Ingeniería básica para la elaboración de licor destilado a partir de Pimpinella Anissum L

i Equation Chapter 1 Section 1 Trabajo Fin de Grado Grado en Ingeniería Química Ingeniería Básica para la elaboración de licor destilado a partir de Pimpinella anissum L Autora: Ana María Naranjo Herrera Tutora: Custodia Fernández Baco Dpto. Ingeniería Química y Ambiental Escuela Técnica Superior de Ingeniería Universidad de Sevilla Sevilla, 2019 ii iii Trabajo de Fin de Grado Grado en Ingeniería Química Ingeniería Básica para la elaboración de licor destilado a partir de Pimpinella anissum L Autora: Ana María Naranjo Herrera Tutora: Custodia Fernández Baco Profesora Colaboradora Dpto. de Ingeniería Química y Ambiental Escuela Técnica Superior de Ingeniería Universidad de Sevilla Sevilla, 2019 iv v A mi familia y amigos A mis maestros vi vii AGRADECIMIENTOS No es el cuándo sino el dónde. No es el cómo sino con quién. Han sido muchos los resbalones durante el camino. Han sido muchos obstáculos esquivados. Han sido muchas las noches en vela. Han sido muchos los trabajos realizados. Después de casi 6 años en esta carrera, la gran mayoría sufridos, es el momento final. La entrega y exposición del trabajo que refleja lo aprendido en este tiempo. Momento el cual nunca pensé que llegaría. Ha sido un camino difícil, sobre todo porque no es una carrera de velocidad, sino de resistencia y no importa si tus compañeros ya están trabajando, acabando el máster, pensando si realizar un doctorado o si tienen unas cuantas asignaturas aún por delante para acabar el grado, lo que importa es que tú lo hagas como quieras y cuando quieras. Que no te importe el qué dirán, que solo te importen tus vivencias y tus experiencias. ¿La mejor etapa la universitaria? La más sufrida hasta ahora sin duda, pero también la más satisfactoria y la más independiente. Me gustaría dedicarle este trabajo a todas aquellas personas que me han acompañado durante estos años: • Papá, mamá, gracias por confiar en mí y dejarme marcar mi ritmo y mi estilo. Gracias por enorgulleceros de mí por los pasos que estoy dando. También a ti abuela. Gracias por no enfadarte por no tener tiempo de verme. • También gracias a mi familia elegida, a mis amigos de hace más y menos tiempo. Aquellos dispuestos a estudiar a cualquier hora del día, ya sean las 9 de la mañana o las 2 de la madrugada. Aquellos que tras un examen o un día duro de estudio estaban ahí para hacerte olvidar y te despejan la mente y el alma. Esto va por todas aquellas cervezas a las que no me pude apuntar y todas las fiestas que me tuve que perder. • Gracias a mis compañeros por hacer de esto una pequeña familia y por ese viaje a Malta cerrando esta maravillosa etapa. • Gracias a mi tutora Custodia por su tiempo y dedicación, por disponer siempre de un hueco para resolverme las dudas, ya sea en el despacho o por correo. • Gracias también a mí misma. Por no desistir y siempre creer en mí. Ana María Naranjo Herrera Septiembre 2019 viii ix RESUMEN En este proyecto se ha llevado a cabo la ingeniería básica para la elaboración de un licor anisado a partir de las semillas de Pimpinella Anissum L, también llamada matalahúva. En España el consumo de estos licores se ha incrementado en un 4,4% en el último año, colocándose la 6ª bebida espirituosa más consumida. Para llevarlo a cabo, se diseña una planta para la producción de 900 litros anuales. El alambique es el equipo principal de este proceso, por ser donde se lleva a cabo la extracción del aceite esencial de dicha semilla, el anetol mediante una disolución del 33.3%v/v de etanol en agua, y donde ocurre a su vez la destilación de la mezcla etílica. Seguidamente hay que acondicionar dicha corriente para cumplir con las especificaciones técnicas de los dos tipos de productos a obtener, el anís seco, con 50g/l de azúcares y 1,75g/l de aceites, y el dulce, con 260g/l de azúcares y 1,25g/l de aceites. De esta manera, la producción se dividirá en 450 litros anuales del licor seco y 450 para el dulce. A su vez, se estudiará la viabilidad de implantar una propuesta de mejora asociada a modificar la procedencia del etanol que se emplea en la planta. La versión inicial emplea etanol comercial de 96%v/v para posteriormente disminuir su concentración al 33%v/v, se propone la obtención de la corriente de 33%v/v a partir de una corriente de vino a la que se la somete a una destilación flash. xvi Tabla 4.27. Calor y combustible necesario para obtener el vapor usado en E-103. 55 Tabla 5.3. Capacidad o tamaño de cada equipo [27]. 57 Tabla 5.4. Parámetros característicos de cada equipo Ki [27]. 57 Tabla 5.5. Parámetros característicos de cada equipo Ci [27]. 57 Tabla 5.6. Correlación de coste empleada para cada equipo [27]. 58 Tabla 5.7. Parámetros característicos de cada equipo Bi [27]. 58 Tabla 5.8. Coste de los equipos. 59 Tabla 5.9. Factores del método de Chilton [27]. 60 Tabla 5.10. Valores de interés para calcular los ingresos anuales. 61 Tabla 5.11. Cálculo de los flujos de caja (FNC). 61 Tabla 5.12. Resultado del VAN en las condiciones iniciales. 62 Tabla 5.13.Resultado de la TIR en las condiciones iniciales. 62 Tabla 5.14.Resultado del PB en las condiciones iniciales. 63 Tabla 5.1. Gasto asociado a introducir una carga en el alambique por el proceso inicial. 63 Tabla 5.2. Gasto asociado a introducir una carga en el alambique por el proceso de mejora. 63 xvii ÍNDICE DE FIGURAS Figura 2.1. Molécula de etanol. 23 Figura 2.2. Aspecto de la planta y la semilla del anís. 25 Figura 2.3. Mercado total de bebidas espirituosas en España en ventas por volumen [11]. 29 Figura 2.4. Evolución del comercio interior del anís en España [12]. 29 Figura 2.5. Evolución del comercio exterior del anís en España [12]. 30 Figura 2.6. Evolución de las bebidas espirituosas en el año 2018 respecto del año anterior [13]. 30 Figura 3.1. Diagrama de bloques. 31 Figura 3.2. Alambique de cobre. 32 Figura 3.3. Diagrama de flujo del proceso. 35 Figura 4.1. Diagrama temperatura-composición de la mezcla etanol-agua. 38 Figura 4.2. Método gráfico de para obtener la cantidad final de mezcla en el alambique. 39 Figura 4.3. Evolución de las temperaturas. 47 Figura 4.4. Diagrama entalpía-composición másica para el sistema etanol-agua a la presión de 1 bar. 55 xviii 21 1 ALCANCE Y OBJETIVOS El objeto de este proyecto es la realización de la Ingeniería Básica de una planta industrial de producción de 900 litros anuales de aguardiente de anís a partir de Pimpinella Anissum L. Dicha producción se dividirá en dos para elaborar dos anises distintos, el seco y el dulce. El alcance del Proyecto comprende: • La elaboración de un diagrama de flujo (PFD) que represente el proceso descrito, quedando fuera del alcance la realización del P&ID, y los conceptos relacionados con la instrumentación y el control de la planta. • La descripción de los equipos a implantar. • La resolución de los balances de materia y energía de las corrientes mencionadas en el PFD. • El análisis económico para valorar la viabilidad de la planta. • La comparación de la viabilidad técnica y económica de realizar la elaboración del anís a partir de las semillas de matalahúva con una disolución de agua y alcohol, siendo el caso habitual obtener la disolución a partir de alcohol 96%v/v comercial u obtener dicha disolución mediante la destilación flash a una corriente de vino excedente de otra zona de la instalación. 22 2 INTRODUCCIÓN La elaboración del aguardiente tiene como principal objetivo obtener una bebida de alta graduación mediante la destilación de otra de bajo contenido alcohólico. Para llegar a obtener ron, por ejemplo, no es suficiente con fermentar la caña de azúcar puesto que la graduación alcohólica máxima que se presenta tras un proceso de fermentación no es superior al 8 – 12%v/v. Esto se debe a que el etanol inhibe la división celular de las moléculas de azúcar [1]. Por ello, cualquier fruta o fruto con cierta cantidad de azúcar es capaz de formar etanol en condiciones determinadas de presión y temperatura dejándole un tiempo de residencia, pero de ninguno se puede obtener etanol en más de un 12%v/v por el motivo detallado. A continuación, se exponen distintas bebidas espirituosas en función de la materia prima de la que procede y del proceso con el que se elaboran, pudiéndose observar el envejecimiento que se lleva a cabo y el contenido volumétrico de alcohol etílico. Tabla 2.1 Tipos de bebidas espirituosas [2]. Nombre Origen del etanol Envejecimiento Graduación (%v/v) Brandy Uvas/Vino Envejecimiento en roble 36 a 45 Whisky Cereales Envejecimiento 40 Ron Caña de azúcar Con o sin envejecimiento 40 Ginebra Melazas de remolacha Sin envejecimiento 40 Vodka Patatas Sin envejecimiento 40 Anís Melazas de remolacha Sin envejecimiento 35 Licores Melazas de remolacha Sin envejecimiento 12 a 15 En la Tabla 2.1 se puede observar como a partir de distintas materias vegetales tales como la uva, el cereal o la remolacha se pueden obtener cierta graduación alcohólica y, como se ha explicado antes, se aumenta su concentración haciendo uso de la destilación. Existen muchos tipos de bebidas alcohólicas que se pueden clasificar de diversas formas [2]: • Según su grado alcohólico. • Según su procedimiento de elaboración. • Según sus sabores. • Según sus ingredientes empleados. • etc. Se conoce como bebida espirituosa a aquella bebida alcohólica [3]: a) destinada al consumo humano; b) poseedora de unas cualidades organolépticas particulares; c) con un grado alcohólico mínimo de 15%v/v d) producida i. bien directamente, mediante la destilación, en presencia o no de aromas, de productos fermentados de modo natural, y/o la maceración o procedimientos similares de materias primas vegetales en alcohol etílico de origen agrícola y/o destilados de origen agrícola, y/o las bebidas 23 espirituosas en el sentido del presente Reglamento, y/o la adición de aromas, azúcares u otros productos edulcorantes enumerados en el punto 3 del anexo I y/u otros productos agrícolas y/o alimenticios al alcohol etílico de origen agrícola y/o a destilados de origen agrícola y/o a bebidas espirituosas según la definición del presente Reglamento, ii. o bien por mezcla de una bebida espirituosa con uno o más de los siguientes productos: - otras bebidas espirituosas, y/o - alcohol etílico de origen agrícola o destilados de origen agrícola, y/u - otras bebidas alcohólicas, y/o - bebidas. Se conoce como alcohol etílico o vínico (base fundamental de los licores) a aquel que procede de la destilación, redestilación o rectificación de líquidos obtenidos de materias vegetales y que hayan sufrido un proceso de fermentación alcohólica. No deben tener olores ni sabores extraños. Se adjunta la Figura 2.1 en la que se puede observar la forma de la molécula de etanol donde las esferas grises representan los átomos de carbono, los blancos los de hidrógeno y el rojo al átomo de oxígeno, siendo por tanto su forma molecular de C2H5OH. Figura 2.1. Molécula de etanol. El etanol es un líquido incoloro, volátil, combustible y con un punto de ebullición de 78ºC. Es el componente principal de todas las bebidas alcohólicas [4]. Ciertas bebidas son el resultado de la fermentación producida por hongos o microbios, llamados levaduras (generalmente de la especie Saccharomyces cerevisiae), al alimentarse de los azúcares, convirtiéndolos en etílico y gas carbónico en una reacción exotérmica. Otras simplemente se obtienen tras poner en contacto el alcohol vínico con la sustancia que le aportará sabor y aroma. Mediante la destilación, puede separarse el alcohol del resto de componentes. Según su graduación y tratamiento se distinguen [2]: • Aguardientes simples. Proceden de la destilación de materias vegetales, que le aportan el aroma y sabor. Su graduación alcohólica debe estar comprendida entre 30-80 %v/v. En función de las materias primas y el proceso de obtención destacan los aguardientes de vino, orujo, caña, melazas de caña, frutas, sidra y cereales. • Aguardientes compuestos. Cuando presentan aromas, colores o sabores distintos del aguardiente simple original por la adición de sustancias maceradas o de infusiones de productos vegetales, esencias, azúcares u otras bebidas alcohólicas. Se distingue dentro de este grupo: ➢ Alcoholes destilados. Aquellos cuya graduación está comprendida entre 80-96%v/v. ➢ Alcoholes rectificados. Se obtienen mediante destilación y rectificación de aguardientes y alcoholes destilados. Su riqueza alcohólica ha de ser superior al 96%v/v. Es por ello que, si para elaborar licor de cerezas se obtiene el etanol de la caña de azúcar, por ejemplo, se considera dentro del grupo de aguardientes compuestos mientras que si el etanol se obtiene de la propia cereza está dentro de los aguardientes simples. 24 2.1 Aguardiente Existen decretos y especificaciones nacionales e internacionales que dividen a los aguardientes en dos categorías [5]: • Licores destilados. Poseen un contenido alcohólico de 30 – 50 %v/v y son producidos por la destilación de los carbohidratos contenidos en distintos productos agrícolas. Su sabor está caracterizado tanto por los compuestos aromáticos de la materia prima como por la destilación, el almacenamiento y el envejecimiento. • Licores. Tienen un contenido mínimo del 15%v/v de etanol y 100g/L de azúcar. Se producen por la aromatización del etanol de origen agrícola, destilados de origen agrícola o bebidas alcohólicas con sustancias vegetales como hierbas, frutas, chocolate, aceites esenciales destilados por vapor, etc. La diferencia entre el etanol de origen agrícola y los destilados de origen agrícola se refleja en las siguientes definiciones [3]: 1. Alcohol etílico de origen agrícola. Posee las siguientes propiedades: - Características organolépticas: sin sabor perceptible ajeno a la materia prima. - Grado alcohólico mínimo de 96 % v/v. - Valor máximo de elementos residuales: i) acidez total, expresada en gramos de ácido acético por hectolitro de alcohol a 100 % vol: 1,5. ii) ésteres, expresados en gramos de acetato de etilo por hectolitro de alcohol a 100 % vol: 1,3. iii) aldehídos, expresados en gramos de acetaldehído por hectolitro de alcohol a 100 % vol: 0,5. iv) alcoholes superiores, expresados en gramos de metil-2 propanol-1 por hectolitro de alcohol a 100 % vol: 0,5. v) metanol, expresado en g/hl de alcohol a 100 % vol: 30. vi) extracto seco, expresado en g/hl de alcohol a 100 % vol: 1,5. vii) bases nitrogenadas volátiles, expresadas en gramos de nitrógeno por hectolitro de alcohol a 100 % vol: 0,1. viii) furfural: no detectable 2. Destilado de origen agrícola. - El líquido alcohólico obtenido de la destilación, previa fermentación alcohólica, de uno o varios de los productos agrícolas que figuran en el anexo I del Tratado CE y que no presenta las características del alcohol etílico ni de una bebida espirituosa, pero que ha conservado un aroma y un sabor procedentes de la o las materias primas utilizadas. - Cuando se haga referencia a la materia prima utilizada, el destilado deberá obtenerse exclusivamente a partir de dicha materia prima. Se observa que una clara diferencia entre ambos productos es el sabor de la materia prima con la que están hechos: para el caso del alcohol etílico el sabor de la materia prima no es perceptible, todo lo contrario que en el caso del destilado. Además de este motivo, las diferencias percibidas en la degustación del aguardiente se deben a compuestos presentes en bajas concentraciones. En función del proceso en el que dichos compuestos aporten sus características, se distinguen distintos tipos de aromas [6]: • Aroma primario. La materia prima contiene dicha sustancia. • Aroma secundario. Formado durante los procesos fermentativos o en la destilación. 25 • Aroma terciario. Se forma en las etapas de maduración y envejecimiento donde el licor adopta aromas a madera, por ejemplo, si se ha almacenado en barriles de madera o de cobre si se almacena en tanque fabricados con dicho material. Es por ello que si se pretende obtener un licor con aromas únicamente procedentes de un fruto o fruta en cuestión, habrá que prestar especial atención en que el etanol se obtenga de dicha materia o que provenga de alcohol etílico de origen agrícola y además a su lugar de almacenaje. 2.2 Selección de la materia prima Existe una gran variedad de frutos con los que obtener aguardiente, siendo el más común el anís o anís verde (Pimpinella anissum L.). Sin embargo, también son comunes aquellos elaborados con uvas, pasas, cerezas o batatas [2]. Esta elección depende de la localización del emplazamiento, debido a las condiciones climatológicas en las que sobreviven determinados vegetales, del consumo del producto, de la cantidad de empresas que se dedican a ello en la zona y de un largo etcétera. En la España central es muy común la existencia de Cerezos, como en el Valle del Jerte, cuyo aguardiente fue nombrado el mejor aguardiente del año 2018. El municipio de Cazalla de la Sierra (Sevilla) es famoso por la elaboración de aguardientes de Anís o por la elaboración de aguardientes de Guindas. Por ello, se ha decidido realizar la Ingeniería Básica sobre la elaboración de aguardientes anisados. Su implantación será en la provincia de Sevilla. 2.3.1. Pimpinella anissum L. Popularmente se le conoce como anís, anís verde, matalahúva o matalahúga. Es una planta anual que ronda los 50 cm de altura. Sus flores son blancas, como se puede observar en la Figura 2.2, y sus semillas pequeñas, oscilando entre el verde y el amarillo en función del grado de maduración. Figura 2.2. Aspecto de la planta y la semilla del anís. Entre los principales productores se encuentran Turquía, China, India, México, España y otros países cálidos, siendo el anís de mejor calidad el procedente de España. Es originaria de Oriente Medio, donde crece silvestre. Debe ser plantado al sol y no prospera en lugares sombríos u orientados hacia el este. Debe estar protegido de heladas y del viento [6]. Siguiendo la Tabla 2.2, se puede obtener la composición química de la semilla que presenta valores del 15%v/v de humedad o del 10%v/v en cenizas. Esto quiere decir que tras procesos de secado donde la temperatura ronda los 105ºC, la semilla de anís disminuye su volumen en un 15% y que tras su quema, en torno a los 550ºC, permanecerá el 10%v/v del mismo. 26 Tabla 2.2 Composición química del anís [6]. Componentes Valor (% v/v) Humedad 15 Cenizas totales (500-550ºC) - Solubles en HCl al 10%v/v 10 2 Sílice 2 Esencia 1,5 Fibra bruta 25 A continuación, se muestra la composición química del anís y las propiedades fisicoquímicas de su aceite esencial. Como indica la Tabla 2.3 es una semilla con elevados valores proteicos y de fibra, rondando el 15%v/v. A su vez, su contenido en grasa es mínimo mientras que su volumen en carbohidratos es de la mitad del mismo. Tabla 2.3 . Análisis químico del anís [7]. Componentes Cantidad (% v/v) Agua 9,54 Proteína 17,6 Grasa 0,02 Fibra 14,6 Carbohidratos 50 En la tabla 2.4 se muestran propiedades físicas de las semilla que tienen especial interés a la hora de diseñar el proceso, puesto que se dan valores de la densidad relativa o el anetol, que es el aceite esencial de la misma, esenciales para determinar el rendimiento de la semilla o su volumen desplazado. Tabla 2.4 Propiedades fisicoquímicas de la esencia de anís [7]. Componentes Cantidades Densidad relativa (20ºC) 0,98 – 0,99 Índice de refracción (20ºC) 1,552 – 1,56 Desviación polarimétrica (20ºC) -2ºC – +2ºC Solubilidad en alcohol etílico (70%v/v) 2%v/v Punto de congelación 15 – 18ºC Anetol 80 – 90 Esta semilla posee fantásticas propiedades medicinales, por lo que es muy cultivada para usarla como condimento, expectorante suave o en enfermedades dispépticas, también llamada ingestión. Su aceite esencial es el anetol, que posee una actividad fungicida, sea cual sea su concentración, y una fuerte actividad bacteriana. Por otro lado, se ha demostrado además que los extractos de etanol, agua y anís verde ejercen acciones relajantes [8]. 27 2.3.2. Bebidas anisadas Son aquellas obtenidas de la aromatización de un alcohol etílico de origen agrícola con extractos naturales de anís estrellado, anís verde, hinojo o de cualquier otra planta que contenga el mismo constituyente aromático principal, por uno de los procedimientos siguientes o una combinación de ellos [3]: i) maceración o destilación, ii) redestilación del alcohol con presencia de las semillas u otras partes de las plantas mencionadas anteriormente, iii) adición de extractos destilados naturales de plantas anisadas. A su vez, el grado alcohólico mínimo será de 15 % v/v y podrán utilizarse como complemento otros extractos vegetales naturales o semillas aromáticas siempre que el sabor del anís siga siendo el predominante. También se considera anís el preparado por dilución de aceites esenciales obtenidos del anís verde, o de la badiana (fruto del anís estrellado), con o sin dilución de azúcares y de otras sustancias naturales de origen vegetal. Como definiciones complementarias se pueden observar [2]: • Anís. Fruto sano, limpio y desecado (semilla) de color verdoso y proveniente de la planta Pimpinella anissum, también denominada matalahúva o matalahúga. • Badiana o anís estrellado. Fruto capsular sano, limpio y desecado, de forma de estrella y proveniente del árbol Illicium rerum. • Aceite esencial natural. Obtenido mediante la destilación de cualquiera de las semillas anteriores. Posee un peso específico en torno a 0,985 a 25ºC y un punto de fusión entre 20 – 23ºC. • Alcoholes. Para la elaboración del anís se usa cualquier tipo de alcohol etílico siempre que sea de buena calidad y cumplan todos los requisitos para su consumo estipulados en el Real Decreto 164/2014 del 14 de Marzo. Los aceites esenciales son sustancias aromáticas de base lipídica encontradas prácticamente en todas las plantas, estando ampliamente distribuidos en las distintas partes de la misma. Son los principales constituyentes del aroma y sabor de las especias siendo destilados por arrastre de vapor sencillo, en seco, a vacío u obtenidos por presión en frío. La cantidad de lípidos dependen de la materia prima y del disolvente usado en la extracción. Las semillas tienen una mayor fracción lipídica que otras partes de la planta [9]. Cabría diferenciar los anises en función de su contenido en azúcares: • Anís extraseco: Es aquel que tiene una graduación alcohólica comprendida entre 45 y 55%v/v y cuyo contenido en azúcares no podrá rebasar la cifra de 50 gr/. Deberá tener un contenido en aceites esenciales de 2,4 gr/l. • Anís seco. Posee una graduación alcohólica de entre 35 y 45%v/v y un contenido en azúcares inferior a 50gr/l. Su contenido en aceites esenciales ronda los 1,75gr/l. • Anís semidulce. Su graduación alcohólica se encuentra sobre el 35 y el 45%v/v. Su contenido mínimo en azúcares es de 50gr/l, pero sin sobrepasar los 260 y un contenido de aceites esenciales de 1,13gr/l. • Anís dulce. Tiene una graduación alcohólica de unos 35 – 45%v/v. Su contenido en azúcares supera los 260gr/l y su contenido en aceites esenciales ronda los 1,25gr/l. • Anís escarchado: Es la bebida que tiene una graduación alcohólica comprendida entre 34 y 45%v/v y cuyo contenido en azúcares alcanza la sobresaturación. Las bebidas anisadas se producen mediante la fermentación de uvas prensadas y otras materias primas. El sabor lo adquieren mediante el uso del anís, el hinojo y/u otras plantas. En la cuenca del Mediterráneo existen diferentes tipos de bebidas anisadas como Pastis (Francia), Anís (España), Sambuca (Italia) o Arak (Siria). 34 de semillas que en el caso del dulce. Las cantidades se determinarán en el balance de materia. A su vez, se debe adicionar agua para cumplir con la graduación alcohólica que, en este caso, se ha impuesto de 35%v/v. Una vez acondicionado el producto se usa un agitador, MX-101, que lo homogeniza. Tras dicha mezcla, el producto, ya terminado, es envasado y etiquetado para su posterior comercialización. La corriente sólida compuesta por las semillas escasas de anetol puede usarse como alimento del ganado local (producto secundario). 3.4 Caldera Para formar el vapor que se usa en el serpentín del alambique para evaporar la mezcla alcohólica se dispone de una caldera (H-101). Se introduce una corriente de agua, tomada de la red general de abastecimiento se almacena en el tanque TK- 106 por el mismo motivo que en el caso del agua del condensador. El agua entra en estado líquido a 25ºC y en la caldera pasa hasta los 100ºC, cambiando a estado vapor. El vapor se produce mediante la combustión de un combustible en presencia de aire en exceso. Llegados a este punto cabría plantearse qué tipo de combustible es mejor para la planta. Para ello la siguiente tabla recoge los poderes caloríficos y precios de distintos combustibles. Tabla 3.2 Comparación de distintos combustibles [19]. Combustible PCS (kWh/kg) PCI (kWh/kg) Precio (€/L) Gas natural 13,05 14,43 0,05 Propano comercial 12,82 13,92 0,08 – 0,14 Butano comercial 12,69 13,74 0,08 Por ello, se escogerá el gas natural como combustible a usar en la instalación. La composición del mismo se recoge en la Tabla 4.2. Tabla 3.3 Composición del Gas Natural [20]. Elemento Composición (%v/v) Metano 86,0 Etano 7,6 Propano 2,4 Butano 1,0 Nitrógeno 3,0 Además, se estudiará la viabilidad de implantar un economizador a la salida de los gases de combustión para aprovechar la energía que llevan. De esta manera, el agua llegará antes al intercambiador para elevar su temperatura y pasará por la caldera para terminar de alcanzar la temperatura requerida. A su vez, cabría resaltar que la eficacia de la caldera es del 80%, por lo que no toda la energía producida en la combustión es usada para calentar el agua. En la Figura 3.3 se puede observar de manera visual el proceso detallado sirviendo de apoyo a la hora de seguir las corrientes del proceso. 35 Figura 3.3. Diagrama de flujo del proceso. 37 4 MEMORIA DE CÁLCULO En este apartado se procederá a calcular los balances de materia y energía de los equipos principales, además de su diseño. Esto se ha llevado a cabo mediante el programa Engineering Equation Solver (EES) que facilita los cálculos sobre todo cuando se trata de iteraciones. Por otro lado, se planteará la opción de cambiar las corrientes de agua y etanol de entrada al proceso por una corriente de vino, procedente de otra instalación, que precisa de una previa adecuación. 4.1 Balance de materia En este apartado se detalla el balance de materia de las corrientes principales puesto que para las corrientes auxiliares se necesita la resolución simultánea de balance de materia y balance de energía. Es por ello que se distinguen dos apartados: el alambique, donde se lleva a cabo a extracción del anetol, y el acondicionamiento del producto necesario para cumplir con las especificaciones de cada tipo de producto. 4.1.1 Alambique Como se explicó en la descripción del proceso, se tomará cierta cantidad de semillas y se introducirán, amontonadas en sacos, en este equipo. Además, se añadirá agua y etanol. El volumen que ocupan las semillas se despreciará, puesto que es mucho menor que el volumen de las otras dos materias primas y además porque no influye en el balance de materia de este equipo. Esto es así porque la cantidad de semillas influye en la concentración de anetol en el producto final, por lo que se resolverá en el apartado de acondicionamiento. También se explicó que la corriente de cabezas y colas no se tiene en cuenta en el producto final, por las trazas de sustancias no deseables para el consumo humano. Sin embargo, estas corrientes hay que tenerlas en cuenta para conocer la cantidad inicial de la mezcla alcohólica necesaria en este equipo. Según valores experimentales la relación entre los caudales iniciales de etanol y agua a introducir será tal que exista en el alambique un volumen de etanol de 1/3 de volumen total [15]. Además, se da como relación entre volumen introducido y volumen destilado, que por cada 1400L introducidos se obtienen 560L de destilado (con 61%v/v de etanol). Se mantendrá como restricción la concentración de etanol en el destilado por ser la más predominante en el proceso, ya que para obtener los caudales bastaría con modificar la cantidad de anís a obtener. El balance de materia del equipo se rige en las ecuaciones 4.1 y 4.2. 𝑊𝑜=𝑊+𝐷 Ecuación 4.1 𝑊𝑜·𝑥𝑤𝑜 =𝑊·𝑥𝑤+𝐷·𝑥𝐷 Ecuación 4.2 Donde: • Wo es la cantidad de mezcla en el alambique para t=0, es decir, al principio del proceso, en kg. • W es la cantidad de mezcla en el alambique para t=t, es decir, al final del proceso, en kg. • D es la cantidad de destilado obtenido (kg). • xWO, xW y xD son las fracciones másica del etanol en la mezcla inicial y final del alambique y el destilado respectivamente. Debido a que es una destilación diferencial discontinua se aplicará la ecuación de Rayleigh (Ecuación 4.3) a la separación para obtener el valor ideal de la cantidad de destilado. 38 ∫𝑑𝑥 𝑦−𝑥= 𝑥𝐷 𝑥𝑤𝑜 ∫𝑑𝑊 𝑊 𝑤 𝑤𝑜 Ecuación 4.3 Siendo: • x es la fracción másica del etanol a 25ºC, estando comprendida entre los valores de la composición final de etanol en el alambique (xWO) y de etanol en el destilado (xD). • y es la fracción másica etanol a 25ºC, estando en equilibro el vapor con su líquido. Dichas fracciones másicas se obtienen del diagrama temperatura-concentración de la mezcla (Figura 4.1) a la presión de operación, 1 atm. A su vez, en la tabla siguiente se adjuntan dichos valores de forma más exacta, además del valor del resultado de la integral de la izquierda, ya que puede determinarse de forma gráfica calculando el área de debajo de la curva comprendida entre los valores de xWO y xD (Figura 4.2). Figura 4.1. Diagrama temperatura-composición de la mezcla etanol-agua. 39 Tabla 4.1. Datos de equilibrio de la mezcla etanol-agua. Temperatura (ºC) x y 1/(y-x) 95,5 0,0190 0,1700 6,62 89,0 0,0720 0,3890 3,15 86,7 0,0970 0,4380 2,93 85,3 0,1240 0,4700 2,89 84,1 0,1660 0,5090 2,92 82,7 0,2340 0,5450 3,22 82,3 0,2610 0,5580 3,37 81,5 0,3270 0,5830 3,91 80,7 0,3970 0,6120 4,65 79,8 0,5080 0,6560 6,76 79,7 0,5200 0,6600 7,14 79,3 0,5730 0,6840 9,01 78,74 0,6760 0,7390 15,87 78,24 0,7470 0,7820 28,57 Figura 4.2. Método gráfico de para obtener la cantidad final de mezcla en el alambique. y = 762,07x4- 1019,2x3+ 493,42x2- 90,388x + 7,998 R² = 0,9971 0 5 10 15 20 25 30 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 1/(y-x) x (%p/p) Curva equilibrio etanol-agua 40 De dicha representación gráfica se obtiene la ecuación de la línea de tendencia que mejor se ajusta a la recta representada. Se trata de una polinómica de cuarto orden con el siguiente aspecto: y=762,07x4-1019,2x3+493,42x2-90,388x+7,998, siendo su aproximación fiable al 99,71%. Resolviendo la integral de la función anterior con los límites marcados por las cantidades de etanol al comienzo de la destilación y al final de la misma, se obtiene que el valor del área bajo la anterior curva es de 0,469. Como el programa usado para resolver las ecuaciones no permite poner como límite de la integral una variable, se ha procedido a resolverla calculando por un lado la integral de la izquierda (I) y por otro la integral de la derecha (D). De manera que, dando distintos valores a la integral D la solución será aquella que haga D=I. De esta forma se obtienen los siguientes resultados: Tabla 4.2. Solución del balance de materia. xWO (%v/v) Wo (kg) xW (%v/v) W (kg) xD (%v/v) D (kg) 33,33 602,2 14,7 376,7 61,27 225,5 Como se explicó previamente, las corrientes de cabeza y cola se volverán a introducir en el alambique reiteradas veces, por lo que habrá que tener en cuenta su volumen para la inserción de las siguientes cargas. Resolviendo un simple balance de materia se conoce que dicha corriente de entrada deberá ser igual a la corriente de destilado, tanto en cantidad como en composición, para que siempre se mantengan las mismas proporciones en dicho equipo. 4.1.2 Acondicionamiento del producto En este apartado se explica el proceso de acondicionamiento del destilado para que cumpla las especificaciones marcadas. En la línea principal habrá que adicionar cierta cantidad de jarabe en función de si el anisado que se desee obtener sea seco o dulce, las dos especialidades de la planta y a su vez los anisados más comercializados. Mediante la siguiente ecuación se puede relacionar el volumen de jarabe necesario en función del volumen de anís que se desee obtener. 𝑉𝑗𝑎𝑟𝑎𝑏𝑒 =𝑉𝑎𝑛𝑖𝑠·𝑐𝑜𝑛𝑐𝑎𝑧,𝑎𝑛𝑖𝑠 𝑐𝑜𝑛𝑐𝑎𝑧,𝑗𝑎𝑟𝑎𝑏𝑒 Ecuación 4.4 Siendo: • V jarabe el volumen de jarabe necesario de adicionar para obtener la especificación marcada, en m3. • V anís el volumen de producto final requerido en el proceso, en m3. • Concaz,anis la concentración de azúcar en el anís, en g/l. Dicha concentración es una especificación del proceso y es de 50 g/l para el anís seco y de 260 para el dulce. • Concaz,jarabe la concentración de azúcar en el jarabe que al tratarse de jarabe 100% es de 1000 g/l. Habrá que disminuir la concentración de etanol en la corriente de producto para cumplir con las especificaciones del mismo. Para obtener la cantidad de agua a añadir se hace de la misma forma, pero con las concentraciones y los volúmenes del agua en lugar del jarabe sabiendo que el producto final debe tener un 35%v/v de etanol. Del mismo modo que con el jarabe, el contenido de aceites esenciales del producto final varía en función del tipo de anisado a elaborar. En este caso, la ecuación a usar es la que se presenta a continuación. 41 𝐶𝑜𝑛𝑐𝑎𝑐.𝑒𝑠𝑒𝑛𝑐 =𝑟𝑒𝑛𝑑𝑒𝑥𝑡𝑟·𝑠𝑒𝑚𝑖𝑙𝑙𝑎 𝑉𝐷 Ecuación 4.5 Siendo: • Concac.esenc es la concentración de aceites esenciales en la mezcla final que varía desde 1,75g/l para el caso del anís seco hasta 1,25 para el anís dulce. • Rendextrac es el rendimiento de extracción de aceites esenciales en el alambique cuyo valor depende del tipo de semilla a usar. En este caso es de 1,2% g aceite/g semilla. • VD es el volumen de destilado obtenido del alambique en L. Tabla 4.3. Especificaciones de los productos. Azúcares Agua añadida (L) Aceites esenciales Contenido (g/l) v (L) Contenido (g/l) m (kg) Seco 50 22,76 172,4 1,75 37,92 Dulce 260 118,3 76,83 1,25 27,08 Cabe destacar que la cantidad de semillas a introducir en el alambique no será exactamente la obtenida, puesto que los sacos son de 10 kg. Es por ello, que para el anís seco se usarán 4 sacos mientras que para el dulce solo 3 (esto indica que el contenido en aceites en cada tipo de producto será un poco mayor, pero seguirá estando en el rango adecuado). Por ello, la concentración de cada tipo viene dada en la siguiente tabla. Tabla 4.4. Concentración de aceites esenciales en los productos. Aceites esenciales Contenido (g/l) m (kg) Seco 1,85 40 Dulce 1,39 30 4.2 Balance de energía En este apartado se resolverán los balances de energía de todos los equipos y además se especificarán las corrientes auxiliares que no se especificaron en el apartado anterior por requerir de la resolución de los balances de energía. Están ordenados según su importancia en el proceso. 4.2.1 Alambique Con los resultados obtenidos del balance de materia y usando la ecuación 4.6 se podrá calcular el calor de ebullición necesario a aportar en el alambique. 𝑄𝑒𝑏 =𝑚𝑜·𝑐𝑝·(𝑇𝑓−𝑇𝑜)+𝑚𝑜·ℎ𝑣𝑎𝑝 Ecuación 4.6 Donde: • Qeb es el calor de ebullición en kJ. 42 • mo es la cantidad de mezcla inicial en el alambique en kg. • Cp es el calor específico de la mezcla agua-etanol en kJ/kg·ºC a la temperatura media de la mezcla, obtenido siguiendo la ecuación 4.7. 𝐶𝑝𝑚𝑒𝑧𝑐𝑙𝑎 =𝑥𝑒𝑡 ·𝐶𝑝𝑒𝑡 +(1−𝑥𝑒𝑡)·𝐶𝑝𝑤 Ecuación 4.7 Con xet la composición másica del etanol en el alambique y Cpet y Cpw los calores específicos del etanol y de agua respectivamente, en kJ/kg·ºC a la temperatura media de la mezcla. • To y Tf son respectivamente las temperaturas inicial y final de la mezcla en el alambique en ºC. Es decir, la temperatura a la que entra la carga (20ºC) y la máxima temperatura alcanzada en el fondo (99,62ºC), que es la de saturación de la mezcla. El calor de ebullición citado anteriormente es proporcionado por una corriente de vapor generado en la caldera acuotubular que se describirá en el siguiente apartado. La tabla 4.5 muestra los resultados obtenidos al aplicar las ecuaciones anteriores que serán necesarios para especificar las corrientes del proceso y diseñar los equipos. Tabla 4.5. Resultados del diseño del alambique. Tª inicial (ºC) Tª final (ºC) Qeb (kJ) 20 99,62 241.831 4.2.2 Caldera En lo referido a la caldera, las ecuaciones correspondientes al balance de energía y al diseño del equipo son bastante parecidas, pero hay que tener en cuenta que la resolución del balance de materia es algo más complejo, ya que en su interior ocurren varias reacciones de combustión. En la caldera se va a emplear gas natural como combustible. Para facilitar los cálculos referidos al balance de materia se va a suponer que la combustión es completa. De este modo se considera despreciable la cantidad de CO producida. Las reacciones que tienen lugar en la caldera, siendo completa dicha combustión, son las que se muestran a continuación: 𝐶𝐻4 + 2·𝑂2 → 𝐶𝑂2 + 2·𝐻2𝑂 Reacción 4.1 𝐶2𝐻6 +7/2·𝑂2 → 2·𝐶𝑂2 + 3·𝐻2𝑂 Reacción 4.2 𝐶3𝐻8 + 5·𝑂2 → 3·𝐶𝑂2 + 4·𝐻2𝑂 Reacción 4.3 𝐶4𝐻10 + 13/2·𝑂2 → 4·𝐶𝑂2 + 5· 𝐻2𝑂 Reacción 4.4 La reacción de combustión del nitrógeno se ha considerado despreciable debido a la elevada temperatura de operación de la caldera. A partir de las reacciones anteriores, y fijando un exceso de aire del 5% (valor típico cuando se trabaja con combustibles gaseosos), se puede resolver el balance de materia en el horno fácilmente mediante cálculos estequiométricos. Como se explicó anteriormente, se barajará el uso o no de un economizador para aprovechar la energía de los gases de combustión. Dicho intercambiador es de flujo cruzado y servirá para precalentar la corriente de agua que se pretende evaporar en dicho horno para ser usada en el serpentín del alambique para elevar la temperatura en la parte inferior hasta alcanzar la temperatura de saturación requerida. Por ello, se deben realizar un balance de energía a la caldera, otro al economizador y otro global (caldera y economizador). 43 En primer lugar, se va a plantear el balance a la caldera (Ecuación 4.8). 𝑄𝑐𝑏𝑙𝑒+𝑄𝑎𝑖𝑟𝑒=𝑄𝑢𝑡𝑖𝑙+𝑄𝑔𝑎𝑠𝑒𝑠+𝑄𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟+𝑃 Ecuación 4.8 Donde: • 𝑄𝑐𝑏𝑙𝑒 es la potencia aportada por el combustible, que se define mediante la masa de combustible alimentada y su poder calorífico inferior, que tiene un valor de 45.000 kJ/kg. 𝑄𝑐𝑏𝑙𝑒=𝑚𝑐𝑏𝑙𝑒·𝑃𝐶𝐼 Ecuación 4.9 • 𝑄𝑎𝑖𝑟𝑒 es la potencia aportada por el aire y se determina mediante la ecuación 4.10: 𝑄𝑎𝑖𝑟𝑒=𝑚𝑎𝑖𝑟𝑒·𝐶𝑝𝑎𝑖𝑟𝑒·(𝑇𝑎𝑒−25) Ecuación 4.10 Siendo 𝑚𝑎𝑖𝑟𝑒 el caudal de aire alimentado, y 𝑇𝑎 e la temperatura a la que el aire entra en la caldera. El valor de dicho calor es nulo por entrar a la temperatura de 25ºC. • 𝑄𝑢𝑡𝑖𝑙 es la potencia transferida al fluido que se calienta en caldera (Ecuación 4.11). Para obtener su valor es necesario conocer el caudal de fluido que se quiere calentar, y las entalpías de entrada y salida de la caldera. Se llamará a la corriente de entrada del agua en la caldera corriente intermedia para que no se confunda con la de entrada al economizador que se indicará más adelante. 𝑄𝑢𝑡𝑖𝑙=𝑚𝑎𝑔𝑢𝑎·(𝐻𝑖𝑛𝑡,𝑎𝑔𝑢𝑎–𝐻𝑒,𝑎𝑔𝑢𝑎) Ecuación 4.11 • 𝑄𝑔𝑎𝑠𝑒𝑠 es la potencia de los gases secos en la chimenea de la caldera, antes de entrar en el economizador. Se calcula con la ecuación 4.12: 𝑄𝑔𝑎𝑠𝑒𝑠=𝑚𝑔𝑎𝑠𝑒𝑠·𝐶𝑝𝑔𝑎𝑠𝑒𝑠·(𝑇𝑠𝑔1−25) Ecuación 4.12 Donde 𝑇𝑠𝑔1 hace referencia a la temperatura de los gases antes de entrar en el economizador. • 𝑄𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟 es la potencia del vapor de agua formado en la combustión en la chimenea, y se obtiene de forma similar a la de los gases (Ecuación 4.13). 𝑄𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟=𝑚𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟·𝐶𝑝𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟·(𝑇𝑠𝑔1−25) Ecuación 4.13 • 𝑃 son las pérdidas por transmisión de calor en la caldera. En este caso se van a considerar como el 2% de la potencia aportada por el combustible. Este valor se ha impuesto en base a los valores típicos de una caldera, donde las pérdidas suponen el 1,5-2,5% del calor aportado por el combustible [22]. Posteriormente, es necesario realizar el balance de energía en el precalentador de agua, aunque ya se ha descrito de manera general en el apartado anterior. Para ello, se utilizan las ecuaciones: 𝑄=(𝑚𝑔𝑎𝑠𝑒𝑠·𝐶𝑝𝑔𝑎𝑠𝑒𝑠+𝑚𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟·𝐶𝑝𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟)·(𝑇𝑠𝑔1−𝑇𝑠𝑔2) Ecuación 4.14 𝑄=𝑚𝑎𝑔𝑢𝑎·𝐶𝑝𝑎𝑔𝑢𝑎·(𝑇𝑖𝑛𝑡,𝑎𝑔𝑢𝑎–𝑇𝑒,𝑎𝑔𝑢𝑎) Ecuación 4.15 Donde: • 𝑇𝑠𝑔2 es la temperatura a la que salen los gases de combustión del precalentador de agua. • 𝑇e,agua es la temperatura a la que el agua ambiente se alimenta al economizador. Para determinar el valor de 𝑇int,agua es necesario tener en cuenta los siguientes factores: • Cuanto mayor sea 𝑇int,agua, menos habrá que elevar la temperatura de la misma para conseguir la temperatura de operación del alambique por lo que menor potencia tendrá que aportar el combustible, menor cantidad del mismo. Por tanto, los costes de operación disminuirán. 50 Tabla 4.15. Relación de velocidades y diámetros del intercambiador E-101. ve (m/s) vi (m/s) de (mm) di (mm) de/di E-101 0,1655 0,3975 12,7 9,4 1,351 Con las ecuaciones mencionadas anteriormente se estiman los valores de los parámetros de diseño de los intercambiadores. Pero para normalizar estos valores se ha seguido la norma TEMA (Anexo I). En la Tabla 4.16 se muestran los resultados obtenidos acerca de los parámetros de diseño de los intercambiadores. Tabla 4.16. Resultado del diseño de los intercambiadores. Diámetro externo Nº tubos Diámetro carcasa (in) Longitud (m) Área (m2) Pulgadas BWG E-101 1/2 16 1 0,9385 6,563 0,2618 E-102 5/8 14 1 1,174 3,185 0,1589 Determinar el área de transferencia del horno es algo bastante complejo, ya que en este equipo el calor se transmite por radiación y por convección (en los intercambiadores solo por convección). Habitualmente, el 50-70% del calor se transfiere por radiación [23]. En este caso, para simplificar los cálculos, se ha supuesto que todo el calor se transmite por convección. De este modo, se puede calcular el área de transferencia con la ecuación 5.23, como si fuera un intercambiador de calor. 4.3.3 Bombas Las bombas son equipos que vienen definidos por cinco parámetros fundamentales, que además están relacionados entre sí: el caudal a impulsar, la altura que son capaces de dar, la potencia consumida, el rendimiento y el NPSH. A continuación, se va a explicar cómo se obtiene cada uno de estos parámetros. En primer lugar, es necesario conocer el caudal volumétrico que deberá impulsar la bomba, esto se hace con la ecuación 4.36: 𝑄 =𝑚 𝜌 Ecuación 4.36 Siendo: • 𝑚 el caudal másico en kg/h. • 𝜌 la densidad del fluido en kg/m3. Para calcular la altura desarrollada por la bomba se va a emplear la ecuación de Bernouilli (Ecuación 4.37). 𝐻𝑏 =ℎ𝑜𝑢𝑡−ℎ𝑖𝑛 +𝑃𝑜𝑢𝑡–𝑃𝑖𝑛 𝜌+𝑣𝑜𝑢𝑡 2– 𝑣𝑖𝑛 2 2 Ecuación 4.37 Donde: • 𝐻𝑏 es la altura que da la bomba (m2/s2). Es necesario dividirla entre 𝑔 (9,8 m/s2) para obtener su valor en metros. • Hout y Hint son las alturas del fluido en las zonas de aspiración e impulsión, respectivamente en m. • 𝑃𝑖𝑛 y 𝑃𝑜𝑢𝑡 son las presiones del fluido en las zonas de aspiración e impulsión, respectivamente en Pa. 51 • 𝑣𝑖𝑛 es la velocidad del fluido en la zona de aspiración (m/s). Si la bomba aspira el fluido de un tanque 𝑣𝑖𝑛 se puede considerar despreciable, en caso contrario, se supondrá una velocidad típica del fluido de 1 m/s [22]. • 𝑣𝑜𝑢𝑡 es la velocidad del fluido en la zona de impulsión (m/s). En este caso, se supondrá una velocidad típica del fluido de 2 m/s [22]. Para calcular las presiones de los fluidos, existen distintas ecuaciones que se exponen a continuación. En este caso, se acudirá a la ecuación de Darcy (Ecuación 4.38). ∆𝑃=𝑓·𝐿 𝐷·𝜌·𝑣2 2 Ecuación 4.38 Siendo 𝑓 el factor de fricción, que se calcula mediante la ecuación 4.39. 1 𝑓0,5 =−0,86·ln(2,51 𝑅𝑒·𝑓0,5) Ecuación 4.39 Mediante esta forma se obtiene la pérdida de carga para el agua de la caldera. Para el resto de bombas se calcula mediante la presión de operación de los equipos. Teniendo en cuenta que todos trabajan a presión atmosférica, solo se tiene en cuenta el término relativo a las velocidades. Añadiendo un 30% de seguridad a la pérdida aportada por la longitud de las tuberías, se obtiene la siguiente tabla. A su vez, las tuberías son de acero al carbono debido a la baja temperatura y, por lo tanto, la baja inflamabilidad y peligrosidad de las sustancias. Además, se supone que el fluido recorre una longitud de 15 m. Tabla 4.17. Pérdidas de carga en distintos puntos del sistema. P-101 P-102 P-103 P-104 P-105 Hb (m) 1,615 0,9441 4,534 6,211 7,424 Una vez calculados el caudal y la altura, ya es posible determinar la potencia suministrada por la bomba al fluido, W (Ecuación 4.40). 𝑊 = 𝜌 · 𝑔 · 𝑄 · 𝐻𝑏 Ecuación 4.40 Dichos resultados se representan en la tabla 4.18. Tabla 4.18. Potencia teórica de las distintas bombas. P-101 P-102 P-103 P-104 P-105 W (W) 2,073 3,078 1,214 0,9956 0,5652 Sin embargo, como el rendimiento de las bombas no es del 100%, para calcular la potencia real de la bomba es necesario utilizar la ecuación 4.41: 𝑊𝑟𝑒𝑎𝑙 =𝑊 𝜂 Ecuación 4.41 Donde el valor de η (rendimiento de la bomba) es un parámetro que viene dado por el fabricante. En algunos casos, el fabricante proporciona directamente la potencia real. El último parámetro interesante en el diseño de las bombas es el NPSH, ya que ayuda a conocer lo cerca que se encuentra una bomba de la cavitación. El NPSH disponible (Ecuación 4.42) es la altura mínima que requiere la succión de una bomba para que no haya cavitación. Si la presión en algún punto del circuito es menor que la presión de vapor del líquido tendrá lugar la 52 cavitación (la bomba aspira vapor en vez de líquido), lo que puede causar grandes daños en el equipo. 𝑁𝑃𝑆𝐻𝑑 =𝑃𝑖𝑛 – 𝑃𝑣 𝜌 Ecuación 4.42 Siendo: • 𝑃𝑣 la presión de vapor del fluido en Pa. Tabla 4.19. Altura neta positiva de succión disponible de las distintas bombas. P-101 P-102 P-103 P-104 P-105 NPSHD (m) 15,84 9,262 44,48 60,93 72,83 El NPSH disponible se calcula antes de llevar a cabo el diseño de la bomba. Posteriormente, se busca en catálogos una bomba cuyas características concuerden con las requeridas por las condiciones del proceso. En este catálogo, el fabricante proporciona como dato el NPSH requerido de la bomba. Como criterio, se elige una bomba cuyo NPSH requerido cumpla la condición mostrada en la ecuación 4.43: 𝑁𝑃𝑆𝐻𝑟 ≥𝑁𝑃𝑆𝐻𝑑 1,2 Ecuación 4.43 Tabla 4.20. Altura neta positiva de succión requerida de las distintas bombas. P-101 P-102 P-103 P-104 P-105 NPSHR (m) 13,2 7,718 37,06 50,77 60,69 En la Tabla 4.21 se muestra el modelo elegido para cada una de las bombas y sus características correspondientes, escogidas del catálogo localizado en el Anexo II. Tabla 4.21. Valores obtenidos del diseño de las bombas. Bomba Caudal (l/h) Altura (m) Potencia consumida (kW) Modelo P-101 750 27 0,37 BP-M50 P-102 1500 17 0,37 BP-M50 P-103 250 36 0,37 BP-M50 P-104 250 36 0,37 BP-M50 P-105 250 36 0,37 BP-M50 Debido al bajo caudal y a la pequeña altura, las bombas escogidas han sido las más pequeñas y las que consumen la menor potencia posible. Todas son el mismo modelo ya que cumplen el máximo caudal y máxima altura calculada, consumiendo la menor potencia de todas las del catálogo. 53 4.3.4 Depósitos Una vez conocido el volumen a almacenar, se ha seleccionado del catálogo de la empresa Inoxdubra (Anexo IV) donde trabajan con acero inoxidable, condición imprescindible para que se puedan almacenar sustancias con fines alimenticios. Dichos volúmenes se han obtenido siguiendo distintos criterios. En el tanque de recepción de etanol, TK-101, se deberá almacenar la cantidad necesaria para abastecer a la planta durante un período de 15 días. El de recepción de agua, TK-102, para almacenar la cantidad de agua diaria. Los depósitos del destilado, TK-104, almacenan el contenido de 1 carga por hacer las etapas finales más rápidas. En el depósito de producto final, TK-105, la carga deberá permanecer en el depósito el tiempo necesario para homogeneizar la mezcla de la corriente procedente del alambique con el jarabe y el agua descalcificada. Además, los tanques TK-106 y TK-107 han de permanecer siempre llenos entre ciertos valores determinados y el de reciclo, TK-103, almacena una única carga. A su vez se diseñan con un coeficiente de seguridad del 25%. Tabla 4.22. Diseño de los depósitos de la instalación. Tanque Fluido que almacena Volumen (m3) TK-101 Etanol 12,19 TK-102 Agua 1,63 TK-103 Agua y etanol 0,49 TK-104 Agua y etanol 0,33 TK-105 Agua y etanol 0,57 TK-106 Agua 0,87 4.3.5 Batidora Siguiendo la información proporcionada por la empresa Inoxmim, se encuentran distintos tipos de agitadores en el mercado, pudiendo ser agitadores verticales o laterales. Se seleccionará un tipo de agitador lateral usado en la elaboración del vino cuyo campo de aplicación comprende la disolución de azúcares, repartición de jarabes y mezcla de licores entre otras. Su tabla se adjunta en el Anexo V. Tabla 4.23. Dimensiones de la batidora industrial. Volumen (m3) Longitud introducida (mm) Diámetro hélice (mm) Potencia (kW) Modelo 10-50 550 160 1,1 LV 1.1-1500/160 La batidora ha sido seleccionada en función del tipo de proceso y del volumen a procesar. Teniendo en cuenta dichos criterios, la mejor es la del modelo LV 1.1-1500/160, aunque el volumen teórico que es capaz de procesar es mucho mayor que el que procesa realmente. 54 4.4 Mejora de la instalación Resulta muy llamativo el hecho de que se deba comprar alcohol casi puro para rebajar su concentración en el alambique. Para ello se evalúa una alternativa que es utilizar el vino excedente de otra zona de la planta, en lugar de emplear alcohol comercial. De esta forma se podría comparar la viabilidad económica de ambos procesos y ver que resulta de mayor interés. La composición del vino en la entrada es del 5%v/v. Para poder acudir al diagrama entalpía-composición de la mezcla agua etanol (Figura 4.4) y conocer la temperatura hasta la que se ha de elevar la mezcla, se necesita obtener dicha concentración de forma másica. Mediante las densidades del agua y del etanol se obtiene que dicha concentración en masa es del 3,98%p/p. Usando el diagrama, para obtener vapor con una composición del 33,3%v/v (28,25%p/p), composición del etanol en el alambique, es necesario elevar la temperatura hasta 95ºC. Es por ello que se deberá recurrir a una separación flash, compuesta por un tanque, TK-108, y un intercambiador, E-103, para elevar la concentración hasta la deseada. Primero se instala el intercambiador que haga elevar la temperatura de la mezcla hasta los 95ºC calculados. El tanque dispondrá de dos salidas, una por la que circulará el vapor a la concentración requerida y otra líquida de purga. La siguiente tabla resume los resultados obtenidos al resolver los balances de energía en el intercambiador. Tabla 4.24. Balance de energía en el intercambiador E-103. Tª entrada (ºC) Tª salida (ºC) m calef (kg) AH (kg/kJ) Q (kJ) 25 95 70,51 2258 159.180 De igual forma que en el diseño de los intercambiadores E-101 y E-102, se realizará el diseño de este posible nuevo intercambiador, E-103. Los resultados quedan recogidos en la tabla 4.25. Tabla 4.25. Diseño del intercambiador E-103. Intercambiador Diámetro externo Nº tubos Diámetro carcasa (in) Longitud (m) Área (m2) Pulgadas BWG E-103 3/4 12 425 21,86 0,1221 3,105 55 Figura 4.4. Diagrama entalpía-composición másica para el sistema etanol-agua a la presión de 1 bar. Por otro lado, el tanque se seleccionará del mismo catálogo que los tanques anteriores. Se diseñará siguiendo el mismo criterio que el del tanque de etanol del apartado 5.3.4, para permitir el almacenamiento de la carga de 15 días. Tabla 4.26. Diseño del tanque TK-107. Tanque Sustancia que almacena Volumen (m3) TK-107 Agua y etanol 33,88 Además del diseño de estos equipos, habrá que calcular la energía necesaria para obtener el vapor a usar en el intercambiador E-103, teniendo en cuenta que se parta de agua procedente de la red general de abastecimiento, es decir, se encuentra a 25ºC. Resolviendo el balance de energía, la tabla 4.27 representa los valores obtenidos. Cabe destacar que la temperatura de salida se obtiene de calcular la temperatura de saturación del agua a la presión de 1 bar. Tabla 4.27. Calor y combustible necesario para obtener el vapor usado en E-103. Tª entrada (ºC) Tª salida (ºC) Q (kJ) m cble (kg) 25 99,62 181.196 4,03 En resumen, para obtener la concentración de etanol necesaria en el alambique no solo basta con la compra de unos nuevos equipos, sino que también es necesario aumentar la corriente de combustible del horno para poder generar el vapor a usar en el intercambiador. 56 5 MEDICIONES Y PRESUPUESTOS 5.1 Coste de los equipos 5.1.1 Correlaciones de costes El coste de los equipos se ha estimado por medio de correlaciones. Para calcular el coste de un equipo a través de su capacidad, se utiliza la correlación mostrada en la ecuación 5.1 [27]. 𝑙𝑜𝑔10(𝐶𝑒𝑞𝑢𝑖𝑝𝑜)=𝐾1+𝐾2·𝑙𝑜𝑔10(𝐴)+𝐾3·(𝑙𝑜𝑔10(𝐴))2 Ecuación 5.1 Donde: • 𝐶𝑒𝑞𝑢𝑖𝑝𝑜 es el coste de un equipo a presión atmosférica, temperatura ambiente y construido con acero al carbono. • 𝐴 es la capacidad o tamaño del equipo. Este parámetro depende cada equipo, por ejemplo, en un intercambiador de calor es el área, mientras que en una bomba será la potencia consumida. En la Tabla 5.3 se muestra cual es la capacidad o tamaño de cada equipo. • 𝐾𝑖 son parámetros característicos de cada equipo, y se muestran en la Tabla 5.4. En el caso de que la presión de operación del equipo sea distinta a la atmosférica, el valor del coste del equipo se debe corregir aplicando en un factor de corrección por presión [27]. 𝑙𝑜𝑔10(𝐹𝑃)=𝐶1+𝐶2·𝑙𝑜𝑔10(𝑃)+𝐶3·(𝑙𝑜𝑔10(𝑃))2 Ecuación 5.2 Donde: • 𝐹𝑃 es el factor de corrección (bar), que depende de la presión de operación del equipo. • 𝑃 es la presión de operación del equipo en bares. • 𝐶𝑖 son parámetros característicos del equipo, cuyos valores se muestran en la Tabla 5.5. En el caso de que el material de construcción del equipo sea distinto al acero al carbono, el valor del coste del equipo se debe corregir aplicando un factor de corrección por material (𝐹𝑀). No se será necesario llevar a cabo dicha corrección en este proceso, ya que los fluidos empleados no son corrosivos ni peligrosos. De modo que todos los equipos estarán construidos con acero al carbono (𝐹𝑀 = 1). Una vez conocidos Los factores 𝐹𝑀𝑦 𝐹𝑃, la correlación de coste dependerá del tipo de equipo (Tabla 5.6). 5.1.2 Método de Williams Las correlaciones empleadas para obtener el coste de los equipos requieren que la capacidad o tamaño de los estos se encuentre dentro de un rango determinado. En el caso de los intercambiadores de calor, ocurre que su capacidad (área) calculada es mucho mayor a la comprendida en el rango de las correlaciones anteriores. En consecuencia, el coste de los intercambiadores de calor se va a estimar por medio del método de Williams, que se rigen por la ecuación 5.3 [27]. 𝐶𝑒𝑞𝑢𝑖𝑝𝑜 𝐶𝑟𝑒𝑓 =(𝐴 𝐴𝑟𝑒𝑓)𝛼 Ecuación 5.3 57 Donde: • 𝐴𝑟𝑒𝑓 es el tamaño de referencia, para el caso de los intercambiadores de calor tiene un valor de 100 m2. • 𝐶𝑟𝑒𝑓 es el coste de un equipo cuyo tamaño es igual al de referencia, para el caso de los intercambiadores de calor tiene un valor de 21.000 $. • 𝛼 es un parámetro que también viene definido por las correlaciones, tiene un valor de 0,71 en los intercambiadores de calor. 5.1.3 Parámetros característicos y resultados Tabla 5.1. Capacidad o tamaño de cada equipo [27]. Equipo Capacidad o tamaño Intercambiador de calor Área de transferencia (m2) Horno o caldera Calor transferido (kW) Bomba Potencia (kW) Depósito Volumen (m3) Vasija vertical (alambique) Volumen (m3) Mezcladora Volumen (m3) y potencia (kW) Tabla 5.2. Parámetros característicos de cada equipo Ki [27]. Equipo K1 K2 K3 Depósito 4,8509 -0,3973 0,1445 Horno 6,3488 -1,1666 0,208 Bomba 3,3892 0,0536 0,1538 Mezcladores 2,2891 1,3603 -0,1027 Vasija vertical 3,4974 0,4485 0,1074 Tabla 5.3. Parámetros característicos de cada equipo Ci [27]. Equipo C1 C2 C3 Horno 0,1347 -0,2368 0,1021 Bomba -0,3935 0,3957 -0,00226 58 Tabla 5.4. Correlación de coste empleada para cada equipo [27]. Equipo Capacidad o tamaño Depósitos, bombas y vasijas 𝐶𝑇=𝐶𝑒𝑞𝑢𝑖𝑝𝑜·(𝐵1+𝐵2·𝐹𝑀·𝐹𝑃) Horno 𝐶𝑇=𝐶𝑒𝑞𝑢𝑖𝑝𝑜·𝐹𝑀·𝐹𝑃 Mezcladora 𝐶𝑇=𝐶𝑒𝑞𝑢𝑖𝑝𝑜·𝐹𝑀 Siendo 𝐵𝑖 parámetros característicos de cada equipo, sus valores se muestran en la Tabla 6.5 Tabla 5.5. Parámetros característicos de cada equipo Bi [27]. Equipo B1 B2 Depósito 1,10 0,00 Bomba 1,89 1,35 Vasija vertical 2,25 1,82 59 Tabla 5.6. Coste de los equipos. Equipo Cantidad Tamaño Coste ($) Intercambiador E-101 1 0,2618 308,30 Intercambiador E-102 1 0,1589 216,28 Caldera H-101 1 30,11 119.824,55 Depósito TK-101 1 12,19 14.208,01 Depósito TK-102 1 1,63 4.353,06 Depósito TK-103 1 0,49 2.571,31 Depósito TK-104 1 0,33 2.227,13 Depósito TK-105 1 0,57 2.727,11 Depósito TK-106 1 0,87 3.251,32 Bomba P-101 1 0,37 8.040,38 Bomba P-102 1 0,37 8.040,38 Bomba P-103 1 0,37 8.040,38 Bomba P-104 1 0,37 8.040,38 Bomba P-105 1 0,37 8.040,38 Alambique T-101 1 1,95 17.624,20 Agitador MIX-101 1 1,1 221,43 Coste equipos (€) 209.866,26 66 7 ANEXOS Anexo I. Intercambiadores carcasa y tubo. Imagen 7.1. Intercambiadores carcasa y tubo: características de los tubos [28]. 67 Imagen 7.2. Intercambiadores carcasa y tubo: diámetro de la carcasa y número de tubos en intercambiadores de placas tubulares fijas y de tubos en U [28]. 68 Anexo II. Catálogo de bombas. Imagen 7.3. Serie BP Bombas periféricas con temperatura máxima de 90ºC. Imagen 7.4. Serie JET Autoaspirantes con temperatura máxima 50ºC. Imagen 7.5. Serie JAP Aspiración profunda con temperatura máxima 50ºC. 69 Anexo IV. Catálogo de depósitos. Imagen 7.6. Depósito de almacenamiento de fondo cónico con patas. 70 Anexo V. Catálogo de agitadores. Imagen 7.7. Tipos de agitadores enológicos. Siendo dichas dimensiones las siguientes. Imagen 7.8. Dimensiones del tipo de agitadores seleccionados. Anexo VI. Catálogo de filtros prensa. 71 Anexo VII. Código EES de los distintos equipos CORRIENTES PRINCIPALES v_mezcla_o=650 v_w_o=2/3*v_mezcla_o {L} v_et_o=1/3*v_mezcla_o {L} rho_w=density(Water;T=25;P=1)/1000 rho_et=density(Ethanol;T=25;P=1)/1000 et_ov=v_et_o/(v_w_o+v_et_o) {%v/v} et_om=v_et_o*rho_et/(v_w_o*rho_w+v_et_o*rho_et) {%p/p} m_mezcla_o=v_w_o*rho_w+v_et_o*rho_et {PRODUCTO DESTILACIÓN (Tras 6h)} v_mezcla_prod=560/1400*v_mezcla_o {L} {et_prodv=0,726} et_prodm=v_mezcla_prod*et_prodv*rho_et/(v_mezcla_prod*et_prodv*rho_et+v_mezcla_prod*(1- et_prodv)*rho_w) {%p/p} m_mezcla_prod=v_mezcla_prod*et_prodv*rho_et+v_mezcla_prod*(1-et_prodv)*rho_w {RECIRCULACIÓN} y=761,93*x^4-1019,1*x^3+493,51*x^2-90,447*x+8,0036 I=integral(y;x;et_recm;et_om) ln(m_mezcla_o/m_mezcla_rec)=0,4691 {A: Resultado de la integral} {Debido a que el programa no me deja poner como límite de la integral una variable hago una tabla parametrica de 0,001 a 0,999 como valores de A y calculo el valor de I resultante. El resultado correcto será aquel en el que A=I} m_mezcla_o*et_om=m_mezcla_prod*et_prodm+m_mezcla_rec*et_recm m_mezcla_o=m_mezcla_prod+m_mezcla_rec {SECO} V_anis_s=v_mezcla_prod+v_j_s+v_w_s V_j_s=V_anis_s*50/1000 v_mezcla_prod=V_anis_s*0,35/et_prodv semi_s=1,75*v_mezcla_prod/0,012/1000 {kg} 40=ACEITE_S*v_mezcla_prod/0,012/1000 {DULCE} V_anis_d=v_mezcla_prod+v_j_d+v_w_d V_j_d=V_anis_d*260/1000 v_mezcla_prod=V_anis_d*0,35/et_prodv semi_d=1,25*v_mezcla_prod/0,012/1000 {kg} 30=ACEITE_D*v_mezcla_prod/0,012/1000 72 ALAMBIQUE T-101 "la cantidad de agua ha de ser tal que evapore la nueva carga del alambique y el reciclo de la carga anterior, cabeza y cola" T_e_mezcla=20 T_s_agua=T_sat(Water;P=1) T_s_mezcla=T_s_agua Q_eb=m_mezcla*Cp_mezcla*(T_s_mezcla-T_e_mezcla) m_mezcla=m_prod+m_rec {Hay que añadirle lo que se va a recircular de cabeza y cola} m_rec=m_o-m_prod m_o=m_et_o+m_w_o m_prod=m_et_prod+m_w_prod "DATOS SACADOS DE LA DESTILACION" m_et_o=602,2*0,2825 m_w_o=602,2*(1-0,2825) m_et_prod=225,5*0,5547 m_w_prod=225,5*(1-0,5547) Cp_mezcla=(m_et_o+m_et_prod)/m_mezcla*Cp_et+(m_w_o+m_w_prod)/m_mezcla*Cp_w Cp_et=Cp(Ethanol;P=1;T=(T_s_mezcla+T_e_mezcla)/2) Cp_w=Cp(Water;P=1;T=(T_s_mezcla+T_e_mezcla)/2) DELTAh_w=Enthalpy_vaporization(Water;P=1) Q_eb=m_agua*DELTAh_w CALDERA H-101 "Pesos moleculares" PM_ch4=12+4 PM_c2h6=12*2+6 PM_c3h8=12*3+8 PM_c4h10=12*4+10 PM_aire=0,79*14*2+0,21*16*2 PM_gases=12+16*2 PM_agua=2+16 PM_n2=14*2 "Datos de partida" {m_cble=100} {kg} “Supuesto inicial” m_ch4=0,86*m_cble/PM_ch4 {kmol} m_c2h6=0,076*m_cble/PM_c2h6 m_c3h8=0,024*m_cble/PM_c3h8 73 m_c4h10=0,01*m_cble/PM_c4h10 m_n2=0,03*m_cble {kg} PCI=45000 {kJ/kg} T_e_agua=95 T_e_aire=25 {Temperatura media en Sevilla} m_aire=(m_o2/0,21)*PM_aire {kg} m_o2=1,05*(2*m_ch4+7/2*m_c2h6+5*m_c3h8+13/2*m_c4h10) Q_cble+Q_aire=Q_util+Q_gases+Q_vapor+P Q_cble=m_cble*PCI Q_aire=m_aire*Cp_aire*(T_e_aire-25) Cp_aire=Cp(Air_ha;P=1;T=T_e_aire) Q_util=m_agua*(Enthalpy_vaporization(Water;T=T_s_agua)+Cp_agua*(T_s_agua-T_e_agua)) Cp_agua=cp(Water;T=97;P=1) Q_gases=m_gases*cp_gases*(T_s_gas-25) m_gases=(m_ch4+2*m_c2h6+3*m_c3h8+4*m_c4h10)*PM_gases Cp_gases=Cp(CarbonDioxide;P=1;T=(T_s_gas+25)/2) Q_vapor=m_vapor*cp_vapor*(T_s_gas-25)+m_nitrogeno*cp_n2*(T_s_gas-25) m_vapor=(2*m_ch4+3*m_c2h6+4*m_c3h8+5*m_c4h10)*PM_agua Cp_vapor=Cp(Steam;P=1;T=(T_s_gas+25)/2) m_nitrogeno=m_n2+m_o2*0,79/0,21*PM_n2 Cp_n2=Cp(Nitrogen;P=1;T=(T_s_gas+25)/2) P=0,02*Q_cble eta=Q_util/(Q_cble+Q_aire) eta=0,8 SERPENTÍN E-101 Q_int=241813/(60*2+15)/60 {kJ} mc=107,1/(60*2+15)/60 t_ec=99,2 t_sc=99,2 mf=0,05*602,2/(60*2+15)/60 t_ef=20 t_sf=80 Q_int=U*A*DTLM DTLM=((T_ec-T_sf)-(T_sc-T_ef))/ln((T_ec-T_sf)/(T_sc-T_ef)) A_int=3,1416*de*L 74 A=n_tubos*A_int U=1/(de/(hi*di)+Fsi*de/di+Fse+1/he) Fsi=0,0002*1000 {m2·K/kW} Fse=0,0001*1000 "Supongo:" n_tubos=1 n_pasos=2 hi=Nu_i*k_i/di Nu_i=0,023*Re_i^(4/5)*Pr_i^(0,4) Pr_i=Prandtl(Water;T=(T_ec+T_sc)/2;P=1) Re_i=rho_m*v_i*di/mu_m {v_i=0,5 {m/s}} v_i=mc/(rho_m*Ap_i) rho_m=Density(Water;T=(T_ec+T_sc)/2;P=1) mu_m=Viscosity(Water;T=(T_ec+T_sc)/2;P=1) Ap_i=n_tubos/n_pasos*3,1416*di^2/4 k_i=Conductivity(Water;T=(T_ec+T_sc)/2;P=1) {v_e=0,2 {m/s} {de=1,354*di}} he=Nu_e*k_e/de Nu_e=0,023*Re_e^(4/5)*Pr_e^(0,4) Pr_e=Prandtl(Water;T=(T_ef+T_sf)/2;P=1) Re_e=rho_w*v_e*de/mu_w rho_w=density(water;T=(T_ef+T_sf)/2;P=1) mu_w=Viscosity(Water;T=(T_ef+T_sf)/2;P=1) v_e=mf/(rho_w*Ap_e) Ap_e=(pitch-de)*Ds*Lb/pitch pitch=1,25*de Ds=de*(n_tubos/0,249)^(1/2,207) Lb=Ds/5 Diámetro_carcasa=Ds*1000*0,03937 {inch} k_e=Conductivity(water;T=(T_ef+T_sf)/2;P=1) di=0,37*0,0254 de/di=1,351 {de/di=zzz di_in=di/0,0254} 75 CONDENSADOR E-102 mc=225,5/((2*60+15)*60) {kg/s} et_prodm=0,5547 T_ec=100 T_sc=25 Cp_c=(1-et_prodm)*cp(Water;T=(T_ec+T_sc)/2;P=1)+et_prodm*cp(Ethanol;T=(T_ec+T_sc)/2;P=1) Q_int=mc*Cp_c*(T_ec-T_sc) T_ef=20 mf=mc*1,5 "Lo supongo" Cp_f=cp(water;T=T_ef;P=1) Q_int=mf*Cp_f*(T_sf-T_ef) Q_int=U*A*DTLM DTLM=((T_ec-T_sf)-(T_sc-T_ef))/ln((T_ec-T_sf)/(T_sc-T_ef)) A_int=3,1416*de*L A=n_tubos*A_int U=1/(de/(hi*di)+Fsi*de/di+Fse+1/he) {U=40/1000} Fsi=0,0002*1000 {m2·K/kW} Fse=0,0001*1000 "Supongo:" n_tubos=1 n_pasos=2 hi=Nu_i*k_i/di Nu_i=0,023*Re_i^(4/5)*Pr_i^(0,4) Pr_i=(1-et_prodm)*Pr1+et_prodm*Pr2 Pr1=Prandtl(Water;T=(T_ec+T_sc)/2;P=1) Pr2=Prandtl(Ethanol;T=(T_ec+T_sc)/2;P=1) Re_i=rho_m*v_i*di/mu_m {v_i=1,2 {m/s}} di=0,459*0,0254 {m} v_i=mc/(rho_m*Ap_i) rho_m=(1- et_prodm)*Density(Water;T=(T_ec+T_sc)/2;P=1)+et_prodm*Density(Ethanol;T=(T_ec+T_sc)/2;P=1) mu_m=(1- et_prodm)*Viscosity(Water;T=(T_ec+T_sc)/2;P=1)+et_prodm*Viscosity(Ethanol;T=(T_ec+T_sc)/2;P=1) Ap_i=n_tubos/n_pasos*3,1416*di^2/4 k_i=(1- 82 [18] Gobierno de Navarra, Departamento de desarrollo rural, medio ambiente y administración local, «Norma técnica artesana de los licores de hierbas y frutas». [19] José M. Domínguez Cerdeira, «Combustibles,» de Calderas industriales eficientes, Madrid, www.fenercom.com, pp. 27-45. [20] Energía y sociedad, «Las claves del sector energético,» 2013. [En línea]. Available: http://www.energiaysociedad.es. [21] Carlos Ortíz Dominguez, «Estudio y posibles mejoras de la fábrica de anís "El Clavel",» Sevilla, Junio 2009. [22] Esmeralda Portillo, «Diagramas de procesos,» Tema 4 de Ingeniería de Procesos. [23] Coulson & Richardson's, Chemical Engineering Design, Volume 6, Fourth edition, 2005, p. R. K. Sinnott. [24] David Velázquez & Rocio González, Tablas y gráficas de tecnología energética. [25] David Velázquez, Tema 1 Tecnología energética: Cambiadores de calor. [26] McCabe, W.L., Smith J.C. & Harriott, P., Operaciones unitarias en ingeniería química, 7ª Ed. McGraw- Hill Interamericana, 2007. [27] Esmeralda Portillo, Tema 11 Ingeniería de Procesos: Análisis económico de procesos químicos, 2018. [28] Çengel Y.A. & Boles M-A, Termodinámica, McGraw-Hill, 2009. [29] Boletín Oficial del Estado, «Decreto 2484/1967,» de 21 de septiembre, por el que se aprueba el texto del Código Alimentario Español. [30] I. Orriols, La elaboración de aguardientes de Orujo, Madrid: 2005. [31] Simulación de los procesos de obtención de etanol a partir de caña de azúcar y maíz, 2005. 83