Informe Etanol - Docx LISTO

 

Resumen  Actualmente,  Actualme nte, el uso de biocombustibles biocombustibles está siendo considerado considerado una fuente energética renovable alternativa, necesaria para el ambiente. De esta forma, el etanol, es el componente activo esencial de las bebidas alcohólicas y puede obtenerse a través de los procesos de fermentación y la destilación, consistente en la depuración de las bebidas fermentadas, de este modo, el etanol es un compuesto químico que también puede utilizarse como combustible, y su uso se ha extendido principalmente para reemplazar el consumo de derivados del petróleo. Además, es utilizado cada vez más como añadido para oxigenar la gasolina estándar; en el caso de Venezuela, es utilizado solo como aditivo para la gasolina sin plomo actualmente se están construyendo plantas de Etanol el Desarrollo sustentable.

 

CRONOLOGIA Semana 1

El Alcohol etílico o etanol es un líquido compuesto de carbono, hidrógeno y oxígeno que resulta de la fermentación de azúcar o de almidón convertido en azúcar, extraídos ambos de la biomasa. También puede producirse a partir de la celulosa contenida principalmente en los desechos agrícolas, urbanos o forestales. El mismo, se presenta como un líquido incoloro e inflamable con un punto de ebullición de 78 °C. El alcohol etílico cuenta con varias características, por ejemplo: grado alcoholimétrico de 96° min, aspecto líquido transparente e incoloro, olor característico alcohólico, pH neutro, punto de inflamación 14°C, punto de ebullición 78,3°C, y un punto de fusión de -114°C. Semana 2 Historia

En la era posterior a la segunda guerra mundial, los productos derivados del petróleo tenían bajos precios y no se prestó atención a los estudios sobre la producción microbiana de materiales orgánicos a partir de productos vegetales. El cambio y la preocupación vienen a partir de 1970 debido a la escasez del petróleo y el gas natural. La producción de etanol siempre ha tenido como objetivo el consumo humano y la obtención de bebidas alcohólicas concentradas mediante destilación. Su uso como materia prima química se inicia a principios de la microbiología industrial, pero su obtención se lleva a cabo mediante la hidratación catalítica del etileno. No es hasta hace pocos años cuando la atención ha vuelto de nuevo a la producción por fermentación del etanol para fines químicos y como combustible.

 

Semana 3

La fotosíntesis es un proceso en virtud del cual los organismos con clorofila, como las plantas verdes, las algas y algunas bacterias, capturan energía en forma de luz y la transforman en energía química. Prácticamente toda la energía que consume la vida de la biósfera terrestre —la zona del planeta en la cual hay vida— vida — procede de la fotosíntesis. (Waltier, 2008) La fotosíntesis es la mejor forma de captar la energía solar en el planeta tierra, también es la fuente primaria de energía de casi todos los ecosistemas, incluyendo la agricultura sustento de la raza humana. La fotosíntesis tiene su mayor importancia en la producción de energía que sustenta la vida en la tierra, asimismo, la ecuación química de la fotosíntesis es muy sencilla, la clorofila (de plantas y algas) transforma dióxido de carbono y agua produciendo carbohidratos y oxigeno con la ayuda de la luz como fuente de energía, (6 CO2 + 6 H2O → C6H12O6 + 6 O2.)  Semana 4

El biocombustible, es una mezcla de  de  hidrocarburos que se utiliza como combustible en los motores de combustión interna. Deriva de la biomasa,  biomasa,  materia orgánica originada en un proceso biológico, espontáneo o provocado, utilizable como fuente de energía. Como fuente para la producción de etanol en el mundo se utiliza fundamentalmente biomasa. fundamentalmente biomasa. Este  Este etanol es denominado, por su origen, bioetanol, el bioetanol, el mismo, puede producirse a partir de un gran número de  de  plantas, con plantas, con una variación, según el producto agrícola, del rendimiento entre el combustible consumido y el generado en dicho proceso. Este etanol, se perfila como un recurso energético potencialmente sostenible que puede ofrecer ventajas medioambientales y económicas a largo plazo en contraposición a los combustibles los combustibles fósiles. fósiles.    Asimismo, existen dos tipos de este biocombustible: biocombustible: Etanol anhid anhidro ro y el Etanol hidratado y se diferencian entre sí en el contenido de agua que

 

poseen, que es 0.5% en el etanol anhidro y cerca del 5% para el etanol hidratado. El etanol anhidro se utiliza mezclado con gasolinas de origen fósil mientras que el etanol hidratado se utiliza en vehículos que han sido debidamente adaptados para este combustible. El etanol hidratado proviene directamente de la torre de destilación mientras que para obtener etanol anhidro se requiere un proceso adicional para remover la mayoría del agua. Semana 5

Procesamiento del bioetanol El etanol se usa como combustible que, al convertirse en CO2, es adsorbido por los cultivos que proporcionan la materia prima, cerrándose así el ciclo energético. El proceso químico de producción de bioetanol se basa simplemente en una fermentación, que es un cambio químico en las sustancias de naturaleza orgánica llevado a cabo por la acción de enzimas. Lo que ocurre en una fermentación es que las sustancias orgánicas complejas se transforman en otras simples. El tipo de fermentación más importante es la fermentación alcohólica, en la que los azúcares simples como por ejemplo la glucosa se convierten en alcohol etílico y dióxido de carbono. Semana 6 Para el procesamiento del bioetanol se pasan por diversos procesos, entre los cuales destacan, la adecuación de materias primas, que consiste en el proceso en el que se mezclan y preparan las materias primas (jugo claro, meladura y miel B) para que la mezcla de alimento resultante cumpla con las especificaciones requeridas en la fermentación (contenido de azúcares, sólidos y temperatura).

 

La Fermentación, proceso bioquímico efectuado por las levaduras en el que los azúcares presentes en la mezcla de alimento son transformados en etanol y dióxido de carbono, principalmente. Constituye la etapa de mayor cuidado, por ser en la que se genera el producto de interés. En esta etapa se deben manejar condiciones específicas de temperatura, pH, concentración de azúcares y nutrientes, para el desarrollo y buen desempeño de las levaduras. Destilación, operación de separación de mezclas líquidas en sus constituyentes primarios, mediante diferencias de puntos de ebullición. Esta técnica aprovecha que cada sustancia evapora a una temperatura diferente de las otras. Se lleva a cabo en columnas donde la diferencia de temperaturas se logra adicionando calor en el fondo con equipos llamados rehervidores, mientras que por la parte superior o cima, las corrientes son retiradas y enfriadas con equipos denominados condensadores.

Y finalmente, la deshidratación, etapa del proceso de producción de etanol carburante en la que se busca obtener un producto de elevada

 

concentración de etanol (> 99.5 % v/v) retirando el agua remanente, bien sea mediante técnicas de adsorción por tamices moleculares, o utilizando otras técnicas

como

la

destilación

azeotrópica,

destilación

extractiva

o

pervaporación. Semana 7

Elaboración de alcohol etílico El proceso de obtención de alcohol etílico, se puede dividir en dos partes, 1) Proceso de fermentación por Batch: Mediante la utilización de una cepa de levaduras denominadas sacharomicescereviseae (más comúnmente conocida

como―levadura de pan‖), se procede a fermentar mostos como―levadura

azucarados, los cuales tienen como materia materia prima la melaza tipo ―C‖ (o miel agotada después de un tercer cocimiento para obtención de azúcar) mezclada con jugo mixto de caña de azúcar. La relación de mezcla es la suficiente de tal manera que la suma de los azúcares reductores totales puedan ser transformados en alcoholes con una concentración cercana a 8  –   –  8,5 % (v/v) de alcohol en vino. La levadura tiene la particularidad de ser un microorganismo facultativo, es decir, que puede vivir con o sin aire, teniendo desde ya funciones distintas según sea el proceso:  A)

Con aire, proceso aeróbico: los azúcares presentes presentes son utilizados utilizados

por las levaduras para nutrición y reproducción. B)

Sin

aire, proceso

anaeróbico:

los azúcares

presentes son

sometidos a un proceso de fermentación mediante un proceso deglicólisis, en dónde participan una serie de enzimas que han de llevar al monosacárido glucosa y/o fructosa a aldehído pirúvicoy una oxidación final lo transforma en alcohol etílico, con un desprendimiento de calor, y de CO2, los cuales deben ser retiradosdel medio para que la reacción continúe.

 

Para iniciar el proceso de fermentación, se parte de una cantidad de levadura prensada, la cual se hace reproducir en unos tanques denominados ―prefermentadores‖, tanques en que se han de agregar además de los azúcares antes mencionados, aire y nutrientes que proveerán los elementos básicos tanto para la nutrición como para la reproducción. En el proceso de reproducción se debe tener en cuenta la levadura inicial que se utilice, y utilizar la cantidad de levaduras que cada cuba de fermentación necesita para el proceso de fermentación. Semana 8

La fermentación alcohólica es un proceso un proceso biológico de  de  fermentación en plena ausencia de aire de aire (oxígeno - O2), originado por la actividad de algunos microorganismos que procesan los hidratos de carbonopara carbonopara obtener como productos finales: un alcohol en forma de etanol de etanol (cuya fórmula química es: CH3-CH2-OH) -OH),, dióxido de carbono (CO2) en forma de gas y unas moléculas de  ATP que consumen los propios microorganismos en su metabolismo celular energético anaeróbico, según Castillo, (2010). El etanol resultante se emplea en la elaboración de algunas bebidas algunas bebidas alcohólicas, tales alcohólicas, tales como el vino, el vino,   la cerveza,  cerveza,  la sidra,  sidra,  el cava,  cava,  etc. Aunque en la actualidad se empieza a sintetizar también etanol mediante la fermentación a nivel industrial a gran escala para ser empleado como biocombustible. como biocombustible.   La fermentación alcohólica tiene como finalidad biológica proporcionar energía anaeróbica a los microorganismos   unicelulares (levaduras)  (levaduras)  en ausencia de oxígeno a partir de la glucosa. En el proceso las levaduras obtienen energía disociando las moléculas de glucosa y generan como desechos alcohol y dióxido de carbono CO2. Las levaduras y bacterias causantes de este fenómeno son microorganismos muy habituales en las frutas y cereales y contribuyen en gran medida al sabor de los productos fermentados.   fermentados.

Una

de

las

principales

características

de

estos

 

microorganismos es que viven en ambientes completamente carentes de oxígeno (O2), máxime durante la reacción química, por esta razón se dice que la fermentación alcohólica es un proceso anaeróbico. (C6H12O6 → 2 −

+

CH3COCOO  + 2 H2O + 2H ) 

Semana 9 La destilación, es un proceso que consiste en calentar un líquido hasta que sus componentes más volátiles pasan a la fase de vapor y, a continuación, enfriar el vapor para recuperar dichos componentes en forma líquida por medio de la condensación. El objetivo principal de la destilación es separar una mezcla de varios componentes aprovechando sus distintas volatilidades, o bien separar los materiales volátiles de los no volátiles. En la evaporación y en el secado, normalmente el objetivo es obtener el componente menos volátil; el componente más volátil, casi siempre agua, se desecha. La destilación depende de parámetros como: El equilibrio liquido vapor, temperatura, presión, composición, energía.El equilibrio entre el vapor y el líquido de un compuesto está representado por la relación de moles de vapor y líquido a una temperatura determinada, también puede estudiarse este equilibrio a partir de sus presiones de vapor.La temperatura influye en las presiones de vapor y en consecuencia de la cantidad de energía proporcionada al sistema, también influye en la composición del vapor y el líquido ya que esta depende de las presiones del vapor.

 Asimismo, la presión tiene directa influencia en los puntos de ebullición de los líquidos orgánicos y por tanto en la destilación. La composición es una consecuencia de la variación de las presiones de vapor, de la temperatura que fijan las composiciones en el equilibrio. Puntos de ebullición, son aquellos puntos o temperaturas de compuestos puros a las que sus

 

presiones de vapor igualan a la presión atmosférica, produciéndose el fenómeno llamado ebullición.

Semana 10

En química,  química,  el enfoque gráfico presentado por McCabe y Thiele en 1925,   conocido como el método de McCabe-Thiele, se considera el más 1925, simple y quizás el más ilustrativo para el análisis de la destilación la  destilación fraccionada binaria. Este método usa el hecho de que la composición de cada plato teórico (o etapa de equilibrio) está totalmente determinada por la fracción molar de uno de los dos componentes del destilado. El método de McCabeThiele se basa en el supuesto de desbordamiento de molar constante que exige que: los calores molares de vaporización de los componentes de la alimentación son iguales, así para cada mol de líquido vaporizado se condensa un mol de vapor, los efectos del calor, tales como calores de disolución y la transferencia de calor hacia y desde la columna de destilación se consideran despreciables. (Fuente: wikipedia.org) Semana 11 

La deshidratación de etanol juega un papel crucial en el proceso de obtención de alcohol carburante en especial cuando se consideran los costos del proceso global. Para la etapa de recuperación del producto proveniente de caldos de fermentación se han propuesto varias tecnologías las cuales comprenden generalmente una destilación convencional seguida de una etapa de

deshidratación

que

se

realiza

por

métodos

como

la

destilación azeotrópica, la destilación extractiva, la destilación al vacío y la adsorción con tamices moleculares.Se trata también de una reacción de eliminación. El ácido empleado suele ser ácido sulfúrico (H2SO4) o ácido fosfórico (H3PO4) y la eliminación se lleva a término separando los productos

 

a medida que se forman con lo cual se consigue desplazar el equilibrio hacia la derecha, siguiendo el principio de Le Chatelier. Semana 12

Hidrólisis del bagazo. El bagazo de caña de azúcar es un material lignocelulósico

constituido

principalmente

por

celulosa

(38-50%),

hemicelulosa (17-32%) y lignina (15-30%). Seobtiene como subproducto de la molienda de caña de azúcar (Saccharumofficinarum) en los centrales azucareros y representa aproximadamente entre el 25 y 40%del total de materia procesada, dependiendo del contenido de fibra de la caña y la eficiencia en la extracción del jugo.

Debido al alto contenido de

carbohidratos y al bajo contenido de lignina, así como su disponibilidad, el bagazo puede ser considerado como un residuo agroindustrialcon un alto potencial para obtener azúcares fermentables.

Se

han

utilizado

una

serie

de

tratamientos

para

aumentarla

accesibilidad de la celulosa, siendo la hidrólisis ácidauno de los métodos más frecuentes, tanto con ácido concentrado como diluido. Se ha reportado el uso de variosácidos, siendo el ácido sulfúrico el más utilizado dada sus ventajas de cortos tiempos de reacción y bajo costo. El uso de ácidos concentrados resulta menos atractivo para la obtención de azúcares, con miras a la producción de etanol, debido a la formación de compuestos inhibidores de los microorganismos utilizados en los procesos de fermentación.

Semana 13 Fermentación del azúcar de caña  Antes de que puedan puedan ser destilados, destilados, el ―guarapo‖ o la melaza deben ser convertidos en un líquido alcohólico (mosto o "vino de caña") por medio de la fermentación. La fermentación, efectuada por levaduras, convierte el azúcar

 

(sacarosa) en dióxido de carbono y alcohol (alcohol etílico, en este caso). Primero, se prepara una solución con un contenido aproximado de 15% de azúcar diluyendo la melaza con agua cuya calidad es realmente importante. Sin embargo, es frecuente fermentar el jugo de caña, para el "rhumagricole", sin agregar agua siempre que el contenido natural de azúcar sea bajo.  Aunque es posible usar las levaduras levaduras silvestres silvestres presentes presentes en el aire para inducir la fermentación, la mayoría de los productores utilizan cepas mejoradas de levaduras para contribuir a desarrollar las características de los diferentes rones. La tasa de fermentación puede controlarse por medio de la temperatura y depende enteramente del tipo de líquido fermentado requerido por el destilador. Si se desea un ron ligero, la fermentación puede completarse en tan corto tiempo como 12 horas, aunque la práctica normal es de uno o dos días. La fermentación lenta - que puede tomar hasta 12 días. Al completarse la fermentación, el mosto resultante tiene un contenido alcohólico entre 5 y 9 por ciento. Semana 14

La biomasa es la utilización de la materia orgánica como fuente energética. Por su amplia definición, la biomasa abarca un amplio conjunto de materias orgánicas que se caracteriza por su heterogeneidad, tanto por su origen como por su naturaleza. En el contexto energético, la biomasa puede considerarse como la materia orgánica originada en un proceso biológico, espontáneo o provocado, utilizable como fuente de energía. Estos recursos biomásicos pueden agruparse de forma general en agrícolas y forestales. También se considera biomasa la materia orgánica de las aguas residuales y los lodos de depuradora, así como la fracción orgánica de los residuos sólidos urbanos (FORSU), (INCI, 2003) y otros residuos derivados de las industrias.

 

La valoración de la biomasa puede hacerse a través de cuatro procesos básicos mediante los que puede transformarse en calor y electricidad: combustión, digestión anaerobia, ana erobia, gasificación gasifi cación y pirolisis. pirol isis. Existen diversos divers os tipos, la biomasa natural, la cual es la que se produce en la naturaleza sin la intervención humana; la biomasa residual que es la que genera cualquier actividad humana, principalmente en los procesos agrícolas, ganaderos y los del propio hombre, tal como, basura doméstica y aguas residuales. Y biomasa producida: es la cultivada con el propósito de obtener biomasa transformable en combustible, en vez de producir alimentos, como la caña de azúcar en Brasil, orientada a la producción de etanol para carburante.

Semana 15

Generalmente, cuanto mayor es el contenido de etanol en una mezcla de gasohol, más baja es su conveniencia para los motores corrientes de automóvil. El etanol puro reacciona o se disuelve con ciertos materiales de goma de  goma y plásticos y no debe utilizarse en motores sin modificar. Además, el etanol puro tiene un octanaje un octanaje mucho más alto, requiriendo por tanto cambiar el  el  cociente de compresión o la  la  sincronización de la chispa para obtener el rendimiento máximo. Cambiar un automóvil que utilice gasolina pura como combustible a un coche que utilice etanol puro como combustible, necesita carburadores necesita  carburadores y caudales más grandes (un aumento de área de cerca del 30-40%). Por otro lado, el metanol requiere un aumento uniforme más grande de área, aproximadamente 50% más grande. El término E85 término E85 se utiliza para la mezcla de un 15% de gasolina (por volumen) y de un 85% de etanol. Esta mezcla tiene un octanaje de cerca del 105. Lo cual es sensiblemente más bajo que el etanol puro, pero mucho mayor que el de la gasolina normal. La

 

adición de una pequeña cantidad de gasolina ayuda a un motor convencional a arrancar al estar el motor (y el combustible) frío. Semana 16

El daño al ambiente que está dejando el uso de combustibles fósiles es uno de los criterios que lleva a plantear en foros internacionales la premura de desarrollar tecnologías alternativas. El llamado que hace el Protocolo de Kioto a comprometerse en la disminución de emisión de gases de efecto invernadero

justificaría,

en

primera

instancia,

la

producción

de

biocombustibles que, para algunos expertos en la materia, prometen condiciones de sustentabilidad que no cumplen los combustibles fósiles. Desde una perspectiva meramente económica y de rentabilidad, el desarrollo de bioenergéticos se presenta como una alternativa que permitirá desarrollar una economía menos dependiente de las importaciones del petróleo y del comportamiento de los precios internacionales de éste, el Grupo de los 8 y en especial Estados Unidos tienen importantes proyectos de bioenergéticos a desarrollar. Su producción puede resultar eficaz, sobre todo si se utilizan los avances de la ingeniería genética, que posibilitan el incremento de la eficiencia en el proceso de fotosíntesis —la cual permite la producción de etanol— etanol—, la modificación genética para optimizar la conversión de la pulpa de la remolacha azucarera, la optimización de la producción mediante la creación de variedades resistencia a insectos y tolerancia a herbicidas, entre otro.