Estudio experimental y modelamiento matemático para el proceso de extracción por lotes por arrastre con vapor de agua del aceite esencial libre del Schinus molle Linneo

Abstract

El presente trabajo tiene como objetivo realizar un estudio experimental del proceso de extracción del aceite esencial, para ello se realizan pruebas experimentales, luego se analizan los datos obtenidos y se plantean un conjunto de ecuaciones matemáticas usando los conceptos de la termodinámica, de la transferencia de masa y la transferencia de calor, que permite determinar un modelo matemático que describe el proceso de extracción del aceite esencial del molle por arrastre con vapor de agua. Mediante el análisis histológico realizado al fruto del molle se determinó que el aceite esencial se encuentra almacenado en las cavidades secretoras del mesocarpio, confirmando que existe una fracción de aceite esencial en estado libre situado entre el mesocarpio y el endocarpio, que al ser descascarado el mesocarpio sin romper la semilla, el aceite queda liberado y es arrastrado por el vapor de agua obteniéndose un rendimiento de 55 ml de aceite/kg de molle la cual se extrae en un intervalo de tiempo relativamente pequeño comprendido entre 6 a 1O minutos, esta fracción representa aproximadamente el 84% del peso total del aceite contenido en el fruto; esta etapa está gobernada por la evaporación instantánea. En el interior de la semilla (estado intrapartícula) existe otra fracción menor de aceite con un rendimiento de 10,5 ml de aceite / kg de molle (16% del peso total de aceite) que se extrae en un tiempo de operación muy prolongado comprendido entre 80 a 100 minutos; esta etapa está gobernado por el modelo de difusión del aceite, debiendo atravesar la pared celular de la semilla. El otro objetivo de este trabajo es realizar el modelamiento matemático de la extracción del aceite libre (primera etapa) por arrastre con vapor de agua, porque esta etapa contiene la mayor cantidad de aceite y se obtiene en un periodo de tiempo muy pequeño, además desde el punto de vista industrial esta etapa es la más productiva. La segunda etapa (aceite intraarticular) es menos importante por su bajo rendimiento y por requerir mayor tiempo de operación en comparación con la primera etapa. La variable principal del proceso es el volumen de aceite extraído, los parámetros del proceso de extracción considerados en este estudio fueron: El flujo de vapor que varía entre 1,93 a 3,4 kg/h.; el peso del fruto de molle que varía entre 1,0 a 4,0 kg; la densidad del lecho que varía entre 0,38 a 0,48 g. de fruto de molle / ml de alambique. Para plantear el modelamiento matemático es necesario saber la composición química del aceite esencial de molle, ésta se deten11ina mediante el análisis por cromatografía de gases acoplada a la espectrometría de masas (GC/?v1S). En las gráficas de las pruebas experimentales la primera etapa de la curva (tiempo-volumen de aceite extraído) tiene una tendencía lineal ( aceite li bre), que corresponde a una tasa de extracción constante.

The present work aims to perform an experimental study of the essential oil extraction, for this reason experimental tests are performed, then the data is analyzed and present a set of mathematical equations using thermodynamics, mass transfer and heat transfer, allowing us to determine a mathematical model describing the extraction process molle essential oil by steam distillation of water. By histological analysis performed at the fruit of the pepper tree was determined that the oil is stored in secretory cavities of the shell, confirming our hypothesis that there is an essential oil fraction in free state located between the mesocarp and endocarp and to be hulled without breaking seed, oil is released and is entrained by the water vapor obtained in a yield of 55 ml of oíl / kg molle which is extracted in a relatively small time interval between 6 to 1O minutes, this fraction represents about 84% of the total weight of the oíl contained in the fruit, this stage is controlled by flash evaporation. In the interior of the seed (intraparticle state) there is another smaller fraction of oil in a yield of 10.5 ml of oíl / kg molle (16% total weight of oíl) is removed in a very long operating time comprised 80 to 100 minutes, this stage is govemed possibly by diffusion model oíl and must penetrate the cell wall of the seed. The other objective of this work is to perform the mathematical modeling of free oíl extraction (first stage) by stripping with steam, because this stage has the largest amount of oil and is obtained in a very small time period, also from the industrial point of view this is the most productive stage. The second stage (intraparticle oil) is less important because of its low yield and requires longer operating time compared to the first stage. The primary endpoint process is the volume of oil extracted, the extraction process parameters considered in this study were: steam flow ranges from 1.93 to 4.0 kg I h., The weight of the molle fruit ranges from 1.0 to 4.0 kg, the bed density ranges from 0.38 to 0.48 grams of fruit molle / ml still. To raise the mathematical modeling is necessary to know the chemical composition of essential oil molle, it is determined by analysis by gas chromatography coupled to mass spectrometry (GC / MS). In the graphs of experimental tests the first stage of the curve (volume of extracted oil-time) has a linear trend (free oíl), which corresponds to a constant extraction rate.