Evaluacion Nacional 2016 Balance-I

UNIVERSIDAD NACIONAL

ABIERTA Y A DISTANCIA

358081 – BALANCE MÁSICO Y ENERGÉTICO DE PROBLEMAS AMBIENTALES

GUÍA EVALUACIÓN FINAL

Respetados estudiantes. Esta actividad corresponde al desarrollo de un trabajo basado en un proyecto a partir de las temáticas en el curso. Usted debe enviar a través de la plataforma el documento de desarrollo de este trabajo, de acuerdo con las recomendaciones dadas para la resolución de esta actividad. Muchos Éxitos! Objetivo: 1. Evaluar la aplicación de los conocimientos adquiridos por el estudiante durante el curso, frente a una posible situación que se pueda presentar en su desempeño laboral. Esta actividad es de carácter individual, bajo ninguna circunstancia se reciben trabajos grupales o repetidos.

Planteamiento del problema de ingeniería

En las lagunas de una planta de tratamiento de aguas residuales, el exceso de nitrógeno y fosforo en el agua, hace que crezca una maleza compuesta por algas, esta maleza es perjudicial porque restringe el paso de la luz solar necesario para la fotosíntesis, además de impedir el intercambio de CO2 y oxígeno, por lo cual debe ser removida y se define como un residuo del proceso de tratamiento de aguas residuales. El consorcio en el que usted labora ha sido contratado para aprovechar esta maleza en la obtención de algún producto de valor, y propone aprovechar la maleza húmeda y transformarla en un biocombustible (biodiesel), para lo cual usted debe diseñar un proceso de producción de biodiesel a partir de la maleza, con el fin de cumplir el objetivo, por lo cual se plantean las siguientes actividades: Actividades:

1. De acuerdo con la Tabla 1, el estudiante debe seleccionar un proceso de

obtención del biodiesel a partir de maleza húmeda, se debe seleccionar

una tecnología por cada etapa de acuerdo a conceptos como

rendimiento, criterios ambientales, energéticos y económicos

evaluados por el estudiante.

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UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD

Escuela de Ciencias Agrícolas, Pecuarias y del Ambiente

358081 – Balance másico y energético de problemas ambientales.

Tabla 1. Tecnologías disponibles por etapa para la obtención de biodiesel de maleza PTAR.

Ejemplo:

2. Descargar la versión de prueba del software Edraw Max. Por favor descárguelo

únicamente de la página web http://www.edrawsoft.com/. Una vez instalado el

programa, proceda a dibujar su proceso con los equipos disponibles en la librería

del software, por favor tenga en cuenta las entradas y salidas del proceso. Por

favor nombre cada tecnología seleccionada en el diagrama del proceso, así como

las corrientes de entrada y salida de cada equipo. Puede ser creativo en su

Etapa 0. Materia

PrimaEtapa 1. Secado

Etapa 2. Extracción

de aceite

Etapa 3.

Purificación de

aceite

Etapa 4.

Transformación de

aceite

Etapa 5.

Purificación de

biodiesel

1.1 Secado al sol2.1 Extracción

Soxhlet con hexano

3.1 Tamices

moleculares

4.1

Transesterificación

metanol-acido

5.1 Destilación

comun

1.2 Secado por

microondas

2.2 Extracción Bligh-

Dyer con Metanol-

Cloroformo

3.2 Destilación

reactiva

4.2


metanol-base

5.2 Destilación

reactiva

1.3 Secado por

centrifugación

2.3 Extracción

enzimatica con

celulasa

3.3 Absorción

4.3

Transesterificacion

enzimatica

5.3 Tamices

moleculares

1.4 Secado en

horno convectivo

2.4 Extracción

supercritica con

CO2

3.4 Destilación

comun

4.4


heterogenea

5.4 Lavado

Maleza de PTAR1.5 Secado en

tambor rotatorio

2.5 Extracción

multifuncional con

metanol-H2SO4

3.5 Adsorción4.5 Esterificación/


5.5

Decantación

1.6 Secado en

membrana de

refractancia

2.6 Secreción

directa de aceite3.6 Lavado

4.6

Hidrotratamiento5.6 Tricanter

1.7 Secado en

prensa caliente

2.7 Extracción

asistida por

ultrasonido

3.7

Decantación

4.7 Cracking/

oligomerización

5.7

Cromatografía

1.8 Secado "Spray

Drying"

2.8 Extracción in-

situ con

ciclohexano

3.8

Cromatografía

4.8

transesterificacion

etanol-base

5.8 Adsorción

1.9 Secado por

liofilización

2.9 Extracción batch

con hexano3.9 Tricanter

4.9


etanol-acido

5.9 Absorción

http://www.edrawsoft.com/

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diagrama de proceso, cambiar colores, tamaño y forma de los equipos, color y

grosor de las flechas, color, tamaño y tipo de letra etc.

Ejemplo: Siguiendo el ejemplo anterior, con las tecnologías seleccionadas, y

según esta guía, el diagrama del proceso en Edraw Max quedaría así:

nota: la presencia de residuos y/o impurezas en las corrientes del proceso

dependen de la eficiencia de cada tecnología seleccionada, si una tecnología es

100% eficiente, la corriente de salida no tiene residuos del componente que

desea separar y no serán nombrados en la corriente de salida (ver Anexo 1).

3. Hacer los cálculos del balance de masa de cada etapa del proceso, especificando

la composición másica de cada corriente y teniendo en cuenta lo que entra, sale

y reacciona, así como la eficiencia de la etapa. Las sustancias adicionales así

como las eficiencias dependen de cada tecnología y se listan en el Anexo 1, las

consideraciones especiales que debe hacer a su proceso para facilitar los cálculos

son las siguientes:

El flujo de entrada de maleza húmeda al proceso es el número de su grupo

colaborativo multiplicado por 100 (kg/hora).

El porcentaje de humedad de la maleza al entrar al de secado es de 90%.

El porcentaje de aceite dentro de la maleza (después de secarla) es el

número de su grupo colaborativo (%).

En el secado solo se evapora agua (por la corriente de salida de agua no

sale ni aceite, ni maleza).

Todo el adicional que ingresa a la extracción, sale en la corriente de aceite

(no hay adicional en la corriente de maleza desgrasada).

Todo el adicional usado en purificar aceite, sale en la corriente de residuos.

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El adicional ingresado para la transformación del aceite en biodiesel se

consume en el mismo porcentaje que la eficiencia de la tecnología.

El la reacción de producción de biodiesel, ignore los subproductos obtenidos

mediante las diferentes reacciones (glicerina, agua, C20+, etc.).

Todo el adicional que ingresa a la purificación de biodiesel, sale en la

corriente de residuos.

El flujo de entrada de las sustancias adicionales necesarias en cada tecnología

también se muestra en el Anexo 1.

Ejemplo: Siguiendo el ejemplo anterior donde se seleccionaron ya las diferentes

tecnologías y de acuerdo al Anexo 1, y suponiendo que mi número de grupo

colaborativo es 66, las corrientes másicas de mi proceso quedarían así:

Entrada de maleza húmeda al secador = 66*100 =6600 kg/hora

Masa de agua que entra al secador = 90%*6600 = 5940 kg/hora

Porcentaje de aceite en la maleza (despues de secarla) = 66 %

Todo el ciclohexano que ingresa a la extracción, sale en la corriente

de aceite (no hay ciclohexano en la corriente de maleza desgrasada).

Todo el emulsificante que ingresa a la purificación de aceite, sale en

la corriente de residuos.

El Metanol-acido ingresado para la transformación del aceite en

biodiesel se consume en un 90%.

Como elegí para la quinta etapa destilación común y esta no requiere

ningún adicional, la salida de adicional en los residuos es cero.

4. Llenar la tabla de resultados del balance de materia del proceso que se

presenta a continuación:

Tecnología

Eficiencia

Entradas adicionales

Masa de adicionales (kg/hora)

1.3 100% Ninguna 0

2.8 70% Ciclohexano 66*20 = 1320

3.6 100% Emulsificante 66*26 =1716

4.1 90% base aceite Metanol-Acido 66*4 = 264

5.1 100% Ninguna 0

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Nota. Todas las corrientes que entran o salen de cada equipo deben ser listadas

en la tabla de resultados y dentro de cada corriente, todos los componentes

que contenga dicha corriente deben ser listados, si es necesario, puede agregar más

celdas a la tabla. En el Anexo 2. Se muestra un ejemplo de la tabla de

resultados totalmente diligenciada con los cálculos del balance de materia para el

proceso seleccionado como ejemplo.

5. Realizar el Balance de Energía del proceso y presentarlo en el siguiente formato :

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Las consideraciones especiales que debe hacer a su proceso para facilitar los

cálculos son las siguientes:

El balance de energía para sistemas abierto es:

El sistema de referencia escogido es el ambiente T= 25°C y P = 1 atm.

Puede trabajar con otras unidades además de la expuesta en la tabla, pero

conservando la relación.

El cp de la maleza, de la celulosa y los emulsificantes se asume como la

misma del agua.

Para procesos de purificación con adsorbentes o adsorbentes la

temperatura del proceso es ambiente.

6. Presentar una explicación de la elección de la ruta basada en criterios

ambientales, económicos, energéticos y de rendimiento

7. Presentar el análisis de resultados del trabajo realizado, este debe ser de su

autoría, aunque puede soportar sus argumentos con documentos de fuentes

externas, siempre y cuando estas sean debidamente referenciadas y NO presente

copia literal de frases de otros documentos.

Flujo masico

del

componente

(Kg/hora)

T1 (K) T2(K) Cp (Kj/Kg K)Hentalpía

H

Calor

Q

salida 1 (agua)

salida 2 (maleza)

Salida 1 (aceite)

Salida 1(solvente)

Salida 2 (maleza desgrasada)

Salida 1

Salida 2

Salida 1

Salida 2

Salida 1

Salida 2

Purificación del

Biodiesel

secado

Etapa

salida 2 ( aceite no extraido )

Extracción

Purificación de

aceite

Transformación

del aceite

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Recomendaciones para la elaboración del ejercicio: - La recomendación más importante es leer todas las indicaciones consignadas en la guía las veces que sea necesario, entender las intencionalidades de la misma y luego sí, planear el trabajo y empezar a desarrollarlo. - Revisar y leer detalladamente la Rúbrica de Evaluación para ir monitoreando el trabajo. Utilizar la rúbrica como una lista de chequeo para asegurar que se han considerado todos los ítems solicitados, antes de entregar el producto final. - Revisar las fechas para la terminación y entrega de la actividad, de manera que pueda planear adecuadamente su tiempo y cumplir oportunamente con las actividades solicitadas. - El trabajo debe ser ÚNICO E INDIVIDUAL, el trabajo debe contener la siguiente estructura:

Portada (1 página) Descripción del diagrama del proceso (media página) Diagramas de flujo detallados del proceso en Edraw Max (media página) Tabla de resultados del balance de materia del proceso (1 página) Balance de energía (1 paginas) Justificación de la ruta escogida (1 página) Análisis de resultados (media página) Bibliografía (media página) El estudiante debe entregar un archivo en Excel donde se evidencien todos los

cálculos desarrollados

Esto quiere decir que la extensión máxima del trabajo será de siete (7) páginas. - El trabajo debe ser de su autoría, por lo que no debe contener copias textuales de otros documentos. - En caso de consultar otras fuentes (libros, artículos o páginas de Internet), debe hacer la respectiva cita bibliográfica según las normas APA, que puede encontrar en el siguiente [enlace]. - En caso de consultar páginas en Internet, por favor ingrese a páginas que tengan reconocimiento académico (centros investigativos, revistas especializadas, páginas de entidades oficiales, universidades, entre otros). NO consulte páginas como “el rincón del vago”, “buenas tareas”, “wikipedia”, entre otras.

http://www.cibem.org/paginas/img/apa6.pdf

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- El formato del trabajo es el siguiente: Tamaño hoja: carta Márgenes: superior, inferior, izquierdo y derecho: 2,5 cm Interlineado: sencillo Texto: Arial 11 puntos Formato de entrega: PDF

El estudiante debe entregar un archivo en Excel donde se evidencien todos los

cálculos desarrollados

Evaluación: Para la evaluación del trabajo se tendrán en cuenta los siguientes criterios:

Buena presentación del documento Cumplimiento de todas las exigencias de la guía de la actividad Nivel de análisis

Si después de leer la guía y comprenderla en su totalidad, tiene alguna duda, por favor comuníquela a su tutor con la suficiente anticipación para que el (ella) tenga el tiempo suficiente de analizarla y responderle debidamente y con todo el gusto. Si tiene alguna duda o reclamo con respecto a su nota, esta debe ser realizada en las fechas programadas en la agenda del curso para retroalimentación y con mucho gusto será atendida, pasada la fecha de retroalimentación de la actividad no se reciben requerimientos relacionados con la misma, por favor organice su tiempo y esté pendiente de la plataforma.

“Todo material educativo que se produzca deberá respetar los derechos de autoría y la normatividad nacional e internacional sobre plagio, piratería o falsificación de obras de

propiedad intelectual lo que se remitirá a las sanciones de carácter administrativo y penal correspondientes en caso de ocurrir”, según lo establece el Acuerdo 006 del 26 de agosto de 2008, por el cual se aprueba el Estatuto de propiedad Intelectual de la

Universidad Nacional Abierta y a Distancia (UNAD).

Nota: No se pueden tomar productos que se encuentran ya diseñados para estos fines (a no ser que se exprese lo contrario en la guía), o que se haya diseñado o presentado

en curso anterior, o un periodo anterior de este mismo curso, el producto debe ser totalmente de su autoría, es decir, completamente original. No utilizar contenidos

iguales a los de otros estudiantes.

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Anexo 1. Datos técnicos de las tecnologías propuestas

Tecnología Eficiencia Entradas

adicionales

Masa de adicionales {por favor multiplique el número de su grupo

colaborativo por el número que aparece

en esta columna} (kg/hora)

1.1 100% Ninguna 0

1.2 100% Ninguna 0

1.3 100% Ninguna 0

1.4 100% Ninguna 0

1.5 100% Ninguna 0

1.6 100% Ninguna 0

1.7 100% Ninguna 0

1.8 100% Ninguna 0

1.9 100% Ninguna 0

2.1 80% Hexano 140

2.2 90% Metanol-

Cloroformo 30

2.3 40% Celulasa 3

2.4 95% CO2 40

2.5 90% Metanol-H2SO4 8

2.6 80% Ninguna 0

2.7 75% Ninguna 0

2.8 60% Ciclohexano 20

2.9 50% Hexano 12

3.1 y 5.3 100% Ninguna 0

3.2 y 5.2 100% Glicerina 13

3.3 y 5.9 100% Absorbente 60

3.4 y 5.1 100% Ninguna 0

3.5 y 5.8 100% Adsorbente 30

3.6 y 5.4 100% Emulsificante 26

3.7 y 5.5 100% Ninguna 0

3.8 y 5.7 100% Solvente HPLC 30

3.9 y 5.6 100% Emulsificante 40

4.1 90% Metanol-Acido 4

4.2 70% Metanol-Base 5

4.3 95% Enzimas 6

4.4 94% Catalizador 3

4.5 98% Alcohol-Acido 7

4.6 100% Hidrogeno 9

4.7 88% Hidrogeno 10

4.8 75% Etanol-Base 4

4.9 75% Etanol-Acido 6

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Anexo 2. Tabla de balance de materia totalmente diligenciada con las tecnologías

seleccionadas como ejemplo ilustrativo.

Etapa 0. Materia Prima Etapa 1. SecadoEtapa 2. Extracción

de aceite

Etapa 3.

Purificación de

aceite

Etapa 4.

Transformación

de aceite

Etapa 5.

Purificación de

biodiesel

Maleza de PTAR

Ultimos 5 dígitos del

documento3 8 6 1 0

EtapaNombre de la

corriente

Componente de la

corriente

Flujo másico del

componente

(Kg/hora)

% del total

Flujo total de la

corriente

(Kg/hora)

Agua 5940 90,00

Maleza 660 10,00

Salida 1 secador Agua evaporada 5940 100,00 5940

Salida 2 secador Maleza seca 660 100,00 660

Entrada 1

extractorMaleza seca 660 100,00 660

Entrada 2

extractorCiclohexano 1320 100,00 1320

Aceite extraido 261,36 16,53

Ciclohexano 1320 83,47

Maleza desgrasada 224,4 56,29

Aceite no extraido 174,24 43,71

Aceite extraido 261,36 16,53


Entrada 2 Lavado Emulsificante 1716 100,00 1716

Emulsificante 1716 56,52


Salida 2 Lavado Aceite purificado 261,36 100,00 261,36

Entrada 1 reactor Aceite purificado 261,36 100,00 261,36

Entrada 2 reactor Metanol-acido 264 100,00 264

Aceite sin

reaccionar26,136 9,08

Metanol-acido sin

reaccionar26,4 9,17

Biodiesel 235,224 81,74

Aceite sin


Metanol-acido sin

reaccionar26,4 9,17

Biodiesel 235,224 81,74

Metanol-acido sin


Aceite sin


Salida 2

destilador

Biodiesel

purificado235,224 100,00 235,224

Entrada 1 Lavado 1581,36

3. Purificación de aceite

Salida 1

destilador52,536

4. Transformación del

aceite

5. Purificación de

biodiesel

3036Salida 1 Lavado

Salida 1 reactor 287,76

Entrada 1

destilador287,76

Tabla de resultados de balance de materia del grupo colaborativo 66

1. Tecnologías seleccionadas

6600Entrada secador

2. Extracción de aceite

1581,36Salida 1 Extractor

Salida 2 Extractor 398,64

Nombre integrante seleccionado: Canuto Matasiete Alpiste

Numero de documento del integrante seleccionado: Cedula 37.838.610 de Macondo

2. Balance de materia por etapa

1. Secado

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