Actividad 1 de balance de materia y energia

1. CRISTALIZACIÓN
I. MARCO TEÓRICO
El biodiesel es combustible diésel producido a partir de aceites vegetales y otros
recursos renovables. Se pueden usar muchos tipos diferentes de aceites, incluidas
grasas animales, aceites de cocina usados y aceite de soja. El biodiesel es miscible
con diésel de petróleo y puede usarse en mezclas de biodiesel-diésel. La mayoría
de las mezclas son 20 por ciento de biodiesel y 80 por ciento de diésel tradicional.
El diésel de soja se puede usar puro (100%), pero muchos otros tipos de biodiesel
son demasiado viscosos, especialmente en invierno, y deben usarse en mezclas
para mantener su fluidez. Las propiedades del combustible variarán según la
materia prima utilizada.
Tabla 1. Valores típicos para biodiesel
El biodiesel es un combustible limpio que se ha obtenido a partir de aceite crudo de
palma a condiciones de operación muy diferentes, las cuales dependen del sistema
catalítico empleado.
Figura 1. Biodiesel producido a partir de aceite de palma

2. Por otra parte, la cristalización fraccionada es un método de purificación de
sustancias basado en las diferencias de solubilidad. Si dos o más sustancias están
disueltas en un disolvente y éste se va evaporando, dichas sustancias cristalizan en
la disolución (precipitan) a diferentes velocidades. El fraccionamiento por
cristalización de una mezcla de lípidos (mezclas de triglicéridos, ácidos grasos,
alquilésteres de ácidos grasos, etc.) se basa en las diferencias en las temperaturas
de cristalización o de fusión de los componentes individuales y permite obtener una
fracción líquida con mejores PFBT mediante el retiro de los componentes más
saturados. Dado que en los inicios de la industria de los aceites y grasas
comestibles era una práctica normal la obtención de aceites para ensaladas
mediante la separación de los componentes más insaturados de algunos aceites
vegetales dejándolos enfriar durante el invierno en tanques exteriores, la técnica del
fraccionamiento por cristalización se ha denominado comúnmente como
“winterization”. La cristalización puede ser inducida por cambios en la
concentración, la temperatura o por otros medios. La cristalización es la operación
unitaria basada en la formación de sólidos cristalinos en el seno de una solución
homogénea; asimismo la formación de los cristales toma bases científicas para la
obtención de productos derivados de las actividades industriales. Esta operación
consiste en la conversión de una o algunas sustancias de un estado sólido amorfo,
líquido o gas, al estado cristalino. De esta manera, para que los cristales puedan
ser formados, se requiere de una fase liquida, que puede ser obtenida por el
enfriamiento de una solución. La cristalización tiene la finalidad de obtener un
producto que tenga una distribución de tamaño cristal (Rawlings et al., 1993). Esta
operación es fundamentalmente interesante e importante debido a la transición de
fases liquido-solidas que esta supone, así como por los materiales o productos que
se obtienen y que pueden comercializados en forma de cristales. La cristalización
se puede dividir en muchos subgrupos, como la preparación de cristales
individuales, cristalización en masa, producción de capas delgadas, solidificación
de metales, biomineralización.

3. Su interés industrial se basa en que se trata de una operación necesaria para todo
compuesto químico que se presenta comercialmente en forma de polvo o de
cristales:
1. Un cristal formado a partir de una disolución impura es esencialmente puro.
2. Proporciona un método práctico para la obtención de sustancias químicas
puras en condiciones adecuadas para su envasado, transporte y almacenamiento.
- Antecedentes
Para el biodiesel, desde los inicios de la industria del biodiesel en la década de los
80, las asociaciones mundiales de productores de vehículos y motores han
manifestado su preocupación por las deficientes propiedades de flujo a baja
temperatura (PFBT) de los diferentes tipos de biodiesel que han logrado nivel
comercial. Dado su alto contenido de alquilésteres saturados (alrededor del 50%
por peso), las PFBT del biodiesel de aceite de palma (BAP) son mucho más críticas
que para los otros tipos de biodiesel comerciales, constituyéndose en su mayor
deficiencia de calidad y limitante para propiciar su uso puro o mezclado en diferentes
proporciones con el combustible diésel convencional derivado del petróleo.
Los cristales, debido a sus formas regulares, han atraído la atención del hombre
desde tiempos remotos, siendo que el conocimiento de los cristales inicio por medio
del estudio de la composición mineralógica y de la estructura cristalográfica. La
cristalización es una de las primeras operaciones de la Ingeniería Química utilizada
comercialmente, por lo que ese interés no es muy sorprendente, ya que esta
representa un proceso vital en muchas ramas de la industria en nuestros tiempos:
la azucarera, química, farmacéutica, biotecnológica, electrónica.
Existen evidencias de que la cristalización a partir de la solución es una de las
operaciones unitarias más antiguas, datada entre el año 2500 y 3000 a.C.
Evidentemente, en ese tiempo la operación de cristalización aún no podría llevarse
a cabo en condiciones mejoradas y controladas en un tanque, evaporador o

4. cristalizador continuo, pero el ser humano era capaz de aprovechar las grietas de
las rocas o determinadas superficies para obtener sal, o para obtener sacarosa o
pigmentos empleando salmueras naturales.
II. DESARROLLO
Figura 2. Montaje para el fraccionamiento del biodiesel de aceite de palma
El fraccionamiento se lleva a cabo en un recipiente enchaquetado (cámara de
separación) que se enfría hasta la temperatura de prueba mediante un baño de
recirculación dotado con control de temperatura. Dentro del recipiente se coloca una
malla fina con el objetivo de retener los cristales a medida que se forman durante el
tiempo de prueba. La separación de las fases se logra drenando parte del líquido
por un tubo inferior en el cual hay una malla antes de la válvula de salida. La mayor
parte del líquido se extrae por la parte superior con la ayuda de un sifón. Una vez
se extrae la fracción líquida a la temperatura de prueba, la fracción sólida se
recupera volviéndola nuevamente líquida, haciendo circular por el recipiente
enchaquetado agua a temperatura ambiente.

5. El objetivo del montaje es obtener un nivel de fraccionamiento suave, de tal modo
que las dos fases separadas a la temperatura de prueba sean líquidas a la
temperatura ambiente. No se trata de retirar completamente uno o varios de los
componentes más saturados del biodiesel de aceite de palma original, sino lograr
una migración de tales componentes de una fracción a la otra.
Los factores tenidos en cuenta en el diseño fueron:
 Temperatura de winterization o temperatura de prueba: los niveles para
el factor temperatura de prueba se deben seleccionar dentro de un
intervalo de temperaturas caracterizado por dos puntos extremos.
La temperatura más alta del intervalo es aquella a la cual se empiezan a
formar los primeros cristales en el seno del líquido (punto de nube) y la
temperatura más baja corresponde al punto en el cual la formación y
aglomeración de cristales. Para el BAP el mencionado intervalo de
temperaturas es bastante cerrado. De acuerdo con los valores reportados
en el Punto de Nube del BAP oscila entre 15 ºC y 18 ºC, mientras que el
Punto de Fluidez varía entre 9 ºC y 12 ºC. Con base en las
consideraciones expuestas, los niveles seleccionados para el factor
temperatura de prueba fueron: 16 ºC, 15 ºC y 14 ºC.
 Para el factor tiempo de prueba: se tuvieron en cuenta los siguientes tres
niveles: 6, 12 y 24 horas.
Se tuvo en cuenta que el objetivo del proceso de fraccionamiento por cristalización
implementado en este trabajo era obtener, para una temperatura de prueba dada,
una fracción de líquido que tuviera mejores propiedades de flujo a baja temperatura
que el biodiesel original sin que su rendimiento fuera demasiado bajo.
- MAPA DEL PROCESO

6. >Proceso convencional de fraccionamiento
PRIMERA ETAPA
Llevada a cabo
generalmente por
filtración o
centrifugación.
Se realiza la
separación de las
fracciones sólida.
SEGUNDA ETAPA
Conseguir que los cristales
formen núcleos y crezcan a
una tasa de enfriamiento
controlada y combinada
con agitación.
Se logra la formación
de cristales con
distribución de tamaño
y patrón de
cristalización con
uniformidad.
CRISTALIZACIÓN FRACCIONADA
Cámara de Separación
Dentro se coloca una
Se enfría hasta que llegue a la
temperatura de prueba.
Malla Fina
Separación de Fases
Retener los cristales conforme se
formen dentro del tiempo de prueba.
La fracción sólida se
recupera volviéndola
líquida de nuevo.
Drenar la parte del líquido
con ayuda de un tubo
inferior.
La mayor parte del líquido se
extrae por la parte superior
con ayuda de un sifón.
donde
Para llegar a la
Con el propósito de
Empieza por una

7. Referencias
 Mowery, Deborah L. "Biofuels." Macmillan Encyclopedia of Energy, edited by John
Zumerchik, vol. 1, Macmillan Reference USA, 2001, pp. 157-166. Gale eBooks,
link.gale.com/apps/doc/CX3407300041/GVRL?u=uaemex&sid=bookmark-
GVRL&xid=fb295996. Accessed 20 Aug. 2021.
 Aguilar, N., & Gamboa, C. (2006). ASPECTOS TEÓRICOS Y APLICACIONES DE
LA OPERACIÓN UNITARIA DE CRISTALIZACION. Revista Semestral de la
Universidad de Costa Rica, 16(1), 123–132.