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INFORME N°3 BALANCE DE MASA Y ENERGÍA PARA LA EXTRACCION DE ACEITES ESENCIALES A PARTIR DE LA ORTIGA 1

Objetivos: General:  Realizar un balance de masa y energía para la extracción de aceites esenciales a partir de la ortiga Específicos:  Realizar un buen balance de masa en el condensador  Calcular la masa usada en el proceso de extracción de aceite  Determinar los flujos de entrada y salida en el proceso

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Marco teórico referencial: Marco Teórico: Aceites esenciales La destilación por arrastre con vapor también se emplea con frecuencia para separar aceites esenciales de tejidos vegetales. Los aceites esenciales son mezclas complejas de hidrocarburos, terpenos, alcoholes, compuestos carbonílicos, aldehídos aromáticos y fenoles y se encuentran en hojas, cáscaras o semillas de algunas plantas. En el vegetal, los aceites esenciales están almacenados en glándulas, conductos, sacos, o simplemente reservorios dentro del vegetal, por lo que es conveniente desmenuzar el material para exponer esos reservorios a la acción del vapor de agua. Los aceites esenciales son productos naturales aplicados en diferentes industrias, como son la farmacéutica, alimenticia, en perfumería, entre otros usos. Actualmente, se constituyen en productos alternativos para la elaboración de biopesticidas o bioherbicidas. La obtención de los aceites esenciales es realizada comúnmente por la tecnología llamada de destilación por arrastre con vapor, en sus diferentes modalidades. La pureza y el rendimiento del aceite esencial dependerán de la técnica que se utilice para el aislamiento. Métodos Cuando se usa vapor saturado o sobrecalentado, generado fuera del equipo principal, ya sea por una caldera, una olla de presión o un matraz adecuado, esta técnica recibe el nombre de “destilación por arrastre con vapor”, propiamente dicha. También se puede usar el llamado “método directo”, en el que el material está en contacto íntimo con el agua generadora del vapor. En este caso, se ponen en el mismo recipiente el agua y el material a extraer, se calientan a ebullición y el aceite extraído es arrastrado junto con el vapor de agua hacia un condensador, que enfría la mezcla, la cual es separada posteriormente para obtener el producto deseado. Este método es usado de preferencia cuando el material a extraer es líquido o cuando se utiliza de forma esporádica. Una variante de esta última técnica es la llamada “hidrodestilación”, en la que se coloca una trampa al final del refrigerante, la cual va separando el aceite del agua condensada, con lo cual se mejora y se facilita el aislamiento del aceite esencial. También puede montarse como un reflujo, con una trampa de Clevenger para separar aceites más ligeros que el agua. Destilación por arrastre con vapor 82 Q. Orgánica I (1311) El vapor de agua condensado acompañante del aceite esencial es llamado “agua floral” y posee una pequeña concentración de los compuestos químicos solubles del aceite esencial, lo cual le otorga un ligero aroma, semejante al del aceite obtenido. En algunos equipos industriales, el agua floral puede ser reciclada continuamente, o bien, es comercializada como un subproducto Agua de Colonia, Agua de Rosas, etc. (Domínguez, Química Orgánica Experimental. 1990) Marco Referencial: La práctica de “Balance de masa y de energía para extracción de aceites esenciales a partir de la ortiga” se llevó a cabo el día martes 16 de octubre del 2018 en el laboratorio

de Procesos Industriales de la Escuela de Ingeniería Química de la Facultad de Ciencias ubicada en la ESPOCH en la ciudad de Riobamba ubicada en la panamericana Sur km 1 ½ cuyas coordenadas son 70° 40´ 20´´ a una altura de 2815 msnm. 3

Parte experimental:  

Sustancias y Reactivos: Agua Hojas de Eucalipto

      

Materiales y Equipos: Equipo de Extracción de Aceites Esenciales. Termómetro Balanza. Embudos de Separación Probetas Soporte Universal Pinza Universal Procedimiento:

Inicio

Revisar que las válvulas de purga tanto del extracto como del recipiente de recirculación se encuentren cerradas.

Pesar la materia prima.

Añadir al extracto 2 kg de agua por cada kg de materia prima a emplear.

Colocar la materia prima pesada en el interior del extractor en respectivos recipientes de carga o directamente de acuerdo al tipo de vegetal a utilizar.

Colocar la tapa del extractor, poner los respectivos seguros de sello hermético.

Acoplar el condensador a la tapa del extractor y colocar el seguro.

Conectar las tuberías de recirculación de agua al condensador.

Asegurar que la válvula de ingreso de GLP esté cerrada.

Conectar la manguera de alimentación de GLP.

Encender el quemador y regular la llama del mismo.

Conectar el enchufe del sistema de enfriamiento a una fuente de corriente de 220 V y encenderlo.

Colocar el embudo de separación en el soporte universal y ajustarlo a la altura del tubo de salida del condensador.

Separar el agua y el aceite esencial mediante el uso de un embudo de separación.

Colocar el aceite esencial extraído de preferencia en un recipiente de vidrio obscuro con el fin de conservar sus propiedades.

Apagar el quemador y la bomba una vez concluida la extracción.

Dejar enfriar el equipo.

Llenar el recipiente de recirculación con agua.

LABORATORIO Sacar y pesar la materia prima utilizada para la extracción.

PROCESOS INDUSTRIALES Purgar y medir el agua residual del extracto.

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Medir el volumen de agua condensada, así como del aceite esencial obtenido.

Desconectar la manguera de GLP.

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Datos:



Datos Experimentales: Tabla 4.1-1 Datos experimentales para la extracción de aceites esenciales. 𝑚𝐹(Kg) 𝑉𝐻2𝑂𝐶(𝑚3) 𝑉𝐴(𝑚3) t (h) 500

100

0

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FUENTE: BEJARANO, Carlos, FC-L.PI-20., ESPOCH, 2018 Donde: 𝑚𝐹(Kg) = Masa de la ortiga alimentada (Kg) 𝑉𝐻2𝑂𝐶= Volumen de agua de condensado (𝑚3). 𝑉𝐴= Volumen de aceite esencial extraído (𝑚3) t = tiempo de extracción (h) Tabla 4.1-2 Temperaturas obtenidas para la extracción de aceites esenciales TF (C) TC (C) TR (C) TA (C) T1 (C) T2 (C) 21 85 80 35 19 22 FUENTE: BEJARANO, Carlos, FC-L.PI-20., ESPOCH, 2018 Donde: TF = Temperatura del agua de alimentación. (°C) Tc = Temperatura del agua de condensación. (°C) TR = Temperatura del agua residual. (°C) TA = Temperatura del aceite esencial obtenido. (°C) T1 = Temperatura de entrada al refrigerante. (°C) T2 = Temperatura de salida del refrigerante. (°C) Tabla 4.1-3 Datos experimentales para la densidad del aceite esencial 𝑚𝐴(𝐾𝑔) 𝑉(𝑚3) 0 0 FUENTE: BEJARANO, Carlos, FC-L.PI-20., ESPOCH, 2018 Donde: 𝑚𝐴 = Masa del aceite esencial (Kg) V = Volumen del aceite (𝑚3) 5 Cálculos y resultados:  Datos Adicionales: Tabla 5.1-1 Densidades del agua 𝐾𝑔 𝐶 𝑚 LABORATORIO

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1000 FUENTE: BEJARANO, Carlos, FC-L.PI-20., ESPOCH, 2018 Dónde:

𝐾𝑔

𝜌 𝐻20𝐹= Densidad del agua de alimentación ( ⁄𝑚3 ) 𝜌 𝐻20𝐶 = Densidad del agua de condensación ( 𝐾𝑔⁄ 3) 𝑚 Tabla 5.1-2 Capacidades caloríficas 𝐶𝑝𝐹 (𝐾𝑐𝑎𝑙⁄𝐾𝑔 ° 𝐶 𝐶𝑝𝐶 (𝐾𝑐𝑎𝑙⁄𝐾𝑔 ° 𝐶 𝐶𝑝𝑅 (𝐾𝑐𝑎𝑙⁄𝐾𝑔 ° 𝐶 𝐶𝑝𝐴 (𝐾𝑐𝑎𝑙⁄𝐾𝑔 ° 𝐶 𝐶𝑝𝐻2𝑂 (𝐾𝑐𝑎𝑙⁄𝐾𝑔 ° 0.9999

1.004

1.003

0.9999

0.9999

FUENTE: BEJARANO, Carlos, FC-L.PI-20., ESPOCH, 2018  Cálculos Específicos: Balance de masa:

C

EXTRACTOR DE ACEITES ESENCIALES

F

A

R E=S F=C+R+A Cálculo de la densidad del aceite esencial (A): 𝑚𝐴 𝜌𝐴 = 𝑉 𝜌𝐴 = 5𝑘𝑔/𝑚3 Cálculo de la masa de entrada y salida (C, A): 𝑚𝑖 = 𝑉𝑖(𝜌𝑖) 𝑚𝑖 = 100𝑔 Cálculo de los flujos de entrada y salida (F, C, A): 5.1.4.1

Flujo de agua de alimentación: 𝐹=

𝑚𝑖 𝑡

𝐹 = 42𝑘𝑔/ℎ LABORATORIO

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5.1.4.2

Flujo de agua de condensación: 𝐶=

5.1.4.3

𝑚𝑖 𝑡

𝐶 = 36𝑘𝑔/ℎ Flujo de aceite esencial obtenido: 𝑚𝑖 𝐴= 𝑡 𝐴 =0 Cálculo del residuo: R=F–C–A R =0 Balance para el condensador 𝑄𝑒𝑛̇𝑡𝑟𝑎 = ∆𝐻̇ = 𝑚̇ 𝐶𝑝∆𝑇 ̇ 𝑄𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎 = 𝑚̇ 𝑎𝑔𝑢𝑎 𝐶𝑝𝑎𝑔𝑢𝑎 (𝑇2 − 𝑇1) 𝑄𝑒𝑛̇𝑡𝑟𝑎 = 342 Calculo de la entalpía de alimentación 𝐻𝐹 = 𝐹 ∗ ̅𝐶̅𝑝̅𝛥𝑇 𝐻𝐹 = 416 Calculo de la entalpía del aceite esencial 𝐻𝐴 = 𝐴 ∗ ̅𝐶̅𝑝̅𝛥𝑇 𝐻𝐴 = 0 Calculo de la entalpía del condensado 𝐻𝐶 = 𝐶 ∗ ̅𝐶̅𝑝̅𝛥𝑇 𝐻𝐶 = 212 Calculo de la entalpía del residuo 𝐻𝑅 = 𝑅 ∗ 𝐶𝑝𝑎𝑔𝑢𝑎𝛥𝑇 𝐻𝑅 = 16 Calculo del calor perdido 𝑄𝑠𝑎𝑙𝑒 = ∆𝐻 = 𝐻𝑅 + 𝐻𝐶 + 𝐻𝐴 − 𝐻𝐹 𝑄𝑠𝑎𝑙𝑒 = 0 Calculo de la eficiencia del equipo Qentra − Qsale E= ∗ 100% Qentra E=0 

Resultados:

Tabla 5.3-1 Resultados Obtenidos F (Kg/h) C (Kg/h) R (Kg/h) A (Kg/h) E (%) 42 36 0 0 0 FUENTE: BEJARANO, Carlos, FC-L.PI-20., ESPOCH, 2018 No se pudo realizar varios cálculos gracias a que a partir de la ortiga no se puede obtener aceite LABORATORIO

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esencial por medio de este método.

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Errores: Sistemáticos:  El reactor presentaba residuos de su último uso los cuales se desprendieron e incrustaron al producto. Aleatorios:  Perdida de producto debido a derrame y salpicadura durante el proceso de separación pues no se controlaba adecuadamente el condensador.

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Discusión (120 palabras): En química trabajamos con sustancias en su estado puro. En la naturaleza, la mayor parte de dichas sustancias se encuentran en forma de mezclas. Para poder separarlas, existen muchas técnicas, entre las cuales encontramos la destilación por arrastre de vapor. Utilizando como principio los puntos de ebullición de cada sustancia que compone la mezcla, logramos obtener sustancias independientes. Los principios de la destilación son básicos para un profesionista que se desenvuelva en el laboratorio. Conclusiones y Recomendaciones: Conclusiones:  Debido a que no se utilizó el equipo adecuado no se logró obtener una buena extracción de aceite esencial de ortiga.  Luego de realizada la práctica se logró determinar la eficiencia del equipo de extracción de aceites esenciales siendo esto de 83.76%  Previo a la realización de la práctica de balance de masa y energía para la extracción de aceite de ortiga se utiliza un reconocimiento de las principales características del equipo lo cual facilita la realización de la misma Recomendaciones:  Procurar que el equipo a ser utilizado este correctamente limpio pues puede haber incrustaciones que afecten el producto final.  Controlar la velocidad y los movimientos del agitar para evitar pérdidas del producto que se está mezclando. Aplicaciones:

10 Referencias bibliográficas: 10.1. Citas:  (Brito, 2001)  (Agitación (Química), s.f.)  (UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO, 2017) 10.2. Bibliografía:  Brito, H. (2001). Texto Básico de Operaciones Unitarias II. Riobamba, Ecuador: ESPOCH. 10.3. Internet:  EcuRed. (s.f.). Recuperado el 24 de julio de 2018, de https://www.ecured.cu/Agitaci%C3%B3n_(Qu%C3%ADmica) 11 Cuestionario: 12 Anexos: Diagrama del equipo utilizado: RESUMEN LABORATORIO

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La extracción de aceites esenciales se realiza por varias técnicas, dentro de las cuales se destacan el enfloreado, la extracción con solvente y la extracción por arrastre con vapor. En nuestro caso se empleará la extracción por arrastre para la obtención de aceite esencial a partir de la ortiga; el modo de extracción consiste en generar el vapor que ingresa a un recipiente, donde están las hojas de la planta, y ponerlos en contacto hasta lograr la saturación del aceite, éste será arrastrado por el vapor hacia un condensador para finalmente después de un tiempo de reposo de la mezcla aguaaceite, decantar el aceite. Además de la extracción, se busca también mostrar que las características generales del producto son similares a las del producto industrial, lo cual se determinará con el espectro infrarrojo, la determinación de la densidad y el índice de refracción. DESCRIPTORES //ORTIGA//ARRASTRE//EXTRACCIÓN//ACEITE//ESENCIAL//ESPECTRO//DENSIDAD// REFRACCIÓN//

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ANEXO I

a)

NOTAS:

CATEGORIA DEL DIAGRAMA: a)

Equipo de extracción por arrastre de vapor.

 Aprobado  Certificado  Información

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 Preliminar  Por aprobar  Por calificar

ESCUELA SUPERIOR POLITECNICA DE CHIMBORAZO FACULTAD DE CIENCIAS ESCUELA DE INGENIERÍA QUÍMICA

AGITACIÓN Y MEZCLADO PARA ELABORACIÓN DEL JABÓN LÍQUIDO LÁMINA

ESCALA

FECHA

1

1:1

2018/10/16

ELABORADO POR: Karol Solange Horna Padilla

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LA

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