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Equation Chapter 1 Section 1

Proyecto Fin de Carrera Ingeniero Industrial (Plan 98)

Planta de extracción de aceites esenciales

Autor: Darío Rueda del Moral Tutor: Dr. Aurelio Azaña García

Departamento de Ingeniería de la Construcción y Proyectos de Ingeniería

Escuela Técnica Superior de Ingeniería Sevilla, septiembre

de 2016

PFC Ingeniero Industrial Darío Rueda del Moral

Proyecto Fin de Carrera

Ingeniero Industrial (Plan 98)

Planta de extracción de aceites esenciales

Autor:

Darío Rueda del Moral

Tutor:

Aurelio Azaña García

Profesor asociado

Dep. Ingeniería de la Construcción y Proyectos de Ingeniería Escuela Técnica Superior de Ingeniería

Universidad de Sevilla Sevilla, septiembre de 2016


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A mis padres, Lorenzo y Monsalud, y a Celia, por su apoyo y cariño estos años


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Objeto y Prólogo Forma parte del objeto del siguiente proyecto el diseñar los procesos, equipos e instalaciones de una planta de extracción de aceites esenciales de lavanda. Queda fuera del alcance del mismo los cálculos estructurales sobre la obra civil correspondiente a la nave donde se emplazará la planta. La planta, que estará situada en la localidad de Escúzar (Granada), se dimensionará para dar soporte a una plantación de lavanda con una extensión de 120 Ha situada en el Valle de Lecrín (Granada). Históricamente, el cultivo de la lavanda y de otras plantas aromáticas ha estado ligado a esta región. La mayor parte de los productos derivado de estos cultivos se destinan a cubrir las necesidades de la industria cosmética y alimentaria. Debido al creciente interés de dichas industrias en estos productos, que en las últimas décadas se habían sustituido parcialmente por compuestos aromáticos similares -sintetizados en la industria química a un precio mucho menor- resulta apropiado, desde el punto de vista empresarial, dar solución y posibilidades al cultivo de estas plantas aromáticas, estudiando las condiciones técnicas y económicas bajo las cuales, la extracción de los aceites esenciales en explotaciones agrícolas puede resultar favorable.


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Para ello se analizará el estado del arte, y la tecnología disponible, adoptando la que mejor se adapte, en la medida de lo posible, al caso que nos atañe. En una época de crisis y con claras carencias energéticas, se hace necesario aplicar medidas de ahorro energético complementarias, así como la optimización de todo proceso productivo. En este marco, el uso de la biomasa, otrora desechos derivados de la actividad agrícola, se ha convertido en una interesante fuente de energía alternativa, en especial en los medios rurales. El gran incremento del precio de la electricidad asociado al transporte, y el no disponer de energía a precios aceptables de las fuentes tradicionales, conlleva que muchos proyectos no lleguen a ser afrontados. Asimismo, se deja de presentar la oportunidad de un desarrollo económico, siempre asociado a la inversión de capital y los recursos energéticos disponibles. Más aún, la biomasa tiene la ventaja de ser una fuente de energía sustancialmente más benévola con el medio ambiente que las tradicionales, siendo éste un punto de capital importancia en los tiempos que corren, donde el control de las emisiones y el correcto tratamiento de los desechos potencialmente perjudiciales para el medio ambiente derivados de la industria, se han tornado en prioridad, a diferencia de lo ocurrido en el siglo pasado. Es por ello que, dentro del entorno en el que se pretende acometer el proyecto, se propondrá como solución de energética y medida de


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ahorro, el uso de los restos de lavanda derivados del propio proceso, para la producción de vapor en la caldera mediante su combustión en el hogar de la misma. Esta fuente de energía supone un factor clave a considerar en el estudio de viabilidad de proyectos de este tipo y una nada desdeñable manera de optimizar producción disminuyendo gastos. Y es que, sin ninguna duda, la gestión eficiente de la energía es una fuente de ahorro y un parámetro de mejora fundamental: La energía del futuro es la eficiencia


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DOCUMENTO Nº 1

MEMORIA


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ÍNDICE 1 MEMORIA JUSTIFICATIVA ............................................................. 12

1.1 INTRODUCCIÓN Y ANTECEDENTES ..................................... 12

1.2 JUSTIFICACIÓN Y VIABILIDAD ................................................ 35

1.3 ALTERNATIVAS............................................................................... 37

1.4 ALTERNATIVA SELECCIONADA ............................................. 51 2 MEMORIA DESCRIPTIVA ................................................................ 53

2.1 AGENTES ............................................................................................ 53

2.2 SITUACIÓN Y EMPLAZAMIENTO ............................................ 54

2.3 DESCRIPCIÓN DEL PROCESO PRODUCTIVO .................... 57

2.4 ALMACENAMIENTO DE PRODUCTOS ................................. 86

2.5 CONDUCIONES: TUBERÍAS, ACCESORIOS Y BOMBAS . 89

2.6 INSTRUMENTACIÓN Y CONTROL .......................................... 92

2.7 DISTRIBUCIÓN EN PLANTA DE LA INSTALACIÓN ......... 94

2.8 LIMPIEZA DE LAS INSTALACIONES ...................................... 95


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2 MEMORIA JUSTIFICATIVA 2.1 INTRODUCCIÓN Y ANTECEDENTES 2.1.1 ¿Qué son los aceites esenciales? Los aceites esenciales se definen como: “producto odorante, en general, de composición compleja, obtenido a partir de una materia prima vegetal botánicamente definida, ya sea por arrastre de vapor, por destilación seca o por un método mecánico adecuado sin calentamiento. Un aceite esencial está generalmente separado de la fase acuosa por un método físico que no conduce a cambios significativos en su composición química”. Los aceites esenciales son líquidos oleosos aromáticos extraídos de diversas partes de plantas aromáticas. Son compuestos biosintetizados en diferentes órganos de la planta como metabolitos secundarios; flores (jazmín, rosa, violeta y lavanda), hierbas, brotes (clavo), hojas (eucalipto, salvia), frutas (anís), ramas, corteza (canela), la ralladura (cítricos), semillas (cardamomo), madera (sándalo), rizomas y raíces (jengibre). Pueden ser extraídos por diferentes métodos. Debido a su naturaleza hidrófoba, y a su densidad, a menudo inferior a la del agua, por lo general son lipófilos, solubles en disolventes orgánicos e inmiscibles con agua.


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Pueden ser separados de la fase acuosa por decantación. Sus rendimientos de extracción varían dependiendo de las especies, pero en general son bajos (aproximadamente 1%), lo que los convierte en sustancias raras y de gran valor. Entre las especies de plantas, sólo el 10% contienen aceites esenciales y se denominan plantas aromáticas (más de 17.000 especies de plantas, distribuidas en todo el mundo). Los principales géneros en los que se encuentran pertenecen a un pequeño número de familias: Lamiaceae, Lauraceae, Asteraceae, Rutaceae, Myrtaceae, Poaceae, Cupressaceae y Piperaceae. 2.1.2 Composición química Los aceites esenciales son mezclas complejas de compuestos volátiles extraídos de un gran número de plantas. En general, representan una pequeña fracción de la composición de la planta (menos de 5% de la materia seca vegetal) y están formados principalmente por terpenos y terpenoides. Los principales terpenos presentes en los AE son los monoterpenos (tienen 10 átomos de carbono y representan más del 80% de la composición de los AE) y los sesquiterpenos (tienen 15 átomos de carbono). Los terpenoides, también llamados isoprenoides, son compuestos oxigenados derivados de los terpenos, en los que existe la presencia de algún grupo funcional característico, tales como, alcoholes, aldehídos,


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cetonas, ácidos, fenoles, éteres y ésteres. Así, se trata básicamente tanto de monoterpenos como de sesquiterpenos oxigenados (monoterpenoides y sesquiterpenoides). Algunos AE contienen otra clase de moléculas oxigenadas que son los fenilpropanoides y sus derivados. Se encuentran en casos especiales (sasafrás, corteza de canela, vetiver, clavo). Los terpenos representan una de las clases de hidrocarburos naturales más abundantes. Tienen diversas funciones. Algunos terpenos son potentes fármacos contra enfermedades como el cáncer, malaria y enfermedades del corazón. Otros muestran propiedades insecticidas. El nombre proviene de que los primeros miembros de esta clase fueron derivados del aguarrás en los 1850's ("turpentine" en inglés, "terpentin" en alemán). A estos primeros terpenos aislados se les denominó monoterpenos, y fueron considerados la unidad base, a partir de la cual se estableció el resto de la nomenclatura El bloque fundamental de construcción de los terpenos es la unidad de isopreno (2-metil-1,3butadieno) vinculado cabeza-cola.

Figura 1. Estructura del isopreno


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Se representa por la fórmula general estructural (C5H8)n donde n es el número de unidades de isopreno enlazadas. La regla del isopreno, desarrollado por Ruzicka en 1921, jugó un papel clave en la determinación de la estructura y clasificación de los terpenos, y toma como base el número de unidades de isopreno.La realidad es que no derivan del isopreno, el cual nunca se ha encontrado como producto natural, sino del ácido mevalónico, que proviene del acetil coenzima A.

Figura 2. Resumen biosintético de los terpenos


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En la siguiente figura se puede apreciar la estructura de algunos de los principales compuestos presentes en los aceites esenciales

2.1.3 Características físico-químicas Algunas de las principales características comunes a la mayor parte de los aceites esenciales son:

Intensamente aromáticos. Líquidos a temperatura ambiente. Recién destilados son incoloros o ligeramente amarillentos. No grasos (por lo que no se enrancian). Volátiles por naturaleza. Livianos (densidad inferior a la del agua). Mayor viscosidad que el agua. Son insolubles en agua (aunque le comunican el aroma), y

solubles en alcohol, grasa, ceras, aceites vegetales y, en general, en los disolventes orgánicos comunes.

Figura 3. Estructura de compuestos característicos en aceites esenciales


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Presentan degradación química en presencia de luz solar, aire (oxidación), calor, ácidos y álcalis fuertes.

Alto índice de refracción. Baja presión de vapor en condiciones ambientales (200-300 Pa).

2.1.4 Propiedades, usos e interés comercial Los aceites esenciales (AE) han adquirido un renovado interés en varias áreas. Gracias a sus potentes y variadas cualidades odorantes, la industria perfumística ha sido -y sigue siendo- la principal demandante de aceites esenciales. Dentro del campo de la perfumería industrial (detergentes, ambientadores), su uso se intentó sustituir por el de compuestos orgánicos sintetizados químicamente que aportaban algunas cualidades similares, aunque su interés se ha recuperado en los últimos años gracias a las propiedades extra (bactericidas) que aportan los AE de origen natural. En cuanto al sector de la perfumería de tocador, el valor y uso de los AE naturales ha aumentado considerablemente últimamente, gracias al creciente interés de los consumidores por los productos de origen natural. Sus propiedades aromáticas, unidas a las medicinales, hacen que también sean ampliamente usados por la industria cosmética, en


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productos para el cuidado e higiene personal, o en aplicaciones como la aromaterapia. En el ámbito de la medicina son ampliamente usados gracias a sus propiedades biocidas (bactericidas, viricidas y fungicidas). Numerosos estudios han puesto de relieve los efectos antimicrobianos de los AE, incluso contra las bacterias más resistentes. En hospitales y centros de salud, los AE son ampliamente utilizados para luchar contra las infecciones nosocomiales, como líquido de limpieza para la desinfección de superficies y equipos médicos, o como aerosol, en las salas de operación y salas de espera, para controlar la limpieza de aire y limitar los contaminantes. Su composición química compleja, compuesta por más de 100 compuestos terpénicos diferentes, les otorga un amplio espectro de actividad antimicrobiana (antibacterianos, antifúngicos, antivirales, control de plagas, repelentes de insectos). En la industria farmacéutica, los AE están incluidos en la fórmula de muchos productos, y son ampliamente usados en píldoras, pomadas, cremas, jarabes, supositorios, aerosoles y sprays. El número de preparados que incluyen AE está en crecimiento constante, en el mismo grado que la investigación y los laboratorios consiguen aislar y definir los posibles usos de los numerosos compuestos que conforman los AE.


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La industria alimentaria también presenta una creciente demanda de AE, debido a sus importantes aplicaciones como saborizantes, aromatizantes y colorantes de bebidas y alimentos. Además, en los últimos años, se ha expandido su uso como conservantes de alimentos, y en la lucha contra los patógenos que generan intoxicación alimentaria peligrosa (Listeria monocytogenes, Salmonella typhimurium, Clostridium perfringens, Pseudomonas putida y Staphylococcus aureus). Numerosos estudios han demostrado la eficiencia de los AE en dosis bajas en la lucha contra los patógenos bacterianos encontrados en la industria alimentaria. En la última década, ha habido un aumento de la preocupación pública sobre el uso de antibióticos en la alimentación del ganado debido a la aparición de bacterias resistentes a los antibióticos y su posible transmisión de la ganadería a los seres humanos. De hecho, en la Unión Europea, el uso de antibióticos sintéticos, y de potenciadores del crecimiento y la salud, como aditivos en la alimentación del ganado, está prohibida desde 2006. En este contexto, los AE han mostrado ser una alternativa interesante debido a su actividad antimicrobiana bien conocida y documentada. Los AE contienen compuestos con propiedades biocidas y antivíricas que se pueden utilizar como sustitutos de las drogas de síntesis en el ganado. Otras aplicaciones comunes de los AE son: los tejidos técnicos para uso médico, como repelentes de insectos, como colorantes, vitaminas,


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agentes antimicrobianos, materiales de cambio de fase y aplicaciones médicas, tales como antibióticos, hormonas y otros fármacos. 2.1.5 Extracción de aceites esenciales Los aceites esenciales se extraen de los tejidos mediante diversos procedimientos físicos y químicos, en función, principalmente, de la parte de la planta en la que se encuentre (pétalos, raíces, tallo, ramas, semillas, savia, hojas). Como resulta evidente, el conocimiento de los métodos que se utilizan para la extracción de los aceites esenciales es fundamental. Cabe señalar que la obtención conlleva la modificación inevitable de algunos compuestos que forman el aceite. A menos que se desee expresamente dicha transformación, se intenta que las variaciones en los compuestos sean mínimas, usando métodos más suaves de extracción. Del método elegido, no sólo dependerá la idoneidad del proceso en términos cuantitativos, sino también la propia composición del producto obtenido, siendo éste factor determinante, en tanto en cuanto, de ello dependerá la calidad y los posibles usos del extracto. 2.1.6 Historia de la extracción los aceites esenciales La historia de la extracción y uso de los aceites esenciales se remonta a, al menos, 3500 años antes de Cristo.


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Las bases tecnológicas del proceso de destilación fueron concebidas y empleadas primariamente en Egipto. Utilizando ollas de arcilla, cuya boca cubrían con filtros de lino, conseguían que, al aplicar calor a la mezcla agua-planta aromática, el vapor dejase los aceites esenciales impregnados en el filtro, el cual era posteriormente estrujado para obtener el extracto. Los griegos toman las experiencias egipcias y, como grandes alquimistas, purificaron el sistema de destilación preservando la fragancia y pureza de los aceites. Los árabes, en el siglo XI, perfeccionaron el arte de la destilación para aislar los principios activos de los aceites de las plantas, método que se atribuye al famoso Avicena (médico, astrónomo, matemático y filósofo árabe), quien introdujo el sistema de refrigeración en el proceso de destilación de aceite de rosas a partir de pétalos. Sin embargo, cabe señalar que, hasta la Edad Media, la hidrodestilación fue usada para la preparación de aguas florales. La parte recogida en por encima del agua floral, es decir, el aceite esencial, era desechada comúnmente, ya que se consideraba un sub-producto indeseado. No fue hasta el siglo XIII cuando Arnols de Villanova hizo una descripción auténtica de la hidrodestilación de aceites esenciales reales. A principios del siglo XVI, Bombastus Paracelsus definió el concepto de Quinta Essentia, es decir, la fracción más sublime y posible


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técnicamente de obtener de una planta, y constituye la droga requerida para el uso farmacológico. El término aceite “esencial” se lo debemos al concepto desarrollado por Paracelsus. No obstante, no fue hasta la segunda mitad del siglo XVI cuando el uso de los aceites esenciales se generalizó en Europa. Los más conocidos en la época eran el de enebro, el de romero, el de trementina y el de espliego. Ya en el siglo XVII, se comenzó a usar el enfleurage como método de extracción para las flores más delicadas. Tras la Revolución Industrial, y con la llegada de la máquina de vapor y el uso de las calderas de vapor en la industria manufacturera en el siglo XIX, la hidrodestilación se convirtió en un proceso industrial a gran escala Se puede señalar al s. XIX como fecha del nacimiento de la hidrodestilación industrial y que, durante el s. XX, se buscó mejorar los diseños mecánicos de los alambiques, minimizar el alto consumo energético requerido y controlar adecuadamente el proceso.


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2.1.7 El mercado de los aceites esenciales 2.1.7.1 Mercado mundial y europeo El tamaño del mercado mundial de aceites esenciales lleva en constante crecimiento la última década, con un ritmo de entre un 10 y un 15% anual de media (ver tabla 1).

Este crecimiento se explica principalmente por el aumento de las aplicaciones en aromaterapia, junto con la creciente demanda de fragancias, perfumes y sabores para alimentos, bebidas y cuidado personal. La creciente preferencia de los consumidores por los productos naturales ha llevado al desarrollo de aplicaciones innovadoras en productos para el cuidado y la belleza personal. Además, los aceites esenciales también son ampliamente utilizados en productos de limpieza caseros, cada vez más demandados debido a sus excelentes propiedades antibacterianas y antisépticas.

Tabla 1. Valor de las export. e import. mundiales de aceites esenciales


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Por regiones, Europa ha sido y es un punto clave en este mercado. Al ser el núcleo de las más importantes marcas de cosméticos y perfumes, principales demandantes de estos productos, Europa es la región con mayores importaciones de aceites esenciales a nivel mundial (ver tabla 2). En 2014 acaparó el 40% del volumen global de negocio.

El mercado norteamericano, cimentado en la industria alimentaria y farmacéutica, y apoyado por una política de subsidios; el sudamericano, basado en su riqueza de materias primas; y el incipiente mercado del sudeste asiático, soportado por la rápida industrialización y el aumento de la renta disponible de sus consumidores (China, India, Vietnam y Tailandia), son los otros puntos fuertes en cuanto a aceites esenciales se refiere. Basándose en todo lo anteriormente mencionado, y en algunos otros factores, las estimaciones de crecimiento a nivel global del mercado de aceites

Tabla 2. Impor.y expor. mundiales de AE por continentes


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esenciales son de alrededor de un 9% anual durante los próximos 7-8 años. En Europa, aunque en menor grado que en el sudeste asiático, el crecimiento también ha sido notable en los últimos años, como se puede observar en la tabla contigua.

Los principales países dedicados al sector son Francia, Reino Unido, Alemania, España e Italia. En el siguiente gráfico se puede observar la evolución de sus exportaciones en los últimos años.

Tabla 3. Valor del mercado de aceites esenciales en Europa

Gráfico 1. Valor de las export. de AE en los principales países europeos


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Una de las razones por las que se espera que el mercado europeo siga creciendo es el envejecimiento de su población, con el consiguiente aumento en el consumo de productos cosméticos y para el cuidado personal, unido a la incipiente preocupación de los consumidores por usar productos de origen natural.

2.1.7.2 Mercado nacional España ha sido eminentemente un mercado exportador de aceites esenciales, principalmente hacia Francia, Reino Unido, ya que es una de las regiones con mayor superficie agraria dedicada al cultivo de plantas aromáticas. Esta superficie ha ido creciendo paulatinamente en los últimos años, gracias a la creciente demanda del producto final, y como solución de explotación agraria sostenible en regiones de difícil adaptabilidad de otros cultivos. En 2015, la superficie de plantas aromáticas cultivada superaba las 12.000 Ha (ver tabla 4), según el Ministerio de Agricultura y Medio Ambiente, siendo Castilla La Mancha y Andalucía las dos comunidades con mayor extensión de cultivo de estas especies, con mucha diferencia sobre las demás.

Tabla 4. Superficie cultivada de aromáticas en España


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Sin embargo, cuando hablamos de los productos finales, es decir, los aceites esenciales propiamente dichos, sin duda Cataluña es el motor económico del sector. La fuerte industria farmacéutica, química y de cosméticos, sita en esta región, hace que se nutra no solamente de materias primas nacionales, sino que requiera un alto volumen de importaciones extranjeras. De los datos del Ministerio de Economía y Competitividad se deduce que en el levante español (Cataluña, Com. Valenciana y Reg. De Murcia) es donde se procesa la mayor parte de la materia prima vegetal y de los aceites esenciales, adquiriendo valor añadido, para salir al mercado nacional e internacional como productos elaborados en el sector farmacéutico, químico, cosmético y alimentario (Ver gráfico 2).

Gráfico 2. Mercado de AE en España


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Como se puede observar de la comparación entre territorio cultivado de plantas aromáticas, y exportación/importación de aceites esenciales, tanto Andalucía como Castilla La Mancha tienen un déficit en cuanto a infraestructura capaz de procesar la materia prima, para añadirle valor y sacar más rédito a un mercado del que son el primer eslabón en el territorio nacional. 2.1.7.3 Mercado Andaluz Dentro de Andalucía, casi toda la actividad se concentra en las provincias de Sevilla y de Granada, como muestra la siguiente tabla:

Los cultivos se concentran en las provincias de Granada y Huelva. Las variedades más cultivadas son la lavanda, el lavandín, y el espliego. Además, de entre las silvestres, las más recolectadas son la salvia y el romero, todas ellas bien adaptadas a la climatología y el suelo donde se explotan.

Tabla 5. Mercado de aceites esenciales en Andalucía


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2.1.8 La base vegetal: las lavándulas De entre todas las especies de plantas aromáticas presentes en Andalucía, las que resultan más atractivas por la factibilidad de su cultivo, y la alta cotización de sus aceites esenciales en el mercado internacional, son las lavándulas. 2.1.8.1 Características

Clasificación Científica Reino: Plantae División: Magnoliophyta Clase: Magnoliopsida Orden: Lamiales Familia: Lamiaceae Subfamilia: Nepetoideae Tribu: Lavanduleae Género: Lavandula

Lavándula es un género de la familia de las lamiáceas. Son sub-arbustos de hasta 1,5 m de altura y perennes, originarias de Europa meridional. Las matas, algunas escasamente leñosas, son pelosas en muchos de sus órganos y con glándulas esenciales.


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Presentan hojas opuestas, simples, enteras, dentadas o pinnatífidas. Poseen inflorescencias de tipo verticilastro dispuestas en pisos separados a lo largo del eje florífero o en una estructura compacta, axilados por brácteas “florales” (para diferenciar de una corona de brácteas que puede aparecer o no en lo más alto de la inflorescencia cuya función es atraer a los insectos polinizadores). Las flores son pequeñas, con un cáliz tubular, casi actinomorfo, acostillado con 5 dientes cortos y un apéndice oblongo o romboidal en la parte superior. La corola es bilabiada, con el labio superior recto, erguido, formado por dos lóbulos. El labio inferior trilobado. Poseen cuatro estambres, didínamos y el ovario dividido en cuatro partes. El fruto se presenta en tetranúcula. Engloban alrededor de unas 35 especies y más de 100 variedades, que muestran diferencias en hábitos de crecimiento, caracteres morfológicos, incluyendo forma de la hoja, distribución de las flores en los verticilos y composición química. Las principales variedades desde el punto de vista que nos concierne son tres: el espliego, la lavanda y el lavandín.


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2.1.8.2 Espliego. El espliego (Lavandula latifolia) es una especie mediterránea, que crece silvestre en los montes españoles, aunque también es frecuente en el sur de Francia, Italia y la antigua Yugoslavia. Es un arbusto con tallos florales ramificados y más largos que los de la lavanda fina o verdadera (Lavandula angustifolia); así mismo, las flores son más pálidas y las hojas más largas y anchas que las de la lavanda verdadera. Su cultivo es óptimo entre los 700 y los 1000 metros de altura, bajo un clima mediterráneo semiárido de inviernos fríos y veranos secos. El espliego vive espontáneamente sobre suelos calizos, pobres en materia orgánica, pedregosos, secos y que drenen bien. Esta especie se puede multiplicar por esqueje y por semilla, siendo su

recolección recomendada a mediados de agosto, cuando se encuentra en plena floración. Ha sido frecuentemente recolectada para la

Imagen 1. Espliego (Lavandula latifolia)


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obtención de su aceite esencial, sobre todo en el Sistema Ibérico y en las sierras béticas. Los restos de la destilación eran utilizados como combustible para hornos de tejeras. Las flores no destiladas se usan como aromatizantes. 2.1.8.3 Lavanda. La lavanda (Lavandula angustifolia, anteriormente conocida como L. officinalis), lavanda verdadera, fina o lavanda inglesa, es un arbusto perenne nativo del sur de Europa y la zona mediterránea, donde se cultiva ampliamente. Su período de floración es de junio a julio y nace espontáneamente en altitudes de 500 a 1800 m. de altura en el NE de España y el sur de Francia. Crece en lugares pedregosos, terrazas fluviales arenosas, matorrales secos o claros de encinares o pinares, en sustratos calizos o arenosos. El arbusto tiene hojas lineales, estrechas de verde pálido o ligeramente argénteas con llamativas flores de color azul-violeta. Francia, España, Portugal, Hungría, Reino Unido, Bulgaria, Australia, China y EEUU son los principales productores de esta planta, cuyo uso se ha incrementado en los últimos años debido a su agradable aroma y a las

Imagen 2. Lavanda. (Lavandula angustifolia)


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presuntas propiedades de su aceite esencial. El aceite esencial de lavanda es uno de los ingredientes más preciados en la producción de aromas para cosmética, siendo también usado en la industria farmacéutica por sus propiedades funcionales. 2.1.8.4 Lavandín. El híbrido natural y estéril de la lavanda y el espliego es conocido como lavandín o lavanda holandesa (Lavandula x intermedia, también L. hybrida). Su cruzamiento tiene lugar en las zonas en las que coexisten las dos especies. El lavandín es un arbusto aromático, más vigoroso y productivo que sus progenitores. La forma de la planta es más desarrollada y en forma de bola. Los tallos florales tienen una longitud de 60 a 80 cm y la espiga es grande, puntiaguda y de color violeta, caracterizándose por la existencia de dos espiguillas laterales situadas en la base. El lavandín tiene un alto rendimiento de aceite esencial, aunque la esencia del mismo está menos valorada por la industria perfumística. Dentro de los lavandines, cabe señalar que existen varias especies diferenciadas -principalmente por estar mejor adaptados a según qué tipo de suelos- que han visto aumentada su superficie cultivada considerablemente. Entre ellos cabe mencionar: Lavandín var. Super.

Imagen 3. Lavandin (lavándula x intermedia


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Lavandín var. Grosso. Lavandín var. Abrial

Imagen 4. Lavandín Abrial


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2.2 JUSTIFICACIÓN Y VIABILIDAD Se justifica la realización de este proyecto por el importante crecimiento de la demanda de aceites esenciales naturales (no sintéticos), tanto en el mercado nacional como en el internacional. Desde distintos puntos de vista, el proyecto se justifica según sigue: 2.2.1 Medioambiental: Tanto el cultivo de la planta aromática, que en la mayoría de los casos no requiere de una especial adaptabilidad del terreno, por tratarse de especies autóctonas del mismo, como la industria para la extracción de sus esencias, suponen una ventaja en cuanto a sostenibilidad medioambiental con respecto a otras explotaciones e industrias agrarias. 2.2.2 Social: Los beneficios medioambientales anteriormente comentados, y el cambio de visión con respecto a este asunto, hacen pensar en una aceptación social mayoritaria. 2.2.3 Económico: Como se ha visto con anterioridad, a pesar de que gran parte de los cultivos de plantas aromáticas se encuentran en nuestra comunidad, el centro neurálgico del mercado de aceites esenciales derivados de las mismas se encuentra en el levante español. Esto hace pensar que el principal impacto económico de este mercado lo reciben los


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comercializadores de productos finales, y justifica la construcción de una planta de extracción de aceites esenciales a gran escala en nuestra región, que permita a los agricultores locales beneficiarse directamente de dicho impacto económico. 2.2.4 Técnico: El proceso propuesto no es especialmente innovador, ya que está basado en tecnología bien conocida y madura. Sin embargo, se conoce que no existe ninguna planta próxima que opere de este modo. Además, este proyecto se considera viable técnica, económica y legalmente:

Se trata de una tecnología conocida, que no entraña una gran incertidumbre en cuanto a los resultados esperados, por estar bien desarrollada.

Los factores de mercado explicados en epígrafes anteriores explican su viabilidad económica.

Se cumple la normativa vigente en cuanto a medio ambiente, gestión de residuos, seguridad e higiene industrial, y al diseño y dimensionamiento de equipos.


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2.3 ALTERNATIVAS 2.3.1 Materia prima de partida De todas las especies de lavandas, nuestro proyecto se va a centrar en dos de ellas: el espliego y la lavanda angustifolia. La primera por ser la más extendida de manera natural en Andalucía, y la segunda, por ser el cultivo de mayor interés desde el punto de vista comercial. El espliego es una especie muy extendida de manera natural por toda la comunidad andaluza. Se encuentra por toda Sierra Morena, desde Aracena y el Andévalo, hasta la Sierra de Andújar y Despeñaperros; también está muy presente en todas las Cordilleras Béticas. España produce en torno a las 200 toneladas anuales de aceite esencial de espliego, siendo Andalucía el principal productor. Su aceite está considerado antibacteriano, antiséptico, cicatrizante, regulador digestivo, antiespasmódico, antihipertensivo y relajante. La Lavandula angustifolia es sin duda la especie con mayor interés comercial en el mundo. Los aceites esenciales de esta planta son los que más se cotizan en la industria perfumística, aunque la calidad exigida en los mismos es cada vez mayor. La producción de aceite de lavanda es de 200 toneladas por año, siendo los países que dominan el mercado Bulgaria, Reino Unido, Francia, China, Ucrania, España y Marruecos. Bulgaria es el mayor productor de aceite de lavanda con 3700 ha de cultivos de lavanda y


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hasta 100 toneladas por año, seguida de las 40 toneladas por año y 3500 ha de Francia. En España, sin lugar a dudas, el principal núcleo de cultivo de lavanda se encuentra en Brihuega (Guadalajara). Allí, desde hace unas tres décadas, se comenzó a cultivar tanto la lavanda como el lavandín, y hoy en día hay 1.000 ha de plantación en la comarca de la Alcarria (250 de lavanda y 750 de lavandín). Además, la planta de destilación encargada de procesar la lavanda de la comarca, es una de las mejores equipadas de Europa, y produce nada menos que el 10% de la producción mundial de aceites esenciales de lavanda a día de hoy. Todo ello ha repercutido positivamente en la región, que estaba entrando en depresión, y que, gracias a esta nueva forma de cultivo, se ha visto revitalizada y fortalecida. La idea es tomar este modelo como ejemplo y trasladarlo a una zona de Andalucía donde su implantación pueda ser beneficiosa y positiva. En Andalucía, las principales zonas donde este cultivo es viable, por las características del clima, la altitud, y las propiedades del suelo, son las que bordean a las Cordilleras Béticas, desde la provincia de Córdoba hacia el este. Las zonas de Sierra Morena, desde Hornachuelos hasta Despeñaperros, con litografía calcárea, se presentan como un buen lugar para este cultivo también.


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Otras especies de plantas aromáticas presentes en nuestra geografía de forma natural, cuya recolección y posterior procesamiento en nuestra planta puede resultar de interés comercial son el romero, el tomillo, la salvia y el orégano. 2.3.2 Métodos de obtención convencionales 2.3.2.1 Destilación El término destilar proviene del latín “destillare”: separar por medio del calor, alambiques u otros vasos una sustancia volátil llamada esencia de otras más fijas, enfriando luego su vapor para reducirla nuevamente a líquido. Por efecto de la temperatura del vapor (100 ºC) en un cierto tiempo, el tejido vegetal se rompe liberando el aceite esencial. La destilación es un proceso físico de separación, desde el punto de vista de la física la destilación se define del siguiente modo: “muchas sustancias de punto de ebullición muy alto, calentadas juntamente con el agua pasan a estado de vapor a la temperatura de ebullición de ésta, son, por lo tanto, volátiles con el vapor de agua y pueden obtenerse y purificarse por destilación en corriente de ese vapor. Se fundamenta físicamente por la Ley de Dalton, ya que los vapores saturados de los líquidos inmiscibles siguen la Ley de Dalton sobre las presiones parciales, que dice que: “Cuando dos o más gases o vapores, que no reaccionan entre si se mezclan a temperatura constante, cada gas ejerce la misma presión que si estuviera solo y la suma de las


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presiones de cada uno, es igual a la presión total del sistema”. Su expresión matemática es la siguiente: Pt=P1+P2+…+Pn Al destilar una mezcla de dos líquidos inmiscibles, su punto de ebullición será la temperatura a la cual la suma de las presiones de vapor es igual a la atmosférica. Esta temperatura será inferior al punto de ebullición del componente más volátil. Si uno de los líquidos es agua (hidrodestilación) y si se trabaja a la presión atmosférica, se podrá separa un componente de mayor punto de ebullición que el agua a una temperatura inferior a 100ºC. Esto es muy importante cuando el compuesto que se desea extraer se descompone a su temperatura de ebullición o cerca de ella. En general, esta técnica se utiliza cuando los compuestos cumplen con las condiciones de ser volátiles, inmiscibles en agua, tener presión de vapor baja y punto de ebullición alto. 2.3.2.1.1 Hidrodestilación húmeda Este método es el más antiguo y simple que se utiliza para la extracción de los AE's. Fue el usado por Avicena (980-1037), como se ha señalado con anterioridad, utilizando por primera vez un alambique para la extracción de aceite esencial de pétalos de rosa. En la hidrodestilación, el material vegetal se sumerge directamente en el agua en el interior del alambique, y el conjunto se lleva a ebullición. El dispositivo incluye una fuente de calor en la parte inferior del


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recipiente (alambique) en la que se pone el material vegetal y el agua. El conjunto hasta también comprende un condensador y un decantador o vaso florentino para recoger el condensado y para separar los AE, respectivamente. A presión atmosférica y durante el proceso de extracción (calentamiento), las moléculas de agua y EOS forman una mezcla heterogénea que alcanza su temperatura de ebullición a un punto más bajo cerca de 100º C, mientras que para los componentes del AE sería mucho mayor. La mezcla AE/agua se destila al mismo tiempo como si fueran un solo compuesto. Esto se conoce como co-destilación en presencia de vapores de agua como disolvente unidad. La ventaja del agua es que es inmiscible con la mayoría de las moléculas terpénicas del AE y, por lo tanto, tras de la condensación, el AE puede separarse fácilmente del agua por simple decantación. Este método es adecuado para la extracción de AE en pétalos y flores, ya que evita la compactación y la formación de grumos de material vegetal durante la extracción. Los principales inconvenientes de la hidrodestilación son los altos tiempos requeridos para el proceso (3-6h; 24h para los pétalos de rosa), las alteraciones químicas de las moléculas terpénicas por el contacto prolongado con el agua hirviendo (hidrólisis, ciclación, etc.) y el sobrecalentamiento y la pérdida de algunas moléculas polares. Este método es usado principalmente a pequeña y media escala, aunque, a escala industrial, aún se utiliza debido a la simplicidad de


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las instalaciones (no requiere equipos costosos), su sencillez técnica y su selectividad. 2.3.2.1.2 Arrastre de vapor Es uno de los métodos oficiales para la obtención de AE. Es un método ampliamente utilizado para la extracción de AE. Se basa en el mismo principio que la hidrodestilación, con la diferencia de que, en él, no hay contacto directo entre la planta y el agua. La extracción se acorta reduciendo así las posibles alteraciones químicas. Sus variantes son:

Hidrodestilación al vapor directa. La extracción se realiza igualmente dentro del alambique, pero existe un sistema de

placa perforada o rejilla que mantiene el material vegetal suspendido encima de la base de agua, evitando que el contacto directo. La extracción se realiza mediante el vapor de agua, que cruza de abajo hacia arriba la materia vegetal, portando con él los compuestos volátiles. Las alteraciones químicas se reducen

Figura 4. Esquema destilación al vapor directa


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al mínimo, el tiempo de extracción se reduce, así como la pérdida de moléculas polares.

Destilación al vapor remota. Este método tiene los mismos principios y ventajas que la hidrodestilación al vapor, pero la generación de vapor se produce fuera del alambique de destilación. Así, el vapor puede entonces ser saturado o sobrecalentado. El vapor se introduce en la parte inferior de la campana a una presión ligeramente por encima de la presión atmosférica, pasando a través de la carga de materia prima. Esta

técnica evita algunas alteraciones químicas en comparación con la hidrodestilación.

Hidrodifusión . Este es un caso particular de destilación al vapor donde el vapor introduce por la parte superior del tanque extractor, siguiendo un flujo de arriba hacia abajo.

Figura 5. Esquema destilación al vapor remota


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2.3.2.2 Extracción con solventes orgánicos El material previamente debe de ser molido, macerado o picado, para permitir mayor área de contacto entre el sólido y el solvente. Se realiza preferiblemente a temperatura y presión ambientes. El proceso puede ejecutarse por batch (discontinuo) o en forma continua (percolación, lixiviación, extracción tipo soxhlet). Los solventes más empleados son: Etanol, metanol, isopropanol, hexano, ciclohexano, tolueno, xileno, ligroína, éter etílico, éter isopropílico, acetato de etilo, acetona, cloroformo; no se usan clorados ni benceno por su peligrosidad a la salud. Los solventes se recuperan por destilación y pueden ser reutilizados. En la etapa de recuperación de los solventes (atmosférica o al vacío), después de los condensadores ha de disponerse de una unidad de enfriamiento, para la menor pérdida del solvente. El material residual en la marmita de destilación, contiene concentrados las materias odoríficas y se le conoce como “concrete” o concreto. Comparada con la hidrodestilación, esta técnica evita las alteraciones químicas mediante extracción en frío. De hecho, durante hidrodestilación, la inmersión del material vegetal en el agua provoca la solubilización en agua de algunos componentes de la fragancia, y reduce el pH del medio a 4-7 (a veces menos de 4 para algunas frutas). Los constituyentes de las plantas originales se someten a los efectos combinados de calor y ácido, y están sujetas a modificaciones químicas (hidrólisis, desprotonaciones, hidrataciones y ciclaciones). Así, los AE


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obtenidos difieren significativamente de la esencia original, sobre todo, si la ebullición es larga, y el pH es bajo. Por otro lado, los extractos obtenidos con solventes orgánicos contienen habitualmente residuos que contaminan los alimentos y añaden aromas indeseados, lo cual compromete la seguridad de los productos obtenidos mediante esta técnica. Estas desventajas podrían evitarse mediante el uso de una tecnología en la que se combinase un disolvente orgánico con bajo punto de ebullición (e.g.n-pentano) y un proceso de destilación de vapor (OS-SD). 2.3.2.3 Enfleurage o maceración Método tradicionalmente utilizado para extraer aceite esencial de flores delicadas como el jazmín y la rosa. Para esto se utilizan grasas naturales con puntos de ablandamiento alrededor de 40 ºC, normalmente manteca de cerdo RBD (Refinada, Blanqueada, Desodorizada). Se extiende en bandejas o “chassis” en profundidad no mayor a 0.5 cm., y sobre ellas se colocan los pétalos de flores o el material vegetal, desde donde se van a extraer los principios odoríficos. El contacto puede durar de 3 a 5 días. Luego el material vegetal es retirado y reemplazado por material fresco. Esta operación se repite buscando la saturación de la grasa.


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Posteriormente la grasa impregnada del principio activo, “le pomade”, se lava con alcohol libre de congéneres (alcohol de perfumería), en relación 1/1 dos veces consecutivas. El alcohol se filtra y se destila a vacío (21 in Hg, T 30 ºC) hasta recuperar un 80 % del volumen de alcohol, como mínimo. El residuo que queda en el fondo es llamado “absolute” o absoluto. Este método también puede seguirse de forma fácil en casa, para preparar aceites aromáticos (sustituyendo la grasa por un aceite) o bien seguir hasta la extracción alcohólica. 2.3.2.4 Extracción por prensado en frío También se le conoce como “expresión”. El material vegetal es sometido a presión, bien sea en prensas discontinuas (tipo batch) o en forma continua. Los equipos más comúnmente usados para la extracción en frío son: tornillo sin fin de alta o de baja presión, extractor expeller, extractor centrífugo, extractor decanter y rodillos de prensa. Para la extracción los cítricos, es ampliamente usado, especialmente en Italia, el método manual de la esponja, que consiste en exprimir manualmente las cáscaras con una esponja hasta que se empapa de aceite; después se exprime la esponja y se libera el aceite esencial. Otros métodos son el raspado, como el del estilete o “ecuelle”, donde la fruta se pone a girar en un torno y con un estilete se raspa la corteza únicamente; permanentemente cae un rocío de agua que arrastra los detritos y el aceite liberado.


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Otro proceso emplea una máquina de abrasión similar a una peladora de patatas, la “pellatrice” y también hace uso del rocío de agua. En estos procesos la mezcla detritos-agua-aceite se centrifuga a 5000 rpm durante 40 minutos y el aceite esencial recuperado se coloca en una nevera a 3ºC durante 4 horas, para solidificar gomas y ceras que se localizan en la superficie. El aceite esencial se guarda en recipientes oscuros a 12 ºC. Los aceites obtenidos por prensado y/o raspado, se comercializan bajo la denominación de “expresión en frío” y cumplen las funciones de odorantes (smell oils) y saborizantes (taste oils). Este método de extracción carece de interés en este proyecto, por lo que no será motivo de estudio. 2.3.3 Técnicas innovadoras para la extracción de aceites

esenciales 2.3.3.1 Extracción con fluidos supercríticos. Conlleva el uso de un gas en su punto crítico, que corresponde a las condiciones de temperatura y presión por encima de las cuales la sustancia ya no puede ser “licuada” por incremento de presión. Adicionalmente las propiedades de la fase líquida y/o vapor son las mismas, es decir, no hay diferenciación visible ni medible entre gas y líquido. La sustancia más empleada es el CO2 , que en estas condiciones presenta baja viscosidad, baja tensión superficial, alto coeficiente de


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difusión (10 veces más que un líquido normal), lo que facilita un alto contacto con la superficie del material, y puede penetrar a pequeños poros y rendijas del mismo, lo que asegura una buena eficiencia en la extracción en un corto tiempo. En la parte final del proceso hay una

remoción total del solvente y se realiza a una temperatura baja. Se disminuye la pérdida de sustancias volátiles y se evita la formación de sabores y olores extraños. La inversión inicial para estos procesos es alta, aún para equipos en pequeña escala, debido a la tecnología involucrada, y a los costos de materiales y de construcción.

Figura 6. Esquema sistema de extracción con fluido supercrítico


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2.3.3.2 Extracción asistida por microondas (MAE) Diversos métodos usando microondas han sido estudiados a escala de laboratorio en los últimos años, obteniéndose resultados óptimos en cuanto a calidad del producto, tiempo del proceso y energía necesaria para llevar a cabo el mismo. Estos métodos se basan en que el calentamiento mediante microondas es selectivo, ya que sólo las partículas de agua del material vegetal son capaces de absorberlas. Como consecuencia, los tiempos necesarios para la extracción de los compuestos volátiles se reducen considerablemente. El uso de la MAE evolucionó gracias a la necesidad de desarrollar métodos más “verdes” y a la necesidad de ahorro de energía. Se comenzó con la destilación con aire comprimido asistida con microondas (CAMD) y la hidrodestilación al vacío con microondas (VMHD). La innovación en el MAE condujo al desarrollo de un gran número de variantes, tales como hidrodestilación asistida por microondas, la extracción con microondas libre de disolvente (SFME), la destilación al vapor con microondas, o la extracción con microondas por hidrodifusión y gravedad (MHG). El MAE, en gran medida desarrollado por Chemat y otros compañeros de trabajo en la Universidad de Avignon, se convirtió rápidamente en uno de los métodos de extracción de AE más potentes y una de las más prometedoras técnicas. A las ventajas mencionadas con anterioridad hay que añadir la sencillez en la manipulación y el menor consumo de disolvente.


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Aun así, el método no se ha implementado aún para la extracción de aceites esenciales a gran escala.


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2.4 ALTERNATIVA SELECCIONADA Las materias primas de partida serán, principalmente, las flores de lavanda provenientes de una plantación de 120 Ha, y las flores de espliego provenientes de la recolección en los parajes naturales de la zona donde crece abundantemente de forma espontánea. El proceso que se llevará a cabo para la extracción de aceites esenciales será una destilación por arrastre de vapor, con capacidad para procesar unos 12.000 kg/día de materia vegetal, y producir unos 105 kg/día de aceite esencial de lavanda, y unos 6120 kg/día de agua floral o hidrolato. Se trata de una tecnología bien conocida y de sencillez técnica y de manejo. La mayor parte de las plantas de extracción de aceites esenciales usan este proceso por tratarse del que mejores resultados del producto ofrece a escala industrial, y la inversión es pequeña en comparación con otras tecnologías. Además, dada la versatilidad del proceso, cabe la posibilidad de seguir procesando otras plantas aromáticas (salvia, romero, tomillo, etc.) fuera del periodo de recolección de la plantación de lavanda, sacando mayor partido así a nuestra planta. El vapor suministrado al tanque de destilación será obtenido en una caldera cuyo combustible será biomasa proveniente de los propios restos de la lavanda procesada.


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El agua de enfriamiento necesaria para la condensación de los aceites esenciales provendrá de la red, y a la salida se usará como agua precalentada para el depósito de la caldera, y para el llenado de un depósito de ACS; el excedente, se vierte a la red de saneamiento, que llevará el agua hasta el depósito para aguas de proceso presente en el “Parque Tecnológico”, con el objeto de reutilizada.


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3 MEMORIA DESCRIPTIVA 3.1 AGENTES 3.1.1 Promotor Nombre y Apellidos: Darío Rueda del Moral DNI: 53591400-C Domicilio: Calle Aire nº 12 2º (3) Término Municipal: Sevilla Provincia: Sevilla Código postal: 41004 3.1.2 Proyectista Nombre y Apellidos: Darío Rueda del Moral DNI: 53591400-C Domicilio: Calle Aire nº 12 2º (3) Término Municipal: Sevilla Provincia: Sevilla Código postal: 41004


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3.2 SITUACIÓN Y EMPLAZAMIENTO La planta de proceso de extracción de aceites esenciales estará situada en el término municipal de Escúzar, en la provincia de Granada, a unos 20 km al suroeste de la capital granadina, en el sector M-I-10 del polígono industrial “Parque Metropolitano Tecnológico e Industrial” sito en la localidad (consultar el Anejo I). La parcela de terreno seleccionada para construir la instalación es la número 23 (ver figura). La parcela es lo suficientemente amplia como para que, en el hipotético caso de que fuera necesaria una ampliación en el futuro debido a un aumento de la producción, bien por aumento

Figura 7. Situación de la parcela elegida dentro del polígono industrial


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de demanda, bien por apertura de nueva línea de negocio, se pueda llevar a cabo. En la imagen anterior se puede observar la situación de la parcela dentro del complejo del polígono industrial. La superficie seleccionada para la planta objeto de este proyecto tiene las siguientes características:

Localización: Avenida de la Serrezuela (r) Suelo, “Parque Metropolitano Tecnológico e Industrial”, 18130 Escúzar (Granada)

Clase: urbano Tipo finca/uso: suelo sin edificar para uso industrial Superficie construida: 0 m² Superficie suelo: 4.142 m²

Se ha elegido esta localización por las características climatológicas del lugar, y por estar bien comunicado con los lugares de donde se recibirá la materia prima: Valle de Lecrín, Alpujarras y comarca de Alhama. Además, su cercanía a la capital granadina, garantiza una fácil comercialización del producto final, así como la accesibilidad a cualquier tipo de recurso necesario, ya sea material (accesorios, reparaciones, etc.) o inmaterial (trámites legales, burocráticos, etc.). Además, este parque industrial, de reciente construcción, cuenta con unas instalaciones muy modernas y prácticamente nueva, y tiene como objeto convertirse en el “parque tecnológico más avanzado de de España”. Las avenidas son amplias y están bien asfaltadas y señalizadas, para facilitar los accesos; dispone de una planta de


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depuración de aguas, con una gran capacidad de depósito para las aguas de proceso derivadas de la industria; posee un huerto solar, y una subestación eléctrica de última tecnología. Resumiendo, se ha elegido esta ubicación debido a: la cercanía con los cultivos y posibles proveedores de la materia

prima. las buenas comunicaciones con el resto de Andalucía,

principalmente a través de la A-92. las buenas instalaciones y mantenimiento del polígono. un precio asequible del terreno. las buenas condiciones ambientales.


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3.3 DESCRIPCIÓN DEL PROCESO PRODUCTIVO La planta de extracción de aceites esenciales trabajará, durante los dos meses de recolección, las 24 horas. Fuera de esta época, se adaptará la carga de trabajo en función de la materia vegetal recibida. En esas 24 horas diarias de trabajo, habrá que distribuir correctamente la carga de trabajo para garantizar, principalmente: el control y la supervisión de la recepción del material, el control del proceso de destilación, el control de calidad en laboratorio, el envasado y almacenado, además de la limpieza de las instalaciones. 3.3.1 Productos a comercializar Los productos a elaborar en la planta de proceso son dos, ambos resultantes del proceso de destilación, que principalmente se hará con lavanda (lavanda angustifolia), aunque también se podrán procesar otras lavandas recolectadas o cultivadas en la zona (espliego y lavandín), u otras herbáceas aromáticas de similares características en cuanto al proceso de destilación (romero, salvia, etc.). Por un lado, se obtendrá el aceite esencial en sí. Su composición puede ser variable, como es lógico, dependiendo de las características de la planta que se haya procesado. Factores como el clima, el área de cultivo, etc. Pueden hacer que la composición varíe notablemente. En la medida de lo posible, y para


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garantizar la calidad de nuestro producto, se llevará un estricto control de la materia recibida, y se pondrán todos los medios para que ningún factor relativo al proceso llevado a cabo en planta, sea el que altere la composición final del aceite esencial. Como base, tomamos por composición del aceite esencial de lavanda angustifolia, extraído mediante arrastre de vapor, el descrito en la tabla 6. Esta composición está basada en el análisis de F. Chemat, mediante cromatografía de gases contrastado con espectrometría de masas, por lo que resulta fiable. Los principales compuestos por los que se valorará nuestro aceite esencial de lavanda en el mercado serán, el linalool y el acetato de linalilo, así que nuestro control de calidad estará orientado a optimizar su rendimiento. Como resultado de la destilación, además, se obtiene otro subproducto llamado hidrolato o agua floral, que no es más que la propia agua condensada usada para el arrastre de vapor. Esta agua contiene una pequeña parte de los compuestos volátiles de la lavanda disueltos en ella, que le transfieren sus propiedades aromáticas, antimicrobianas, analgésicas, etc.


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Este subproducto también tiene un valor comercial y, más allá de desaprovecharlo, se comercializará al por mayor para su refinamiento y post-tratamiento en la industria alimentaria, cosmética y perfumística.

Tabla 6. Composición típica del aceite esencial de lavanda aangustifolia extraído mediante arrastre de vapor


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3.3.2 DIAGRAMA DE BLOQUES DEL PROCESO


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3.3.3 Diagrama de flujo del proceso

Agua alimentación caldera 255 kg/h

AlimentaciónLavanda fresca

Extracción de Aceite esencial mediante arrastre con Vapor

Vaso florentino

Depósito agua alimentación caldera

Tolva de almacenamiento de lavanda700 kg/h

Tanque de destilación

Caldera

Silo almacenamiento biomasa Sinfín para transporte de biomasa

Recirculación agua templada para alimentación caldera 255 kg/h

Depósito para ACS

Vapor de arrastre 127 kg/h

Restos húmedos lavanda 700 kg/h

Túnel de secado lavanda

Trituradora de cuchillas

Condensador

Aceite esencial 6,88 l/h

Agua floral 255 l/h

Envasado Etiquetado

Almacenado

Aceite esencial 1 l

Tanque agua floral

Agua floral Bidones 50 l

100 m3

10 m3

574 kg/h

Bomba alimentación itercambiador

1,05 l/s línea

Tw=40º C

Td = 45º C

50 m3

Depósito agua fríaTe =20 º C

20 m3

Acometida de red

350 kg/h

Drenaje a red

DIAGRAMA DE FLUJO

595 kg/h

Hacia vestuario y laboratorio

Torre enfriamiento

7305 kg/s Te=40º C

A depósito agua fría Ts =20 º C


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3.3.4 Etapas previas al proceso 3.3.4.1 El cultivo de la lavanda (Lavandula angustifolia) Como hemos mencionado con anterioridad. Nuestro proceso estará dimensionado para procesar la lavanda producida en una supuesta plantación de 120 Ha situada en el Valle de Lecrín, en las cercanías de la planta. Algunos aspectos a considerar sobre la explotación de un cultivo de lavanda se mencionarán a continuación. La lavanda tiene un ciclo medio productivo de entre 8 y 10 años, aunque puede ser mayor dependiendo de las condiciones de las plantas. Para comenzar con la plantación lo primero será adquirir los plantines. Se entiende por plantines los que se logran a partir de estacas enraizadas durante un año en vivero. Deben ser plantados con bastante rapidez una vez adquiridos. El coste de plantación es de 2.000 €/ha. Normalmente, la densidad de la plantación oscila entre 8.000 y 12.000 plantines por hectárea, con un marco de plantación de 1,20-1,40 m entre líneas y de 0,50-0,80 m entre plantas. A mayor densidad, mayor rendimiento obtendremos en los primeros años; después se pueden eliminar algunas plantas para relajar la competencia entre ellas. No se necesita el uso de plaguicidas ni de otros tratamientos especiales,


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siempre que el suelo y el clima sean los adecuados. El coste de mantenimiento de la plantación es de unos 2.000 € /ha•año. En Andalucía oriental, la floración comienza normalmente a finales de mayo, y permanece durante todo el verano. Las características aromáticas de las flores no varían significativamente a medida que avanza la floración, lo que facilitará una cosecha escalonada en el tiempo. En el primer año del cultivo es conveniente cortar los tallos florales antes de que se desarrollen totalmente para beneficiar el desarrollo vegetativo. Al segundo se puede obtener la primera cosecha de flores, pudiéndose obtener una media de 4 ton/ha de flores (peso húmedo).

Imagen 5. Cultivo de lavanda en Brihuega (Guadalajara)


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3.3.4.2 Recolección La recolección de las flores de la lavanda comenzará cuando un 50 % de las flores estén abiertas. Mediante cosechadoras especialmente adaptadas, se comenzarán a cosechar las flores a un ritmo medio de 3 ha/día, lo que supondrán unas 12 ton/día de flores. La cosechadora trabajará necesitará 40 días (junio-julio, hasta la total recolección de la plantación. El coste de la recolección es de 40 €/ha.

Imagen 6. Recolección de lavanda con cosechadora de 3 líneas.


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3.3.4.3 Recepción de la materia prima Los remolques, accederán por la parte frontal del solar, y se dirigirán a la zona de la báscula. 3.3.4.4 Pesado Los remolques pasarán por una báscula puente instalada en el acceso al recinto y, mediante el monitor de la misma, se registrará el peso a la entrada. La báscula puente tiene un ancho de 3 m., un largo de 8 m., y una capacidad de 30.000 kg, dimensiones suficientes para el objeto de su uso en esta instalación. Tendrá una pequeña elevación sobre el suelo.

Dispone de un visualizador alfanumérico que permitirá el ajuste y control del pesaje.

Imagen 7. Báscula puente para el pesaje de remolques a la entrada


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3.3.4.5 Descarga y control de calidad de la materia prima A la entrada de la nave, a ambos lados de la misma, se disponen las 2 tolvas que servirán para descargar la materia prima vegetal. La altura sobre la línea de suelo de las tolvas será de 1,5 m. y su anchura de 6m para facilitar el proceso a los remolques. De forma general, se usarán remolques hidráulicos; en caso de que el remolque no fuera hidráulico, y por las características del mismo no alcanzase la altura necesaria, la descarga se habrá de hacer manualmente. Cada tolva tiene una capacidad de 60 m3, lo que supone, para una densidad media de la materia vegetal recibida de 300 kg/m3, una capacidad de recepción de unas 18 ton/tolva. Para cada remolque o carga recibida, se tomará una muestra de unos 200 g que será tratada, etiquetada y analizada en el laboratorio. La idea es la de poder hacer una comparación de la calidad del aceite esencial obtenido según el proceso a gran escala, con el obtenido en laboratorio por diversos métodos, para controlar, identificar y, en caso de ser necesario, modificar, algunas de las condiciones del proceso principal. Además, este análisis también servirá para seguir una metodología de control de la calidad, y una trazabilidad del producto a comercializar, en función de la procedencia de la materia prima, la época del año, etc.


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Implementar un buen sistema de control de la calidad será básico para poder obtener las certificaciones requeridas para la comercialización del aceite esencial en las mejores condiciones. 3.3.4.6 Almacenamiento de la materia prima Es de vital importancia que el material colectado no permanezca más de 2-3 días antes de ser procesado para evitar su deterioro. Se intenta conseguir un producto de máxima calidad, y las características organolépticas del aceite esencial pueden verse alteradas en el caso de que transcurra demasiado tiempo entre la recolección y el procesamiento. En el caso de la lavanda, el acetato de linalilo, y el linalool, son los dos principales indicadores de la calidad del producto en el mercado, y ambos tienden a descomponerse tras la recolección, aun en condiciones favorables. En la época de recolección se esperan recibir unas 12 ton flores de lavanda/día de nuestra plantación, más la posible recepción de lavanda de otros pequeños agricultores que estimamos en 2-4 ton/día durante esta época. Teniendo en cuenta que la capacidad de procesamiento de nuestra planta es de 16,8 ton flores/día (trabajando 24h/día durante los dos meses de recolección), el tiempo de residencia de la materia prima en las tolvas no será mayor a 24 horas, margen suficiente para preservar la calidad del producto.


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3.3.5 Etapa de extracción del aceite esenciales Nuestra planta constará de una caldera de vapor que suministrará el vapor necesario a dos líneas de destilación independientes (tanque destilación, intercambiador, vaso florentino). El proceso es discontinuo, con lo cual, habrá que retirar el material vegetal exhausto del tanque destilador en cada proceso, y llenarlo con nuevo material fresco. Según se calcula en el Anejo II, cada ciclo de destilación tendrá una duración de una hora en total, contando con el tiempo necesario para la recarga de material en el tanque destilador (50 min destilación + 10 min recarga). 3.3.5.1 Descripción de la destilación por arrastre de vapor La destilación por arrastre con vapor se hace en tres fases: la fase de calentamiento, la fase de extracción y la fase de enfriamiento. En estas tres fases hay transferencia de calor de diferentes maneras y en la fase de extracción hay adicionalmente transferencia de masa. 3.3.5.1.1 Fase de calentamiento Esta fase comienza con la admisión de vapor de agua proveniente de la caldera hasta el punto donde empiezan a evaporarse los aceites esenciales y son arrastrados por la parte superior del destilador hacia el condensador. En esta fase el vapor de agua transfiere calor latente tanto al material vegetal como al recipiente que lo contiene.


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Matemáticamente el calor transferido se calcula como: = ∙ ℎ = ∙ + ∙ ∙ ∆T

: Calor de calentamiento : Masa de vapor requerida para el calentamiento

ℎ : Calor latente de vaporización del agua : Masa del recipiente que contiene al material vegetales : Calor específico del material del recipiente

: Masa de la materia vegetal contenida en el recipiente : Calor específico de la herbácea

∆T : Gradiente de temperatura

El gradiente de temperatura es la diferencia entre la temperatura ambiente y la temperatura de evaporación de los aceites esenciales. La temperatura de evaporación de los aceites esenciales queda definida por la temperatura a la cual el vapor de agua pasa a través del material vegetal. Por ejemplo, en nuestro caso, el vapor que entra es saturado y a presión atmosférica, luego la temperatura de dicho vapor es de 100ºC. 3.3.5.1.2 Fase de extracción. Esta fase comprende desde el momento en que se produce la primera gota de condensado hasta el final de proceso (agotamiento del aceite). En esta fase la transferencia de calor es muy compleja y generalmente se calcula el tiempo requerido para la extracción a un flujo másico de


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vapor dado, en base a pruebas realizadas con diferentes cantidades de la misma materia vegetal. También existe transferencia de masa, dado que hay una cantidad de aceite que es arrastrado junto con el vapor de agua. El rendimiento medido en ml de aceite producido por kg de materia vegetal es el factor más usado para evaluar la transferencia de masa. La mayor parte del vapor suministrado por la caldera se utiliza en esta fase. 3.3.5.1.3 Fase de enfriamiento Consiste en condensar primero los vapores de agua y aceite provenientes del destilador y luego enfriarlos a una temperatura adecuada para que la separación agua-aceite se haga lo más rápido posible intentando no alterar la constitución orgánica de los aceites. Este proceso se lleva a cabo en un intercambiador de calor que se diseña de acuerdo al área requerida para extraer cierta cantidad de calor como:

= ⋅ Siendo:

: Área de transferencia de calor, equivalente a la superficie externa total del serpentín o la superficie interna total de los tubos (dependiendo del tipo de intercambiador)


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: Calor liberado por la mezcla de vapores agua-aceite esencial durante la condensación de la misma y posterior enfriamiento, dentro del condensador.

: coeficiente global de transferencia de calor.

: Diferencia media logarítmica entre las temperaturas de entrada y salida del agua y las temperaturas de entrada del vapor y salida del condensado en el condensador.

3.3.6 Equipo de destilación 3.3.6.1 Generador de vapor Es el equipo auxiliar que provee de vapor de agua al equipo de extracción para que se pueda producir el arrastre de los aceites esenciales. Se alimentará de una mezcla de biomasa (los propios restos de lavanda más orujillo), que estará almacenada en un silo conectado a la base del hogar de la misma a través de un tornillo sinfín. Las necesidades de suministro de vapor son de unos 255 kg vapor saturado (127,5 kg/h para cada línea) a 111º C y 1’5 bar (204 kW).(Ver Anejo II)

ú = ∙ − + 2256,7 = 204,4 Estas condiciones se han demostrado como las idóneas para una óptima extracción de los aceites esenciales, en el sentido de que, a mayores temperaturas y presiones, tiene lugar la descomposición de


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los principales compuestos que determinarán la calidad de nuestro producto (linalool y acetato de linalilo). Para ello, se instalará una caldera de biomasa que admite diversos tipos de biomasa, del fabricante de calderas de biomasa austriaco BINDER, que nos proporcionarán una potencia entre 75-250 Kw, en función de nuestros requisitos de operación, y del combustible, margen razonable para garantizar tanto la adaptabilidad del proceso para otras herbáceas de similares características, como el control de posibles ineficiencias. La caldera recibe el combustible, que será principalmente restos de lavanda, a través de un tornillo sinfín, que transportará el material apilado desde el silo contiguo hasta la base de la caldera, con una capacidad de 20 m3. El consumo medio, dadas las características de composición y humedad de nuestro combustible (restos de lavanda) tras su procesado, así como las propias del proceso, será de 574 kg/h (ver Anejo II).

Figura 8. Esquema de alimentación de biomasa a la caldera


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Nuestro proceso genera 595 kg/h de lavanda secada y picada tras su destilación, que podrían ser suficientes una vez el proceso está en marcha. Aun así, tanto para el arranque, como para tener un cierto margen en cuanto a la alimentación de la caldera se refiere, se dispondrá siempre en el silo de almacenamiento de un stock mínimo de 5 ton de pellets de orujillo, que se irá recargando periódicamente en función de las necesidades, y que garantizará el correcto funcionamiento de la caldera según el proceso llevado a cabo. La cámara de combustión es mediante parrilla móvil hidráulica. El modelo posee un rascador de ceniza debajo de la parrilla y un extractor de la misma. Es totalmente refractaria con ladrillos refractarios de formato pequeño, y está optimizada desde un punto de vista estequiométrico con zona de aire primaria y secundaria. La alimentación es mediante un tornillo sinfín.


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En la siguiente figura se puede observar un esquema de la disposición y componentes de la caldera.

Figura 9. Esquema disposición elementos de la caldera


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3.3.6.2 Destilador Es el componente principal del equipo. En cada destilador se depositará la carga de material a destilar. Estará construido en acero inoxidable AISI 304. El cuerpo externo del tanque será cilíndrico y será referido como el cuerpo del destilador.

3.3.6.2.1 Cartucho En el interior del cuerpo de cada destilador se encuentra alojado otro tanque cilíndrico conocido como cartucho. En el cartucho es donde se alojará la carga del material vegetal (350 kg/h por tanque destilador).

Figura 10. Esquema tanque de destilación


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El cartucho es extraíble del cuerpo del destilador, a través de unas barras de izaje y unos pasadores. El empleo de cestos ayuda a la carga y descarga del material, sobre todo en tanques de cierta dimensión. Además, se facilitan las labores de limpieza y mantenimiento, ya que se evitan los posibles asentamientos de material vegetal en el fondo del cuerpo del destilador, que pueden provocar la obstrucción del distribuidos de vapor. La carga de material vegetal no debe estar apelmazada. Para ello, según varios autores las densidades óptimas oscilan entre los 280-350 kg/m³. En el caso de la lavanda la densidad estará alrededor de los 300 kg/m3. Mediante una grúa, se realizará el proceso de carga y descarga del material vegetal alojado en él; la grúa carga el cartucho debajo de la tolva de almacenaje, para disponerlo dentro del tanque destilador, y luego lo extrae con el material exhausto para volcarlo sobre la línea de secado y picado. El objetivo es que el vapor atraviese correctamente el material vegetal y que no se deslice por las paredes del tanque. Debido a que el vapor se difunde por los lugares que le oponen menor resistencia, no son recomendables los cestos (cartuchos) de alambres o perforados, pues el vapor tiende a dirigirse a través de las mallas y entre los costados del cesto y el tanque. Los mejores cestos son los que tienen costados de chapa sin agujeros, pero con el fondo perforado.


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El objetivo es que el vapor atraviese correctamente el material vegetal y que no se deslice por las paredes del tanque. Debido a que el vapor se difunde por los lugares que le oponen menor resistencia, no son recomendables los cestos (cartuchos) de alambres o perforados, pues el vapor tiende a dirigirse a través de las mallas y entre los costados del cesto y el tanque. Los mejores cestos son los que tienen costados de chapa sin agujeros, pero con el fondo perforado. 3.3.6.2.2 Difusor de vapor Debajo de la parrilla o criba, donde se sustenta el material a destilar, se sitúa el tubo de entrada de vapor, a una distancia lo suficientemente grande, como para permitir la condensación de agua de parte del vapor entrante. La distribución homogénea del vapor se garantiza mediante el uso de un difusor en forma de en la prolongación del tubo alimentador. Este difusor tiene una serie de pequeños agujeros en la parte superior y a lo

Figura 11. Esquema difusor de vapor


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largo del mismo, que aseguran la uniformidad en la distribución del vapor dentro del tanque a través de la materia vegetal. 3.3.6.2.3 Válvula de drenaje En el fondo del tanque hay una válvula de drenaje de capacidad suficiente como para permitir que cualquier cantidad de agua que se condense dentro del tanque, pueda ser extraída durante la destilación mediante una purga. 3.3.6.2.4 Tapa hermética En la parte superior se tiene una tapa que deberá garantizar un cierre hermético para evitar las fugas de vapor. 3.3.6.2.5 “Cuello de cisne” De la tapa sale el conducto llamado “cuello de cisne” que conducirá el vapor de arrastre hasta el condensador. 3.3.6.2.6 Apoyo tanque destilador El conjunto del destilador se sustenta sobre 4 perfiles de acero AISI 304. 3.3.6.2.7 Disposición general del conjunto del tanque destilador Habrá que prestar especial atención a las juntas y al cierre de la tapa, para garantizar el hermetismo del tanque de destilación.


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La disposición del conjunto de ambos tanques de destilación será la representada en la figura siguiente.

3.3.6.3 Condensador Tras arrastrar los aceites esenciales, la mezcla de vapor y aceites, a una temperatura de 100º C pasa al condensador En la condensación de vapores se pueden utilizar varios tipos de condensadores. Para tomar la elección, es necesario considerar los espacios disponibles en el lugar de la instalación del equipo de extracción, así como la posición del separador de aceite.

Figura 12. Esquema disposición general tanque destilador


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Por su bajo coste, el más utilizado es el de tipo serpentín, con los tubos fabricado en cobre. En nuestro caso particular, dado que el aceite esencial es bastante corrosivo, los tubos serán en acero inoxidable. Además, el intercambiador será tipo shell-tube ya que, aunque su coste es mayor, su eficiencia para nuestra aplicación lo hace adecuado.

La mezcla de aceite y vapor-aceite viajará a través del haz de tubos y el agua de enfriamiento fluirá a contracorriente por el casco o coraza. Otra ventaja adicional que presentan este tipo de intercambiadores es que son más seguros. Si por algún motivo se taponan (por arrastre de material vegetal, o condensación de ciertos compuestos presentes en el aceite esencial), el vapor tiene otras salidas alternativas que hacen que no se genere una sobrepresión excesiva en el tanque de destilación. La mezcla de vapores circulará por dentro de los tubos y el agua de enfriamiento por el exterior de los mismos, realizando de este modo la

Figura 13. Intercambiador de haz de tubos tipo Shell-tube


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transferencia de calor. Por lo general, estos condensadores se instalan inclinados o de forma vertical para facilitar la descarga de condensados. El esquema del intercambiador, con las temperaturas de

entrada y salida del condensado y el agua de enfriamiento se muestra a continuación (más detalles en Anejo II). El área de transferencia, calculada en el apartado correspondiente, es de aproximadamente 2,5 m2, con una configuración de 33 de tubos ¾’’ en triángulo 30º, de una longitud de 1,28 m. (Kuppan, 2000) La carcasa tiene diámetro nominal de 8’’ y espesor sch40. Esta configuración será adoptada para ambas líneas de destilación. Se dispondrá de sendos sistemas de regulación del flujo de agua refrigerante, porque algunas esencias necesitan una temperatura superior al ambiente para separarse totalmente del agua.

Figura 14. Esquema temperaturas en intercambiador


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En nuestro caso particular dispondremos 2 intercambiadores (uno para cada tanque de destilación), que nos condensarán y enfriarán el vapor de arrastre junto con los aceites esenciales hasta una temperatura de 45º C (ver anejo II), que se muestra óptima para correcta y separación por decantación en el vaso florentino. La temperatura de salida del agua de enfriamiento será de 40ºC. Parte de ella se destinará a llenar el depósito de agua caliente sanitaria, parte de ella se recirculará hacia el agua de alimentación de la caldera, y el resto se recirculará al depósito de agua fría previo paso por la torre de enfriamiento. 3.3.6.4 Torre de enfriamiento La salida del agua de enfriamiento del condensador, se recirculará hasta el depósito de agua fría a través de una torre de refrigeración. Las necesidades de enfriamiento son pasar la temperatura del flujo de agua de entrada (7305 kg/h a 40º C) a 20 ºC para su almacenamiento en el depósito de agua fría. La potencia útil requerida es pues de 176 Kw. Se instalará el modelo HEAVYGEL 3HM de Frigel, que nos proporcionará una potencia útil en un rango (60-305 kW) 3.3.6.5 Vaso florentino. En él tiene lugar la separación física del aceite esencial, básicamente por decantación.


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Debido a las características de los aceites esenciales, con una densidad menor que la del agua, se irán acumulando en la superficie del condensado. Además, se conoce que, con el incremento de temperatura, la densidad de los AE decrece más rápidamente que la densidad del agua. Así, se puede usar esta propiedad para facilitar la decantación y separación del aceite esencial. Existe una amplia gama de vasos florentinos. En nuestro caso particular, se optará por un modelo como el de la figura, cuyas dimensiones se especifican en el apartado correspondiente.

Serán necesarios dos separadores, uno para cada línea.

Figura 15. Separador aceites esenciales y agua floral


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3.3.7 Tratamiento material vegetal exhausto 3.3.7.1 Secado Para cada ciclo de destilación y línea, la grúa se encargará de retirar el material vegetal exhausto y volcarlo en la tolva de alimentación de la secadora de cinta transportadora.

La potencia de la secadora será tal, que sea capaz de evaporar los 105 kgH2O/h calculados en el Anejo II, más un % de sobredimensionamiento razonable. En nuestro caso el equipo elegido es una secadora con banda transportadora de la marca “Yutong” modelo DWT 1.2-8, con una potencia instalada de 7,15 kW y capacidad para evaporar hasta 160 kgH2O/h. Su esquema se muestra en la figura.

Figura 16. Esquema secadora de cinta transportadora modelo DWT 1.2-8 de Yutong


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Su potencia y velocidad se ajustarán 105 kgH2O/h en un tiempo de secado de 1 hora, igual al del flujo de entrada de material húmedo. A la salida obtendremos 595 kg/h de restos de lavanda secos. 3.3.7.2 Picado Tras el secado, es necesario preparar el material vegetal para su uso en la caldera de biomasa triturándolo previamente. Para ello usaremos una trituradora de cuchillas con capacidad para triturar los 595 kg/h. Se selecciona el modelo FRP-91 de la marca “Franssons”, con motor de 25 kW, especialmente adaptado para materia vegetal y biomasa.

Figura 18. Molino de cuchillas modelo MCV9060 de VEYCO

Figura 17. Trituradora de cuchillas modelo FRP-91 de Franssons


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3.4 ALMACENAMIENTO DE PRODUCTOS 3.4.1.1 Envasado del aceite esencial El aceite esencial extraído de los vasos separadores se lleva hasta una envasadora manual, que nos permitirá embotellar el producto. El aceite esencial obtenido de ambas líneas es de 6,88 l/h. Se usarán envases de vidrio opaco de 1l. Los plásticos no son recomendables para la conservación de aceites esenciales debido a que pueden llegar a corroerlo, además de asimilar componentes del mismo. Los aceites esenciales también son sensibles a la luz, de ahí que el vidrio opaco resulte un material óptimo para su envase y conservación. Se elige para el proceso la envasadora manual de 3 válvulas de “Workers”, mostrada en la siguiente imagen.

Imagen 8. Envasadora manual 3 válvulas de la marca WORKERS


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Está fabricada en acero inoxidable AISI 304 y las gomas de llenado son de silicón sanitario. Tras el embotellamiento del aceite esencial, se llevan las botellas hasta la taponadora, que se dispondrá a continuación. 3.4.1.2 Taponado Se usará una taponadora manual de rosca para tapones tipo Pilfer roscados en vidrio, de la marca “Juvasa” como la de la figura para el proceso de taponado

Tras el taponado, las botellas se transportan en cajas hasta el almacén. Imagen 9. Taponadora tipo Pilfer de Juvasa


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3.4.1.3 Almacenado del agua floral Para el almacenado del agua floral se dispondrá de un silo cilíndrico de acero inoxidable de 4 m de diámetro, con capacidad para 73,72 m3 , según calculado en Anejo II, de agua floral, que será llenado desde el vaso separador a través de una bomba. El silo estará situado a la entrada de la nave. La venta del agua floral se hará a granel descargando desde el silo, o en bidones de 50 l proporcionados a tal efecto.


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3.5 CONDUCCIONES: TUBERÍAS, ACCESORIOS Y BOMBAS

En el presente proyecto se va a realizar el diseño de la instalación de tuberías, bombas y accesorios (válvulas, codos, bridas, etc.), necesarios para la impulsión de líquidos de un punto a otro. Para una correcta selección de las tuberías habrá que tener en cuenta el material de construcción, el diámetro, el espesor de las mismas, así como la caída de presión que va a experimentar el fluido al ser impulsado de un punto a otro. La adecuada elección del tipo de tuberías se hará teniendo en cuenta los siguientes factores:

Esfuerzo a las temperaturas de trabajo. Tiempo de vida útil. Periodos de mantenimiento. Facilidad de instalación y reparación. Adecuada resistencia a la corrosión y erosión Coste de los equipos.


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Distribución en planta + Diagrama de flujo, tuberías y accesorios de la planta

B-5

Toma de redV-10V-9

Sala de caldera

Almacén biomasaMolino de cuchillas

V-3F-1

EnvasadoTaponado

Secadora

Transporte hacia línea de secado/triturado

Transporte hacia almacén

Carga de material en cartuchos

Zona maniobra remolque para descarga

Tolvas de descarga y almacenamiento

Trampilla de descarga de orujillo

B-2

V-5

V-4Drenaje destiladoresF-2

B-3 Depósito agua fríaB-1

V-6V-8F-3

Depósito ACS

V-7

V-11

Línea saneamiento

V-12

B-4V-13 ACS

V-1

V-2

V-14F-3F-4 V-15

0 15 25 50Escala 1:200

Torre refrigeración

B-6


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LÍNEA TIPO Fluido MATERIAL DN (in)Acometida de red-Depósito agua fría Agua Acero SA-53 grado B 2"2xDepósito agua fría-intercambiador Agua Acero SA-53 grado B 2"2xSeparador-tanque almacenamiento Agua floral Acero inoxidable SS304 2"2xCaldera-destilador 1 vapor saturado Acero inoxidable SS304*1,5''2xDestiladador-intercambiador vapor saturado Acero inoxidable SS304*2''2xdrenaje destilador Agua Acero inoxidable SS304 1,5''Drenaje genreral Agua Acero inoxidable SS304 2''2x intercambiador-vaso florentino agua+AE Acero inoxidable SS304 2"2xintercambiador-valvula 3 pasos V-6 Agua Acero SA-53 grado B 2"Valvula 3 pasos V-6-caldera agua Acero SA-53 grado B 1,5''Valvula 3 pasos V-6-depósito ACS Agua Acero SA-53 grado B 1,5''Valvula 3 paso V-6-línea saneamiento Agua Acero SA-53 grado B 1,5''ACS- vestuario Agua Acero SA-53 grado B 1,5''Saneamiento Agua Acero SA-53 grado B 2''*Con aislamiento de fibra de vidrioTabla 7. Lista de líneas de tuberías presentes en la instalación


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3.6 INSTRUMENTACIÓN Y CONTROL Para el trasporte de los fluidos entre procesos son necesarios una serie de componentes como y una serie de instrumentos que muestren el transcurso del proceso. Estos componentes son:

Tuberías (descritas en el punto anterior) Válvulas: como actuadores se van a utilizar válvulas de

regulación y de bloqueo, concretamente, las descritas son la tabla siguiente:

Bombas: todas ellas centrífugas, según la siguiente tabla:

Tabla 8. Lista de válvulas de la instalación

Bomba Tipo bomba Fluido PotenciaB-1 CENTRÍFUGA Agua 1,6 kWB-2, B-3 CENTRÍFUGA Agua 2,25 kWB-4 CENTRÍFUGA ACS 1,6 kWB-5 CENTRÍFUGA agua floral 1,6 kW

Tabla 9. Lista de bombas presentes en la instalación

Lista de válvulas Tipo de válvula MaterialV-1, V-2, V-8, V14, V15 Válvula de asiento AISI 316V-3, V-6 3 vías (división) AISI 316V-4, V-5 Válvula de retención AISI 316V-7, V-11, V-12, V-13 Válvula de compuerta AISI 316V-9, V-10 Válvula de paso AISI 316


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Elementos de control: para controlar variables como nivel de tanque, flujo, temperatura presión, según la siguiente tabla:

Equipo Variable a controlar Elemento de controlTanque agua fría Nivel superior Válvula llenadoTanque ACS Nivel superior Válvula llenadoTanque ACS Temperatura Sensor TªTanque almacenamiento hidrolato Nivel superior Válvula llenadoTanque destilador Temperatura Sensor TªTanque destilador Presión ManómetroTanque destilador Flujo entrada Válvula de regulación y flujómetroVaso separador Temperatura Sensor TªCaldera Flujo agua entrada Válvula de regulación y flujómetroIntercambiador Flujo agua entrada Válvula de regulación y flujómetroIntercambiador Temperatura agua salida Sensor TªTabla 10. Lista de lazos de control


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3.7 DISTRIBUCIÓN EN PLANTA DE LA INSTALACIÓN

En la planta de producción existe interacción conjunta de factores como persona, material y maquinaria. El conjunto del sistema debe ser tal que permita maximizar los beneficios. La localización y distribución de los equipos en la instalación tiene una gran importancia en cuanto a la eficiencia del proceso. Por tanto, los principales objetivos que persigue una buena distribución en planta son: la integración conjunta de todos los factores que afectan a la distribución.

el movimiento del material según distancias mínimas. la circulación del trabajo a través de la planta. la utilización efectiva del espacio necesario o disponible. la satisfacción y seguridad de los trabajadores. y la flexibilidad en la ordenación para facilitar ajustes,

reordenaciones e imprevistos. Teniendo en cuenta todos los factores descritos anteriormente, se optó por la distribución en planta (Lay-out) ilustrada en el punto 2.5. (ver Anejo correspondiente).


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3.8 LIMPIEZA DE LAS INSTALACIONES El sistema seleccionado de limpieza para la planta será un sistema de limpieza in-situ (CIP). El diseño y las condiciones de trabajo (secuencia, detergente y desinfectante empleado, temperaturas), varían según las aplicaciones. La efectividad de cualquier sistema CIP dependerá del diseño de la planta a limpiar. Esencialmente, todas las líneas y equipos que se someten al proceso de limpieza escurrirán libremente, serán de superficies internas lisas y no tendrán fondos ciegos. Las conducciones de los circuitos serán todas del mismo diámetro para que no se produzcan fluctuaciones en las velocidades reflujo de las disoluciones de limpieza. Tanto si los circuitos CIP funcionan con válvulas o con piezas de cierre, es imprescindible que todas las superficies en con el alimento que hay que limpiar estén incluidas en el circuito. Un típico sistema de limpieza CIP incluye las siguientes etapas: Un pre-aclarado con agua fría que arrastra el producto que queda en las líneas y para el que se suele utilizar el agua fría del aclarado final del ciclo de limpieza anterior. La circulación de un detergente alcalino. Las condiciones dependerían de la línea a limpiar, pero un tratamiento típico consiste en hacer circular la solución durante 10 minutos a 60°C a un flujo de 1,6 m/s. Es importante que el tiempo de tratamiento se cronometre desde el


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momento en que la solución vuelve al tanque CIP a la temperatura deseada. Aclarado con agua potable. Circulación del desinfectante (por Ej., 100 ppm de cloro disponible) o de agua caliente (85°C, 15 minutos). Aclarado final con agua potable fría. Hay que señalar que algunas partes del equipo no se limpian bien con los sistemas CIP. Estos componentes deben extraerse, limpiarse manualmente y reinstalarse antes de la circulación del detergente alcalino


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Bibliografía A. El Asbahani, K. M. (2015). Essential oils: From extraction to

encapsulation. International Journal of Pharmaceutics, 220-243. ASME . Brief, C. P. (2007). THE GLOBAL ESSENTIAL OILS TRADE. Carla Da Porto, D. D. (2009). Flavour compounds of Lavandula

angustifolia L. to use in food manufacturing:. Food Chemistry, 1072-1078.

Carlo Bicchia, L. B. (2010). Development of fast enantioselective gas-chromatographic analysis using. Journal of Chromatography A, 1530-1536.

Chávez, M. G. (2007). HIDRODESTILACION DE ACEITES ESENCIALES:.

CRANE Fluid Systems. Obtenido de http://www.cranefs.com David Herraiz Peñalver, B. d. (Diciembre 2013). Cultivos Alternativos:

El cultivo de la lavanda. Revista Agricultura, 838-841. Denny, T. (2001). Field Distillation for herbaceous oils. McKenzie

Associates.


98

Estándares ASTM. Export-Ar, F. Analisis de la tendencia del mercado internacional de aceites

esenciales. F. Chemat M.E. Lucchesi, J. S. (2006). Microwave accelerated steam

distillation of essential oil from lavender: A. Analytica Chimica Acta 555, 157-160.

http://www.fastat.fao.org Jaime Usano-Alemany, D. H. (2011). Ecological production of

lavenders in Cuenca province (Spain). Botanica Complutensis, 147-152.

Kuppan, T. (2000). Heat Exchanger Design Handbook. New York: L.L. Faulkner.

León, J. M. (2001). Diseño y Cálculo de Recipientes a Presión. Inglesa. Megyesy, E. (1992). Manual de Recipientes a Presión. Limusa. MINISTERIO DE AGRICULTURA, A. Y. ENCUESTA SOBRE

SUPERFICIES Y RENDIMIENTOS DE ESPAÑA 2015. Moré, E., Fanlo, M., Melero, R., & Cristóbal, R. (2010). Guía para la

producción sosteniblede plantas aromáticas y medicinales. CENTRO TECNOLÓGICO FORESTAL DE CATALUÑA.


99

Naima Sahraouia, M. A. (2008). Improved microwave steam distillation apparatus for isolation of essential oils. Journal of Chromatography A, 229-233.

Parque Metropolitano Industrial y tecnológico. Obtenido de http://parquemetropolitano.com/

Research, G. V. (August 2016). Essential Oil Market Analysis By Product (Orange, Corn Mint, Eucalyptus, Citronella, Peppermint, Lemon, Clove Leaf, Lime, Spearmint), By Application (Medical, Food & Beverage, Spa & Relaxation, Cleaning & Home) And Segment Forecasts To 2024.

Rocío González Falcón, D. V. Tablas y Gráficos Tecnología Energética. ETSI US.

Standards of the Tubular Exchanger Mnufacturers Association. (2007). 9th. Strategies, T. . Trade Information Brief: essential oils. T.E.M.A., N. (2001). Water as a green solvent combined with different techniques. (2016).

Comptes Rendus Chimie, 707-717. http://www.essential-oil.org

hfwr )lq gh &duuhud ,qjhqlhur ,qgxvwuldo...

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