“INDUSTRIALIZACIÓN DE LA COPRA DE COCO”148.206.53.84/tesiuami/UAMI11626.pdf · Industrialización de la copra de coco. 1 UNIVERSIDAD AUTONOMA METROPOLITANA UNIDAD IZTAPALAPA

Industrialización de la copra de coco.

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UNIVERSIDAD AUTONOMA METROPOLITANA

UNIDAD IZTAPALAPA

CIENCIAS BASICAS E INGENIERIA

LABORATORIO DE PROCESOS Y DISEÑO

“INDUSTRIALIZACIÓN DE LA COPRA DE COCO”

REALIZADA POR:

Abaunza Chávez Ericka Callejas Rojas Sara

Villegas Olaez María Alicia

ASESOR: Dr. Mario Vizcarra Mendoza

Junio de 2004


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INDICE

Antecedentes…… ……………………….…………………………………………… 4

Introducción…………………………….……………………………………………. 4

Objetivos……………………………………………………………………………… 6 Estudio del mercado…………………….…………………………………………….. 7 Comercio mundial……………………………………………………………...7

Comercio nacional……………………………………………………………..8

Ubicación de la planta…………………………………………………………………9 Operaciones que se llevan a cabo en el proceso de industrialización…………………10

Operación de secado ………..…………………………………………………10 Operación de extracción…………..…………………………………………..11 Operación de destilación.……………………………………………………..11

Metodología experimental…………………………………………………………….12 Caracterización física e hidrodinámica………………………………………………..12

Operación de secado………....………………………………………………..13 Operación de extracción…………..…………………………………………..15 Operación de destilación.……………………………………………………..16

Resultados experimentales y discusión……………………………………………….17 Caracterización física e hidrodinámica ……………………………………….17

Operación de secado………..…………………………………………………18 Operación de extracción y destilación.………………………………………..22


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Metodología del proceso de obtención…………………………………..……………...23 Diagrama del proceso…………………………………………………………………...25 Descripción de los equipos……………………………………………………………...26 Secador de lecho vibrofluidizado…………………………………………….….26 Extractor de canastas…………………………………………………………….27 Evaporador………………………………………………………………………28 Intercambiadores de calor………………………………………………………..28 Diagrama de la planta……………………………………………………………………29 Seguridad y toxicología………………………………………………………………….30 Análisis económico……………………………………………………………………....32 Conclusiones……………………………………………………………………………...33 Bibliografía……………………………………………………………………………….34 Apéndices…………………………………………………………………………………35 Apéndice I. Balances de materia y energía………………………………………………35 Apéndice II. Descripción de equipo Mayor……………………………………………….40

Apéndice III. Descripción de equipo menor……………………………………………….41 Apéndice IV. Intercambiadores de calor……………………………………………….….43 Apéndice V. Evaluación económica……………………………………………………....44 Apéndice VI. Datos de secado a diferentes temperaturas………………………………….47 Apéndice VII. Datos de secado en diferentes geometrías de partícula…………………….48 Apéndice VIII. Datos de secado con diferentes humedades iniciales……………………..50 Apéndice XI. Ecuación para calcular la humedad en Base seca…………………………..53


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INDUSTRIALIZACIÓN DE LA COPRA DE COCO

ANTECEDENTES

El cultivo comercial del cocotero en nuestro país tiene más de cien años. Sin embargo, no fue sino hasta la segunda mitad de la década de los 40, cuando mostró un crecimiento acelerado, convirtiéndose en un importante motor de la economía de las regiones costeras, tanto del Pacífico como del Golfo.

La situación actual de las plantaciones de coco no es muy favorable, ya que su

rendimiento y rentabilidad han disminuido considerablemente debido a la introducción al país de la devastadora enfermedad de la palma de coco, el amarillamiento letal, el envejecimiento de las plantaciones y los bajos precios de la copra.

Este decaimiento de la producción ha motivado a varias instituciones (SAGARPA,

Secretaria de economía, Universidad de Chapingo) a generar nuevas investigaciones acerca de este fruto para promover el desarrollo y crecimiento de este cultivo.

En nuestro territorio la producción de la copra1, se destina en mayor medida al

mercado interno, dedicándose el 75% a la industria para la elaboración de aceites, materia prima básica para la producción de jabón.

INTRODUCION El cocotero pertenece a la familia de las oleaginosas de mayor importancia en las

regiones tropicales y subtropicales del mundo. El fruto es una drupa2 dura, formado por una epidermis lisa, un mesocarpo espeso (también conocido como estopa) más al interior se encuentra el endocarpo que es una capa fina y dura de color marrón llamada hueso o concha, envuelto por él se encuentra la copra o almendra que forma una cavidad donde se aloja el agua.

1 Copra: Carne blanca del coco 2 Drupa: Fruto carnoso, que tiene una sola semilla encerrada en un hueso duro

Mesocarpo Espeso

Epidermis lisa

Copra

Endocarpo


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Figura 1: Partes del coco

Composición del coco: Composición de la copra:

(base seca)

15% Cáscara 65% Aceite 43% Fibra 17.5% Agua 30% Copra 17.5% Pasta 12% Agua de coco

Tabla A : Composición del coco Datos obtenidos de SAGARPA Secretaría de Agricultura ganadería y pesca La presencia del cocotero en nuestro país puede dividirse en dos regiones:

• La del Golfo y Caribe, en las costas de Tabasco, Veracruz, Campeche, Yucatán y

Quintana Roo.

• La del Pacífico; en las costas de Guerrero, Colima, Oaxaca, Michoacán, Sinaloa, Jalisco y Chiapas.

Las variedades utilizadas en nuestro país se dividen en dos grandes grupos:

� Variedades alógamas. Son aquellas que no se autofecundan. Este grupo también se denomina como el de los “grandes cocoteros”, produce gran cantidad de copra. De entre estas variedades encontramos al llamado Alto del Atlántico, Alto del Caribe y Alto del Pacífico. El Alto del Caribe es la variedad que más se explota en toda la costa del Golfo y el Caribe, a pesar de que tiene la desventaja de ser altamente susceptible al amarillamiento letal.

Por su parte, el “Alto del Pacífico”, conocido también como la variedad Típica, se explota básicamente en la Costa del Pacífico. Se caracteriza por producir una gran cantidad de copra y no ser tan sensible al amarillamiento letal del cocotero.

� Variedades autógamas. Son aquellas que se autofecundan. A este grupo corresponden las que se denominan como variedades enanas. Son de porte pequeño, dentro de esta variedad destaca el enano Malayo, el cual es resistente al amarillamiento letal del cocotero.


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OBJETIVOS:

Objetivo general:

• Dimensionar una planta industrializadora de la copra de coco obteniendo como

producto principal el aceite y como subproducto el coco deshidratado.

Objetivos particulares:

• Identificar y analizar el posible mercado de los productos obtenidos en la industrialización de la copra de coco.

• Investigar los posibles métodos de obtención de los productos deseados, así como

las condiciones óptimas de operación.

• Obtener información y/o determinar las propiedades químicas y físicas tanto de las materias primas como de los productos.

• Establecer el tamaño y geometría de partícula más adecuada que permita optimizar

los procesos de secado y extracción.

• Determinar los rendimientos de las diferentes operaciones que se realizan durante el proceso.

• Construir curvas de secado a diferentes temperaturas y tamaños de partícula.

• Elegir el tipo de secador más adecuado para deshidratar el coco.

• Identificar el método de separación más eficiente de la mezcla aceite de coco-hexano.

• Establecer los balances de materia y energía en cada uno de los equipos del

proceso. • Dimensionar los equipos del proceso • Factibilidad del proceso


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ESTUDIO DE MERCADO Comercio mundial

La palma de coco es una especie oleaginosa de gran importancia económica y social, según reportes dados a conocer por el USDA3, la producción mundial de copra, en el año 2000/2001, representó cerca del 1.86% del total de producción de oleaginosas.

Por lo que se refiere a la producción de aceite de copra, sin duda uno de los productos más demandados de esta oleaginosa, el USDA reporta que para el ciclo agrícola 2000 - 2001, su participación fue de 3.9% en el mercado mundial de aceite vegetal.

Durante el ciclo agrícola 1999 - 2000, el precio promedio anual pagado por la copra en el mercado de Rótterdam se ubicó en 357 dólares por tonelada. En el periodo 2000 - 2001 (hasta el mes de abril), el precio promedio se ubicó en 205 dólares por tonelada, el nivel mas bajo en los últimos siete años.

Los principales países ofertantes de aceite de copra en el mercado, de acuerdo con la FAO4, son: Filipinas, Indonesia, Países Bajos, Malasia y Papua Nueva Guinea, los cuales en conjunto exportaron alrededor del 90% del total, resaltado el primero con poco más del 58%.

Los principales países importadores de este producto son países industrializados destacando Estados Unidos, Alemania, Bélgica-Luxemburgo y el Reino Unido.

Durante el ciclo agrícola 2000-2001, el precio promedio anual pagado por la copra

en el mercado de Rótterdam se ubicó en 357 dólares. En lo que se refiere al aceite el precio internacional promedio es de 3.17 dólares por tonelada, Mientras que, las cotizaciones de la pasta de copra se ubicaron en promedio en 89 dólares por tonelada.

Grafica 1 Producción Mundial de Aceite

3 Departamento de Agricultura de Estados Unidos. 4 FAO: Organización de las Naciones Unidas para la agricultura y la alimentación.


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Comercio nacional

En México, la producción de coco se destina en su totalidad al mercado interno en sus diversos productos. El 75% se canaliza a la industria coprera, el 20% a fruta fresca y el 5% a la elaboración de dulces, crema de coco y coco rallado.

La industria aceitera se localiza en 19 estados de la República. Su producción cubre el 64% del consumo nacional de aceites, el 74% del consumo de aceites y grasa vegetal, así como el 90% del consumo de pastas proteicas.

Dentro de la producción nacional de aceites vegetales para el año 2000, el aceite de coco representó el 3.17%, lo que representa 54,663 toneladas métricas del total que se registró en 1,724 millones de toneladas métricas.

La copra en el año 2000 participó con el 3.57% del PIB, con 197 mil toneladas

métricas, en el contexto de las semillas oleaginosas. El aceite de copra representó el 3.17% con 54 mil 663 toneladas métricas, del total de aceites de semillas oleaginosas.

Durante periodo del 2000 - 2001, las cotizaciones del aceite de copra se ubicaron en un intervalo que va de los 285 dólares por tonelada a los 367 dólares, con un precio promedio cercano a los 317 dólares por tonelada. Actualmente el precio internacional del aceite crudo se sitúa en 1.30 dólares por litro.

Son reducidas las industrias que se dedican al procesamiento de la copra. De

acuerdo a datos señalados por el gobierno en México destacan: Hidrogenadora Yucateca, S.A., Oleomich S.A., Oleaginosas del Sureste S.A. (OSSA). Agroindustrial de Tecomán S. A. de C.V., Empresa productora de aceite centrifugado, Hidrogenadora Nacional.

Existen tres grandes empresas consumidoras de aceite crudo, éstas son: Colgate Palmolive, Fábrica de Jabón la Corona, S.A. de C.V., Industrializadora Oleofinos, S.A. de C.V.

Grafica 2 : Producción Nacional de Copra


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UBICACIÓN DE LA PLANTA

De acuerdo con el estudio económico realizado a los estados productores de coco en

el país se obtuvieron los siguientes datos: Estado Producción total (ton) Valor de la producción ($) Precio por ton ($) Guerrero 115475 360515993 3122

Colima 36085 99165350 2740

Tabasco 23988 53578200 2233

Oaxaca 9995 47976000 4800

Michoacán 7503 17490148 2331 Tabla B: Datos de producción y venta del coco. (Fuente: Servicio de información y estadística agroalimentaria y pesca, SAGARPA.)

En la tabla anterior se puede observar que el estado con mayor producción es Guerrero; sin embargo debido a los problemas políticos y sociales que existen en esta entidad el precio de la copra es mayor al del estado de Colima el cual es el segundo productor de coco, por tales motivos se tomo la decisión de ubicar la planta en Colima. Datos graficados de la tabla B.

0500

1.0001.5002.0002.5003.0003.5004.0004.5005.000

Precio por tonelada de

copra (pesos)

Guerrero Colima Tabasco Oaxaca Michoacán

Principales productores de copra

Grafica 2: Precios de copra reportados, por estado. (Fuente: Servicio de información y estadística agroalimentaria y pesca, SAGARPA.)

OPERACIONES QUE SE LLEVAN A CABO EN EL PROCESO DE INDUSTRIALIZACIÓN DE LA COPRA DE COCO

En la investigación bibliográfica(1) realizada el trimestre anterior, se encontraron diversas operaciones unitarias asociadas al proceso de extracción de aceite de coco, siendo las principales:


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• Secado • Extracción de aceite • Destilación

Secado:

Secador de charolas:

Consiste en un gabinete en el que se coloca el material que se va a secar sobre charolas y es una unidad intermitente que se utiliza para operaciones a baja capacidad; pueden ser entrepaños de fondo sólido con el aire circulando paralelo a la parte superior e inferior del entrepaño o puede tener una base de malla con la circulación del aire controlada de tal manera que pasa a través de la charola y los sólidos que contiene (corriente cruzada).

Lecho fluidizado:

Un lecho fluidizado consiste en una carga de sólidos suspendido por la acción del flujo ascendente de un gas, cuya velocidad es suficiente para mantener en movimiento a los sólidos, la mezcla y la transmisión de calor son muy rápidas. La alimentación de sólidos húmedos se introduce por la parte superior del lecho y el producto seco se retira lateralmente cerca del fondo. Es necesario que los sólidos fluyan libremente y que tengan un tamaño de 0.1 a 36 mm, puesto que el flujo de masa del gas para los requerimientos térmicos es básicamente menor que el requerido para la fluidización; el lecho opera en forma más económica a la velocidad mínima de fluidización. En el secador existe una distribución al azar de tiempos de residencia siendo el tiempo medio típico de permanencia de una partícula en el secador, de 30 a 120 segundos cuando solamente se vaporiza el líquido superficial, y de 15 a 30 minutos si también hay difusión interna. Las partículas pequeñas se calientan hasta la temperatura seca del gas fluidizante a la salida; por consiguiente, los materiales térmicamente sensibles han de secarse en un medio suspendido relativamente frío aún así, el gas de entrada puede estar caliente ya que la mezcla es tan rápida que la temperatura es prácticamente uniforme en todo el lecho e igual a la temperatura de salida del gas. Esto garantiza un tratamiento uniforme del material.

Secador de túnel:

Consiste en túneles relativamente largos a través de los cuales se mueven carritos

cargados con platos llenos del sólido que se va a secar al ponerse, en contacto con una corriente de gas que evapora la humedad. El tiempo de residencia en el secador debe ser lo suficientemente grande para reducir al valor deseado el contenido de humedad del sólido. Para operaciones a temperaturas relativamente bajas generalmente se calienta el gas mediante aire caliente con vapor.

Extracción:

Existen tres métodos por los cuales el aceite de coco puede ser extraído: Extracción de aceite a presión, extracción con solventes y extracción mixta.


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Extracción de aceite a presión:

Es el método más sencillo para extraer el aceite. En todas las prensas, la separación del aceite y de los residuos se hace mediante un tamiz que deja pasar el aceite y retiene los residuos, es necesaria la presión para hacer pasar el aceite incompresible a través de los agujeros finos del tamiz. La presión debe ser alta para obtener un rendimiento satisfactorio de aceite, mediante dispositivos mecánicos accionados por palancas, cuñas, tornillos o bien hidráulicamente.

Extracción de aceites con solventes:

La extracción de aceite de coco con solventes es más eficaz, ya que las tortas de

aceite prensadas mecánicamente todavía contienen del 4 al 6% de aceite, llegando en algunas ocasiones a contener hasta un 10% o más, mientras que el residuo de aceite en la harina, después de la extracción con solventes, es de alrededor del 0.5 al 1% 1.

El principio en que se basa este método es muy sencillo: la materia prima seca y

reducida a escamas se pone en contacto con un solvente, el cual solubiliza el aceite, separándolo de la llamada miscela, de la que, una vez separado el residuo extraído, se obtiene el aceite puro por evaporación del solvente. El solvente evaporado se condensa y se vuelve a utilizar.

Extracción mixta del aceite:

Este procedimiento se hace utilizando los dos métodos anteriores; la primera

extracción es por prensado y, posteriormente, se utiliza la extracción por solventes, de esta forma se obtiene un rendimiento mayor del aceite.

Este proyecto está enfocado al proceso de extracción con solventes, debido a que con dicho método se obtiene un mayor rendimiento de aceite.

Destilación:

Destilación diferencial: En este tipo de destilación, primero se introduce líquido en un recipiente de calentamiento (mezcla hexano-aceite). La carga líquida se hierve lentamente y los vapores se extraen con la misma rapidez con la que se forman, enviándolas a un condensador donde se recolecta el vapor condensado (hexano); la primera porción de vapor condensado es más rica que el componente más volátil, a medida que avanza la operación el producto vaporizado es más pobre en hexano.


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METODOLOGÍA EXPERIMENTAL

1. Caracterización física e hidrodinámica de las diferentes geometrías de partícula a) Tamaño:

El tamaño de cada partícula se determinó con ayuda de un vernier midiendo

cuidadosamente el ancho, alto y espesor de cada una de las diferentes geometrías de partícula.

Coco Cubo Coco rallado Coco molido b) Densidad empacada ( eρ ):

La densidad de partícula se determinó con la siguiente fórmula, llenando una

probeta con el coco hasta un cierto volumen y tomando el peso de la muestra introducida.

ocupado

cocoe

V

m=ρ

c) Densidad aparente ( apρ ):

Esta densidad de partícula se determinó llenando una probeta con el coco hasta un

cierto volumen, tomando el peso que corresponde a dicho volumen ; posteriormente se añadió agua con una bureta cuantificando el volumen de agua requerido para llenar el volumen de relleno; al corregir el volumen relleno con el volumen de agua introducido, se obtiene el volumen de interés:

sólido

coco

V

m

ap =ρ

aa

cc bb

aa

cc bb


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2. Secado:

Para saber con cuál secador se obtiene un secado homogéneo y un contenido de humedad bajo en el menor tiempo posible; se trabajó con dos diferentes tipos de secadores, el de charolas y el de lecho fluidizado.

Secador de charolas: Consiste en una balanza previamente calibrada a una

temperatura requerida y un tiempo, donde se coloca la muestra de material a secar (coco), la cual por medio de una resistencia proporciona calor de manera que va evaporando el contenido de agua de la muestra; en este equipo se pueden leer datos del tiempo transcurrido y masa de la muestra. Este equipo se utilizó para determinar el contenido de humedad y construir curvas de secado para los diferentes tamaños de partícula mencionados anteriormente.

Nota: * Para Poder saber el contenido de humedad final, se necesito un intervalo de una

hora en donde la masa de la muestra ya no variaba. * Las temperaturas usadas en el transcurso de la experimentación fueron 50, 60 y 70 °C.

* La cantidad óptima de muestra a secar, es de 10 gr. * Las geometrías utilizadas en el secado de este tipo fueron: cubo, rallado y molido.

Secador de Lecho Fluidizado: Esta constituido por un tubo de acrílico en el cual se introduce el material a secar, este tubo esta conectado a una tubería que suministra aire por medio de un distribuidor que se encuentra en la parte inferior, el aire se calienta por medio de un banco de resistencias; la temperatura del aire que circula por el lecho se mide con un termopar ubicado en la parte inferior del lecho. Como se muestra en la siguiente fotografía.

Figura 2: Lecho Fluidizado


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Para poder fluidizar la copra de coco fueron necesarios los siguientes pasos:

* Colocar el termopar en la parte inferior del lecho, abajo del distribuidor, de manera que proporcione la temperatura deseada (temperatura de bulbo seco), por medio de un controlador (set point). * Establecer la temperatura en el tablero de control, a la cual se llevara a cabo el secado, y dejar que permanezca constante. * Proporcionarle a la copra la geometría deseada, a una cantidad de masa alrededor de 200 gr. * Introducir la copra por la parte superior del lecho. * Determinar el flujo óptimo, para obtener un secado homogéneo. * Monitorear la temperatura de bulbo húmedo con ayuda de un termómetro colocado dentro del lecho en la parte superior.

Para poder calcular las curvas de secado de las diferentes partículas utilizadas, se realizo lo siguiente. * Durante los 10 primeros minutos se tomaron muestras cada 2 min., posteriormente se tomaron muestras cada 5 min., hasta cumplir un tiempo de 50 minutos para así cuantificar el contenido de humedad y obtener la curva de secado. Nota: El tiempo de fluidización se decide con la ayuda de la curva de secado, para así saber a que tiempo se obtiene el secado deseado (en nuestro caso la humedad tiene que ser menor de 5 %).


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3. Extracción:

El equipo de extracción utilizado fue el equipo soxhlet, dentro del cual se introduce un dedal relleno de la partícula de coco a extraer, el sistema se conecta en el extremo inferior a un matraz de tres bocas donde se aloja el solvente (hexano), y en el extremo superior se coloca un sistema de refrigeración (el refrigerante a usar es el agua).

El sistema se calienta por medio de una mantilla controlando la energía

suministrada con un reóstato (70 V), y monitoreando la temperatura con un termómetro colocado en una de las bocas del matraz; la mantilla se coloca en una parrilla de agitación constante. Nota:

*La cantidad de muestra a extraer fue de 13 gr *El solvente empleado es el hexano, en un volumen de 100ml

*La cantidad de muestra a extraer fue de 13 gr *El solvente empleado es el hexano, en un volumen de 100ml

Figura 3:equipo soxhlet de extracción


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4. Destilación:

Para separar la mezcla de aceite-hexano obtenida en el proceso de extracción, se utilizó un equipo de destilación diferencial el cual consta de un matraz de tres bocas que contiene dicha mezcla, éste se conecta por medio de una Y a un sistema de refrigeración con agua, conectado en el otro extremo a un matraz donde se recolecta el hexano condensado.

La temperatura de ebullición de la mezcla se monitorea con un termómetro

de mercurio colocado en una de las bocas del matraz; y la temperatura del condensado se registra con un termómetro colocado en la parte superior de la Y.

Figura 4: equipo de destilación diferencial


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RESULTADOS EXPERIMENTALES Y DISCUSIÓN

Caracterización Física e hidrodinámica de la materia prima (copra de coco)

Partícula a (mm) b (mm) c (mm) Cubo 2 1.5 0.5 Rallado 32 1 3 Molido amorfo amorfo amorfo

Tabla C: Características físicas de las diferentes partículas a analizar.

En la tabla, se mencionan las dimensiones de cada una de las diferentes partículas con las que se obtuvieron los mejores resultados en las operaciones de secado y extracción.

Partícula ρρρρe (gr/ml) ρρρρap (gr/ml) Cubo 0.5273 1.1219 Rallado 0.3075 0.4514 Molido 0.3866 0.6529

Tabla D: Reporta las densidades de las partículas analizadas.

Como se puede observar en la tabla anterior la densidad empacada es siempre menor que la densidad aparente, esto es debido a que el volumen es corregido restando el volumen de los espacios vacíos.

Figura 5: Tamaños de partícula: (a) coco molido, (b) coco cubo, (c) coco rallado

(a)

(b)

(c)


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Operación de secado: La primera decisión que se tuvo que tomar en el desarrollo experimental, fue determinar la temperatura de operación del proceso de secado, la cual se determino por medio de curvas de secado a tres diferentes temperaturas, dichos experimentos arrojaron los siguientes datos:

Curva de secado de la copra de cocoa diferntes temperaturas

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

70

75

80

85

90

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160

Tiempo (min)

Hum

edad

T=50ºC, y = 1E-11x6 - 6E-09x5 + 9E-07x4 - 0.0001x3 + 0.0163x2 - 1.617x + 81.81, R2 = 0.9997

T=60ºC, y = 8E-09x5 - 3E-06x4 + 0.0003x3 - 0.0045x2 - 1.4033x + 81.551, R2 = 0.9979

T=70ºC, y = 4E-09x5 - 1E-06x4 + 1E-04x3 + 0.0082x2 - 1.6764x + 82.396, R2 = 0.9988

Gráfica 4. Curvas de secado de copra de coco en función de la temperatura de alimentación el aire, el secado de la muestra se realizo con la ayuda de un secador de charolas.

Observando la gráfica 4, donde se comparan tres diferentes temperaturas de secado, se nota que a tiempos iguales la temperatura que reporta una humedad mayor es la de 50ºC, mientras que a 60 y 70ºC son muy similares, por lo tanto la temperatura de operación elegida es a 60ºC, dicha elección se baso en el ahorro de energía.

Otra de las variables importantes a considerar es el tamaño y geometría de partícula,

dicha variable es muy importante ya que de ella dependen dos de las operaciones más importantes del proceso: el secado y la extracción. En el secado el tamaño de partícula debe ser tal que se garantice un secado homogéneo con el menor gasto de energía posible, es decir, reduciendo el tiempo de permanencia en el secador y teniendo el menor flujo posible.


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Tomando en cuenta los factores anteriores se experimentó con diferentes geometrías de partícula en un secador de lecho fluidizado para conocer cual es el más adecuado, obteniendo así los siguientes datos:

Curva de secado a diferente partícula

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

70

75

80

85

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50 52 54

Tiempo (min)

% H

umed

ad (

g H

2O/g

sól

ido

seco

)

Cubo, y = -2E-06x5 + 0.0003x4 - 0.0199x3 + 0.6382x2 - 10.387x + 79.189, R2 = 0.9976

Molido, y = 4E-05x4 - 0.006x3 + 0.3095x2 - 7.3579x + 78.684, R2 = 0.9913

Rallado, y = -5E-06x5+ 0.0008x4 - 0.0502x3 + 1.296x2 - 15.267x + 80.019, R2 = 0.9999

Polinómica (Cubo, y = -2E-06x5 + 0.0003x4 - 0.0199x3 + 0.6382x2 - 10.387x + 79.189, R2 =

24 ft3 /min

70 ft3 /min24.5 ft3 /min

Gráfica 5. Curvas de secado de la copra de coco, con diferentes geometrías partículas manteniendo la temperatura constante (60°C) e iniciando el experimento con contenidos de humedad iguales, estas curvas de secado se realizaron con un secador de charolas.

En este gráfico 5 se puede notar que para obtener un secado homogéneo tanto el

coco molido como el cubo requieren de un flujo aproximadamente igual y que a cierto intervalo de tiempo ambas partículas tienden a comportarse igual, obteniéndose contenidos de humedad muy similares; en el caso del coco rallado, se obtiene un contenido de humedad inferior en un tiempo menor al del coco molido y rallado, pero fue necesario incrementar considerablemente el flujo de aire para obtener un secado homogéneo lo cual incrementa el gasto de energía en la operación de secado.

El sólido húmedo se seca al pasar sobre él una corriente de aire caliente. El aire

caliente sirve para transferir calor al sólido y para eliminar el vapor formado. Si el aire caliente es suministrado al sistema a temperatura y humedad constante se observa que el proceso de secado ocurre en dos etapas diferentes. Inicialmente la velocidad de secado es constante y cuando alcanza un cierto grado de humedad la velocidad comienza a disminuir progresivamente hasta ser nula cuando el material está completamente seco.


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El mecanismo de secado a velocidad constante está dado por la evaporación desde una superficie líquida y la presencia del sólido no afecta a este mecanismo. La velocidad de secado está determinada por la velocidad de difusión del vapor a través de la película gaseosa que recubre la superficie de secado hacia el seno de la corriente de gas.

Gráfica 6. Curvas de secado de coco cubo a diferentes humedades, con flujo de 24.5 ft3/min y temperatura constante a 60°C, en el secador de lecho fluidizado. De las gráficas 6, 7 y 8 anterior se observa que partiendo de diferentes humedades de un mismo tamaño de partícula, presenta un decaimiento de la humedad con respecto al tiempo donde rige el fenómeno de difusión externa (de la superficie de la partícula hacia el flujo aplicado de aire). A lo largo del secado en cierto intervalo de tiempo las diferentes humedades, tienen un comportamiento similar, observándose el fenómeno de difusión interna, donde a tiempos grandes, se nota una pequeña variación del decaimiento de humedad.

Curvas de secado coco cubo a diferentes humedades

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140

Tiempo (min)

% H

umed

ad

Humedad 4.24%, y = 6E-11x6 - 3E-08x5 + 4E-06x4 - 0.0003x3 + 0.0137x2 - 0.296x + 4.0687, R2 = 0.9754Humedad 27.78%, y = 2E-09x6 - 7E-07x5 + 8E-05x4 - 0.0051x3 + 0.158x2 - 2.5288x + 21.585, R2 = 0.996Humedad 59.34 %, y = 4E-10x6 - 2E-07x5 + 3E-05x4 - 0.0034x3 + 0.1778x2 - 4.892x + 59.41, R2 = 0.9993Polinómica (Humedad 59.34 %, y = 4E-10x6 - 2E-07x5 + 3E-05x4 - 0.0034x3 + 0.1778x2 -


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Curvas de secado de coco molido con diferente contenido de humedad

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120Tiempo (min)

% h

umed

ad

Humedad 4.6 %, y = 4E-12x6 - 3E-09x5 + 7E-07x4 - 8E-05x3 + 0.0055x2 - 0.1908x +3.8327, R2 = 0.9149Humedad 17.9 %, y = -3E-08x5 + 9E-06x4 - 0.0011x3 + 0.0566x2 - 1.4556x + 16.665,R2 = 0.9942Humedad 62.56 %, y = -2E-08x5 + 6E-06x4 - 0.0009x3 + 0.0685x2 - 3.0878x + 62.28, R2 = 0.9997 Polinómica (Humedad 62.56 %, y = -2E-08x5 + 6E-06x4 - 0.0009x3 + 0.0685x2 -

Gráfica 7. Curvas de secado de coco molido a diferentes humedades, con flujo de 24.5 ft3/min y temperatura constante a 60°C, en un secador de lecho fluidizado.

Curvas de secado de coco ralladocon diferente contenido de humedad

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

24

26

28

30

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100

Tiempo (min)

% H

umed

ad (

g H

2O/g

sól

ido

seco

)

Humedad 18.8 %, y = -1E-09x6 + 3E-07x5 - 4E-05x4 + 0.0017x3 - 0.0265x2 - 0.5867x + 19.092, R2 =0.998Humedad 3.5 %, y = -0.4383Ln(x) + 2.3756, R2 = 0.9445

Humedad 30.43 %, y = 1E-09x6 - 4E-07x5 + 5E-05x4 - 0.0035x3 + 0.1329x2 - 2.8314x + 30.539, R2 =0.9996

Gráfica 8. Curvas de secado de coco rallado a diferentes humedades, con flujo de 24.5 ft3/min y temperatura constante a 60°C, en un secador de lecho fluidizado.


22

Operación de Extracción y destilación:

El tipo de extracción que se utilizó durante el desarrollo experimental fue la extracción con disolvente (hexano), por tal motivo, sabiendo que en este método el área de contacto es fundamental para obtener una mayor cantidad de aceite, una de las variables a considerar fue el tamaño de partícula, para poder saber cuál de las geometrías establecidas en el secado, mostraba un mejor comportamiento en la operación de extracción.

También fue importante considerar el porcentaje de humedad de la muestra para saber si el agua contenida impedía o dificultaba la extracción del aceite, por lo que se experimentó con tres niveles de humedad; coco seco; fresco y humedad intermedia como se puede observar en la siguiente tabla:

EXTRACCIÓN - DESTILACIÓN

Fresco Intermedio Seco

Tamaño de partícula Tamaño de partícula Tamaño de partícula

Cubo (2x1.5x1) Molido Rallado Molido Rallado Cubo(2x1.5x1) Molido Rallado

% Humedad 80 80 80 80 17.19 18.8 4.24 4.24 1 4.6 4.6 3.5 3.5 Masa inicial (g) 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 13 Masa final (g) 10 8 10 10 9 9 10 8 10 8 7 9 9 t extración (h) 7 2 5 4 4 4 7 2 8 4 4 4 8

t destilación (min) 29.29 19 98 16.26 15.3 33.52 37.28 20.4 120 17 24 20 32 V aceite obt. (ml) 3.1 1.8 6.1 3 4 3.5 3.2 3 9.6 5.6 6.5 6 5.9

V hexano recup (ml) 53 70 52.5 46 61 70 52 70 43 62 55 66 40

Tabla E: Datos obtenido de la experimentación, del secado, extracción y destilado.

En la presente tabla (E) se encuentran todos los datos obtenidos a lo largo de la

experimentación durante todo el trimestre; en ella se encuentran datos de las partículas y

humedades que presentaron un mejor comportamiento; y son las que se reportan.

Para la experimentación se analizaron tres diferentes niveles de humedad que

fueron:

• Coco fresco que contiene una humedad de 80 %.

• Coco con una humedad intermedia que se considera en un intervalo de 17.19 a 18.8 %

• Coco seco con un intervalo de humedad de 3.5 a 1 %.


23

De las partículas que presentaron un mejor comportamiento tanto en el secado como en la extracción fueron el coco cubo, el coco rallado y el coco molido, haciendo una análisis de estas geometrías podemos decir que la partícula con la que se obtuvo la mayor cantidad de aceite de coco fue el coco molido (6.5ml); esto es debido a que tiene mayor área de contacto y el solvente puede arrastrar más fácilmente el aceite en la operación de extracción.

La tabla cuenta con datos de humedades, masa inicial y final de las operaciones de destilación y extracción, así como los tiempos necesarios para llevar a cabo dichas operaciones.

Además en dicha tabla se registra la cantidad de aceite de coco obtenido con lo cual

podemos conocer el rendimiento (~50%) de nuestra materia prima y plantear nuestro balance de materia en el proceso.

Otro dato importante es la cantidad de hexano que se recupera en el proceso de extracción, ya que dicho volumen será recirculado a la operación de extracción, lo que significa un ahorro en el proceso.

De todo el desarrollo experimental expuesto anteriormente y con los resultados discutidos; se concluyó que la temperatura óptima de operación en el proceso de secado es 60°C. La partícula con geometría adecuada es el coco molido, ésta decisión se tomó en base al proceso de extracción, ya que con dicha geometría se obtiene la mayor cantidad de aceite, puesto que cuenta con mayor área de transferencia lo cual permite la máxima extracción de aceite.


24

METODOLOGÍA DEL PROCESO INDUSTRIAL DE LA OBTENCIÓN DEL ACEITE DE COPRA DE COCO:

Pasta 548 Kg/h

Aceite 374 Kg/h

Preparación

Secado

Extracción

Evaporación

Copra 1570 Kg/h

Copra 800 Kg/h

Aire 44098 Kg/h

Hexano 138 Kg/ h

Hexano 2502 Kg/h

Cocos 5220 Kg/h

Cáscara 783 Kg/h Fibra 2245 Kg/h Agua de coco 626 Kg/h

Mezcla 2502 Kg/h


25

DIAGRAMA DEL PROCESO

DESCRIPCIÓN DEL PROCESO DE OBTENCIÓN DE ACEITE DE COCO:

1. Recepción del coco: Consiste en pesarlo y en revisar su calidad.

2. Preparación: Se retira la cáscara, fibra y el agua de coco para obtener la copra.

3. Reducción de tamaño: La copra obtenida de la operación de preparación se pasa a

través de un molino de discos.

4. Secado: Se utiliza un secador de lecho vibrofluidizado, para poder retirar del 55 al 4% de humedad, utilizando aire a una temperatura de 60°C para no afectar las propiedades del fruto.

5. Extracción: El coco molido se pone en contacto con el solvente (hexano) a 60°C,

para solubilizar el aceite y extraerlo. Obteniendo a la salida de éste la mezcla aceite hexano y la pasta residual.

6. Evaporación: La mezcla de hexano-aceite obtenida en el proceso de extracción se

separa por medio de una evaporación simple en la cual se recupera el 95% de hexano y se obtiene el aceite crudo como producto terminal..

7. Pasta: Es el residuo del proceso de extracción la cual, por medio de un proceso de

secado se obtiene harina forrajera.


26

DESCRIPCIÓN DE EQUIPOS: Secador de lecho vibrofluidizado Dimensiones del secador: Largo: 10m Ancho: 2m Altura: 1.45m Espesor de la cama de copra: 0.2m 1570 Kg copra/h

1.45m

10m


27

EXTRACTOR: Dimensiones del extractor tipo Kennedy: Se tienen 9 canastas: D = 0.95m L = 1.9m Por lo tanto las dimensiones del extractor son: Largo = 8.6m Ancho = 2m Altura = 1.5m

800 Kg/h

2502 Kg/h

548 Kg/h

Hexano 2460 Kg/h


28

EVAPORADOR Las dimensiones entonces son: L = 3 D = 1.35 INTERCAMBIADORES DE CALOR:

Intercambiador Área de Transferencia (m2) Secador 29.40 Extractor 0.16 Evaporador 10.81


29

DIAGRAMA DE PLANTA Tomando en cuenta el tamaño de los equipos, las distancias de seguridad entre ellos. El almacén y las calderas consideramos un terreno con un área de 1110m2


30

SEGURIDAD En nuestro proceso nuestro factor de riesgo es el hexano por lo cual se considera la toxicología de éste

TOXICOLOGÍA

Generalidades:

El hexano es un líquido incoloro con un olor parecido al del petróleo. Es menos denso que el agua e insoluble en ella, sus vapores son más densos que el aire.

Forma parte de la gasolina de automóviles y es utilizado en la extracción de aceite de semillas, como disolvente en reacciones de polimerización y en la formulación de algunos productos adhesivos, lacas, cementos y pinturas. Fórmula: C6H14 Peso molecular: 86.17 g/mol Composición: C: 83.62 %, H: 16.38 %. Propiedades físicas y termodinámicas: Punto de ebullición: 69 ºC Punto de fusión: -95.6 ºC Densidad (g/ml): 0.66 (a 20 ºC) Índice de refracción (20 ºC): 1.38 Presión de vapor (a 15.8 ºC): 100 mm de Hg Temperatura de autoignición: 223 ºC Límites de explosividad (% en volumen en el aire): 1.2-7.7 Densidad de vapor (aire=1): 3 Punto de inflamación (flash point): -21.7 ºC Temperatura de autoignición: 225 ºC Propiedades químicas:

Productos de descomposición: monóxido y dióxido de carbono. Reacciona vigorosamente con materiales oxidantes como cloro, flúor o perclorato de magnesio. Niveles de toxicidad: 100 ppm Equipo de protección personal:

Para manejar este producto deben utilizarse bata, lentes de seguridad y guantes,

evitando todo contacto con la piel, en un lugar bien ventilado y no deben utilizarse lentes de


31

seguridad mientras se trabaja con él. Si la cantidad a manejar es considerable, debe utilizarse un equipo de respiración autónoma. Riesgos de fuego y explosión:

Es un compuesto altamente inflamable, cuyos vapores pueden viajar a una fuente de ignición y regresar con fuego al lugar que los originó, pueden explotar en una área cerrada y generar mezclas explosivas con aire. Control de fuego:

Utilizar, preferentemente, espuma resistente al alcohol para incendios grandes.

Usar agua para enfriar los contenedores que se encuentren cerca del fuego. Para incendios pequeños, utilizar extinguidores de espuma, polvo químico seco o dióxido de carbono. Fugas y derrames:

Mantener alejados del derrame flamas o cualquier fuente de ignición.

Evitar que el líquido derramado tenga contacto con fuente de agua y drenajes para

evitar explosiones. Para ello, construir diques con tierra, cemento en polvo o bolsas de arena, con lo cual también se absorberá el líquido. Los vapores generados se dispersan con agua. Tanto el agua contaminada como los sólidos utilizados para absorber el derrame deben almacenarse en lugares seguros para su tratamiento posterior. Desechos:

Los desechos de hexano deben incinerarse de manera adecuada, pudiendo servir como combustible en condiciones controladas. Pequeñas cantidades pueden evaporarse en una campana extractora de gases. Almacenamiento:

Debe almacenarse alejado de cualquier fuente de ignición y de materiales oxidantes, y de la luz directa del sol. en lugares ventilados

Recordar que los vapores son mas pesados que el aire, por lo que pueden acumularse y viajar hacia fuentes de ignición y regresar, generando fuego en las zonas de almacenamiento.


32

ANÁLISIS ECONÓMICO El costeo de los diferentes equipos y accesorios que son necesarios para el diseño de la planta son calculados como se menciona en el apéndice, dándonos como resultado los siguientes precios:

Equipo mayor Costo USD Secador 191,052 Extractor 200,000 Evaporador 108,179 Tabla1.- Equipo mayor

Equipo menor Costo USD Molino 29,301

Tanque de almacenamiento 98,936 Ventilador 585 Cladera 58,196

Condensador 980 Intercambiadores 20,691

Cangilones 7,500 Banda transportadora 4,375

Tubería, bombas y accesorios 26,409 Los índices para actualizar los precios de los diferentes equipos son, los índices de chemical engineering, reportados en la bibliografía (6), ver apéndice III También es importante tomar en cuenta en el análisis económico la nómina de los empleados, la cual se basó en el salario mínimo vigente en el diario oficial de la federación para la zona C, que incluye al estado de Colima.

Salario mínimo = 42.11 pesos. Nómina = 28,260.7 = 2826.07 USD PE = (Precio venta del producto)(Volumen de producción)-(Costo mat prima)(consumo) = (7.5 $/Lt)(408.05 Lt/h)-(1$/coco)(1450 coco/h) = 1610.4 $/h

El TIR y la TREMA, son dos cálculos importantes al momento de evaluar la rentabilidad de un proyecto y así tomar la decisión de invertir o no en él. El mejor resultado es cuando la TREMA<TIR

Para nuestro caso los valores obtenidos son los siguientes:

TIR = 39 y TREMA = 27.5 Por lo tanto es rentable


33

CONCLUSIONES Con el estudio de mercado realizado en la primera etapa del proyecto; se determinó que el lugar en donde se establecería la planta sería en Ticomán Colima, dado que es el segundo estado con mayor producción de coco a nivel nacional además de tener un precio más bajo en relación con los demás estados productores. Se pretende procesar el 25% de la producción total de Colima. Además en este primer estudio conocimos los diferentes métodos de extracción y su eficiencia y de acuerdo con éste se decidió utilizar el método de extracción con solventes, debido a su alto rendimiento. Teniendo como resultado: Temperatura de secado: 60ºC Contenido de humedad: 4% Geometría de partícula: Coco molido Tiempo de residencia en los equipos: 1 hora Considerando que se abarca el 25% de la producción y teniendo los resultados de la parte experimental, se escalaron los equipos mayores y se diseñaron los equipos menores del proceso. Conjuntamente se costearon los equipos mayores como los menores, de acuerdo con si capacidad, tamaño y material de construcción. Tomando en cuenta la inversión inicial, los gastos de operación, y las ganancias generadas por la venta de los productos se calcularon la TIR y la TREMA, dando como resultado que el proyecto es rentable


34

BIBLIOGRAFIA

1. “Manual del ingeniero químico”, Perry. 6ª Edición. Tomo I y II. McGrawHill. 2. “Principios elementales de los procesos químicos”, Richard M.Felder, Ronald W.

Rousseau. Editorial Person.

3. “Principios de operaciones unitarias”, A.S. Foust, L.A. Wenzel, C.W.Clump. Editorial continental S.A. de C.V. México

4. Procesos de ingeniería química. G.D. Ulrich Editorial Iberoamericana.

5. “Fundamentos de transferencia de calor” Frank P. Incropera, David P. Dewitt. 4tª Edición. Editorial, Pearson Education. 6. Diseño de proceso en ing. Química. Arturo Jiménez Gutiérrez. Edit. Reverté 7. Introducción a la termodinámica en Ingeniería, J.M. Smith, H.C. Van Ness.

8. Procesos de transferencia de calor, Donald Q.Kern, Editorial McGrawHill

9. Procesos de transporte y operaciones unitarias, G.J. Geankoplis, CECSA

10. Tablas críticas internacionales.

11. Manual de datos para ingeniería de alimentos, George D.Hayer Editorial Acribia

S.A.

12. Propiedades físicas de los alimentos y de los sistemas de procesado, M.J.Lewis, Editorial Acribia, S.A.

13. Composición y análisis de los alimentos de Pearson, Ronald S. Kirk, Ronald

Sawyer, Editorial Continental S.A. de C.V.

14. Fenómenos de transporte, R. Bryon Bird, Editorial Rela S.A. de C.V.

15. Operaciones de transferencia de masa, Robert E. Treybal, Editorial McGrawHill.


35

APÉNDICES

APÉNDICE I

Balances de Materia y Energía

La planta industrializadora de copra pretende abarcar el 25% de la producción total de coco del estado de Colima lo cual representa una producción anual de 30,070 toneladas de coco. Los balances están referidos a 360 días y 16 horas laborales

h

kgcoco

h

día

días

año

ton

kg

año

toncoco 5220

16

1

360

1

1

1000083.070,30 =

Si sabemos que la composición del coco es: Composición del coco:

15% Cáscara 43% Fibra 12% Agua de coco 30% Copra

h

kgcáscara

h

kgcoco .783

100

155220 =

h

kgfibra

h

kgcoco 2245

100

435220 =

h

cokgaguadeco

h

Kgcoco 626

100

125220 =

h

kgcopra

h

Kgcoco 1570

100

3083.5220 =


36

Experimentalmente determinamos la composición de la copra la cual es: Composición de la copra (% en peso):

55% Aceite 21.5% Agua 23.5% Pasta

h

kgagua

h

kgcopra .863

100

551570 =

h

kgagua

h

kgcopra 330

100

211570 =

h

kgaceite

hh

kgcopra 377241570 =

Balance en el secador : Si se desea tener un 4% de humedad final en la copra entonces:

Entrada: h

kgcopra1570

Salida: h

kgcora800

Aire necesario: Tenemos un área de transferencia de 20m2 y una velocidad de 0.58m/s V= u A V= (0.58m/s) (20m2) = 11.6m3/s Si la densidad del aire es ρ = 1.059kg/m3

El flujo de aire es: 11.6m3/s(1.059 kg/m3) =44,098.56 kg aire/h


37

Balance en el extractor: De acuerdo don los datos experimentales se determino la cantidad de hexano necesaria para poder extraer el aceite. Si se obtienen 48% de aceite y 42% de pasta (porcentaje en peso base seca) Entrada:

h

kgcopra800

h

kghexano2640

Salidas:

h

kgpasta548

h

aceitexanokgmezclahe −2876

Balance en el evaporador: Balance glogal: F= V+L Balance para el hehaxo Fxf = Vxf Xf = 1

F

V

L


38

h

KghexanoV

2502)87.0(2876 ==

L = F – V

h

kgaceiteL

37425022876 =−=

Como del evaporador salen solamente 2502 kg/h, esta es la cantidad que se recircula el extractor, teniendo una alimentación fresca de: Alimentación fresca = Hexano necesario – hexano que sale del evaporador = 2640kg/h - 2502kg/h = 138kg de hexano/h BALANCE DE ENERGÍA:

1) Intercambiador de calor en el secador Se necesita calentar 44,098.56 kg aire/h aire de 30°C a 60°C Cpaire= 1.008 kJ/kg°C Q =( 44,098.56 kg aire/h ) (1.008 kJ/kg°C) (60-30)°C = 1333,540 KJ/h Se va utilizatr vapor a 110°C λ110°C = 2230 KJ/Kg

h

kgvaporm 598

KJ/Kg 2230

KJ/h 1333,540 ==


39

2) Intercambiador para calentar la limentación fresca de hexano Cphexano= 2.51 kJ/kg°C Q =( 138 kg aire/h ) (2.51kJ/kg°C) (60-30)°C = 10,390 KJ/h Se va utilizatr vapor a 110°C λ110°C = 2230 KJ/Kg

h

kgvaporm 466

KJ/Kg 2230

KJ/h 10,390 ==

3) Intercambiador el evaporador FHf + SHs = LHL+VHV+ SHs

FHf + SHs-SHs = LHL+VHV FHf + S(Hs-Hs) = LHL+VHV FHf + S λs =VHV

S λs = VHV - FHf

s

Sλ

FHf - VHV=

h

Kgvapor

KgKJS 7.345

/2230

.9KJ/Kg)2876kg/h(4 - g)(318.8KJ/K2502kg/h ==

Q =( S(Hs-Hs)= S λs = (345.7Kg/h)( 2230 KJ/Kg) = 770911 KJ/h

Intercambiador Cantidad de vapor requerido Kg/h Calor requerido KJ/h Para el Aire 598 1,333,40

Para el Hexano 4.66 10,391.4 En el evaporador 345.7 770911


40

APENDICE II

DISEÑO DE LOS EQUIPOS MAYORES Secado de Lecho Vibrofluidizado Se alimentan 1570 Kg/h m = tm’ m = (1h)(1570Kg/h) = 1571 Kg sabiendo que la densidad de la partícula es: 386.6 Kg/m3 Podemos conocer el volumen ocupado por la copra alimentada. V = 1571Kg / 386.6Kg/m3 = 4.0 m3 Extractor tipo Kennedy Se alimentan 800 Kg/h de copra m=tm’ m=(1h)(800Kg/h) = 800 Kg sabiendo que la densidad de la partícula es: 386.6 Kg/m3 Podemos conocer el volumen ocupado por la copra alimentada V = 800Kg / 386.6Kg/m3 = 2.07 m3 También se alimentan 2640 Kg/h de hexano ρ = 659.4 Kg/m3 Podemos conocer el volumen ocupado por el hexano alimentado V = 2640Kg / 659.4/m3 = 4.0 m3 Vtotal ocupado = 6.07m3 Evaporador Simple Se alimentan 2876 Kg/h de mezcal aceite-hexano ρ = 692.4 Kg/m3 Podemos conocer el volumen ocupado por la mezcla alimentada V = 2876Kg / 692.4/m3 = 4.15 m3


41

APÉNDICE III

DISEÑO DE EQUIPO MENOR 1) en el secador. Q=UA∆TmL

U= Cm613.22KJ/h 2°

∆T1= Th,i- Tc,i ∆T2= Th,o- Tc,o Datos: Q= 1333,540 KJ/h Tc,i = 30°C Th,i = 120°C Tc,o = 60°C Th,o= 120°C ∆TmL= 73.98°C

2

240.29

C)C)(73.98hm(613.22KJ/

KJ/h 1333,540 mA =

°°=

2) para calentar el hexano. Q=UA∆TmL

U= C900KJ/hm2 °

∆T1= Th,i- Tc,i ∆T2= Th,o- Tc,o Datos: Q= 10,391.4 KJ/h Tc,i = 30°C Th,i = 120°C


42

Tc,o = 60°C Th,o= 120°C ∆TmL= 73.98°C

2

216.0

C)C)(73.98(900KJ/hm

KJ/h 10,391 mA =

°°=

3) para el evaporador. Q=UA∆T

U= K°21100W/m

∆T= 351-333= 18 Q= 214142 W

22

81.10)18)((1100W/m

W214142 m

KKA =

°=


43

APENDICE IV

AREAS DE TRANSFERENCIA DE CALOR EN LOS INTERCAMBIADORES Tubería de salida del extractor al evaporador. Para poder saber las pérdidas por fricción a lo largo de ésta tubería fue necesario usar la ecuación de Bernoulli

s

c

wFP

ag

vz

gc

g ≈Σ+∆+∆+∆ρ2

2

Donde la diferencia de altura es:

A = 2532 10*56.44

md −=π

Con un diámetro de 0.076 m

Con una velocidad de v = s

mp

m253.0=

∆

Obteniedo un número de Reynolds de 57872.33, de lo caul se puede decir que nuestro flujo se comporta turbulentamente y obteniendo la suma de los factores de fricción de

2749.0=ΣF Obteniendo una potencia de nuestra bomba de 0.196 Hp Nota: las propiedades utilizadas de nuestro fluido son: d = 0.076m

ms

kg410*3.2 −=µ

T = 30ºC A las tuberías restantes se realizó el mismo tratamiento, obteniendo una potencia de nuestra segunda bomba de 0.2402 HP


44

APÉNDICE V

COSTOS Para poder realizar los diferentes costos de los equipo principales fue necesario tomar en cuenta lo siguiente.

� Secador Para poder realizar el costo de este equipo fue necesario el saber el área de del lecho

expuesto (20 m2 ) y utilizando el libro(4) (el índice de costos de planta “CE”), dando como costo de modulo simple (122319.878) y realizando la siguiente operación.

*)1..(..........del CE

i año elen simple modulo de costo actual Costo

=

iañoleenCE

actual

USD052,191315

492)122319.878( actual Costo =

=

**) el año del índice de costos de planta “CE” en el año i (1982) *** Material de acero inoxidable

� Extractor

Para poder realizar los costos del equipo fue necesario tomar en cuenta lo siguiente.

Retomando la ecuación 1, obtenemos el siguiente costo 000,200 actual Costo =

*** Material de acero inoxidable

� Evaporador

Para poder realizar el costo de este equipo fue necesario el saber el área de transferencia de calor ( m2 ) y utilizando el libro(4 ) (el índice de costos de planta “CE”), dando como costo:

USD108179.5315

492)69261.2652( actual Costo =

=

*- los costos son para efecto sencillo


45

� Molino

Para poder realizar el costo de este equipo fue necesario el saber la velocidad de flujo para los sólidos ( kg ) y utilizando el libro( 4) (el índice de costos de planta “CE”, pag 327,Fig. 5-18),), dando como costo de

=

=315

492() actual Costo 1)

1) Incluye impulsores

**) El año del índice de costos de planta “CE” en el año i (1982) *** Material de acero inoxidable

� Caldera de vapor Para poder realizar el costo de este equipo fue necesario el saber la carga térmica (600 kJ/s ) y utilizando el libro( 4) (el índice de costos de planta “CE”, pag 331,Fig. 5-26), dando como costo de

USD58196315

492)37259.6341( actual Costo )2 =

=

2) Como combustible se puede usar aceite o gas como combustible. **) el año del índice de costos de planta “CE” en el año i (1982)

� Banda transportadora

Para poder realizar el costo de este equipo fue necesario la distancia transportadora ( 7 m ) y utilizando el libro(4 ) (el índice de costos de planta “CE”, pag 325,Fig. 235), dando como costo de

USD4375315

492)32801.06707( actual Costo =

=

* No incluye motores eléctricos **) el año del índice de costos de planta “CE” en el año i (1982)

� Cangilones

Para poder realizar el costo de este equipo fue necesario la distancia transportadora (3.5 m ) y utilizando el libro( 4) (el índice de costos de planta “CE”, pag 325,Fig. 235), dando como costo de

USD3750315

492)2400.91463( actual Costo =

=

El numero total de cangilones utilizados a lo largo de proceso son de 2, con un precio de 7500 USD. * No incluye motores eléctricos


46

**) el año del índice de costos de planta “CE” en el año i (1982) � Ventiladores

Para poder realizar el costo de este equipo fue necesario el flujo de gas ( 11.6 m3/s ) y utilizando el libro( 4) (el índice de costos de planta “CE”, pag 333,Fig.5-29), dando como costo de

USD585315

492)374.542683( actual Costo =

=

* incluye costos de motores eléctricos **) el año del índice de costos de planta “CE” en el año i (1982) *** Material acero al carbón

� Cambiador de calor de coraza y tubo

Para poder realizar el costo de este equipo fue necesario área del cambiador (y utilizando el libro(4 ) (el índice de costos de planta “CE”, pag 336,Fig.5-36), dando como costo de El número total de intercambiadores de calor fueron 3, uno para el secador***, otro para el evaporador**** y otro para el hexano que proviene del tanque de almacenamiento***, dando un costo total de 20,691 USD. **) El año del índice de costos de planta “CE” en el año i (1982) *** Material acero al carbón con acero inoxidable **** Acero inoxidable


47

APÉNDICE VI Tabla 1. Datos de secado de copra de coco a diferentes temperaturas (partícula pequeña: 10x10x3 mm)

T = 50°C T = 60°C T = 70°C Tiempo (min) Humedad Tiempo (min) Humedad Tiempo (min) Humedad

0 81.7204301 0 80.4670913 0 80 5 74.1935484 5 73.6730361 5 77.2043011 10 67.7419355 10 66.4543524 10 67.5268817 15 60.2150538 15 61.1464968 15 59.3548387 20 54.8387097 20 53.7154989 20 52.2580645 25 49.4623656 25 48.4076433 25 46.0215054 30 46.2365591 30 43.5244161 30 40.6451613 35 40.8602151 35 39.0658174 35 35.6989247 40 37.6344086 40 35.2441614 40 31.6129032 45 33.3333333 45 31.6348195 45 27.9569892 50 31.1827957 50 28.4501062 50 24.7311828 55 27.9569892 55 25.6900212 55 22.1505376 60 24.7311828 60 22.9299363 60 19.7849462 65 22.5806452 65 20.8067941 65 17.6344086 70 21.5053763 70 18.6836518 70 15.6989247 75 19.3548387 75 16.7728238 75 14.1935484 80 18.2795699 80 15.07431 80 12.688172 85 16.1290323 85 13.3757962 85 11.3978495 90 15.0537634 90 11.8895966 90 10.1075269 95 13.9784946 95 10.6157113 95 9.03225806 100 12.9032258 100 9.3418259 100 7.95698925 105 11.827957 105 8.06794055 105 7.09677419 110 10.7526882 110 6.95652174 110 6.23655914 115 9.67741935 115 6.08695652 115 5.37634409 120 8.60215054 120 6.08695652 120 4.7311828 125 7.52688172 125 5.2173913 125 4.08602151 130 7.52688172 130 4.34782609 130 3.44086022 135 6.4516129 135 4.34782609 135 3.01075269 140 6.4516129 140 3.47826087 140 2.3655914 145 5.37634409 145 3.47826087 145 1.93548387 150 5.37634409 150 2.60869565 150 1.50537634 155 4.30107527 155 1.73913043 160 4.30107527 160 1.73913043


48

APÉNDICE VII Tabla 2. Datos de secado de copra de coco (coco cubo: 2x1.5x1 mm )

T = 60°C Flujo= 24 ft3/min

tiempo (min) % Humedad masa inicial masa final 0 80.00 2 59.34 2.90 1.82 4 46.95 4.10 2.79 6 34.65 2.72 2.02 8 30.68 4.77 3.65

10 21.78 2.74 2.25 15 12.68 1.60 1.42 20 10.41 3.50 3.17 25 9.45 3.01 2.75 30 7.04 2.13 1.99 50 4.24 2.46 2.36

Tabla 3. Datos de secado de copra de coco (coco molido: amorfo)

T = 60°C Flujo = 24.5

tiempo (min) % Humedad masa inicial masa final 0 80.00 2 62.56 3.17 1.95 4 52.91 3.41 2.23 6 47.42 6.00 4.07 8 40.08 6.64 4.74

10 24.83 1.81 1.45 15 21.25 6.39 5.27 20 14.68 4.53 3.95 25 10.69 4.97 4.49 30 9.09 3.00 2.75 35 7.12 3.01 2.81 40 6.32 3.03 2.85 50 4.61 6.13 5.86


49

Tabla 4. Datos de secado de copra de coco (coco rallado: 32x3x1mm)

T = 60°C Flujo=70 ft3/min

tiempo (min) % Humedad masa inicial masa final 0 80.00 5 30.43 3.60 2.76 10 14.42 5.00 4.37 15 12.76 4.42 3.92 20 11.34 3.24 2.91 25 8.36 3.37 3.11 30 3.54 2.05 1.98


50

APÉNDICE VIII Tabla 5. Datos de secado con diferentes humedades iniciales coco cubo.

Coco cubo

Humedad inicial 4.24% Humedad inicial 21.78% Humedad inicial 59.34% Tiempo (min) Masa (g) % Humedad Tiempo (min) Masa (g) % Humedad Tiempo (min) Masa (g) % Humedad

0 2.46 4.24 0 2.74 21.78 0 2.90 59.34 5 2.42 2.54 5 2.52 12.00 5 2.54 39.56 10 2.41 2.12 10 2.42 7.56 10 2.27 24.73 15 2.41 2.12 20 2.38 5.78 15 2.11 15.93 20 2.4 1.69 25 2.35 4.44 20 2.01 10.44 25 2.39 1.27 30 2.33 3.56 25 1.96 7.69 30 2.39 1.27 35 2.31 2.67 30 1.93 6.04 35 2.39 1.27 40 2.30 2.22 35 1.91 4.95 40 2.39 1.27 45 2.29 1.78 40 1.90 4.40 45 2.38 0.85 55 2.28 1.33 45 1.88 3.30 50 2.38 0.85 60 2.28 1.33 50 1.87 2.75 55 2.38 0.85 65 2.27 0.89 55 1.86 2.20 60 2.38 0.85 80 2.27 0.89 60 1.86 2.20 65 2.38 0.85 85 2.27 0.89 65 1.85 1.65 70 2.37 0.42 90 2.27 0.89 70 1.85 1.65 75 2.37 0.42 95 2.27 0.89 75 1.85 1.65 80 2.37 0.42 105 2.26 80 1.84 1.10 85 2.37 0.42 110 2.26 85 1.84 1.10 90 2.37 0.42 115 2.26 90 1.84 1.10 95 2.37 0.42 120 2.26 95 1.84 1.10 100 2.37 0.42 125 2.26 100 1.83 0.55 105 2.37 0.42 130 2.26 105 1.83 0.55 110 2.37 0.42 135 2.25 110 1.83 0.55 115 2.37 0.42 140 2.25 115 1.83 0.55 120 2.36 145 2.25 120 1.83 0.55 125 2.36 150 2.25 125 1.83 0.55 130 2.36 155 2.25 130 1.83 0.55 135 2.36 160 2.25 135 1.83 0.55 140 2.36 165 2.25 140 1.82 145 2.36 145 1.82 150 2.36 150 1.82 155 2.36 155 1.82 160 2.36 160 1.82 165 2.36 165 1.82 170 2.36 170 1.82 175 2.36 175 1.82


51

Tabla 6. Datos de secado con diferentes humedades coco rallado.

Coco rallado

Humedad inicial 3.5% Humedad inicial 18.8% Humedad inicial 30.43%

Tiempo (min) Masa (g) % Humedad Tiempo (min) Masa (g) % Humedad Tiempo (min) Masa (g) % Humedad

0 2.05 3.54 0 9.40 18.84 0 3.60 30.43 5 2.01 1.52 5 9.20 16.31 5 3.28 18.84

10 2.00 1.01 10 8.82 11.50 10 3.11 12.68 15 2.00 1.01 15 8.58 8.47 15 3.00 8.70 20 2.00 1.01 20 8.40 6.19 20 2.93 6.16 25 2.00 1.01 25 8.20 3.67 25 2.89 4.71 30 2.00 1.01 30 8.16 3.16 30 2.86 3.62 35 2.00 1.01 35 8.05 1.77 35 2.84 2.90 40 2.00 1.01 40 8.04 1.64 40 2.82 2.17 45 2.00 1.01 45 8.02 1.39 45 2.81 1.81 50 1.99 0.51 50 8.00 1.14 50 2.80 1.45 55 1.99 0.51 55 8.00 1.14 55 2.79 1.09 60 1.99 0.51 60 7.98 0.88 60 2.79 1.09 65 1.99 0.51 65 7.97 0.76 65 2.78 0.72 70 1.99 0.51 70 7.96 0.63 70 2.78 0.72 75 1.99 0.51 75 7.96 0.63 75 2.78 0.72 80 1.99 0.51 80 7.96 0.63 80 2.77 0.36 85 1.98 85 7.96 0.63 85 2.77 0.36 90 1.98 90 7.96 0.63 90 2.77 0.36 95 1.98 95 7.91 95 2.77 0.36 100 1.98 100 7.91 100 2.76 105 1.98 105 7.91 105 2.76 110 1.98 110 7.91 110 2.76 115 1.98 115 7.91 115 2.76 120 1.98 120 7.91 120 2.76 125 1.98 125 7.91 130 1.98 130 7.91 135 1.98 140 1.98


52

Tabla 7. Datos de secado con diferentes humedades coco molido.

Coco molido

Humedad inicial 4.60% Humedad inicial 17.9% Humedad inicial 62.56%

Tiempo (min) Masa (g) % Humedad Tiempo (min) Masa (g) % Humedad Tiempo (min) Masa (g) % Humedad

0 6.13 4.61 0 6.00 17.19 0 3.17 62.56 5 5.99 2.22 5 5.62 9.77 5 2.89 48.21

10 5.97 1.88 10 5.47 6.84 10 2.67 36.92 15 5.97 1.88 20 5.29 3.32 15 2.51 28.72 20 5.96 1.71 25 5.26 2.73 20 2.39 22.56 25 5.96 1.71 30 5.24 2.34 25 2.28 16.92 30 5.96 1.71 35 5.22 1.95 30 2.20 12.82 35 5.93 1.19 40 5.20 1.56 35 2.13 9.23 40 5.93 1.19 45 5.18 1.17 40 2.07 6.15 45 5.93 1.19 55 5.16 0.78 45 2.05 5.13 50 5.93 1.19 60 5.16 0.78 50 2.02 3.59 55 5.90 0.68 65 5.15 0.59 55 2.00 2.56 60 5.90 0.68 80 5.13 0.20 60 1.99 2.05 65 5.90 0.68 85 5.13 0.20 65 1.98 1.54 70 5.90 0.68 90 5.13 0.20 70 1.97 1.03 75 5.89 0.51 95 5.13 0.20 75 1.97 1.03 80 5.89 0.51 105 5.13 0.20 80 1.96 0.51 85 5.89 0.51 110 5.12 85 1.96 0.51 90 5.89 0.51 115 5.12 90 1.96 0.51 95 5.89 0.51 120 5.12 95 1.96 0.51 100 5.89 0.51 125 5.12 100 1.95 105 5.89 0.51 130 5.12 105 1.95 110 5.89 0.51 135 5.12 110 1.95 115 5.89 0.51 140 5.12 115 1.95 120 5.88 0.34 145 5.12 120 1.95 125 5.88 0.34 150 5.12 125 1.95 130 5.88 0.34 155 5.12 130 1.95 135 5.88 0.34 160 5.12 135 1.95 140 5.88 0.34 165 5.12 140 1.95 145 5.88 0.34 145 1.95 150 5.88 0.34 150 1.95 155 5.87 0.17 155 1.95 160 5.87 0.17 165 5.87 0.17 170 5.87 0.17 175 5.87 0.17 180 5.87 0.17 185 5.87 0.17


53

APÉNDICE IX Ecuación para determinar la humedad en base seca: Para poder calcular la humedad en base seca y su respectivo porcentaje, se usaron las siguientes ecuaciones.

[ ]osólidodegr

aguadegr

SecaMasa

SecaMasaHúmedaMasaxabaseenHumedad

sec.sec =−==

( )100xasecbaseenhumedaddePorcentaje =

Por ejemplo: Tomando datos del apéndice II y la tabla 2 de coco cubo y calculando la humedad en base seca y su respectivo porcentaje, a un tiempo de 50 min.

( ) %24.410036.2

36.246.2min50 =−=x

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“INDUSTRIALIZACIÓN DE LA COPRA DE COCO”148.206.53.84/tesiuami/UAMI11626.pdf · Industrialización de la copra de coco. 1 UNIVERSIDAD AUTONOMA METROPOLITANA UNIDAD IZTAPALAPA