Análisis económico de una planta piloto para la extracción de aceite de Moringa oleífera Lam para producir biodiesel
Economic analysis of a pilot plant for extraction of Moringa oleifera Lam oil to produce biodiesel
Leonardo Campos1;
Isnel Benítez2 ; Amaury Pérez
Martínez3; Amaury Pérez Sánchez2,*
1 Universidad Estadual del Norte Fluminense, Av. Alberto Lamego, 2000 - Parque California, Campos dos Goytacazes - RJ, 28013 602. Rio de Janeiro, Brasil.
2 Facultad de Ciencias Aplicadas, Universidad de Camagüey, Carretera Circunvalación Norte, Km. 5½, e/ Camino Viejo de Nuevitas y Ave. Ignacio Agramonte, CP 74650, Camagüey, Cuba.
3 Universidad Estatal Amazónica, Paso Lateral km 2 1/2, CP 150160, Puyo, Pastaza, Ecuador.
*Autor correspondiente: amaury.psanchez@reduc.edu.cu (A. Pérez)
DOI: http://dx.doi.org/10.17268/agroind.sci.2019.01.01
RESUMEN
Las aplicaciones del aceite vegetal de Moringa oleifera Lam son diversas. Van desde su utilización en la cocina, para producir jabones, cosméticos, y biocombustible, también se aplica externamente para enfermedades de la piel por lo que es altamente cotizado en el mercado mundial. El presente trabajo tiene el objetivo de determinar la viabilidad económica de una planta piloto para la obtención del aceite vegetal de Moringa oleifera Lam. Con el diseño de esta instalación se podrá sustituir una materia prima empleada en la industria farmacéutica y de cosmético, así como usarlo para la producción de biodiesel. Fueron calculados las dimensiones de los equipamientos del proceso. El análisis económico fue realizado usando tres indicadores dinámicos, Valor Actual Neto, Tasa Interna de Retorno y Periodo de Retorno. Fue considerada la planta con una capacidad anual de producción de 150 m3, funcionado 24 días por mes, durante 11 meses al año. Se concluye que la planta es económicamente viable pues su Valor Actual Neto es positivo con un valor de USD $ 1,3 millones, además de que se obtiene un valor de la Tasa de Interna de Retorno de 37% y el Periodo de Recuperación de la Inversión es de 1,9 años, lo cual indica que el proyecto puede ser ejecutado de forma satisfactoria.
Palabras clave: Moringa; análisis económico; aceite; biodiesel.
ABSTRACT
The applications of Moringa oleifera Lam vegetable oil are diverse. They range from its use in the kitchen, to produce soaps, cosmetics, and biofuel; it is also applied externally for skin diseases, which is why it is highly valued in the world market. The present work has the objective of determining the economic viability of a pilot plant for obtaining the vegetable oil of Moringa oleifera Lam. With the design of this installation, it will be possible to replace a raw material used in the pharmaceutical and cosmetic industry, as well as to use it to produce biodiesel. The dimensions of the process equipment were calculated. The economic analysis was carried out using three dynamic indicators, Net Present Value, Internal Rate of Return and Period of Return. It was considered the plant with an annual production capacity of 150 m3, operated 24 days a month, for 11 months a year. It is concluded that the plant is economically viable because its Net Present Value is positive with a value of USD $ 13.3 million, besides that a value of the Internal Rate of Return of 37% and the Recovery Period of the Investment is 1.9 years, which indicates that the project can be executed satisfactorily.
Keywords: Moringa oleifera Lam; economic analysis; oil; biodiesel.
1. Introducción
La Moringa oleifera Lam (Moringaceae) es una planta originaria de la India, y ampliamente cultivado en zonas tropicales y subtropicales. En África se consume ampliamente para la automedicación por los pacientes afectados por la diabetes, hipertensión o el VIH/SIDA (Chuang et al., 2007). Varios compuestos fenólicos, así como isotiocianatos también fueron reportados en la planta (Kuete, 2017).
Esta planta perteneciente a la familia Moringaceae es un remedio efectivo para la desnutrición. La misma es rica en varios compuestos que ayudan en la nutrición tales como: vitaminas A, B1, B2, B3, C, E, fosforo, potasio, calcio, cobre, hierro, azufre y magnesio; los cuales están presentes en sus hojas, vainas y semillas. En efecto, la moringa ha demostrado tener 7 veces más vitamina C que las naranjas, 10 veces más vitamina A que las zanahorias, 17 veces más calcio que la leche, 9 veces más proteína que el yogur, 15 veces más potásio que las espinacas (Gopalakrishnan et al., 2016). En el cultivo comercial, Moringa oleifera Lam difiere la composición de nutrientes en diferentes lugares (Aslam et al., 2005). También presenta propiedades nutritivas ya que sus hojas son ricas en minerales como el calcio, potasio, zinc, magnesio, hierro y Cobre (Kasolo et al., 2010).
En los últimos años varios estudios relacionados con la Moringa oleifera Lam han sido realizados los cuales han demostrado la eficiencia de su uso en la en la producción de aceites para cosméticos, biocombustibles y para tratar enfermedades dermatológicas entre otros (Machado et al., 2015; Gardea et al.,2017).
Los aceites vegetales de la moringa tienen propiedades terapéuticas para diversas enfermedades de la piel, los mismos pueden ser extraído de las semillas y hojas. Estudios han mostraron actividades antifúngicas in vitro contra dermatofitos tales como Trichophyton rubrum, Trichophyton mentagrophytes, Epidermophyton Xoccosum y Microsporum canis.
1.1 Materias primas para biodiesel
El biodiesel normalmente es producido a partir de aceites vegetales tales como soja, palma, girasol, cártamo, colza y coco, entre otros. Estos se consideran como materia prima de primera generación (Al-Zuhair et al., 2011). Otro grupo de materia prima de segunda generación para la producción de biodiesel, se derivan de grasas animales, incluyendo; sebo, grasa blanca, o manteca de cerdo, grasa de pollo y grasa de color amarillo (Bhuiya et al., 2016).
1.2. Técnica de extracción
La extracción de aceite usando CO2 supercrítico como solvente es una técnica muy eficiente, la misma es muy superior a otros métodos de extracción tradicionales y permite la eliminación eficiente del disolvente después de la extracción, lo cual reduce los costos de producción. Entre los disolventes más usados, el CO2 tiene grandes ventajas, porque no es toxico y es barato (Ruttarattanamongkol, 2014).
Varios trabajos han sido publicados en los cuales han utilizados CO2 supercríticos como solvente para la extracción de aceite (Palafox et al., 2012; Nguyen, 2011).
1.3. Análisis económico de procesos
La decisión de si un proyecto de ingeniería es viable o no solo, puede ser determinado a través de un análisis técnico económico, el cual puede ser realizado usando varios métodos y criterios (Al-Zuhair et al., 2011).
En la actualidad existen diferentes indicadores económicos para hacer la evaluación económica de un proceso entre los cuales se pueden citar: Tasa Interna de Retorno (TIR), Periodo de retorno de la inversión (PRI) y el Valor Actual Neto (VAN). Estos métodos de análisis técnicos económicos tienen algunas especificaciones y algunas restricciones de uso. El método de TIR es generalmente el más aceptado y utilizado para el análisis de proyecto como parámetro de decisión (Harsono et al., 2013; Kelloway et al., 2013; Percoco y Borgonovo, 2012.).
En un estudio previo se efectuó la simulación de una planta de producción de aceite de moringa con una capacidad de procesamiento de 450 kg de vainas de moringa por lote, utilizando el simulador SuperPro Designer®, obteniéndose como resultado un VAN de USD $ 1132 000, una TIR de 17,42%, un PRI de 3,65 años, y ganancias netas anuales de USD $ 534 000 (Benitez et al., 2018)
Con el desarrollo del presente trabajo pretendemos realizar un análisis económico de una planta de extracción de aceite de Moringa oleifera Lam, utilizando CO2 supercrítico como solvente. El aceite extraído podrá ser utilizado como materia prima para producir biodiesel y de esta manera para comprobar si el proceso es viable económicamente.
2. Materiales y métodos
2.1 Caracterización del proceso
Descripción del proceso de extracción con dióxido de carbono supercrítico:
La Figura 1 muestra el diagrama de flujo del proceso de extracción de aceites esenciales empleando CO2 supercrítico.
El proceso comienza con la recepción de las vainas de moringa los cuales traen consigo un porciento de impurezas. Luego se realiza una clasificación para separar las vainas en mal estado y las impurezas.
El tratamiento preliminar de la materia prima se inicia con la separación de las semillas de las vainas y luego se realiza una molienda para separar la cáscara de la almendra, las cuales son lavadas y expuestas al sol durante un período de cuatro días, logrando así reducir el contenido de humedad. Luego del secado la almendra es sometida a un proceso de molienda de donde sale preparada para el proceso de extracción con Dióxido de carbono en estado supercrítico.
Al proceso se alimenta dióxido de carbono presurizado, el cual es proveniente de un recipiente presurizado; el dióxido de carbono es transportado a la autoclave, la cual está dispuesta a una resistencia eléctrica que se encarga de suministrar calor, con el objetivo de producir un aumento de presión en el fluido. Alcanzadas las condiciones deseadas de temperatura y presión (verificadas en los medidores), se abre la válvula conduciendo el fluido hasta el extractor (provisto de una manta térmica), donde se pondrá en contacto con la muestra deseada a un tiempo de residencia fijo. Es importante mencionar que no se lleva a cabo ningún tipo de reacción química, solo se ponen en contacto las dos fases.
Una vez cumplido el tiempo de extracción (2 horas), se abre la válvula por donde fluye la mezcla extracto-dióxido de carbono, la cual se transporta a un recipiente separador. En este equipo ocurre una vaporización instantánea de la mezcla binaria y disminución de la solubilidad, dando como resultado dos productos, por el tope dióxido de carbono el cual debe ser recuperado, y por el fondo el extracto, que es recolectado en un recipiente y debidamente pesado, almace-nándose en un refrigerador para evitar una posible degradación del producto extraído.
2.2. Caracterización del diseño
Para diseñar la planta se parte de una capacidad de producción de 150 m3/año, con esta capacidad y teniendo en cuenta los días de trabajos en el año y el consumo de materia prima en el mismo se realiza el cálculo del dimensionamiento de los equipos, así como los balances de masas correspondientes. Aunque no se ha realizado un estudio de demanda a partir de la disponibilidad de materias primas, en este caso de plantaciones de Moringa oleifera Lam tampoco un estudio de demanda prospectiva hasta el año 2020, se propone esta capacidad debido a las necesidades de este aceite para la producción de biodiesel, el cual responde a proyectos nacionales e internacionales de la Facultad de Ciencias Aplicadas a la Industria.
Se hizo uso de Microsoft Excel para facilitar los cálculos. Para esto, se realizaron los balances de masa correspondientes a los equipos involucrados y se propone un esquema tecnológico para la obtención del aceite. Para determinar el costo de adquisición del equipamiento tecnológico se utilizó el método propuesto por (Peters y Timmerhaus, 1991) y se actualizaron los mismos al año 2016. Con los costos de equipamiento se determinaron los costos directos que también están constituidos por los costos de la instalación, la electricidad, las tuberías y facilidades auxiliares que representan un por ciento del costo del equipamiento. Los costos indirectos están dirigidos a la ingeniería-supervisión y a los gastos de construcción.
Figura 1. diagrama de flujo del proceso de extracción de aceites esenciales empleando CO2 supercrítico.
El capital fijo está conformado por la suma de los costos directos e indirectos, los pagos al contratista y costos por contingencias. Entonces el capital fijo más el capital de trabajo constituyen el costo total de inversión. Luego se analizan los ingresos que generan las ventas de aceite, de la torta y de la vaina más la cáscara; los egresos es lo que se invierte en la compra de Moringa, CO2 y agua. La diferencia de los ingresos menos los egresos generan las ganancias, la cual es la que define si es factible o no el proceso.
2.3 Cálculo de los indicadores dinámicos de la inversión
Los indicadores dinámicos de la inversión se determinan a partir del Valor Actual Neto (VAN), la Tasa Interna de Retorno (TIR) y el Período de Recuperación de la Inversión (PRI). Para esto se parte de determinar los costos de producción, así como los ingresos que brinda la tecnología, utilizando una hoja de cálculo en Microsoft Excel.
3. Resultados y discusión
Se parte de una capacidad de producción de la planta de 150 mil L/año (150 m3/año) de aceite lo que equivale a 568,53 L/d. La planta cuenta con un suministro de materia prima de 20490 kg de vainas y 1024,5 m3 de semillas para 15 días de producción, por lo que son necesario 5 tanques de almacenamiento de 204,9 m3 de capacidad. La planta funciona 24 días por mes durante 11 meses al año. La instalación trabaja diariamente moliendo 1366 kg/d de vainas, en un molino con una capacidad de molienda de 683 kg/h, por lo que el tiempo de molienda es de 2 h. Por su parte, el flujo real para las semillas es de 604,82 kg/d que equivale a 302,41 kg/h en igual tiempo de molienda.
El equipamiento cuenta con una autoclave de 1,01 m3 de capacidad, un extractor de 0,40 m3 y un separador con el mismo volumen. En la Tabla 1 se exponen los costos de adquisición de cada equipo incluido en el proceso de producción.
Los ingresos son el resultado de las ventas del aceite que, junto con otras partidas tales como las vainas más cáscaras y la torta, generan USD $ 13’078’416,53, pues el aceite se vende en 85 mil USD/m3 (Alibaba, 2016). Los egresos consisten en la inversión debido a la compra de las materias primas, ascendiendo a USD $ 6527 212,35, mientras que la resta entre los ingresos y los egresos constituye la ganancia que se obtiene en el proceso, que es de USD $ 6551 204,18. Las tablas 2 y 3 muestran estos resultados.
Tabla 1
Costo de adquisición del equipamiento
|
Equipo |
Cantidad |
Variable de diseño |
Valor |
Precio (USD $) |
|
Tanque de almacenamiento |
5 |
Capacidad (m3) |
204,90 |
155164,52 |
|
Molino vainas |
1 |
Capacidad (t/h) |
0,68 |
1900,28 |
|
Molino semillas (romper y triturar) |
2 |
Capacidad (t/h) |
0,30 |
3660,30 |
|
Autoclave |
1 |
Capacidad (m3) |
1,01 |
254697,92 |
|
Separador (igual extractor) |
2 |
Capacidad (m3) |
1,01 |
63674,48 |
|
Total |
479097,49 |