Antecedentes

trabajo proyecto etanol

1. INSTITUTO TECNOLÓGICO DE CIUDAD CUAUHTEMOC

TRABAJO. ETANOL
GABRIEL ORTEGA
JENNIFER TOQUINTO
ALAN BENCOMO
ROBERTO MORALES
TITULAR DE LA MATERIA.
ING. CESAR LEONARDO DELVAL ANAYA

MATERIA. QUIMICA
CARRERA. INGENIERIA INDUSTRIAL

A 13 DE DICIEMBRE DEL 2013

3. Introduccion


En la actualidad hablar de energ´ıa y no hablar de biocombustibles es casi
imperdonable. El tema del calentamiento global es de igual forma uno de
los mas mencionados, no solo en el argot pol´ıtico, sino entre la comunidad
cient´ıfica.
Los aumentos en la temperatura del planeta han sido el principal motor de
una serie de teor´ıas alrededor de los gases invernadero y sus efectos
demoledores para el planeta. Para solucionar, o por lo menos parchar
temporalmente este grave problema, una de las herramientas m´as
aceptadas social y cient´ıficamente es la sustituci´on de los combustibles fosiles
por energ´ıas alternativas y concre- tamente, hoy en d´ıa la mas viable, la
produccion de bioetanol.

El mercado de biocombustibles crece con pasos agigantados, mientras los
avances tecnologicos procuran mantener ese ritmo de crecimiento. Es por
ello que a lo largo de este proyecto se estudia la produccion de etanol en
todas sus etapas; desde la fermentaci´on del almid´on de trigo, hasta la
purificacion del etanol, buscando idealmente una soluci´on anhidra. Si bien esta
u´ltima condici´on no se cumplio, se llevaron a cabo todas las etapas. El proceso
se describe a detalle a lo largo del trabajo.

4. Antecedentes
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.
Para que un proceso tenga éxito, debe ser rentable y esto es lo que determinará su
viabilidad. Para ello, se deben conseguir una serie de requisitos:
- Bajo coste del transporte de las materias primas
- Bajo coste de la conversión de polímeros a mono y disacáridos utilizables
- Uso de cultivos mixtos para catabolizar diferentes substratos y convertirlos en
metabolitos deseados
- Utilización de procesos anaerobios debido a la elevada demanda de energía de la
aireación
- Uso de cepas termófilas para ahorrar costes en enfriamiento, conseguir velocidades
de conversión más altas y reducir la contaminación
- El proceso debe ser adaptable al cultivo continuo
- Bajo coste de la recuperación y concentración
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.
Entre los países en los que se están llevando a cabo estudios intensivos sobre la
producción de etanol a partir de carbohidratos como la sacarosa y el almidón, se debe
destacar Brasil dado que tiene el clima y terreno adecuados para la producción a gran
escala de azúcar de caña. Sin embargo, la eficiencia del rendimiento de energía
(relación de demanda de energía y energía producida) varía según el material de
partida. Esta relación es la siguiente:
* Remolacha: 86% * Tapioca: 50%
* Patatas: 59% * Azúcar de caña: 66%
* Maíz: 25%

5. Históricamente hablando, la producción de azúcar de caña se ha autoabastecido en
su consumo energético a través del uso del gabazo como combustible, para ello, en
su desarrollo, esta industria ha encontrado numerosas soluciones técnicas que han
permitido que varias de sus instalaciones brinden un sensible aporte energético en los
territorios en los cuales están ubicadas. Por otro lado, el desarrollo de los procesos
fermentativos y de transferencia de masa han permitido emplear los sustratos
azucarados como fuente de obtención de productos químicos y portadores
energéticos como es la experiencia del Brasil con la producción de bioalcohol
combustible y como insumo de una importante industria alcoquímica. Es aquí donde
se incluye la producción del etanol.
Estos bioalcoholes tienen un aprovechamiento como materia prima y combustible. Se
ha comenzado ya a explorar nuevos procesos catalíticos que empleen etanol como
materia prima. Entre éstos, se destaca la obtención de 1,1 dietoxi etano (acetal) a
partir de etanol y acetaldehído, empleando silicoaluminatos acidificados como agente
catalítico.
El acetal en principio se usaba como disolvente, narcótico... Sin embargo, en los
últimos años ha surgido una nueva e interesante aplicación del acetal como aditivo
oxigenado de combustibles líquidos, en particular de gas-oil. Ello ha modificado el
panorama de demanda del mismo. Según experiencias realizadas en Brasil, su
empleo en un porcentaje entre el 5 y el 10%, reduce sensiblemente la generación de
humos, manteniendo el poder detonante del combustible. Si se toma como referencia
que el consumo anual de gas oil en la Argentina es de 4,5.106 m3, los requerimientos
de acetal como aditivo oxigenado oscilarían, solamente en dicho país, entre 500 y
1000 Ton / día, según sea el porcentaje empleado. Ello da una idea de la enorme
importancia de esta nueva aplicación.
Pero el acetal también es empleado como aditivo del etanol combustible con el objeto
de disminuir su temperatura de autoencendido. Por ejemplo, una mezcla de etanol
99,8 al 95% con 5% de acetal posee una temperatura de autoencendido de 360ºC
contra 450ºC del alcohol puro.
Por tanto esta línea de investigación busca catalizadores sólidos conseguidos a partir
de minerales propios de la zona, lo que supone un bajo coste en la producción del
acetal y además disminuye considerablemente la contaminación producida por el
proceso original.
El origen del etanol como combustible parte de muy lejos, de los orígenes de los
actuales coches y su implantación inicial parte desde los Estados Unidos. Cuando
Henry Ford hizo su primer diseño de su automóvil modelo T en 1908, esperaba que el
combustible de mayor uso fuera el etanol, fabricado a partir de fuentes renovables. De
1920 a 1924, la Standard OilCompany comercializó un 25% de etanol en la gasolina
vendida en el área de Baltimore pero los altos precios del maíz, combinados con

6. dificultades en el almacenamiento y transporte, hicieron concluir el proyecto. A finales
de la década de 1920 y durante los 30 se hicieron subsecuentes esfuerzos para
reavivar un programa de combustible con etanol, basado en legislación federal y
estatal, particularmente en el Cinturón Maicero de los Estados Unidos, pero sin éxito.
Entonces, Henry Ford y varios expertos unieron fuerzas para promover el uso del
etanol; se construyó una planta de fermentación en Atchison, Kansas, para fabricar
38.000 litros diarios de etanol, específicamente para combustible de motores. Durante
los 30, más de 2.000 estaciones de servicio en el Medio Oeste vendieron este etanol
hecho de maíz y que llamaron “gasohol”. Los bajos precios del petróleo llevaron al
cierre de la planta de producción de etanol en los 40, llevándose consigo el negocio
de los granjeros americanos; el gasohol fue reemplazado por el petróleo.

Objetivos
Determinar la factibilidad financiera y económica de implementar una planta
productora de etanol en cd. Madera como alternativa de desarrollo sustentable.
Bajar los costos del combustible.
Mejorar la condición del rendimiento en los automóviles.

Análisis del entorno
Demografía
Según los resultados emitidos por el Instituto Nacional de Estadística y
Geografía (INEGI) mediante el II Conteo de Población y Vivienda realizado por dicho
organismo en 2005, la ciudad de Madera tenía hasta ese entonces un total de 15.267
habitantes, de dicha cantidad, 7.539 eran hombres y 7.728 eran mujeres.2


Situación geográfica
Ciudad Madera se localiza a 276 km al noroeste de la ciudad de Chihuahua y a 536
km al suroeste de Ciudad Juárez. El municipio se encuentra completamente dentro de
la sierra tarahumara a 2300 msnm predominan los bosques de coníferas, la fauna es
abundante y se puede encontrar venado, cotorra serrana, borrego cimarrón, oso
negro, zorro y ardilla entre otros.

7. Clima
El clima es semifrío húmedo con lluvias abundantes durante casi todo el año
(C(E)w(x’)), según la clasificación climática.
La temperatura media anual es de 11 °C. Las precipitaciones son abundantes
teniendo un promedio de 730 mm anuales principalmente entre los meses de julio y
septiembre.
En verano las temperaturas máximas se mantienen en torno a los 27 °C, y las
mínimas cercanas a los 10 °C. Se presentan heladas en los meses de octubre a abril.
Los inviernos son muy fríos y nivosos, en enero las temperaturas máximas
normalmente se sitúan en torno a los 13 °C y las temperaturas mínimas a −7 °C.
En promedio ocurren 7 nevadas anuales en la ciudad y hasta 11 en zonas rurales
más elevadas, haciendo de esta la localidad poblada en la que más nieva en
México.3
La temperatura media promedio de las estaciones del año son las siguientes:
primavera, 11°C; verano, 18°C; otoño, 12°C; invierno, 3°C.


Parámetros climáticos promedio de Ciudad Madera (2 100 msnm)
Normales: 1981-2010

8. Justificación ambiental
El uso adecuado de los recursos naturales de nuestro entorno, es un factor
determinante para garantizar la calidad de vida de todo ser vivo que lo habita en el
presente y para las futuras generaciones, es por esto que debemos evitar la
deforestación y la degradación de los recursos naturales con que contamos en aras
de querer generar energía para ser usada en las diversas actividades del quehacer
diario.
Para lograr esto, se hace necesario tener que implementar nuevas tecnologías en las
cuales esté como factor principal la conservación del medio ambiente y el beneficio
particular de las personas con necesidad de energía.
La Energía Alternativa, llamada también no Convencional, Renovable, Limpia y que
últimamente se denomina Energía Verde, ofrece tantas ventajas que ya es
competidor en el mercado energético y se espera tenga su esplendor en el próximo
siglo.




MERCADO
El mercado nacional está representado por las necesidades de PEMEX que, tal y como lo
mandatan las políticas públicas para los biocombustibles, debe agregar un 10% de bioetanol a
la mezcla de las gasolinas de las tres principales zonas metropolitanas del país para el 2012.
Extremas: 1922-2010
Mes Ene Feb Mar Abr May Jun Jul Ago Sep Oct Nov Dic Anual
Temperatura máxima registrada (°C) 24.0 27.0 29.0 33.0 37.0 40.0 39.0 38.3 39.0 38.2 34.2 27.0 40.0
Temperatura diaria máxima (°C) 13.2 14.6 17.4 21.0 25.9 28.3 27.2 26.1 25.2 22.1 17.8 14.1 21.1
Temperatura diaria mínima (°C) -7.2 -5.5 -3.4 -0.4 3.3 8.1 10.4 10.0 7.3 1.2 -4.1 -7.5 1.0
Temperatura mínima registrada (°C) -25.0 -20.0 -17.0 -11.0 -8.0 -4.0 1.0 1.0 -3.0 -11.0 -17.0 -25.0 -25.0
Precipitación total (mm) 50.7 53.6 25.7 15.4 14.2 53.7 153.8 150.9 73.8 40.7 37.2 63.5 733.2
Días de lluvias (≥ 1 mm) 4.9 4.8 3.0 2.5 2.7 7.8 17.8 16.8 9.6 4.3 3.6 4.6 82.4

9. Ello equivale a una demanda total de 986 millones de litros de bioetanol para el bienio 2011-
2012. Después del 2012, si a todas las gasolinas del país se le agregara el 10% de bioetanol,
como lo indican los Programas de bioenergéticos, entonces la demanda total de bioetanol
sería de 4,406 millones de litros
1
.
De manera adicional, existe una amplia demanda internacional para el bioetanol, siendo el
mercado más cercano y atractivo para nosotros el de Estados Unidos.



Precios internacionales
La siguiente tabla muestra los precios internacionales del bioetanol en centavos de dólar por
litro.
Precios Internacionales del Bioetanol
(USD/Lt)
Estados Unidos: importaciones de bioetanol por país, 2002 – 2007 (millones de galones)
País 2002 2003 2004 2005 2006 2007
Brasil 0 0 90.3 31.2 433.7 188.8
Costa Rica 12 14.7 25.4 33.4 35.9 39.3
El Salvador 4.5 6.9 5.7 23.7 38.5 73.3
Jamaica 29 39.3 36.6 36.3 66.8 75.2
Trinidad y Tobago 0 0 0 10.0 24.3 42.7
Canadá 0 0 0 0.0 0 5.4
China 0 0 0 0.0 0 4.5
Total 45.5 60.9 158.0 134.6 599.2 429.2

10. Mes/Año 2009 2010 2011 2012
Enero 0.42 0.47 0.60 0.56
Febrero 0.40 0.45 0.67 0.59
Marzo 0.41 0.41 0.65 0.62
Abril 0.41 0.41 0.69 0.58
Mayo 0.45 0.42 0.70 0.55
Junio 0.44 0.40 0.70 0.55
Julio 0.41 0.42 0.77 0.72
Agosto 0.42 0.50 0.74 0.69
Septiembre 0.44 0.53 0.69 0.64
Octubre 0.52 0.58 0.72 0.63
Noviembre 0.56 0.56 0.64 0.63
Diciembre 0.49 0.60 0.57

Los precios internacionales del bioetanol están íntimamente relacionados con el
comportamiento de los precios del maíz, sorgo, caña de azúcar y otras materias
primas por lo que generalmente el precio fluctúa dependiendo de la disponibilidad del
insumo sin embargo existen otro tipo de factores que afectan indirectamente los
precios de dicho biocombustible como lo pueden ser el precio internacional del
petróleo, gasolinas, gas natural, y otros combustibles fósiles.

Ventajas y Desventajas del Uso de Etanol como
Combustible
Ventajas Desventajas
-Se produce a partir
de fuentes renovables.
-Produce menos dióxido de carbono que
la gasolina, aunque el impacto total
- Presenta menor poder calorífico que la
gasolina, por
lo que requiere un mayor consumo
- Contiene 2/3 de la energía contenida en

11. depende de los procesos de destilación y
la eficiencia de los cultivos.
Genera menos monóxidos de carbono al
utilizarse como aditivos de la gasolina Con
el uso de 10% de
etanol en la mezcla se puede lograr un
reducción de
25% a30% en la emisiones de CO.
- Es menos inflamable que la gasolina y el
diesel.
- Baja toxicidad
- No emite compuestos de azufre.
- La combinación de 90% de gasolina y
10% etanol puede ser usado en los
vehículos sin ninguna modificación.
el mismo
volumen
- La elaboración de etanol a partir de
granos es más caro que la gasolina.
Aproximadamente 1.5 veces.
- Presenta problemas de corrosión en
partes mecánicas y sellos.
- En climas muy fríos presenta dificultades
para el encendido.
- Genera emisiones de óxidos de
nitrógeno y aldehídos (contaminantes
menores).
- Para el uso de una mezcla de 85%
etanol y 15% gasolina (E85) se requiere
de una adecuada modificación en
los motores.

Modificación de autos para el uso de etanol como
combustible.
Octanaje.
Cabe destacar que, al mezclarse la gasolina con el etanol se incrementa el octanaje
de las mismas, convirtiéndose en una alternativa ecológica a los actuales aditivos que
afectan la salud y el medio ambiente, debido a la alta generación de monóxidos de
carbono. Por el contrario, con el uso del 10% de etanol en la mezcla se puede lograr
una reducción de 25% a 30% en las emisiones.de.CO.

La gasolina proviene del petróleo, donde en las refinerías les añaden aditivos para
generar la gasolina que comúnmente conocemos como regular 87 octanos, o las que
se ven en nuestro país de 91 octanos y 95 octanos. El Etanol al ser un alcohol
aumenta el octanaje alcanzado un máximo de 110 octanos.
Los autos al tener más octanaje en la gasolina, los motores aumentan con un gran
desempeño, ya que la mayoría de los motores modernos deben funcionar con la
cantidad mínima de 91 octanos. La gasolina pobre en octanos ocasiona el mal
funcionamiento del motor y también efectos en el motor llamados valvuleosfi o
pistoneos. Otro beneficio es que el motor obtiene más fuerza que podrá notar en
vehículos con motores grandes y con un ahorro de combustible notable.

12. Dependencia del petróleo.
A diferencia del petróleo, extraído de unos yacimientos no existentes en todas las
regiones, casi cualquier país con suficiente terreno en su territorio (y siempre y
cuando esté dispuesto a importar la comida del exterior), puede producir etanol para
su uso como combustible.
El etanol es pues una alternativa interesante, que puede incluso ayudar a mitigar las
tensiones internacionales derivadas de la dependencia y adicción de algunos países
por el petróleo, si bien esto dependerá del balance energético o TRE, y no tanto del
económico. El cultivo y procesado de agro-combustibles se realiza actualmente con
petróleo, tanto por el uso de agroquímicos como de maquinaria, por lo que en el mejor
de los casos (si el TRE resulta ser positivo), el proceso equivaldrá a un aumento del
rendimiento energético del petróleo. Actualmente sin embargo, según muchos
estudios, el ciclo de vida completo (incorporando por ejemplo la energía necesaria
para producir y reparar la maquinaria agrícola, y la usada en el proceso de destilación
y fermentación) el balance es negativo, es decir: consume más energía fósil que la
renovable que produce. La deforestación y la disminución de tierra cultivada para
alimentación (con la subsiguiente aparición del hambre) son otros de los grandes
problemas que plantea el etanol.

CONCLUCION


Con base en los resultados presentados es posible afirmar que se cumplieron los
objetivos del proyecto. Como se menciona a lo largo del reporte, se obtuvo etanol a
partir de almidon de trigo, el cual fue posteriormente purificado. En una u´ltima
instancia se obtuvieron 13mL con una concentraci´on de 19.4 %v.

Si bien la pureza obtenida dista considerablemente del grado anhidro, resul- ta un
muy buen acercamiento para una primera instancia de experimentaci´on, con una
sustancia poco estudiada como lo es la caña de azucar .