COMPARACIÓN DEL RENDIMIENTO DE ALCOHOL ETÍLICO

PONTIFICA UNIVERSIDAD CÁTOLICA DEL ECUADOR SEDE MANABÍ

INGENIERIA AGROINDUSTRIAL

“COMPARACIÓN DEL RENDIMIENTO DE ALCOHOL ETÍLICO QP POR EL MÉTODO DE DESTILACIÓN EN

LOS DESECHOS DE TRES VARIEDADES DE CÍTRICOS (Citrus sinensis, Citrus nobilis, Citrus

maxima) PARA LA ELABORACIÓN DE BIOCOMBUSTIBLE EN EL CANTÓN CHONE

PROVINCIA DE MANABÍ”.

FABRICIO XAVIER ZAMBRANO SOLORZANO

2008

INTRODUCCIÓN

La biotecnología ofrece diversas opciones para la generación de energías renovables. Una de ellas es la producción de bioetanol, el cual se obtiene mediante un proceso denominado fermentación.

El bioetanol se usa en la preparación de carburantes para vehículos automotores. En esta investigación se presenta un estudio comparativo de rendimiento en tres variedades de cítricos (Citrus sinensis, Citrus nobili, Citrus maxima), y su mejor opción para la obtención de alcohol etílico destilado en laboratorio.

En este trabajo se propone la producción de etanol a partir de desechos, de cítricos de baja demanda, con el objeto de añadir valor agregado a éstos y contribuir con el manejo de los mismos de una mejor manera canalizándolos como una oportunidad de generar nuevos empleos para mitigar la pobreza de numerosos grupos de agricultores y diversificar la producción de energía, favoreciendo el desarrollo sustentable en beneficio directo de los habitantes en zonas rurales de nuestro cantón Chone.

IMPORTANCIA DEL BIOETANOL.

Si bien es cierto a nivel mundial se esta tratando de buscar energías alternativas, como la energía eólica, hidráulica, geotérmica, solar y las energías de la biomasa, en esta ultima es en la que nos vamos a referir en esta tesis donde se ve Involucrada de forma directa la biotecnología, todo esto con el únicos objetivo de no depender de las energías no renovables como es el caso de los derivados del petróleo como el gas o la gasolina diesel y otros.

BENEFICIOS DEL BIOETANOL.

El etanol permite un aumento del índice de octano, y por lo tanto, la reducción del consumo y de la contaminación (10 a 15 % menos de monóxido de carbono e hidrocarburos).

El etanol se puede mezclar con la gasolina sin plomo de un 10 % a un 25 % sin dificultad. En ciertos motores, se ha logrado incorporar hasta en un 100 % .

El etanol podría así, sustituir al metil ter-butiléter (MTBE), producto oxigenante con el que se reformulan las gasolinas en Ecuador y en muchas otras partes del mundo pero que la a vez se lo está tratando de desaparecer de una forma paulatina por el alcohol etílico (EtOH), y que ha permitido reducir las emisiones de CO2.

OBJETIVOS

OBJETIVOS GENERAL:

Comparar el rendimiento de alcohol etílico en tres variedades de cítricos (Citrus sinensis, Citrus nobilis, Citrus maxima).

OBJETIVOS

OBJETIVOS ESPECIFICOS: Determinar cual de las tres variedades se puede

obtener mejor rendimiento de alcohol. Monitorear el proceso de fermentación y

comportamiento de las tres variedades de cítricos. Cuantificar el volumen y el grado alcohólico en las

tres variedades al término de la fermentación y posteriormente al término de la destilación.

Realizar un análisis bromatológico de los desechos generados de la fermentación.

Contribuir en el manejo de desechos de cítricos

MARCO TEORICO

El rendimiento teórico estequiométrico para la transformación de glucosa en etanol es de 0.511 g de etanol y 0.489 g de CO 2 por 1gr de glucosaSe tiene que tener 0.16 gr por litro de glucosa mínimo para que pueda haber OH etílico

1. Procesos de Fermentación 2. Efectos Internos y Externos 3. Efecto del pH y la Temperatura Sobre el Crecimiento de las levaduras 4. Limitaciones del Proceso5. Concentración de etanol resultante 6. Acidez del substrato 7. Concentración de azúcares 8. Contacto con el aire 9. La temperatura 10.Variedades de biocombustibles con bio etanol como el Bioetanol E-5 y E-100

METODOLOGÍA

4.1. Localización del Ensayo 4.2. Diseño del Fermentador para la

Fermentación Alcohólica de Rechazos de Cítricos.

Tapón de seguridad

Botella deagua

Manguera deSalida de CO2

Empaque de seguridad

Vino(OH, H2O, Cenizas, fibra , proteína)

DISEÑO DEL FERMENTADOR

METODOLOGÍA

4.4.2 Matriz Experimental Estudio Final

METODOLOGÍA

4.6 Diseño Estadístico Para determinar el rendimiento óptimo de

fermentación óptima de los rechazos de cítricos en las tres variedades de cítricos y las variables a analizar, se realizó un análisis de varianza, bajo un diseño experimental completamente al azar, utilizando cinco repeticiones por tratamiento siendo las unidades experimentarles los 15 fermentadores duplicados al que se les tomo el pH y tuvieron incidencia de O2 y a los que no se le tomaron el pH y que no tuvieron una incidencia de O2.

METODOLOGÍA

Variables Analizadas: pH inicial o antes de fermentar, pH final o

después de fermentar, pH del OH, Grados Brix Inicial o antes de fermentar ,Grado Brix Final o después de fermentar , Grados Brix del OH y Grados de OH , todo esto con duplicado y las muestras diarias del pH en las primeros 15 fermentadores.

RESULTADOS

Tabla.2. Análisis de Laboratorio de pH Inicial en los Fermentadores

con Incidencia de O2 y los Fermentadores Sin Incidencia de O2.

C.I.O2 F.C Desviación F.T S.I.O2 F.C Desviación F.T

Tratamiento 0,08 ± 0,08 4,46 Tratamiento 1,36 ± 0.26 4,46

Bloque 0,02 ± 0,08 3,84 Bloque 0,06 ± 0.26 3,84

p< 0.05 p< 0.05

FC es mayor que FT = altamente significativoFC es menor que FT = no es altamente significativo

RESULTADOS

Tabla.3. Análisis de laboratorio de °Brix Inicial en los fermentadores

con incidencia de O2 y los fermentadores sin incidencia de O2.


Tratamiento 9,18 ± 3,32 4,46 Tratamiento 9,44 ± 0.71 4,46

Bloque 0,38 ± 3,32 3,84 Bloque 0,30 ± 0.71 3,84

p< 0.05 p< 0.05


RESULTADOS

Tabla.4. Análisis de Laboratorio de pH Final en los Fermentadores con Incidencia de O2

y los Fermentadores sin Incidencia de O2.


Tratamiento 0,02 ± 1,30 4,46 Tratamiento 4,33 ± 0,47 4,46

Bloque 0,04 ± 1,30 3,84 Bloque 0,04 ± 0,47 3,84

p< 0.05 p< 0.05


RESULTADOSTabla.5. Análisis de Laboratorio de °Brix Final en los Fermentadores con Incidencia de

O2

y los Fermentadores Sin Incidencia de O2.



Bloque 0,69 ± 0,92 3,84 Bloque 0,15 ± 0,49 3,84

p< 0.05 p< 0.05


RESULTADOS

Tabla.6. Análisis de Laboratorio de pH del OH en los Fermentadores con Incidencia de O2

y los Fermentadores Sin Incidencia de O2.



Bloque 0,04 ± 0,98 3,84 Bloque 0,14 ± 0,20 3,84

p< 0.05 p< 0.05


RESULTADOSTabla.7. Análisis de Laboratorio de °Brix de la Muestra

Fermentada Con y Sin Incidencia de O2.



Bloque 2,82 ± 1,66 3,84 Bloque 4,73 ± 1,57 3,84

p< 0.05 p< 0.05


RESULTADOS

Tabla.8. Producción de OH de las Muestras fermentadas Con y Sin Incidencia de O2.



Bloque 8,21 ± 9,04 3,84 Bloque 12,83 ± 3,84 3,84

p< 0.05 p< 0.05


RESULTADOS

Tabla .9. Análisis Bromatológicos Específico del Mosto de los Jugos Fermentados

en las Tres Variedades de Cítricos Estudiadas.

Cenizas Fibra Proteína

Naranja 0,85% 2,70% 1,69%

Toronja 0,70% 2.69% 1.18%

Mandarina 0,43% 1,65% 0,97%

DATOS DE PRODUCION DE CITRICOS.

Según tatos obtenidos del MAGAP los cuales están cercanos a los reflejados por los centros de acopios mas cercanos ,se tiene una producción en mandarina de 5.500 hectáreas, con un rendimiento de 185.5 qq/Ha (170 mandarinas son 100 libras) lo que quiere decir que se cosecharía un promedio de 722.677unidadespor día y según datos de uno de los dos centros de acopio están sacando 200.000 unindades diarias mandarinaspromedi lo que da notar que si son datos reales.En naranja el área sembrada es de 4.425 hectáreas, con un rendimiento 79 qq/Ha (85 naranjas son 100 libras). Y en toronja no se tienen datos pero es el 20% de la producción de mandarina en unidades.

PUNTOS DE RENTABILIDADCabe acotar que según datos promedios por una tonelada el rendimiento estimado de alcohol etílico al 100 % es de 20a 40 litros.

Nosotros de 300 mandarinas mas o menos 200 librasobtuvimos 4000 ml de 26 a 29 grados de OH lo que quiere decir que para ser algo rentable esta muy apartado de la realidad por ahora ,y que esta tesis es con el objetivo de darle un valor agregado colaborando desde la parte abiental, ya que para que sea rentable tendríamos que destinar toda la producción actual de cítricos no solo los rechazos, pero descompensaríamos la demanda del mercado, nacional e internacional que es del 70 % por lo cual en ese caso tendríamos que elevar la producción para abastecer los dos propósitos el energético y el alimentario.

COMPOST

Rechazos

Centro de acopio

Saccharomyces cerevisiae

CONCLUSIONES Los resultados generados en este estudio de investigación determinan

que el jugo de rechazo de mandarina fermentado y luego destilado es el más prometedor en el rendimiento de.

Podemos decir que en nuestro estudio comparativo entre los fermentadores con incidencia de O2 y en comparación con los fermentadores que no tenían incidencia de O2 que los del primer caso, ayudaron a acondicionar de mejor manera el medio para que las levaduras hagan un mejor trabajo en la fermentación y así tener un rendimiento más eficiente.

CONCLUSIONES Comparándose los monitoreos obtenidos de las medias de las diferentes

repeticiones de cada una de las variedades y en los diferentes tratamientos para el estudio del mejor rendimiento de alcohol etílico, podemos concluir que el mas prometedor es el caso de los tratamientos con incidencia de O2 y que la mayor obtención de alcohol en la destilación se dio en la variedad de la mandarina.

Los tratamiento que no tuvieron incidencia de O2 en naranja fue de 14,6, de toronja 17,5 y de mandarina 21,8 grados de alcohol etílico destilado de 80 ml de 500 ml de fermento, la mandarina dio un resultado estadísticamente significativo en cuanto a su rendimiento, lo cual es favorable a la hora de la obtención de alcohol etílico.

CONCLUSIONES En el caso de las variables bromatológicas del mosto de la fermentación

que se trabajaron fueron los especiales casos de cenizas, fibra y proteínas, y podemos concluir que se puede realizar alguna especie de alimento, ración, suplemento alimenticio para animales dependiendo de los requerimientos nutricionales de los mismos.

Tabla .10 .Análisis Bromatológicos Especifico del Mosto de los Jugos Fermentados en las Tres Variedades de Cítricos Estudiadas.

Cenizas Fibra Proteína

Naranja 0,85% 2,70% 1,69%.

Toronja 0,70% 2.69% 1.18 %

Mandarina 0,43% 1,65% 0,97%

CONCLUSIONES Otro dato interesante que se pudo obtener en este estudio que contradice algunas

leyes y reglas , es el de la naranja, que entre más grados °Brix, se obtuvo menos porcentaje de OH, y, en el caso de la mandarina fue lo contrario, entre menos cantidad de °Brix, se obtuvo más porcentaje de alcohol etílico ya que en los datos que se obtuvo pareciera que las levaduras pierden energía y por ende consumen °Brix al trabajar más tiempo al acondicionar su pH en cuanto este más alejado del optimo para ellas y así realizar su mejor desempeño al transformar los azúcares en OH y por ende bajara su nivel alcohólico.

Sin embargo es un dato que se lo debería estudiar mas a fondo en otra tesis ya que en este caso solo se lo pudo notar como una variable que se pudo dar por algunos factores indirectos o directos en si serian hipótesis por estudiar en un próximo trabajo ya que no son objetivos directo de esta investigación .

CONCLUSIONES Es importante puntualizar que en este trabajo se propone la producción de

etanol a partir de desechos cítricos de baja demanda, con el objeto de añadir valor agregado a éstos y contribuir con el manejo de los mismos de una mejor manera, canalizándolos como una oportunidad de generar nuevos empleos para mitigar la pobreza de numerosos grupos de agricultores y diversificar la producción de energía, favoreciendo el desarrollo sustentable en beneficio directo de los habitantes en zonas rurales.

RECOMENDACIONES Obtener varios subproductos de los desechos de estos rechazos como

por ejemplo de las cáscara un compost agrícola.

Establecer una cama para cultivar lombriz californiana y alimentar con estas cáscaras para la producción de humus.

Se puede usar el mosto del fermento en algún alimento para animales tomando en cuenta los requerimientos de la ración alimenticia. por su contenido de cenizas , proteínas y fibra de los cuales se ajunta en anexos en la grafica 16, 17, 18, y la tabla 9.

Hacer una investigación con otras variedades de levaduras, usando como materia prima la mandarina.

Es recomendable un proyecto de factibilidad y puesta en marcha, tomando en cuentra los indicadores de rendimientos para la producción de bioetanol a partir de rechazos de mandarina.

ENFOQUE GRÁFICO DE ESTUDIO





ANEXOS

VariablesFrutas

Ph.I °Brix.I PH.F °Brix.F Ph.DDD °Brix.DDD OH.DDD

Naranja 3,24 10,04 5,06 3,60 4,06 5,24 20,80

Toronja 3,28 8,96 4,98 3,56 3,88 5,80 21,90

Mandarina 3,38 8,52 5,02 3,32 3,92 5,88 26,20

Tabla 14. Análisis de Laboratorio de Medias Aritméticas de Todas las Repeticiones de Cada Tratamiento de las Muestra Antes y Después de Fermentar

y del Destilado con Incidencias de O2.

VariablesFrutas

Ph.I °Brix.I PH.F °Brix.F Ph.DDD °Brix.DDD OH.DDD

Naranja 3,86 10,06 4,86 3,32 3,98 4,8 14,6

Toronja 3,84 8,96 4,02 4,04 4,02 3 17,5

Mandarina 3,85 8,52 5,02 3 4 5,8 21,8

Tabla.15. Análisis de Laboratorio de Medias Aritméticas de Todas las Repeticiones de Cada Tratamiento de las Muestra Antes y Después de

Fermentar y del Destilado sin Incidencias de O2.

ANEXOS

Paradas Medida °OH °C

1. 80 ml 26/27 °OH 97 °C

2. 80 ml 8/10 °OH 98 °C

3. 80 ml 5/5 °OH 99 °C

4. 80 ml 5/5 °OH 99 °C

5. 80 ml 4/5 °OH 99 °C

Tabla.17. Análisis de laboratorio del rendimiento de OH de la media aritmética en una muestra de 500 ml destilados en 5 paradas tomadas de los 2000 ml

fermentados promedio.

Muchas gracias por su

atención.

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