 4.187KJ/Kg°C.

Por medio de la utilización del diagrama de operación se obtienen los datos de H así queG s es 4 453.1 Kg/hPara determinar Kya empleamos la ecuación para determinar el número de unidadesglobales de transferencia del gas.

s

H

HtOG G

KyaZHH

dHN'''*

'2'

1̀

=-

= ò (B39)

Integrando la ecuación 5 y despejando Kya tenemos:

( ) ( )( )( ) ú

úû

ù

êêë

é

--

----

=1

2

1122

12

''*''*

ln''*''*

'''HHHH

HHHHHH

ZG

Kya s (B40)

Con la utilización de la grafica mostrada en la figura para el aire-vapor de agua es posibleobtener los datos para H * y H .

Z es la altura de la torre la cual para una relación de área (A) altura es:

12 =ZA (B41)

Por lo tanto para un área de 25 m2 , Z es 5.

Por lo tanto Kya es : 131.45 Kg/m3h

i) Caldera.

La caldera es todo aparato a presión en donde el calor procedente de cualquier fuente deenergía se transforma en energía utilizable, a través de un medio de transporte en faselíquida o vapor.

Una caldera es un dispositivo cuya función principal es calentar agua. Cuando supera latemperatura de ebullición, genera vapor. El vapor es generado por la absorción de calorproducido de la combustión del combustible. La caldera se encarga de absorber el calorproveniente de las áreas del economizador, el horno, el supercalentador y el vaporrecalentado.

El diseño de éste equipo se realizó a una Temperatura de entrada de 180ºC, y una presiónde 4 Kgf/cm2. Las dimensiones de la caldera son:

74

Tabla B2. Dimensiones de la caldera.Característica Dimensión (m)Potencia 7712.5 calorías.Temperatura 180 ºCLongitud 2.1 m

La determinación calórica de un combustible se hace generalmente por medio de unanálisis químico, para nuestro caso la composición de nuestra muestra se obtuvieron de labibliografía la cual da la siguiente composición:

Tabla B3. Composición de la cáscara de cacahuateCompuestos % en pesoC 55H 12O 10N 4S 8Agua 10Cenizas 1

W6-S25)8O(H290C81calorificaPotencia ++=

(B42)Las potencias unitarias son las siguientes:

Tabla B4. Potencia calórica de los compuestos.Compuestos Potencia Calórico

caloríasC 81000H 29000O 2500N 0S 0

agua 600cenizas 0

Potencial calorífica = 7712.5 calorías.

La cantidad teórica necesaria de aire necesaria ara la combustión es:

KgOSHCL ÷øö

çèæ -++= 8

38

23100

0 (B43)

( )3

0 838

29.123100 mOSHCL ÷

øö

çèæ -++= (B44)

75

Utilizando las ecuaciones necesarias se obtiene:

L0 = 10.46376812 Kg

L0 =8.111448152 m3

Cantidad de gases calientes producidos en la combustión es:

KgWOOHCG ÷÷ø

öççè

æ+++÷

øö

çèæ -+= 31.5

85.355.120 (B45

30 8.042.1

3.38

7.279.8 mWOOHCG ÷÷ø

öççè

æ+++÷

øö

çèæ -+=

Con estas ecuaciones se obtiene

G0 = 11.31605 Kg

G0 = 87.13279754 m3

En la práctica se emplea siempre un exceso de aire para asegurar la combustión, aunquecon este exceso aumenta la perdida de calor por los gases que salen de la chimenea ydisminuye la temperatura de combustión. Llamado L la cantidad de aire realmenteempleado y n = 1.8.

L = n L0 (B46)

K = 21/n

K=11.7

Donde K es % de anhídrido carbónico y con esto se obtiene

L = 19 Kg.L = 14.6 m3

Cantidad de gases reales:

8.09

536.0WH

KCG +

+= (B47)

G = 10.2452 m3

76

La temperatura de combustión:

32.08.0

GcalóricaPotenciatv = (B48

tv = 1882 ºC

La superficie de caldeo del tubo ondulado se calcula, según Schulz Knaudt, como sifuese la de un tubo liso de diámetro medio aumentado 14 % de tal forma que1.15p+.14*1.15p=4.1186 metros cuadrados, la superficie es dos veces la del caldeo, o sea2*2.025 que da como resultado 4.05 m2; la superficie de calefacción de la calderaexpresada en m2 por cada metro de longitud es:

( ) 26744.3205.412.44 m=+

De estos hay que descontar cerca 0.4m de la envolvente recubiertos por la mampostería dela pared anterior y unos .55 por .4 metros del orificio para la extracción de barros demampostería; la parte del hogar interior que se encuentra bajo la parrilla, es elsemiperimetro del tubo en una extensión de unos 1.9 metros de longitud del tubo, paracalcular la longitud de la caldera es:

( ) mm

m 1.26744.32

5.0*1186.4*9.14.0*55.005.4*4.0632

3

=+++ (B49)

La longitud de la caldera resulta de 2.1 metros.

j) Cangilones.

Para cangilones espaciados y escavadoras la potencia es igual a la capacidad deseada entoneladas por hora, multiplicada por la elevación en pies y dividida entre 550. Paracangilones continuos con brazo de carga, se aumenta el divisor a 550. Las dos formulasincluyen pérdidas normales de transmisión así como también pérdidas de recolección de lascargas y son aplicables para elevaciones verticales y ligeramente inclinadas.

La ecuación considerada es la siguiente:

( )

550

,* ftElevaciónhr

Ton

P÷øö

çèæ

= (B50)

Cangilón 1, utilizado para transportar el cacahuate hacia el descascarador:

77

( )HP

ft

fthr

Ton

P 032.03.6*80966.2

=÷øö

çèæ

=

Cangilón 2, utilizado para transportar la semilla hacia el molino:

( )HP

ft

fthr

Ton

P 027.07*10444.2

=÷øö

çèæ

=

Cangilón 3, utilizado para transportar la torta seca al almacén.

( )HP

ft

fthr

Ton

P 72.1010*07177.1

=÷øö

çèæ

=

k) Transportadora de banda.

Para calcular potencia del transportador de banda que se usará para transportar la materiaprima hacia la limpieza de la misma se sabe que:

( )270

0 TLLFP += (B51)

Donde:CV = Potencia de la banda en Caballos de VaporF = 0.05L = Longitud del transportadorS = Velocidad de la banda (m/min)T = Carga del material manipulado (Ton/hr)

Por lo que la potencia es:

( )270

2867*5.303*05.0hr

TonmmP

+=

CVP 78.17=

Cuando 1HP = 0.999598 CV

HPP 80.17=

78

l) Almacén de Materia Prima.

Los almacenes para materia prima son llamados silos. Generalmente consisten en silosmetálicos o de concreto con capacidades unitarias que van las 100 y las 600 toneladas.Estos presentan algunas ventajas importantes para la conservación y manejo de grano sobrelas bodegas, como es: presentar mejor disposición para transportar el cacahuate a lasiguiente operación de transformación, facilidad para recircular entre un silo y otro en casode que requiera para mantener a la semilla en las condiciones de humedad requeridas.

De acuerdo a las necesidades de la planta se establece que se requerirán 3 silos condiámetro de 6 metros y altura de 7.5 m para el almacen de semilla de cacahuate por untiempo de un mes.

Para el caso del hexano, éste se almacenará para su uso dentro de 15 días, por lo que semanejarán 3 contenedores de 7 m de diámetro.

79

APÉNDICE C.

a) Costos de mantenimiento.

El costo de mantenimiento es el 4% del costo de inversión.

Inversión total = costo de la inversión + capital de trabajo + capital de inicio (C1)

El capital de trabajo es el 15% del costo de inversión.

Capital de trabajo = (400, 000) * (0.15) = $60 000

Capital de inicio = 0.1 del capital fijo

Capital de inicio = (400, 000) * (0.10) = $40 000

Obtenemos que:

Inversión total = $400 000 + $40 000 + $60 000= $500 000.

Por lo tanto el costo de mantenimiento anual de $20 000.

Costo laboral por persona:

De acuerdo a la operación se requerirá de personas que laboren dentro de la planta con 2jornadas de trabajo de 8 horas, por otra parte se enfatizan también los costos u obligacionesque se pretenden de acuerdo a la ley; son los siguientes.§ 20% prestaciones§ 1 semana de vacaciones anuales§ Servicio médico§ Horas extra (pago doble).

b) Evaluación económica.

El valor de la TREMA se calcula de la siguiente forma.

Si el valor de la TIIE es de 7.45.

sHabilidadeproyectodelRiesgoTIIETREMA ++= (C2)Donde:TIIE = Tasa de Interés Interbancaria de EquilibrioRiesgo= Es el riesgo considerado por los inversionistas

80

El valor de la TIIE es de 7.46 % según el Banco de México, el riesgo se calcula para esteprocesos es de 35 %, por lo que al calcular la TREMA nos da un resultado de:

46.4203546.7

=++=

TREMATREMA

Por otro lado la fórmula que se utiliza para calcular el VPN generados es:

( )å= +

+-=n

tt

t

TREMASSVPN

10 1

(C3)

Donde:

VPN= Valor presente neto.S0= Inversión Inicial.St= Flujo de efectivo neto del periodo t.n= Número de periodos de vida del proyecto.i= TREMA.

La Tasa Interna de Retorno (TIR) es la tasa de interés que reduce a cero el valor presente,futuro o el anual equivalente de una serie de ingresos y egresos. Es decir la TIR es aquellai* que satisface cualquiera de las siguientes ecuaciones:

å ==

+n

t tt

iS

00

*)1( (C4)

å =- =+

n

ttn

t iS0

0*)1( (C5)

å ==

n

t t niPAtiFPS0

0)*,,/)(*,,/( (C6)

Donde:

St= Flujo de efectivo neto (periodo t)n= Vida de la propuesta de inversión

El impuesto se calcula de la siguiente forma:

IMPUESTO = (INGRESO GRAVABLE) * TASA DE IMPUESTO (C7)

El Flujo después del Impuesto (FDI) se calcula:

FDI = FAI + IMPUESTO (C8)

Los cálculos se realizarán con los siguientes datos y los resultados se pueden observar en laTabla C1.

81

S0 = 50 000 USDn = 10 años

Tabla C1. Evaluación Económica.Año FAI Depreciación Ingreso

GravableImpuesto FDI

corrientesFDI

constante0 -500000 ---- ---- ---- ---- ----1 120000 -30000 75000 -26250 93750 92307.692 120000 -30000 75000 -26250 93750 71005.923 120000 -30000 75000 -26250 93750 54619.944 120000 -30000 75000 -26250 93750 42015.345 120000 -30000 75000 -26250 93750 32319.496 120000 -30000 75000 -26250 93750 24861.147 120000 -30000 75000 -26250 93750 19123.958 120000 -30000 75000 -26250 93750 14710.739 120000 -30000 75000 -26250 93750 11315.95

10 120000 -30000 75000 -26250 93750 8704.57

82

APENDICE D.

INFORMACIÓN ADICIONAL.

1. ¿Cómo se limpia la materia prima?

Los granos son vertidos en una tolva que se encuentra enterrada, cuya parte superior,situada a1 nivel del suelo, está provista de rejas amplias, qué permite la eliminación de lasimpurezas de mayor tamaño. En el fondo de esta fosa, los granos son recogidos por unelevador de cangilones y de allí pasan por medio de una banda transportadora a lassecciones de los almacenes.

Los aparatos limpiadores utilizados, combinan la acción de las diferencias de pesosespecíficos en una corriente de aire, con las variaciones de volumen de los diversosconstituyentes. Después de este paso conviene hacerlos pasar por un despedregador, con elfin de eliminar las piedras y otras impurezas pesadas cuyas dimensiones sean similares a lasde los granos.

Este aparato consiste esencialmente en un cajón provisto en su interior de una planchametálica inclinada en la que se vierten los granos que deben ser limpiados, y en cuyasuperficie se mantiene, gracias a un, ventilador, una corriente de aire ascendente. Laintensidad de esta corriente de aire está calculada de tal modo que los granos sonimpulsados hacia arriba, en tanto que las piedras y otras impurezas pesadas caen hacia laparte inferior de la plancha. De este modo, los aparatos descortezadores se libran de losinconvenientes que pueden resultar del paso de un objeto de gran dureza.

Para ser completa una buena limpieza debe incluir también la eliminación de las partículasde hierro no extraídas con las demás impurezas pesadas y que después podrían provocaraccidentes. Esta eliminación se efectúa con la ayuda de un separador magnético colocado,antes de los aparatos que constituyen la cadena de preparación.

2. Difusión en la extracción con hexano.

La velocidad de transferencia de masa durante la extracción sólido-líquida es de interéspara los procesos de diseño. En el caso de tejidos vegetales, la difusión depende de laestructura, la cual es llamada usualmente difusión aparente o efectiva y puede modelarsecon la 2da. ley de difusión de Fick.

Esta aproximación utiliza el gradiente de concentración entre las partículas de materialcrudo y el seno de la solución como la fuerza impulsora de la extracción. Sin embargo, sudesarrollo puede emplearse (asumiendo que no hay cambios en las difusividades efectivascon la concentración de soluto y que la resistencia externa a la transferencia de masa esdespreciable) usando un coeficiente de partición o distribución entre dos fases y trabajandocon extractos diluidos. Así, la velocidad de extracción se incrementa con el incremento del

83

gradiente de concentración. También puede aumentarse incrementando el coeficiente dedifusión o reduciendo el tamaño de partícula, lo que resultaria en una mayor velocidad deextracción.

Esta aceleración se podría traducir en términos de cantidad de solvente utilizado (L dehexano/Kg de semilla triturada), tiempo de extracción y/o reducción del número de etapasen la extracción.

3. ¿Por qué utilizar hexano como líquido extractor?

a. La Selectividad del solvente:

Entre los solventes más utilizados, entre ellos tertracloruro de carbono, bencenoy hexano, con éste último se obtienen rendimientos mayores en la extracción deaceite respecto a los demás solventes que además tiene característicascancerígenas.

b. Insolubilidad del disolvente:

El hexano no es soluble en agua, por lo que facilita la separación de ésta, pararecircular el solvente en el proceso.

c. Recuperabilidad: Es posible recuperar casi la totalidad del hexano pordiferentes métodos.

d. La densidad del hexano es menor que la del aceite, por lo que es mayor ladifusión del hexano en el aceite.

e. Reactividad química estable e inerte, a ciertas condiciones el hexano esestable y no reacciona químicamente con el aceite.

f. Viscosidad, Presión de vapor, Punto de congelamiento bajos para facilitar elmanejo y el almacenamiento

g. Baja toxicidad comparado con tretracloruro de carbono y el tolueno que sonlos solventes que se han aplicado en la industria de extracción de aceites.

4. ¿Por qué proceso continuo?

El dimencionamiento de los equipos se realizó para que el proceso fuera continuo, ya quelos tiempos de residencia en los diferentes equipos no son iguales, por lo que los equiposson de diferente tamaño.

84

5. Energía utilizada:

a. Caldera: En este equipo se calculó la cantidad de energía que requiere para que laTemperatura del agua sea de 180ºC (ver inciso B).

Pcaldera= 7712.5 cal/hr.= 1.2 HP

b. Cangilones: Se utilizarán 3 cangilones de aproximadamente 6.3, 7 y 10 ft.

Pcangilón1 =0.032 HPPcangilón2 =0.027 HPPcangilón3 =10.72 HP

c. Transportadores de banda: Este transportador se usa cuando se lleva la materiaprima a la limpieza.

Ptransportador =17.80 HP

d. Tamizado:

Ptamiz =3 HP

e. Molino: De acuerdo a la marca del molino y las dimensiones, la potencia del motorvaría, en este caso el valor es de

Pmotor molino =9.9 HP

f. Prensa: En esta operación, la energía requerida para tratar el flujo requerido, es de

P prensa= 50 HP

ECUACIONES PARA EL DISEÑO DE BOMBAS.

Balance de Energía.

Balance de energía mecánica o ecuación de Bernoulli

( ) ( ) ( )0

2

21

22

1212 =++-

+-+- mFmWVVmZZmgPPmsr

Todos los términos están expresado en J (Joules) S.I.

85

Pérdidas por fricción.

gVK

DLfh f 2

2

÷øö

çèæ += å

Potencia de la bomba:

hgmh

P sb =

Donde:M = flujo másico en Kg/sHs = Altura manométrica (m)Pb = Potencia (W)

La potencia de los motores se calculará de la siguiente forma, de acuerdo a las normasvigentes.

bombamotor PP *3.1= para motores trifásicos

bombamotor PP *5.1= para motores monofásicos

En el proceso se proponen 6 bombas de las cuales se calculará la potencia de las mismas ,además de Potencia de los motores.

Bomba 1 (E-35):

E = 181.45 Kg/h aguaQ = 0.05 L/sH = 2 mn = 0.6

HPm

sL

P 024.06.0*75

2*05.0==

Bomba 2 (E-36):

86

E = 7.39 Kg/h agua-hexano

LKg

mKg

hexano 66.0660 3 ==r

LKg

agua 1=r

( ) ÷øö

çèæ+=

66.00007.00013.0Q

Q = 0.0024 L/sH = 1.5 mn = 0.6

HPm

sL

P 00008.06.0*75

5.1*0024.0==

Bomba 3 (E-39):

E = 759.51 Kg/h aceite

LKg

mlg

aceite 849.0849.0 ==r

÷øö

çèæ=

849.021.0Q

Q = 0.247 L/sH = 3 mn = 0.6

HPm

sL

P 33.596.0*75

3*247.0==

Bomba 4 (E-38):

E = 130.81 Kg/h aceite-hexano

87

LKg

mKg

hexano 66.0660 3 ==r

LKg

mlg

aceite 849.0849.0 ==r

÷øö

çèæ+÷

øö

çèæ=

66.000072.0

849.00356.0Q

Q = 0.043 L/sH = 10 mn = 0.6

HPm

sL

P 0087.06.0*75

10*043.0==

Bomba 5:

E = 128.20 Kg/h aceite

LKg

mlg

aceite 849.0849.0 ==r

÷øö

çèæ+÷

øö

çèæ=

66.0000025.0

849.0036.0Q

Q = 0.042 L/sH = 10 mn = 0.6

HPm

sL

P 0202.066.0*75

10*01.0==

88

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