Estudio comparativo de las diferentes opciones de re-valorización de la naranja

Equation Chapter 1 Section 1 Trabajo Fin de Grado Grado en Ingeniería Química Estudio comparativo de las diferentes opciones de revalorización de la naranja Autora: Ana Isabel Pérez López Tutora: Maria Custodia Fernández Baco Dpto. Ingeniería Química y Ambiental Escuela Técnica Superior de Ingeniería Universidad de Sevilla Sevilla, 2020 iii Proyecto Fin de Grado Ingeniería Química Estudio comparativo de las diferentes opciones de re-valorización de la naranja Autora: Ana Isabel Pérez López Tutora: Maria Custodia Fernández Baco Profesora Colaboradora Dpto. de Ingeniería Química y Ambiental Escuela Técnica Superior de Ingeniería Universidad de Sevilla Sevilla, 2020 v A mi familia A mis maestros vii Agradecimientos Agradecer a los profesores del departamento por su trabajo diario en las clases y fuera de ellas, para que sigan investigando, enseñando tecnología sostenible necesaria al mundo y transmitiéndolo a muchos alumnos más. Siéntanse orgullosos de educar a los que seremos los siguientes en descubrir y contribuir al mundo de la ingeniería química con nuestro conocimiento y actitud. Entre ellos me gustaría mencionar a Mónica, profesora y casi compañera, agradecerle por todo el tiempo que nos dedica, consejos y ánimos que nos da. A mi tutora Custodia, que ha sabido guiarme y motivarme durante la realización del proyecto. Sin su ayuda no habría sido lo mismo. Admiro muchísimo su actitud, conocimientos y trabajo en la escuela. Es una maestra ejemplar, pasional y, ante todo, una persona excepcional. A mi familia, base fundamental para hacer de esta trayectoria no solo un periodo de estudio intenso, sino también una de las más bonitas, aunque a la vez retantes de mi vida. A mi abuela Ana por convivir conmigo, dejarme conocerla y sorprenderme con toda la energía y vitalidad que desprende; mi hermano Miguel, por ser mi mejor amigo, aliado y mi principal fuente de alegría diaria; mi madre Ana, que me ha enseñado que la constancia y la buena voluntad siempre suman, por su forma de ilusionarse, luchar por lo que quiere y transmitírnoslo siempre; mi padre Miguel, que me ha enseñado sobre todo a disfrutar del proceso, a romper los estereotipos de vez en cuando y ser quien me ha inspirado para este proyecto; Roni, por la compañía y tranquilidad que nos da; mis tios Toñi y Luis por esas noches de tertulia y comida para llevar; mis abuelos Manuel y Enriqueta por su cariño y sabiduría; mis tíos y primos pacenses, los Vicente, que son “mu salaos”; y mis tios y primos sevillanos, por todas las reuniones realizadas y abrirme las puertas de su casa. Este periodo me ha servido para unirme más a la familia al estar más cerca de ella. Muchas gracias a todos, os quiero muchísimo. A mis amigas de siempre, de La Línea, Algeciras y Sabinillas, que sacan mi parte más loca y despreocupada, me han enseñado, sin saberlo, que el hogar también existe fuera de casa, y que avanzar incluye estar conectado con tus raíces. A todos aquellos que conocí en estos años universitarios. Persona clave durante esta etapa, mi amiga Noelia, mi gran compañera desde mi primer contacto sevillano. A mis compañeros que se volvieron amigos, como una segunda familia, tantas horas en la ETSI se agradecen ahora, pero también las que pasamos fuera de ella. Paulina, Patricia, Margarita, Esperanza, Iago, Micaela y muchos más, gracias se queda corto con vosotros. A mi familia Erasmus, uno de los años más intensos y lleno de descubrimientos, experiencias inolvidables y grandes amigos que siguen y seguirán siendo parte de mi por siempre. Gracias por haber permanecido a mi lado, por haberme inspirado y seguido hasta hoy. Me siento feliz de haber finalizado lo que tan solo es el comienzo de una vida para contribuir y aportar mejoras al mundo, tal y como ha hecho siempre conmigo. ix Resumen La principal fuente de inspiración para este proyecto es la problemática existente en el sector agrario con respecto a los resultados poco satisfactorios que han estado obteniendo sus productos. En Andalucía, como en muchas otras regiones de España, cada vez hay más demanda de productos y competencia en las ventas, traduciéndose en unos menores beneficios sobre todo para las pequeñas empresas locales. El objetivo de este Trabajo de Fin de Grado es solventar este problema, animándo a las empresas a adaptarse y actuar frente a los cambios que se han experimentado en los últimos años mediante transformaciones e industrialización del proceso productivo. Se estudian las soluciones que se le pueden dar a un producto agrario como la naranja, pudiéndose realizar el mismo estudio para cualquier otro producto de características similares, para lograr un aprovechamiento íntegro de sus componentes. El objetivo de este documento es doble, crear un ciclo sostenible aprovechando todos los componentes que nos ofrece el producto escogido y establecer un proceso productivo eficiente. xvii Notación . Separador por mil , Separador decimal atm atmósferas ºC Grados centígrados K Kelvin E Exponente kPa Kilopascales kcal Kilocalorías kJ Kilojulios kW Kilovatios ρ densidad · Multiplicador / Divisor + Suma - resta Δ incremento Índice de Tablas 18 1 1 INTRODUCCIÓN Este proyecto pretende estudiar el aprovechamiento de unas producciones agrarias saludables para el cuerpo y de deleite sensorial, como son esas preseas que por llamarse frutas se dice de quien las saborea las “disfruta” [1], la naranja en concreto, producto agrario común de la provincia de Andalucía. En el sector productor de naranjas existe una preocupación debido a que las ganancias no compensan los procesos de elaboración empleados, por los cambios que ha sufrido el mercado. Se dirige a quienes se encargan de su cultivo y producción, para realizar cambios y revalorizar estos frutos sin perder las virtudes que poseen. Se analizan los mercados donde la naranja es el producto final como tal, donde existen diferentes procesos de implementación y, además, otro tipo en el que se explote el potencial de la naranja como materia prima para la obtención de productos derivados, como subproductos o energía. Para ello, se propone la industrialización del proceso como una alternativa, suponiendo una inversión notoria que se analiza y se compara su viabilidad económica con respecto al mercado directo de la naranja. También se tiene en cuenta la búsqueda de sostenibilidad en la empresa, en términos económicos, sociales y ambientales, acercándose a convertirse en biofactoría. 1.1. Situación Actual A continuación, se describe la situación actual del mercado de la naranja, incluyendo la descripción del fruto como tal, antecedentes, situación económica y proceso productivo tradicional empleado en el sector. 1.1.1. Características y reseña histórica La naranja es el fruto obtenido del naranjo dulce, amargo y otras variedades, de la familia de los cítricos. Es un fruto carnoso de cascara dura y gruesa y su pulpa mantiene el jugo ordenado en dosis de menor tamaño, conocidos como gajos. Las partes de la naranja son, de externa a interna, el exocarpo o flavedo, mesocarpo y endocarpo, además de contener semillas en su interior. - Exocarpo: es la capa de color naranja de células epidérmicas con una gruesa cutícula que contiene los estomas, y debajo de ésta se encuentra el epicarpio o flavedo una capa rica en cloroplastos y sacos de aceite esencial. - Mesocarpio: capa de color blanca y esponjosa, conocida como albedo. Ésta capa absorbe el aceite liberado de los sacos, por lo que dificulta su extracción posterior. Puede tratarse de entre un 20 y 60% de la totalidad del fruto, con un contenido en agua del 75-80%. No es el más fuerte ni el más inteligente el que sobrevive, sino aquel que más se adapta - Charles Darwin - Introducción 2 - Endocarpio: porción tras las capas anteriores, que consiste en segmentos(gajos) distribuidos alrededor de un eje central de la misma composición del albedo. Los azúcares son los que constituyen la principal porción de los sólidos, alrededor de un 15%. Ilustración 1: Partes de la naranja [2]. Las dos primeras conforman a su vez el epicarpio, conocido vulgarmente como la corteza, mientras que la última se refiere a la pulpa o parte interior, donde se encuentra la parte directamente comestible del fruto. Su valor nutricional por cada 100 gramos será de 47 kcal, equivalente a 197 kJ, y cabe destacar que más del 85% del fruto es agua; un 12 % carbohidratos, de los cuales un 10 % aproximadamente serán azúcares y el resto, en gran minoría, proteínas y grasas. Sus componentes serán sobretodo potasio, vitamina C, calcio, fósforo, flavonoides, limonoides y aceites esenciales. Es una fruta ácida, con un pH entre 3 y 4, que dependerá de la madurez, tamaño y variedad de cada pieza. De origen asiático, se cultivaba como árbol ornamental y para obtener fragancias de sus frutos, hasta que se expandió su cultivo y comenzaron a comercializar. Existe una amplia variedad de naranjas, pero las más comunes en España son los grupos de naranjas Navel, con variedades como las Navelinas y Washington Thomson, y del grupo Blancas, que incluye la Salustiana, Cadenera o la naranja Valencia [2]. Tendrán diferentes fechas de recolecta según el tipo de naranjas, siendo las más tempranas las variedades Navel, en concreto la Navelina, empezando en octubre hasta principios de febrero, mientras que las más tardías pertenecerán al grupo Blancas, siendo la Valencia late la más tardía, desde abril hasta mediados de junio [4], pudiendo llegar a una producción continua de naranjas de casi 9 meses. 1.1.2. Proceso productivo del cultivo de la naranja La producción de estos frutos se realiza comúnmente por el método de agricultura convencional. La primera parte del proceso consiste en el cultivo de los árboles, utilizando el abono y riego adecuados y necesarios a las condiciones climáticas presentes, además de métodos fitosanitarios para combatir plagas y asegurar una buena condición del árbol. Las fases del cultivo serán tres; la primera, el inicio de brotación y floración, comprendida en los meses entre febrero y abril; le sigue la fase de cuajado de mayo a junio; y por último la fase de engorde, donde la fruta fijada engorda hasta su maduración, teniendo lugar en los meses restantes. El proceso de recolección se realiza con la mano de obra y/o la maquinaria necesaria en la estación del año correspondiente, al final de la etapa de maduración (aproximadamente los meses de diciembre y enero). Se procede a la recepción, lavado, pesado para la posterior selección, inspección y calibrado. Será imprescindible la total participación e interacción de todos los participantes del sector, es decir, producción, transporte, almacenamiento, industria, distribución, etc., con objeto de mantener el producto en condiciones favorables para su comercialización [7]. Un resumen de los costes de producción queda reportado en la siguiente tabla, con datos obtenidos a partir de entrevistas personales realizadas al sector de cítricos en diciembre de 2018 con respecto a la campaña 2017/18, recopiladas por el observatorio de precios y mercados de la Junta de Andalucía, donde el 42% de las encuestas corresponden a plantaciones localizadas en la provincia de Sevilla. 3 3 Estudio comparativo de las diferentes opciones de re-valorización de la naranja Tabla 1: Tabla adaptada de datos de encuestas realizadas al sector agrario, correspondiente a una explotación de naranjo con una superficie media de 10 hectáreas y una edad media de 22 años, con un rendimiento medio de 35.893 kg/ha. 1. COSTES DIRECTOS MEDIOS Coste insumos (€/ha) Coste MO (€/ha) Fertilización 605,6 - Fitosanitarios 392,5 145,2 Herbicidas 181,6 74,0 Labores - 246,3 Poda - 783,0 Recolección - 1.959,4 Transporte - 47,1 Suministros de la explotación 733,5 - Gestión de la producción - 240,2 SUMA CDM 1.913,1 3.495,2 Mantenimiento maquinaria 183,5 TOTAL CDM 5.591,8 2. COSTES INDIRECTOS MEDIOS Amortización/mantenimiento 257,5 Amortización de la plantación 99,6 TOTAL CIM 357,1 3. COSTES GENERALES MEDIOS Asesoría y gestoría 64,0 Seguros agrarios y no agrarios 209,5 Impuestos de bienes inmuebles (IBI) 78,8 TOTAL CGM 352,4 TOTAL COSTES MEDIOS DE PRODUCCIÓN 6.301,3 Por otro lado, la agricultura tiene un gran impacto en el medio ambiente mediante la huella de carbono, el uso de la tierra y agua limpia, la eutrofiación de las aguas y residuos generados. Según datos provenientes del proyecto de Our World in Data, una organización registrada de Inglaterra y Gales [8], el 26% de las emisiones de carbono provienen de la producción de comida: la agricultura utiliza un 70% del total de agua limpia, un 50% Introducción 4 de la tierra habitable, y provoca el 78% de la eutroficiación total de los océanos y contaminación del agua. De ahí la tendencia hoy en día de implementar la siembra de frutas y hortalizas de manera orgánica, donde su principal objetivo será buscar una concienciación con el medioambiente y la salud de los consumidores. 1.1.3. Mercado Andalúz, Nacional y europeo. Empezando por la región andaluza, la Conserjería de Agricultura, Pesca y Desarrollo rural de la Junta de Andalucía es la encargada de realizar una previsión de aforo de cítricos anual, además de revisar los resultados de la presente campaña. Se reúnen en la llamada mesa de cítricos, donde se analizan las cotizaciones de los cítricos, producción y comercialización en centro de manipulación, además de medidas de apoyo al sector por la caída en los precios. Los principales datos de la naranja andaluza se reportan en las siguientes tablas, adaptadas del informe de Datos básicos de la naranja [6], donde se especifica el rendimiento obtenido según la producción y superficie utilizada en las últimas ocho campañas, y el valor de la producción y precio medio de la naranja en los dos últimos años. Tabla 2: Principales datos de la naranja andaluza. Campaña 2011/12 2012/13 2013/14 2014/15 2015/16 2016/17 2017/18 2018/19 Superficie (ha) 58.404 58.778 58.707 58.596 58.378 57.244 57.205 55.407 Producción (t) 1.147.814 1.291.507 1.553.911 1.379.046 1.329.972 1.581.220 1.609.854 1.784.449 Rendimiento (kg/ha) 19.653 21.973 26.469 23.535 22.782 27.622 28.142 32.206 Tabla 3: Valor de la producción y precio medio de las naranjas. Valor de la producción Naranja 2017 (mills. €) Valor de la producción Naranja 2018 (mills. €) Precio medio Naranja en origen 2018/19 (€/kg) Precio medio Naranja manipulada 2018/19 (€/kg) 594.97 601.04 0.18 0.49 En la Tabla 2 se observa como existe una tendencia negativa de la superficie de naranja andaluza, al contrario de su rendimiento y producción. En la Tabla 3 en cambio se visualiza como aumenta el valor de la producción de la naranja del año 2017 al 2018, y el precio medio de la naranja en origen y manipulada se ve incrementada en más de un 150%. Si se toman las cotizaciones medias de la naranja andaluza de nuevo en las ocho últimas campañas (véase Ilustración 2), se observa como la misma situación se repite en todas. El coste de los intermediarios es otro factor importante que es contraproducente para los agricultores. 5 5 Estudio comparativo de las diferentes opciones de re-valorización de la naranja Ilustración 2: Evolución de los precios medios de la naranja por campaña [6]. El mayor volumen de producción de Andalucía corresponde a la naranja dulce, representando casi un 73% de los cítricos andaluces, seguida por la mandarina, el limón y el pomelo con un 20, 5 y 2 % respectivamente. Destacó en la campaña del 2018/19 la provincia de Sevilla, seguida de Huelva y Córdoba. Entre las tres, aportaron el 78% de todos los citricos y el 83% de la producción de naranja dulce [4]. Andalucía es la segunda comunidad productora de toda España, tan solo por detrás de la Comunidad Valenciana, y el volumen exportado de naranja andaluza tiende al alza, siendo sus principales destinos Alemania, Francia y Países Bajos. Según datos recogidos por Comisión Europea del mercado agrícola en España, la producción de frutas junto con las verduras y los productos hortícolas fueron los predominantes en los resultados recogidos en el periodo comprendido entre el 2016 y el 2018. Observando la Ilustración 3, donde se muestra la producción española, estos supondrían casi un 40% de la producción total. Ilustración 3: Producción de salida al mercado en España, entre 2016 y 2018, según la Comisión Europea [5]. Además, España dentro de la Unión Europea fue el país que realizó un mayor comercio de productos cítricos, destacando la naranja entre ellos, según los datos recogidos desde el 2006 hasta el 2019, visible en la Ilustración 5. El mercado de la naranja ha estado en constante cambio en esos años, aunque España sea el país donde mayores cambios de producción se han soportado junto con Italia, el resultado final ha sido un aumento en la producción y una gran ventaja con respecto a los demás países debido a la calidad, pero también reducción de Frutas, 19.5 % Vegetales y productos horticulturales, 19.4 % Cerdos, 14.6% Cereales, 7.5% Patatas, 1.3% Vino, 3.2% Aceite de oliva, 3,2% Vacuno, 6.6% Ovejas y cabras, 2.5% Leche, 6.0% Huevos, 2.2% Aves de corral, 4.6% Plantas forrajeras, 3.5% Plantaciones industriales, 2.0% Otros, 1.3% Introducción 6 precios del producto. Ilustración 4: Evolución de la producción de naranjas por estado miembro, en 1000 toneladas [6]. Estos estudios muestran la posible expansión del sector agrario andaluz hacia un mercado nacional e incluso se prodría apuntar hacia un mercado internacional y globalizado, aprovechando el comportamiento de la naranja en exportaciones de cítricos donde los principales países receptores son Alemania y Francia, seguidos de los Países Bajos, Portugal, Italia, Canadá, Reino Unido, Polonia y Dinamarca. 1.2. Nuevos mercados A continuación, se estudia nuevos mercados emergentes en el sector agrario compatibles con la naranja, que incluye desde el cambio que supondría la transformación del cultivo en ecológico como la implementación industrial para la extracción de productos derivados de la naranja. 1.2.1. Productos ecológicos Existe un Reglamento (CE), nº 834/2007 del consejo de 28 de junio de 2007, sobre producción y etiquetado de los productos ecológicos, donde se expresa la siguiene definición: la producción ecológica es un sistema de gestión agrícola y producción de alimentos que combina las mejores prácticas ambientales, un elevado nivel de biodiversidad, la preservacioón de recursos naturales, la aplicación de normas exigentes sobre bienestar animal y una producción conforme a las preferencias de determinados consumidores por productos obtenidos a partir de sustancias y procesos naturales [9]. El seguimiento del reglamento permitirá mantener y justificar la confianza del consumidor en los productos etiquetados como ecológicos, además de garantizar el negativo uso de organismos modificados genéticamente (OMG) ni la radiación ionizante. Se deben seguir una serie de normas de producción vegetal que prevengan la contaminación, mantengan el suelo fértil y la actividad biológica con técnicas ecológicas y prácticas que mantengan la materia orgánica, así como prevención de la contaminación y de posibles daños al cultivo según las zonas y la especie cultivada. Podrá diferirse entre unas áreas y otras según áreas y condiciones climáticas. Será interesante el término conversión (el cual aparece en el artículo 2, definición h), referente a la transición de la agricultura no ecológica a la agricultura ecológica durante un periodo de tiempo en el que se aplicarán las disposiciones relativas a la producción ecológica. Será el caso que se estudiará si procede. 7 7 Estudio comparativo de las diferentes opciones de re-valorización de la naranja Serán importantes también la preparación, el etiquetado y el organismo de control que se encargue de la inspección y la certificación del producto. Por otro lado, analizar si existe un mercado potencial para la compra y consumo de naranjas ecológicas es el objetivo primordial de este paso. Se debe: - identificar el comportamiento actual del mercado comprador y consumidor de las frutas orgánicas - considerar canales de distribución para la comercialización de naranjas orgánicas - definir el perfil del posible mercado potencial - describir la percepción de los clientes en cuanto a los precios del producto. Para ello se puede usar datos de encuestas o tendencias de mercado. Aun así, este paso tiene una serie de limitaciones, y son la localización de todas las personas que optan por la compra de productos orgánicos; su participación; disposición de las unidades informantes por contestar la encuesta. En definitiva, será un paso que dependerá en gran medida del factor humano. 1.2.2. Agricultura integrada La agricultura integrada conlleva una industrialización del proceso, donde el cultivo y planta industrial irán de la mano para lograr una transformación en los productos que se obtinen de la tierra. Estos cambios se remontan a principios del siglo XX con el desarrollo industrial, donde la sociedad empezó a evolucionar y experimentar necesidades diferentes, adaptadas a los tiempos actuales donde se comienza a vivir de una forma más rápida, dejando menos espacio para actividades del hogar como la cocina, necesitando alimentos de fácil y rápida ingesta, donde el alimento se consumía ya preparado. La naranja aquí también juega un papel fundamental en este ámbito. Las industrias incluyen una serie de actividades relacionadas con la manipulación, transformación y estabilización de materias primas de origen vegetal o animal. Se deberá contar con la naturaleza propia del producto, teniendo en cuenta su actividad biológica y posibles modificaciones en cuanto a composición y características con respecto al tiempo. Se debe considerar la importancia de los caracteres organolépticos y dietéticos de los productos acabados, estabilidad y condiciones de preservación hasta el momento de su consumo a la hora de diseñar cualquier proceso industrial agrario y alimentario. Las técnicas de elaboración se utilizan para la consecución de productos finales con características que se apartan sensiblemente de las de las materias primas. Éstas serán: - Técnicas de separación; como decantación o extracción. - Técnicas de mezclado; agitación o mezcla. - Técnicas de fermentación. - Técnicas de conformación; como extrusión o moldeo. - Técnicas de reacción enzimática o química; como maduración o hidrogenación. Por otro lado, las técnicas de estabilización tienen como objetivo la preservación de alteraciones de origen microbiano, enzimático o químico, donde los tratamientos a considerar serán: - Térmicos; como esterilización o congelación. - Químicos; como adición de sustancias inhibidoras o conservantes. - Especiales; ya sea filtración esterilizante o radiación ionizante. En este ámbito, más del 80% de la producción de cítricos de transfoma en jugo. Esta rama está bajo transformación dirigida por cambios en los consumidores, con tendencias a productos más naturales y menos procesados, y las industrias de zumos europeas son conscientes de su papel en cuanto a sostenibilidad: la cadena de suministros deberá hacer un impacto positivo en la sociedad y el medio ambiente. Introducción 14 Ilustración 8: Esquema opciones por orden de extracción, donde MP significa materia prima. Primero se tiene la materia prima primaria, la naranja, de la que se extrae la parte interna. De los posibles productos extraíbles, la producción de jugos de naranja es el más común en la industria, por lo que se escoge como primer paso hacia la industrialización. De esta transformación por tanto se obtiene jugo de naranja, primer producto derivado del proceso, y residuo húmedo. Con el residuo se entra en la siguiente fase, transformación de materia prima secundaria y terciaria. Se emplea esta terminología ya que de la primera se puede extraer productos aptos para consumo humano y animal, mientras que la segunda sería nociva para el consumo. Por un mayor interés hacia la posibilidad de crear una biofactoría, eliminando residuos de una manera óptima, se sigue el proyecto en dirección de la generación de energía de autoabastecimiento. En el ámbito de las naranjas, serán posibles dos fuentes de energía: bioetanol y biogás que, como se comentó anteriormente, tienen en común sostenibilidad y mecanismos complejos, siendo el bioetanol, fermentación y destilación, mientras que el biogás engloba la digestión anaerobia y una previa extracción de aceites esenciales. El bioetanol genera polémicas por el encarecimiento de las materias primas usadas y por su uso como gasosol, mientras que el biogás empleado es totalmente renovable. Aparte de composiciónes y estados físicos, sus diferencias radican en el poder calorífico que se obtiene de una y otra, siendo la del bioetanol ligeramente superior al del biogás, siendo de un 65 [16] y 60% [19] con respecto al poder calorífico de la gasolina. De ambos se obtienen corrientes secundarias, como son agua y digestato. Por tanto, se escoge el proceso de producción de biógás, que conlleva una previa extracción de aceites esenciales para evitar la inhibición del proceso y así queda completado el aprovechamiento de la naranja a nivel de todas las posibles extracciones de la materia prima. El residuo que aún queda tras la generación de biogás será agua y digestato, que con los debidos tratamientos pueden volver a emplearse en el cultivo. Por tanto, la elección queda esquematizada en la Ilustración 9, donde se representa como un proceso cíclico en el que los productos obtenidos se comercializan y/o se volverían a utilizar en el proceso, tal como la materia prima, energía obtenida, el agua y compost. MP primaria •Jugos •Bebidas alcohólicas •Concentrados •Confitados MP secundaria •Suplementos alimenticios •Bebidas •Pienso para animales MP terciaria •Energía •Productos químicos •Compost 15 15 Estudio comparativo de las diferentes opciones de re-valorización de la naranja MP primaria Zumo Planta extracción de zumo Planta extracción AEMP secundaria AE MP terciaria Planta producción de energía Biogás Agua Digestato Cultivo Tratamiento digestato Tratamiento agua Compost Ilustración 9: proceso cíclico en estudio. Introducción 16 17 2 OBJETIVOS Y ALCANCE 2.1. Objetivos del proyecto El objetivo de este proyecto será ampliar el rango de actuación de las productoras de naranjas satisfaciendo las necesidades de un mercado cada vez más exigente. Se pretende animar a este tipo de empresas a innovar, sugiriendo un camino viable que, aunque ya estudiados en numerosas ocasiones, aún poco aprovechados e implementados en Andalucía, abriendoles puertas a mercados emergentes, siempre a partir de la materia prima inicial, industrializando el proceso para conseguir productos de mayor valor agregado, como son el zumo de naranja, aceites esenciales y compost. Se apuesta por la creación de servicios de autoabastecimiento de las plantas en el que, en lugar de quitar energía, el mismo proceso te la proporciona, y así reducir costes energéticos de producción. Se acerca a un proyecto de bioingeniería que sirve como modelo a emprendedores y diseñadores futuros, donde se deberá contar como pilar fundamental con la transición del empleo de combustibles fósiles al uso integro de fuentes renovables que abastezca la demanda mundial respetando el medioambiente. Con todo ello se pretende tener una visión general de la realización de un proyecto de diseño aplicado a una problemática actual, con una búsqueda exhaustiva de información previa, la implementación de modelos reconocidos académica e industrialmente, aplicación de normativas y un estudio económico que sustenta y da credibilidad al trabajo realizado. 2.2. Alcance del proyecto El presente documento abarca el estudio de la planta de extracción de zumo de naranja natural, aceites esenciales y obtención de biogás desde un punto de vista académico, centrando mayormente el análisis en el último proceso. Se realiza una memoria descriptiva de las plantas de extracción, añadiendo cálculos de sus balances correspondientes y con ello de las corrientes de salida que provienen de ellos, con el objetivo de comprender los procesos de obtención y de las distintas etapas del proceso. Se realiza en detalle la planta de gestión de los residuos para la obtención de biogás, englobando un balance de materia y energía, y su posterior diseño de equipos. Los costes y análisis de la inversión serán aplicados para todo el conjunto, con el cálculo del VAN, TIR y payback, para así interpretar la viabilidad del proyecto y hasta qué capacidad de planta sería conveniente realizar la inversión estudiando diferentes posibilidades. Objetivos y alcance 18 19 3 DESCRIPCIÓN DEL PROCESO La vía de valorización de la naranja seleccionada consiste en la producción de zumo simple, posteriormente la extracción de aceites esenciales y la corriente de salida remanente se emplea para la generación de biogás, quedando un diagrama del proceso completo tal como aparece en la Ilustración 10. Ilustración 10: Esquema planta completa. En este apartado se describe cada una de las plantas del proceso por etapas, haciendo mayor hincapié en el proceso de obtención de energía al ser la planta donde se centra principalmente el estudio. 3.1. Planta extractora de zumo El zumo escogido será el más elaborado por su simpleza en la producción y popularidad en el mercado, el zumo simple, que es aquel cuyo contenido en sólidos solubles corresponde al zumo recién exprimido. El jugo obtenido tiene una composición de agua de un 90%. La proporción de azúcar se mide en grados Brix y se debe corregir la acidez y contenido en pulpa para adaptarlo a un patrón establecido según gustos del consumidor. Una composición aproximada del zumo vendrá dada por los valores de la Tabla 4, donde también se obterva el rendimiento del proceso basado en la cantidad de zumo que se extrae del 100% de la materia prima. NARANJAS AGUA PLANTA DE ZUMOS ZUMO PLANTA EXTRACCIÓN AE CPW AE PLANTA RESIDUOSPurga LODOS AGUA BIOGÁS Agua residual CPW Descripción del proceso 20 Tabla 4: Composición general del zumo de naranja [15]. Composición Valor Rendimiento (%) 40,00 Densidad (20ºC, g/cm3) 1,04 Acidez total (g/l) 9,11 pH 3,35 Brix 11,80 Ceniza (g/l) 3,78 Extracto (g/l) 123,14 3.1.1. Proceso de obtención En la Ilustración 11, se muestra un esquema del proceso de obtención de zumo de naranja, que se describirá en detalle en los siguientes apartados. RECEPCIÓN LAVADO CALIBRADO EXTRACCIÓN TAMIZADO ENFRIAMIENTO PASTEURIZACIÓN ALMACENAMIENTO ENVASADO Y TRANSPORTE DESAIREACIÓN CPW Naranjas 40 t/h Ilustración 11: Digrama de Bloques del proceso de obtención de zumo de naranja. 21 Estudio comparativo de las diferentes opciones de re-valorización de la naranja 3.1.1.1. Tratamientos previos Independientemente del tipo de zumo escogido, los tratamientos previos que se realizan son comunes para todos los procesos de extracción de jugo, siendo recepción, lavado y calibrado. Recepción Es la etapa inicial del proceso. El cargamento de naranjas recolectadas de huerta propia llega al inicio de la planta, en el área de recepción, donde se almacena en celdas de almacenamiento, diseñadas con unos travesaños interiores para amortiguar el impacto durante su descarga. El periodo máximo de permanencia de las naranjas es de 24h para evitar su colapso. En esta etapa se realizan los controles de calidad a las naranjas. Es un proceso rápido que combina la comparación con estándares de calidad, con el uso de pequeños aparatos portátiles para medir los parámetros, tales como el nivel de firmeza, color, daños externos, temperatura y humedad superficial de las frutas, donde estas dos ultimas se medirán con un sensor portátil de humedad con termómetro digital. Se extrae una muestra representativa del pallet o cargamento y se mide en algunas de ellas el contenido en azúcares con un refractómetro digital portátil, donde el valor deberá estar entre 9-15 grados Brix. El proceso se puede realizar manualmente, automático total o parcial mediante elementos robotizados. El control del proceso en cambio es a través de los ordenadores con aplicaciones especiales para ello. Los datos obtenidos se conectan con un ordenador en el cual se realiza automáticamente la comparación con las bases de datos de la compañía y así asegurar que se safistacen los mínimos de calidad establecidos de una manera rápida y eficaz. Lavado En ella se elimina los restos de suciedad existentes de manera superficial. Una opción bastante acertada será la lavadora de cepillos, en la que adicionando detergente se consigue una limpieza mayor, aunque también existe la posibilidad de dejar las naranjas flotando en agua con detergente en el interior de unos contenedores. Calibrado A continuación, se clasifica en función de su tamaño para lograr una mejor adaptación al proceso de extracción posterior, el cual debe trabajar con las copas llenas para conseguir un alto rendimiento de extracción. Se trata de hacer girar la fruta a través de unos rodillos dispuestos horizontalmente y de forma paralela a una cinta de transporte. 3.1.1.2. Extracción del zumo Se utiliza un extractor BJT in-line. El equipo se encarga de separar instantáneamente los elementos que constituyen la naranja para la extracción del zumo. A través de cintas inclinadas, la fruta es suministrada según su tamaño. Gracias a las copas con cuchillas, se hace un corte perpendicular al ecuador para conseguir el mayor zumo posible, retirándose el zumo por un tubo colector de acero inoxidable y conducido a un tanque pulmón que sirve de alimentación a una bomba de trasiego, que se encarga de impulsar el zumo hasta el siguiente paso, el tamizado del zumo. Descripción del proceso 22 Ilustración 12: Sistema de extracción BJT in-line [16]. La pulpa y cáscara, se retira por el lateral con un chorro de agua a presión y no se vuelve a utilizar para la obtención de zumo. Se recogen gracias a la acción de un transportador helicoidal hasta el transportador inclinado, consistente en un tornillo helicoidal que los transporta a la tolva elevada de almacenamiento. 3.1.1.3. Tamizado Las tamizadoras o finishers (finalizadoras) son unos tubos de acero perforados a modo de tamiz mediante el cual se consigue eliminar los restos de pulpa y celdillas de zumo aún presentes. Esta pulpa remanente se podrá reducir más o menos según el diámetro de perforado del finisher. El solido separado se puede transformar en pulpa limpia o bien desechar junto con los demás residuos. Si se escoge el primero, la pulpa se envía a un depósito de acumulación, donde por acción de una bomba centrífuga se transfiere hacia un conjunto de hidrociclones centrífugos recuperandose el zumo que aún contiene. Esta pulpa se puede pasterizar y congelar para su venta como pulpa de primera. Por otro lado, si se elige desechar, tan solo habrá que dirigirla hacia los demás residuos. 3.1.1.4. Pasteurización y enfriamiento Este sistema se encarga de conseguir las condiciones óptimas de conservación para un zumo refrigerado. Primero se instala un equipo de desaireación para eliminar el aire evitando así posibles oxidaciones durante el proceso. Permite mantener la vitamina C, sabor y aromas necesarios para la mayor calidad y conservación del producto. Se realiza en equipos de bombas a vacío. En segundo lugar, se realiza la pasteurización y enfriamiento en intercambiadores de tipo carcasa y tubo. En el primero se realiza la pasteurización, elevando la temperatura del zumo a 90-92ºC durante 30 segundos para la eliminación de bacterias e inhibición de enzimas que causan turbidez. Inmediatamente después se realiza un primer enfriamiento con un intercambiador usando agua de proceso, logrando una temperatura del zumo de 25- 30ºC. Un segundo enfriamiento es necesario, esta vez con agua glicolada a -3ºC, para lograr una temperatura de 0ºC. 3.1.1.5. Almacenamiento Se almacena en tanques de acero inoxidable para afectar en la menor medida posible al sabor y aroma, el cual dispone de un agitador para mantener la uniformidad del zumo. A la salida se conduce hacia una zona de cantinas asépticas, evitando que entre el aire y altere el producto, donde se mantiene hasta un plazo máximo de dos meses. 23 Estudio comparativo de las diferentes opciones de re-valorización de la naranja 3.1.1.6. Envasado y transporte El zumo se transporta en camiones cisterna isotermos. Antes de la carga para su comercialización y distribución, se vuelve a enfriar con glicol para que la temperatura de salida esté aproximadamente a 0ºC para garantizar una adecuada temperatura durante el transporte. 3.1.2. Métodos de conservación Durante la producción se realizan métodos de conservación del jugo aplicando tratamientos térmicos tales como pasteurización y/o esterilización en caliente, además de tratamientos físicos y mecánicos (desaireación, tamizado, homogeneización, …) que alteran las características organolépticas del producto natural. Por otro, existen diferentes técnicas que se usan para acercarse lo más posible a las condiciones de un producto natural, como son las siguientes: - Zumo refrigerado en envases individuales: viene tratado por pasteurización y un posterior enfriamiento hasta llegar a la temperatura de 1ºC, se envasa en formatos tipo “Brick”, de cristal o plástico de hasta un litro de capacidad y se almacenan en cámaras de refrigeración. La uniformidad del zumo es variable al ser un método de producción continua, por lo que se deberá indicar en los envases. - Zumo refrigerado y almacenado en cisternas: similar a la técnica anterior, pero un resultado más uniforme al estar todo el zumo almacenado en una cisterna refrigeradas de gran capacidad. Cabe la posibilidad de trasportarlo en cisternas isotérmicas y/o envasarlo conforme se vaya solicitando el producto. - Zumo almacenado en bolsas asépticas: se somete a pasterización y se envasa directamente en bolsas mediante una llenadora aséptica. Las bolsas se almacenan a temperatura ambiente. - Zumo natural congelado: justo después de su extracción, el zumo se enfría, se envasa en formatos pequeños y se somete a una congelación criogénica para garantizar rapidez y uniformidad en el zumo congelado, es decir, sin decantación de la pulpa, manteniendo un cierto movimiento del envase. - Zumo natural pasteurizado y congelado: pasterización, enfriamiento, precongelación en cambiadores de calor especiales y se envasa en bidones normalizados o bolsas metalizadas. A continuación, se congela en cámaras de conservación (mínimo a -18ºC), donde el período de congelación dura 5-7 días o 3-4 días respectivamente según el envase. Se descongela mediante equipos especiales con camisa de vapor (CRUSHER) y se vuelve a pasteurizar. 3.2. Planta extractora de aceites esenciales Tras el proceso de obtención del zumo, se describe las etapas del proceso de tratamiento de la corriente residual, también conocida como CPW (Citrus Peel Waste) y los equipos empleados. Esta planta será importante debido a que el residuo contiene una gran cantidad de aceites esenciales e interfiere de forma negativa en la obtención de biogás posterior. Se propone la extracción del aceite por método de destilación con vapor por sus numerosas ventajas en cuanto a simpleza, eficacia del método y su popularidad en el mundo industrial, siendo el resultado muy similar al del aceite obtenido por medio del prensado en frío. Descripción del proceso 30 Ilustración 16: Digestor convencional [20]. 2. Reactor de contacto (ACP): Se trata de un reactor de mezcla completa y un posterior decantador para separar sólido de líquidos, lo que permite reciclado de parte de la biomasa. Fue desarrollado para tratar aguas residuales con tiempos de retención cortos y edades de lodos prolongadas. Separa el tiempo de retención de sólidos del tiempo de retención de hidráulicos, disminuyendo así el volumen de reactor empleado. Tiene capacidad para trabajar con residuos de elevada carga orgánica y un menor tiempo de arranque, sin embargo, se debe controlar la aparición de espumas que dificulta la producción de biogás, sobrecargas, costras y acumulación de sustancias tóxicas, por lo que es aconsejable recurrir a sistemas de desgasificación. Se recomienda mantenerlo con carga orgánica e hidráulica constantes. Ilustración 17: Biodigestor por contacto, apuntes asignatura Tratamiento de Aguas, DQIA [20]. 3. Reactor de flujo ascendente (UASB): Su nombre corresponde con sus siglas en inglés, Upflow Anaerobic Sludge Blanket (UASB). La innovación técnica de este tipo de reactores reside en un dispositivo situado en la parte superior del reactor, el separador de tres fases (GSS), que permite separar internamente la biomasa, el efluente tratado y el biogás. Es uno de los digestores anaeróbicos más instalados en las industrias. En él se forma una capa de lodo granular (véase Ilustración 18) donde se consigue acumular grandes cantidades de biomasa activa; sin embargo, se requiere un tratamiento posterior para una mayor degradación de la materia orgánica, como el uso de lagunas de estabilización, sistemas aerobios, etc. La corriente de entrada será introducida por la parte inferior, mientras que las corrientes de salida tendrán lugar en la parte superior del reactor. El agua residual fluye hacia arriba a través de la capa y es procesada por los microorganismos presentes en ella, con una carga orgánica del influente de 300-80.000 mg DQO/l. La cobertura del lodo permite un tiempo de retención dual sólido e hidráulico en los digestores, donde los sólidos que requieren un alto grado de digestión pueden permanecer en el reactor desde 30 hasta 90 días mientras que los azúcares disueltos en la corriente líquida pueden convertirse rápidamente en gas en la fase líquida, saliendo del sistema en menos de un día. Ilustración 18: Esquema del reactor UASB [20]. 31 Estudio comparativo de las diferentes opciones de re-valorización de la naranja 4. Filtros anaerobios: Se trata de una columna vertical con un tipo de relleno, donde una parte de la comunidad de bacterias se encuentra inmovilizada en un material de soporte fijo en el reactor, y la otra en suspensión entre los espacios vacíos que quedan. El flujo de entrada puede ser ascendente o descendente, y el material de relleno se comporta como un separador gas-sólido permitiendo la salida de gas por la parte superior. El relleno usado puede ser una gran porosidad entre otras características. La ventaja de este tipo de reactores radica en su uso para aguas residuales con carga orgánica soluble consiguiendo un buen rendimiento de operación reduciendo el tiempo de retención de la biomasa, costos de operación y construcción y poco requerimiento de terreno; sin embargo, también presenta desventajas como un alto tiempo de arranque y seguimiento estricto del mantenimiento del reactor por la baja tolerancia del sistema a carga de tóxicos. Ilustración 19: Filtro Anaerobio [20]. 5. Reactor tipo EGSB: La tecnología EGSB (Expanded Granular Sludge Bed) es una forma similar y más avanzada de reactores UASB, se ve aumentada la eficiencia de producción biogás gracias a una velocidad de flujo ascendente superior a 4 m/h, además de un mejor contacto agua residual-biomasa. Ofrece una altura mayor del reactor, conllevando una menor superficie específica requerida. Algunas de las ventajas que ofrecen frente a otro tipo de reactores del mercado es que se puede operar con alta carga orgánica, entre 200 y 60.000 mg DQO/l, por lo que produce un mayor volumen de biogás, retiene todo el lodo generado y tiene un menor coste económico; sin embargo, al ser de una sola etapa, será muy vulnerable a incrementos importantes de carga orgánica. Ilustración 20: Esquema de reactor EGSB o IC [21]. 3.3.1.6. Elección del digestor A continuación, se presenta una tabla con varias características cuantitativas para poder comparar los diferentes tipos de digestores teniendo en cuenta ventajas y desventajas de estos. Tabla 5: Comparación diferentes tipos de digestores CSTR Por contacto UASB FA EGSB Descripción del proceso 32 Velocidad de carga orgánica (kg DQO/m3·día) 1-6 1-6 5-30 1-10 15-30 THR (días) 10-30 5-25 0,2-2 0,75-10 0,16-1,5 Concentración de lodos (kg SSV/m3) 2-5 5-10 10-150 10 50-300 Tiempo de arranque (días) 30-90 20-60 30-90 30-60 14-21 Para empezar, los reactores del tipo UASB presentan una serie de ventajas sobre los sistemas anerobios convencionales, la inversión principalmente es menor (costos de implantación y manutención), producción pequeña de lodos excedentes, consumo pequeño de energía eléctrica y simplicidad del funcionamiento. Son económicos energética y ecológicamente. Por otro lado, comparándo el reactor de contacto y el UASB, éste último tendrá costes operacionales menores, debido a que la retención de biomasa es muy buena y por eso no es necesario reciclar el lodo; los compuestos tóxicos no se ven influenciados en la operación al tratar con alta densidad de carga. El reactor EGSB ofrece una mayor altura del reactor y con ello una menor superficie específica requerida y una mayor carga orgánica de operación y produciendo un mayor volumen de biogás. Aun así, no se elegirá para este caso ya que se trabaja con un volumen diario acorde a una empresa de pequeña escala, por lo que su uso añadiría un coste mayor y su eficiencia bajaría equilibrándolo a niveles alcanzables por otro tipo de reactores más económicos. La inversión inicial del digestor UASB, por ejemplo, es sensiblemente menor que el EGSB, el cual contiene un mayor volumen al no presentar relleno evitándose así problemas de colmatación o mantenimiento periódico. Los filtros anaerobios son relativamente pequeños, fáciles de construir y presentan buenas eficiencias de remoción de materia orgánica. Proporcionan una mejora el grado de tratamiento de las aguas residuales para las etapas subsecuentes, ya que en ellos hay mayor concentración de bacterias que en otros sistemas, por lo que permite operar con velocidades de carga orgánica elevadas además de minimizar problemas de colmatación por sólidos. Sin embargo, se debe hacer un seguimiento estricto del mantenimiento del reactor por su baja tolerancia a elementos tóxicos. La pantalla que hay en el UASB (o RAFA) crea una zona de bajo nivel de turbulencia donde aproximadamente el 99.9% del lodo en suspensión se sedimenta en el fondo del reactor. Además, tiene bajos requerimientos nutricionales, el proceso puede resistir a cambios en las cargas, tanto altas como nulas, son plantas muy compactas al tener lugar todos los procesos en el mismo reactor, y tiene una producción de metano aprovechable. Por todo ello se elegirá trabajar con el digestor tipo UASB. 3.3.2. Reactor UASB La abreviación UASB se define como Upflow Anaerobic Sludge Blankett o Reactor Anaerobio de Manto de Lodos de Flujo Ascendente (RAFA), tecnología que proviene de Bélgica y Holanda, aplicada especialmente al tratamiento de aguas residuales con alto contenido de materia orgánica. Este tipo de reactor consiste en la realización de tres procesos dentro de un mismo volumen: sedimentación primaria, reactor biológico y digestión anaerobia del lodo, o si se prefiere, “describe un reactor de biopelícula fija sin medio de empaque o soporte, con una cámara de digestión que tiene flujo ascendente y a cierta altura se desarrolla un manto de lodos anaerobios que es altamente activa y en el cual se da la estabilización de la materia orgánica del efluente hasta CH4 y CO2”. (Caicedo, 2006). 33 Estudio comparativo de las diferentes opciones de re-valorización de la naranja La operación de los reactores UASB se basa en la actividad autoregulada de diferentes grupos de bacterias que degradan la materia orgánica y se desarrollan de forma interactiva, formando un lodo biológicamente activo en el reactor o gránulos que les permite sedimentar en el digestor según densidades. En la siguiente figura se distinguen las diferentes zonas de los reactores, que serán el lecho del lodo, manto del lodo, bajo nivel de turbulencia y sedimentador. Ilustración 21: Esquema general de un reactor UASB [22]. Se requiere un tratamiento posterior para una mayor degradación de la materia orgánica, como el uso de lagunas de estabilización, sistemas aerobios, etc. Debido a la formación de flóculos granulados, la concentración en la zona es más difusa, siendo en la parte superior de 5 a 40 g/l, mientras que en la inferior puede variar de 50 a 100 g/l. Las partículas de lodo granulado tienen un rango de tamaño de 1 a 3 mm. La granulación es muy efectiva en aguas residuales con alto contenido de carbohidratos o azúcares, pero no tanto con las aguas con gran contenido en proteínas que resultará en floculos más difíciles de sedimentar. Los factores que afectan el desarrollo de los sólidos granulados serán además los siguientes: - El pH, que deberá rondar el valor de 7, formando un tampon químico. - La relación DQO: N: P, que al inicio deberá ser de 300:5:1 y durante la operación de estado estacionario podrá tener una proporción más baja de 600:5:1. - La velocidad de flujo ascendente - La adición de nutrientes - La presencia de otros sólidos en suspensión del manto de lodo, ya que pueden inhibir la densidad y formación de lodo granulado Además de las ventajas mencionadas en el apartado 4.1.6., de deberá tener en cuenta las desventajas de este tipo de digestores. Las limitaciones del proceso están relacionadas con las aguas residuales que tienen altos contenido de sólidos, o cuando su naturaleza impide el desarrollo de los lodos granulados; un proceso de arranque lento; el control constante del proceso debido a la inhibición de las bacterias anaerobias por un gran número de compuestos, además de los malos olores que genera si no se realiza correctamente. En el arranque de la planta, se inocula con fangos estabilizados al no haber lodo granular disponible, consiguiendo con ello una menor puesta en marcha. Se debe controlar constantemente los parámetros de operación (T, pH, nutrientes) para que el crecimiento bacteriano sea lo más eficiente posible. El arranque suele durar de 1 a 2 meses, siendo menor si se tienen varios digestores en serie. La alimentación de entrada, separación y recolección de gas y la retirada del efluente requieren una cuidadosa consideración para proveer una distribución uniforme y evitar la formación de canales y zonas muertas. Un número de tuberías de alimentación se colocan para dirigir el flujo a diferentes áreas en la parte baja del reactor con baja velocidad ascensional atravesando las diferentes zonas del reactor. Se debe mantener estabilizadas la primera capa de lodo en el reactor con concentraciones de 4-10% y un tamaño de gránulos de 1-5 mm; la capa intermedia, manto de lodos, tendrá gránulos más pequeños de concentraciones entre el 1,5 y 3%, flóculos y burbujas de gas. Estos gránulos y flóculos tendrán un efecto filtrador. En la parte superior se encuentra el separador de gas/sólidos (GSS) diseñado para recolectar el biogás, la Descripción del proceso 34 operación principal de este sistema. Cuenta con una campana invertida donde se produce la separación trifásica (sólido, líquido, gas), actúa como un decantador de los sólidos sedimentables para permitir que éstos se deslicen hacia atrás en la zona de manto de lodos y así ayudar a mejorar la eliminación de sólidos en el efluente. Debajo del separador se encuentra una serie de deflectores que sirven para extraer únicamente las burbujas de gas, y devolviendo las partículas al manto de lodo. Entre las consideraciones de diseño para un UASB, se encuentran las características de aguas residuales en términos de composición y contenido de sólidos, la carga orgánica volumétrica, la velocidad de flujo ascendente, el volumen del reactor, las características físicas como el sistema de distriibución del efluente y el sistema de recolección del gas. Los parámetros más importantes de este reactor serán: - Velocidad vertical ascensional (m/h): 0.6-0.9 - Densidad de carga orgánica (kg DQO/m3*d): 5-30, pudiendo llegar hasta 50. - TRS (días): 30-60 - TRH (días): 0.2-2 - Carga orgánica del efluente (mg DQO/l): 300-80000 Eficiencias de remoción de DQO del 90-95% se han logrado en cargas que van desde 12 a 20 DQO kg/m3·d en una variedad de desechos de 30-35ºC. Aun así, son necesarios un pretratamiento a la corriente de entrada y un post-tratamiento para lograr un rendimiento óptimo. El pretratamiento logra eliminar aceites y grasas, desarenado y corregir el pH que pueda interferir negativamente en el proceso. Esto permite obtener un producto biogas 70-95% molar de la materia introducida. El post-tratamiento consiste en degradar la materia orgánica que pueda permanecer aún mediante sistemas aerobios. En cuanto a mantenimiento, el operador lavará como mínimo una vez a la semana con la misma agua a presión. El reactor se purgará cuando se encuentre saturado, que se indicará con una excesiva salida de lodos por la corriente superior de biogás. La purga consistirá en una extracción de lodos del registro del RAFA mediante una bomba especializada para lodos o un equipo Vactor. Se realizará tres años después de la fecha de arranque, aproximadamente. El lodo generado será succionado (bombeado) dejando un residuo de unos 0,15-0,2 m. 3.3.3. Descripción del proceso Se realiza la parte descriptiva que se complementa con el apartado posterior, titulado diagrama de flujo del proceso. Se comienza con una etapa de pretratamiento. En ella se suele emplear un filtro rotativo para la eliminación de residuos sólidos y partículas, un pozo de bombeo y un tanque mezclador en una depuradora de aguas residuales, pero en este caso el primer equipo que se emplea es el tanque mezclador, que funcionará como un tanque agitador de mezcla perfecta para homogenizar los tres efluentes que se desean tratar y que resulten en una sola para su posterior entrada al reactor. Las corrientes de aguas residuales tendrán un porcentaje de sólidos muy inferior al 15% y la de residuos sólidos se ha triturado en el proceso anterior, por tanto, no hará falta incluir un triturado previo en la planta. Debe operar a una velocidad de agitación baja para no destruir las bacterias de su interior ni provocar fuerzas de cizallamiento. El sistema empleado es de agitación mecánica con una potencia de mezcla entre 0,00475-0,00788 kW/m3 fluido. El agitador es de tipo hélice ya que es de los más empleados para plantas de aguas residuales, y cuando la viscosidad es baja. El siguiente equipo empleado será una bomba centrífuga para impulsar el fluido hasta el digestor UASB. Es un equipo de construcción sencilla, de bajo coste inicial y mantenimiento, que se usará para proporcionar la velocidad requerida de entrada al reactor. A continuación, se realiza un enfriamiento en un intercambiador de calor, hasta unos 35 ºC, con objeto de trabajar en régimen mesofílico para una buena producción de biogás. Se escoge un intercambiador de carcasa y tubo y se emplea agua de proceso de rio (rw) a 25ºC y salida 30ºC. La segunda parte tiene lugar en el reactor UASB, el cual opera de forma anaerobia, permitiendo mantener la temperatura óptima durante el proceso, logrando un flujo constante de biogás. 35 Estudio comparativo de las diferentes opciones de re-valorización de la naranja Por la parte inferior se recoge el exceso de lodo de las 4 capas del reactor, de acuerdo con el tiempo de retención de sólidos establecido de 12 días, y es llevado a un tanque de almacenamiento de fango. Para su bombeo se utiliza una bomba de tipo centrífugo. El digestato de materia orgánica generado esta ya estabilizado sin olor al no tener AGV a la salida del reactor UASB, manteniendo su índice NPK al no digerirse en el reactor. Por la parte superior sale la corriente líquida y el biogás. Prácticamente sin sólidos a una temperatura de 35ºC, que se almacena en un tanque para líquidos, llevado por una bomba centrífuga, siendo la cantidad de caudal de salida similar al de entrada. El biogás se almacena en un gasómetro de cubierta flotante, a baja presión (20 mbar), formado por láminas de plástico que evitan la fuga del biogás, y una segunda lámina exterior a modo de protección contra el clima. La presión del biogás que sale es prácticamente constante, y la descarga de la corriente es de forma continua, que se controla con una válvula de seguridad. A la salida se instalan unas válvulas de conducción y seguridad hacia la antocha, además de colocar un apagallamas para evitar sobrepresiones. Se debe encontrar a una distancia mínima de 30 metros del digestor anaerobio. La llama de la antorcha es de tipo cerrada quemándose en una cámara refractada con un control de temperatura para que no sobrepase los 850 ºC evitando la formación de NOx, ni inferior a 600 ºC que genere inquemados. Posteriormente se emplea una turbina con el biogás obtenido del reactor UASB para conseguir energía térmica y eléctrica, y poder usarse en la propia planta. La turbina acepta el contenido de ácido sulfhídrico que contiene el biogás, por lo que no necesita purificarse. El contenido en vapor de agua que se tiene en la corriente de biogás al ser una concentración baja no es posible ser mezclada con el efluente líquido del reactor UASB. En cuanto a las válvulas del proceso, se colocan de corte de tipo atajadera en la impulsión de la bomba. Son válvulas todo o nada y producen una baja pérdida de carga. Además, se ponen válvulas de corte de tipo retención para dejar pasar el fluido en una dirección y evita que circule en sentido contrario, en la impulsión de la bomba para que no entre en cavitación. Las válvulas se sitúan de pie en la aspiración de la bomba para evitar el descebado en las paradas. Se usan válvulas de regulación de tipo globo al operar regular el flujo y actuar rápidamente, aunque tiene grandes pérdidas de carga. Por último, se usan las válvulas de corte de tipo asiento en la zona donde circula el biogás. 3.3.3.1. Utilidades de las corrientes de salida Se obtienen tres corrientes tras el proceso de digestión anaerobia, digestato, agua y biogás, a las que se les puede dar salida exitosamente de diferentes maneras. Empezando por el digestato, éste podrá usarse para fertilización en campos o venta de compost. Tras una valoración del lodo, se observa que el digestato de materia orgánica está estabilizado, sin olor al no tener AGV a la salida del reactor UASB, reduciendo la presencia de patógenos y su potencial putrefacción, manteniendo la concentración de nutrientes NPK al no digerirse en el reactor. No se requiere la adición de nutrientes N, P, esenciales para el crecimiento bacteriano, ya que cumple los valores medios en fase líquida. Aún así se deberá tener presente las normativas correspondientes, como el Real Decreto 1310/90 del 29 de octubre, por el que se regula la utilización de los lodos de depuración en el sector agrario. Concretamente, la utilización de lodos procedente de la digestión anaerobia para el sector agrario permite ser utilizado según el código LER 02 03 05 para lodos del tratamiento in situ de efluentes de la lista europea de residuos, donde se especifica un tratamiento previo a 35ºC durante un mínimo de 12 días y un posterior tratamiento a 70ºC durante 30 minutos. En segundo lugar, la corriente líquida, que será agua prácticamente sin sólidos, a una temperatura de 35ºC que se puede utilizar para riego tras realizar previamente fitración y desinfección. Se podrá conectar a sistemas de riego inteligentes para su aprovechamiento. Está fuera del alcance del proyecto, se asume que se vierte el agua sin coste adicional al superar los análisis de contaminación de éstas. Finalmente, el biogás generado se puede purificar con técnicas de secado, eliminación de H2S, CO2 u otras impurezas. Para emplearse en el autoabastecimiento de la planta, generando energía en una turbina de gas, no es necesario ninguno de los procesos nombrados, ya que la turbina tolera la fracción de impurezas resultante del digestor. Se deberá cumplir con las normativas correspondientes, como son las siguientes: Descripción del proceso 36 - RD 900/2015, de 9 de octubre, relativo al suministro y producción de energía eléctrica como autoconsumo. - RD 413/2014, de 6 de junio, relativo a la producción de energía eléctrica a partir de energías renovables, cogeneración y residuos. 3.3.3.2. Diagrama de flujo del proceso A continuación, se esquematiza la descripción anterior en el diagrama de proceso, donde se adjunta además una lista referente a los equipos utilizados. 37 TK-101 V-1 P-101 A/B V-2 E-101 V-3 R-101 V-4 P-102 A/B V-5 TH-101 Tanque Agitador Válvula compuerta Bomba centrífuga Válvula retención Intercambiador Válvula Asiento Reactor Válvula compuerta Bomba centrífuga Válvula retención Antorcha V-6 TK-102 V-7 P-103 A/B V-8 TK-103 V-9 TK-104 V-10 C-101 Válvula asiento Almacenamiento digestato Válvula compuerta Bomba centrífuga Válvula compuerta Tanque almacenamiento líquido Válvula de retención Gasómetro Válvula regulación Turbina Descripción del proceso 38 39 4 MEMORIA DE CALCULO Se realiza un balance másico global de entradas y salidas, y un balance de agua, para obtener resultados coherentes de los procesos previos de extracción de zumo y aceites esenciales y entrar posteriormente en detalle al cálculo de la planta de producción de biogás. 4.1. Datos de partida La planta de producción de zumo tendrá una jornada laboral de tres turnos de 8 horas todos los días de la semana, donde se procesarán 40 toneladas por hora; naranjas de variedad Valencia, con un 86% en peso de agua, 12,75 carbohidratos, 0,25 grasas y 1 proteínas aproximadamente. El requerimiento y la cantidad de agua en la planta tendrá lugar en los procesos de fabricación de zumo de naranja, en la Ilustración 22, explicado a continuación. - Recepción: 25 m3 de aporte inicial al depósito de descarga de la naranja renovados cada semana. - Lavado: 3 m3/h, rociado con una concentración muy diluida de jabón. - Extracción: 3 m3/h para separar el aceite y trozos de corteza que puedan permanecer en la copa de extracción. - Tamizado: 1 m3/h para limpiar todo el contenido retenido en la parte superior. - Depósito pulmón: 5 m3 una hora al día para eliminar posibles restos que puedan quedar de la unidad anterior. - Desaireación: 5 m3 una hora al día para eliminar posibles restos que puedan permanecer. - Pasteurización: 5m3 una hora al día para limpieza y 4m3 de agua caliente al inicio de la jornada. - Almacenamiento: 20 m3 para realizar un barrido de tuberías de la cisterna y 5m3 de agua para limpieza, ambas una vez a la semana. La planta contiene una cisterna de 50 m3 de capacidad. En total, se necesitará un caudal de agua medio de 12,9 m3 la hora. Memoria de calculo 46 CORRIENTE 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 T (ºC) 42.00 25.00 89.00 44.23 44.23 44.23 44.23 35.00 35.00 25.00 P (bar) 0.92 1.00 0.80 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 Q (m3/h) 16.93 14.92 6.81 38.64 38.64 38.64 38.64 38.64 38.64 60.28 m (kg/h) 16858.39 14904.76 6810.80 38573.95 38573.95 38573.95 38573.95 38573.95 38573.95 60589.72 m (kg/s) 4.68 4.14 1.89 10.71 10.71 10.71 10.71 10.71 10.71 16.83 Fraccion molar (% v/v) CH4 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 CO2 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 H2O 0.95 0.95 0.99 0.98 0.98 0.98 0.98 0.98 0.98 0.99 O2 1.54E-04 0.02E-05 1.13E-07 5.68E-05 5.68E-05 5.68E-05 5.68E-05 5.68E-05 5.68E-05 4.61E-05 N2 4.84E-03 0.55E-04 3.57E-06 1.80E-03 1.80E-03 1.80E-03 1.80E-03 1.80E-03 1.80E-03 3.53E-04 H2S 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 Limoneno 2.84E-03 0.81E-02 1.82E-03 1.90E-03 1.90E-03 1.90E-03 1.90E-03 1.90E-03 1.90E-03 0.00 grasa 8.93E-03 7.00E-04 0.00 3.42E-04 3.42E-04 3.42E-04 3.42E-04 3.42E-04 3.42E-04 0.00 proteína 2.03E-02 2.30E-03 0.00 8.14E-04 8.14E-04 8.14E-04 8.14E-04 8.14E-04 8.14E-04 0.00 carbohidrato 0.03 0.03 5.91E-07 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.01 0.00 total 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00 Tabla 8: Balance de materia y energía corrientes 1-10. 47 Estudio comparativo de las diferentes opciones de re-valorización de la naranja CORRIENTE 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 T (ºC) 30.00 35.00 35.00 35.00 35.00 35.00 35.00 35.00 35.00 35.00 P (bar) 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Q (m3/h) 60.28 0.28 0.28 0.28 0.28 0.28 0.28 0.28 32.82 32.82 m (kg/h) 60589.72 289.3 289.3 289.3 289.3 289.3 289.3 289.3 32818.89 32818.89 m (kg/s) 16.83 0.08 0.08 0.08 0.08 0.08 0.08 0.08 9.11 9.11 Fraccion molar (% v/v) CH4 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 CO2 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 H2O 0.99 0 0 0 0 0 0 0 0.99 0.99 O2 4.61E-05 0 0 0 0 0 0 0 3.47E-10 3.37E-06 N2 3.53E-04 0.09 0.09 0.09 0.09 0.09 0.09 0.09 1.01E-07 3.53E-05 H2S 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 Limoneno 0 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0 0 grasa 0 0.04 0.04 0.04 0.04 0.04 0.04 0.04 0 0 proteína 0 0.07 0.07 0.07 0.07 0.07 0.07 0.07 0 0 carbohidrato 0 0.74 0.74 0.74 0.74 0.74 0.74 0.74 0 0 total 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Tabla 9: Balance de materia y energía corrientes 11-20. Memoria de calculo 48 CORRIENTE 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 T (ºC) 35.00 35.00 35.00 35.00 35.00 35.00 0 0 25.00 280.00 P (bar) 1 1 1 1 1 1 0 0 1 3 Q (m3/h) 32.81 32.81 32.81 179.96 179.96 179.96 0 0 3.38 3.38 m (kg/h) 32818.89 32818.89 32818.89 174.79 174.79 174.79 0 0 4.36 4.36 m (kg/s) 9.12 9.12 9.12 0.05 0.05 0.05 0 0 1.21E-03 1.21E-03 Fraccion molar (% v/v) CH4 0 0 0 0.67 0.67 0.67 0 0 0 0 CO2 0 0 0 0.31 0.31 0.31 0 0 0 0 H2O 0.99 0.99 0.99 0.01 0.01 0.01 0 0 0 0 O2 3.37E-06 3.37E-06 3.37E-06 0 0 0 0 0 0.21 0.21 N2 3.53E-05 3.53E-05 3.53E-05 3.53E-05 5E-03 5E-03 0 0 0.79 0.79 H2S 0 0 0 7E-03 7E-03 7E-03 0 0 0 0 Limoneno 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 grasa 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 proteína 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 carbohidrato 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 total 1 1 1 1 1 1 0 0 1 1 Tabla 10: Balance de materia y energía corrientes 21-30. 49 5 DISEÑO DE EQUIPOS A continuación, se comienza el diseño de los equipos del proceso. Las hojas de especificaciones correspondientes están adjuntas en el apartado de Anexo. 5.1. Tanque agitado (TK-101) En las corrientes no existen partículas de granulometría mayor a 1 mm, las mayores fueron molidas en el proceso anterior de extracción de aceites, así afectará lo menos posible al pretratamiento. Las tres corrientes entrarán al primer equipo, tanque agitado, el cual tendrá como función mantener los sólidos en suspensión y una concentración constante en todo el volumen. Éste opera de forma continua, es decir, los flujos de entrada y salida son constantes. No se produce ninguna reacción química, ya que se trabaja con agua y restos solidos que presentan solubilidad en ella. El volumen teórico se calcula en función del caudal masico y un tiempo de residencia de 8 horas en base al reactor UASB. 𝑉𝑡=𝑄𝑚·𝑡𝑟 𝜌 (Ecuación 11) A modo de seguridad, atendiendo criterios conservadores, se diseña con un 20% superior al volumen teórico. 𝑉=𝑉𝑡·(1+0,2) (Ecuación 12) Una vez obtenido el volumen real del tanque, hará falta conocer nuevamente el diámetro y altura para completar su dimensionamiento, que se realiza con las ecuaciones 13 y 14. Los resultados serán 333,51 m3 de volumen, 6,56 y 9,85 metros de diámetro y altura. 𝑉=𝜋·𝐷2 4·𝐻 (Ecuación 13) 𝐻 𝐷=1,5 (Ecuación 14) Se procede con el diseño del agitador empleado para el mantenimiento de los sólidos en suspensión. Será de agitación mecánica de tipo hélice. Las hélices de gran tamaño giran de 400 a 800 rpm [25], por tanto, se trabaja a una velocidad media de 600 rpm. Las hélices escogidas son de tipo marino de tres palas. Existe un gran número de variables para tener en cuenta: el diámetro del tanque (Dt), altura del fluido (H), diámetro de las palas (Da), largo y ancho de la paleta (g y W respectivamente), ancho y cantidad de placas deflectoras (J) y distancia desde el fondo del tanque hasta el impulsor (E). Las semejanzas geométricas estandarizadas para el agitador escogido están reportadas en la siguiente tabla, junto con los resultados obtenidos. Tabla 11: Semejanzas geométricas impulsor tipo hélice [26]. Da/Dt E/Dt L J/Dt f/J 0,33 0,33 < = 25º 0,10 0,02 Memoria de calculo 50 Tabla 12: Resultados de los parámetros, en metros. Da 3,280 E 3,280 J 0,985 f 0,019 Se calcula la potencia de consumo del agitador por volumen útil del tanque de almacenamiento, que será de 0,0078 kW/m3 útil [25], donde el volumen útil será el volumen real de mezcla. 𝑃ú𝑡𝑖𝑙=𝑃·𝑉ú𝑡𝑖𝑙 (Ecuación 15) El resultado será de 2.167 kW. 5.2. Bomba (P-101) Para la impulsión de la corriente al reactor se usa una bomba de tipo centrífuga apropiada para depósitos por ser el tipo más común de máquina de bombeo en una planta. Esto se debe a su sencilla construcción y bajo mantenimiento del equipo, poca inversión inicial, gran seguridad de marcha y servicio y una elevada relación capacidad-tamaño de la bomba y pueden manejar líquidos con alto contenido de sólidos en suspensión. El fluido recibe energía del impulsor, que a su vez se transmite al mismo por un par de fuerzas del eje motor, accionado por un motor de velocidad constante del orden de 1750-3450 r/min. Para su diseño, se utiliza la ecuación de Bernoulli para un fluido por una conducción en una tubería: 𝑃𝐴 𝜌+𝑔·𝑍𝐴+1 2·𝛼·𝑈𝐴2+∆𝐻𝑏𝑜𝑚𝑏𝑎=𝑃𝐵 𝜌+𝑔·𝑍𝐵+1 2·𝛼·𝑈𝐵 2+ℎ𝑓𝐴𝐵 (Ecuación 16) Donde: - Subíndices A, B; entrada y salida, o bien succión e impulsión. - 𝑃𝑖 𝜌; variación de energía mecánica - 𝑔·𝑍𝑖; variación de energía potencial - 1 2·𝛼·𝑈𝑖2; variación de energía cinética - ∆𝐻𝑏𝑜𝑚𝑏𝑎; altura total de la bomba - ℎ𝑓𝑎𝑏; pérdidas de energía mecánica por fricción y por accesorios Las propiedades del agua a partir de las tablas del agua (Anexo I) y los demás componentes de la corriente se aproximan a las de agua a temperatura ambiente, 1000 kg/m3 de densidad, 0,001 kg/(m·s) de viscosidad y una presión de vapor de 0,1 bar. Antes de obtener la altura total de la bomba, se debe calcular el área y diámetro de tubería con la siguiente ecuación: 51 Estudio comparativo de las diferentes opciones de re-valorización de la naranja 𝑄𝑣=𝑣·𝐴 (Ecuación 17) Donde: - Qv, caudal nominal de agua (m3/s) - v, velocidad de circulación de fluido (m/s) - A, área de la tubería (m2) La velocidad del fluido se estima en un valor de 1,5 m/s, siendo el máximo de circulación para fluidos no viscosos, y así conseguir un diámetro mínimo de tubería que cumpla las especificaciones previstas. El diámetro tendrá un valor de 9,05 cm. A partir del diámetro interior de la tubería, se saca el diámetro nominal de las tablas de dimensiones de tuberías de acero normalizadas (Anexo II), que resulta en un diámetro nominal de 4 pulgadas, diámetro interior de 9.718 cm, sch 80. Los puntos A y B se encuentran a presión atmosférica. La sección será la misma en ambos, por lo que se desprecia la energía cinética. La cota del punto de succión corresponde con la altura de fluido, 6,17 m, mientras que la cota de impulsión es la de la entrada al reactor 1 m. Por tanto, la ecuación de Bernoulli queda simplificada en la siguiente expresión: ∆𝐻𝑏𝑜𝑚𝑏𝑎=ℎ𝑓𝐴𝐵+𝑔·(𝑍𝐵−𝑍𝐴) (Ecuación 18) Se procede con el cálculo de pérdidas de energía mecánica por fricción y accesorios. ℎ𝑓𝐴𝐵=4𝑓·𝐿+𝐿𝑒𝑞 𝐷·𝑢2 2+∑𝐾𝑗·𝑢2 2 (Ecuación 19) Donde: - 4𝑓·𝐿 𝐷·𝑢2 2; pérdidas por fricción debido a longitudes de contacto - 4𝑓·𝐿𝑒𝑞 𝐷·𝑢2 2; pérdidas por fricción debido a longitudes equivalentes - ∑𝐾𝑗·𝑢2 2; pérdidas en accesorios debido a resistencias Para obtener el factor de fricción 4f se debe calcular previamente el número de Reynolds y la rugosidad relativa como valores de entrada de la gráfica correspondiente. Para calcular el Reynolds, se usarán las propiedades del agua, la velocidad media en la sección con la ecuación 17 para hacer el cálculo de la velocidad teniendo en cuenta el diámetro nominal y el diámetro interior de la tubería. 𝑅𝑒=𝜌·𝑣·𝐷𝑖𝑛𝑡 𝜇 (Ecuación 20) 𝑣=𝑄 𝐴 (Ecuación 21) Los resultados correspondientes serán 1,30 m/s y un Reynolds de 1,42·104. A continuación, se hace el cálculo de la rugosidad relativa, ɛ/D, haciendo uso de las tablas de rugosidad relativa frente a diámetro del tubo (Anexo II), para tubería de acero comercial. Se obtiene una rugosidad relativa de 4,5·10-4 y, por tanto, un factor de fricción 4f de 0,03. Las pérdidas por energía mecánica debido a los accesorios se determinan por medio de las tablas de longitud Memoria de calculo 52 equivalente y coeficientes de resistencia en función del diámetro interno del tubo. Las tuberías suelen tener una longitud moderada entre 6 y 12 m (según McCabe Thiele, capítulo 8 de transporte y medición de fluidos), por tanto, se escoge una longitud intermedia de 9 m. Además, la zona A estará a la misma altura del volumen efectivo del tanque de almacenamiento, a 6 metros aproximadamente, y la B a 1 m, correspondiente con la altura de entrada al reactor UASB. Zona A: - Embocadura ordinaria: 1,83 m - Codo 90º: 6,096*2= 12,19 m - Válvula de atajadera abierta: 0,61 m Zona B: - Válvula de retención abierta: 7,62 m - Salida de agua gradual: k=0,75 - Válvula de regulación asiento: 30,48 m La potencia de consumo se determina a partir de la siguiente ecuación: 𝑃=𝑄𝑣·𝜌·𝑔·∆𝐻𝑏𝑜𝑚𝑏𝑎 𝜂𝑏 (Ecuación 22) Donde: - Qv, caudal de entrada a la bomba (m3/s) - 𝜌, densidad del fluido (kg/m3) - 𝑔, gravedad (m/s2) - ∆𝐻𝑏𝑜𝑚𝑏𝑎, altura de la bomba (m) - 𝜂𝑏, rendimiento de la bomba (%); se toma un 50%. Quedará por tanto los siguientes valores: Tabla 13: Resultados bomba P-101 hfAB (m2/s2) 16,13 ∆𝐻𝑏𝑜𝑚𝑏𝑎(m) 4,82 P (kW) 0,93 5.3. Intercambiador (E-101) A continuación, se le aplica un tratamiento térmico previo para acondicionar la corriente de entrada al reactor a una temperatura de 35ºC. En plantas de biogás se suele colocar el intercambiador en el interior del digestor, pero conlleva mayores costes de mantenimiento y la posible parada del digestor, por lo que no se recomienda su uso, así que se coloca en el exterior del digestor, previo a su entrada. Se elige un intercambiador de carcasa y tubo, ya que son resistentes a la corrosión, dan grandes potencias y son los más utilizados en la industria química por ser robustos y de fácil mantenimiento. Se diseña con una carcasa de un paso, tipo E, y dos pasos por tubo. 53 Estudio comparativo de las diferentes opciones de re-valorización de la naranja Se coge agua de proceso con características similares al agua de río rw, es decir, una temperatura media de 25 ºC. Circula por el exterior de los tubos, y se utiliza el método ɛ-NTU para el dimensionamiento del intercambiador con los siguientes datos de partida recogidos del balance de materia y energía del apartado 5.2. Tabla 14: Datos de partida Temperatura entrada fluido frío 𝑇𝐸𝑓(º𝐶) 25,0 Temperatura salida fluido frío 𝑇𝑆𝑓(º𝐶) 30,0 Temperatura entrada fluido caliente 𝑇𝐸𝑐(º𝐶) 44,2 Temperatura salida fluido caliente 𝑇𝑆𝑐(º𝐶) 35,0 Caudal fluido frío (agua) 𝑚𝑓 󰇗(𝑘𝑔 𝑠) 16,83 Caudal fluido caliente (agua residual) 𝑚𝑐 󰇗(𝑘𝑔 𝑠) 9,65 Calor intercambiado Q (kW) 354,53 El cálculo del área se realiza mediante la ecuación: 𝑁𝑇𝑈=𝐴·𝑈 𝐶𝑚𝑖𝑛 (Ecuación 23) Siendo: - NTU, número de unidades de transferencia - A, área del intercambiador (m2) - U, coeficiente global de transferencia (W/m2·K) - Cmin, capacidad calorífica mínima (kJ/s·K) Se necesita los valores de Cmin, U y NTU para continuar. Cmin Es el valor mínimo entre los valores del poder calorífico del fluido caliente y el fluido frío. 𝐶𝑚𝑖𝑛=min (𝑚𝑓 󰇗 ·𝐶𝑝𝑓,𝑚𝑐 󰇗 ·𝐶𝑝𝑐) (Ecuación 24) Donde: - 𝑚𝑖 󰇗; caudal másico, en kg/s - 𝐶𝑝𝑖; capacidad calorífica, en kJ/kg/s - 𝑖: tipología de fluido, caliente (c) o frío (f) Memoria de calculo 54 Tabla 15: Resultados de los poderes caloríficos. 𝑪𝒇(𝒌𝑾 𝑲) 70,91 𝐂𝐜(𝐤𝐖 𝐊) 38,42 Tras realizar los cálculos, el poder calorífico mínimo corresponde al del fluido caliente, con un valor de 38,42 kW/K. NTU Se trata del número de unidades de transferencia. Es preciso utilizar unos gráficos que relacionan la efectividad con el NTU y la R. Se debe calcular previamente la R y la efectividad con las ecuaciones siguientes: 𝑄=𝜀·𝐶𝑚𝑖𝑛·∆𝑇𝑚á𝑥 (Ecuación 25) 𝑅=𝐶𝑚í𝑛 𝐶𝑚á𝑥 (Ecuación 26) 𝜀= ∆𝑇 ∆𝑇𝑚á𝑥 (Ecuación 27) Donde: - Q; calor aportado o absorbido, en kW. - ɛ; efectividad. - ∆𝑇𝑚á𝑥; el máximo incremento de temperaturas, en este caso la diferencia entre la temperatura de entrada del fluido caliente y la temperatura de salida del fluido frío. - ∆𝑇; incremento real de temperaturas. - 𝑅; relación de capacidades. - 𝐶𝑚í𝑛 y 𝐶𝑚á𝑥; los valores de capacidad calorífica del fluido caliente y frío, respectivamente. Gracias a estos datos, se obtiene el valor de NTU con la gráfica correspondiente (Anexo III). Tabla 16: Resultado número de unidades de transferencia Parámetro ɛ R NTU Valor 0,48 0,54 0,82 U Es el coeficiente global de transferencia. Se calcula con la siguiente expresión: 𝐴𝑒𝑥𝑡·𝑈= 1 1 ℎ𝑖𝑛𝑡·𝐴𝑖𝑛𝑡+1 ℎ𝑒𝑥𝑡·𝐴𝑒𝑥𝑡+𝐹𝑆𝑖𝑛𝑡 𝐴𝑖𝑛𝑡 +𝐹𝑆𝑒𝑥𝑡 𝐴𝑒𝑥𝑡 (Ecuación 28) Siendo: 55 Estudio comparativo de las diferentes opciones de re-valorización de la naranja - 𝐴𝑒𝑥𝑡; área externa del tubo, en m2. - 𝐴𝑖𝑛𝑡; área interna del tubo, en m2. - ℎ𝑒𝑥𝑡; coeficiente de transferencia de calor convectivo interno, en W/m2/K. - ℎ𝑖𝑛𝑡; coeficiente de transferencia de calor convectivo externo, en W/m2/K. - 𝐹𝑆𝑒𝑥𝑡; factor de ensuciamiento externo, del agua de proceso (Anexo III). - 𝐹𝑆𝑖𝑛𝑡; factor de ensuciamiento, de la corriente residual (Anexo III) Se comienza el cálculo de los coeficientes de transferencia. El tipo de convección será forzada, flujo interno, tubo cilíndrico. Se utilizarán las correlaciones correspondientes a las tablas y ábacos de transferencia de calor, la número 6.6 en concreto. Se elige la correlación adecuada según los valores de Reynolds, Prandtl, diámetro y temperatura media de masa. La temperatura media de masa del fluido interno es la media de temperaturas entre la entrada y la salida, y con ella se obtienen las propiedades del fluido de las tablas. Se aproximan las propiedades de la corriente a agua a 40ºC. Se determina el Reynolds con la Ecuación 20, con los siguientes datos: - v, velocidad del agua en los tubos, de 1,5 m/s, al ser la velocidad de un líquido en ese rango. - Dint, diámetro interno de la tubería igual a 6 cm - µagua, viscosidad del agua a 15ºC, con unidades de kg/m/s. - ρagua, densidad del agua, en kg/m3. Además, se calcula el número de tubos a partir del caudal de agua. 𝑚󰇗𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙=𝑚󰇗𝑡𝑢𝑏𝑜·𝑁𝑡 𝑛º 𝑝𝑎𝑠𝑜𝑠 𝑝𝑜𝑟 𝑡𝑢𝑏𝑜 (Ecuación 29) Tabla 17: Propiedades del fluido y resultados previos al hint. Re 1,36E+05 µ (kg/m/s) 6,53E-04 ρ (kg/m3) 992,4 𝑵𝒕 2,55 𝒎󰇗𝒕𝒖𝒃𝒐(kg/s) 8,41 k (W/m/K) 0,63 Pr 4,32 Como se obtiene un Re mayor a 10000 y Pr en valores entre 0,6-160, se utiliza la correlación 27 obteniendo el valor de Nusselt, con el que se podrá hallar el valor de hint a partir de su definición (Ecuación 31). 𝑁𝑢𝐷=0,023·𝑅𝑒𝐷 4/5·𝑃𝑟𝑛 (Ecuación 30) 𝑁𝑢=ℎ·𝐿 𝑘 (Ecuación 31) Donde el valor que falta es n, igual a 0,4 ya que el valor de la temperatura en la superficie de los tubos será Memoria de calculo 62 La longitud de tubería se estima en 9 metros, igual que las bombas P-101 y 102. Zona A, con cota 4,5 metros, a media altura del reactor UASB. - Válvula de atajadera abierta: 0,75 m - Embocadura ordinaria: 1,9 m - Codo 90º: 2*2=4 m Zona B, con cota 9,28 m, altura del tanque de almacenamiento - Válvula de retención abierta: 7 m - Entrada de agua gradual: k=0,75 - Válvula regulación de asiento: 40 m Finalmente, para un caudal de 29,14 m3/h, se obtiene unas pérdidas de 7,23 m2/s2, una altura de bomba de 5,52 metros y una potencia útil 0,88 kW. 5.9. Gasómetro (TK-104) Por la parte superior del reactor UASB se obtiene el biogás. La cantidad de metano generado en condiciones estándar es de 0,39 l CH4/g DQOeliminada según CEDEX 2017. Las condiciones a las que se encuentra son de 35ºC, por lo que se utiliza la ecuación de los gases ideales: 𝑃𝑉=𝑛𝑅𝑇 (Ecuación 47) Siendo: - P, presión absoluta, atm - V, volumen ocupado, en litros - N, número de moles de gas - R, constante ideal de los gases (en atm·l/molK) - T, temperatura del gas, en K El volumen que se obtiene para un mol de metano es de 25.6 litros. La cantidad de metano generada vendrá calculada por la siguiente expresión: 𝑄𝑣𝐶𝐻4(𝑙 𝐶𝐻4 ℎ)=0,39(𝑙 𝐶𝐻4 𝑔 𝐷𝑄𝑂)·10000 (𝑚𝑔 𝐷𝑄𝑂 𝑙)· 1 1000(𝑔 𝐷𝑄𝑂 𝑚𝑔 𝐷𝑄𝑂)·𝑄𝑣𝑖𝑛(𝑙ℎ) ·0,8 (Ecuación 48) Se obtiene un caudal de 108,62 m3/h de metano. El biogás contiene un 67% de metano, por lo que el caudal total generado será 162,11 m3/h. La presión del biogás que sale es prácticamente constante. Se ha basado el dimensionamiento del tanque en las normas ASME y UNE 62350. Se elige un tanque cilíndrico vertical de simple pared y de fondo plano, ya que éstos permiten almacenar grandes cantidades volumétricas con un coste bajo, con la limitante que solo se pueden usar a presión atmosférica o presiones internas relativamente pequeñas, pero no hay problemas con las condiciones de P y T. El techo se ha elegido de tipo flotante y metálico en base a que es el más empleado en el almacenamiento de productos inflamables, con una baja presión, de 20 mbar. Se debe tener un tiempo mínimo de residencia de 6 horas en este tipo de depósitos, por lo que el volumen de gasómetro obtenido será 972,98 m3. Se sobredimensiona el gasómetro a modo de seguridad, 63 Estudio comparativo de las diferentes opciones de re-valorización de la naranja obteniéndose un volumen de diseño de 1167,22 m3. 5.10. Antorcha (TH-101) El contenido en biogás residual se debe quemar en una antorcha, conocido en el sector petrolífero como flaring, antes de su expulsión a la atmosfera ya que es un gas 21 veces con mayor efecto invernadero que el CO2. El límite de emisión del ácido sulfhídrico es 10 mg/Nm3, cumpliéndolo ya que sale por la corriente superior del reactor con 1,28 mg/Nm3. Al contener la corriente una concentración de azufre, se ha pensado la incineración térmica ya que en la antorcha tendría una corrosión en la boquilla del quemador y puede formar contaminantes secundarios, pero la proporción de ácido sulfhídrico es muy baja por lo que se elige la antorcha. La antorcha tiene ventaja con respecto al incinerador, ya que permite operar con menores caudales de gas, una temperatura de llama menor, y evita las emisiones de monóxido de posibles formaciones de dioxinas. Se usa la antorcha para evitar en el proceso de producción de biogás se forme un excedente de volumen en el gasómetro que genere sobrepresiones y conlleve su explosión. La salida del gas del gasómetro viene acompañada de una válvula de seguridad, esencial por si la presión supera el límite, la válvula se abre dirigiendo el gas hacia la antorcha. Estos se conducen por los cabezales de antorcha a una antorcha elevada vertical, siguiento la normativa UNE en ISO 25457:2008 de industrias del petróleo, petroquímicas y del gas natural donde se detalla el uso de las antorchas. Para biogás se fabrican antorchas automáticas y manuales, de llama abierta o cerrada, para pequeñas o grandes corrientes. Se diseñan teniendo en cuenta la posible elevada presencia de siloxanos en los gases de vertedero con los problemas de precipitación de la sílice y obturaciones en los quemadores. El diseño cumple el Real Decreto 100/2011, por el que se actualiza el catálogo de actividades potencialmente contaminadoras de la atmósfera y se establecen las disposiciones básicas para su aplicación, junto con la norma UNE 15259:2008, de calidad del aire. También se deberá tener en cuenta las relativas a la válvula de seguridad según la normativa ASME de elementos de sobrepresión para recipientes; nivel sonoro siguiento la ISO 9613 y 14 y riesgo de explosión según ATEX. Los componentes principales serán: - Bastidor, base y cámara de combustión: La combustión producida es cerrada, a una temperatura de 800ºC evitando así la formación de NOx, con un tiempo de residencia de 2 segundos [28]. Están fabricadas de acero inoxidable, con una altura de 4 metros y capaces de soportar de - Sistemas de válvulas: válvula de cierre rápido automática, con sensores de presiones máximas y mínimas y válvula de antiexplosión. - Control de ignición y llama: control de llama con sensor UV, quemador de encendido automático en base a control de presiones y un apagallamas Con un caudal de biogás de 162,11 m3/h, se sobredimensiona en un 50% por motivos de seguridad, con lo que se calcula el equipo para un caudal de 243,17 m3/h y una presión de operación de 20 mbar. 5.11. Turbina (C-101) El biogás obtenido puede utilizarse de muchas maneras como se vio en apartados anteriores, como generar energía eléctrica y térmica de autoconsumo para la planta, células de combustible, vehículos a gas o redes de gas. Una solución será obtener energía con ayuda de un motor generador. El producto de la digestión anaerobia, al tener un 67% de metano, tendrá un poder calorífico inferior de 22400 kJ/m3. Para un caudal de 162,11 m3/h, se obtendría una potencia de 1008,71 kW. Memoria de calculo 64 La cogeneración se puede llevar a cabo a través de un sinnúmero de tecnologías, como las turbinas de vapor y gas, motores de combustión interna, pilas de combustible, microturbinas, motores Stirling, ciclos Rankine o ciclo de Kalina. Se elige entre ellos la turbina de gas por tener un tamaño compacto y un económico coste de la instalación. Para un buen diseño se debe contar con una combustión estable y una temperatura final moderada, para lo que se debe controlar el dosado relativo. El flujo de aire se divide en tres, según la zona de entrada a la cámara de combustión: - Primario: será el 15-20% del flujo total, mezcla rica para iniciar y estabilizar la combustión. - Secundario: será del 30-35% del flujo total, para completar la combustión y evitar inquemados. - Terciario: también conocido como aire de dilución, siendo el 45-55% del total. Se emplea para disminuir la temperatura de entrada del combustible a la turbina. Para un rendimiento del 40% en la producción de energía, se obtiene 403,48 kW, según el manual “Perry”. Para la producción de energía térmica se elige en cambio un rendimiento del generador del 50%, obteniéndose una potencia térmica de 504,35 kW. El equipo se sobredimensiona en un 20%, por lo que se obtiene una potencia de 484,18 kW, con un caudal de aire de entrada de 3 kg/h a condiciones ambiente. 65 6 ANÁLISIS ECONÓMICO PRELIMINAR Se estima los ingresos generados del proceso, para evaluar la rentabilidad de la instalación e inversión de la planta. Es necesario recurrir a la estimación de costes para hacer los análisis económicos correspondientes. Se realiza la estimación del coste total de inversión y producción en un periodo de vida de la planta de 10 años para calcular su rentabilidad. 6.1. Coste Total de Inversión Se empieza estimando el Coste Total de Inversión (CTI). Representa tres series de costes, que será el capital fijo (CF), costes de arranque (CA) y capital circulante (CC). El capital fijo es la inversión relacionada con el diseño y construcción de la instalación. Es el componente principal, siendo el 80-90 % del total de la inversión. Los costes de arranque será la inversión necesaria para poner a punto la planta con el fin de operar a la capacidad de diseño, considerandose tan solo si el proceso es nuevo y los operadores no tienen experiencia con los equipos; y el capital circulante, siendo un 10-20% del coste total de la inversión, será la inversión necesaria para operar inicialmente la planta hasta que recibe ingresos por el pago de productos vendidos. Las técnicas de estimación de los costes de la inversión se realizan a partir del cálculo del capital fijo según la información disponible. En el caso de la planta de obtención del biogas se podrá estimar a partir de los equipos o unidades principales, donde la suma total de los costes de cada equipo determina el coste total de la planta. En las otras dos, al no tener información detallada de los equipos, se estima mediante ordenes de magnitud, es decir, basado en información sobre costes de plantas ya construidas, utilizando factores de cambio de escala. 6.1.1. Coste de la planta de zumo Una forma será el método de la curva de coste. Es la forma más rápida de realizar una estimación por orden de magnitud de un coste de una planta a partir de los costes conocidos de una planta anterior que usó la misma tecnología o datos. No necesita información del diseño, solo de la producción. El capital fijo de la planta se puede relacionar con la capacidad de ésta a través de la ecuación siguiente: 𝐶2=𝐶1(𝑆2 𝑆1)𝑛 (Ecuación 49) Donde: - 𝐶𝑖; capital fijo de la planta - 𝑆𝑖; capacidad de la planta correspondiente El exponente n tendrá valores diferentes según el proceso. Para procesos que usan mucho trabajo mecánico o compresión de gas, tendrá valores de 0,8 a 0,9. para plantas a pequeña escala o con procesos que requieran muchos instrumentos, n será de 0,4 o 0,5. En general, en toda la industria química se utiliza un valor del exponente de 0,6, dando a conocer la ecuación anterior como “six-tenths rule” o la regla de las 6 décimas [29]. Para la planta de zumo de 18000 kg/h de capacidad se obtiene el presupuesto de una planta similar, con una capacidad de 8306,38 kg/h, donde el presupuesto por maquinaria será el siguiente: Análisis económico preliminar 66 Tabla 24: Coste planta de zumo base [16]. Equipo Cantidad Precio (€) Total (€) Elevador de cangilones 1 21.986 21.986 Mesa de inspección 1 16.867 16.867 Lavadora de cepillos 1 42.152 42.152 Cintas transportadoras 1 47.298 47.298 Calibradora 1 8.352 8.352 Extractor IN-LINE 6 10.129 60.774 Tamizadora 6 10.134 60.805 Tolva desechos 1 11.572 11.572 Desaireador 1 12.000 12.000 Intercambiador 2 14.307 28.615 Tanques almacenamiento 1 8.800 8.800 Homogeneizador 1 3.560 3.560 Tanque aseptico 1 15.100 15.100 Grupo para llenado aseptico 1 53.201 53.201 Bombas 11 1.397 15.370 Conjunto valvulas y accesorios 1 25.393 25.393 Tuberías 59 36 2.167 El total obtenido tendrá un valor de 434.019 €. Los parámetros de cálculo de este proyecto están obtenidos de una fuente realizada en 2015, por lo que se debe corregir por tiempo según los índices tabulados para la industria química CEPCI. 𝐶𝑎ñ𝑜 2019 𝐶𝑎ñ𝑜 2015=𝐼𝑎ñ𝑜 2019 𝐼𝑎ñ𝑜 2015 (Ecuación 50) Donde: - Iaño x serán los índices CEPCI del coste conocido y el estimado, 580 y 607.5 respectivamente. - Caño x, el coste conocido y a estimar, con fechas 2015 y 2019 respectivamente. Por tanto, tras emplear las ecuaciones 49 y 50, se obtiene un coste de planta de 723.009 €. 67 Estudio comparativo de las diferentes opciones de re-valorización de la naranja 6.1.2. Coste de la planta de extracción de aceites Un procedimiento similar al anterior se realiza con la planta de extracción de aceites esenciales, donde se obtiene una estimación del coste de 54.269 € en el 2018 para una planta con una producción de 12,6 kg/h, y al corregirlo queda en 253.437 €. 6.1.3. Coste equipos planta biogás Para la planta estudiada, se calculan los costes de adquisición cada uno de los equipos de la planta a partir de correlaciones y la capacidad o tamaño de cada uno. log10𝐶𝐸𝑞𝑢𝑖𝑝𝑜 0=𝐾1·𝐾2·log10(𝐴)+𝐾3·(log10(𝐴))2 (Ecuación 51) Donde: - 𝐶𝐸𝑞𝑢𝑖𝑝𝑜 0; el coste base del equipo a presión atmosférica y construido en acero al carbono, en $ - 𝐴; la capacidad o tamaño del equipo - 𝐾𝑖; parámetros característicos, diferentes para cada equipo (Anexo IV) Se debe introducir un factor de corrección por material para aquellos equipos que no sean de acero al carbono, FM. En el caso de no trabajar a presión atmosférica, tambien se debe corregir por presión, Fp, a partir de los parámetros característicos del equipo Ci y la presión P. El conjunto de los factores de corrección es FBM, con sus correspondientes parámetros B. log10𝐹𝑝=𝐶1·𝐶2·log10(𝑃)+𝐶3·(log10(𝑃))2 (Ecuación 52) 𝐹𝐵𝑀=𝐵1+𝐵2·𝐹𝑃·𝐹𝑀 (Ecuación 53) Los parámetros de cálculo están obtenidos de una fuente antigua, por lo que se debe corregir por tiempo según los índices tabulados para la industria química CEPCI usando la ecuación 50, esta vez para el año 2006 y 2019, con índices 499,6 y 607,5 respectivamente. El coste total de inversión (Bare Module Cost, CBM), corregido por los factores correspondientes, quedará en la siguiente expresión: 𝐶𝐵𝑀=𝐶𝐸𝑞𝑢𝑖𝑝𝑜 0·𝐹𝐵𝑀 (Ecuación 54) Análisis económico preliminar 68 Tabla 25: Resultados costes equipos, en $. Equipo Capacidad Designación 𝑪𝑩𝑴 𝑪𝑬𝒒𝒖𝒊𝒑𝒐 𝟎 Intercambiador Área (m2) E-101 84.265 69.298 Turbina Potencia (kW) C-102 3.606 3.606 Bomba Potencia (kW) P-101 10.042 10.042 P-102 16.299 16.299 P-103 9.711 9.711 Tanque Volumen (m3) TK-101 2.188.200 1.128.481 TK-102 440.541 227.192 TK-103 1.863.930 961.251 TK-104 277.344 277.344 Agitador Potencia (kW) Ag-101 20.846 20.846 Reactor Volumen (m3) R-101 83.939 83.939 En total, para la planta de biogás, se obtiene un coste simple de inversión de 4.558.803 €. A continuación, se calcula el coste del modulo total (Total Module Cost, CTM) a partir de la suma de cada coste de equipo y teniendo en cuenta un 18% de costes adicionales de contingencia y tarifas. 𝐶𝑇𝑀=1,18·∑𝐶𝐵𝑀𝑖 𝑛 𝑖=1 (Ecuación 55) Finalmente, se calcula el coste de haber instalado una construcción nueva en un área no desarrollada para ello (o también conocido como Grass Root Cost, CGR), donde se tiene en cuenta los costes de desarrollo del sitio, edificios auxiliares y fuera de las instalaciones y corrientes de servicio, los cuales se asumen al 50% del coste del modulo simple en las condiciones estándar (a presión atmosférica y construido en acero al carbono) generalmente, quedando la siguiente expresión: 𝐶𝐺𝑅=𝐶𝑇𝑀+0,50∑𝐶𝐵𝑀𝑖 𝑛 𝑖=1 (Ecuación 56) Los resultados finales para las tres plantas se muestran en la siguiente tabla. 69 Estudio comparativo de las diferentes opciones de re-valorización de la naranja Tabla 26: Resultados Costes Totales de Inversión, en € Costes Valor ∑𝐶𝐵𝑀 0 3.537.335 ∑𝐶𝐵𝑀 5.535.250 𝐶𝑇𝑀 6.531.595 𝐶𝐺𝑅 8.300.263 El coste de la planta de biogás, si se realiza la inversión desde el inicio, superará los 8 millones de euros tal y como se observa en la Tabla 26. 6.2. Coste Total de Producción En esta sección se incluye los costes de fabricación junto con los gastos generales de la compañía. Los primeros son los costes variables y fijos de producción, correspondiente al 80-90% del total; mientras los segundos tendrán un mayor carácter administrativo, actividades comerciales e I+D. Los costes operación se tiene en cuenta dos tipos: de mantenimiento, salarios, etc se considera que serán un 40% del CGR anual; y los servicios necesarios para cada proceso añadiendo un impuesto del 21%, por lo que la fórmula empleada es: 𝐶𝑜𝑝=1,21∙∑(𝑄𝑖∙𝐶𝑖∙𝑊𝑖)+0,4·𝐶𝐺𝑅 (Ecuación 57) Donde: - 𝑄𝑖; cantidad o potencia necesaria de corriente de servicio, en unidades de capacidad/tiempo. - 𝐶𝑖; coste de la utility, en $/ud capacidad de la utility. - 𝑊𝑖; tiempo de trabajo, en horas al año. La misma formula será empleada para el calculo del coste de los productos y la materia prima, siendo la siguiente ecuación: 𝐶𝑀𝑃=0,9∙∑(𝑚𝑖∙𝐶𝑖∙𝑊𝑖) (Ecuación 58) Los datos necesarios para su calculo serán los siguientes: - Se considera que, salvo 35 días, se trabaja todo el año de los cuales 45 días serán de arranque del reactor y no habra producción de las plantas precesoras. Así se aprovecha el tiempo en el que los naranjos no dan fruto, durante el periodo estivo (apartado 1.1.1.). Por tanto, las horas al año de trabajo pueden ser 7920 o 6840 dependiendo si se suministra durante el periodo de arranque o no. - El precio consumo energético y potencia para industrias: 0,214 €/kWh (Endesa). Por otro lado, se suma el coste anual por arranque del reactor y turbina, durante 45 días, tendrá unos costes adicionales de operación de 11348 y 546,65 € anuales de potencia eléctrica y térmica respectivamente; mientras se lleva a cabo labores de mantenimiento de las plantas precedentes. Análisis económico preliminar 70 - Para la tasa de pago de agua de abastecimiento se deberá contabilizar el precio 1,401 €/m3 de cuota variable para industrias, 0,1828 del canon consorcio, provincial de aguas de Sevilla y 0,25 del canon autonómico de la ley de aguas de Andalucía, según informe EMASESA [30]. En cuanto a los productos y la materia prima, se tiene los siguientes datos de mercado español: - El precio de mercado del zumo de naranja, 1,11 €/l para un producto exprimido, natural con pulpa sin envasar (un 60% menor al precio de mercado ya envasado, 1,85 €/l aproximadamente) - El aceite esencial tiene un precio de mercado de 10 €/kg. - Los lodos producidos podrán venderse a 15€/m3 al ser de origen agroindustrial [31]. - El biogás obtenido cubrirá el 50% de la energía necesaria de la planta, por tanto, no genera ingresos, pero reduce gastos energéticos. El vertido de agua de la industria de la planta de zumos se considera contaminada, ya que supera los parámetros de DQO, DBO5 y sólidos en suspensión permitidos. Tras el proceso de extracción y digestión anaerobia, se califica como permitido, ya que cumple los parámetros necesarios como temperatura, pH, DQO, SS, metales y otros compuestos no existentes en la corriente de agua, por lo que el coste del vertido tendrá un precio igual al del abastecimiento, el cual no se tiene en cuenta. Finalmente, el coste de 8 operarios cualificados, dos por planta y dos supervisores, con un suelto de 15.000 €/año neto. En la Tabla 27 se observa como los ingresos generados al poner en marcha los proceses será mucho mayor a los costes de operación de las plantas. El capital de explotación será el 10% de los ingresos generados, que tan solo se contabiliza como gasto el “año 0” o de montaje de la planta, y como ingreso o flujo de caja el año de liquidación de esta. Tabla 27: Resultados CTP, con cambio monetario de dólar a euro. Costes Valor ($/año) Valor (€/año) Costes de operación 3.845.230 3.506.822 Ingresos 140.804.450 128.412.631 Capital de explotación 14.080.445 12.841.263 6.3. Análisis de la inversión Se calcula el Valor Actual Neto (VAN), la Tasa Interna de Retorno (TIR) y el Payback de la inversión desde el año cero de la planta hasta el año final previsto de la planta, y así evaluar la rentabilidad y aceptabilidad del proyecto. El VAN es la diferencia entre el dinero que entra a la empresa y la cantidad que se invierte en ella para observar si existen beneficios. Cuenta con una tasa de interés i del 15%, que se usa para actualizarse; j corresponde al número de año; F será el flujo de caja en el año j y I0 la inversión inicial. 𝑉𝐴𝑁=∑ 𝐹𝑗 (1+𝑖)𝑗 𝑛 𝑗=1 −𝐼0 (Ecuación 59) Tasa Interna de Retorno (TIR), es la tasa descuento que se obtiene en un proyecto que iguala el VAN a cero. 71 Estudio comparativo de las diferentes opciones de re-valorización de la naranja 0=∑ 𝐹𝑗 (1+𝑇𝐼𝑅)𝑗 𝑛 𝑗=1 −𝐼0 (Ecuación 60) Para el calculo del flujo de caja de cada año, se realiza en el periodo de vida de la planta. El año cero corresponde con aquel donde se realiza la inversión inicial, sin ninguna producción ni gastos de operación. En el último, se liquida la empresa. Los pasos por seguir o valores a obtener serán los siguientes: A) Ingresos: corresponden con el valor obtenido anteriormente, que empiezan a contabilizarse a partir del año 1. B) Gastos: incluyen gastos de inversión, operación, materia prima y de explotación. C) Beneficios: será el resultado de la diferencia entre A y B. D) Depreciación de los equipos: será constante, e igual al coste total de la inversión entre el número de años de vida de la planta. E) Beneficio Antes de Impuestos (BAI, o NIBT por sus siglas en ingles Net Income Before Taxes), calculado como la diferencia entre el valor de C y D. F) Impuestos: se aplica un 40% de impuestos al BAI G) Beneficio Despues de Impuestos (BDI, o NIAT, acrónomo de Net Income After Taxes), donde el valor resultante será la diferencia entre el valor del BAI con los impuestos. H) Capital de explotación: tan solo aplica al último año, al no haber valores residuales. I) Flujo de caja: será el total de la suma de la depreciación, BAI y el capital de explotación. Los resultados quedan reportados en las tablas 25 y 26. Tabla 28: Flujos de caja primera parte del periodo, en $. Año 0 1 2 3 4 5 A 0 140.804.450 140.804.450 140.804.450 140,804,450 140,804,450 B 23.181.683 3.845.230 3.845.230 3.845.230 3.845.230 3.845.230 C -23.181.683 136.959.219 136.959.219 136.959.219 136.959.219 136.959.219 D 0 910.123 910.123 910.123 910.123 910.123 E -23.181.683 136,049,095 136,049,095 136.049.095 136.049.095 136.049.095 F 0 54.419.638 54.419.638 54.419.638 54.419.638 54.419.638 G -23.181.683 81.629.457 81.629.457 81.629.457 81.629.457 81.629.457 H 0 0 0 0 0 0 I -23.181.683 82.539.581 82.539.581 82.539.581 82.539.581 82.539.581 Análisis económico preliminar 78 79 Estudio comparativo de las diferentes opciones de re-valorización de la naranja 7 HOJAS ESPECIFICACIONES 7.1. Tanques de almacenamiento PLANTA: Obtención de biogás a partir de residuos de naranja N.º EQUIPO: TK-101, Ag-101 Nº LÍNEA: CANTIDAD: 1 DESCRIPCIÓN: Tanque Agitador corrientes de entrada DIMENSIONES CONDICIONES DE OPERACIÓN Capacidad 334 m3 Fluido Residuos Tipo Cilíndrico Estado Líquido Posición Vertical Temperatura 46 ºC Diámetro exterior 6.56 m Presión 1 bar Altura 9.85 m Punto de inflamación No Tipo de techo Fijo Compuestos corrosivos Material Acero inoxidable Peligrosidad No Aislamiento No Sólidos en suspensión Fabricante Densidad 1000 kg/m3 Modelo Viscosidad 890.1 kg/ms Norma diseño API 620 AGITADOR Potencia 2.17 kW Motor 600 rpm Agitación Hélice Hojas especificaciones 80 PLANTA: Obtención de biogás a partir de residuos de naranja N.º EQUIPO: TK-102 Nº LÍNEA: CANTIDAD: 1 DESCRIPCIÓN: Tanque Almacenamiento de fangos activos CONDICIONES DE OPERACIÓN DIMENSIONES Fluido Fangos activos Capacidad 58.28 m3 Temperatura 35 ºC Posición Vertical Presión 1 bar Tipo Cilíndrico Estado Líquido Diámetro exterior 3.67 m Compuestos corrosivos No Altura 5.51 m Densidad líquido 1030 kg/m3 DATOS DE DISEÑO ACCESORIOS Fondo superior Plano Refrigeración No Fondo inferior Plano Calentamiento No Tipo de techo Fijo Tapa No Presión de diseño 1 bar Placas deflectoras No Temperatura de diseño 45 ºC Válvula seguridad Norma de diseño API 620 Venteo No Material constructivo AISI-314 Aislamiento No Fabricante Modelo Referencia NOTAS 81 Estudio comparativo de las diferentes opciones de re-valorización de la naranja PLANTA: Obtención de biogás a partir de residuos de naranja N.º EQUIPO: TK-103 Nº LÍNEA: CANTIDAD: 1 DESCRIPCIÓN: Tanque Almacenamiento de agua CONDICIONES DE OPERACIÓN DIMENSIONES Fluido Agua Capacidad 279.75 m3 Temperatura 35 ºC Posición Vertical Presión 1 bar Tipo Cilíndrico Estado Líquido Diámetro exterior 6.19 m Compuestos corrosivos No Altura 9.28 m Densidad 1000 kg/m3 DATOS DE DISEÑO ACCESORIOS Fondo superior Plano Refrigeración No Fondo inferior Plano Calentamiento No Tipo techo Fijo Aislamiento No Presión de diseño 1 atm Placas deflectoras No Temperatura de diseño 35 ºC Válvula seguridad Norma de diseño API 620 Venteo No Material constructivo AISI-314 Tapa No Fabricante Modelo Referencia NOTAS Hojas especificaciones 82 PLANTA: Obtención de biogás a partir de residuos de naranja N.º EQUIPO: TK-104 Nº LÍNEA: CANTIDAD: 1 DESCRIPCIÓN: Gasómetro CONDICIONES DE OPERACIÓN DIMENSIONES Fluido Biogás Capacidad 1167.22 m3 Temperatura 35 ºC Posición Vertical Presión 1 bar Tipo Cilíndrico Estado Gas Diámetro exterior 10 m Compuestos corrosivos No Altura 15 m Densidad 10.06 kg/m3 Caudal 162.11 m3/h Punto de inflamabilidad 650 ºC DATOS DE DISEÑO ACCESORIOS Fondo superior Esférico Refrigeración No Fondo inferior Plano Calentamiento No Tipo techo Flotante Aislamiento No Presión de diseño 0.002 bar Venteo No Temperatura de diseño 35 ºC Válvula seguridad Aislamiento No Deflector No Material constructivo AISI-314 Tapa Si Acabado térmico No Norma diseño ASME Fabricante Modelo Referencia NOTAS Accesorios adicionales: barandillas, escaleras, plataformas. Indicaciones de seguridad 83 Estudio comparativo de las diferentes opciones de re-valorización de la naranja 7.2. Bombas PLANTA: Obtención de biogás a partir de residuos de naranja N.º EQUIPO: P-101 Nº LÍNEA: CANTIDAD: 1 DESCRIPCIÓN: Bomba centrífuga de corriente hacia intercambiador CONDICIONES DE OPERACIÓN Fluido Residuo diluido Presión aspiración 1 bar Temperatura 44.23 ºC Presión impulsión 1 bar Densidad 1000 kg/m3 NPSH disponible 16.13 m2/s2 Presión de vapor 0.1 bar Altura requerida 4.82 m Viscosidad 0.001 kg/m3 Caudal 34.81 m3/h DATOS DE FABRICANTE Fabricante SULZER Presión de diseño 1 bar Norma de diseño ISO 5199 Diámetro impulsor 4 “ Modelo Z22 Temperatura de diseño 46 ºC Material Acero al carbono Rendimiento 50 % Potencia absorbida 0.93 kW Alturas máximas 220 m Caudal máximo 17000 m3/h Refrigerante - Velocidad 1800 r.p.m. NOTAS Hojas especificaciones 84 PLANTA: Obtención de biogás a partir de residuos de naranja N.º EQUIPO: P-102 Nº LÍNEA: CANTIDAD: 1 DESCRIPCIÓN: Bomba centrífuga de fangos CONDICIONES DE OPERACIÓN Fluido Fangos Presión aspiración 1 bar Temperatura 35 ºC Presión impulsión 1 bar Densidad 1030 kg/m3 NPSH disponible 212.01 m2/s2 Presión de vapor 0.023 bar Altura requerida 21.62 m Viscosidad 0.00072 kg/ms Caudal 0.253 m3/h DATOS DE FABRICANTE Fabricante SULZER Presión de diseño 1 bar Norma de diseño ISO 5199 Diámetro impulsor ¼ “ Modelo Z22 Temperatura de diseño 35 ºC Material Acero al carbono Rendimiento 50 % Potencia absorbida 7 W Alturas máximas 220 m Caudal máximo 17000 m3/h Refrigerante - Velocidad 1800 r.p.m. NOTAS 85 Estudio comparativo de las diferentes opciones de re-valorización de la naranja PLANTA: Obtención de biogás a partir de residuos de naranja N.º EQUIPO: P-103 Nº LÍNEA: CANTIDAD: 1 DESCRIPCIÓN: Bomba centrífuga de fangos CONDICIONES DE OPERACIÓN Fluido Agua Presión aspiración 1 bar Temperatura 35 ºC Presión impulsión 1 bar Densidad 994.3 kg/m3 NPSH disponible 54.12 m2/s2 Presión de vapor 0.023 bar Altura requerida 5.52 m Viscosidad 0.00072 kg/ms Caudal 29.14 m3/h DATOS DE FABRICANTE Fabricante SULZER Presión de diseño 1 bar Norma de diseño ISO 5199 Diámetro impulsor 3 ½ “ Modelo Z22 Temperatura de diseño 35 ºC Material Acero al carbono Rendimiento 50 % Potencia absorbida 0.88 kW Alturas máximas 220 m Caudal máximo 1700 m3/h Refrigerante - Velocidad 1800 r.p.m. NOTAS Hojas especificaciones 86 7.3. Intercambiadores PLANTA: Obtención de biogás a partir de residuos de naranja N.º EQUIPO: E-101 Nº LÍNEA: CANTIDAD: 1 DESCRIPCIÓN: Intercambiador de calor CONDICIONES DE OPERACIÓN Localización del fluido TUBOS CARCASA Fluido Residuo wr Caudal (kg/s) 9.65 16,83 IN OUT IN OUT Temperatura de operación (ºC) 44.23 35 25 30 Presión de operación (bar) 1 1 1 1 Velocidades (m/s) 1,5 1,5 1 1 Conexiones 7 8 Corriente servicio Corriente servicio Densidad promedio (kg/m3) 998 1005 Factor ensuciamiento (m2·K/W) 1.75·10-3 1.75·10-3 Calor intercambiado (kW) 50 50 DATOS DE DISEÑO Temperatura de diseño (ºC) 46 Presión de diseño (bar) 1 Tubos Dext/Dint Longitud (m) Número 2.29 1,556 5 Carcasa Tipo Posición Número 2 E Horizontal Área (m2) 70,87 Material construcción Acero al carbono Norma de diseño TEMA Aislamiento tipo Lana de roca 87 Estudio comparativo de las diferentes opciones de re-valorización de la naranja 7.4. Otros PLANTA: Obtención de biogás a partir de residuos de naranja N.º EQUIPO: TH-101 Nº LÍNEA: CANTIDAD: 1 DESCRIPCIÓN: Antorcha CONDICIONES DE OPERACIÓN DIMENSIONES Fluido Biogás Volumen 0.14 m3 Temperatura 35 ºC Posición Vertical Presión 0.02 bar Tipo Cilíndrico Estado Gas Altura 4 m Caudal 243.17 m3/h Densidad 1000 kg/m3 DATOS DE DISEÑO ACCESORIOS Presión de diseño 0.02 bar Tapa No Temperatura de diseño 800 ºC Válvula seguridad Si Norma de diseño UNE Venteo No Material constructivo Acero inoxidable Fabricante Aqua Limpia Engineering Modelo FAII Referencia NOTAS Anexos 94 Ilustración 44: Resistencia al ensuciamiento, normas TEMA (m2K/kW) (Continuación). Ilustración 45: Tabla 6.5. Correlaciones conv. Forzada, flujo externo, banco de tubos, flujo perpendicular 95 Estudio comparativo de las diferentes opciones de re-valorización de la naranja Ilustración 46: Correlaciones conv. Forzada, flujo interno, conducto circular Anexos 96 Anexo IV: Parámetros de cálculo de adquisición de equipos mediante correlaciones Para las técnicas de estimación de equipos, se utilizan los parámetros Diquima 2006, obtenidos de los apuntes de Ingeniería de Procesos 2018. Ilustración 47: Parámetros compresor y accionamientos eléctricos y no eléctricos. Ilustración 48: Parámetros intercambiadores. 97 Estudio comparativo de las diferentes opciones de re-valorización de la naranja Ilustración 49: Factores de corrección por material en intercambiadores: en general, carcasa, en contacto con el fluido de proceso y tubos. Ilustración 50: Parámetros ventiladores (incluidos motores eléctricos), calderas de combustión y calderas no reactivos. Anexos 98 Ilustración 51: Parámetros calderas y bombas (incluyendo accionamientos eléctricos). Ilustración 52: Parámetros tanques, turbinas, vaporizadores y evaporadores. Ilustración 53: Parámetros según tipos de vaporizadores y evaporadores. 99 Estudio comparativo de las diferentes opciones de re-valorización de la naranja Ilustración 54: Parámetros recipientes horizontales y verticales, incluyendo datos para torres de destilación y columnas empacadas y factores de correcciones por presión. Ilustración 55: Factores de corrección por material. Anexos 100 Ilustración 56: Coste de equipos corregidos por P, T y materiales. 101 REFERENCIAS [1] J. M. d. S. y. Pineda, Industrias transformadoras de frutas y hortalizas, Madrid: Dossat S.A., 1965. [2] Naranja, «La Enciclopedia libre Wikipedia,» [En línea]. Available: https://es.wikipedia.org/wiki/Naranja. [Último acceso: 25 Febrero 2020]. [3] J. d. A. Observatorio de precios y mercados, «Informe semanal de cítricos. Campaña 19/20, semana 3,» 2020. [4] G. P. y. D. S. J. d. A. Conserjería de Agricultura, «El aforo de cítricos para 2018-2019 en Andalucía prevé un incremento del 2,5% con respecto a la campaña anterior,» 19/10/2018. [5] E. Comission, «Statistical Factsheet Spain,» Agriculture and Rural Development, Junio 2019. [6] E. Comission, «The citrus market in the EU: production, areas and yields,» 13 noviembre 2018. [7] V. C. y M. D. I. R. E.-U. Ruíz-Altisent, «Control de calidad en la comercialización de frutas,» Vida Rural, pp. 50-55, 15 mayo 1998. [8] H. R. y. M. Roser, «Environmental impacts of food production,» Our World in Data, 2020. [9] n. 8. Reglamento (CE), «Producción y etiquetado de los productos ecológicos.,» Diario Oficial de la Unión Europea, 28 junio 2007. [10] P. P. G.-C.-P. d. Milano, Special Chemical Tecnologies: Renewable Raw Materials, Milano, 2018. [11] A. E. F. J. Association, «AIJN Liquid Fruit. Market Report 2019,» Brussels, 2019. [12] F. E. U. H. S. V. C. S. A. M. D. P. N. José Luis Hoyos, «Determinación de parámetros fermentativos para la formulación y obtención de vino de naranja (Citrus sinensis),» Facultad de Ciencias Agropecuarias, vol. 8, nº 1, pp. 27-34, Enero-Junio 2010. [13] P. A. M. M., Aceites Esenciales, Medellín: Facultad Química Farmacéutica, Universidad de Antioquía, 2001. [14] A. Waste, «Alimentación animal. Elaboración de pellets». [15] Kozan, «HPLC determination of organic acids, sugars, phenolic compositions and antioxidant capacity of orange juice and orange wine made from a Turkish,» University of Cukurova, Faculty of Agriculture, Department of Food Engineering, Adana, Turkey, 18/12/2008. [16] V. B. Naranjo, Proceso Industrial de Elaboración de Zumo de Naranja, Sevilla, junio 2015. Referencias 102 [17] C. C.-A. Ivonne Cerón-Salazar, «Evaluación del proceso integral para la obtención de aceite esencial y pectina a partir de la cascara de naranja,» Ingeniería y ciencia ISSN 1794-9165, vol. 7, nº 13, pp. 65-86, enero-junio 2011. [18] R. S. Gras, «Guía técnica ainia de envases y embalaje,» Ainia, [En línea]. Available: http://www.guiaenvase.com/bases/guiaenvase.nsf/V02wp/D24C96B9564E2A4EC1256F250063FAA3 ?Opendocument. [Último acceso: 1 mayo 2020]. [19] D. G. y. H. S. Sierra, Purificación y usos del biogás, Cerdanyola del Vallès: Universitat Autònoma de Barcelona, Junio 2017. [20] P. L. Vilches, «Procesos biológicos anaerobios,» DIQA, Universidad de Sevilla, Sevilla, 2018. [21] E. y. R. S. Taersa - Tratamiento de Aguas, «Anaeróbico - EGSB (Expanded Granular Sludge Bed),» Caba, Argentina, 2016. [22] A. T. E. d. C. y. R. (ATECYR), «Guía técnica: Selección de equipos de transporte de fluidos,» Instituto para la Diversificación y Ahorro de la Energía (IDAE), Madrid, junio de 2012. [23] A. M. Torrado, «Citric Acid Production from Orange Peel Wastes by Solid-State Fermentation,» Brazilian Journal of Microbiology, vol. 42, nº 1, pp. 394-409, 2011 Jan-Mar. [24] M. &. E. I. AECOM, Wastewater Engineering Treatment and Resource Recovery, New York NY: McGraw Hill, 2014. [25] J. C. S. P. H. Warren McCabe, «Agitación y mezcla de líquidos,» de Operaciones Unitarias en Ingeniería Química, México D.F., McGraw Hill Interamericana, 2007, p. 261. [26] V. C. Uribe, «DISEÑO Y CÁLCULO DE UN AGITADOR DE FLUIDOS,» Universidad del Bío-bío, Facultad de Ingeniería, Chile, Octubre 2013. [27] M. M. V. y. S. A. M. González, «Reactores Anaerobios de Flujo Ascendente (RAFA's o UASB). Antología,» Laboratorio de Ingeniería Ambiental; Centro Tecnológico Aragón, Aragón, 2011. [28] M. d. l. M. C. Palacio, Tratamiento de Efluentes Gaseosos, Sevilla: Departamento de Ingeniería Química y Ambiental, Universidad de Sevilla, 2020. [29] G. P. S. R. K. Towler, Chemical engineering design principles, practise and economics of plant and process design, Butterworth-Heinemann: Oxford, 2013. [30] «Tarifas de Emasesa para usuarios domésticos, industriales y de otros usos,» EMASESA: Empresa Metropolitana de Abastecimiento y Saneamiento de Aguas de Sevilla S.A., 2020. [En línea]. Available: https://www.emasesa.com/clientes/tu-factura/tarifas/. [Último acceso: 5 mayo 2020]. [31] COGERSA, «Compost COGERSA,» [En línea]. Available: http://www.cogersa.es/metaspace/portal/14498/19176. [Último acceso: abril 2020]. 103 BIBLIOGRAFÍA 1. Pagina web Bodegas García Carrión. http://www.garciacarrion.es/es/donsimon/inicio 2. Línea de producción de Zumo de Fruta. Proyecto Fin de Carrera. Autor: Jaime Solis Guzmán. Profesor: Tomás Lloret García. Escuela Superior de Ingenieros, Universidad de Sevilla (febrero 2005). 3. Proyecto de una industria de extracción, procesado y envasado de zumo de naranja en el municipio de Paiporta, Valencia. Juilio 29019. Autor: Mario Mártín Zapatero. Tutor: Andrés Caballero Calvo. Escuela Técnica Superior de Ingenierías Agrarias, Universidad de Valladolid. 4. Pectin. Chapter 10. Claus Rolin and Joop De Vries. Copenhagen Pectin, DK-4623 Lille Skensved, Denmark. 5. Biogás sostenible a pequeña escala a partir de residuos de la agroindustria para la autosuficiencia energética. Biogas3. Remigio Berruto, Patrizia Busato, Alessandro Sopegno, Lorenzo Venudo, Daniele Rossi 6. Ingeniería Básica de una Planta de Extracción de Aceite Esencial de “Mentha arvensis L.” por Destilación de Arrastre con Vapor. Jesús Ruiz Galán, Sevilla 2019 7. Guía técnica ainia de envases y embalaje. Raquel Sanleón Gras. Dpto. Tecnologías del envase de ainia http://www.guiaenvase.com/bases/guiaenvase.nsf/V02wp/D24C96B9564E2A4EC1256F250063FAA3?Open document 8. Estudio del aceite esencial de la cáscara de la naranja dulce (Citrus sinensis, variedad Valenciana) cultivada en Labateca (Norte de Santander, Colombia) X. Yáñez Rueda, L. L. Lugo Mancilla, D. Y. Parada Parada Bistua: Revista de la Facultad de Ciencias Básicas 2007, 5(1) 9. Determinación de los parámetros óptimos de funcionamiento para un equipo de extracción sólido– líquido en la extracción de aceite esencial de naranja usando un sistema de cáscara de naranja – alcohol etílico. Tesis Germán Martín Ruiz Garay, Juan José Saavedra Rotta. Universidad Nacional Mayor de San Marcos, Facultad de Química e Ingeniería Química (Lima, Perú 2007). 10. Introducción a la obtención de aceite esencial de limón. Mariano Cerutti, Fernando Neumayer (INVENIO Junio 2004) 11. Chemical composition and antimicrobial activity of Gannan navel orange (Citrus sinensis Osbeck cv. Newhall) peel essential oils. National Navel Orange Engineering Research Center, College of Life and Environmental Sciences, Gannan Normal University, Ganzhou City, Jiangxi Province, China. 2019 The Authors. Food Science & Nutrition published by Wiley Periodicals, Inc. 12. Preparation and phycochemical evaluation of chitosan/poly(vinyl alcohol)/ pectin ternary film for food-packaging applications. S. Tripathi, G.K. Mehrotra, P.K. Dutta. Carbohydrate polymers, volume 79, issue 3, 11 february 2010, pages 711-716. 13. Extracción de pectina de residuos de cáscara de naranja por hidrólisis ácida asistida por microondas (HMO). Vanesa Y. Zegada Franco. Centro de investigaciones de Procesos Industriales (CIPI). Universidad Privada Boliviana. Inv. y Des. vol.1 no.15 Cochabaamba 2015. 14. Production of biogas fro banana and plantain peels. Mather O. Ilori, Sunday A. Adebusoye, A.K. Iawal and Oluwatoyin A. Awotiwon. Department of Botany and Microbiology, University of Lagos, Lagos Nigeria. Federal Institute of Industrial Research, Oshodi, Lagos, Nigeria. 2007, AENSI.