Proyecto_Produccion de aceite de palma, Resúmenes de Matemáticas

¡Descarga Proyecto_Produccion de aceite de palma y más Resúmenes en PDF de Matemáticas solo en Docsity! 1 El Balance de Masa dentro de la elaboración del aceite de Palma Camila Peralta, Ismael Manobanda Escuela Superior Politécnica de Chimborazo Ingeniería Química Balance de Masa: 2A Noviembre 17, 2023 2 Índice INTRODUCCION...........................................................................................................................6 ANTECEDENTES..........................................................................................................................7 Antecedentes y Ubicación:..................................................................................................7 Operaciones y Procesos Unitarios:......................................................................................7 Balances de Masa y Eficiencia:...........................................................................................7 JUSTIFICACION............................................................................................................................8 OBJETIVOS....................................................................................................................................9 OBJETIVO GENERAL.......................................................................................................9 OBJETIVOS ESPECÍFICOS..............................................................................................9 MARCO TEÓRICO......................................................................................................................10 Aceite de Palma.................................................................................................................10 Origen y Producción:.........................................................................................................10 Aplicaciones:.....................................................................................................................10 Alimentos:..............................................................................................................10 Cosméticos:............................................................................................................10 Productos para el Hogar:.......................................................................................10 Desafíos Ambientales y Sociales Asociados al Aceite de Palma:.....................................10 Impacto Ambiental:...............................................................................................10 Problemas Sociales:...............................................................................................11 Aceite de Palma: Descripción del Producto......................................................................12 Características Físicas:.......................................................................................................12 Color:.....................................................................................................................12 5 Introducción El aceite de palma es una materia prima esencial en la fabricación de una amplia gama de productos, desde alimentos hasta cosméticos y productos de limpieza. El aceite de palma, esencial en la elaboración de una variedad de productos cotidianos, representa un campo de estudio rico en desafíos y posibilidades. Desde la plantación hasta la extracción y refinación, cada fase del proceso involucra operaciones unitarias y procesos químicos que demandan un análisis minucioso el cual nos va a permitir cómo funcionan estas operaciones como se aplican dentro del balance de masa. Como estudiantes, nos embarcamos en este proyecto con la intención de sumergirnos en la investigación aplicada dentro del balance de masa. Aspiramos a entender el funcionamiento del balance de masa en la producción de aceite de palma, desde el análisis de los flujos de materiales hasta la metodología apoyada en principios de ingeniería química y procesos industriales. Este trabajo se sumerge en la producción de aceite de palma, explorando los procesos desde la plantación hasta la refinación, y analizando las dinámicas y procesos que definen esta industria alimenticia clave. A través de un enfoque detallado, buscamos arrojar luz sobre cómo funciona el balance de masa dentro del contexto de la producción del aceite de palma, brindando una perspectiva integral sobre la producción de aceite de palma en el contexto global. 6 Antecedentes La empresa a investigar y tomar en cuenta es: Wilmar International Limited. Antecedentes y Ubicación: Wilmar International Limited es una empresa multinacional con sede en Singapur y es una de las mayores compañías de aceite de palma del mundo. Fundada en 1991, la empresa ha crecido rápidamente y se ha expandido a lo largo de los años, estableciendo operaciones en varios países de Asia, África y América Latina. Operaciones y Procesos Unitarios: Wilmar opera plantaciones de palma en diferentes regiones tropicales. Utiliza tecnologías avanzadas para la producción de aceite de palma, incluyendo métodos de extracción por solventes y prensado en frío para maximizar el rendimiento del aceite. La empresa también se ha enfocado en la implementación de prácticas agrícolas sostenibles y ha desarrollado sistemas de gestión ambiental para reducir su impacto en los ecosistemas circundantes. (Wilmar International Limited: grupo agroindustrial líder en Asia, 2013) Balances de Masa y Eficiencia: Wilmar realiza análisis detallados de balances de masa en sus operaciones. Monitorean cuidadosamente la cantidad de frutas de palma que ingresan al proceso y utilizan sistemas de seguimiento para controlar los productos intermedios y subproductos generados. Esta atención meticulosa a los balances de masa les permite optimizar sus procesos y minimizar los desperdicios, contribuyendo así a la eficiencia y sostenibilidad de sus operaciones. 7 La capacidad de producción de Wilmar varía según la ubicación y las instalaciones específicas. La empresa emplea a una gran cantidad de trabajadores en sus plantaciones y unidades de procesamiento en todo el mundo. En términos de costos de producción, Wilmar ha implementado prácticas eficientes para mantener los costos operativos lo más bajos posible, incluyendo la inversión en tecnologías avanzadas y la mejora continua de sus procesos. (Wilmar International Limited: grupo agroindustrial líder en Asia, 2013) (Butler, 2014) Justificación El proyecto propuesto tiene como justificación fundamental la aplicación del Balance de Masa en cada proceso unitario de la producción de aceite de palma, así como el control y minimización de las pérdidas de materia prima y el aumento de su rendimiento. El proyecto se centra en la aplicación del Balance de Masa en la fabricación del aceite de palma, desde la materia prima hasta el producto final refinado y listo para el mercado. El Balance de Masa se presenta como una herramienta esencial para controlar cada etapa del proceso de producción. Al identificar y cuantificar las pérdidas en cada fase, la empresa puede implementar estrategias específicas para minimizar estos desechos y, por ende, optimizar el rendimiento del proceso. La aplicación rigurosa del Balance de Masa no solo conduce a una reducción de las pérdidas, sino que también mejora la eficiencia operativa y disminuye los costos asociados. Esta aplicación específica permitirá no solo mejorar la eficiencia operativa, sino también garantizar que el producto final cumpla con los estándares de calidad requeridos, lo que fortalece y ayuda a la empresa investigada en el mercado. 10 Desafíos Ambientales y Sociales Asociados al Aceite de Palma: Impacto Ambiental: Deforestación: La expansión de las plantaciones de palma de aceite ha llevado a la deforestación de bosques tropicales, lo que resulta en la pérdida de hábitats naturales y la disminución de la biodiversidad. (Butler, 2014) Emisiones de Gases de Efecto Invernadero: La deforestación y el drenaje de turberas para las plantaciones de palma liberan grandes cantidades de carbono en forma de gases de efecto invernadero. Problemas Hídricos: Las plantaciones de palma pueden agotar los recursos hídricos locales y contribuir a la escasez de agua en áreas cercanas. (Butler, 2014) Problemas Sociales: Desplazamiento de Comunidades: Las comunidades locales, incluyendo pueblos indígenas, han sido desplazadas de sus tierras para dar paso a las plantaciones de palma. Condiciones Laborales: En algunas plantaciones, se han informado condiciones laborales precarias y explotación de trabajadores, incluyendo salarios bajos y falta de derechos laborales. Conflicto con la Agricultura Tradicional: La expansión de las plantaciones de palma ha llevado a conflictos con la agricultura tradicional y ha afectado la seguridad alimentaria de las comunidades locales. Estos desafíos han llevado a un aumento en la demanda de aceite de palma producido de manera sostenible y certificado, así como a un mayor escrutinio y regulación de la industria por parte de organizaciones y gobiernos internacionales. (Butler, 2014) (Rodríguez, 2023) 11 Aceite de Palma: Descripción del Producto El aceite de palma es un aceite vegetal versátil y ampliamente utilizado que se extrae del fruto de la palma de aceite (Elaeis guineensis). Es conocido por su color rojo intenso debido a su alto contenido de carotenoides, que son compuestos antioxidantes. A continuación, se presenta una descripción detallada del aceite de palma: Características Físicas: Color: Rojo oscuro a rojo anaranjado debido a la presencia de carotenoides. Textura: Líquido a temperatura ambiente; se solidifica a temperaturas más bajas debido a su alto contenido de ácidos grasos saturados. (Rodríguez, 2023) Composición Química: Ácidos Grasos Saturados: Principalmente ácido palmítico (alrededor del 44%), seguido de ácido esteárico (alrededor del 5%). Ácidos Grasos Insaturados: Contiene ácido oleico (alrededor del 40%) y ácido linoleico (alrededor del 10%). Vitaminas: Rica en vitamina E y contiene pequeñas cantidades de otras vitaminas como la vitamina K. Usos y Aplicaciones: Industria Alimentaria: Se utiliza en la fabricación de margarina, productos de panadería, galletas, productos fritos, sopas enlatadas, helados y una amplia gama de alimentos procesados debido a su estabilidad y versatilidad en la cocina. 12 Cosmética y Cuidado Personal: Presente en productos de cuidado de la piel, cremas, lociones, champús y jabones debido a sus propiedades hidratantes y emolientes. Productos para el Hogar: Se encuentra en detergentes, velas y productos de limpieza debido a su capacidad para producir espuma y actuar como un agente emulsionante. Biodiesel: En algunos países, se utiliza en la producción de biodiesel como una fuente de energía renovable. (Rodríguez, 2023) Especies utilizadas dentro de la elaboración de aceite de palma: Existen varias variedades de palmas que se cultivan para la producción de aceite de palma. Sin embargo, la especie principal utilizada en la producción comercial de aceite de palma es la palma africana (Elaeis guineensis). (Descripción detallada del proceso de extracción de aceite de palma mejorado, s/f) Elaeis guineensis Esta especie es nativa de África y es la fuente primaria de aceite de palma a nivel mundial debido a su alta productividad y rendimiento de aceite por unidad de área cultivada. La palma africana se cultiva en regiones tropicales de África, Asia y América del Sur. Es especialmente común en países como Nigeria, Indonesia, Malasia, Tailandia y Colombia, donde las condiciones climáticas son adecuadas para su crecimiento. La especie Elaeis guineensis se ha desarrollado a lo largo de los años a través de selección genética para mejorar su productividad y resistencia a enfermedades. (Rodríguez, 2023) Elaeis oleifera, Elaeis oleifera, comúnmente conocida como palma americana o palma de aceite de América, es una especie de palma que pertenece a la misma familia que la palma africana, la 15 partículas que determinan la turbiedad se agrupen, formando flóculos cuya precipitación y remoción son mucho más simple. La clarificación consiste en la eliminación de todo tipo de partículas, sedimentos, aceites y materia orgánica del agua. (McCABE, 2007) Sedimentación: Se trata de una operación de separación sólido-fluido en la que las partículas sólidas de una suspensión, más densas que el fluido, se separan de éste por la acción de la gravedad. Es una operación controlada por la transferencia de cantidad de movimiento. La sedimentación se utiliza para separar las partículas sólidas dispersas en un líquido. La diferencia de densidades entre las partículas sólidas y el líquido hace que, aunque éste último tenga un movimiento ascendente y las partículas sólidas sedimenten, depositándose en el fondo de donde son eliminadas en forma de lodos. (Zarzosa González, H. J. & Guerrero Ballesteros, Á., 2021) Centrifugado: La centrifugación es una técnica de separación que se utiliza para aislar o concentrar partículas suspendidas en un líquido aprovechando la diferente velocidad de desplazamiento según su forma, tamaño o peso al ser sometidas a una fuerza centrífuga. (Zarzosa González, H. J. & Guerrero Ballesteros, Á., 2021) Secado: Operación unitaria cuyo fundamento consiste en separar la humedad de sólidos por medio de una corriente de gas que generalmente es aire. El secado involucra procesos simultáneos de transferencia de energía y de masa. 16 Sirve para diseñar procesos de preservación de materiales que son susceptibles a la descomposición por factores físicos y/o biológicos, el secado facilita el manejo y almacenaje de productos, puede reducir costos de transporte y de distribución. (Zarzosa González, H. J. & Guerrero Ballesteros, Á., 2021) Tarea 2 Procesos Químicos: Hidrólisis: En este proceso, los triglicéridos presentes en el aceite de palma se descomponen en ácidos grasos y glicerol. Esto se hace mediante la acción de enzimas naturales o a través del uso de álcalis como el hidróxido de sodio. La hidrólisis es esencial para separar los componentes básicos del aceite. (DESCRIPCION DETALLADA DEL PROCESO DE EXTRACCION DE ACEITE DE PALMA MEJORADO, s/f) Esterificación: Durante este proceso, los ácidos grasos liberados durante la hidrólisis se combinan con moléculas de glicerol para formar triglicéridos. Esta reacción química es conocida como esterificación y es crucial para la estructura molecular del aceite. Los triglicéridos son la forma en que los ácidos grasos se almacenan en el aceite y son el componente principal del aceite de palma. Neutralización: Después de la hidrólisis y la esterificación, el aceite crudo puede contener ácidos grasos libres y otras impurezas. Para eliminar estos ácidos grasos y reducir la acidez, el aceite se trata con una solución alcalina, típicamente hidróxido de sodio. Este proceso se llama neutralización y ayuda a mejorar la calidad y la estabilidad del aceite. (Rodríguez, 2023) Decoloración: El aceite de palma crudo a menudo tiene un color oscuro debido a la presencia de pigmentos naturales. Para obtener un color más claro, el aceite se trata con 17 sustancias adsorbentes como arcillas activadas. Estos adsorbentes eliminan los pigmentos no deseados, un proceso conocido como decoloración. Desodorización: Durante la desodorización, el aceite se calienta a altas temperaturas al vacío para eliminar compuestos volátiles y olores no deseados. Este proceso es esencial para mejorar el sabor y el aroma del aceite. (Vista de Procesamiento y control del aceite de palma, s/f) Hidrogenación (opcional): En algunos casos, el aceite de palma se somete a hidrogenación, donde se le añade hidrógeno para saturar los ácidos grasos insaturados. Esto puede hacer que el aceite sea más sólido a temperatura ambiente y se utiliza en la producción de grasas para productos como margarina y productos de panadería. Estos procesos químicos son fundamentales en la producción de aceite de palma y se llevan a cabo con cuidado para garantizar la calidad y la seguridad del producto final. (DESCRIPCION DETALLADA DEL PROCESO DE EXTRACCION DE ACEITE DE PALMA MEJORADO, s/f) Operaciones de trasformación Hidrogenación: La hidrogenación es un proceso químico en el cual los ácidos grasos insaturados presentes en el aceite se saturan mediante la adición de hidrógeno. Esto convierte el aceite líquido en una grasa sólida a temperatura ambiente, creando grasas saturadas que son útiles en la fabricación de margarina, productos para untar y ciertos tipos de alimentos procesados. (Vista de Procesamiento y control del aceite de palma, s/f) Interesterificación: En este proceso, los ácidos grasos en el aceite de palma se redistribuyen para alterar sus propiedades físicas y químicas. La interesterificación puede ser química (con el uso de catalizadores) o enzimática (con enzimas específicas). Este proceso se 20 El aceite se calienta al vacío para eliminar compuestos volátiles y olores no deseados. Este proceso mejora el sabor y el aroma del aceite de palma. Fraccionamiento (Opcional): En algunas instalaciones, el aceite se separa en fracciones, como estearina (sólida a temperatura ambiente) y oleína (líquida a temperatura ambiente), para adaptarlo a diferentes aplicaciones. Estas fracciones tienen diferentes usos industriales y culinarios. (Butler, 2014) Hidrogenación (Opcional): Algunas fracciones del aceite se someten a hidrogenación para convertir ácidos grasos insaturados en saturados, lo que produce grasas más sólidas a temperatura ambiente. Esto es opcional y depende del producto final deseado. Envasado y Almacenamiento: Finalmente, el aceite de palma refinado y procesado se envasa en diferentes formatos y se almacena en condiciones adecuadas para mantener su calidad antes de ser distribuido para su venta y consumo. (Vista de Procesamiento y control del aceite de palma, s/f) El diagrama de bloques emerge como una herramienta fundamental para descomponer y comprender la estructura funcional del proceso. Al dividir la producción en bloques discretos, este enfoque ofrece una visión panorámica que facilita la identificación de las operaciones clave y sus interconexiones. 21 Figura 1: Diagrama de bloques del proceso de producción del aceite de palma 22 Notas: Diagrama de bloques del proceso de extracción y producción del aceite de palma. En el ámbito técnico y minucioso de la producción de aceite de palma, la claridad y precisión son fundamentales. La representación visual de los diversos pasos involucrados en este proceso a través de un diagrama de flujo se convierte en una herramienta esencial para la comprensión y optimización de las operaciones. Este diagrama, una manifestación gráfica de las interconexiones entre las operaciones unitarias y procesos químicos, sirve como un plano detallado que guía la ejecución eficiente de la producción Tarea 4: Figura 2: Diagrama de flujo de la producción del aceite de palma 25 8 Sedimentador El tanque de sedimentación recibe el aceite crudo del tanque de clarificación y separa impurezas muy pequeñas fibras, arena, lodos, etc. Las partículas más pesadas precipitan y van siendo eliminadas directamente a los florentinos para volver a pasar por el proceso de centrifugación 9 Centrifugador a Los lodos que fueron eliminados en la clarificación y sedimentación pasan al proceso de centrifugación, esto se realiza con el objetivo de separar la capa aceitosa para recircular al proceso de clarificación 10 Secador El aceite ya clarificado sedimentado y centrifugado pasa al deshidratador en donde se extraen los posibles restos de humedad que contenga el producto y se los envían al tanque de almacenamiento 11 Tanque de lodos Almacena todos los residuos de los procesos como sedimentación, clarificación y centrifugado 12 Desarenador El propósito del desarenador es reducir el contenido de arena del sedimento a un nivel mínimo, para minimizar el desgaste de la centrifuga y el bloqueo de las tuberías. 13 Tanque de Almacenamient o El producto final es enviado hacia los tanques de almacenamiento en donde mediante tuberías, el aceite se distribuirá hacia las empresas que lo compren, es importante mencionar que debido al a demanda del producto no hay un stock de almacenamiento. 26 N° Instrumentos Descripción de uso Diagrama 1 Banda Transportador a La función de esta banda es transportar la fruta hacia dentro de tanques o maquinarias que procesaran la materia prima, evitando el arduo y peligroso trabajo que conlleva transportar la fruta manualmente 2 Elevador Cumple la misma función que una banda transportadora, la diferencia radica en que, este instrumento es impulsado por un motor 3 Válvulas Las válvulas son utilizadas para controlar el flujo de un fluido abriendo o cerrando pasos en un sistema de tubería, de esta manera se asegura tener un total control sobre las cantidades de producto permitiendo detectar fallos en los procesos Tabla 2: Equipos, bombas y Válvula 27 Equipos opcionales de procesos dentro de la producción: La hidrogenación y el fraccionamiento son procesos específicos y opcionales que pueden ocurrir en la refinación del aceite de palma. (Vicente, 2017) Tabla 3: Equipos dentro de la Hidrogenación: N° Instrumentos Descripción de uso Diagrama 1 Reactor de Hidrogenación (Hydrogenation Reactor): Este equipo permite la reacción química de hidrogenación, donde el hidrógeno se incorpora al aceite de palma para reducir la presencia de ácidos grasos insaturados. (Vicente, 2017) 2 Catalizador (Catalyst.): Utilizado en el reactor, el catalizador facilita la hidrogenación, acelerando la reacción química sin consumirse en el proceso. 3 Separadores y Filtros (Separators and Filters.): Los separadores y filtros se utilizan para separar los productos hidrogenados y cualquier catalizador residual del aceite de palma.