Planteamiento de un modelo matemático para el análisis del proceso de pervaporación utilizado en la concentración de alcohol carburante

Abstract

El aumento del consumo mundial de combustibles sumado a la disminución de los recursos energéticos no renovables, ha generado la necesidad de buscar fuentes alternativas de energía. Una de las soluciones planteada es la producción de etanol por vía fermentativa a partir de cultivos agrícolas como el maíz, la caña de azúcar y remolacha. Uno de los principales problemas en la producción de etanol a partir de fuentes renovables es el proceso de deshidratación. El agua y el etanol generan un punto azeotrópico alrededor de 95% p/p de etanol, generando la necesidad de aplicar métodos energéticamente costosos para poder separarlos; la tecnología membranaria se presenta como una alternativa energéticamente menos costosa, simple y de menor impacto ambiental. Este trabajo propone un modelo matemático para la transferencia de masa en el datos suministrados por diferentes fuentes bibliográficas. La comparación con los datos experimentales dio resultados satisfactorios para el intervalo de operación entre 30-75 °C de temperatura, 0.133-2 mbar de presión de vacío, 10-35 µm de espesor y 1200-5400 en el Reynolds. Posteriormente se realizó un diseño experimental (2^5 mas estrella) con la ayuda de la herramienta STATGRAPHICS Centurion XV.II. Con los resultados obtenidos de este diseño experimental se encontró (en el intervalo de validación del modelo) que la temperatura y el espesor de la membrana son las variables de operación que mayor influencia tienen sobre este proceso de separación. Este estudio igualmente permitió establecer las mejores condiciones de operación necesarias para el diseño preliminar de un modulo para deshidratar 5 m3 de solución concentrada de etanol-agua a 95% p/p de etanol. 1