Energias alternativas y el procesamiento del etanol

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Energías Alternativas

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Energías

Alternativas

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Se denomina energía alternativa, o más propiamente fuentes de energía alternativas, a aquellas fuentes de energía planteadas como alternativa a las tradicionales clásicas.[No obstante, no existe consenso respecto a qué tecnologías están englobadas en este concepto, y la definición de "energía alternativa" difiere según los distintos autores:

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Las energías alternas son fuentes de obtencion de energías que serian una alternativa a otras tradicionales y producirían un impacto ambiental mínimo, sin destrucción del medio ambiente, además renovables, lo que ha dado un positivo resultado a la escasez de fuentes de energía convencionales en todo el mundo, estas han sido investigadas y desarrolladas con algunas intensidades en las ultimas décadas.

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las definiciones más restrictivas, energía alternativa sería equivalente al concepto de energía renovable o energía verde, mientras que las definiciones más amplias consideran energías alternativas a todas las fuentes de energía que no implican la quema de combustibles fósiles (carbón, gas y petróleo); en estas definiciones, además de las renovables, están incluidas la energía nuclear o incluso la hidroeléctrica.

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Eólica: producida por el movimiento del viento.

Solar : utiliza la radiación solar. Geotérmica : Uso del agua que surge bajo

presión desde el subsuelo. Biomasa: Utiliza la descomposición de

residuos orgánicos. Hidráulica: Derivada de la evaporación del

agua. Mareomotriz: Derivada de las corrientes

marítimas.

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Fuentes de energía renovables:

las cuales las podemos definir como "Energías presentes de forma potencial en la naturaleza, y con posibilidades de utilización prácticamente ilimitadas". Entonces, Entendemos como energía renovable aquella cuya fuente de obtención se renueva constantemente.

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La energía renovable, también llamada energía alternativa o blanda, este término engloba una serie de fuentes energéticas que en teoría no se agotarían con el paso del tiempo. Estas fuentes serían una alternativa a otras tradicionales y producirían un impacto ambiental mínimo, pero que en sentido estricto ni son renovables, como es el caso de la geotermia, ni se utilizan de forma blanda.

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Las energías renovables comprenden: la energía solar, la hidroeléctrica (se genera haciendo pasar una corriente de agua a través de una turbina), la eólica (derivada de la solar, ya que se produce por un calentamiento diferencial del aire y de las irregularidades del relieve terrestre),

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la geotérmica (producida por el gradiente térmico entre la temperatura del centro de la Tierra y la de la superficie), la hidráulica (derivada de la evaporación del agua) y la procedente de la biomasa (se genera a partir del tratamiento de la materia orgánica)

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Energía eólica

Energía producida por el viento la cual esta ocasionada por las diferencias térmicas en la atmósfera. La energía eólica Ha sido siempre ejercida por el hombre en forma secundaria, para la navegación y en 1a utilización local como los molinos de vientos.

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El viento es una fuente inagotable y no contaminante, pero es irregular y el sistema de almacenaje en baterías ha sido desarrollado, pero necesita mayor perfección.

El viento es una manifestación indirecta de la energía del sol, el 0.7 % de esta relación es transmitida en energía cinética de los vientos.

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 La energía del viento se deriva del calentamiento diferencial de la atmósfera por el sol, y las irregularidades de la superficie terrestre. Aunque sólo una pequeña parte de la energía solar que llega a la tierra se convierte en energía cinética del viento, la cantidad total es enorme. La potencia de los sistemas conversores de energía eólica es proporcional al cubo de la velocidad del viento, por lo que la velocidad promedio del viento y su distribución en un sitio dado son factores muy importantes en la economía de los sistemas

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.. El recurso energético eólico es muy variable tanto en el tiempo como en su localización. La variación con el tiempo ocurre en intervalos de segundos y minutos (rachas), horas (ciclos diarios), y meses (variaciones estaciónales)

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ENERGÍA SOLAR  Energía radiante producida en el Sol como

resultado de reacciones nucleares de fusión. Llega a la Tierra a través del espacio en cuantos de energía llamados fotones, que interactúan con la atmósfera y la superficie terrestres.

  En lo que se refiere a aspectos técnicos de

la energía solar, podemos observar dos vertientes:

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Por un lado, tenemos la Energía Solar Fotovoltaica que, como veremos más adelante, es el aprovechamiento del efecto fotovoltaico para transformar la radiación solar en energía eléctrica. Por otro lado, la Energía Solar Térmica, que es la forma de aprovechar el calor solar directamente (sin transformaciones intermedias) para beneficio y disfrute del Ser Humano: calefacción, agua caliente, procesos industriales,…

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También hay que señalar la relevancia que tiene en nuestros días el aprovechamiento pasivo de la radiación que nos llega del sol, que consiste en aprovechar de una forma pasiva las cualidades tanto climáticas como lumínicas de la radiación solar para el acondicionamiento de espacios, con una visión arquitectónica y constructiva más respetuosa con el medio ambiente (y a la vez más inteligente), con la que se logrará ahorrar gran cantidad de energía.

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ENERGÍA GEOTÉRMICA  Él termino geotermia se refiere a la energía térmica

producida en el interior de la tierra. El calor telúrico es conducido a través del manto hacia la superficie terrestre que asciende con un flujo promedio haciéndose difuso para las aplicaciones practicas, dado que existen zonas anómalas en las cuales la variación de la temperatura es mayor; esto puede ser en las zonas volcánicas, o en contacto entre placas corticales. Los sistemas conectivos de agua subterránea captan dicho calor, alcanzando la superficie a través de rocas porosas o fallas geológicas.

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Su aplicación práctica principal es la localización de yacimientos naturales de agua caliente, fuente de la energía geotérmica, para su uso en generación de energía eléctrica, en calefacción o en procesos de secado industrial. El calor se produce entre la corteza y el manto superior de la Tierra, sobre todo por desintegración de elementos radiactivos. Esta energía geotérmica se transfiere a la superficie por difusión, por movimientos de convección en el magma (roca fundida) y por circulación de agua en las profundidades.

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Sus manifestaciones hidrotérmicas superficiales son, entre otras, los manantiales calientes, los géiseres y las fumarolas. Los primeros han sido usados desde la antigüedad con propósitos terapéuticos y recreativos. Los colonos escandinavos en Islandia llevaban agua desde las fuentes calientes cercanas hasta sus viviendas a través de conductos de madera.

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ENERGÍA BIOMASA   La biomasa, al igual que la eólica, proviene

en última instancia de la energía solar convertida por la vegetación, por medio de la fotosíntesis en materia orgánica. Dicha conversión puede ser por combustión directa o por la transformación de la materia en otros combustibles.

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La biomasa es materia viva que ha estado viva recientemente. Pueden ser un conjunto de materia biológicamente renovable, (madera, células, resto de comida), por extensión, la energía que proviene de la fermentación o la combustión, o sea del quemado de los desechos o por la fermentación de los desechos orgánicos que están sepultados. De las dos Formas se puede obtener gas o electricidad

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El término es utilizado con mayor frecuencia en las discusiones relativas a la energía de biomasa, es decir, al combustible energético que se obtiene directa o indirectamente de recursos biológicos. La energía de biomasa que procede de la madera, residuos agrícolas y estiércol, continúa siendo la fuente principal de energía de las zonas en desarrollo. Ejemplo en la provincia de Sichuan, en China, donde se obtiene gas a partir de estiércol.    Los combustibles derivados de la biomasa abarcan varias formas diferentes, entre ellas los combustibles de alcohol el estiércol y la leña.

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El proceso de fermentación, tiene dos grupos esenciales de bacteria:

El primer grupo licua y transforma los compuestos en ácidos.

El segundo grupo fermenta los ácidos convirtiéndolos en gas metano.

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ENERGÍA HIDRÁULICA   La energía hidráulica es una energía limpia, y

autosuficiente, es la que se obtiene del aprovechamiento del movimiento del agua. En otras palabras, es la transformación de la energía potencial y cinética de un curso de agua en energía eléctrica disponible. Esta obtiene de la caída del agua desde cierta altura a un nivel inferior lo que provoca el movimiento de ruedas hidráulicas o turbinas. La hidroelectricidad es un recurso natural disponible en las zonas que presentan suficiente cantidad de agua. Su desarrollo requiere construir pantanos, presas, canales de derivación, y la instalación de grandes turbinas y equipamiento para generar electricidad

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Dentro de la energía hidráulica encontramos a la energía hidroeléctrica que no es renovable y se produce por medio del ciclo del agua con capacidad de transformación en dos tipos:

Mecánica: mediante motores eléctricos, necesarias para mover ascensores, grúas, etc.

Luminosa: mediante la descarga en los tubos fluorescentes y a su paso por el filamento de las ampolletas.

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La energía hidroeléctrica se encuentra en un punto muy avanzado respecto al desarrollo tecnológico

Energía eléctrica obtenida por la fuerza hidráulica y de la siguiente manera funciona:

  El caudal de agua se controla y se puede mantener casi constante. El agua se transporta por unos conductos o tuberías forzadas, controlados con válvulas y turbinas para adecuar el flujo de agua con respecto a la demanda de electricidad.

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El agua que entra en la turbina sale por los canales de descarga. Los generadores están situados justo encima de las turbinas y conectados con árboles verticales. El diseño de las turbinas depende del caudal de agua; las turbinas Francis se utilizan para caudales grandes y saltos medios y bajos, y las turbinas Pelton para grandes saltos y pequeños caudales.

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ENERGÍA MAREOMOTRIZ

  El Mar es una enorme reserva energética, por ocupar

gran parte de la superficie del planeta. La energía de las mareas puede emplearse para producir electricidad. En el verano de 1966 se puso en marcha una planta de energía mareomotriz de 240.000 Kw. en el río Rance, un estuario del canal de la Mancha, en el noroeste de Francia. La marea ascendente del río fluye a través de un dique, mueve unas turbinas y luego queda retenida tras él. Cuando la marea desciende, el agua atrapada se libera, atraviesa el dique y mueve de nuevo las turbinas.

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Estas plantas de energía mareomotriz desarrollan su máxima eficiencia cuando la diferencia entre las mareas alta y baja es grande, como en el estuario de Rance, donde es de 8,5 metros. Las mareas altas mayores del mundo se producen en la bahía de Fundy en Canadá, donde hay una diferencia de unos 18 metros.

  Se debe distinguir entre diversas formas de

aprovechamiento de su energía: Mareas, Olas, Corrientes, Calor.

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MAREAS Se basa en el movimiento armónico de

subida y bajada del agua, mediante turbinas colocadas en una presa que reciben dicho movimiento del agua. Cuando el rango (diferencia de alturas) supera los 5 metros, podemos hablar de competitividad en la producción energética, siendo esta la energía que se considera con mayor rentabilidad energética

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OLAS

Se trata de aprovechar a través de bombas hidráulicas el movimiento de cuerpos oscilantes movidos por olas, o bien otro tipo de aprovechamiento, que se basa en que las olas llenan un depósito elevado, que al descargarse mueven unas turbinas hidráulicas situadas en la base.

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Energía nuclear

No todos coinciden en clasificar la energía nuclear dentro de las energías alternativas, pues al igual que los combustibles fósiles, se trata de un recurso finito, y además presenta problemas medioambientales importantes, como la gestión de los residuos radiactivos o la posibilidad de un accidente nuclear. Sin embargo, la reducida emisión de CO2 de esta tecnología, y la todavía insuficiente capacidad de las energías renovables para sustituir completamente a los combustibles fósiles, hacen de la energía nuclear una alternativa sujeta a fuerte polémica

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La energía nuclear se presentó como una alternativa para los combustibles fósiles en 1970. Las plantas realizaban fisiones nucleares en un entorno controlado, lo que producía energía. Los bajos costos del combustible equilibraron la inversión financiera necesaria para crear las plantas de energía nuclear, y esto tenía como consecuencia electricidad a más bajo costo. A pesar de los graves accidentes en la planta Three Mile Island en Pensilvania y en Chernobil, Ucrania, la energía nuclear sigue siendo una fuente viable de energía en muchos lugares.

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Las plantas de energía nuclear suministran el 16% de la energía del mundo en 70 países. Son una fuente importante de energía para países sin muchos recursos de combustibles fósiles. Francia y Japón tienen programas particularmente activos de energía nuclear..

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Las plantas ahora incorporan múltiples sistemas de seguridad para evitar fusiones del núcleo y la liberación de sustancias radiactivas. Todavía resta preocupación acerca del desecho del combustible que se consume, que podría ser utilizado para fabricar armas nucleares

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Calefacción y refrigeración pasivas

Un método inusual para calefaccionar o refrigerar su hogar de un modo renovable es a través de técnicas de calefacción y refrigeración pasivas. Este enfoque combina la energía solar con técnicas de diseño y construcción para calefaccionar un edificio en el invierno y refrigerarlo en el verano.

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Células de combustible del hidrógeno Muchas personas creen que el futuro se

encuentra en las células de combustible del hidrógeno, grandes células para plantas de energía y pequeñas para motores y otras aplicaciones. Las ventajas del hidrógeno son diversas. La reacción del hidrógeno produce calor, electricidad y agua, pero no contamina.

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El hidrógeno es fácil de obtener y puede generarse a partir de combustibles fósiles o, lo que es más importante, de combustibles renovables.

El hidrógeno es económico y más eficaz que cualquier tecnología que implique turbinas y mucho más eficaz que la combustión interna. Sin embargo, en la actualidad, la tecnología de hidrógeno es más costosa que las fuentes de energía existentes.

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Todavía no se conoce la instalación real de los sistemas para controlar las temperaturas y para fabricar las células de combustible en tamaños aprovechables. Estos temas deben estar resueltos antes de que las células de combustible del hidrógeno comiencen a reemplazar a otras fuentes de energía.

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Proceso

del etanol

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El etanol es un compuesto químico obtenido a partir de la fermentación de los azúcares que puede utilizarse como combustible, solo, o bien mezclado en cantidades variadas congasolina, y su uso se ha extendido principalmente para reemplazar el consumo de derivados del petróleo.

El combustible resultante de la mezcla de etanol y gasolina se conoce como gasohol o alconafta. Dos mezclas comunes son E10 y E85, con contenidos de etanol del 10% y 85%, respectivamente.

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El etanol también se utiliza cada vez más como añadido para oxigenar la gasolina normal, reemplazando al éter metil tert-butílico (MTBE). Este último es responsable de una considerable contaminación del suelo y del agua subterránea. También puede utilizarse como combustible en las celdas de combustible.

Como fuente para la producción de etanol en el mundo se utiliza fundamentalmente biomasa. Este etanol es denominado, por su origen, bioetanol.

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Fuentes y proceso de fabricación El etanol (Alcohol Etílico) puede producirse de

dos formas. La mayor parte de la producción mundial se obtiene del procesamiento de materia de origen renovable (caña de azúcar y /o derivados como melaza; sorgo dulce; sorgo rojo; remolacha; etc); en particular, ciertas plantas con azúcares. El etanol así producido se conoce como bio-etanol. Por otra parte, también puede obtenerse etanol mediante la modificación química del etileno, porhidratación.

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etanol

El etanol es un combustible que puede producirse a partir de un gran número de plantas, con una variación, según el producto agrícola, del rendimiento entre el combustible consumido y el generado en dicho proceso. Este etanol, conocido como bioetanol, está sujeto a una fuerte polémica: para unos se perfila como un recurso energético potencialmente sostenible que puede ofrecer ventajas medioambientales y económicas a largo plazo en contraposición a los combustibles fósiles, mientras que para otros es el responsable de grandes deforestaciones y del aumento del precio de los alimentos, al suplantar selvas y terrenos agrícolas para su producción, dudando además de su rentabilidad energética.

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El bioetanol tiene las mismas características y composición química que el etanol ya que se trata del mismo compuesto. La diferencia radica en su proceso de producción. El bioetanol ha de ser obtenido desde biomasa, no pudiendo obtenerse del petróleo.

Todos los licores alcohólicos que proceden de la fermentación del azúcar de alguna planta se pueden denominar como bioetanol.

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Debido al aumento de las medidas tomadas para controlar las emisiones totales de gases con efecto invernadero, la utilización de este alcohol como combustible para el trasporte por carretera está creciendo muy rápido. Un análisis del ciclo de vida completo de este producto como combustible muestra como las emisiones generadas en el proceso de producción del combustible y las de operación son compensadas por las fijadas en el cultivo durante su crecimiento.

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Aún están pendientes estudios claros acerca de las emisiones de este combustible en la operación. Es posible que contaminantes orgánicos como el benceno o algunos aldehidos aumenten, por lo que es necesario estudiar su impacto en la salud humana.

El etanol se obtiene fácilmente del azúcar o del almidón en cosechas de maíz y caña de azúcar, entre otros. Sin embargo, los actuales métodos de producción de bio-etanol utilizan una cantidad significativa de energía en comparación con la energía obtenida del combustible producido. Por esta razón, no es posible sustituir enteramente el consumo actual de combustibles fósiles por bio-etanol.

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 Fermentación del etanol

Desde la antigüedad se obtiene el etanol por fermentación anaeróbica de azúcares con levadura en solución acuosa y posterior destilación. La aplicación principal tradicional ha sido la producción de bebidas alcohólicas.

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Hoy en día se utilizan varios tipos de materias primas para la producción a gran escala de etanol de origen biológico (bioetanol):

Sustancias con alto contenido de sacarosaDulcesCaña de azúcarRemolachaMelazasSorgo dulce

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El proceso a partir de almidón es más complejo que a partir de sacarosa, pues el almidón debe ser hidrolizado previamente para convertirlo en azúcares. Para ello se mezcla el vegetal triturado con agua y con una enzima (o en su lugar con ácido), y se calienta la papilla obtenida. Posteriormente se cuela la masa, en un proceso llamado escarificación, y se envía a los reactores de fermentación.

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A partir de celulosa es aún más complejo, ya que primero hay que pre-tratar la materia vegetal para que la celulosa pueda ser luego atacada por las enzimas hidrolizantes.

El pre-tratamiento puede consistir en una combinación de trituración, pirólisis y ataque con ácidos y otras sustancias. Esto es uno de los factores que explican por qué los rendimientos en etanol son altos para la caña de azúcar, mediocres para el maíz y bajos para la madera.

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La fermentación de los azúcares es llevada a cabo por microorganismos (levaduras obacterias) y produce etanol, así como grandes cantidades de CO2. Además produce otros compuestos oxigenados indeseables como el metanol, alcoholes superiores, ácidos yaldehídos. Típicamente la fermentación requiere unas 48 horas.

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Se pueden obtener cantidades más reducidas de alcohol combustible de los tallos, deelementos reciclados, de la paja, de lasmazorcas de maíz, y de productos sobrantes de las granjas que ahora se utilizan para hacerpiensos, fertilizantes, o que se utilizan como combustibles de plantas de energía eléctrica.

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Purificación

El método más antiguo para separar el etanol del agua es la destilación simple, pero la pureza está limitada a un 95-96% debido a la formación de un azeótropo de agua-etanol de bajo punto de ebullición. En el transcurso de la destilación hay que desechar la primera fracción que contiene principalmente metanol, formado en reacciones secundarias, éste es el único método admitido para obtener etanol para el consumo humano.

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Para poder utilizar el etanol como combustible mezclándolo con gasolina, hay que eliminar el agua hasta alcanzar una pureza del 99,5 al 99,9%.

El valor exacto depende de la temperatura, que determina cuándo ocurre la separación entre las fases agua e hidrocarburos.

Para obtener etanol libre de agua se aplica la destilación azeotrópica en una mezcla conbenceno o ciclohexano.

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La caña de azúcar es una de las materias primas más atractivas para la elaboración de etanol, debido a que los azúcares se encuentran en una forma simple de carbohidratos fermentables. Se estima que de una tonelada de melaza se produce 230 litros de alcohol. Además, con una tonelada de caña de azúcar se produce entre 1. Sacarosas 30 y 40 kg. de melaza, que a su vez generaría entre 6,9 y 9,2 litros de alcohol. 2. Almidones Producción de Etanol •

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De estas mezclas se destila a temperaturas más bajas el azeótropo, formado por el disolvente auxiliar con el agua, mientras que el etanol se queda retenido. Otro método de purificación muy utilizado actualmente es la adsorción física mediante tamices moleculares.

A escala de laboratorio, también se pueden utilizar desecantes como el magnesio, que reacciona con el agua formando hidrógeno y óxido de magnesio.

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Almidones, que se encuentran en cereales (maíz, trigo, cebada, 3. Celulosa etc) y tubérculos (yuca, camote, papa, etc). Los almidones contienen carbohidratos de mayor complejidad molecular que necesitan ser transformados en azúcares más simples mediante un proceso de conversión (sacarificación), introduciendo un paso adicional en la producción de etanol, con lo que se incrementan los costos de capital y de operación.

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No obstante, existen algunos cultivos amiláceos como la yuca, que pueden ser desarrollados con una mínima cantidad de insumos y en tierras marginales donde generalmente no se desarrollan otras especies. • Celulosa, que se encuentra en la madera, residuos agrícolas y forestales. Las materias primas ricas en celulosa son las más abundantes, sin embargo la complejidad de sus azúcares hacen que la conversión a carbohidratos fermentables sea difícil y costosa.

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Es importante destacar, que la producción mundial de celulosa asciende a 100 mil millones de Tm por año, de los cuales se estima que sólo es utilizado el 11%. Perfil de Mercado de Etanol .

 Etanol Principalmente Usado como Combustibles a nivel mundial el etanol es usado principalmente como: Principales Usos del Alcohol en la • Combustibles: ya sea para mezclar o reemplazar los petróleo y derivados. El Industria Procesadora 65,4% de producción mundial de etanol se usa como combustibles. 

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Ventajas y Desventajas del Uso de Etanol como Combustible EL uso de etanol presenta las siguientes ventajas y desventajas: Ventajas Desventajas - Se produce a partir de fuentes renovables. - Presenta menor poder calorífico que la gasolina, por lo que requiere un mayor consumo - Presenta un elevado índice de octanaje (105

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favoreciendo la combustión y evitando el golpeteo. - Contiene 2/3 de la energía contenida en el mismo volumen - Produce menos dióxido de carbono que la gasolina, aunque el impacto total depende de los procesos de - La elaboración de etanol a partir de granos es más destilación y la eficiencia de los cultivos. caro que la gasolina

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Aproximadamente 1.5 veces. - Genera menos monóxidos de carbono al utilizarse - Presenta problemas de corrosión en partes mecánicas como aditivo en la gasolina. Con el uso de 10% de y sellos. etanol en la mezcla se puede lograr un reducción de - En climas muy fríos presenta dificultades para el 25% a30% en la emisiones de CO. encendido. - Es menos inflamable que la gasolina y el diesel. -

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Genera emisiones de óxidos de nitrógeno y aldehídos - Baja toxicidad (contaminantes menores). - No emite compuestos de azufre. - Para el uso de una mezcla de 85% etanol y 15% gasolina (E85) se requiere de una adecuada - La combinación de 90% de gasolina y 10% etanol modificación en los motores. puede ser usado en los vehículos sin ninguna modificación. Perfil de Mercado de Etanol.

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Perú Posee el Mayor Rendimiento de Caña de Azúcar en el Mundo El Perú posee el mayor rendimiento a nivel mundial en la producción mundial de caña de azúcar, siendo este un importante aliciente para producir etanol en base a la caña de azúcar, pese a ello no tenemos una elevada participación en la producción de caña,

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como el caso de Brasil, que fue el principal producto mundial En Brasil, de las 360 mil toneladas de caña de azúcar producida, alrededor del 50% se destina a la elaboración de etanol y el otro 50%restante a la producción de azúcar

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Producción Nacional de Caña de Azúcar se Concentra en la Costa Entre 1998 y 2003 la producción de caña de azúcar en el Perú se incrementó a un ritmo de 5,8% por año, siendo producida totalmente enl a costa el 2005, se espera incrementar la producción de caña,

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con el objetivo de destinar el excedente a la elaboración de etanol, cuya demanda inicial bordaría los 137 millones de litros por año si se concreta el uso10% de etanol en las gasolinas. 2003: Producción de Caña de Azúcar por Departamento 

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Gobierno Impulsa Mayor Demanda de Etanol Mediante Decreto Supremo Nº 019-98-MTC, publicado en julio de 1998, el Ministerio de Transporte y Comunicación estableció lo siguiente: • Hasta octubre de 1998

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, la eliminación de la oferta de gasolina de 95 octanos con plomo y la reducción del contenido de plomo en la gasolina de 84 octanos, de 1.16 a 0.84 gramos de plomo por litro de gasolina.

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Reducción hasta 01 de julio del 2003 el contenido de plomo en la gasolina de 84 octanos, de 0.84 a 0.14 gramos de plomo por litro de gasolina. • Y la eliminación total del plomo en la gasolina hasta el 31 de diciembre del 2004.

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GRACIAS

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INTEGRANTES 1. NAVARRO PACHERREZ ASTRID 2. ROJAS JIMENEZ SHEYLA 3.PANTA PACHERREZ LUZ 4.RAMOS NAVARRO YENNIFER 5.ALDANA ALVARADO LETICIA