Obtención de compuestos orgánicos oxigenados por pirólisis de la pepa de mango

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(1)Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. UN T. UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA. In ge. nie. ría. Qu. ím. ica. ESCUELA DE INGENIERÍA QUÍMICA. TESIS. “OBTENCIÓN DE COMPUESTOS ORGÁNICOS OXIGENADOS POR. bli ot ec a. de. PIRÓLISIS DE LA PEPA DE MANGO”. AUTOR:. PAREDES ARANDA JOSÉ MIGUEL. Bi. ASESOR: Dr. CROSWEL EDUARDO AGUILAR QUIROZ. TRUJILLO - PERÚ 2012. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(2) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. UN T. DEDICATORIA. ím. ica. A mi padre José Paredes López, porque sin sus firmes palabras, emotivos consejos, apoyo incondicional y por ese sentimiento de amor que me brinda, no hubiera sido posible concluir con esta tesis, lo cual me motiva a seguir adelante y no desmayar en el intento, tan solo puedo decirte ¡gracias padre!. In ge. nie. ría. Qu. A mi madre Yolanda Aranda Herrera, porque con sus dulces palabras, tiernas atenciones, apoyo incondicional y por ese calor de madre que me brinda como si aun fuera su niño, hicieron que tenga la fortaleza suficiente para vencer los obstaculos que se presentaron en el camino y asi haber podido terminar con esta tesis, tan solo puedo decirte ¡gracias madre!. Bi. bli ot ec a. de. A mi hermanita Carmen Paredes Aranda, mi corazón gemelo, por ser la gestora de todo esto y enseñarme que con empeño y mucha dedicación se puede cumplir el objetivo trazado, con ese argumento no solo lograste persuadirme si no que ademas te convertiste en mi ejemplo a seguir, tan solo puedo decirte ¡gracias hermanita!. A mi abuelita Emerita López Gurrionero y a mi tia Flor Salinas López, mis madres, porque desde un inico fueron el gran apoyo de mis padres, refugio de amor de mi hermana y el mio, y por estar siempre en el momento oportuno de dificultad o alegria en todas mis vivencias, lo cual aprecio y valoro mucho, tan solo puedo decirles ¡gracias madres!. II Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(3) Qu. ím. ica. UN T. Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. ría. AGRADECIMIENTO. Quiero manifestar mi profundo agradecimiento al Jefe del Laboratorio de Cinética y. nie. Catálisis, Adsorbentes y Materiales, Dr. Croswel Eduardo Aguilar Quiroz, por permitirme desarrollar mi tesis en el laboratorio, por enseñarme hacer investigación, por sus palabras. In ge. firmes en el momento oportuno, por su constante asesoramiento y sobre todo por. Bi. bli ot ec a. de. enseñarme que no hay nada más digno que el obtener un triunfo por mis propios méritos.. III Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(4) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. UN T. RESUMEN. Se estudia la obtención de compuestos orgánicos oxigenados por pirólisis de pepa de mango.. ica. Se investiga la influencia de la temperatura de reacción, flujo de nitrógeno, humedad y. granulometría de la materia prima. Se identifican los grupos funcionales por espectrometría. ím. infrarroja con transformada de Fourier del producto líquido obtenidos en la fase orgánica y. Qu. acuosa.. Los resultados muestran que el aumento de la temperatura de reacción influye en forma cíclica en el tipo de productos, indicando una dinámica de formación-destrucción de los. ría. grupos funcionales. Así, cuando a una temperatura se favorece la formación grupos. nie. funcionales en los compuestos orgánicos, en los compuestos acuosos el efecto es opuesto. El flujo de nitrógeno en el rango de 30 a 150 cm3 min-1, no influye en la formación-. In ge. destrucción de los grupos funcionales presentes en los compuestos orgánicos y acuosos, pero a 200 cm3 min-1 influye negativamente sobre el rendimiento del producto líquido total.. Humedades en la materia prima entre 9.5 y 17.7 % influye positivamente en la formación. de. de los grupos funcionales oxigenados en los compuestos orgánicos y acuosos. Muestras secas o con alto contenido de humedad (>17.7%) no favorecen la formación de grupos. bli ot ec a. funcionales.. Tamaños de partícula entre +2.36- 4.75 mm favorece la formación de grupos funcionales. Bi. tanto en los compuestos orgánicos como acuosos.. IV Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(5) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. UN T. ABSTRACT. It study the production of oxygenated organic compounds by pyrolysis of mango pit is. ica. studied.. the influence of the reaction temperature, nitrogen flow, humidity and particle size of the. ím. raw material is investigated. the functional groups are identified by infrared spectroscopy. Qu. with Fourier transform of the liquid product obtained in the organic and aqueous phase.. The results show that increasing the reaction temperature influences cyclically in the product, indicating a dynamic formation-destruction of the functional groups. Thus, when. nie. is opposite effect is favored.. ría. at a temperature forming functional groups in organic compounds in aqueous compositions. The nitrogen flow in the range of 30 to 150 cm3 min-1, does not influence the formation-. In ge. destruction of the functional groups present in organic and aqueous compounds, but 200 cm3 min-1 adversely affects the yield of liquid product total.. Humidities in the raw material between 9.5 and 17.7% positively influences the formation. de. of oxygen functional groups in the organic and aqueous compounds. dry or high moisture. bli ot ec a. content (> 17.7%) samples do not favor the formation of functional groups.. Particle sizes between 4.75 mm + 2.36- favors the formation of both functional groups in. Bi. organic compounds and aqueous.. V Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(6) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. UN T. INDICE GENERAL I CARATULA............................................................................................................................. II DEDICATORIA........................................................................................................................ III AGRADECIMIENTO................................................................................................................ ica. IV RESUMEN................................................................................................................................. ím. V INDICE GENERAL.................................................................................................................. 1 INTRODUCCION..................................................................................................................... Qu. 6 DESARROLLO EXPERIMENTAL......................................................................................... I. REACTIVOS, MATERIALES Y EQUIPOS......................................................... 6 6 1. Materia prima.................................................................................................... Obtención. de. las. 6 de. pepas. ría. 1.1.. 6. mango............................................................... Secado. de. nie. 1.2.. las. 6 de. pepas. 7. mango.................................................................... Rayado. y. cortado. In ge. 1.3.. de. las. 7 de. pepas. 7. mango................................................... 1.4.. Tamizado. de. las. pepas. de. mango. rayadas. 8y 9. cortadas.................................. de. 9 2. Pirólisis de la pepa de mango............................................................................ 2.1.. Pesado. de. 9 materia. la. 10. bli ot ec a. prima.......................................................................... 2.2.. Ensamblado. del. equipo. experimental.......................................................... 2.3.. Pesado. y. almacenamiento. del. producto. carbón........................................... 2.4.. Pesado. y. almacenamiento. del. producto. líquido. Bi. .......................................... 3. Caracterización del producto líquido................................................................. VI Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(7) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. 3.1.. Espectrometría. infrarroja. con. transformada. de. UN T. Fourier............................. II. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL................................................................ 11. 11 1. Materia prima..................................................................................................... ica. 11 2. Equipo experimental.......................................................................................... 14 3. Pirólisis de la pepa de mango............................................................................. ím. 15 4. Ensayos experimentales..................................................................................... Qu. 16 5. Caracterización del producto líquido................................................................. RESULTADOS......................................................................................................................... 18 I. Influencia de la temperatura de reacción................................................................. 18. ría. Tabla N° 1: Condiciones de operación.................................................................... 18 Tabla N° 2: Resultados............................................................................................ 18. nie. Grafica N° 1: Influencia de la temperatura de reacción en la distribución de los 18 productos.................................................................................................................. In ge. Grafica N° 2: Espectrometría infrarroja con transformada de Fourier de las fases 19 orgánicas................................................................................................................. Grafica N° 3: Espectrometría infrarroja con transformada de Fourier de las fases. de. 19 acuosas...................................................................................................................... II. Influencia del flujo de nitrógeno............................................................................. 20. bli ot ec a. Tabla N° 3: Condiciones de operación.................................................................... 20 Tabla N° 4: Resultados............................................................................................ 20 Grafica N° 4: Influencia del flujo de nitrógeno en la distribución de los 20 productos................................................................................................................. Grafica N° 5: Espectrometría infrarroja con transformada de Fourier de las fases 21 orgánicas.................................................................................................................. Bi. Grafica N° 6: Espectrometría infrarroja con transformada de Fourier de las fases 21 acuosas.................................................................................................................... 22 VII 22. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 22 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(8) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. III. Influencia de la temperatura de precalentamiento de nitrógeno.............................. UN T. Tabla N° 5: Condiciones de operación.................................................................... Tabla N° 6: Resultados............................................................................................. Grafica N° 7: Influencia de la temperatura de precalentamiento de nitrógeno en. ica. 22 la distribución de los productos............................................................................... IV. Influencia de la humedad en la materia prima........................................................ 23. ím. 23 Tabla N° 7: Condiciones de operación.................................................................... 23 Tabla N° 8: Resultados............................................................................................. Qu. Grafica N° 8: Influencia de la humedad en la materia prima para la distribución de los productos....................................................................................................... 23 Grafica N° 9: Espectrometría infrarroja con transformada de Fourier de las fases. ría. 24 orgánicas................................................................................................................. Grafica N° 10: Espectrometría infrarroja con transformada de Fourier de las. nie. 24 fases acuosas............................................................................................................ In ge. V. Influencia de la granulometría en la materia prima.…………………………........ 25 Tabla N° 9: Condiciones de operación.…………………………………………... 25 Tabla N° 10: Resultados.…………………………………………………………. 25 Grafica N° 11: Influencia de la granulometría en la materia prima para la. de. distribución de los productos.................................................................................. 25 Grafica N° 12: Espectrometría infrarroja con transformada de Fourier de las. bli ot ec a. 26 fases orgánicas........................................................................................................ Grafica N° 13: Espectrometría infrarroja con transformada de Fourier de las 26 fases acuosas............................................................................................................ 27 DISCUCIONES........................................................................................................................ I. Influencia de la temperatura de reacción................................................................. 27. Bi. II. Influencia del flujo de nitrógeno............................................................................. 31 III. Influencia de la humedad en la materia prima........................................................ 35 IV. Influencia de la granulometría en la materia prima................................................. 38 VIII. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(9) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. UN T. 41 CONCLUSIONES.................................................................................................................... 42 RECOMENDACIONES............................................................................................................ 43 REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS....................................................................................... 46 ANEXOS.................................................................................................................................... ica. 47 ANEXO I: ANALISIS GRANULOMETRICO DE LA PEPA DE MANGO........................... ANEXO II: DATA TABULADA RELATIVA A LOS GRUPOS DE FRECUENCIA MÁS PARA. LOS. GRUPOS. FUNCIONALES. MÁS. COMUNES. ím. SIGNIFICATIVOS. 50 ENCONTRADOS EN COMPONENTES ORGÁNICOS......................................................... Qu. ANEXO III: ESPECTROS FT-IR DE LA FASE ORGANICA DEL PRODUCTO LIQUIDO DE PIROLISIS DE LA PEPA DE MANGO.......................................................... 53 ANEXO IV: ESPECTROS FT-IR DE LA FASE ACUOSA DEL PRODUCTO LIQUIDO. ría. DE PIROLISIS DE LA PEPA DE MANGO............................................................................ 62 71 ANEXO V: MATERIA PRIMA................................................................................................ nie. ANEXO VI: TAMAÑOS DE PARTICULA EN LA MATERIA PRIMA.............................. 72 73 ANEXO VII: EQUIPO EXPERIMENTAL DE PIROLISIS..................................................... In ge. ANEXO VIII: LIQUIDOS Y CARBONES ONTENIDOS POR PIROLISIS DE LA PEPA 74 DE MANGO............................................................................................................................. ANEXO IX: EXTRACCION DE LOS COMPUESTOS ORGANICOS EN LAS FASES 81 ACUOSAS................................................................................................................................. Bi. bli ot ec a. de. 82 ANEXO X: EQUIPO ESPECTROFOTOMETRO INFRARROJO PERKIN ELMER............ IX Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(10) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. UN T. INTRODUCCION. La biomasa es toda la materia que se puede derivar directa o indirectamente de la fotosíntesis de las plantas, encontrándose en forma vegetal o animal, es decir, la biomasa es energía solar transformada. La biomasa varía considerablemente en fuente y composición,. ica. para fines energéticos y derivados puede provenir de la madera, cultivos de agricultura y sus residuos, residuos sólidos de fuente municipal e industrial, residuos de animales,. ím. plantas acuáticas y residuos de la industria procesadora de alimentos. [1-3]. Qu. Hoy en día, la biomasa es considerada como un recurso renovable con alto potencial para la producción de energía y derivados químicos [4]. La biomasa puede ser convertida en varias formas de energía por diferentes procesos de transformación que pueden ser divididos en:. ría. bioquímicos por acción microbiológica, termoquímicos a través de tratamientos térmicos y físicos-químicos. Los procesos de transformación termoquímica son la pirolisis, la. nie. gasificación, la combustión y la licuefacción. A través de estos procesos se producen. In ge. diferentes fracciones de combustibles sólidos, líquidos, gaseosos y energía térmica [5].. La pirólisis de la biomasa es la descomposición térmica de los materiales en ausencia de oxígeno y es una vía prometedora para la producción de no solo biocombustible, sino. de. también materias primas renovables de numerosos compuestos orgánicos oxigenados [6].. Por variación de las condiciones de operación del proceso como la biomasa, granulometría,. bli ot ec a. humedad, temperatura, velocidad de calentamiento, tiempo de residencia, flujo de nitrógeno y tipo de reactor, se determina el tipo de producto a obtener [7].. El producto líquido de la pirólisis es una mezcla de compuestos orgánicos oxigenados conteniendo grupos funcionales hidroxilos, carbonílicos, carboxílicos y fenólicos. Uno de los principales inconvenientes de la mezcla liquida es la composición ya que es muy similar. Bi. a la de la biomasa original y es muy diferente de los combustibles y productos químicos derivados del petróleo [8]. Sus principales componentes son ácidos orgánicos, aldehídos, cetonas, alcoholes, fenoles, lignina y agua (25%) [9]. 1. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(11) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. La recuperación de los compuestos orgánicos oxigenados presentes en la fase liquida por. UN T. constituir valiosas sustancias químicas es investigado desde el punto de vista tecnológico como económico: fenoles utilizados en la industria de resinas; ácidos orgánicos volátiles en la formación de deicers; levoglucosano e hidroxiacetaldehido de aplicación en la industria. ica. farmacéutica, aromatizantes y agentes saborizantes, etc. [10,11].. Las industrias procesadoras de alimentos representan una fuente importante de “biomasa. ím. residual” [12]. Industrias procesadoras de frutos como el caso del mango, utilizado tradicionalmente para producir néctares, jugos, conservas, mermeladas, jaleas, purés,. Qu. encurtidos, bebidas, etc., procesos en los cuales el bagazo, la pepa y la piel que representan el 40 al 50 % del peso total del fruto constituyen biomasa residual. Actualmente se estudian alternativas para el uso de estos residuos, por sus constituyentes que tienen valor agregado. ría. por su contenido de aceite, minerales, fibra, vitaminas, carbohidratos y proteínas [13].. nie. Ozlem et al [14], estudiaron la pirólisis de nabo para determinar los efectos de la temperatura de pirolisis, velocidad de calentamiento, tamaño de partícula y flujo de gas de. In ge. arrastre en el rendimiento de los productos y su composición química. La máxima producción de líquido del 73 % fue obtenida a la temperatura de 550-600 °C, tamaño de partícula de +0.6-1.25 mm. y flujo de gas de arrastre de 100 cm3 min-1 (N2). Estudios cromatográficos y espectroscópicos del producto líquido, muestran que el líquido de nabo. de. puede ser usado como un combustible renovable y materia prima de compuestos químicos.. bli ot ec a. Ozlem et al [15], investigaron la pirólisis rápida de semillas de alazor con el propósito de estudiar la distribución de los productos, sus composiciones químicas e identificar las condiciones óptimas del proceso para maximizar el rendimiento del producto líquido. Los experimentos fueron realizados en un reactor de lecho fijo bajo atmosfera de nitrógeno. El mayor rendimiento del 54 % fue obtenido a la temperatura de pirolisis de 600 °C, flujo de nitrógeno de 100 cm3 min-1 y velocidad de calentamiento en el reactor de 300 °C min-1. El. Bi. análisis químico elemental (CHNO) y poder calorífico del líquido fue comparado con el. combustible diesel y la composición química del líquido determinado por FT-IR y GC-MS.. 2 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(12) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Tsai et al [16], estudiaron la pirólisis rápida para producir productos valiosos de la paja de. UN T. arroz, bagazo de caña de azúcar y cascara de coco en un reactor de lecho fijo extremadamente calentado. El efecto de los parámetros del proceso tales como temperatura de pirólisis, velocidad de calentamiento y tiempo de residencia en el rendimiento de los. productos de pirólisis y sus composiciones químicas fueron investigadas. El producto. ica. líquido alcanza un rendimiento del 50 %. La caracterización química elemental (CHNO),. poder calorífico, espectroscopia infrarroja con transformada de Fourier (FT-IR) y. ím. cromatografía de gases/ espectrometría de masas (GC-MS), muestra que el producto liquido de pirólisis contiene grandes cantidades de agua (> 65 % en peso) y pocos contenidos de. Qu. hidrocarburos oxigenados compuestos de grupos carbonilos, resultando en bajo pH y bajos valores de calentamiento. El residuo sólido fue además caracterizado en el presente estudio.. ría. Ketty et al [17], estudiaron la degradación térmica del bagazo de caña de azúcar a 200-800 °C bajo un flujo de gas nitrógeno. Diferentes parámetros experimentales de la pirólisis se. nie. investigaron: temperatura de reacción, tiempo de duración de la pirólisis y velocidad de calentamiento. Los residuos sólidos obtenidos fueron analizados por análisis elemental. In ge. (CHNO) y por espectroscopia infrarroja con transformada de Fourier (FT-IR). Las más importantes modificaciones estructurales aparecen entre 300 y 400 °C, y caracterizados por el decrecimiento de la intensidades de bandas C-O y C=C y la formación de bandas alquílicas. La degradación térmica del bagazo está determinada por la deshidratación y la. de. formación de CO y CO2. La carbonización genera componentes de bajo peso molecular y. bli ot ec a. carbón elemental, entre otros.. Ba T. et al [18, 19], obtuvieron compuestos orgánicos oxigenados por pirólisis al vacío de cortezas de madera blanda. La mezcla líquida fue separada por centrifugación, en una capa superior (16 %) y una capa inferior (84 %). Las fracciones liquidas fueron fraccionadas con solventes en columna de elución, con diámetro interno de 16 mm. y empacado con 15 gr. de 70-230 mallas de gel de sílice. Cinco fracciones de cada muestra fueron recogidas por. Bi. eluciones sucesivas con 100 ml. de solventes polares (pentano, benceno, diclorometano, etil acetato y metanol). Los solventes fueron retirados y las fracciones de compuestos orgánicos oxigenados recuperados fueron analizadas. 3. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(13) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Murwanashyaka J. N et al [20], separaron y purificaron syringol de la mezcla liquida de. UN T. pirólisis al vacío derivado de abedul. Una fracción de 10 ml. fue extraída tres veces con 20 ml. de pentano. La fracción de pentano soluble fue concentrada al vacío. La fracción. insoluble de pentano fue disuelta en 20 ml. de tolueno y extraída tres veces con 10 ml. de agua destilada. La fracción rica de syringol fue obtenido después de la evaporación de. ica. tolueno. La fracción de agua fue extraída tres veces con 10 ml. de acetato de etilo. El solvente fue evaporado bajo vacío y el agua fue descartada. Las fracciones solubles de. ím. pentano, tolueno y etil acetato fueron sometidos a análisis GC/MS.. Qu. Das P. et al [21, 22], obtuvieron compuestos orgánicos oxigenados por pirolisis a 500 º C al vacío (720 mmHg) de cascaras de nuez, obteniendo una fracción de aceite combustible y en una fracción acuosa no combustible. Una muestra de un 1 gr. de la fracción de aceite. ría. combustible fue absorbida en 2 gr. de gel de sílice y transferido a una columna de vidrio de 450 mm. de largo x 35 mm. de diámetro interno empaquetado con 60-120 mallas de gel de. nie. sílice activado. La muestra fue eludida con el incremento de mezclas de solventes polares. In ge. (mezclas de hexano-etil acetato y mezclas de cloroformo-etanol).. Chum H. et al [23], Estudiaron la separación de fracción de lignina rica. Toda la mezcla líquida de compuestos orgánicos oxigenados (1 kg.) fue disuelto en acetato de etilo (EA) en una relación base 1:1. La mezcla líquida fue después filtrada al vacío para remover el. de. carbón. Luego la mezcla fue separado en dos fases: una rica en materia orgánica, fase EAsoluble (arriba) y una fase de EA-insoluble (abajo). La mayor parte del agua formada. bli ot ec a. durante la pirolisis fue contenida en la fase EA- insoluble. La porción de EA- soluble de la mezcla fue lavada con agua (2 x 75 ml.) para remover los remanentes de agua de los productos solubles. La fase orgánica (EA-soluble) fue después extraída con NaHCO3 acuoso (5 %, 10 x 200 ml.) obteniendo los orgánicos que contenía las fracciones fenólicas y neutrales, la capa acuosa básica fue salvada por aislamiento de la fracción ácido orgánico con la adición de ácido fosfórico, saturado con cloruro de sodio y aplicando la extracción. Bi. con etil acetato.. 4 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(14) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. La principal problemática de no utilizar de los residuos de las industrias procesadoras de. UN T. alimentos, como la pepa de mango, es por las pocas alternativas que se presentan para el aprovechamiento de este tipo de residuos, siendo mayormente quemados, arrojados a los. basureros o vertidas a los ríos, convirtiéndose en fuentes de contaminación y degradación. ica. de los ecosistemas [24].. La necesidad de generar nuevas fuentes de materias primas a partir de desechos. ím. agroindustriales, orientados hacia la obtención de compuestos orgánicos oxigenados que sirvan de base para nuevos compuestos y/o puedan ser utilizados directamente, es estudiado. Qu. por diferentes grupos de investigación. En el caso del aprovechamiento de la pepa de mango como materia prima para obtener compuestos químicos por pirólisis, es materia de una propuesta que es necesaria investigar, sobre todo porque en el Perú se produce e. ría. industrializa el mango.. nie. En ese sentido, se propone la pirólisis como una tecnología que podría generar este tipo de materias primas y la pepa de mango como un desecho agroindustrial, ampliando de esta. Bi. bli ot ec a. de. In ge. forma la diversificación de la biomasa como recurso renovable.. 5 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(15) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. UN T. DESARROLLO EXPERIMENTAL. I. REACTIVOS, MATERIALES Y EQUIPOS. ica. 1. Materia prima. Para el acondicionamiento de la materia prima se emplea los materiales y. Obtención de las pepas de mango. Qu. 1.1.. ím. equipos que a continuación se detallan.. a) Materiales. ría. Cuchillo. Recipientes de plástico con tapa a presión (2 litros). In ge. b) Equipos. nie. Escobilla de plástico. Balanza electrónica con una sensibilidad de 0.01 g.. Secado de las pepas de mango. de. 1.2.. a) Equipos. bli ot ec a. Estufa. 1.3.. Desecador Balanza electrónica con una sensibilidad de 0.01 g... Rayado y cortado de las pepas de mango. Bi. a) Materiales Tijera de acero inoxidable Rayador de acero inoxidable 6. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(16) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Recipiente de plástico con tapa a presión (500 ml.). 1.4.. Tamizado de las pepas de mango rayadas y cortadas. ica. a) Materiales. UN T. Recipientes de plástico con tapa a presión (2 litros). Espátula. ím. Vasija metálica Tamiz N° 4, 6, 8, 16, 30, 50, 100 y 200. Qu. Malla ciega.. Rotap Cronometro. ría. b) Equipos. nie. Balanza electrónica con una sensibilidad de 0.01 g.. In ge. 2. Pirólisis de la pepa de mango. Para la degradación térmica de la pepa mango se emplea los reactivos,. de. materiales y equipos que a continuación se detallan.. Pesado de la materia prima. bli ot ec a. 2.1.. Bi. a) Materiales Espátula Pinzas Bolsas de polietileno de 50 mm x 190 mm. b) Equipos Balanza analítica con una sensibilidad de 0.0001 g.. 7 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(17) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Ensamblado del equipo experimental. UN T. 2.2.. a) Reactivos Agua destilada. ica. Alcohol metílico. b) Materiales. ím. Pinzas sujetadoras. Llaves inglesas. Qu. Pernos y tuercas. Desarmador plano y estrella Alicate tipo plano y pinza. ría. Nivelador de burbuja Wincha. nie. Abrazaderas regulables. Manguera de policloruro de vinilo. In ge. Válvulas. Silicona en barra Cintas teflón. de. Cintas aislante. Bi. bli ot ec a. c) Equipos. Precalentador de gas nitrógeno Reactor de pirolisis Sistema de condensación Flujometro de gas nitrógeno Controladores de temperatura Medidor de temperatura Multitester Cronometro 8. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(18) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Pesado y almacenamiento del producto carbón. a) Materiales Bolsas de polietileno de 250 mm x 500 mm. UN T. 2.3.. Bolsas con cierre hermético de polietileno de 80 mm x 120 mm. ica. Espátula. ím. Masking tape. b) Equipos. Qu. Desecador. Balanza analítica con una sensibilidad de 0.0001 g.. a) Reactivos. ría. Pesado y almacenamiento del producto liquido. nie. 2.4.. Agua destilada. In ge. Alcohol metílico. b) Materiales. Frascos de vidrio con tapas a presión (100 ml.). de. Masking tape. bli ot ec a. c) Equipos. Desecador Balanza analítica con una sensibilidad de 0.0001 g.. Bi. 3. Caracterización del producto liquido. Para la caracterización química de la fase orgánica y acuosa del producto líquido obtenido por pirolisis de pepa de mango se emplea los reactivos, materiales y equipos que a continuación se detallan. 9. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(19) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Espectrometría infrarroja con transformada de Fourier. UN T. 3.1.. a) Reactivos Agua destilada. Tricloroetano (Cloroformo). ím. Cloruro de potasio. Qu. b) Materiales Matraces de 250 ml.. ica. Alcohol metílico. Pipetas graduadas de 10 ml.. Soporte universal. ría. Peras de decantación de 100 ml.. Pinzas sujetadoras. nie. Frascos de vidrio con tapas a presión (80 ml) Frascos ámbar. In ge. Pizeta. Espátula. Masking tape. de. Papel absorbente. Espectrofotómetro infrarrojo Perkin Elmer Equipo de destilación primaria Desecador Balanza analítica con una sensibilidad de 0.0001 g.. Bi. bli ot ec a. c) Equipos. 10 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(20) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. UN T. II. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL. 1. Materia prima. Se utiliza el mango de la variedad Kent, comprados en el mercado de abastos. ica. de la Hermelinda, Trujillo. Al fruto se pela y despulpa para obtener las pepas, las cuales son sometidas a una limpieza profunda (Ver Anexo V). Las. ím. pepas húmedas se pesan (peso 1) antes de ser procesadas.. Qu. El secado se realiza en una estufa a 50 °C (para el 70 % de pepas) y a 110 °C (el 30 % de las pepas) por 24 horas, luego con un cuchillo se extrae la almendra que se encuentra en su interior, para pesar solo el endocarpio duro. ría. y fibroso (peso 2) (Ver Anexo V).. nie. Se obtienen diferentes tamaños de partículas por rayado a presión y cortes manuales, siendo clasificadas según Standard Test Method for Sieve. In ge. Analysis of Fine and Coarse Aggregates, ASTM C 136: 05 (NTP 400.012: 01), en el Laboratorio de Materiales Cerámicos de la facultad de Ingeniería (Ver Apéndice I y Anexo VI).. de. 2. Equipo experimental. bli ot ec a. La disposición del equipo experimental es de manera vertical y consiste: un precalentador de gas nitrógeno, reactor tubular de lecho fijo, sistema de condensación, trampa de gases no condensables, dos controladores de temperatura, flujómetro de gas y un cilindro de gas nitrógeno (Ver Anexo VII).. Bi. Precalentador de gas nitrógeno, equipo que calienta el gas para que cuando ingrese al reactor no altere demasiado el ambiente caliente que se genera en. 11 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(21) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. él y para no producir una condensación temprana del material volátil. UN T. producto de la descomposición, por las paredes del reactor a su salida.. Este equipo está compuesto por un tubo de arcilla refractaria de 40 cm. de. longitud y 6 cm. de diámetro interno y rodeando su pared externa hay 7 m.. ica. de resistencia nicrom calibre # 16 recubierta con aisladores cerámicos y adheridos con cemento refractario para mantenerlos fijos, con una plancha. ím. de lana refractaria se envuelve toda la pared externa del tubo refractario para aislarlo térmicamente, por ultimo una armazón de fierro recubre todo este. Qu. esqueleto térmico para inmovilizarlo y tener una mejor manipulación en los ensayos.. ría. El equipo fue calentado a través de la resistencia eléctrica, la cual está conectada a un controlador de temperatura que regula el funcionamiento de. nie. precalentamiento al que se quiere llegar, este equipo trabaja con las. In ge. mediciones que registra la termocupla ubicada al centro del precalentador.. Reactor tubular de lecho fijo, equipo en donde se descompone, degrada o volatiliza térmicamente la biomasa pero en ausencia de oxígeno para. de. producir carbón y material volátil.. Este equipo está compuesto por un tubo de arcilla refractaria de 30 cm. de. bli ot ec a. longitud y 4 cm. de diámetro interno, en cuyo interior hay 11 m. de resistencia nicrom calibre # 16 dispuesta en forma espiralada, recubierta con aisladores cerámicos y fijada a las paredes internas por un soporte de cuatro parantes. El soporte esta empalmado a presión a los extremos de la pared externa del tubo refractario, presentando un orificio por donde ingresa el tubo de acero inoxidable de ½ pulg. y 46 cm. de largo, en el cual se coloca la. Bi. tolva filtro de alimentación cargada con la materia prima para su descomposición térmica, con una plancha de lana refractaria se envuelve toda la pared externa del tubo refractario para aislarlo térmicamente, por 12. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(22) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. ultimo una armazón de fierro recubre todo este esqueleto térmico para. UN T. inmovilizarlo y tener mejor manipulación en su limpieza antes de cada ensayo.. El reactor fue extremadamente calentado a través de la resistencia eléctrica. ica. la cual está conectada a un controlador de temperatura que regula la temperatura de reacción a la que se quiere llegar, este equipo trabaja con las. ím. lecturas que brinda la termocupla ubicada al centro del reactor.. Qu. Sistema de condensación, produce el cambio de estado de los gases condensables del material volátil producido en el reactor tubular de lecho. ría. fijo a un producto líquido por efecto de un diferencial de temperatura.. Este sistema está compuesto por un colector de aluminio en cuya tapa están. nie. soldados dos tubos del mismo material de ½ pulg. y 10 cm. de largo y de 1/8 pulg. y de 5 cm. de largo. En la parte interna de la tapa solo ingresa 5 cm. del. In ge. tubo de mayor diámetro y sujetado a él hay un alambre que engancha un pequeño recipiente de aluminio en donde se deposita el producto líquido resultado de la condensación, toda esta pequeña estructura se encuentra dentro del colector. En la parte externa de la tapa sobresale los dos tubos, el. de. de mayor diámetro que se ensambla al reactor y el menor diámetro se enlaza mediante una manguera de policloruro de vinilo a la trampa de oxígeno. Para. bli ot ec a. que se produzca la condensación es necesario enfriar el ambiente dentro del colector, para ello se utilizó aproximadamente 2 kilogramos de bloques de hielo que recubren la pared externa del colector.. Trampa de gases no condensables, sistema que permite la salida de estos. gases y evita el ingreso del oxígeno en la distribución de los equipos,. Bi. específicamente el reactor, evitando que se produzca una combustión (proceso no deseado) de la materia prima en el lecho del reactor tubular.. 13 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(23) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Este sistema está compuesto por un kitasato o botella de plástico cargada con. UN T. bastante agua, en cuyo extremo lateral está conectada una manguera de policloruro de vinilo por donde saldrá el flujo de gas nitrógeno con los gases. no condensables del material volátil los cuales se difundirán por todo el volumen del agua. En la parte superior de la botella hay un adaptador. ica. conectado con otra manguera de policloruro de vinilo por donde saldrán la. ím. cantidad de gases restantes.. Controlador de temperatura, equipo con el cual se establece la temperatura. Qu. de trabajo y se monitorea de acuerdo a las lecturas de la termocupla.. Flujometro de gas, instrumento que permite medir cuanto flujo volumétrico. ría. de nitrógeno ingresa al reactor tubular.. nie. Este instrumento es un tubo de vidrio graduado en cuya parte lateral inferior está acoplado un pequeño codo de menor diámetro donde se conecta una. In ge. manguera de policloruro de vinilo para el ingreso del nitrógeno, la que posteriormente ingresa al reactor tubular. En la boquilla de este instrumento esta encajado una bombilla cargada de un líquido jabonoso que por presión emite burbujas y son llevadas hacia la parte superior por el gas, midiendo de. de. esta forma cuanto flujo de nitrógeno está ingresando en determinado tiempo.. bli ot ec a. El balón de nitrógeno, cuyo gas permite generar el ambiente inerte dentro del reactor para la pirolisis.. 3. Pirólisis de la pepa de mango. 1. Pesar una cantidad predeterminada de pepa de mango. Bi. 2. Agregarlo gradualmente en la tolva filtro de alimentación. 3. Colocar la tolva en el interior del reactor tubular de lecho fijo 4. Ensamblar el equipo experimental de pirolisis 14. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(24) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. 5. Calentar el precalentador de nitrógeno hasta la temperatura estimada para. 6. Medir el flujo de nitrógeno que ingresa al reactor 7. Dejar fluir el nitrógeno por diez minutos. UN T. el ensayo. 8. Colocar dos kilogramos de hielo alrededor del colector de aluminio. ica. 9. Calentar el reactor de pirolisis hasta la temperatura estimada para el ensayo. ím. 10. Dejar que la materia prima se descomponga térmicamente por una hora 11. Retirar los bloques de hielo adheridos a la pared del colector. Qu. 12. Abrir el colector. 13. Retirar el pequeño recipiente donde se deposita el producto liquido 14. Pesar y almacenar el producto liquido. ría. 15. Dejar enfriar el reactor por seis horas para desajustarlo 16. Retirar la tolva. nie. 17. Extraer el residuo carbonoso. 18. Colocarlo en el desecador por 12 horas. In ge. 19. Pesar y almacenar el producto carbón 20. Limpiar el reactor, tolva y colector para un próximo ensayo. de. 4. Ensayos experimentales. El primer grupo de ensayos se realiza para determinar la influencia de la. bli ot ec a. temperatura de pirólisis en la distribución de los productos. Una muestra seca de 14.0004 g., +2.36-4.75 mm de tamaño y 9.5 % de humedad se piroliza a un flujo de nitrógeno de 150 cm3 min-1 precalentado a 200 °C. La temperatura del reactor se aumenta a razón de 30 °C min-1 para cada. temperatura de pirolisis de 400, 450, 500, 550, 600 y 700 °C.. Bi. El segundo grupo de ensayos se lleva a cabo para cinco flujos de nitrógeno de 30, 50, 100, 150 y 200 cm3 min-1 precalentado a 200 °C, la temperatura. 15 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(25) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. de pirolisis es de 600 °C y la velocidad de calentamiento del reactor de 30. UN T. °C min-1.. El tercer grupo de ensayos se efectúa para cinco temperaturas de. precalentamiento de nitrógeno de 150, 200, 250, 300 y 350 °C, la. ím. de 30 °C min-1 y flujo de nitrógeno de 50 cm3 min-1.. ica. temperatura de pirolisis es de 600 °C, velocidad de calentamiento del reactor. El cuarto grupo de ensayos se hace para cuatro humedades de materia prima. Qu. de 0%, 9.5 %, 17.7 % y 35.6 %, la temperatura de pirolisis es de 600 °C, velocidad de calentamiento del reactor de 30 °C min-1 y flujo de nitrógeno. ría. de 50 cm3 min-1 precalentado a 200 °C.. El quinto y último grupo de ensayos se realiza para tres tamaños de partícula. nie. en la materia prima de +0.15-0.30, +2.36-4.75 y +6.5-9.5 mm, la temperatura de pirolisis de 600 °C, velocidad de calentamiento del reactor de. In ge. 30 °C min-1, flujo de nitrógeno de 50 cm3 min-1 precalentado a 200 °C y una humedad en la materia prima de 9.5 %.. de. 5. Caracterización del producto liquido de pirólisis de la pepa de mango.. El análisis composicional de los grupos funcionales de la fase orgánica y. bli ot ec a. acuosa del producto liquido de pirolisis, se llevó a cabo usando la espectrometría infrarroja con transformada de Fourier (Ver Anexo X).. El estudio sistemático de cada espectro FT-IR, se empieza por identificar que grupos funcionales (enlaces químicos de la molécula) corresponden a las bandas mostradas en estas representaciones gráficas, para ello se hace uso de. Bi. una tabla de correlación de vibraciones moleculares, donde aparecen las frecuencias en cm-1 a las que es previsible la aparición de las bandas de absorción de cada uno de los grupos funcionales (Ver Apéndice II). 16. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(26) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. El análisis se ha hecho para todas las fases orgánicas y acuosas que han sido. UN T. obtenidas a diferentes condiciones de operación, tales como la temperatura de pirolisis, flujo de nitrógeno, humedad y granulometría de la muestra, con el objetivo de determinar cómo estas influyen en la obtención de compuestos. orgánicos oxigenados analizados desde el punto de vista de la composición. ica. de sus grupos funcionales (Ver Anexo VIII).. ím. De las fases orgánicas, se saca una pequeña cantidad de muestra la cual se diluye con cloroformo para disminuir su viscosidad y tener buenas lecturas. Qu. comparables para el análisis cualitativo. La cantidad de muestra y cloroformo es de 0.06 g. y 0.5 ml respectivamente.. ría. De las fases acuosas, se saca un pequeño volumen de muestra el cual se diluye con cloroformo para extraer todos los compuestos orgánicos dejando. nie. de lado el gran volumen de agua presente en esta fase y poder tener buenas lecturas comparables para el análisis cualitativo. El volumen de muestra y. Bi. bli ot ec a. de. In ge. cloroformo fueron 1 ml. y 0.5 ml respectivamente (Ver Anexo IX).. 17 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(27) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. I.. UN T. RESULTADOS. Influencia de la temperatura de reacción. Tabla N° 1: Condiciones de operación. Qu. ím. ica. EP - 01 EP - 02 EP - 03 EP - 04 EP - 05 EP - 06 14.0004 14.0004 14.0004 14.0004 14.0004 14.0004 9.4546 9.4546 9.4546 9.4546 9.4546 9.4546 2.36 - 4.75 2.36 - 4.75 2.36 - 4.75 2.36 - 4.75 2.36 - 4.75 2.36 - 4.75 1 1 1 1 1 1 400 450 500 550 600 700 30 30 30 30 30 30 200 200 200 200 200 200 5 5 5 5 5 5 150 150 150 150 150 150. ría. Numero de ensayo de pirolisis Peso de la materia prima (g) Humedad en la materia prima (%) Tamaño de particula en la materia prima (mm) Tiempo de residencia de la muestra en el reactor (h) Temperatura de reaccion (°C) Velocidad de calentamiento en el reactor (°C/min) Temperatura del precalentador nitrogeno (°C) Velocidad de calentamiento en el precalentador (°C/min) Flujo de nitrogeno (cm3/min). Tabla N° 2: Resultados (Balance de masa) EP - 01 5.5276. EP - 02 4.8453. nie. Numero de ensayo Carbon (g) Liquido (g) Gases (g). 5.8991 2.5737. 6.1700 2.9851. EP - 03 4.5112. EP - 04 3.8140. EP - 05 3.2740. EP - 06 3.1299. 6.2800 3.2092. 6.5286 3.6578. 6.8197 3.9067. 6.7044 4.1661. EP - 03 32.2219 44.8559 22.9222 100. EP - 04 27.2421 46.6315 26.1264 100. EP - 05 23.3850 48.7108 27.9042 100. EP - 06 22.3558 47.8872 29.7570 100. (Porcentaje en peso) EP - 01 39.4817 42.1352 18.3830 100. EP - 02 34.6083 44.0702 21.3215 100. Bi. bli ot ec a. de. In ge. Numero de ensayo Carbon (%) Liquido (%) Gases (%) TOTAL. Grafica N° 1: Influencia de la temperatura de reacción en la distribución de los productos. 18 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(28) ría. Qu. ím. ica. UN T. Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Bi. bli ot ec a. de. In ge. nie. Grafica N° 2: Espectrometría infrarroja con transformada de Fourier de las fases orgánicas.. Grafica N° 3: Espectrometría infrarroja con transformada de Fourier de las fases acuosas.. 19 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(29) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. UN T. II. Influencia del flujo de nitrógeno. Tabla N° 3: Condiciones de operación. EP - 11 EP - 07 EP - 08 EP-05 EP - 10 14.0004 14.0004 14.0004 14.0004 14.0004 9.4546 9.4546 9.4546 9.4546 9.4546 2.36 - 4.75 2.36 - 4.75 2.36 - 4.75 2.36 - 4.75 2.36 - 4.75 1 1 1 1 1 600 600 600 600 600 30 30 30 30 30 200 200 200 200 200 5 5 5 5 5 30 50 100 150 200. Qu. ím. ica. Numero de ensayo de pirolisis Peso de la materia prima (g) Humedad en la materia prima (%) Tamaño de particula en la materia prima (mm) Tiempo de residencia de la muestra en el reactor (h) Temperatura de reaccion (°C) Velocidad de calentamiento en el reactor (°C/min) Temperatura del precalentador de nitrogeno (°C) Velocidad de calentamiento en el precalentador (°C/min) Flujo de nitrogeno (cm3/min). Tabla N° 4: Resultados (Balance de masa) EP - 11 3.6249 7.0380 3.3375. EP - 07 3.2936 7.0510 3.6558. EP - 08 3.2687 6.8949 3.8368. EP - 05 3.2740 6.8197 3.9067. EP - 10 3.4618 6.6575 3.8811. EP - 07 23.5250 50.3628 26.1121 100. EP - 08 23.3472 49.2479 27.4049 100. EP - 05 23.3850 48.7108 27.9042 100. EP - 10 24.7264 47.5522 27.7214 100. ría. Numero de ensayo Carbon (g) Liquido (g) Gases (g). nie. (Porcentaje en peso). EP - 11 25.8914 50.2700 23.8386 100. Bi. bli ot ec a. de. In ge. Numero de ensayo Carbon (%) Liquido (%) Gases (%) TOTAL. Grafica N° 4: Influencia del flujo de nitrógeno en la distribución de los productos.. 20 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(30) ría. Qu. ím. ica. UN T. Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Bi. bli ot ec a. de. In ge. nie. Grafica N° 5: Espectrometría infrarroja con transformada de Fourier de las fases orgánicas.. Grafica N° 6: Espectrometría infrarroja con transformada de Fourier de las fases acuosas. 21. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(31) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. UN T. III. Influencia de la temperatura de precalentamiento de nitrógeno. Tabla N° 5: Condiciones de operación. EP - 12 EP-07 EP - 13 EP - 14 EP - 15 14.0004 14.0004 14.0004 14.0004 14.0004 9.4546 9.4546 9.4546 9.4546 9.4546 2.36 - 4.75 2.36 - 4.75 2.36 - 4.75 2.36 - 4.75 2.36 - 4.75 1 1 1 1 1 600 600 600 600 600 30 30 30 30 30 150 200 250 300 350 5 5 5 5 5 50 50 50 50 50. Qu. ím. ica. Numero de ensayo de pirolisis Peso de la materia prima (g) Humedad en la materia prima (%) Tamaño de particula de la materia prima (mm) Tiempo de residencia de la muestra en el reactor (h) Temperatura de reaccion (°C) Velocidad de calentamiento en el reactor (°C/min) Temperatura del precalentador de nitrogeno(°C) Velocidad de calentamiento en el precalentador (°C/min) Flujo de nitrogeno (cm3/min). Tabla N° 6: Resultados (Balance de masa) EP - 12 3.5672 6.9937 3.4395. EP - 07 3.2936 7.0510 3.6558. EP - 13 3.5926 7.0733 3.3345. EP - 14 3.5667 7.0571 3.3766. EP - 15 3.3686 7.1041 3.5277. EP - 07 23.5250 50.3628 26.1121 100. EP - 13 25.6607 50.5221 23.8172 100. EP - 14 25.4757 50.4064 24.1179 100. EP - 15 24.0607 50.7421 25.1971 100. nie. ría. Numero de ensayo Carbon (g) Liquido (g) Gases (g). (Porcentaje en peso) EP - 12 25.4793 49.9536 24.5672 100. Bi. bli ot ec a. de. In ge. Numero de ensayo Carbon (%) Liquido (%) Gases (%) TOTAL. 22 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(32) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Grafica N° 7: Influencia de la temperatura de precalentamiento de nitrógeno en la. UN T. distribución de los productos. IV. Influencia de la humedad en la materia prima. Tabla N° 7: Condiciones de operación. ím. ica. EP - 16 EP-07 EP - 17 EP - 18 12.6767 14.0004 15.3944 19.0536 0 9.4546 17.6538 35.6011 2.36 - 4.75 2.36 - 4.75 2.36 - 4.75 2.36 - 4.75 1 1 1 1 600 600 600 600 30 30 30 30 200 200 200 200 5 5 5 5 50 50 50 50. Qu. Numero de ensayo de pirolisis Peso de la materia prima (g) Humedad en la materia prima (%) Tamaño de particula en la materia prima (mm) Tiempo de residencia de la muestra en el reactor (h) Temperatura de reaccion (°C) Velocidad de calentamiento en el reactor (°C/min) Temperatura del precalentador (°C) Velocidad de calentamiento en el precalentador (°C/min) Flujo de nitrogeno (cm3/min). ría. Tabla N° 8: Resultados (Balance de masa) EP - 16 3.3636 5.9752 3.3380. nie. Numero de ensayo Carbon (g) Liquido (g) Gases (g). EP - 07 3.5672 6.9937 3.4395. EP - 17 3.8711 7.6233 3.9000. EP - 18 3.9326 10.4635 4.6575. EP - 07 25.4793 49.9536 24.5672 100. EP - 17 25.1462 49.5200 25.3339 100. EP - 18 20.6397 54.9161 24.4442 100. (Porcentaje en peso) EP - 01 26.5335 47.1351 26.3314 100. Bi. bli ot ec a. de. In ge. Numero de ensayo Carbon (%) Liquido (%) Gases (%) TOTAL. 23 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(33) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Grafica N° 8: Influencia de la humedad en la materia prima para la distribución de los. nie. ría. Qu. ím. ica. UN T. productos.. Bi. bli ot ec a. de. In ge. Grafica N° 9: Espectrometría infrarroja con transformada de Fourier de las fases orgánicas.. 24 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(34) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. UN T. Grafica N° 10: Espectrometría infrarroja con transformada de Fourier de las fases acuosas.. V. Influencia de la granulometría en la materia prima. Tabla N° 9: Condiciones de operación. EP - 20 14.0004 9.4546 6.5 - 9.5 1 600 30 200 5 50. ím. ica. EP - 19 EP - 07 14.0004 14.0004 9.4546 9.4546 0.15 - 0.30 2.36 - 4.75 1 1 600 600 30 30 200 200 5 5 50 50. Qu. Numero de ensayo de pirolisis Peso de la materia prima (g) Humedad en la materia prima (%) Granulometria en la materia prima (mm) Tiempo de residencia de la muestra en el reactor (h) Temperatura de reaccion (°C) Velocidad de calentamiento en el reactor (°C/min) Temperatura del precalentador (°C) Velocidad de calentamiento en el precalentador (°C/min) Flujo de nitrogeno (cm3/min). ría. Tabla N° 10: Resultados (Balance de masa). nie. Numero de ensayo Carbon (g) Liquido (g) Gases (g). EP - 19 3.7252 6.5842 3.6910. EP - 07 3.2936 7.0510 3.6558. EP - 20 3.1099 7.2584 3.6321. EP - 19 26.6075 47.0288 26.3638 100.0000. EP - 07 23.5250 50.3628 26.1121 100.0000. EP - 20 22.2129 51.8442 25.9428 100.0000. Bi. bli ot ec a. de. Numero de ensayo Carbon (%) Liquido (%) Gases (%) TOTAL. In ge. (Porcentaje en peso). 25 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(35) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Grafica N° 11: Influencia de la granulometría en la materia prima para la distribución de los. nie. ría. Qu. ím. ica. UN T. productos.. Bi. bli ot ec a. de. In ge. Grafica N° 12: Espectrometría infrarroja con transformada de Fourier de las fases orgánicas.. 26 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(36) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. UN T. Grafica N° 13: Espectrometría infrarroja con transformada de Fourier de las fases acuosas.. DISCUSIONES. ica. I. Influencia de la temperatura de reacción. Se estudia el efecto de la temperatura en la formación de compuestos orgánicos. ím. oxigenados insolubles en agua (fase orgánica) y solubles en agua (fase acuosa). Qu. durante la pirólisis de la pepa de mango.. En la tabla N° 1 se presentan las condiciones de operación, para un rango de temperatura entre 400 a 700 °C. Los resultados de la distribución de los. ría. productos que se obtienen se muestran en la tabla N° 2 y gráfica N° 1, donde se. nie. observa que:. El peso de la fase liquida total (fase orgánica y acuosa), aumenta del 42.1 al 48.7. In ge. % en el rango de temperatura de 400 a 600 °C, manteniéndose constante hasta los 700 °C. En la medida que se incrementa el peso de la fase condensable, disminuye la masa del residuo carbonoso, por lo que, se puede asumir que la generación de los líquidos condensables se debe a la pirólisis de la fase solida. de. (residuo carbonoso) aun no consolidada. Propuesta que se corrobora cuando se trabaja a 700 °C, en donde al no haber disminución del peso del residuo. bli ot ec a. carbonoso, tampoco hay un incremento de la fase líquida. Se asume que bajo las condiciones experimentales hasta los 600 °C el material lignocelulósicos y otros que componen la pepa de mango, se han degradado a carbón fijo, del cual no es posible obtener más líquidos condensables.. La cantidad de incondensables se calcula por balance de masa, la misma que se. Bi. incrementa del 18.4 al 27.9 % a medida que la temperatura aumenta de 400 a 600 °C, luego tiende a ser constante hasta los 700 °C. Comportamiento análogo al descrito por la fase liquida. 27. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(37) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. UN T. El peso de la fase solida (carbón) disminuye del 39.5 al 23.4 % a medida que la temperatura aumenta de 400 a 600 °C, permaneciendo luego constante hasta los. 700 °C. La formación de carbón corresponde al producto final que queda de la. descomposición térmica del material lignocelulosico y otros presentes en la pepa. ica. de mango. Se observa que al aumentar la temperatura se intensifica la pirolisis. de la masa hacia productos que en su mayoría son condensables que. ím. incondensable, dejando un residuo final (carbón) que va ir perdiendo peso hasta consolidarse a carbón fijo. La degradación alcanza su máxima actividad hasta. Qu. los 600 °C, a mayores temperaturas la masa de carbón es constante.. Mediante análisis de espectrometría infrarroja con transformada de Fourier tanto. ría. a la fase orgánica como acuosa, se determina la presencia de grupos funcionales presentes en los compuestos obtenidos a diferentes temperaturas, las mismas que. nie. se muestran en la gráfica N° 2 (fase orgánica) y en la gráfica N° 3 (fase acuosa). Una primera apreciación es que en cada fase los espectros son similares pero. In ge. diferenciándose en su intensidad.. En los espectros FT-IR de la fase orgánica se observa:. de. Vibraciones de alargamiento O-H (hidroxilo) entre 3600 y 2400 cm-1, vibraciones de alargamiento C=O (carbonilo) entre 1725 y 1700 cm-1 y. bli ot ec a. vibraciones de alargamiento C-O entre 1320 y 1210 cm-1 indica la presencia de ácidos carboxílicos. Vibraciones de alargamiento O-H (hidroxilo) entre 3400 y 3200 cm-1 y vibraciones de deformación O-H (hidroxilo) entre 1410 y 1260 cm-1 corresponden a la presencia de alcoholes y fenoles.. Vibraciones de alargamiento C-O entre 1100 y 1035 se atribuye a la. Bi. presencia de alcoholes. Vibraciones de alargamiento C-H (aromático) entre 3130 y 3000 cm-1 y vibraciones de alargamiento simétrico y asimétrico C=C (anillo 28. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(38) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. aromático) entre 1615 y 1450 cm-1 denotan la presencia de compuestos. UN T. aromáticos. Vibraciones de alargamiento C-H (olefinico) entre 3040 y 3010 cm-1 y vibraciones de alargamiento C=C (conjugado) entre 1630 y 1600 cm-1 revelan la presencia de alquenos.. ica. Vibraciones de alargamiento asimétrico C-H entre 2970 y 2915 cm-1 y vibraciones de deformación en tijera, asimétrico y simétrico C-H entre. ím. 1485 y 1370 cm-1 representan a los grupos alifáticos metileno (CH2) y metilo (CH3).. refiere a la presencia de cetonas.. Qu. Vibraciones de alargamiento C=O (carbonilo) entre 1725 y 1700 cm-1 se. presencia de éteres.. ría. Vibraciones de alargamiento C-O-C entre 1150 y 1050 cm-1 indica la. nie. Las intensidades de absorción de estos grupos funcionales disminuyen y aumentan en forma cíclica con la temperatura de pirolisis así tenemos que: de. In ge. 400 a 450 °C aumentan, de 450 a 500 °C disminuyen, de 500 a 550 °C aumentan, de 550 a 600 °C disminuyen y de 600 a 700 °C aumentan. Estos resultados indican que hay una dinámica de formación-destrucción de los grupos funcionales presentes en los compuestos orgánicos oxigenados insolubles en. de. agua.. bli ot ec a. En los espectros FT-IR de la fase acuosa se observa:. Vibraciones de alargamiento O-H (hidroxilo) entre 3600 y 2400 cm-1, vibraciones de alargamiento C=O (carbonilo) entre 1725 y 1700 cm-1 y vibraciones de alargamiento C-O entre 1320 y 1210 cm-1 indica la presencia de ácidos carboxílicos.. Bi. Vibraciones de alargamiento O-H (hidroxilo) entre 3400 y 3200 cm-1 y vibraciones de deformación O-H (hidroxilo) entre 1410 y 1260 cm-1 y. 29 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(39) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. vibraciones de alargamiento C-O entre 1100 y 1035 cm-1 corresponden. UN T. a la presencia de alcoholes. Vibraciones de alargamiento asimétrico C-H entre 2970 y 2915 cm-1 y vibraciones de deformación en tijera, asimétrico y simétrico C-H entre 1485 y 1370 cm-1 denotan la presencia de grupos alifáticos metileno. ica. (CH2) y metilo (CH3).. Vibraciones de alargamiento C=O (carbonilo) entre 1725 y 1700 cm-1 se. ím. atribuye a la presencia de cetonas. Vibraciones de alargamiento C-O-C entre 1150 y 1050 cm-1 indica la. Qu. presencia de éteres.. Los espectros de esta fase a diferentes temperaturas presentan también una. ría. tendencia cíclica, semejante al de la fase orgánica, pero diferenciándose por el sentido inverso de su estructura ondulatoria, teniéndose entonces que para esta. nie. fase de 400 a 450 °C disminuyen, de 450 a 500 °C aumentan, de 500 a 550 °C disminuyen, de 550 a 600 °C aumentan y de 600 a 700 °C disminuyen.. In ge. Resultados que también indican una dinámica de formación-destrucción de los grupos funcionales presentes en los compuestos orgánicos oxigenados solubles en agua.. de. Si contrastamos las tendencias cíclicas de los grupos funcionales entre la fase orgánica y acuosa a diferentes temperaturas, se observa que, mientras a una. bli ot ec a. temperatura se favorece la formación de grupos funcionales en los compuestos orgánicos, un efecto opuesto sucede con los grupos funcionales en los. Bi. compuestos acuosos.. 30 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(40) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. UN T. II. Influencia del flujo de nitrógeno. Se analiza la influencia del flujo de nitrógeno en la formación de compuestos. orgánicos oxigenados insolubles en agua (fase orgánica) y solubles en agua (fase. ica. acuosa) durante la pirólisis de la pepa de mango.. En la tabla N° 3 se presentan las condiciones de operación, para un rango de 30. ím. a 200 cm3 N2/min. Los resultados de la distribución de los productos obtenidos. Qu. se muestran en la tabla N° 4 y grafica N° 4, donde se observa que:. El peso de la fase liquida total (orgánicos y acuosos) es casi constante con 49.6 % en promedio a medida que el flujo de nitrógeno aumenta de 30 a 150 cm3. ría. min-1, pero para 200 cm3 min-1 disminuye al 47.6 %. El nitrógeno desempeña el papel de gas de arrastre y por lo tanto incide en el tiempo de permanencia de los. nie. compuestos que se forman en el reactor en relación a su formación y/o craqueo. Aparentemente el flujo de nitrógeno en el rango estudiado y bajo las. In ge. condiciones establecidas, tiene poca influencia sobre la cantidad de producto líquido que se obtiene.. A través del análisis de espectrometría infrarroja con transformada de Fourier a. de. la fase orgánica y acuosa, se comprueba la existencia de grupos funcionales presentes en los compuestos obtenidos a diferentes flujos de nitrógeno, las. bli ot ec a. mismas que se muestran en la gráfica N° 5 (fase orgánico) y en la gráfica N° 6 (fase acuosa). Se resalta que las diferencias de intensidades de los grupos funcionales es la característica principal.. En los espectros FT-IR de la fase orgánica se observa:. Bi. Vibraciones de alargamiento O-H (hidroxilo) entre 3600 y 2400 cm-1, vibraciones de alargamiento C=O (carbonilo) entre 1725 y 1700 cm-1 y. 31 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.