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Trabajo Fin de Máster Diseño de una Columna de Destilación a Vacío para Separar Biodiesel (FAME’s) con Vistas a la Producción de Bioqueroseno para Aviación. Autor/es Claudia Ivette Mejía Parra Director/es Dr. Laureano Canoira López Dr. Francisco Javier Royo Herrer Escuela de Ingeniería y Arquitectura / Universidad de Zaragoza 2012 I Diseño de una Columna de Destilación a Vacío para Separar Biodiesel (FAME’s) con Vistas a la Producción de Bioqueroseno para Aviación. RESUMEN El transporte aéreo es uno de los sectores de mayor expansión y es blanco de numerosos informes sobre emisiones de gases de efecto invernadero, según datos de la Asociación Internacional del Transporte Aéreo IATA, el tráfico aéreo mundial crecerá alrededor de un 4,5 % anual hasta el 2050. Este incremento de la actividad se traducirá, consecuentemente, en un aumento del consumo de combustible de aviación y de las emisiones de CO 2 . Por ello es evidente la búsqueda de nuevos combustibles de aviación más eficientes y respetuosos con el medio ambiente. El primer paso para producir un queroseno de mejor comportamiento desde el punto de vista ambiental es la reducción de su contenido de azufre, aunque continúe tratándose de un combustible no renovable, un menor contenido de azufre reducirá las emisiones de óxidos de azufre. La segunda aproximación a nuevos combustibles son los combustibles sintéticos no renovables, son combustibles derivados de otras fuentes de energía distintas al petróleo, principalmente gas y carbón. La tercera aproximación a nuevas alternativas de combustibles para aviación son los biocombustibles en concreto biocombustibles de segunda generación. Se trata de biocombustibles producidos a partir de aceites vegetales, como el biodiesel. Estos combustibles son conocidos como ésteres grasos o ácidos grasos hidroprocesados HEFA’s y normas internacionales, tal como la ASTM D7566 permite su uso en mezclas de hasta el 50%. El presente proyecto se centra en la destilación de tres tipos ésteres metílicos de ácidos grasos (FAME) provenientes del aceite de coco, palmiste y babasú, las propiedades de los FAME’s dependen del tipo de materia prima debido al rango de compuestos que los constituyen que varían de C8:0 a C20:0. La destilación a vacío tiene el principal objetivo de obtener una fracción ligera similar al queroseno que denominamos bioqueroseno, comprendida en un rango de C8:0 a C14:0 sin producir la descomposición de los FAME’s. Aunque la norma ASTM D7566 limita el contenido en FAME a menos de 5 ppm, estudios recientes han demostrado que la mezcla de este bioqueroseno con combustible fósil Jet-A1 en proporción de hasta 10% v/v no altera negativamente las propiedades del Jet A-1. La simulación realizada en el programa PRO/II del proceso de destilación a vacío reproduce con buena concordancia los resultados de destilación experimentales para los tres bioquerosenos de coco, palmiste y babasú ensayados. Es así mismo destacable el hecho de que la mayoría de los FAME’s utilizados en la simulación no se hallaban en la base de datos del programa PRO/II, por lo que ha sido necesaria la estimación de sus propiedades fijas y dependientes de la temperatura mediante el programa PhysProps, encontrándose una buena correlación entre dichas propiedades estimadas y las publicadas en la literatura. II Í NDICE DE CONTENIDOS 1. INTRODUCCIÓN ..................................................................................... 1 1.1. Objetivos..................................................................................................................... 4 2. COMBUSTIBLES EN EL SECTOR DE AVIACIÓN................................. 5 2.1. Combustibles Alternativos........................................................................................ 5 2.1.1. Combustibles de origen fósil.............................................................................. 6 2.1.2. Combustibles de origen renovable.................................................................... 6 2.2. Normativa y Estándares ............................................................................................ 9 2.3. Antecedentes del Uso de Biocombustibles en Aviación...................................... 10 3. PROPIEDADES Y CARACTERÍSTICAS DE LOS FAME’s................... 15 3.1. Babasú (Orbygnya martiana).................................................................................. 15 3.2. Palmiste (Elaeis guineensis L)................................................................................ 16 3.3. Coco (Cocos nucifera)............................................................................................. 18 4. DESTILACIÓN A VACÍO DE LOS FAME’s........................................... 20 4.1. Aspectos Generales sobre Destilación.................................................................. 20 4.2. Paquete de simulación PRO/II................................................................................. 22 4.3. Trabajos Experimentales en Destilación de FAME’s ............................................ 23 5. DISEÑO Y SIMULACIÓN DE UNA COLUMNA DE DESTILACIÓN...... 26 5.1. Evaluación de las Propiedades de los FAME’s ..................................................... 26 5.2. Evaluación de las Condiciones de Operación....................................................... 32 5.3. Metodología de Cálculo en el Software de Simulación Procesos de Ingeniería PRO/II. ....................................................................................................................... 35 5.3.1. Planteamiento del problema............................................................................. 35 5.3.2. Metodología de solución................................................................................... 35 6. RESULTADOS Y CONCLUSIONES...................................................... 47 6.1. Columna de Destilación FAME de Coco ................................................................ 47 6.2. Columna de Destilación FAME de Palmiste........................................................... 47 6.3. Columna de Destilación FAME de Babasu............................................................. 58 7. NOMENCLATURA................................................................................. 66 8. BIBLIOGRAFÍA ..................................................................................... 67 9. ANEXOS................................................................................................ 69 9.1. Propiedades Dependientes de la Temperatura...................................................... 69 III Í NDICE DE FIGURAS Y TABLAS Figura 1.1.-Reacción de transesterificación. ................................................................................................3 Figura 1.2.-Rangos de destilación de combustibles de aviación y automoción [4]......................................3 Figura 3.1.-Attalea speciosa, babasú. Porte y fruto entero.. ......................................................................15 Figura 3.2.-Palma Eleais guineensis y fruto...............................................................................................16 Figura 3.3.-Palma de coco (Cocos Nucifera) y fruto...................................................................................18 Figura 4.1.-Esquema de una columna de destilación.................................................................................21 Figura 5.1.-Comparativa del punto normal de ebullición obtenido de la base de datos del programa PhysProps y del obtenido del artículo de referencia...................................................................................30 Figura 5.2.-Comparativa de la temperatura crítica obtenida de la base de datos del programa PhysProps y de la obtenida del artículo de referencia.. ................................................................................................30 Figura 5.3.-Comparativa del presión crítica obtenida de la base de datos del programa PhysProps y de la obtenida del artículo de referencia..............................................................................................................31 Figura 5.4.-Comparativa del volumen crítico obtenido de la base de datos del programa PhysProps y del obtenido del artículo de referencia..............................................................................................................31 Figura 5.5.-Comparativa de la presión de vapor obtenida por la estimación de métodos de contribución de grupos del programa PhysProps y del artículo de referencia......................................................................32 Figura 5.6.-Elección del método Shortcut en PRO/II..................................................................................35 Figura 5.7.-Columna de destilación por el método Shortcut en PRO/II......................................................35 Figura 5.8.-Selección de componentes en PRO/II.. ...................................................................................35 Figura 5.9.-Adicción de propiedades fijas para componentes nuevos creados en PRO/II.........................36 Figura 5.10.-Adicción de propiedades dependientes de la temperatura en PRO/II....................................37 Figura 5.11.- Selección del modelo termodinámico en PRO/II...................................................................37 Figura 5.12.-Composición y condiciones térmicas de la corriente de alimentación S1 en PRO/II.. ...........37 Figura 5.13.-Determinación de componentes clave liviano, pesado y especificaciones, método Schortcut en PRO/II.. ..................................................................................................................................................38 Figura 5.14.-Columna de destilación por el método Shortcut en PRO/II....................................................39 Figura 5.15.-Flujos totales de las corrientes de salida y cálculo de especificaciones en el reporte de resultados del método Shortcut en PRO/II..................................................................................................39 Figura 5.16.-Reflujo mínimo, R min en el reporte de resultados del método Shortcut en PRO/II..................40 Figura 5.17.-Composiciones y propiedades térmicas de las corrientes S1, S2 y S3 en el reporte de resultados del método Shortcut en PRO/II..................................................................................................40 Figura 5.18.-Flujos totales de las corrientes de salida y cálculo de especificaciones para un reflujo de 1,5*R min , en el reporte de resultados del método Shortcut en PRO/II.........................................................41 Figura 5.19.-Número de platos y plato de alimentación para un reflujo de 1,5*R min , en el reporte de resultados del método Shortcut en PRO/II..................................................................................................41 Figura 5.20.-Composiciones y propiedades térmicas de las corrientes S1, S2 y S3 para un reflujo de 1,5*R min en el reporte de resultados del método Shortcut en PRO/II..........................................................42 IV Figura 5.21.-Elección del método Distillation en PRO/II.............................................................................42 Figura 5.22.-Determinación de componentes clave liviano, pesado y especificaciones, método Distillation en PRO/II.. ..................................................................................................................................................43 Figura 5.23.-Composiciones y propiedades térmicas de las corrientes S1, S2 y S3 por el método Distillation en el reporte de resultados en PRO/II........................................................................................44 Figura 5.24.-Columna de destilación por el método Distillation en PRO/II.................................................44 Figura 5.25.-Cálculo de especificaciones y reflujo por el método Distillation en PRO/II.. ..........................45 Figura 5.26.-Composiciones y propiedades térmicas de las corrientes S1, S2 y S3 por el método Distillation en el reporte de resultados en PRO/II........................................................................................45 Figura 6.1.-Comparativa de resultados de composiciones másicas de la corriente de destilado, S2 por el método Distillation (PRO/II) y los de referencia de proyectos de investigación en la destilación de FAME de coco........................................................................................................................................................50 Figura 6.2.-Comparativa de resultados de composiciones másicas de la corriente de fondo, S3 por el método Distillation (PRO/II) y los de referencia de proyectos de investigación en la destilación de FAME de coco........................................................................................................................................................50 Figura 6.3.-Comparativa de resultados de composiciones másicas de la corriente de destilado, S2 por el método Distillation (PRO/II) y los de referencia de proyectos de investigación en la destilación de FAME de palmiste..................................................................................................................................................54 Figura 6.4.-Comparativa de resultados de composiciones másicas de la corriente de fondo, S3 por el método Distillation (PRO/II) y los de referencia de proyectos de investigación en la destilación de FAME de palmiste..................................................................................................................................................55 Figura 6.5.-Comparativa de resultados de composiciones másicas de la corriente de destilado, S2 por el método Distillation (PRO/II) y los de referencia de proyectos de investigación en la destilación de FAME de babasú. ..................................................................................................................................................59 Figura 6.6.-Comparativa de resultados de composiciones másicas de la corriente de fondo, S3 por el método Distillation (PRO/II) y los de referencia de proyectos de investigación en la destilación de FAME de babasú. ..................................................................................................................................................60 Figura 6.7.-Analisis de la alternativa de sustitución del combustible fósil de aviación JET-A1 por bioqueroseno de FAME de coco, palmiste y babasú..................................................................................63 Tabla 2.1.-Combustibles de aviación[6] .......................................................................................................6 Tabla 2.2-Principales ventajas del uso de Jatrofa y Camelina en la producción de biocombustibles [7].... 8 Tabla 2.3.-Antecedentes de usos de biocombustibles en vuelos de demostración....................................11 Tabla 2.4.-Antecedentes de usos de biocombustibles en vuelos comerciales...........................................14 Tabla 3.1.-Gamas de composición de ácidos grasos de aceite vegetal: babasú, expresadas en porcentaje del contenido total de ácidos grasos[30].....................................................................................................16 Tabla 3.2.-Gamas de composición de ácidos grasos de aceites vegetales: palma y palmiste, expresadas en porcentaje del contenido total de ácidos grasos[30]..............................................................................17 Tabla 3.3.-Gamas de composición de ácidos grasos de aceite vegetal: coco, expresadas en porcentaje del contenido total de ácidos grasos [30]....................................................................................................19 Tabla 4.1.-Condiciones de operación del destilado de FAME de coco y palmiste [2] ............................. 23 V Tabla 4.2.-Perfil de composiciones de FAME de coco y de las fracción ligera (bioqueroseno) y pesada de la destilación a vacío[2]...............................................................................................................................24 Tabla 4.3.-Perfil de composiciones de FAME de palmiste y de las fracción ligeras (bioqueroseno) y pesada de la destilación a vacío [2]............................................................................................................24 Tabla 4.4.-Condiciones de operación del destilado de FAME de babasú [33]...........................................24 Tabla 4.5.- Perfil de composiciones de FAME de babasú y de la fracción ligera (bioqueroseno) y pesada de la destilación a vacío [33].......................................................................................................................25 Tabla 5.1.-Típicos metil esteres de biodiesel..............................................................................................26 Tabla 5.2-.Grupos estructurales de los metil esteres de ácidos grasos......................................................27 Tabla 5.3-.Propiedades fijas de los metil esteres de ácidos grasos ...........................................................28 Tabla 5.4-.Comparativa de propiedades fijas de los metil esteres de ácidos grasos (C12:0 y C18:1) de la base de datos de los programas PRO/II y PhysProps................................................................................28 Tabla 5.5-.Punto normal de ebullición obtenido por el programa PhysProps y el obtenido de la referencia de artículo ...................................................................................................................................................30 Tabla 5.6-.Temperatura crítica obtenida por el programa PhysProps y el obtenido de la referencia de artículo ........................................................................................................................................................30 Tabla 5.7-.Presión crítica obtenida por el programa PhysProps y el obtenido de la referencia de artículo ........................................................................................................................................................31 Tabla 5.8-. Volumen crítico obtenido por el programa PhysProps y el obtenido de la referencia de artículo ........................................................................................................................................................31 Tabla 6.1.-Calculo del número total de platos y plato de alimentación en función del reflujo por el método de Shortcut en la destilación de FAME de coco..........................................................................................46 Tabla 6.2.-Temperatura de las corrientes de destilado y fondo por el método de Shortcut en la destilación de FAME de coco........................................................................................................................................46 Tabla 6.3.-Tasas globales de las corrientes de destilado y fondo por el método de Shortcut en la destilación de FAME de coco......................................................................................................................47 Tabla 6.4.-Composiciones molares y másicas de la corriente de destilado, S2 por el método de Shortcut en la destilación de FAME de coco.............................................................................................................47 Tabla 6.5.-Composiciones molares y másicas de la corriente de fondo, S3 por el método de Shortcut en la destilación de FAME de coco......................................................................................................................47 Tabla 6.6.-Composiciones molares y másicas de la corriente de destilado, S2 por el método de Distillation en la destilación de FAME de coco.............................................................................................................48 Tabla 6.7.-Composiciones molares y másicas de la corriente de fondo, S3 por el método de Distillation en la destilación de FAME de coco..................................................................................................................48 Tabla 6.8.- Dimensiones del diámetro de la columna de destilación de FAME de coco.............................49 Tabla 6.9.-Condiciones terminas y fracciones másicas de las corrientes S2 y S3 en la destilación de FAME de coco por el método Distillation (PRO/II) y artículo de referencia.................................................50 Tabla 6.10.-Calculo del número total de platos y plato de alimentación en función del reflujo por el método de Shortcut en la destilación de FAME de palmiste....................................................................................51 VI Tabla 6.11.-Temperatura de las corrientes de destilado y fondo por el método de Shortcut en la destilación de FAME de palmiste................................................................................................................51 Tabla 6.12.-Tasas globales de las corrientes de destilado y fondo por el método de Shortcut en la destilación de FAME de palmiste................................................................................................................52 Tabla 6.13.-Composiciones molares y másicas de la corriente de destilado, S2 por el método de Shortcut en la destilación de FAME de palmiste.......................................................................................................52 Tabla 6.14.-Composiciones molares y másicas de la corriente de fondo, S3 por el método de Shortcut en la destilación de FAME de palmiste............................................................................................................52 Tabla 6.15.-Composiciones molares y másicas de la corriente de destilado, S2 por el método de Distillation en la destilación de FAME de palmiste......................................................................................53 Tabla 6.16.-Composiciones molares y másicas de la corriente de fondo, S3 por el método de Distillation en la destilación de FAME de palmiste.......................................................................................................53 Tabla 6.17.-Dimensiones de diámetro de la columna de destilación de FAME de palmiste.......................54 Tabla 6.18.-Condiciones terminas y fracciones másicas de las corrientes S2 y S3 en la destilación de FAME de palmiste por el método Distillation (PRO/II) y artículo de referencia...........................................55 Tabla 6.19.-Calculo del número total de platos y plato de alimentación en función del reflujo por el método de Shortcut en la destilación de FAME de babasú......................................................................................56 Tabla 6.20.-Temperatura de las corrientes de destilado y fondo por el método de Shortcut en la destilación de FAME de babasú..................................................................................................................56 Tabla 6.21.-Tasas globales de las corrientes de destilado y fondo por el método de Shortcut en la destilación de FAME de babasú..................................................................................................................56 Tabla 6.22.-Composiciones molares y másicas de la corriente de destilado, S2 por el método de Shortcut en la destilación de FAME de babasú.........................................................................................................57 Tabla 6.23.-Composiciones molares y másicas de la corriente de fondo, S3 por el método de Shortcut en la destilación de FAME de babasú..............................................................................................................57 Tabla 6.24.-Composiciones molares y másicas de la corriente de destilado, S2 por el método de Distillation en la destilación de FAME de babasú........................................................................................58 Tabla 6.25.-Composiciones molares y másicas de la corriente de fondo, S3 por el método de Distillation en la destilación de FAME de babasú.........................................................................................................58 Tabla 6.26.-Dimensiones de diámetro de la columna de destilación de FAME de babasú........................59 Tabla 6.27.-Condiciones terminas y fracciones másicas de las corrientes S2 y S3 en la destilación de FAME de babasú por el método Distillation (PRO/II) y artículo de referencia.............................................60 Tabla 9.1-.Propiedades dependientes de la temperatura: presión vapor, calor latente de vaporización, capacidad calorífica líquida y entalpía para el Caprilato de metilo, de la base de datos del programa PhysProps...................................................................................................................................................66 Tabla 9.2.-Propiedades dependientes de la temperatura: presión vapor, calor latente de vaporización, capacidad calorífica líquida y entalpía para el Caprato de metilo, de la base de datos del programa PhysProps...................................................................................................................................................67 Tabla 9.3.-Propiedades dependientes de la temperatura: presión vapor, calor latente de vaporización, capacidad calorífica líquida y entalpía para el Miristato de metilo, de la base de datos del programa PhysProps...................................................................................................................................................68 VII Tabla 9.4.-Propiedades dependientes de la temperatura: presión vapor, calor latente de vaporización, capacidad calorífica líquida y entalpía para el Palmitato de metilo, de la base de datos del programa PhysProps...................................................................................................................................................69 Tabla 9.5.-Propiedades dependientes de la temperatura: presión vapor, calor latente de vaporización, capacidad calorífica líquida y entalpía para el Estearato de metilo, de la base de datos del programa PhysProps...................................................................................................................................................70 Tabla 9.6-. Propiedades dependientes de la temperatura: presión vapor, capacidad calorífica líquida y entalpía para el Linoleato de metilo, de la base de datos del programa PhysProps...................................71 Tabla 9.7.-Propiedades dependientes de la temperatura: presión vapor, capacidad calorífica líquida y entalpía para el Linolenato de metilo, de la base de datos del programa PhysProps.................................72 Tabla 9.8.-Propiedades dependientes de la temperatura: densidad líquida, viscosidad líquida/vapor, conductividad líquida/vapor y superficie de tensión para el Caprilato de metilo por métodos de contribución de grupos PhysProps..............................................................................................................73 Tabla 9.9.-Propiedades dependientes de la temperatura: densidad líquida, viscosidad líquida/vapor, conductividad líquida/vapor y superficie de tensión para el Caprato de metilo por métodos de contribución de grupos PhysProps..................................................................................................................................74 Tabla 9.10.-Propiedades dependientes de la temperatura: densidad líquida, viscosidad líquida/vapor, conductividad líquida/vapor y superficie de tensión para el Miristato de metilo por métodos de contribución de grupos PhysProps..................................................................................................................................75 Tabla 9.11.-Propiedades dependientes de la temperatura: densidad líquida, viscosidad líquida/vapor, conductividad líquida/vapor y superficie de tensión para el Palmitato de metilo por métodos de contribución de grupos PhysProps..............................................................................................................76 Tabla 9.12.-Propiedades dependientes de la temperatura: densidad líquida, viscosidad líquida/vapor, conductividad líquida/vapor y superficie de tensión para el Estearato de metilo por métodos de contribución de grupos PhysProps..............................................................................................................77 Tabla 9.13.-Propiedades dependientes de la temperatura: densidad líquida, viscosidad líquida/vapor, conductividad líquida/vapor y superficie de tensión para el Linoleato de metilo por métodos de contribución de grupos PhysProps..............................................................................................................78 Tabla 9.14.-Propiedades dependientes de la temperatura: densidad líquida, viscosidad líquida/vapor, conductividad líquida/vapor y superficie de tensión para el Linolenato de metilo, por métodos de contribución de grupos PhysProps..............................................................................................................79 1 1. INTRODUCCIÓN En la actualidad, el sector de la aviación utiliza combustibles líquidos derivados del petróleo como fuente de energía. A la vista de los actuales problemas ambientales, económicos y políticos en cuanto a la sostenibilidad de esta fuente de energía, la cuestión de alternativas de combustible en el sector de la aviación es eminente. Entre estas preocupaciones, el impacto ambiental del uso de combustibles fósiles en el calentamiento global y la calidad del aire es de gran importancia, mientras que el impacto de la volatilidad de los precios del petróleo y la necesidad de un suministro sostenible de combustible son estímulos importantes para la economía de los usuarios de combustibles. Hoy en día, se considera que el transporte aéreo representa el 2% de las emisiones mundiales de CO 2 globales. No obstante, se prevé que la demanda mundial de este medio de transporte seguirá aumentando a corto, mediano y largo plazo y con ello la probabilidad de aumento en sus emisiones de gases de efecto invernadero (GEI). La Asociación Internacional de Transporte Aéreo (IATA) prevé un aumento de la demanda de combustible de aviación a partir de unos 190 millones de toneladas en 2009 a entre 300-350 millones de toneladas en 2030, induciendo a un aumento proporcional de sus emisiones de CO 2 [1]. Existe un interés mundial en los biocombustibles como fuente de energía renovable para la sostenibilidad a largo plazo del combustible debido al previsible agotamiento de los combustibles fósiles. Por otro lado, el 20 de diciembre de 2006 la Comisión Europea aprobó una propuesta de ley para incluir el sector de la aviación civil en el mercado europeo de derechos de emisión de dióxido de carbono (Régimen de comercio de derechos de emisión de la Unión Europea, EUETS). El 8 de julio de 2009, el Parlamento Europeo y el Consejo acordaron que todos los vuelos que despegan o aterrizan en los aeropuertos de la Unión Europea a partir del 1 de enero 2012 deberían incluirse en los EUETS. El 19 de noviembre de 2008, la Directiva de la 2008/101/CE incluye las actividades de aviación civil de los EUETS, y esta directiva ha sido transpuesta por la Ley española 13/2010 de 5 de julio de 2010. Así, en 2012 el sector de la aviación deberá reducir sus emisiones al 97% de los valores medios registrados en el periodo 2004-2006, y para el 2013 estas reducciones de emisiones deben alcanzar el 95% de los valores medios para el mismo período [1], [2].Tratando de hacer frente a esta situación, las empresas de aviación están planeando seriamente el uso de los combustibles alternativos para reducir sus emisiones de gases de efecto invernadero y para reducir sus costos. Sin embargo, los combustibles para el sector de aviación deben cumplir una serie de propiedades extraordinariamente sensibles para garantizar la seguridad de los aviones y los pasajeros durante los vuelos. Algunos de los combustibles alternativos para el sector de aviación se resumen a continuación: Combustibles Fischer-Tropsch (XtL).- En general Fischer-Tropsch, es una reacción química catalizada por la cual se transforma en un gas de síntesis, que consiste en una mezcla de monóxido de carbono e hidrógeno, en hidrocarburos líquidos. Una aplicación de este proceso es el primer combustible sintético aprobado para aviación que se ha desarrollado a partir de carbón por Sasol en Sudáfrica [3]. 8 Tabla 2.2- Principales ventajas del uso de Jatrofa y Camelina en la producción de biocombustibles, [7]. Jatrofa Camelina - Producción de un aceite no comestible que no estará directamente vinculado a competir con el suministro de alimentos. - Ciclo de crecimiento muy corto (menos de 4 meses cuando se siembra a principios de primavera). - Mayor ciclo de vida de las reducciones de emisiones de CO 2 que actuales materias primas de primera generación como la colza. - Pocas necesidades agronómicas (fertilizantes, pesticidas, herbicidas). - Aptas para el cultivo en suelos marginales o rehabilitar terrenos baldíos. - Alto contenido en aceite (35%-40%) - Posibilidad de trabajar con los pequeños agricultores en las zonas remotas de escasa infraestructura de transporte, ya que las semillas de jatrofa (a diferencia de palma) se pueden almacenar. - Potencial de crecimiento en una amplia gama de diferentes regiones templadas y con diferentes condiciones de suelo, excepto en arcilla limosa pesada y suelos susceptibles a la formación de costras superficiales. - Oportunidades para el cultivo en los trópicos semiáridos ya que la jatrofa necesita mucha menos agua que la palma. - Resistente a varias enfermedades de forma natural, tales como alternaria brassicae y a las plagas de insectos. - Excelentes propiedades de la torta de semillas como fertilizante orgánico o como insumo para las plantas de fermentación de biogás, con un mayor equilibrio de carbono. - Alta calidad como comida, la harina de la semilla es el subproducto de la extracción de aceite y representa un importante coproducto con un alto valor económico para la alimentación animal. Biocombustibles de tercera generación Los biocombustibles más avanzados de tercera generación son las algas microscópicas que permiten obtener un tipo de “crudo” vegetal del que se puede obtener bioqueroseno. Las algas se cultivan en lagos, en el mar o en biorreactores usando agua salada o aguas residuales. Así mismo las algas consumen dióxido de carbono y emiten oxígeno a medida que crecen, por lo que hacen captura de carbono en vez de liberación del mismo a la atmosfera. Su productividad por unidad de superficie es muy superior a la de los cultivos tradicionales (hasta 300 veces mayor) para la obtención de combustibles, ya que no invierten energía en la generación de troncos, raíces, flores o frutos. La producción de algas se puede llevar a cabo a través de la fotosíntesis, siendo un proceso en el que las algas convierten la luz solar y el CO 2 en energía química para luego convertir esa energía en aceites. Las microalgas fotosintéticas se cultivan, por lo general, en grandes sistemas de charcas al aire libre, en tubos o bolsas, o en el interior utilizando luz artificial. En los sistemas de crecimiento fotosintético, los insumos primarios para el crecimiento de biomasa (algas) son luz, CO 2 y nutrientes. Las algas son frecuentemente alimentadas de carbono que de otro modo sería emitido a la atmosfera proveniente de fuentes fijas, como emisoras industriales. Los nutrientes se pueden derivar de fertilizantes tradicionales, 9 pero también se pueden extraer de una serie de residuos industriales, incluido el estiércol y la escorrentía agrícola. Otro forma de producción es la obtención de aceite de algas heterótrofas, que en lugar de utilizar luz solar y CO 2 como insumos primarios y producir aceites, las algas heterótrofas se alimentan de sustancias orgánicas, tales como azucares, para sus ciclos de vida. Las algas heterótrofas son cultivadas a gran escala en tanques de fermentación siendo capaces de convertir biomasa en el aceite de manera eficiente sin luz del sol. Después de que las algas han crecido lo suficiente para producir aceite a través de los procesos mencionados anteriormente, la biomasa de algas se extrae del medio de crecimiento, se seca y se extrae el aceite mediante un proceso mecánico o químico. Los procesos químicos utilizan hexano o cloroformo para extraer el aceite de las paredes de las algas, los procesos mecánicos utilizan un aparato que físicamente rompe las paredes celulares y extrae el aceite a presión. El resto de la biomasa de las algas secas es un co-producto de alto valor, con una demanda creciente y fuerte en nutrición humana, nutracéuticos, alimentos para animales y en el mercado de los bioplásticos. El último paso es que el aceite que se extrae se convierta en el combustible deseado. 2.2. Normativa y Estándares El propósito principal de los requisitos técnicos del combustible de aviación es para garantizar la seguridad del transporte aéreo. Por lo tanto, el combustible para aviones comerciales debe cumplir con condiciones técnicas precisas y operativas. Así mismo los motores están diseñados para funcionar con un combustible que cuente con esas características específicas. Los combustibles alternativos o biocombustibles que podrían utilizarse en aviación deberán cumplir con las especificaciones del combustible de aviación derivado del petróleo. Como tal, el uso de un combustible alternativo no debería representar un cambio o desafío en los fuselajes de aviones o motores. Esto representa un inconveniente para nuevos combustibles. Sin embargo, las soluciones no deben ser sistemáticamente rechazadas, pero su evaluación requiere un cuidadoso equilibrio entre las ventajas potenciales de la eficiencia, el medio ambiente o punto de vista económico, de su aprobación y costos de implementación. En la actualidad, un combustible utilizado en la aviación comercial tiene que cumplir con las especificaciones para el combustible jet civil, una de ellas es la ASTM (Sociedad Americana para Pruebas y Materiales) D1655. - ASTM D1655 y Defence Standard 91-91/5 Las especificaciones comprenden una lista de valores permisibles mínimo y máximo para un número de propiedades del combustible, proporcionando así una comprobación relativamente rápida con pruebas en un laboratorio para verificar que cada lote de combustible está "adecuado", es decir, que coincida con todos los requisitos para su uso en una aeronave. Las propiedades cubrir la seguridad de manipulación de tierra del combustible, la idoneidad del combustible para el almacenamiento, la estabilidad del 10 combustible en forma de líquido en un rango de temperaturas de funcionamiento y algunas características físicas. Estas pruebas se han desarrollado durante muchos años para garantizar la seguridad. Las especificaciones se describen de una manera para restringir el proceso de fabricación utilizado y el producto final producido. Las dos limitaciones significativas son:  Que el producto se obtenga a partir del petróleo crudo mediante un proceso ya establecido,  Que el producto sea totalmente hidrocarburo (es decir, moléculas que contiene sólo hidrogeno y carbono) con excepción de los aditivos permitidos y tazas muy bajas de no hidrocarburos. - ASTM D7566 La especificación de la ASTM D7566 se refiere a los hidrocarburos sintetizados que contienen combustible para turbinas de aviación, y se combina con la ASTM D1655. La norma D7566 especifica que la porción sintética no puede superar el 50% del combustible; al menos el 50% debe ser combustible convencional para aviones comerciales o Jet A y Jet A-1. Esta versión inicial de la norma D7566 brinda criterios para la producción, distribución y uso de combustible para los motores de turbinas de aviones que se fabrican con carbón, gas natural o biomasa usando el proceso Fischer-Tropsch. Sin embargo, la estructura de la norma está planteada para que en el futuro cubra otros tipos de combustibles sintéticos que se fabriquen con materias primas y procesos no convencionales a medida que se vayan desarrollando. Una vez que se califiquen, estos nuevos tipos de combustible podrán incorporarse en la norma D7566 como anexos. El segundo anexo de esta norma define los requerimientos del queroseno parafínico sintetizado a partir de ésteres y ácidos grasos hidroprocesados HEFA’s (por ejemplo el caso de los FAME’s que son hidroprocesados con la finalidad de remover esencialmente todo el oxigeno), en dichos requerimientos se mención de una concentración de FAME máxima de <5 ppm. 2.3. Antecedentes del Uso de Biocombustibles en Aviación A continuación, se mencionan algunos de los sucesos más importantes en la aviación internacional en la que los biocombustibles han participado en operaciones de vuelos de demostración, vuelos comerciales y misiones militares (Ver Tablas 2.3 y 2.4), los cuales, intentan implementar en sus operaciones y rutas aéreas el uso de combustibles alternativos que disminuyan las emisiones de CO 2 a la atmósfera y que representen una opción de cara a contrarrestar el cambio climático y la escases de los combustibles fósiles. 11 Tabla 2.3.-Antecedentes de usos de biocombustibles en vuelos de demostración. VUELOS DE DEMOSTRACIÓN 24 de Febrero 2008 Colaboradores: Virgin Atlantic, General Electric, Boeing, Imperium Renewables. Aeronave: Boeing 747 Motor: CF6 Biocombustible: Coco y Babasú [8] [9] En febrero del 2008 Virgin Atlantic se convirtió en la primera aerolínea en el mundo en operar una aeronave comercial con una mezcla de biocombustible. El Boeing 747 realizo un vuelo corto partiendo del aeropuerto de Heathrow en Londres a Ámsterdam utilizando una mezcla con 20% de biocombustible y 80% queroseno en uno de sus cuatro motores. Además, en tierra se comprobó el funcionamiento del motor con hasta un 40% de biocombustible. En esta exhibición, se mostro el compromiso en el uso de combustibles alternativos por medio del análisis del rendimiento de un turborreactor de uso comercial alimentado con una fracción de biocombustible a base de aceite de coco y babasu. Se comprobó que este combustible fue capaz de mantener sus propiedades incluso a condiciones extremas de temperatura a -47 C. 30 de Diciembre del 2008 Colaboradores: Air New Zealand, Boeing, Rolls Royce, Honeywell Aeronave: Boeing 747 Motor: Rolls-Royce RB211 Biocombustible: Jatropha [10] [11] En Diciembre del 2008, Air New Zealand, se unió al grupo de líneas aéreas comerciales que realizan pruebas con combustibles alternativos. Durante un vuelo de dos horas desde el Aeropuerto Internacional de Auckland en la aeronave comercial B-747, la tripulación realizo distintas maniobras en vuelo para comprobar el rendimiento de la mezcla de combustible en uno de sus motores con 50% de biocombustible derivado de la planta jatropha y 50% de Jet A1 (queroseno). Se concluyo que en un vuelo de 12 horas se alcanzaría un ahorro del 1.2% de combustible, es decir, 1.43 toneladas de combustible. Tal reducción en consumo de combustible resultaría en una reducción de aproximadamente 4.5 toneladas de CO 2 al ambiente. 7 de Enero del 2009 Colaboradores: Continental Airlines, Boeing, General Electric, Honeywell Aeronave: Boeing 737 Motor: CFM56-7B Biocombustible: Alga y Jatropha [12] Continental Airlines fue el primer operador de una aeronave comercial con biocombustible en Estados Unidos al realizar un vuelo experimental con duración de 2 horas el 7 de enero del 2008 que partió y regreso del Aeropuerto Intercontinental Bush en Houston. Biocombustibles derivados de alga y jatropha fueron utilizados al 50% de mezcla en uno de los motores CFM56-7B de la aeronave B-737. Durante el vuelo, los pilotos sometieron a la aeronave a numerosas maniobras de vuelo para comprobar el funcionamiento del motor 2 alimentado con mezcla de biocombustibles y el motor 1 en condiciones estándar. Además, se realizo la prueba de apagado y reencendido del motor en vuelo, así como aceleraciones y desaceleraciones mientras que un ingeniero de vuelo almacenaba la información obtenida de cada uno de los motores. 30 de Enero del 2009 Colaboradores: Japan Airlines, Boeing, Pratt & Whitney Aeronave: Boeing 747-300 Motor: Pratt & Whitney JT9D Biocombustible: Camelina, Jatropha, Alga. [13] La aerolínea japonesa Japan Airlines, realizo su primer vuelo de prueba con biocombustible derivado de la planta camelina el 30 de enero del 2009 en colaboración con las empresas Boeing de Estados Unidos y Pratt & Whitney de Canadá. Uno de los cuatro motores JT9D de la aeronave B-747 fue alimentado con una mezcla de 50% de biocombustible (84% camelina, 15% jatropha, 1% alga) y 50% de combustible tradicional Jet A-1. El vuelo salió del Aeropuerto Haneda en Tokio y tuvo una duración de 90 minutos. Los pilotos y el ingeniero de vuelo reportaron que no hubo diferencia alguna entre el rendimiento del motor alimentado con biocombustible y los demás motores. Como en los vuelos realizados previamente por otras aerolíneas de Estados Unidos y Europa, durante el recorrido, se llevaron a cabo diferentes maniobras que permiten extraer datos críticos del funcionamiento de los motores y que sirven como fuente de información para la mejora y la implementación de estos combustibles alternativos en el mercado. 12 Tabla 2.3.-Antecedentes de usos de biocombustibles en vuelos de demostración (Continuación). VUELOS DE DEMOSTRACIÓN 22 de Abril del 2010 Colaboradores: US Navy, Marine Corps, General Electric Aeronave: F/A-18 “Green Hornet” Motor: GE F414 Biocombustible: Camelina. [14] El 22 de Abril del 2010 se llevo a cabo el primer vuelo de prueba con biocombustibles en una aeronave de uso militar para el combate. El vuelo se llevo a cabo en la Estacion Aeronaval Patuxent River en Meryland y tuvo una duración de 45 minutos durante los cuales, se realizaron las primeras maniobras supersónicas con una fuente de potencia alimentada al 50% de biocombustibles. De acuerdo con los reportes, la aeronave tuvo un desempeño normal y sin contratiempos después de las diferentes maniobras a las que se sometió. Además, la Marina de Estados Unidos cuenta con un programa de investigación y desarrollo que trabaja en la realización de estándares de certificación para el uso de diferentes fuentes de energía renovable y alternativa. 25 de Marzo del 2010 Colaboradores: US Air Force Aeronave: A-10 Thunderbolt II Motores: General Electric TF34-GE-100 Biocombustible: Camelina. [15] [16] En Marzo del 2010, la Fuerza Aérea de los Estados Unidos realizo un vuelo de 90 minutos en la aeronave A-10 utilizando un porcentaje del 50% de biocombustible a base de camelina en su fuente de potencia que consta de dos motores General Electric TF34-GE-100. El Departamento de Defensa de Estados Unidos, trabaja en la certificación de biocombustibles para la aviación militar y comercial, ya que la aprobación en el uso de este tipo de combustibles alternativos y su producción a gran escala representa grandes beneficios económicos. 13 de Junio del 2010 Colaboradores: ILA Berlin Air Show, EADS Aeronave: Diamond DA42 Motores: Austro Engine AE300 Biocombustible: Alga. [17] La nueva generación del Diamond DA42 impulsado por sus dos motores AE300 realizo sus primeras pruebas en tierra y vuelos experimentales por primera vez en su base ubicada en Wiener Neustadt, Austria, sin embargo, el primer vuelo oficial sin ser una aeronave experimental se realizo durante el evento aéreo ILA 2010 en Berlín, Alemania. Dicho vuelo fue el primero en la historia en la historia con una alimentación al 100% de biocombustible a base de Alga. Se comprobó que al alimentar la aeronave con biocombustible se obtuvo un consumo de 1.5 litros por hora menos que con combustible convencional Jet A-1 sin comprometer el rendimiento y las prestaciones de la planta motriz. 18 de Noviembre del 2010 Colaboradores: US Navy, General Electric Aeronave: MH60S Sea Hawk Helicopter Motores:T700-GE-401C Biocombustible: Camelina Continuando con los esfuerzos en disminuir el consumo de combustibles derivados del petróleo, la Marina de los Estados Unidos realizó el vuelo de un helicóptero MH60S Sea Hawk alimentando sus dos motores General Electric con un porcentaje de 50% de biocombustible a base de camelina. El vuelo se realizo desde la estación aeronaval Patuxent River en Meryland y la aeronave fue sometida a diferentes maniobras y condiciones de operación durante 45 minutos. [18] 30 de Noviembre del 2010 Colaboradores: Aerolínea TAM, CFM International, General Electric. Aeronave: Aibus 320 Motores: CFM56 Biocombustible: Jatropha [19] A finales de Noviembre del 2010, la Aerolínea Brasileña TAM opero un vuelo de prueba con biocombustibles en una aeronave A320 utilizando una mezcla con el 50% de combustible derivado de la jatropha. La aeronave equipada con un par de motores CFM56, despego desde el Aeropuerto Internacional Galeão Antonio Carlos Jobim en Rio de Janeiro y voló durante 45 minutos antes de regresar a su punto de origen. Además, estudios realizados por TAM Airlines y Airbus demostraron que los biocombustibles hechos de Jatropha podrían reducir la huella de carbono del sector de la aviación hasta en un 80% comparado con combustible convencional (de acuerdo con el libro “Department of Energy’s Transportation Energy Data Book, 2008”). 13 Tabla 2.3.-Antecedentes de usos de biocombustibles en vuelos de demostración (Continuación). VUELOS DE DEMOSTRACIÓN 21 de Junio del 2011 Colaboradores: Paris Air Show, Boeing, General Electric. Aeronave: Boeing 747-8F Motores: GEnx-2B Biocombustible: Camelina [20] El primer vuelo trasatlántico de la historia utilizando una fracción en la mezcla de biocombustibles, fue realizado por la aeronave B747 durante el evento aéreo de Paris 2011 partiendo desde Seattle en Estados Unidos y aterrizando sin contratiempos en el aeropuerto Le Bourget en Francia. La fracción de biocombustible a base de camelina utilizada fue del 15%, lo cual, según los pilotos no tuvo ningún impacto en las operaciones normales de la aeronave. Así mismo, la aeronave tuvo el mismo consumo de combustible que al utilizar 100% de queroseno y el proceso de reabastecimiento de combustible también duro lo mismo. 21 de Junio del 2011 Colaboradores: Honeywell, Paris Air Show. Aeronave: Boeing 747 Motores: Rolls-Royce Tay Mk 611-8C Biocombustible: Camelina [21] Honeywell también participo en el espectáculo aéreo de Paris 2011 y realizo un vuelo trasatlántico con la aeronave Gulfstream G450 propulsada con motores Tay Mk 611-8C, los cuales, fueron alimentados con una mezcla al 50% de biocombustible a base de camelina (a diferencia del vuelo trasatlántico del Boeing 747 al 15% de biocombustible). Este vuelo salió desde el aeropuerto de Morristown, New Jersey. Un mes antes de este evento, el uso de biocombustibles en aviación tuvo un gran avance debido a que la ASTM (por sus siglas en inglés) expidió una serie de estándares provisionales para la producción de biocombustible para la aviación. 29 de Octubre del 2011 Colaboradores: Air China, Boeing, Pratt & Whitney, PetroChina Co Ltd. Aeronave: Boeing 747 Motores: PW400 Biocombustible: Jatropha En octubre del 2011, Air China realizo su primera demostración de una aeronave en vuelo propulsada por una mezcla al 50% de combustible en uno de sus motores PW400. La aeronave despego del aeropuerto internacional de la capital de Beijing a las 8:32 am y regreso a las 9:30 am realizando maniobras a diferentes altitudes. Gracias a este suceso, la Administración Nacional de Energía de China y Boeing firmaron un acuerdo para futuros estudios en el desarrollo de biocombustibles que se puedan producir en el país, lo cual, ayudara a los esfuerzos por establecer una industria de la aviación sostenible en China. [22] [23] 24 de Enero del 2012 Colaboradores: Etihad Airways, SkyNRG Aeronave: Boeing 777-300ER Motores: General Electric GE90- 115B Biocombustible: Aceite de cocina vegetal reciclado El pasado 24 de Enero del 2012, se realizo el primer vuelo en medio oriente operado con biocombustibles. Eithad Airways opero la aeronave B777 desde Seattle a Abu Dhabi. Con una duración de 14 horas de vuelo, la aerolínea tuvo la oportunidad de comprobar el funcionamiento de una de las aeronaves más eficientes para viajes de larga duración utilizando una combinación de biocombustible y Jet A-1. Eithad Airlines es también uno de los miembros fundadores del Consorcio de Investigación en Bioenergía Sostenible del Instituto de Masdar en Abu Dhabi. Este programa de 5 años cuenta con un presupuesto de 2 millones de dólares para la investigación sobre todo de plantas tolerantes al agua salada. [24]. 14 Tabla 2.4.-Antecedentes de usos de biocombustibles en vuelos comerciales. VUELOS COMERCIALES 29 de Enero del 2011 Colaboradores: KLM, Sky NRG Aeronave: Boeing 737-800 Motores: CFM56-7B Biocombustible: Aceite de cocina vegetal reciclado [25] KLM realizo el primer vuelo comercial en el mundo con biocombustibles al transportar 171 pasajeros de Ámsterdam a Paris el 29 de enero del 2012. El vuelo se realizo sin contratiempos desde el Aeropuerto de Schiphol en Ámsterdam y el Charles de Gaulle en Paris utilizando una mezcla denominada bioqueroseno que es la mezcla de Jet A1 y aceite de cocina reciclado. Sin embargo, KLM afirmo que mientras los biocombustibles no tengan una producción a gran escala y sean competitivos con los precios de los combustibles fósiles, la implementación de rutas específicas operadas con estos combustibles alternativos, será una ardua tarea. Así mismo, resalto la necesidad de un trabajo en conjunto entre el gobierno, las empresas y la sociedad. 15 de Julio del 2011 Colaboradores: Lufthansa Aeronave: Airbus 321 Motores: CFM56 Biocombustible: Jatropha, Camelina, grasas animales. En Julio del 2011, Lufthansa realizo su primer vuelo comercial con pasajeros utilizando una mezcla al 50% de biocombustible basado en jatropha, camelina y grasas animales. El A321 voló desde Hamburgo a Frankfurt y dio inicio a una serie de vuelos programados por Lufthansa en diferentes rutas finalizando con un vuelo entre Frankfurt y Washington el 12 de enero del 2012. Estos vuelos se reanudaran una vez que se tenga una mayor producción de biocombustibles en el mundo. [26] 21 de Julio del 2011 Colaboradores: Interjet, Aeropuertos y Servicios Auxiliares (ASA), Gobierno de Chiapas. Aeronave: Airbus 320-200 Motores: CFM56-5B4 Biocombustible: Jatropha. [27] El 21 de julio del 2011 la aerolínea mexicana Interjet, realizo exitosamente un vuelo regular de ida y vuelta entre la Ciudad de México y la ciudad de Tuxtla Gutiérrez en Chiapas. Esto gracias a la entrada en vigor de la Norma Internacional ASTM D7566 el 1 de julio del 2011 para el uso de biocombustibles mezclados con turbosina convencional, que permite a las aerolíneas comerciales este tipo de operaciones, ya que antes eran estrictamente de prueba bajo delicados protocolos de autorización. Aeropuertos y Servicios Auxiliares (ASA), en colaboración con el gobierno de Chiapas y de productores independientes, realizó las tareas de acopio de semilla de Jatropha, extracción de aceite, transporte a las instalaciones de la empresa norteamericana UPO Honeywell para su transformación en “Bioqueroseno Parafínico Sintético” comúnmente denominado “Bioturbosina” y finalmente su retorno al país y su almacenamiento y conservación. ASA decidió usar en este vuelo una mezcla 27% de bioturbosina y 73% de turbosina convencional que está dentro de la norma ASTM D7566. 1 de Agosto del 2011 Colaboradores: Aeroméxico, Boeing, Aeropuertos y Servicios Auxiliares (ASA) Aeronave: Boeing 777-200 Motores: General Electric GE-90 Biocombustible: Jatropha. [28] En agosto del 2011, Aeroméxico y el Gobierno Mexicano anunciaron orgullosamente su participación en el primer vuelo transcontinental con pasajeros utilizando mezcla de biocombustible y combustible tradicional en sus motores GE90. El vuelo salió desde el Aeropuerto Internacional de la Ciudad de México y arribo al Aeropuerto de Barajas en Madrid sin contratiempos. El vuelo utilizo un 30% de biocombustible suministrado por ASA y extraído de la planta Jatropha. Como miembro del SkyTeam y del Grupo de Usuarios de Combustibles Sostenibles para la Aviación, Aeroméxico demostró su compromiso en la promoción y el desarrollo de combustibles alternativos como parte de sus iniciativas ecológicas. 15 3. PROPIEDADES Y CARACTERÍSTICAS DE LOS FAME’s 3.1. Babasú (Orbygnya martiana) Crece en el noreste de Brasil, en áreas secas y en poblaciones silvestres de alto polimorfismo, compuestas por millones de plantas. Babasu, Attalea speciosa (Orbygnya martiana) suple el 60% de los aceites comestibles consumidos en Brasil. Produce además, cantidades considerables de torta para el ganado, carbón de alta calidad para la industria y otro productos derivados. En A. speciosa (Figura 3.1) el tronco recto y cilíndrico alcanza de 15-25m de alto y 25-40 cm de diámetro, termina en un penacho de 15-20 hojas erectas, dobladas hacia abajo en el ápice, de 5 a 10 m de largo, blancuzcas cuando jóvenes, verdeamarillentas en la madurez. La palma produce racimos numerosos, cilíndricos y colgantes, con 200-600 frutos de cáscara ferrugínea. Los cocos de babasu son oblongos y terminan en un ápice agudo, miden de 8 a 15 cm de largo por cinco a siete centímetros de diámetro. Interiormente están formados por el mesocarpo seco y fibroso, que por su alto contenido en carbohidratos y proteína se utiliza localmente en la preparación de alimentos. El endocarpo es muy duro, ocupa más de la mitad del fruto y por su espesor y textura fibrosa resulta muy difícil de quebrar. Contiene de dos a ocho semillas, generalmente de cuatro a cinco, de 2,5-5 cm de largo por 1-1,5 cm de ancho, de color marrón oscuro por fuera, amarillentas en su interior, el cuál está formado de endosperma sólido, rico en aceite semejante al coco. Figura 3.1.-Attalea speciosa, babasu. Porte y fruto entero. El babasu se exporta en semilla o se prensa localmente para extraer el aceite. La producción se estima en más de 90000 toneladas, cuyo consumo para alimentación, industria de jabones o combustible, aumenta constantemente en Brasil [29]. 16 Tabla 3.1.-Gamas de composición de ácidos grasos de aceite vegetal: babasú, expresadas en porcentaje del contenido total de ácidos grasos [30]. Ácidos grasos Aceite de Babasú Ácido Caproico C6:0 - Ácido Caprilico C8:0 2,6 - 7.3 Ácido Cáprico C10:0 1,2 - 7,6 Ácido Láurico C12:0 40,0 -55,0 Ácido Mirístico C14:0 11,0 - 27,0 Ácido Palmítico C16:0 5,2 -11,0 Ácido Esteárico C18:0 1,8 -7,4 Ácido Oleico C18:1 9,0 -20,0 Ácido Linoleico C18:2 1,4 -6,6 Ácido Alfa-Linolénico C18:3 - 3.2. Palmiste (Elaeis guineensis L) El aceite de palma se obtiene del fruto de la palma Elaeis guineensis, (Ver Figura 3.2). Originaria del golfo de Guinea, en África Occidental, en la actualidad el cultivo de palma se ha extendido por todas las regiones tropicales del mundo. Debido a su mejor rendimiento por hectárea, sus bajos costes de producción y sus múltiples usos. De la palma se utilizan los frutos, tanto la pulpa como la almendra. Una vez transformados, los productos de la palma se utilizan en la industria agroalimentaria (más de 50%), la industria química, cosmética, alimentación animal y más recientemente para agrocombustibles. Figura 3.2.-Palma Eleais guineensis y fruto. - El aceite de palma rojo, o “aceite de palma”. Se obtiene de la pulpa y representa entre el 18-26 % del peso fresco de un racimo. Antes de ser refinado o tratado, este aceite está considerado como el alimento natural más rico en vitamina A (cerca de 15 veces más que la zanahoria). Es, por lo tanto, un alimento muy valioso en los casos en que existen Almendra Pulpa 17 carencias en la dieta, particularmente en África. Sin embargo, durante el proceso de refinado pierde características como su valor nutritivo o calidad de sus ácidos grasos. Después de ser transformado, es un componente esencial de la industria agroalimentaria: se encuentra en aceites de fritura, margarinas, muchos platos precocinados, sopas, patatas fritas, helados, bizcochos, etc. - El aceite de palmiste. Se extrae de la almendra de la semilla del fruto de la palma y representa entre un 3-6 % del peso fresco del racimo. Su composición química es completamente diferente a la del aceite de palma rojo. El aceite de palmiste es semi-sólido a temperatura ambiente. Tras su transformación es más utilizado por la industria cosmética (jabones y cremas), la industria química (barniz, pintura, resina), la fabricación de detergentes y también la industria agroalimentaria. - Torta de palma ó torta de palmiste. Son residuos sólidos de la cascarilla de la almendra y son valorados como alimento animal. En condiciones ideales los cultivos de palma pueden producir 20 toneladas de racimos por hectárea y por año, de los cuales se pueden extraer hasta el 25% de aceite de palma y el 5% de aceite de palmiste. Las semillas de palma son extremadamente duras, convirtiéndolas en aptas para el almacenaje, lo cual significa que no es necesario extraer el aceite en el mismo lugar donde se cosecha. El aceite de palmiste es muy satura, con énfasis en el ácido láurico como se observa en la Tabla 3,2, lo que lo hace fundamentalmente diferente al aceite de palma, presentado una mayor semejanza con el aceite de coco. Tabla 3.2.-Gamas de composición de ácidos grasos de aceites vegetales: palma y palmiste, expresadas en porcentaje del contenido total de ácidos grasos [30]. Ácidos grasos Aceite de Palma Aceite de Palmiste Ácido Caproico C6:0 - - Ácido Caprilico C8:0 - 2,4 - 6,2 Ácido Cáprico C10:0 - 2,6 - 5,0 Ácido Láurico C12:0 - 45,0 - 55,0 Ácido Mirístico C14:0 0,5 - 2,0 14,0 - 18,0 Ácido Palmítico C16:0 39,3 - 47,5 6,5 - 10,0 Ácido Esteárico C18:0 3,5 - 6,0 1,0 - 3,0 Ácido Oleico C18:1 36,0 - 44,0 12,0 - 19,0 Ácido Linoleico C18:2 9,0 - 12,0 1,0 - 3,5 Ácido Alfa-Linolénico C18:3 - - 24 Tabla 4.2.- Perfil de composiciones de FAME de coco y de la fracción ligera (bioqueroseno) y pesada de la destilación a vacío [2]. Compuesto Fame de coco %wt Fracción ligera (Bioqueroseno de coco) Fracción pesada C 9 H 18 O 2 (C8:0) 8,3 17,3 -- C 11 H 22 O 2 (C10:0) 3 7 trazas C 13 H 26 O 2 (C12:0) 55,5 66,7 16,3 C 15 H 30 O 2 (C14:0) 14,9 8,9 46,1 C 17 H 34 O 2 (C16:0) 6,4 0,1 26 C 19 H 38 O 2 (C18:0) 2,5 -- 2,2 C 19 H 36 O 2 ( C18:1) 7,5 trazas 8,7 C 19 H 34 O 2 (C18:2) 1,9 -- 0,7 Tabla 4.3.- Perfil de composiciones de FAME de palmiste y de la fracción ligera (bioqueroseno) y pesada de la destilación a vacío [2]. Compuesto Fame de palmiste %wt Fracción ligera (Bioqueroseno de palmiste) Fracción pesada C 9 H 18 O 2 (C8:0) Trazas 3,6 -- C 11 H 22 O 2 (C10:0) Trazas 3,5 trazas C 13 H 26 O 2 (C12:0) 56,6 90,8 19 C 15 H 30 O 2 (C14:0) 15 2,1 19,7 C 17 H 34 O 2 (C16:0) 8,5 -- 9,9 C 19 H 38 O 2 (C18:0) 1,7 -- 12,8 C 19 H 36 O 2 ( C18:1) 17,1 -- 32,7 C 19 H 34 O 2 (C18:2) 1,1 -- 5,9 - FAME de Babasú El trabajo de investigación realizado por Llamas, A.; Al-Lal, A.M. et al., 2012 [33], es similar al descrito anteriormente (FAME de coco y palmiste), pero en este caso se realiza la transesterificación del babasu. Posteriormente el FAME de babasu se destila a vacío con unas condiciones de operación que se muestran en la Tabla 4.4. Los resultados obtenidos en relación a las composiciones de fracción ligera y pesada del destilado (normalizadas al 100% en peso másico) se resumen en la Tabla 4.5. Tabla 4.4.- Condiciones de operación del destilado de FAME de babasú [33]. Condiciones de operación FAME de Babasu Temperatura de destilado, ºC a presión de 2 torr 47-124 Temperatura de destilado, ºC a presión atmosférica 273-359 Fracción de ligera, % másico 73,3 Fracción pesado, % másico 19,4 25 Tabla 4.5.- Perfil de composiciones de FAME de babasu y de la fracción ligera (bioqueroseno) y pesada de la destilación a vacío [33]. Compuesto Fame de babasú %wt Fracción ligera (Bioqueroseno de babasú) Fracción pesada C 9 H 18 O 2 (C8:0) 3,91 13,27 -- C 11 H 22 O 2 (C10:0) 3,30 11,27 -- C 13 H 26 O 2 (C12:0) 20,85 69,26 21,91 C 15 H 30 O 2 (C14:0) 31,33 5,58 34,08 C 17 H 34 O 2 (C16:0) 18 0,61 19,84 C 19 H 38 O 2 (C18:0) 5,51 -- 6,18 C 19 H 36 O 2 ( C18:1) 12,41 -- 13,25 C 19 H 34 O 2 (C18:2) 0,21 -- 0,22 C 19 H 32 O 2 (C18:3) 3,45 -- 3,58 C 21 H 42 O 2 (C20:0) 0,19 -- 0,19 C 21 H 40 O 2 (C20:1) 0,72 -- 0,75 Las conclusiones principales de estos trabajos es la factibilidad de mezclar hasta un 10% en volumen de bioquerosenos de coco, palmiste y babasú con queroseno fósil Jet A1. Basándose en un análisis de propiedades principales descritas en la norma ASTM D1655. En la Tabla 4.6, se muestran las propiedades estudiadas para distintos porcentajes de bioqueroseno de aceite de palmiste, donde la mayoría de las propiedades cumplen con lo descrito en la normativa para el queroseno fósil Jet-A1. A excepción del poder calorífico inferior PCI, ya que de acuerdo a lo norma el PCI para el Jet A1 corresponde a 42,8 MJ/kg. Como se observa en la Tabla 4.6 esta variación es mucho mayor para un porcentaje de sustitución de 20% v/v, esta propiedad depende de la materia prima y no de la actuación del proceso de producción de biocombustibles. Por otro lado la fracción obtenida en el fondo ha sido evaluada con algunas propiedades descritas en el estándar EN 14213 para biodiesel de calefacción, existiendo la posibilidad de utilizar estas fracciones como porcentaje mezcla con otros biodiesel o diesel fósil para el uso de la combustible de calefacción con la finalidad de cumplir todas las propiedades descritas en la norma, ya que por si solos no cumplen con algunas de estas propiedades como es el caso de la estabilidad de oxidación. Tabla 4.6.- Propiedades de las mezclas de bioqueroseno de palmiste y queroseno fósil de acuerdo al estándar ASTM D1655, [2]. Propiedades Bioqueroseno de palmiste_0% /Jet A1_100% Bioqueroseno de palmiste_5% /Jet A1_95% Bioqueroseno de palmiste_10% /Jet A1_90% Bioqueroseno de palmiste_20% /Jet A1_80% Método Color y aspecto Claro Claro Claro Claro ASTM D1500 Composición elemental C (%) 84,12 84,47 84,17 82,57 H (%) 14,67 14,24 13,97 14,11 O (%) 1,22 1,29 1,86 3,32 ASTM D5291 Densidad a 15ºC (kg/m³) 791 802,3 805,5 811,8 ASTM D1298 PCS (MJ/kg) 46,04 45,68 45,17 44,21 ASTM D240 PCI (MJ/kg) 42,9 42,64 42,18 41,19 ASTM D240 Punto de inflamación (ºC) 43 43,5 45 45,5 EN ISO 3679 Punto de congelación (ºC) -62 -60 -48,3 -41,5 ASTM D2386 Punto de humo (mm) 27,1 26,8 27,6 29,1 ASTM D1322 Corrosión 1a 1a 1a 1a ASTM D130 Viscosidad a 20ºC (mm²/s) 3,42 3,51 3,67 4,06 ASTM D445 26 5. DISEÑO Y SIMULACIÓN DE UNA COLUMNA DE DESTILACIÓN 5.1. Evaluación de las Propiedades de los FAME’s Los principales metil ésteres de ácidos grasos que constituyen el aceite de coco, palmiste y babasu se resumen en la siguiente Tabla 5.1. Tabla 5.1-. Típicos metil esteres de biodiesel. Compuesto Formula química Estructura química Caprilato de metilo (Methyl caprylate) C 9 H 18 O 2 (C8:0) Caprato de metilo (Methyl caprate) C 11 H 22 O 2 (C10:0) Laurato de metilo (Methyl laurate) C 13 H 26 O 2 (C12:0) Miristato de metilo (Methyl myristate) C 15 H 30 O 2 (C14:0) Palmitato de metilo (Methyl palmitate) C 17 H 34 O 2 (C16:0) Estearato de metilo (Methyl stearate) C 19 H 38 O 2 (C18:0) Oleato de metilo (Methyl oleate) C 19 H 36 O 2 (C18:1) Linoleato de metilo (Methyl linoleate) C 19 H 34 O 2 (C18:2) Linolenato de metilo (Methyl linolenate) C 19 H 32 O 2 (C18:3) 27 Al utilizar la simulación como herramienta para el diseño de una columna de destilación para FAME de aceite de coco, palmiste y babasu, nos encontramos que la mayoría de estos metil éster que los constituyen (Ver Tabla 5.1), no se encuentra en la base de datos del programa PRO/II, siendo necesario añadir estos componentes con sus respectivas propiedades. Algunas de las propiedades principales de estos compuestos son difíciles de encontrar en la bibliografía, para ello se ha utilizado los métodos de contribución de grupos para estimar las propiedades principales de estos compuestos, mediante la ayuda del programa PhysProps (base de datos de propiedades físicas y herramienta de estimación de propiedades). Estos métodos relacionan las propiedades para una dada sustancia con su estructura molecular que tiene especial influencia en el valor de las propiedades termodinámicas. Así, cada sustancia se considera formada por la unión de grupos estructurales definidos (Ver Tabla 5.2). A cada grupo se les asigna un determinado valor como contribución o aporte a dicha propiedad y se supone que es la misma en todo compuesto donde esté presente. De esta manera, proporcionan la ventaja de estimaciones sin demasiados requerimientos. Tabla 5.2-. Grupos estructurales de los metil esteres de ácidos grasos. Grupos no aromáticos Grupos oxigenados Compuesto -CH 3 -CH 2 - =C< -COO C 9 H 18 O 2 (C8:0) 2 6 0 1 C 11 H 22 O 2 (C10:0) 2 8 0 1 C 13 H 26 O 2 (C12:0) 2 10 0 1 C 15 H 30 O 2 (C14:0) 2 12 0 1 C 17 H 34 O 2 (C16:0) 2 14 0 1 C 19 H 38 O 2 (C18:0) 2 16 0 1 C 19 H 36 O 2 ( C18:1) 2 15 1 1 C 19 H 34 O 2 (C18:2) 2 14 2 1 C 19 H 32 O 2 (C18:3) 2 13 3 1 Las propiedades que se evalúan y que se requieren para llevar a cabo la simulación de la columna de destilación en el programa PRO/II son de dos tipos, las primeras de ellas son llamadas propiedades fijas, tales como: - Peso molecular. - Densidad líquida estándar. - Punto normal de ebullición. - Temperatura crítica. - Presión crítica. - Volumen crítico. - Factor acéntrico. 28 Cabe mencionar que en la base de datos que contiene el programa PRO/II, se encuentran dos de los metil ésteres con sus respectivas propiedades: el Laurato de metilo (C12:0) y Oleato de metilo (C18:1). Siendo necesario solo estimar las propiedades del resto de los componentes. Para el caso de las propiedades fijas estás se han encontrado en la base de datos del programa PhysProps, a excepción de la densidad líquida estándar, la cual se ha estimado mediante los métodos de contribución de grupos de dicho programa mencionado anteriormente. Los resultados se muestran en la Tabla 5.3. Tabla 5.3-. Propiedades fijas de los metil esteres de ácidos grasos. Compuesto Peso Molecular, PM Densidad líquida estándar, ρ [Kg/m³] Punto normal de ebullición, [K] Temperatura crítica, Tc [K] Presión crítica, Pc [kPa] Volumen critico, Vc [m³/kg-mol] Factor acéntrico, ω C 9 H 18 O 2 (C8:0) 158,243 839,351 466,69 644,48 2248 0,6223 0,5208 C 11 H 22 O 2 (C10:0) 186,297 909,402 505,41 681,5 2056 0,8078 0,6165 C 13 H 26 O 2 (C12:0) 214,351 1029,9 540 712 1740 0,758 0,68994 C 15 H 30 O 2 (C14:0) 242,405 955,603 572,08 740,60 1635 1,1044 0,7753 C 17 H 34 O 2 (C16:0) 270,456 973,495 600,41 765,60 1486 1,2567 0,8352 C 19 H 38 O 2 (C18:0) 298,514 811,193 625,97 788,37 1158 1,3216 0,8155 C 19 H 36 O 2 ( C18:1) 296,499 876,88 617 764 1280 1,06 1,0494 C 19 H 34 O 2 (C18:2) 294,483 1316,151 620,41 782,26 1200 1,1989 1,7184 C 19 H 32 O 2 (C18:3) 292,467 1354,060 625,41 789,48 1265 1,1742 1,6970 Con la finalidad de observar la variación que pudiera existir entre la base de datos del programa de PRO/II y la base de datos de propiedades del programa PhysProps. La Tabla 5.4, muestra una comparativa de las propiedades fijas de los dos compuestos existentes (C12:0 y C18:1) en la base de datos del programa PRO/II, frente a las propiedades que se obtienen de la base de datos del programa PhysProps. En la cual, podemos observar que las propiedades son iguales a excepción de la densidad que tiene una variación mínima alrededor de un ± 0,8%. Tabla 5.4-. Comparativa de Propiedades fijas de los metil esteres de ácidos grasos de la base de datos de los programas PRO/II y PhysProps. Base de datos Densidad líquida estándar, ρ [Kg/m³] Normal punto de ebullición, [K] Temperatura critica, Tc [K] Presión critica, Pc [kPa] Volumen critico, Vc [m³/kg-mol] Factor acéntrico, ω PRO/II 1029,9 540 712 1740 0,758 0,68994 PhysProps 1021,338 540,04 712,04 1740 0,7583 0,6899 PRO/II 876,88 617 764 1280 1,06 1,0494 PhysProps 870,224 617,04 764,04 1280 1,0605 1,0494 29 El segundo tipo de propiedades son las llamadas propiedades dependientes de la temperatura, siendo las siguientes: - Presión de vapor - Entalpía - Calor latente de vaporización - Densidad Líquida - Viscosidad Líquida / Vapor - Conductividad Líquida/ Vapor - Superficie de Tensión Este tipo de propiedades se agregan en el programa PRO/II, mediante una tabulación de datos a distintas temperaturas. De la base de datos del programa PhysProps, se obtienen las propiedades de presión de vapor, calor latente de vaporización, capacidad calorífica líquida, y entalpía a distintas temperaturas para cada uno de los metil esteres. Los resultados se muestran en el anexo 9.1, de la Tabla 9.1 a la Tabla 9.7. A excepción de las demás compuestos el calor latente de vaporización del Linoleato de metilo y Linolenato no fue hallado en la base de datos de dicho programa, siendo necesario calcularlo mediante los métodos de contribución de datos, herramienta de cálculo con la que cuenta el programa PhysProps. Los resultados de calor latente de vaporización para dichos compuestos se muestran en las Tabla 9.7 y 9.8 respectivamente. Del mismo modo también se calcula el resto de propiedades dependientes de la temperatura, tales como, densidad líquida, viscosidad líquida/vapor, conductividad líquida/vapor y superficie de tensión para cada uno de los metil esteres y los resultados a distintas temperaturas se muestran en el anexo 9.1, de la Tabla 9.8 a la Tabla 9.14. En la literatura, existe una documentación reciente relativa a las propiedades físicas de metil esteres realizada por H. An et al., 2012 [34]. En su trabajo, se realiza una estimación detallada de propiedades físicas tales como, propiedades críticas, presión vapor, calor latente de vaporización, densidad, conductividad, viscosidad y tensión superficial, para cinco esteres metílicos típicos de biodiesel (C16:0, C18:0, C18:1, C18:2 y C18:3), utilizando métodos de contribución de grupos, correlaciones empíricas, etc. Para cada propiedad física se identifico el mejor modelo de predicción. Siendo este trabajo una referencia para los datos que se han obtenido a través del programa PhysProps. Con la finalidad de ver la variación que existe entre las propiedades obtenidas en este proyecto con las propiedades tomadas de referencia de este articulo, se realiza una comparativa y se toman como ejemplo los datos de cuatro propiedades fijas (punto normal de ebullición, temperatura crítica, presión crítica y volumen crítico) y de una propiedad dependiente de la temperatura (presión de vapor) para observar dicha variación. Los datos obtenidos en este proyecto y los datos de referencia para el punto normal de ebullición, temperatura crítica, presión crítica y volumen crítico se muestran en las Tablas 5.5, 5.6, 5.7 y 5.8 respetivamente, cuya variación para cada una de ellas se aprecian en las Figuras 5.1, 5.2, 5.3 y 5.4 respetivamente. El compuesto que presento una variación significativa es el palmitato de metilo C16:0, teniendo una 30 variación de ± 3,8% para el punto normal de ebullición, ± 2,1% para la temperatura critica, ± 16,9% para la presión critica y finalmente ±15,9% para el volumen critico. Para el caso de la propiedad dependiente de la temperatura (presión de vapor), se tomo como ejemplo el compuesto palmitato de metilo C16:0 para representar gráficamente la variación de esta propiedad frente a la temperatura. En la Figura 5,5 se muestran los dos valores de presión de vapor, los obtenidos en este proyecto y los tomados de referencia del artículo, cuya variación entre ambos datos es significativa para valores de temperatura superiores a 600 ºC. En los métodos de contribución de datos siempre se presenta un rango de fiabilidad de datos en cuya variación es mínima, cuando se sale de este rango esta variación incrementa, esto se observa muy bien en la diferencia que encontramos en la presión de vapor calculada mediante métodos de contribución de datos tomadas de referencia del artículo de investigación frente a las obtenidas de la base de datos del programa PhysProps. Tabla 5.5-. Punto normal de ebullición obtenido de la base de datos del programa PhysProps y del artículo de referencia. Compuesto Punto normal de ebullición, [K] Punto normal de ebullición, [K] (H. An et al., 2012). C 17 H 34 O 2 (C16:0) 600,41 623 C 19 H 38 O 2 (C18:0) 625,97 625 C 19 H 36 O 2 ( C18:1) 617 622 C 19 H 34 O 2 (C18:2) 620,41 639 C 19 H 32 O 2 (C18:3) 625,41 642 Figura 5.1.-Comparativa del punto normal de ebullición obtenido de la base de datos del programa PhysProps y del obtenido del artículo de referencia. 31 Tabla 5.6-.Temperatura crítica obtenida de la base de datos del programa PhysProps y del artículo de referencia. Compuesto Temperatura crítica, Tc [K] Temperatura crítica, Tc [K] (H. An et al., 2012). C 17 H 34 O 2 (C16:0) 765,6 782 C 19 H 38 O 2 (C18:0) 788,37 775 C 19 H 36 O 2 ( C18:1) 764 774 C 19 H 34 O 2 (C18:2) 782,26 798 C 19 H 32 O 2 (C18:3) 789,48 805 Figura 5.2.-Comparativa de la temperatura crítica obtenida de la base de datos del programa PhysProps y de la obtenida del artículo de referencia. Tabla 5.7-.Presión crítica obtenida de la base de datos del programa PhysProps y del artículo de referencia. Compuesto Presión crítica, Pc [kPa] Presión crítica, Pc [kPa] (H. An et al., 2012). C 17 H 34 O 2 (C16:0) 1486 1235 C 19 H 38 O 2 (C18:0) 1158 1084 C 19 H 36 O 2 ( C18:1) 1280 1122 C 19 H 34 O 2 (C18:2) 1200 1162 C 19 H 32 O 2 (C18:3) 1265 1205 Figura 5.3.-Comparativa del presión crítica obtenida de la base de datos del programa PhysProps y de la obtenida del artículo de referencia. 32 Tabla 5.8-.Volumen crítico obtenido de la base de datos del programa PhysProps y del artículo de referencia. Compuesto Volumen critico, Vc [m³/kg-mol] Volumen critico, Vc [m³/kg-mol] (H. An et al., 2012). C 17 H 34 O 2 (C16:0) 1,2567 1,057 C 19 H 38 O 2 (C18:0) 1,3216 1,167 C 19 H 36 O 2 ( C18:1) 1,06 1,147 C 19 H 34 O 2 (C18:2) 1,1989 1,127 C 19 H 32 O 2 (C18:3) 1,1742 1,107 Figura 5.4.-Comparativa del volumen crítico obtenido de la base de datos del programa PhysProps y del obtenido del artículo de referencia. Figura 5.5.-Comparativa de la presión de vapor obtenida por la estimación de métodos de contribución de grupos del programa PhysProps y del artículo de referencia. 5.2. Evaluación de las Condiciones de Operación Para el diseño de columnas de destilación y selección de condiciones de operación óptimas, se tienen que tener en cuenta los siguientes puntos [31]. 1. La determinación del número mínimo de etapas requeridas para efectuar una separación determinada a una relación de flujo dada. 2. El diseño económico óptimo de una columna de destilación. 3. Determinación de la localización óptima del plato de alimentación. Los procedimientos de cálculo se determinan fijando las siguientes variables: 33 1. La definición completa de alimentación (gasto total, composición y condición térmica). La composición másica para el FAME de coco, palmiste y babasu se ha establecido de acuerdo a los datos reportados en trabajos de investigación experimentales citados en el apartado 4 en las Tablas 4.2, 4.3 y 4.5 respetivamente. Lo más frecuente es dar dos especificaciones de composición; la de un componente en el destilado y la de otro en el fondo. De esta manera el resto de las composiciones vienen fijadas por el balance. Se denominan componentes clave a aquellos para los que se especifica la separación. El componente clave ligero es el más volátil de ambos y el otro componente será el clave pesado, dichas especificaciones para cada uno de los FAME’s se han determinado en base a los resultados experimentales mostrados en las tablas mencionadas anteriormente, siendo las siguientes: - FAME de coco: Componente clave ligero: Laurato de metilo (C12:0). Componente clave pesado: Palmitato de metilo (C16:0). Especificación 1: Composición másica de (C16:0).en la corriente de destilado sea de 0,1 kg/h. Especificación 2: Composición másica de (C12:0) en la corriente de fondo sea de 5 kg/h. - FAME de palmiste: Componente clave ligero: Laurato de metilo (C12:0). Componente clave pesado: Palmitato de metilo (C16:0). Especificación 1: Composición másica de (C16:0).en la corriente de destilado sea de 0,01 kg/h. Especificación 2: Composición másica de (C12:0) en la corriente de fondo sea de 6 kg/h. - FAME de babasu: Componente clave ligero: Miristato de metilo (C14:0) Componente clave pesado: Palmitato de metilo (C16:0). Especificación 1: Composición másica de (C16:0).en la corriente de destilado sea de 0,6 kg/h. Especificación 2: Composición másica de (C14:0) en la corriente de fondo sea de 15 kg/h. 2. La presión en la columna. Una columna puede trabajar a presión, a vacío o a presión atmosférica. Lo más económico resultaría operar a presión atmosférica, pero esto no siempre es posible. Se va a operar a vacío si: - La temperatura produce descomposición de los componentes, ensuciamiento o polimerización. - La alta temperatura en el hervidor complica el aporte de calor. Cuando se considera trabajar a vacío se debe elegir la mayor presión posible, pues a medida que aumenta el vacío aumenta el diámetro de la columna y por tanto su coste. Para los tres casos de destilación de FAME’s se ha decido trabajar a presión a vacío de 2 torr principalmente para evitar el craqueo térmico. 3. El tipo de condensador. 4. El número de plato que se encuentran arriba del de alimentación y que incluye a este último/a. 5. El número total de platos o etapas. 40 Figura 5.14.-Columna de destilación por el método Shortcut en PRO/II. En la Figura 5.15 se muestra una parte del reporte generado en PRO/II, donde nos indica los flujos molares y másicos de las corrientes de salida, así como el valor calculado de las especificaciones que indicamos en el número 6. En la siguiente Figura 5.16 se muestra el radio mínimo de reflujo y el número de platos mínimo por Fenske. Por ultimo en la Figura 5.17 se muestran las composiciones de las tres corrientes con sus condiciones térmicas correspondientes. Figura 5.15.-Flujos totales de las corrientes de salida y cálculo de especificaciones en el reporte de resultados del método Shortcut en PRO/II. 41 Figura 5.16.-Reflujo mínimo, R min en el reporte de resultados del método Shortcut en PRO/II. Figura 5.17.-Composiciones y propiedades térmicas de las corrientes S1, S2 y S3 en el reporte de resultados del método Shortcut en PRO/II. La relación mínima de reflujo, R min calculada mediante PRO/II es 0,02351 (Ver Figura 5.16), este valor se emplea en la ecuación z=R/R min , usualmente el reflujo real es 1,5 veces más que el reflujo mínimo con este valor de z=1,5 corregimos la razón de reflujo indicada en el número 6 y ejecutamos nuevamente el programa. En la Figura 5,18 se puede observar que aparecen los mismos resultados de flujos de corrientes y el valor calculado de las especificaciones descritos anteriormente. El cambio se observa en la Figura 19, donde ya no aparece un número infinitos de platos, se observa que para un determinado reflujo se establece una cantidad de número platos así como el plato de alimentación. En primera instancia señalando el reflujo que hemos escogido de 1,5 tenemos ya definido un número de platos teóricos y el plato de alimentación. Al aumentar el reflujo disminuye el número de platos, esto influye en costes de operación y de instalación por ello se debe llevar a una relación de reflujo optima con la finalidad de minimizar costes en base esto se decidirá una relación de reflujo que minimice el número de 42 platos pero que no sea excesivamente mayor al fijado en un principio. Por último en la Figura 20, podemos observar nuevamente las composiciones y propiedades termodinámicas de las tres corrientes. Figura 5.18.-Flujos totales de las corrientes de salida y cálculo de especificaciones para un reflujo de 1,5*R min , en el reporte de resultados del método Shortcut en PRO/II. Figura 5.19.-Número de platos y plato de alimentación para un reflujo de 1,5*R min , en el reporte de resultados del método Shortcut en PRO/II. 43 Figura 5.20.-Composiciones y propiedades térmicas de las corrientes S1, S2 y S3 para un reflujo de 1,5*R min en el reporte de resultados del método Shortcut en PRO/II. - Método Distillation (PRO/II) 1. Al estar en la pantalla de PRO/II, nos dirigimos nuevamente al icono (Show or Hide PFD Palette), en ese momento se abre la barra PFD que contiene todas la unidades de proceso. Seleccionamos Distallation (Ver Figura 5.21), hacemos clic en la pantalla para que aparezca la columna de destilación seleccionando una columna con un número de platos igual a N+1 ó N+2, donde N es el número de platos teóricos hallados con el método anterior Condenser y Reboiler. Figura 5.21.-Elección del método Distillation en PRO/II. 2. A continuación nos dirigimos al icono , en la barra de unidades de proceso y dibujamos la corriente de entrada a la columna de destilación (alimentación S1) y las dos de salida, una en la parte superior (destilado, S2) e inferior (fondo, S3). 3. Nos dirigimos al icono , para seleccionar todas las sustancias de trabajo, al igual que en el método anterior. 4. Con el icono , seleccionamos el método termodinámico adecuado, el mismo que se utilizo en el método del Shortcut. 44 5. Al hacer doble clic en la columna T1, seleccionamos Condenser  Bubble Temperature indicando que el condensador es total. Luego seleccionamos Initial Estimates  Reflux Estimate  0,035265 Posteriormente seleccionamos Feeds and Products, en la corriente S1 vamos a ingresar el valor del plato de alimentación, que debe ser N F +1 ò N F +2. Tambien ingresamos un valor arbitrario de flujo de salida S2 ó S3 con el cual comenzaran los cálculos, pero en este caso se recomienda ingresar el valor obtenido por el método Shortcut, para nuestro caso, S2 es igual a 65,73 kg/h. Al igual que en el método Schortcut seleccionamos dos especificaciones para cada una de las corrientes de salida siendo estas similares a las descritas anteriormente. Para el caso de la corriente de destilado S2 se ha elegido especificar la composición másica en kg/h del componente clave pesado (Palmitato de metilo, C16:0) que se desea obtener en esta corriente y en la segunda especificación se introducen la composición másica en kg/h del componente clave ligero (Laureato de metilo C12:0). En PRO/II seleccionamos Performance Specifications, en COL1SPEC1, seleccionamos Parameter  Stream  S2  Parameter  Flowrate  Dry Basis  Starting component, C16:0 OK. Luego value  0,01. En COL1SPEC1, seleccionamos Parameter  Stream  S2  Parameter  Flowrate  Dry Basis  Starting component, C12:0 OK. Luego value  5, (Ver Figura 22). Figura 5.22.-Determinación de componentes clave liviano, pesado y especificaciones, método Distillation en PRO/II. 6. Para el cálculo de diámetro de la columna se debe especificar en la sección Tray Hydraulics/Packing (Ver Figura 5.23) el número de platos a evaluar, en este caso se inicia en 2 y se termina en 8 no se cuenta la etapa del rehervidor y condensador, posteriormente se indica 45 Tray y finalmente Sizing, para que en el reporte de resultados se genere el dimensionamiento hidráulico de la columna. Figura 5.23.-Composiciones y propiedades térmicas de las corrientes S1, S2 y S3 por el método Distillation en el reporte de resultados en PRO/II. 7. Corremos el programa y seleccionamos generación de datos, Output  Generate Text Report ó mediante el icono , la columna deberá ponerse en color azul (Ver Figura 5.24), lo cual, indica que no existen errores en el cálculo. Figura 5.24.-Columna de destilación por el método Distillation en PRO/II. En las Figuras 5.25 y 5.26 se muestra parte del reporte de resultados obtenidos por el método Distillation, estos resultados se comentaran más adelante, pero en forma general se han resaltado los valores de interés tales como flujos molares de las corrientes de productos S2 y S3, reflujo real, temperaturas de destilado y fondo, etc. 46 Figura 5.25.-Cálculo de especificaciones y reflujo por el método Distillation en PRO/II. Figura 5.26.-Composiciones y propiedades térmicas de las corrientes S1, S2 y S3 por el método Distillation en el reporte de resultados en PRO/II. 47 6. RESULTADOS Y CONCLUSIONES A continuación se presentan los principales resultados obtenidos de las simulaciones realizadas para cada uno de los FAME’s. Así mismo una comparativa de estos valores frente a los resultados reportados en trabajos experimentales. 6.1. Columna de Destilación FAME de Coco - Reflujo mínimo y reflujo real El reflujo mínimo ha sido calculado mediante el método de Shortcut en el programa de PRO/II dando como resultado R min = 0,02351, para el caso del reflujo real se indico 1,5 veces el reflujo mínimo con este valor se calcula el número de platos y el plato de alimentación y el resultado se muestra en la Tabla 6.1. Como se ha mencionado anteriormente al aumentar la relación de reflujo disminuye el número de platos necesarios para la separación de la mezcla dada. Para observar dicha variación se ha establecido distintos valores de z en el método Shortcut y los resultados se muestran en la Tabla 6.1. A partir de estos resultados se ha elegido una relación de reflujo de z=2,5, con la finalidad de disminuir la cantidad de platos, pero a su vez manteniendo la calidad de productos deseados, de este modo obtenemos un reflujo de R=0,05878. Tabla 6.1.-Calculo del número total de platos y plato de alimentación en función del reflujo por el método de Shortcut en la destilación de FAME de coco. z=R/R min Número total de platos Plato de alimentación 1,5 15 12 2 10 8 2,5 8 7 3, 7 6 - Número de platos teóricos y plato de alimentación Con el método de Schortcut se ha obtenido el número de platos teóricos N T =8 y el plato de alimentación N F =7, para una relación de reflujo de 2,5. Para el diseño de la columna se ha decidido N T +1 y N F +1. Una vez establecido el número de platos, el plato de alimentación y la relación de reflujo a continuación se describen los resultados obtenidos. - Temperatura de destilado y fondo por el método Shortcut. En la Tabla 6,2 se muestran los resultados de las temperaturas de destilación de la corriente 2 correspondiente al destilado y de la corriente 3 correspondiente al fondo. Encontrándose la temperatura de destilado en el rango establecido en trabajos experimentales de 47-114ºC (Ver Tabla 4.1). Tabla 6.2.-Temperatura de las corrientes de destilado y fondo por el método de Shortcut en la destilación de FAME de coco. Temperatura de Destilado Temperatura de Fondo 348,12 K 400,55 K 74,97 ºC 127,40 ºC - Productos por el método Shortcut En la Tabla 6.3, se muestran las tasas globales para las corrientes 2 y 3. Las composiciones másicas y molares de la corriente de destilado y fondo se observan en las Tabla 6.4 y 6.5 respetivamente. 48 Encontrándose la composición del destilado mayoritaria para el rango de compuestos C8:0 al C14:0, siendo el compuesto mayoritario el Laurato de metilo, C12:0 con una composición másica de 76,85%. En el caso de la corriente de fondo los compuestos mayoritarios son del C12:0 al C18:0, siendo el compuesto mayoritario el Miristato de metilo C14:0 con una composición másica de 32,32%. Tabla 6.3.-Tasas globales de las corrientes de destilado y fondo por el método de Shortcut en la destilación de FAME de coco. Corriente Flujo molar, kg-mol/hr Flujo másico, kg/hr Flujo líquido, m³/hr Flujo normal de vapor, m³/hr Número de platos teóricos s2, Destilado 0,32 65,73 0,07 7,18 2,37 s3, Fondo 0,13 34,27 0,04 2,97 Total 0,45 100 0,1 10,15 2,37 Tabla 6.4.-Composiciones molares y másicas de la corriente de destilado, S2 por el método de Shortcut en la destilación de FAME de coco. Destilado, S2 (Método Shortcut ) Compuesto Flujo molar kgmol/hr Composición molar, % Flujo másico kg/hr Composición másica, %wt C 9 H 18 O 2 (C8:0) 0,0524 16,3645 8,2919 12,6182 C 11 H 22 O 2 (C10:0) 0,016 4,9968 2,9808 4,5359 C 13 H 26 O 2 (C12:0) 0,2356 73,5779 50,5011 76,8495 C 15 H 30 O 2 (C14:0) 1,58E-02 4,9343 3,8300 5,8283 C 17 H 34 O 2 (C16:0) 3,70E-04 0,1154 1,00E-01 1,52E-01 C 19 H 38 O 2 (C18:0) 2,49E-05 0,0078 7,44E-03 1,13E-02 C 19 H 36 O 2 ( C18:1) 1,04E-05 0,0032 3,08E-03 4,68E-03 C 19 H 34 O 2 (C18:2) 1,02E-11 3,19E-09 3,0049E-09 4,57268E-09 Total 0,3202 100 65,7143 100 Tabla 6.5.-Composiciones molares y másicas de la corriente de fondo, S3 por el método de Shortcut en la destilación de FAME de coco. Bottom, S3 (Método Shortcut ) Compuesto Flujo molar kgmol/hr Composición molar, % Flujo másico kg/hr Composición másica, %wt C 9 H 18 O 2 (C8:0) 6,32E-06 4,77E-03 1,00E-03 2,92E-03 C 11 H 22 O 2 (C10:0) 5,65E-05 4,27E-02 1,05E-02 3,07E-02 C 13 H 26 O 2 (C12:0) 0,0233 17,5896 4,9944 14,5696 C 15 H 30 O 2 (C14:0) 4,57E-02 34,4998 11,0779 32,3165 C 17 H 34 O 2 (C16:0) 2,33E-02 17,5896 6,3016 18,3831 C 19 H 38 O 2 (C18:0) 8,35E-03 6,3034 2,4925 7,2712 C 19 H 36 O 2 ( C18:1) 2,53E-02 19,0995 7,5014 21,8832 C 19 H 34 O 2 (C18:2) 6,45E-03 4,8707 1,9000 5,5426 Total 0,1325 100 34,2794 100 49 - Productos por el método Distillation Una vez calculado el número de platos y el plato de alimentación por el método Shortcut, se realiza un cálculo más riguroso de la columna de destilación a través del método Distillation. Los resultados de composiciones másicas y molares para las corrientes de destilado y fondo se muestran en las Tablas 6.6 y 6.7 respetivamente, donde se puede observar que los valores son similares a los calculados previamente por el método Shorcut. Sin embardo el reflujo real es diferente teniendo de este modo un reflujo final de R=0,0742. La temperatura obtenida en la destilación es de 348,50K y la temperatura en la corriente de fondo es de 400,28K. Tabla 6.6.-Composiciones molares y másicas de la corriente de destilado, S2 por el método de Distillation en la destilación de FAME de coco. Destilado, S2 (Método Distillation ) Compuesto Flujo molar kgmol/hr Composición molar, % Flujo másico kg/hr Composición másica, %wt C 9 H 18 O 2 (C8:0) 0,0524 16,0209 8,2919 12,6182 C 11 H 22 O 2 (C10:0) 0,016 4,8919 2,9808 4,5359 C 13 H 26 O 2 (C12:0) 0,2356 72,0330 50,5011 76,8495 C 15 H 30 O 2 (C14:0) 0,0227 6,9404 5,5026 5,8283 C 17 H 34 O 2 (C16:0) 3,70E-04 0,1130 1,00E-01 1,52E-01 C 19 H 38 O 2 (C18:0) 2,66E-06 0,0008 7,93E-04 1,13E-02 C 19 H 36 O 2 ( C18:1) 1,43E-08 0,0000 4,23E-06 4,68E-03 C 19 H 34 O 2 (C18:2) 3,69E-26 1,13E-23 1,09E-23 4,57268E-09 Total 0,3271 100 67,3772 100 Tabla 6.7.-Composiciones molares y másicas de la corriente de fondo, S3 por el método de Distillation en la destilación de FAME de coco. Fondo, S3 (Método Distillation) Compuesto Flujo molar kgmol/hr Composición molar, % Flujo másico kg/hr Composición másica, %wt C 9 H 18 O 2 (C8:0) 1,93E-05 1,53E-02 3,05E-03 2,92E-03 C 11 H 22 O 2 (C10:0) 9,84E-05 7,83E-02 1,83E-02 3,07E-02 C 13 H 26 O 2 (C12:0) 0,0233 18,5448 4,9944 14,5696 C 15 H 30 O 2 (C14:0) 0,0388 30,8814 9,4053 32,3165 C 17 H 34 O 2 (C16:0) 0,0233 18,5448 6,3016 18,3831 C 19 H 38 O 2 (C18:0) 8,37E-03 6,6635 2,4992 7,2712 C 19 H 36 O 2 ( C18:1) 0,0253 20,1366 7,5014 21,8832 C 19 H 34 O 2 (C18:2) 0,006452 5,1352 1,9000 5,5426 Total 0,1256 100 32,6233 100 56 muestra en la Tabla 6.8 teniendo un porcentaje de inundación mínimo de 23,1%. Finalmente el espacio entre platos es de 609,9 mm. Tabla 6.17.-Dimensiones de diámetro de la columna de destilación de FAME de palmiste. Número de Platos Espacio entre platos, mm Tipo de platos Número total de válvulas Diámetro de válvula, mm Diámetro mínimo, mm 2 - 9 609,9 Válvula 37 47,625 381 Plato Diámetro diseño, mm Factor inundación FF, % Diámetro siguiente mínimo, mm Factor inundación FF, % Diámetro siguiente máximo, mm Factor inundación FF, % 2 502,4 34 457 41,1 610 23,1 3 502,7 34 457 41,1 610 23,1 4 502,7 34 457 41,1 610 23,1 5 502,6 34 457 41,1 610 23,1 6 502,4 34 457 41 610 23,1 7 502 33,9 457 40,9 610 23 8 500,7 33,9 457 40,6 610 22,9 9 562,1 52,3 457 79 610 44,5 En las Figura 6.3, se muestra los resultados de composición másica del destilado, obtenidos de la simulación por el método Distillation en PRO/II, frente a los resultados que se han tomado de referencia de trabajos experimentales. Los resultados son muy similares teniendo ambos casos una composición mayoritaria de Laurato de metilo C12:0. En la Figura 6.4, se muestra los resultados para el caso de la fracción de fondo de la destilación donde se observa una mayor composición para el palmitato de metilo C16:0 en el caso se la simulación en comparación a los resultados obtenidos experimentalmente. La temperatura de destilado se mantiene dentro del rango obtenido en trabajos experimentales, a diferencia de la destilación de FAME de coco, la fracción másica del destilado es mayor en la simulación, tal como se muestra en la Tabla 6.18. Figura 6.3.-Comparativa de resultados de composiciones másicas de la corriente de destilado, S2 por el método Distillation (PRO/II) y los de referencia de proyectos de investigación en la destilación de FAME de palmiste. 57 Figura 6.4.-Comparativa de resultados de composiciones másicas de la corriente de fondo, S3 por el método Distillation (PRO/II) y los de referencia de proyectos de investigación en la destilación de FAME de palmiste. Tabla 6.18.-Condiciones terminas y fracciones másicas de las corrientes S2 y S3 en la destilación de FAME de palmiste por el método Distillation (PRO/II) y artículo de referencia. Condiciones de operación FAME de Palmiste FAME de Palmiste(PRO/II) Temperatura de destilado, ºC a presión de 2 torr 35-113 105 Fracción de ligera, % másico 40,8 55,2 Fracción pesado, % másico 58,6 44,8 58 6.3. Columna de Destilación FAME de Babasu - Reflujo mínimo y reflujo real El reflujo mínimo ha sido calculado mediante el método de Shortcut en el programa de PRO/II dando como resultado R min = 0,0963. Al igual que el FAME de Coco, se ha elegido una relación de reflujo óptima (Ver Tabla 6.19). Con la finalidad de minimizar el número total de platos, obteniendo un reflujo final de R = 0,1685. Tabla 6.19.-Calculo del número total de platos y plato de alimentación en función del reflujo por el método de Shortcut en la destilación de FAME de babasu. z=R/R min Número total de platos Plato de alimentación 1,5 9 7 1,75 8 6 2,0 8 6 2,5 7 5 - Número de platos teóricos y plato de alimentación Con el método de Schortcut se ha obtenido el número de platos teóricos N T =8 y el plato de alimentación N F =6, para una relación de reflujo de 1,75. Para el diseño de la columna se ha decidido N T +1 y N F +1. - Temperatura de destilado y fondo por el método Shortcut. En la Tabla 6,20 se muestran los resultados de las temperaturas de destilación de la corriente 2 correspondiente al destilado y de la corriente 3 correspondiente al fondo. Tabla 6.20.-Temperatura de las corrientes de destilado y fondo por el método de Shortcut en la destilación de FAME de babasu. Temperatura de Destilado Temperatura de fondo 353,0401 K 416,2262 K 79,8901ºC 143,0762ºC - Productos método Shortcut En la Tabla 6.21, se muestran las tasas globales para las corrientes 2 y 3. Las composiciones másicas y molares de la corriente de destilado y fondo se observan en las Tabla 6.22 y 6.23 respetivamente. Encontrándose la composición del destilado mayoritaria para el rango de compuestos C8:0 al C14:0, siendo el Laurato de metilo, C12:0 el componente mayoritario con una composición másica de 45,77%. En el caso de la corriente de fondo los compuestos mayoritarios son del C12:0 al C18:0 siendo el compuesto mayoritario el Palmitato de metilo, C16:0 con una composición másica de 32,01%. Tabla 6.21.-Tasas globales de las corrientes de destilado y fondo por el método de Shortcut en la destilación de FAME de babasu. Corriente Flujo molar, kg-mol/hr Flujo másico, kg/hr Flujo líquido, m³/hr Flujo normal de vapor, m³/hr Número de platos teóricos S2, Destilado 0,21 44,59 0,05 4,65 2,83 S3, Bottom 0,20 54,30 0,05 4,50 Total 0,41 98,89 0,1 9,15 2,83 59 Tabla 6.22.-Composiciones molares y másicas de la corriente de destilado, S2 por el método de Shortcut en la destilación de FAME de babasu. Destilado, S2 (Método Shortcut ) Compuesto Flujo molar kgmol/hr Composición molar, % Flujo másico kg/hr Composición másica, %wt C 9 H 18 O 2 (C8:0) 0,0247 11,9130 3,9086 8,7665 C 11 H 22 O 2 (C10:0) 0,0177 8,5368 3,2975 7,3958 C 13 H 26 O 2 (C12:0) 0,0952 45,9157 20,4062 45,7686 C 15 H 30 O 2 (C14:0) 6,74E-02 32,5075 16,3381 36,6444 C 17 H 34 O 2 (C16:0) 2,22E-03 1,0705 0,6003 1,3463 C 19 H 38 O 2 (C18:0) 8,97E-05 0,0433 0,0268 0,0601 C 19 H 36 O 2 ( C18:1) 2,75E-05 0,0133 8,15E-03 0,0183 C 19 H 34 O 2 (C18:2) 0 0 0 0 C 19 H 32 O 2 (C18:3) 7,42E-12 3,58E-09 2,17011E-09 4,86728E-09 Total 0,2073 100 44,5856 100 Tabla 6.23.-Composiciones molares y másicas de la corriente de fondo, S3 por el método de Shortcut en la destilación de FAME de babasu. Fondo, S3 (Método Shortcut ) Compuesto Flujo molar kgmol/hr Composición molar, % Flujo másico kg/hr Composición másica, %wt C 9 H 18 O 2 (C8:0) 2,9451E-07 1,47E-04 4,66041E-05 8,5795E-05 C 11 H 22 O 2 (C10:0) 9,0648E-06 4,52E-03 1,69E-03 3,11E-03 C 13 H 26 O 2 (C12:0) 0,0020421 1,0172 0,4377 0,8058 C 15 H 30 O 2 (C14:0) 6,19E-02 30,8341 15,0049 27,6229 C 17 H 34 O 2 (C16:0) 6,43E-02 32,0297 17,3903 32,0144 C 19 H 38 O 2 (C18:0) 1,84E-02 9,1656 5,4927 10,1116 C 19 H 36 O 2 ( C18:1) 4,23E-02 21,0708 12,5419 23,0888 C 19 H 34 O 2 (C18:2) 0,00E+00 0,0000 0,0000 0,0000 C 19 H 32 O 2 (C18:3) 1,18E-02 5,8779 3,4511 6,3533 Total 0,2008 100 54,3203 100 - Productos por el método Distillation Una vez calculado el número de platos y el plato de alimentación por el método Shortcut, se realiza un cálculo más riguroso de la columna de destilación a través del método Distillation. Los resultados de composiciones másicas y molares para las corrientes de destilado y fondo se muestran en las Tablas 6.24y 6.25 respetivamente, donde se puede observar que los valores son similares a los calculados previamente por el método Shorcut. El reflujo estimado es de R=0,12, La temperatura obtenida en la destilación es de 353,05K y la temperatura en la corriente de fondo es de 416,34K. 60 Tabla 6.24.-Composiciones molares y másicas de la corriente de destilado, S2 por el método de Distillation en la destilación de FAME de babasú. Destilado, S2 (Método Distillation) Compuesto Flujo molar kgmol/hr Composición molar, % Flujo másico kg/hr Composición másica, %wt C 9 H 18 O 2 (C8:0) 0,0247 11,9058 3,9086 8,7665 C 11 H 22 O 2 (C10:0) 0,0177 8,5317 3,2975 7,3958 C 13 H 26 O 2 (C12:0) 0,0954 45,9842 20,4491 45,7686 C 15 H 30 O 2 (C14:0) 0,0674 32,4878 16,3381 36,6444 C 17 H 34 O 2 (C16:0) 2,22E-03 1,0694 0,6000 1,3463 C 19 H 38 O 2 (C18:0) 4,28E-05 0,0206 0,0128 0,0601 C 19 H 36 O 2 ( C18:1) 1,17E-06 0,0006 0,0003 0,0183 C 19 H 34 O 2 (C18:2) 0 0 0 0 C 19 H 32 O 2 (C18:3) 7,42E-12 3,58E-09 2,17E-09 4,87E-09 Total 0,2075 100 44,6064 100 Tabla 6.25.-Composiciones molares y másicas de la corriente de fondo, S3 por el método de Distillation en la destilación de FAME de babasú. Fondo, S3 (Método Distillation) Compuesto Flujo molar kgmol/hr Composición molar, % Flujo másico kg/hr Composición másica, %wt C 9 H 18 O 2 (C8:0) 1,90E-07 9,48E-05 3,00899E-05 8,5795E-05 C 11 H 22 O 2 (C10:0) 7,02E-06 3,50E-03 0,001307973 3,11E-03 C 13 H 26 O 2 (C12:0) 1,88E-03 0,9352 0,4021 0,8058 C 15 H 30 O 2 (C14:0) 6,19E-02 30,8600 15,0049 27,6229 C 17 H 34 O 2 (C16:0) 6,43E-02 32,0566 17,3903 32,0144 C 19 H 38 O 2 (C18:0) 1,84E-02 9,1733 5,4927 10,1116 C 19 H 36 O 2 ( C18:1) 4,23E-02 21,0885 12,5419 23,0888 C 19 H 34 O 2 (C18:2) 0,00E+00 0,0000 0,0000 0,0000 C 19 H 32 O 2 (C18:3) 1,18E-02 5,8829 3,4511 6,3533 Total 0,2006 100 54,2843 100 - Diámetro de la columna El diseño hidráulico de la columna determina el diámetro y la separación entre los platos. Los resultados se muestran en la Tabla 6,26. Al igual que la simulación de destilación de FAME de coco se suponen los platos del tipo válvulas y se establece el diámetro máximo que corresponde a 610 mm, tal como se muestra en la Tabla 6.26 teniendo un porcentaje de inundación mínimo de 18,8%. Finalmente el espacio entre platos es de 609,6 mm. 61 Tabla 6.26.-Dimensiones de diámetro de la columna de destilación de FAME de babasú. Número de Platos Espacio entre platos, mm Tipo de platos Número total de válvulas Diámetro de válvula, mm Diámetro mínimo, mm 2 -8 609,6 Válvula 37 47,625 381 Plato Diámetro diseño, mm Factor inundación FF, % Diámetro siguiente mínimo, mm Factor inundación FF, % Diámetro siguiente máximo, mm Factor inundación FF, % 2 468,3 31,8 457 33,4 610 18,8 3 468,4 31,9 457 33,4 610 18,8 4 468,2 31,8 457 33,4 610 18,8 5 467,9 31,8 457 33,3 610 18,8 6 467,2 31,8 457 33,2 610 18,7 7 593,0 53,1 457 89,4 610 50,4 8 605,3 53,4 457 93,7 610 52,8 En las Figura 6.5, se muestra los resultados de composición másica del destilado, obtenidos de la simulación por el método Distillation en PRO/II, frente a los resultados que se han tomado de referencia de trabajos experimentales. Las composiciones másicas de los compuesto principales que componen a la fracción del destilado C12:0 al C14:0 obtenidas por la simulación son menores en comparación a los trabajos experimentales. En la Figura 6.4, se muestra los resultados para el caso de la fracción de fondo de la destilación donde se observa una mayor composición para el palmitato de metilo C16:0 en el caso de la simulación en comparación a los resultados obtenidos experimentalmente. La temperatura de destilado se mantiene dentro del rango obtenido en trabajos experimentales, al igual que la destilación de FAME de coco, la fracción másica del destilado es mayor en trabajos experimentales en comparación a la simulación tal como se muestra en la Tabla 6.27. Figura 6.5.-Comparativa de resultados de composiciones másicas de la corriente de destilado, S2 por el método Distillation (PRO/II) y los de referencia de proyectos de investigación en la destilación de FAME de babasú. 62 Figura 6.6.-Comparativa de resultados de composiciones másicas de la corriente de fondo, S3 por el método Distillation (PRO/II) y los de referencia de proyectos de investigación en la destilación de FAME de babasú. Tabla 6.27.-Condiciones terminas y fracciones másicas de las corrientes S2 y S3 en la destilación de FAME de babasú por el método Distillation (PRO/II) y artículo de referencia. Condiciones de operación FAME de Babasú FAME de Babasú(PRO/II) Temperatura de destilado, ºC a presión de 2 torr 47-124 79,9 Fracción de ligera, % másico 73,3 44,61 Fracción pesado, % másico 19,4 54,3 La simulación es una herramienta confiable que proporciona información útil para el diseño conceptual de un proceso. En base a la simulación llevada a cabo para la destilación a vacío para cada uno de los FAME’s se concluye lo siguiente: - Se ha logrado la separación deseada para los FAME’s de coco, palmiste y babasú, siendo estos valores reproducibles con datos tomados de referencia de trabajos experimentales. - Las columnas presentan similares diámetros y espaciado entre platos, pudiendo ocupar un diseño de una misma columna para los tres casos de FAME’s. - Los porcentajes másicos de fracción ligera obtenida resultaron menores en comparación con los datos obtenidos en trabajos experimentales. A excepción del FAME de palmiste. Estos valores son una referencia en rendimientos esperados, pudiéndose tomar los valores simulados más puntuales en comparación con los experimentales. 63 - La simulación se ha llevado a cabo con un tipo de platos, pero en un diseño más riguroso se debe de evaluar el tipo de plato, la eficiencia de cada plato, la caída de presión, comparar costes entre usar platos o empaques, etc. Pese a la gran aceptación de los biocombustibles en la industria aeronáutica, todavía existen diversos inconvenientes que dificultan su implementación continua en aerolíneas y en diferentes operaciones ya que la baja producción de estos combustibles alternativos en comparación con los combustibles fósiles, no permite la factibilidad económica de su implementación. Además, muchos de estos biocombustibles representan una competencia con los cultivos de alimentos, lo cual, tiene una importante repercusión sobre todo social. Por tal motivo, es necesario que para la pronta implementación de estas energías alternativas para la aviación, se tenga una colaboración global entre los gobiernos, las empresas y la sociedad para crear un equilibrio entre su uso y la explotación de los campos de cultivo. En un contexto energético se ha planteado el siguiente esquema mostrado en la Figura 6.13, en el cual, se realiza un análisis de la posibilidad de sustitución de biocombustibles en el sector de la aviación. En primera estancia tenemos los aceites estudiados en este proyecto coco, palmiste y babasú, los cuales, son sometidos a un proceso de tranesterificación, es decir, el aceite se mezcla con metanol en presencia de un catalizador. De este modo se obtiene el FAME que comúnmente es conocido como biodiesel y la glicerina un subproducto de gran aplicación. Como se ha mencionado anteriormente la composición de FAME varía en un rango de compuestos de C8:0 a C20:0 de acuerdo a la materia prima, por ello el FAME obtenido es alimentado a una columna de destilación a vacío, simulación realizada en este proyecto. Cuyo principal objetivo es obtener una fracción similar al queroseno fósil, siendo la fracción ligera compuesta principalmente en el rango de compuestos C8:0 al C14:0, denominada bioqueroseno, en el fondo de la destilación se obtiene la fracción pesada cuya composición mayoritaria esta comprendida en el rango de C14:0 a C20:0. Actualmente la normativa ASTM D7566 establece un porcentaje de mezcla con queroseno fósil Jet-A1 de hasta 50% v/v para ésteres grasos o ácidos grasos hidroprocesados HEFA’s, y un máximo de 5 ppm para esteres metílicos de ácidos grasos FAME, esto se expresa mejor en la siguiente reacción: FAME HEFA’s R-COO-CH 3 + H 2  R-H +CO 2 + CH 4 <5ppm <50% En base a ello se realiza un análisis y se describen las siguientes conclusiones: - El aceite de babasú, palmiste y coco como tal, no existiría la posibilidad de mezclarlo con queroseno fósil, principalmente por la alta viscosidad con la que cuenta y por el rango de compuestos que presenta que varía en función de la materia prima, siendo mayor al del queroseno fósil. 64 - Para el caso de FAME no presenta el problema de la alta viscosidad ya que el proceso de transesterificación consiste principalmente en remplazar el glicerol por un alcohol simple, como el metanol o el etanol, de forma que se produzcan ésteres metílicos o etílicos de ácidos grasos, lo cual disminuye la viscosidad del aceite, ocasionada principalmente por la presencia de glicerina en la molécula. El principal inconveniente de mezclar este tipo de FAME con queroseno fósil es la longitud de la cadena de sus compuestos mismo caso que los aceites. - Para ello se ha planteado la destilación a vacío, con la finalidad de obtener la fracción ligera similar al queroseno como la norma establece hasta un 50% v/v pero solo para hidroprocesados se ha planteado en el esquema la posibilidad de aprovechar el proceso de hidrosulfuración del queroseno fósil para el hidroprocesado de FAME, siendo esta una alternativa para cumplir con la normativa. El principal propósito de la hidrosulfuración en la refinería del petróleo es la eliminación del contenido de azufre, los procesos de hidrosulfuración usan catalizadores en presencia de cantidades sustanciales de hidrógeno, bajo altas presiones y temperaturas, con el fin de promover la reacción del hidrógeno con las impurezas de la carga. - Otra opción planteada es el mezclar el bioqueroseno obtenido de la columna de destilación a vacío con combustible fósil Jet-A1, esta podría ser otra opción factible ya que estudios de investigación han demostrado cumplir con la mayoría de las propiedades descritas en la norma ASTM D1655 para combustibles fósiles con mezclas de hasta un porcentaje de 20% v/v, solo teniendo una mínima variación en el PCI. Sin embargo esta opción se ve limitada la concentración de hasta 5 ppm como máximo de FAME de acuerdo a lo indicado en la norma ASTM D7566. - Por ultimo la fracción obtenida en el fondo de la columna de destilación, puede ser utilizada como combustible de calefacción mezclado con otros biodiesel o diesel fósil. De acuerdo a proyectos de investigación donde han evaluado sus propiedades en base lo descrito en el estándar EN 14213 65 Figura 6.7.-Analisis de la alternativa de sustitución del combustible fósil de aviación JET-A1 por bioqueroseno de FAME de coco, palmiste y babasú. 72 Tabla 9.4.-Propiedades dependientes de la temperatura: presión vapor, calor latente de vaporización, capacidad calorífica líquida y entalpía para el Palmitato de metilo, de la base de datos del programa PhysProps. Temperatura, T[K] Presión de Vapor, Pv [kPa] Calor latente de vaporización, ∆Hv [kJ/kg-mol] Capacidad calorífica líquida, CpL [kJ/kg-mol K] Entalpía, H [J/kg-mol] 376 0,014 85012,44 521,2 195971,2 387 0,031 83749,07 537,11 207861,57 398 0,063 82469,75 553,43 220265,14 409 0,123 81175,97 570,21 233215,89 420 0,228 79869,17 587,48 246741,6 431 0,405 78550,7 605,29 260879,99 442 0,695 77221,8 623,68 275666,56 453 1,15 75883,62 642,71 291147,63 464 1,845 74537,15 662,43 307367,52 475 2,875 73183,3 682,92 324387 486 4,361 71822,8 704,22 342250,92 497 6,453 70456,22 726,41 361025,77 508 9,333 69083,94 749,57 380781,56 519 13,218 67706,15 773,77 401586,63 530 18,359 66322,76 799,1 423523 541 25,05 64933,45 825,64 446671,24 552 33,62 63537,54 853,49 471126,48 563 44,444 62133,98 882,74 496982,62 574 57,938 60721,28 913,48 524337,52 585 74,57 59297,39 945,83 553310,55 596 94,859 57859,57 979,89 584014,44 607 119,383 56404,29 1015,78 616578,46 618 148,791 54926,92 1053,6 651124,8 629 183,814 53421,51 1093,49 687805,21 640 225,279 51880,3 1135,57 726764,8 651 274,137 50293,15 1179,97 768160,47 662 331,486 48646,65 1226,82 812154,84 673 398,608 46922,71 1276,26 858922,98 684 477,017 45096,4 1328,43 908646,12 695 568,513 43132,25 1383,48 961518,6 706 675,262 40977,76 1441,56 1017741,36 714 763,953 39246,14 1485,8 1060861,2 73 Tabla 9.5.-Propiedades dependientes de la temperatura: presión vapor, calor latente de vaporización, capacidad calorífica líquida y entalpía para el Estearato de metilo, de la base de datos del programa PhysProps. Temperatura, T[K] Presión de Vapor, Pv [kPa] Calor latente de vaporización, ∆Hv [kJ/kg-mol] Capacidad calorífica líquida, CpL[kJ/kgmol K] Entalpía, H [kJ/kgmol] 394 0,014 90851,39 607,3 239276,2 405 0,03 89445,36 625,55 253347,75 416 0,06 88027,04 644,31 268032,96 427 0,114 86597,08 663,61 283361,47 438 0,209 85156,08 683,52 299381,76 449 0,368 83704,52 704,08 316131,92 460 0,624 82242,8 725,35 333661 471 1,026 80771,19 747,39 352020,69 482 1,635 79289,88 770,28 371274,96 493 2,532 77798,87 794,08 391481,44 504 3,823 76298,07 818,88 412715,52 515 5,633 74787,18 844,75 435046,25 526 8,119 73265,73 871,78 458556,28 537 11,464 71733,01 900,07 483337,59 548 15,882 70188,09 929,7 509475,6 559 21,619 68629,73 960,78 537076,02 570 28,954 67056,37 993,41 566243,7 581 38,202 65466,04 1027,7 597093,7 592 49,711 63856,3 1063,77 629751,84 603 63,868 62224,14 1101,73 664343,19 614 81,1 60565,88 1141,71 701009,94 625 101,882 58876,97 1183,84 739900 636 126,736 57151,81 1228,24 781160,64 647 156,246 55383,45 1275,06 824963,82 658 191,065 53563,22 1324,43 871474,94 669 231,934 51680,16 1376,51 920885,19 680 279,695 49720,25 1431,44 973379,2 691 335,322 47665,22 1489,38 1029161,6 702 399,944 45490,79 1550,48 1088437 713 474,891 43163,68 1614,92 1151438 724 561,738 40636,71 1682,86 1218390,6 735 662,368 37839,63 1754,48 1289542,8 74 Tabla 9.6.-Propiedades dependientes de la temperatura: presión vapor, capacidad calorífica líquida y entalpía para el Linoleato de metilo, de la base de datos del programa PhysProps. Temperatura, T[K] Presión de Vapor, Pv [kPa] Capacidad calorífica líquida, CpL[kJ/kg-mol K] Entalpía, H [J/kgmol] Temperatura, T[K] Calor latente de vaporización, ∆Hv [J/kg-mol] 390 0,014 569,82 222229,8 470 113773 401 0,03 586,66 235250,66 474 113150 412 0,06 603,94 248823,28 478 112522 423 0,115 621,7 262979,1 482 111889 434 0,212 640 277760 486 111251 445 0,374 658,87 293197,15 490 110609 456 0,637 678,37 309336,72 494 109961 467 1,049 698,56 326227,52 498 109309 478 1,674 719,5 343921 502 108651 489 2,597 741,26 362476,14 506 107988 500 3,924 763,91 381955 510 107319 511 5,786 787,52 402422,72 514 106645 522 8,343 812,18 423957,96 518 105965 533 11,784 837,96 446632,68 522 105279 544 16,331 864,95 470532,8 526 104587 555 22,24 893,24 495748,2 530 103889 566 29,802 922,93 522378,38 534 103184 577 39,347 954,13 550533,01 538 102473 588 51,249 986,93 580314,84 542 101755 599 65,926 1021,44 611842,56 546 101031 610 83,849 1057,77 645239,7 550 100299 621 105,549 1096,05 680647,05 554 99561 632 131,629 1136,39 718198,48 558 98815 643 162,777 1178,92 758045,56 562 98061 654 199,788 1223,76 800339,04 566 97299 665 243,584 1271,06 845254,9 570 96530 676 295,25 1320,94 892955,44 574 95752 687 356,074 1373,56 943635,72 578 94965 698 427,599 1429,06 997483,88 582 94170 709 511,688 1487,58 1054694,2 586 93366 720 610,614 1549,29 1115488,8 590 92552 729 704,521 1602,25 1168040,3 594 91728 75 Tabla 9.7.-Propiedades dependientes de la temperatura: presión vapor, capacidad calorífica líquida y entalpía para el Linolenato de metilo, de la base de datos del programa PhysProps. Temperatura, T[K] Presión de Vapor, Pv [kPa] Capacidad calorífica líquida, CpL [kJ/kg-mol K] Entalpía, H [J/kg-mol] Temperatura, T[K] Calor latente de vaporización, ∆Hv [J/kg-mol] 393 0,014 558,74 219584,82 480 386,16 404 0,029 575,07 232328,28 487 382,41 415 0,058 591,83 245609,45 494 378,62 426 0,111 609,06 259459,56 501 374,78 437 0,205 626,81 273915,97 508 370,88 448 0,362 645,12 289013,76 515 366,92 459 0,616 664,05 304798,95 522 362,91 470 1,016 683,65 321315,5 529 358,84 481 1,622 703,99 338619,19 536 354,7 492 2,518 725,13 356763,96 543 350,5 503 3,806 747,14 375811,42 550 346,23 514 5,614 770,1 395831,4 557 341,89 525 8,098 794,07 416886,75 564 337,48 536 11,441 819,15 439064,4 571 332,98 547 15,855 845,41 462439,27 578 328,41 558 21,587 872,94 487100,52 585 323,74 569 28,912 901,85 513152,65 592 318,98 580 38,142 932,22 540687,6 599 314,13 591 49,622 964,16 569818,56 606 309,17 602 63,735 997,78 600663,56 613 304,11 613 80,905 1033,17 633333,21 620 298,93 624 101,6 1070,46 667967,04 627 293,62 635 126,339 1109,77 704703,95 634 288,19 646 155,701 1151,21 743681,66 641 282,61 657 190,34 1194,91 785055,87 648 276,88 668 230,996 1241 828988 655 270,98 679 278,516 1289,61 875645,19 662 264,91 690 333,884 1340,89 925214,1 669 258,64 701 398,25 1394,96 977866,96 676 252,17 712 472,972 1451,99 1033816,88 683 245,46 723 559,669 1512,11 1093255,53 690 238,49 734 660,288 1575,48 1156402,32 697 231,24 736 680,255 1587,37 1168304,32 700 228,03 76 Tabla 9.8.-Propiedades dependientes de la temperatura: densidad líquida, viscosidad líquida/vapor, conductividad líquida/vapor y superficie de tensión para el Caprilato de metilo por métodos de contribución de grupos PhysProps. Temperatura, T[K] Densidad Líquida, ρL[kg/m³] Viscosidad Líquida, µL[CP] Viscosidad Vapor, µV [CP] Conductividad Líquida, kL [W/m-C] Conductividad Vapor, kG [W/m-C] Superficie de Tensión, σ [N/m] 298 839,476 0,4857 0,005412 0,1276 0,006582 0,02605 306 832,774 0,4699 0,005554 0,1259 0,007222 0,02532 314 826,03 0,4543 0,005696 0,1242 0,007864 0,02459 322 819,239 0,4391 0,005839 0,1226 0,008508 0,02386 330 812,402 0,424 0,005982 0,1209 0,009156 0,02314 338 805,513 0,4093 0,006126 0,1193 0,009807 0,02242 346 798,572 0,3948 0,00627 0,1176 0,01046 0,02171 354 791,575 0,3805 0,006415 0,116 0,01112 0,021 362 784,52 0,3666 0,006559 0,1143 0,01179 0,02029 370 777,402 0,3529 0,006705 0,1126 0,01245 0,01959 378 770,218 0,3394 0,00685 0,111 0,01313 0,0189 386 762,964 0,3262 0,006996 0,1093 0,0138 0,01821 394 755,636 0,3133 0,007141 0,1077 0,01448 0,01752 402 748,23 0,3006 0,007287 0,106 0,01517 0,01684 410 740,74 0,2882 0,007433 0,1043 0,01586 0,01616 418 733,16 0,2761 0,007579 0,1026 0,01656 0,01549 426 725,486 0,2642 0,007725 0,1009 0,01725 0,01483 434 717,709 0,2526 0,007871 0,09917 0,01796 0,01416 442 709,824 0,2413 0,008017 0,09742 0,01866 0,01351 450 701,82 0,2302 0,008163 0,09565 0,01937 0,01286 458 693,691 0,2194 0,008308 0,09386 0,02009 0,01222 466 685,424 0,2088 0,008454 0,09205 0,0208 0,01158 474 677,01 0,1985 0,008599 0,0902 0,02153 0,01095 482 668,436 0,1885 0,008744 0,08832 0,02225 0,01032 490 659,686 0,1787 0,008889 0,0864 0,02298 0,00971 498 650,745 0,1692 0,009034 0,08445 0,02371 0,00909 506 641,594 0,1599 0,009179 0,08245 0,02444 0,00849 514 632,211 0,1509 0,009323 0,08039 0,02518 0,0079 522 622,57 0,1422 0,009467 0,07828 0,02592 0,00731 530 612,643 0,1338 0,009611 0,0761 0,02666 0,00673 538 602,393 0,1256 0,009754 0,07385 0,0274 0,00616 546 591,778 0,1176 0,009898 0,07152 0,02815 0,0056 550 586,318 0,1138 0,009969 0,07031 0,02852 0,00532 77 Tabla 9.9.-Propiedades dependientes de la temperatura: densidad líquida, viscosidad líquida/vapor, conductividad líquida/vapor y superficie de tensión para el Caprato de metilo por métodos de contribución de grupos PhysProps. Temperatura, T[K] Densidad Líquida, ρL[kg/m³] Viscosidad Líquida, µL[CP] Viscosidad Vapor, µV [CP] Conductividad Líquida, kL [W/m-C] Conductividad Vapor, kG [W/m-C] Superficie de Tensión, σ [N/m] 298 909,402 0,5756 0,005197 0,1213 0,005715 0,02844 306 902,54 0,5582 0,005332 0,1198 0,006371 0,00384 314 895,642 0,541 0,005466 0,1183 0,007026 0,00374 322 888,707 0,5241 0,005602 0,1169 0,00768 0,00364 330 881,732 0,5074 0,005738 0,1154 0,008337 0,00354 338 874,716 0,491 0,005875 0,1139 0,008995 0,00344 346 867,657 0,4749 0,006012 0,1125 0,009657 0,00334 354 860,553 0,4591 0,006149 0,111 0,01032 0,00325 362 853,401 0,4435 0,006287 0,1096 0,01099 0,00315 370 846,2 0,4282 0,006426 0,1081 0,01166 0,00305 378 838,945 0,4132 0,006564 0,1067 0,01234 0,00296 386 831,635 0,3984 0,006703 0,1052 0,01302 0,00286 394 824,267 0,3839 0,006843 0,1038 0,0137 0,00277 402 816,837 0,3697 0,006982 0,1023 0,01439 0,00267 410 809,341 0,3557 0,007122 0,1009 0,01508 0,00258 418 801,777 0,342 0,007261 0,09942 0,01578 0,00249 426 794,139 0,3286 0,007401 0,09795 0,01648 0,0024 434 786,423 0,3154 0,007541 0,09647 0,01719 0,0023 442 778,624 0,3025 0,007681 0,09498 0,01789 0,00221 450 770,738 0,2899 0,007821 0,09348 0,01861 0,00212 458 762,757 0,2776 0,007961 0,09197 0,01932 0,00203 466 754,675 0,2655 0,0081 0,09044 0,02004 0,00194 474 746,486 0,2537 0,00824 0,0889 0,02076 0,00186 482 738,182 0,2421 0,00838 0,08733 0,02149 0,00177 490 729,753 0,2308 0,008519 0,08575 0,02222 0,00168 498 721,19 0,2198 0,008659 0,08414 0,02295 0,0016 506 712,483 0,2091 0,008798 0,0825 0,02368 0,00151 514 703,618 0,1986 0,008937 0,08084 0,02442 0,00143 522 694,583 0,1884 0,009076 0,07914 0,02516 0,00135 530 685,361 0,1785 0,009215 0,07741 0,02591 0,00126 538 675,935 0,1688 0,009353 0,07564 0,02665 0,00118 546 666,284 0,1594 0,009491 0,07382 0,0274 0,0011 550 661,367 0,1548 0,00956 0,07289 0,02777 0,00106 78 Tabla 9.10.-Propiedades dependientes de la temperatura: densidad líquida, viscosidad líquida/vapor, conductividad líquida/vapor y superficie de tensión para el Miristato de metilo por métodos de contribución de grupos PhysProps. Temperatura, T[K] Densidad Líquida, ρL[kg/m³] Viscosidad Líquida, µL[CP] Viscosidad Vapor, µV [CP] Conductividad Líquida, kL [W/m-C] Conductividad Vapor, kG [W/m-C] Superficie de Tensión, σ [N/m] 298 955,729 0,6979 0,004636 0,1027 0,003934 0,02993 306 949,024 0,6789 0,004753 0,1015 0,004597 0,00197 314 942,295 0,6602 0,00487 0,1004 0,005248 0,00192 322 935,54 0,6417 0,004989 0,09926 0,005891 0,00188 330 928,758 0,6235 0,005108 0,09814 0,006531 0,00183 338 921,949 0,6055 0,005227 0,09702 0,00717 0,00179 346 915,11 0,5878 0,005347 0,0959 0,007807 0,00175 354 908,241 0,5704 0,005468 0,0948 0,008446 0,0017 362 901,339 0,5532 0,005589 0,0937 0,009086 0,00166 370 894,405 0,5363 0,00571 0,0926 0,009729 0,00162 378 887,436 0,5196 0,005832 0,09151 0,01037 0,00158 386 880,43 0,5032 0,005954 0,09042 0,01102 0,00153 394 873,387 0,4871 0,006077 0,08934 0,01167 0,00149 402 866,303 0,4712 0,0062 0,08825 0,01233 0,00145 410 859,177 0,4556 0,006323 0,08717 0,01298 0,00141 418 852,007 0,4403 0,006446 0,08608 0,01364 0,00137 426 844,791 0,4252 0,00657 0,08499 0,01431 0,00133 434 837,526 0,4104 0,006694 0,08391 0,01497 0,00128 442 830,209 0,3958 0,006818 0,08281 0,01564 0,00124 450 822,837 0,3815 0,006942 0,08172 0,01632 0,0012 458 815,408 0,3674 0,007066 0,08062 0,01699 0,00116 466 807,918 0,3537 0,00719 0,07952 0,01767 0,00112 474 800,364 0,3401 0,007314 0,0784 0,01835 0,00108 482 792,742 0,3269 0,007438 0,07729 0,01904 0,00104 490 785,047 0,3139 0,007563 0,07616 0,01973 0,001 498 777,274 0,3012 0,007687 0,07502 0,02042 0,00096 506 769,42 0,2887 0,007811 0,07388 0,02111 0,00093 514 761,478 0,2765 0,007935 0,07272 0,02181 0,00089 522 753,442 0,2645 0,008059 0,07155 0,02251 0,00085 530 745,306 0,2528 0,008183 0,07036 0,02321 0,00081 538 737,063 0,2414 0,008307 0,06916 0,02391 0,00077 546 728,704 0,2302 0,008431 0,06794 0,02461 0,00074 550 724,478 0,2247 0,008492 0,06733 0,02497 0,00072 79 Tabla 9.11.-Propiedades dependientes de la temperatura: densidad líquida, viscosidad líquida/vapor, conductividad líquida/vapor y superficie de tensión para el Palmitato de metilo por métodos de contribución de grupos PhysProps. Temperatura, T[K] Densidad Líquida, ρL[kg/m³] Viscosidad Vapor, µV [CP] Conductividad Líquida, kL [W/m-C] Conductividad Vapor, kG [W/m-C] Superficie de Tensión, σ [N/m] Temperatura, T[K] Viscosidad Líquida, µL[CP] 298 973,62 0,00443 0,106 0,003166 0,03031 330 0,6696 306 966,974 0,004541 0,1049 0,003846 0,00135 337 0,6534 314 960,308 0,004652 0,1037 0,004505 0,00132 344 0,6375 322 953,619 0,004764 0,1026 0,005151 0,00129 351 0,6218 330 946,907 0,004876 0,1015 0,005789 0,00127 358 0,6062 338 940,172 0,004989 0,1004 0,006422 0,00124 365 0,5909 346 933,411 0,005103 0,09925 0,007053 0,00121 372 0,5757 354 926,625 0,005217 0,09815 0,007683 0,00118 379 0,5607 362 919,812 0,005332 0,09706 0,008313 0,00115 386 0,546 370 912,97 0,005447 0,09597 0,008944 0,00113 393 0,5314 378 906,099 0,005563 0,09489 0,009577 0,0011 400 0,517 386 899,198 0,005679 0,09381 0,01021 0,00107 407 0,5029 394 892,264 0,005795 0,09274 0,01085 0,00104 414 0,4889 402 885,297 0,005912 0,09167 0,01149 0,00101 421 0,4751 410 878,294 0,006029 0,0906 0,01213 0,00099 428 0,4615 418 871,254 0,006146 0,08953 0,01278 0,00096 435 0,4481 426 864,176 0,006264 0,08846 0,01342 0,00093 442 0,4349 434 857,056 0,006382 0,08739 0,01408 0,00091 449 0,4219 442 849,894 0,006499 0,08632 0,01473 0,00088 456 0,4091 450 842,687 0,006617 0,08525 0,01539 0,00085 463 0,3965 458 835,432 0,006736 0,08417 0,01605 0,00083 470 0,384 466 828,127 0,006854 0,08309 0,01671 0,0008 477 0,3718 474 820,769 0,006972 0,08201 0,01738 0,00077 484 0,3598 482 813,356 0,007091 0,08092 0,01804 0,00075 491 0,3479 490 805,883 0,007209 0,07983 0,01872 0,00072 498 0,3363 498 798,347 0,007327 0,07873 0,01939 0,0007 505 0,3249 506 790,745 0,007446 0,07762 0,02007 0,00067 512 0,3136 514 783,072 0,007564 0,0765 0,02074 0,00065 519 0,3026 522 775,325 0,007683 0,07537 0,02143 0,00062 526 0,2917 530 767,497 0,007801 0,07423 0,02211 0,0006 533 0,2811 538 759,584 0,007919 0,07308 0,02279 0,00057 540 0,2706 546 751,58 0,008037 0,07192 0,02348 0,00055 547 0,2603 550 747,541 0,008097 0,07133 0,02383 0,00054 550 0,256 80 Tabla 9.12.-Propiedades dependientes de la temperatura: densidad líquida, viscosidad líquida/vapor, conductividad líquida/vapor y superficie de tensión para el Estearato de metilo por métodos de contribución de grupos PhysProps. Temperatura, T[K] Densidad Líquida, ρL[kg/m³] Viscosidad Vapor, µV [CP] Conductividad Líquida, kL [W/m-C] Conductividad Vapor, kG [W/m-C] Superficie de Tensión, σ [N/m] Temperatura, T[K] Viscosidad Líquida, µL[CP] 298 811,292 0,003818 0,1017 0,002185 0,02534 330 0,6032 306 806,004 0,003912 0,1006 0,002824 0,00047 337 0,5894 314 800,7 0,004007 0,09954 0,00343 0,00046 344 0,5757 322 795,38 0,004103 0,09849 0,004016 0,00045 351 0,5621 330 790,042 0,004199 0,09744 0,00459 0,00044 358 0,5487 338 784,686 0,004295 0,09641 0,005157 0,00043 365 0,5355 346 779,311 0,004392 0,09538 0,005719 0,00042 372 0,5225 354 773,917 0,00449 0,09436 0,006278 0,00041 379 0,5096 362 768,502 0,004588 0,09335 0,006836 0,0004 386 0,4968 370 763,066 0,004687 0,09234 0,007394 0,0004 393 0,4842 378 757,609 0,004786 0,09134 0,007953 0,00039 400 0,4718 386 752,128 0,004885 0,09034 0,008513 0,00038 407 0,4596 394 746,624 0,004984 0,08935 0,009074 0,00037 414 0,4475 402 741,094 0,005084 0,08836 0,009637 0,00036 421 0,4355 410 735,539 0,005185 0,08737 0,0102 0,00035 428 0,4237 418 729,956 0,005285 0,08639 0,01077 0,00034 435 0,4121 426 724,344 0,005386 0,0854 0,01134 0,00033 442 0,4007 434 718,703 0,005487 0,08442 0,01191 0,00032 449 0,3894 442 713,031 0,005588 0,08344 0,01249 0,00031 456 0,3782 450 707,325 0,005689 0,08245 0,01306 0,00031 463 0,3672 458 701,585 0,00579 0,08147 0,01364 0,0003 470 0,3564 466 695,809 0,005892 0,08048 0,01422 0,00029 477 0,3458 474 689,994 0,005993 0,07949 0,01481 0,00028 484 0,3353 482 684,14 0,006095 0,07849 0,01539 0,00027 491 0,3249 490 678,243 0,006197 0,07749 0,01598 0,00026 498 0,3148 498 672,301 0,006299 0,07649 0,01657 0,00025 505 0,3047 506 666,313 0,0064 0,07548 0,01716 0,00024 512 0,2949 514 660,274 0,006502 0,07447 0,01776 0,00024 519 0,2852 522 654,183 0,006604 0,07345 0,01836 0,00023 526 0,2757 530 648,035 0,006706 0,07242 0,01895 0,00022 533 0,2663 538 641,828 0,006808 0,07138 0,01955 0,00021 540 0,2571 546 635,558 0,00691 0,07033 0,02016 0,0002 547 0,248 550 632,398 0,00696 0,0698 0,02046 0,0002 550 0,2442 81 Tabla 9.13.-Propiedades dependientes de la temperatura: densidad líquida, viscosidad líquida/vapor, conductividad líquida/vapor y superficie de tensión para el Linoleato de metilo por métodos de contribución de grupos PhysProps. Temperatura, T[K] Densidad Líquida, ρL[kg/m³] Viscosidad Vapor, µV [CP] Conductividad Líquida, kL [W/m-C] Conductividad Vapor, kG [W/m-C] Superficie de Tensión, σ [N/m] Temperatura, T[K] Viscosidad Líquida, µL[CP] 298 1316,378 0,003916 0,1018 0,002305 0,02599 330 1,039 306 1304,257 0,004013 0,1007 0,002922 0,02547 337 1,014 314 1292,155 0,004111 0,09963 0,003512 0,02495 344 0,9887 322 1280,073 0,004209 0,09857 0,004086 0,02443 351 0,9639 330 1268,01 0,004308 0,09751 0,00465 0,02391 358 0,9393 338 1255,965 0,004407 0,09647 0,005209 0,02339 365 0,915 346 1243,938 0,004507 0,09543 0,005763 0,02288 372 0,8911 354 1231,928 0,004607 0,0944 0,006316 0,02237 379 0,8675 362 1219,934 0,004708 0,09338 0,006868 0,02186 386 0,8441 370 1207,955 0,004809 0,09236 0,007419 0,02135 393 0,8211 378 1195,99 0,004911 0,09135 0,007972 0,02085 400 0,7984 386 1184,038 0,005013 0,09034 0,008525 0,02034 407 0,776 394 1172,099 0,005115 0,08934 0,00908 0,01984 414 0,7539 402 1160,169 0,005218 0,08834 0,009637 0,01934 421 0,7322 410 1148,249 0,005321 0,08734 0,01019 0,01885 428 0,7107 418 1136,337 0,005424 0,08635 0,01075 0,01835 435 0,6896 426 1124,431 0,005528 0,08535 0,01132 0,01786 442 0,6687 434 1112,53 0,005631 0,08435 0,01188 0,01737 449 0,6482 442 1100,631 0,005735 0,08336 0,01245 0,01689 456 0,628 450 1088,732 0,005839 0,08236 0,01301 0,0164 463 0,608 458 1076,832 0,005943 0,08136 0,01358 0,01592 470 0,5884 466 1064,928 0,006047 0,08036 0,01415 0,01544 477 0,5691 474 1053,018 0,006152 0,07936 0,01472 0,01497 484 0,5502 482 1041,099 0,006256 0,07835 0,0153 0,01449 491 0,5315 490 1029,167 0,006361 0,07734 0,01587 0,01402 498 0,5131 498 1017,22 0,006465 0,07632 0,01645 0,01355 505 0,4951 506 1005,254 0,00657 0,0753 0,01703 0,01309 512 0,4773 514 993,266 0,006674 0,07427 0,01761 0,01263 519 0,4599 522 981,251 0,006779 0,07323 0,01819 0,01217 526 0,4428 530 969,205 0,006883 0,07218 0,01877 0,01171 533 0,426 538 957,124 0,006988 0,07113 0,01936 0,01126 540 0,4095 546 945,001 0,007092 0,07006 0,01994 0,01081 547 0,3933 550 938,922 0,007144 0,06952 0,02023 0,01059 550 0,3864