estudio cinetico de la fermentaciÒn alcoholica del jugo de caÑa de azucar para la obtenciÒn de...
TRANSCRIPT
1
ESTUDIO CINETICO DE LA FERMENTACIÓN ALCOHOLICA DEL JUGO DE
CAÑA DE AZUCAR (Saccharum officinarum ) PARA LA OBTENCIÒN DE ETANOL
Autores: Marlo García, Pamela; Saravia Rivera, Evelyn; Shiroma Tolentino, Sandra; Taype
Gonzales, Alina.
Asesor: Mg. Terry Calderón, Víctor Manuel
FACULTAD DE OCEANOGRAFIA, PESQUERIA, CIENCIAS ALIMENTARIAS Y ACUICULTURA,
INSTITUTO DE INVESTIGACION FOPCA –UNFV.
Roma 350 Miraflores Lima - Perú
RESUMEN
En el presente estudio se desarrollo el proceso de obtención de etanol usando como materia
prima el jugo de la caña de azúcar (Saccharum officinarum) y a partir de la cual se realizo la
fermentación alcohólica en lo cual se determino las constantes cinéticas del respectivo
proceso.
El hongo utilizado es la levadura Saccharomyces cerevisiae por su capacidad de hidrolizar
la sacarosa a través de la invertasa, por lo cual le sirve a la Saccharomyces cerevisiae para
la transformar los azucares en etanol y dióxido de carbono.
Las unidades experimentales utilizadas fueron a través del empleo del bioreactor operando
a temperatura de 30ºC. De los datos analizados se obtuvieron los valores cinéticos para los
dos tratamientos así como el modelo que va interpretar estos dos tratamientos. Obteniendo
los resultados que el verdadero valor de la constante de velocidad de consumo de sustrato
(k,dia-1
) se encuentra ente 0,0922 y 0,1457 dia-1
, a un nivel del 95% o 5% de nivel
significancia
%51457,0),(,0922,0 1diakLC
También se determino la ecuación que interpreta el experimento, a través de un análisis de
probabilidades, mostrando como varia la concentración en función del tiempo
teC 10899,0.00,12
Con los cual se consiguió una simulación de proceso de fermentación, donde se considera
el sustrato (S), El Producto (P), la generación de biomasa (X), como valores teóricos, para
las condiciones de la experiencia.
Palabras claves: fermentación alcohólica, constante cinética de la fermentación, modelos
matemáticos para la ingeniería de alimentos.
2
ABSTRACT
This study is developing the ethanol process using as raw juice of sugar cane (Saccharum
officinarum) and from which took place the fermentation which determine the kinetic
constants of the corresponding process. The fungus used is the Yeast Saccharomyces
cerevisiae by its ability to hydrolyze sucrose through Invertase, by which it serves to the
Saccharomyces cerevisiae to the transform sugars into ethanol and carbon dioxide. The
used experimental units were through the use of the bioreactor operating at temperature of
30 ° C. The kinetic values for the two treatments as well as the model that will interpret
these two treatments were obtained from the analyzed data. Obtaining the results that the
true value of the consumption of substrate (k, day-1) rate constant is between 0,0922 and
0,1457 day-1, to a level of 95% or 5%...
%51457,0),(,0922,0 1diakLC
Also determine the equation that interprets the experiment, through an analysis of likely
teC 10899,0.00,12
With which was a simulation of process of fermentation, where it is considered the
substrate (S), product (P), the generation of biomass (X), as theoretical, to the conditions of
experience values. Key words: alcoholic fermentation, constant fermentation kinetics
model mathematicians for food engineering.
Key words: alcoholic fermentation, constant fermentation kinetics models
mathematicians for food engineering.
3
INTRODUCCIÓN
Actualmente se viene implementando aérea de cultivo de caña de azúcar para la obtención
de etanol (biocombustible) sin que reste aéreas de cultivo por el consumo humano.
El etanol se considera un combustible ecológico debido a que sus emisiones de CO2 entra
en el ciclo de carbono de la biomasa de origen vegetal eso significa que las plantaciones
de azúcar tomen el carbono de la atmosfera, y que ser transformado el carbono de la azúcar
a etanol y este combustión para formar C02 y H2O y donde el carbono del C02 regresara al
proceso de fotosíntesis, lo que no sucede con los combustible no renovables o también
denominado fósiles, cuya emisiones si van a formar parte de la atmosfera causando los
problemas conocido como efecto de invernadero.(Chaves, 2001)
Las levaduras son los microorganismos más utilizados para producción de etanol por la vía
fermentativa, debido a su alta productividad en la conversión de azúcar al bioetanol y que
se separa mejor después de la fermentación. Además, la producción de toxina es muy
inferior a la de otro microorganismo. Entre las especies más utilizadas están:
Saccharomyces cerevisiae, S. ellipsoideus, s. anamensisi, Candida seudotropicalis, S.
carlsbergensis, Kluyveromyces marxiamus, Candida bytyrii, pichia stipatis,
Schizosaccharomyces. (Echegaray 2000)
Los microorganismos mencionados tienen las características tales como: tolerancia al
etanol, tolerancia a las altas temperaturas, tolerancia a altas concentraciones de azúcar,
rendimiento alcohólico y eficiencia en la fermentación y productividad.
El etanol obtenida a partir de la fermentación de los azucares se encuentran en los
productos vegetales tale como seriales, remolacha, caña de azúcar, sorgo o biomasa. Se
obtiene por fermentación de los azucares y de acuerdo a ciertos autores estos vegetales se
pueden calificar directamente fermentables como son pulpas de fruta, caña de azúcar,
remolacha, sorgo o indirectamente fermentables a los almidones obtenidos en la yuca,
4
maíz, camote, papa, plátano o la celulosa contenido en bagazo de caña de azúcar y en
planta.(Ochoa , 2010)
Aunque todas las fuentes de carbohidrato pueden ser fermentables se pueden considerar
aquellos que presentan alta concentración de este componente en la materia prima, de la
cual debe presentar alta productividad agrícola, rendimiento de alcohol y rentabilidad.
De todo lo observado la que mejor es el jugo de la caña de azúcar donde el promedio de la
composición química de los jugos de la caña de azúcar es: sacarosa a 75-90%, glucosa 70-
98% y fructosa 2-4%. (Gonzales, 2002)
Dentro de la clasificación de Gaden, las fermentaciones alcohólicas por lotes se clasifican
dentro de los procesos tipo I, es decir, aquellos donde la formación del producto está
directamente relacionada con la utilización del sustrato. Considerando que el consumo de
sustrato según Gaden que consideran a la fermentación alcohólica como una reacción de
primer orden y donde el ratio de consumo es directamente proporcional al consumo. Estas
suposiciones hace que el tratamiento de los datos se analizó a través de los modelos
matemáticos utilizando el análisis de regresión (Quezada, 2000) para poder obtener la
constante cinética y el respectivo modelo que intérprete el modelo. (Quintero 1981)
Siendo los objetivos es la determinación de las constantes cinéticas en el proceso de
fermentación alcohólica, así como la obtención de un modelo matemático que nos permite
realizar simulaciones a diferentes temperaturas para ingeniería a escala. (Cardona, 2005)
METODOLOGIA
El trabajo fue realizado en el laboratorio de Tecnología de los Alimentos de la UNFV
FOPCA, el estudio fue realizado por un año. Y es de carácter empírico, analizado de
acuerdo a los parámetros de la Estadística y la estructura de los modelos matemáticos
Tamaño de la muestra: La muestra de jugo de caña de azúcar fue procedente de
Cooperativa Laredo (5 galones) enviada al laboratorio de Tecnología de Alimentos.
5
La unidad de análisis que se realizo para la obtención de datos fue un bioreactor
condicionado para operar a una temperatura programada.
Sobre una muestra de 5 galones se determino el número de ensayos que se debían realizar.
Materiales y métodos
Los métodos e instrumentos que se emplearon para realizar los ensayos y poder controlar la
hipótesis planteada a través de los objetivos fueron: Bioreactor, cronometro, jugo de caña,
sulfato de amonio, refractómetro, potenciómetro, termostato y materiales de vidrio y
vagueta, jeringa,
El análisis de los resultados se llevó de acuerdo al diseño del modelo matemático
planteado que como se puede observar que la formula general favorece a una ecuación de
primer orden.
Estructura del modelo matemático para el consumo de sustrato siendo la ecuación general:
E – S + G – C = A…………………… (1)
Donde:
E = entradas
S = salidas
G = generación
C = consumo
A = acumulación
Para el presente trabajo se ha considerado ensayo por lotes donde :
E = 0
S = 0
G = 0
Quedando la ecuación de balance de energía
6
-C = A…………. (2)
Con las suposiciones de Belamy y de Gaden se muestran en el presente diagrama de flujo
la estructura del modelo utilizando los dos primeros términos de la serie de Taylor.
7
Planteando el modelo matemático
E = 0
S=0
Aplicando la ecuacion de Taylor
ENTRADA t t + st
0 0
SALIDA t t + st
0 0
ACUMULACION C
CONSUMO KC
Aplicando la ecuación general
E - S - C = A
- C = A
Sustituyendo valaores
La condición inicial
t = 0 C = Co
Determinando el valor de la constante
La ecuacion para el consumo de sustrato es:
donde:
C: concentracion de sustrato remanente para un tiempo (t)
Co: concentraación inicial %
k: constante de velocidad de consumo de sustrato dia-1
Tiempo (t) : dia
C-KCVSs
S: Sustrato
t=0; S=So
tdt
dCC
tdt
KCdKC
)(
)( EKdt
dC
ctetkC )(ln
cteCo ln
CotkC ln)(ln
)(ln
lntk
Co
C
)( tkeCo
C
)(tk
oeCC
Ctdt
dCCtt
dt
dKCKCKC
8
La ecuación deducida para la presente experiencia fue:
)(. tkeCoC ……..(3)
Donde :
C: concentración del sustrato remanente (% sólidos)
Co: Concentración inicial del sustrato (% sólidos)
k: constante de la velocidad de consumo del sustrato (dia-1
)
t: tiempo de proceso (día)
También es viable el uso de la ecuación
tkCLnCLn o ()( ………(4)
El diseño experimental.
1. Caracterización de la muestra, física y química.
2. Formulación de la muestra para realizar la fermentación
3. Sobre la base de 6 experimentos de fermentación alcohólica realizados a 30 ºC
4. Determinar para cada experimento, el valor de la constante velocidad de consumo
del sustrato ( k), establecer su límite de confianza, para pequeñas muestras, a un
nivel de significación de 5%.
5. Determinar la curva probabilística en base a una ecuación promedio de los seis
experimentos. A un nivel de significación del 95%
6. Se definió la ecuación de los ensayos.
7. Simular la producción de etanol y consumo de sustrato
9
CARACTERIZAR
FISICA Y QUIMICA
DE LA MUESTRA
ETANOL
LIMITE DE CONFIANZA
PARA LA CONSTANTE
DE VELOCIDAD DE CONSUMO
DE SUSTRATO
DETERMINAR
LA CURVA
PROBABILISTICA
DETERMINAR LA
ECUACION DE LA EXPERIENCIA
VINAZA
EL DISEÑO EXPERIMENTAL
RECEPCION DE LA MUESTRA
DETERMINACIONDEL NUMERO
ENSAYOS
ENSAYOS DE FERMENTACION
ANALISIS DE REGRESION
DE ACUERDO AL MODELO
DETERMINAR EL PROMEDIO DE LOS ENSAYOS
DESTILACION
FIN
INICIO
10
RESULTADOS
Población.- Se recepciono, 5galones ( 19 litros aprox) de una muestra de jugo de caña,
proveniente de la Cooperativa Laredo, sito en Trujillo.
Al ser un proceso experimental sometido a un control de operaciones, donde las
experiencias previas han sido favorables, por lo que se asumió que el 95 % de las pruebas
efectuadas son favorables, y se considero que el 5% no son favorables aceptándose un
10 % de error, en las mediciones, por lo que se considero la realización de 6 ensayos de 1
litro de jugo de caña de azúcar cada uno.
Formulación del sustrato
En la tabla 1, se presenta la formulación que tuvo cada una de las experiencias
Tabla 1. Formulación de la experiencia
Jugo de caña de azúcar 2000 ml
Nutriente sulfato de amonio 2 g
Levadura 2 g
Sólidos totales 11 – 12 %
Temperatura de trabajo 30 ºC
Numero de muestra 6
pH 5,5
Resultado de la experiencia 1
Efectuada con la formulación de tabla 1 y a temperatura constante T= 30ºC
En la figura numero 0 1 se muestra el análisis de regresión efectuado a los datos de la tabla
01 aplicando la ecuación del modelo matemático deducido.
11
tkeCoC .
C: concentración remanente del sustrato (%)
Co: concentración del sustrato (%)
K: constante residual de consumo (dia-1
)
t: tiempo (día)
Tabla 2 Variación de la concentración del sustrato en función del tiempo
El análisis de regresión de acuerdo al modelo matemático da como resultado el valor de l
constante de la velocidad de consumo de sustrato:
k1= 0.144 dia-1
Donde el coeficiente de regresión: R = 0.8525
Tiempo (t)hora Concentracion ( C ) %
0 11
1 10,3
2 10
3 9,9
4 9
5 8,7
6 8
7 4
8 3
12
Resultado de la experiencia 2
Efectuada con la formulación de tabla 1 y a temperatura constante T= 30ºC
Tabla2 Concentración de sustrato remanente en función del tiempo
El análisis de regresión de acuerdo al modelo matemático da como resultado el valor de l
constante de la velocidad de consumo de sustrato: K2= 0.069 dia-1
Donde el coeficiente de regresión: R = 0.9284
S = 13,488e-0,144(t) R² = 0,7269
0
2
4
6
8
10
12
14
16
0 5 10 Co
nce
ntr
acio
n d
e su
stra
to (
S) %
tiempo(t) horas
Figura 1: Fermentacion alcoholica muestra 1
Series1
Exponencial (Series1)
Tiempo (t)hora Concentracion ( C ) %
0 12,5
1 12
2 12
3 12
4 12
5 12
6 11,8
7 11,5
8 11
9 7,5
10 7
11 6,5
12 6,5
13 6
14 5
15 5
13
Resultado de la experiencia 3
Efectuada con la formulación de tabla 1 y a temperatura constante T= 30ºC
Tabla 3 Concentración de sustrato remanente en función del tiempo
El análisis de regresión de acuerdo al modelo matemático da como resultado el valor del
constante de la velocidad de consumo de sustrato: K3= 0.126 dia-1
Donde el coeficiente de regresión: R = 0.8562
S = 14,887e-0,069(t) R² = 0,862
0
5
10
15
20
0 5 10 15 20
Co
nce
ntr
acio
n d
e s
ust
rato
(S)
%
Tiempo (t) dia
Figura 2: Fermentacion alcoholica muestra 2
Series1
Exponencial (Series1)
Tiempo (t)hora Concentracion ( C ) %
0 12,5
1 12
2 12,3
3 12,3
4 12
5 10
6 9
7 5
8 4,5
14
Resultado de la experiencia 4
Efectuada con la formulación de tabla 1 y a temperatura constante T= 30ºC
Tabla4 Concentración de sustrato remanente en función del tiempo
El análisis de regresión de acuerdo al modelo matemático da como resultado el valor de la
constante de velocidad de consumo de sustrato: k4= 0.199 dia-1
Donde el coeficiente de regresión: R = 0.9509
S = 15,478e-0,126(t) R² = 0,7344
0
5
10
15
20
0 2 4 6 8 10
Co
nce
ntr
acio
n d
e su
stra
to (
S) %
TTiempo (t) dia
Figura 3: Fermentacion alcoholica, muestra 3
Series1
Exponencial (Series1)
Tiempo (t)hora Concentracion ( C ) %
0 13
1 13
2 12,5
3 12
4 11
5 10
6 6
7 6
8 5,5
9 5
10 5
15
Resultado de la experiencia 5
Efectuada con la formulación de tabla 1 y a temperatura constante T= 30ºC
Tabla5 Concentración de sustrato remanente en función del tiempo
El análisis de regresión de acuerdo al modelo matemático da como resultado el valor del
constante de la velocidad de consumo de sustrato: K5= 0.123dia-1
Donde el coeficiente de regresión: R = 0.9541
S = 15,119e-0,119(t) R² = 0,9042
0
2
4
6
8
10
12
14
16
0 2 4 6 8 10 12
Co
nce
ntr
acio
n d
e su
stra
to (
S) %
Tiempor (t) dia
Figura 4: Fermentacion alcholica, muestra 4
Series1
Exponencial (Series1)
Tiempo (t)hora Concentracion ( C ) %
0 12
1 12
2 11,5
3 10
4 9
5 6
6 5,5
7 5
8 5
9 5
16
Resultado de la experiencia 6
Efectuada con la formulación de tabla 1 y a temperatura constante T= 30ºC
Tabla 6 Concentración de sustrato remanente en función del tiempo
Tiempo (t)hora
Concentración ( C )
%
0 11
1 10
2 9
3 8
4 7
5 6
6 5,5
7 4,8
8 4
9 3
El análisis de regresión de acuerdo al modelo matemático da como resultado el valor de l
constante de la velocidad de consumo de sustrato: K6= 0.137dia-1
Donde el coeficiente de regresión: R = 0.985
S = 13,187e-0,123(t) R² = 0,9119
0
2
4
6
8
10
12
14
0 2 4 6 8 10
Co
nce
ntr
acio
n d
e su
stra
to (
S) d
ia
Tiempo (t) dia
Figura 5: Fermentacion alcoholica, muestra 5
Series1
Exponencial (Series1)
17
El valor promedio de las seis experiencias realizadas se muestras en la siguiente tabla, la
cual fue utilizada para encontrar la curva probabilística
Tabla 7 Valor promedio de la concentración de sustrato en función del tiempo.
tiempo(t) h Promedio
C (%)
0 12,0
1 11,6
2 11,2
4 10,7
5 10,0
6 8,8
7 7,6
8 6,1
9 5,5
S = 11,725e-0,137(t) R² = 0,9792
0
2
4
6
8
10
12
14
0 2 4 6 8 10
Co
nce
ntr
acio
n d
e su
stra
to (
S) %
Tiempo (t) dia
Figura 6: fermentacion alcoholica, muestra 6
Series1
Exponencial (Series1)
18
Para poder realizar el intervalo de confianza probabilístico de las 6 muestras de bio
conversión del sustrato a etanol se tomo el promedio de las 6 muestras y se aplicó la
ecuación del modelo matemático dando como resultado el valor de K7 =0, 1089 dia-1
, y
con un coeficiente de regresión R=0.9083 habiéndose determinado su ecuación se procedió
a realizar el respectivo análisis de intervalo de confianza probabilística que se aprecia en la
figura numero 08.
Ln( C) = -0,1089(t) + 2,6618 R² = 0,825
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
0 2 4 6 8 10
Ln(c
on
cen
trac
ión
C)%
Tiempo (t) dia
Figura 7: Determinacion del Valor calculado Cc
Series1
Lineal (Series1)
19
Se observa que el 88% de los puntos de la curva promedio están dentro de los límites de la
curva probabilística donde está el Ls y el Li.
La ecuación:
La relación que existe entre la ecuación de relación y los datos se puede observar de
manera cuantitativa y esto es clculando el error típico de la estima Syx cuya ecuación es:
0,00000
0,50000
1,00000
1,50000
2,00000
2,50000
3,00000
3,50000
0,0 2,0 4,0 6,0 8,0 10,0
Co
nce
ntr
acio
n (
C)
%
Tiempo (t) dia
Figura 8:Curva Intervalo de confianza probabilistica
Series1
Series2
Series3
Series4
YCC StYI .
Ln C = 2.618 -0.1089 (t) ± (t studend) Syx
mn
n
n
yyS
c
x
y
.
2
Ln C = LnCo - K(t) ± (t studend) Syx
20
Syx , tiene propiedades análogas a la desviación típica y que al momento de plotearse se
encontrara los puntos muestréales tal como se muestra en la figura 08, donde el 88% se
encuentra dentro de los respectivos limites.
De acuerdo a los valores encontrados por análisis de regresión en los seis ensayos, la
ecuación que interpreta el proceso de fermentación se determino, en primera instancia
determinando el valor promedio de las constantes de velocidad de consumo de sustrato y su
respectiva validez, utilizando el análisis estadístico.
Tabla 8 Valores obtenidos de constantes de la velocidad de consumo de sustrato, en los seis
ensayos
Muestras K(dia-1) Co
1 0.144 11
2 0.126 12.5
3 0,119 12.5
4 0.123 13
5 0.137 12
6 0.069 11
Promedio (X) 0,119
Desviación
estándar (s)
0,0265
Numero de
muestras (n)
6
Valore de t-
student t0,975 (95%)
2,26
Utilizando la ecuación para pequeñas muestras
1975,0
n
stX …… (5)
Y sustituyendo los valores se obtiene la ecuación
16
265,026,2144,0
De donde se deduce que:
El verdadero valor de la constante de velocidad de consumo de sustrato (k) se
encuentra ente 0,0922 y 0,1457 dia-1
a un nivel del 95% o 5% de nivel significancia
%51457,0),(,0922,0 1diakLC
21
Con este valor de la constante de velocidad promedio k= 0,144 dia-1
, asi como el
valor encontrado en la ecuación de la curva probabilística k= 0,1089 dia -1
, las
cuales se encuentran dentro de los limites de confianza deducidos en la ecuación
Se planteo la ecuación que interpreta los las seis experiencias realizadas a una
temperatura de 30 ºC a un nivel de confianza del 95% ( C: concentración remanente
de sustrato; t: tiempo de procesamiento
teC 10899,0.00,12
El obtener la ecuación de consumo de sustrato nos permitió realizar una simulación
de la fermentación alcohólica, considerando, el sustrato (S) y el producto (P)
De acuerdo a la ecuación estequiométrica de la fermentación alcohólica se puede
determinar los valores teóricos de consumo de sustrato, producción de etanol y
generación de biomasa
252612661262112212 44 COOHHCOHCOHCOHOHC levadurainvertasa
Tabla 9 Simulación de la generación de etanol de acuerdo a la ecuación integrada
Tiempo(t)h %C C Remanente (g) C(consumido)g etanol (g)
0 12,00 120,00 - 0
1 10,76 107,61 12,39 6,23
2 9,65 96,50 23,50 11,82
3 8,65 86,53 33,47 16,83
4 7,76 77,60 42,40 21,33
5 6,96 69,58 50,42 25,36
6 6,24 62,40 57,60 28,97
7 5,60 55,96 64,04 32,22
8 5,02 50,18 69,82 35,12
9 4,50 45,00 75,00 37,73
10 4,04 40,35 79,65 40,06
11 3,62 36,18 83,82 42,16
22
De donde podemos deducir una productividad teórica de:
355,0)(120
)tan(16,42
Sustratog
olEgY
S
P
La figura 9, presenta la simulación del del proceso de fermentación del jugo de caña
de azúcar a una temperatura de 30 ºC
DISCUSION
Los resultados obtenidos de los procesos de fermentación y que se reportan en las tablas del
2 al 7, se deduce que la bio conversión del sustrato a etanol, sigue un curso de una reacción
de primer orden tal como lo especifica Gaden, en tipos de fermentación, y por lo que el
modelo propuesto es válido, en las experiencias realizadas. (Quintero 1981).
Los valores de la constantes de velocidad de conversión de sustrato a etanol ( k) , que
obtuvieron, están dentro del rango del limite de confianza obtenido, según el método que se
deriva de la estadística descriptiva, (Quezada 2000)
-
20,00
40,00
60,00
80,00
100,00
120,00
140,00
0 2 4 6 8 10 12Co
nce
ntr
acio
n d
e s
ust
rato
C,(
%);
Eta
no
l(g)
Tiempo (t) dia
Figura 9 Simulación de fermentación
Series1
Series2
Sustrato
Remanente (g)
Etanol (g)
23
La curva probabilística de la figura 8 (Quezada 2000), comprueba que las experiencias
realizadas y evaluadas, según el modelo matemático propuesto y considerando que es una
reacción de primer orden según Gaden ( Quintero 1981), permitió la obtención de una
curva promedio con la se procedió a realizar una simulación para el consumo de sustrato,
producción de etanol en función del tiempo como se aprecia en la tabla 9 y figura 9. Y con
lo cual se obtiene una productividad teórica 0,355 g/g
CONCLUSIONES
Las unidades experimentales utilizadas fueron a través del empleo del bioreactor operando
a temperatura de 30ºC.De los datos obtenidos se determino los valores cinéticos para los
tratamientos así como el modelo que va interpretar estos dos tratamientos. Obteniendose los
resultados que el verdadero valor de la constante de velocidad de consumo de sustrato
(k,dia-1
) se encuentra ente 0,0922 y 0,1457 dia-1
, a un nivel del 95% o 5% de nivel
significancia
%51457,0),(,0922,0 1diakLC
Se comprobó que la ecuación que interpreta el experimento, a través de un análisis de
probabilidades, y mostrando como varia la concentración en función del tiempo es.
teC 10899,0.00,12
Con los cual se consiguió una simulación de proceso de fermentación, donde se considera
el sustrato (S), El Producto (P), la generación de biomasa (X), como valores teóricos, para
las condiciones de la experiencia. Obteniéndose una productividad de
355,0)(120
)tan(16,42
Sustratog
olEgY
S
P
RECOMENDACIONES
A partir de los valores obtenidos programar una serie de ensayos a nivel de escala, que
permita la obtención de valores de la cinética de la fermentación y una la operación de una
columna de destilación de platos.
Como residuo se obtuvo un efluente denominado vinaza, con alto valor en DBO, que debe
ser estudiado a fin de mitigar sus efectos contaminantes (foto 7)
24
REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS
ECHEGARAY, O.F., et al: Fed-Batch Culture of Saccharomyces cerevisiae in Sugar-Cane
Blackstrap Molasses: Invertase Activity of Intact Cells in Ethanol Fermentation. Biomass
and Bioenergy. Vol. 19.2000. 39-50.
CARDONA, C.A. et al: Simulación de los Procesos de Obtención de Etanol a partir de
Caña de Azúcar y Maíz. Scientia et Técnica. Año XI. No 28. Octubre de 2005. U.T.P. 187-
192
QUINTERO, R.: Ingeniería Bioquímica. Teoría y Aplicaciones. Primera Edición. México.
Alhambra Mexicana. 1981. 332 p.)
QUEZADA, L.: Estadística para Ingenieros. Primera Edición. Perú Empresa Editora Macro
E.I.R.L, 2000
Páginas Web:
OCHOA, I.: BIOETANOL
http://www.uninorte.edu.co/extensiones/IDS/Ponencias/biocombustibles/BIOETANOL_ Ivan_Ochoa1.pdf (2010)
GONZALES, D.: La caña de azúcar en la alimentación de cerdos
http://www.sian.info.ve/porcinos/eventos/expoferia2002/daniel.htm
CHAVES, M.: Producción de bioetanol a partir de la caña de azúcar.
http://www.una.ac.cr/redibec-cisda/ponencias/Energia/Marco.pdf. 2001
25
Anexo 1
CALCULO DEL INTERVALOS DE CONFIANZA PARA LA CURVA
PROBABILISTICA
Resultados de ensayos realizados sobre 06 muestras y su promedio
Calculo de la curva probabilística y su determinación de los parámetros respectivos
Muestra 1 Muestra 2 Muestra 3 Muestra 4 Muestra 5 Muestra 6 Promedio
tiempo(t) h C (%) C (%) C (%) C (%) C (%) C (%) C (%)
0 11,0 12,5 13,0 12,0 11,0 12,50 12,0
1 10,3 12,0 13,0 12,0 10,0 12,00 11,6
2 10,0 12,3 12,5 11,5 9,0 12,00 11,2
4 9,9 12,3 12,0 10,0 8,0 12,00 10,7
5 9,0 12,0 11,0 9,0 7,0 12,00 10,0
6 8,7 10,0 10,0 6,0 6,0 12,00 8,8
7 8,0 9,0 6,0 5,5 5,5 11,80 7,6
8 4,0 5,0 6,0 5,0 4,8 11,50 6,1
9 3,0 4,5 5,5 5,0 4,0 11,00 5,5
42
4,666666667X
Promedio Ln ( C) C cal (Y-Yc)^2
C (%) Ln(Cobs) Ln(C cal) (Ln(C )-Ln(C calc))^2 (x-X)^2 (x-X) (1/n)-(x-X)^2/S(x-X)^2 Syc Isup Iinf
12,0 2,49527 2,66180 0,02773 21,77778 -4,667 2,57500 1,60468065 0,09798193 2,9735785 2,3500215
11,6 2,47022 2,55290 0,00684 13,44444 -3,667 1,63750 1,27964839 0,07813543 2,80152695 2,30427305
11,2 2,44885 2,44400 0,00002 7,11111 -2,667 0,92500 0,9617692 0,0587257 2,63086519 2,25713481
10,7 2,40243 2,22620 0,03106 0,44444 -0,667 0,17500 0,41833001 0,02554326 2,30747867 2,14492133
10,0 2,32728 2,11730 0,04409 0,11111 0,333 0,13750 0,37080992 0,02264168 2,18934584 2,04525416
8,8 2,16045 2,00840 0,02312 1,77778 1,333 0,32500 0,57008771 0,0348096 2,11916415 1,89763585
7,6 1,96361 1,89950 0,00411 5,44444 2,333 0,73750 0,8587782 0,05243707 2,06635474 1,73264526
6,1 1,60944 1,79060 0,03282 11,11111 3,333 1,37500 1,17260394 0,07159929 2,01842894 1,56277106
5,5 1,50408 1,68170 0,03155 18,77778 4,333 2,23750 1,49582753 0,09133535 1,97232908 1,39107092
Suma= 0,02237 8,88889
26
Tiempo(t) dia Valor calculado I, superior I,Inferior Valor observado
0,0 2,66180 2,97358 2,3500215 2,495269437
1,0 2,55290 2,80153 2,30427305 2,470215934
2,0 2,44400 2,63087 2,25713481 2,4488476
4,0 2,22620 2,30748 2,14492133 2,402430428
5,0 2,11730 2,18935 2,04525416 2,327277706
6,0 2,00840 2,11916 1,89763585 2,160445326
7,0 1,89950 2,06635 1,73264526 1,963609726
8,0 1,79060 2,01843 1,56277106 1,609437912
9,0 1,68170 1,97233 1,39107092 1,504077397
8,88889
0,02237
0,06106
2
Xx
2
cyy
28
8.
8
02237.0
x
yS
2
2
1
Xx
Xx
nSS
x
yYC
mn
n
n
yyS
c
x
y
.
2
YCC StYI .
27
Anexo 2
Foto 1: Equipo de fermentación
Foto 2: Equipo de fermentación
28
Foto 3: Bioreactor
Foto 4: Bioreactor y gasómetro
29
Foto 5: Bioreactor
Foto 6: Equipo de destilación para obtener etanol
30
Foto 7, Vinaza efluente derivado de la destilación para obtener etanol
Foto 8, potenciómetro
31