ES2602074T3 - Extracción de aceites vegetales - Google Patents

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Maryann AUGUSTIN
Pablo JULIANO
Raymond Mawson
Piotr SWIERGON
Kai KNOERZER
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Abstract

Un método para extraer aceite de un material premacerado que contiene aceite, el método comprende las etapas de: a) someter el material premacerado que contiene aceite al menos a una etapa de sonicación, en donde se emplea al menos un transductor de placa que emite una frecuencia de al menos 400 kHz para crear una onda estacionaria en el material macerado; b) separar los componentes para formar una primera fase de aceite y una fase de material retenido; c) retirar la primera fase de aceite.

Description

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DESCRIPCION
Extraccion de aceites vegetales
Referencia cruzada a solicitudes relacionadas
La presente solicitud reivindica la prioridad de la solicitud provisional de patente australiana 2011902275, presentada el 9 de junio de 2011, y la solicitud provisional de patente australiana 2012900749, presentada el 27 de febrero de 2012, el contenido de las cuales se incorpora en la presente memoria por referencia.
Campo tecnico
Esta invencion se refiere a la extraccion de aceite de fuentes vegetales, particularmente aceite de palma. En particular esta invencion se ocupa de la recuperacion de aceite y componentes solubles en aceite en operaciones de prensado de aceite de palma.
Antecedentes
Diversas tecnologfas emergentes de procesamiento de alimentos, notablemente tecnologfa de ultrasonidos, de procesamiento a alta presion y de microondas, estan siendo exploradas y usadas cada vez mas en la recuperacion de aceites y fitonutrientes y en operaciones de procesamiento de alimentos. Hay un potencial para la aplicacion de las tecnologfas emergentes de procesamiento de alimentos en la industria del aceite de palma. Las aplicaciones potenciales en operaciones de prensado de palma incluyen: extraccion de aceite de palma asistida por microondas, extraccion y recuperacion de aceite de palma y fitonutrientes de palma asistida por ultrasonidos, y procesamiento a alta presion para aceites y productos de emulsion. Segun avance hacia el futuro la industria del aceite de palma, habra tambien una necesidad de mejorar la sostenibilidad del procesamiento del aceite de palma y de reducir la huella del carbono y los requerimientos energeticos de los procedimientos globales.
Tradicionalmente, la tecnologfa de ultrasonidos se ha presentado como una intervencion de procesamiento potencial para ayudar a la extraccion, inactivacion microbiana, emulsion u homogeneizacion y desemulsion. Por ejemplo, los ultrasonidos pueden ayudar en la extraccion de componentes bioactivos de hierbas a escala de laboratorio y a gran escala. El mecanismo de la extraccion ultrasonica se basa en el efecto de la sonicacion en la rotura de las celulas vegetales y la mejora de los procesos de difusion y capilares.
Los ultrasonidos, mediante efectos mecanicos, rompen las celulas vegetales. Esto facilita la penetracion de un extractante en la masa celular vegetal, potenciando la transferencia de masa (Mason TJ, Paniwnjk L, Lorimer JP. The uses of ultrasound in food technology. Ultrasonics Sonochem 1996; 3:S253-26).
Esto puede dar como resultado un aumento en la eficacia de extraccion, asf como en la velocidad de extraccion.
Ademas, los ultrasonidos tienen el efecto de aumentar el hinchamiento del tejido vegetal, facilitando la ruptura de la pared celular y liberando los componentes intracelulares en el agua durante la sonicacion. El potenciamiento de la extraccion por ultrasonidos ha sido atribuido a la propagacion de ondas de presion ultrasonicas y fenomenos de cavitacion resultantes.
La separacion por ultrasonidos de ingredientes de alimentos tiene ventajas obvias sobre metodos convencionales como la filtracion y la decantacion natural.
La mayona de los ejemplos hasta la fecha implican el uso de ultrasonidos en combinacion con disolventes organicos para mejorar la extraccion de aceite y componentes solubles en aceite. Los ejemplos incluyen extraccion de aceite de soja (Li H, Pordesima L, Weiss J. High intensity ultraosound-assisted extraction of oil from soybeans. Food Res Int 2004; 37:731-738), e isoflavona de soja (Rostango MA, Palma M, Barroso CG. Ultrasound-assisted extraction of soy isoflavones. J Chromatog A 2003; 1012:119-128).
La patente britanica GB 2097014 describe un metodo de extraccion en disolvente usando hexano en el que hay agitacion ultrasonica a de 20 a 60 kHz durante tiempos de residencia de 5 a 30 segundos. La patente europea 243220 describe un procedimiento similar para extraer aceite de semillas usando frecuencias ultrasonicas de 10 a 50 kHz sobre las semillas suspendidas en un disolvente.
El documento “An overview of the ultrasonically assisted extraction of bioactive principles from herbs” presenta una revision de tecnicas de extraccion en disolventes asistida ultrasonicamente (Vinatoru, Ultrasonics Sonochemistry 8 (2001) 303-313).
Tambien existen metodos para la extraccion asistida por ultrasonidos en ausencia de disolventes organicos. La solicitud de patente internacional WO2010138254 describe el uso de extraccion asistida por ultrasonidos de aceite de efluente de molinos de aceite de palma, donde el objetivo es aumentar la recuperacion de aceite y reducir la demanda bioqmmica y qmmica de oxfgeno del efluente del molino de aceite de palma.
El documento US 2006/0204624 describe un procedimiento para extraer aceite de la piel de dtricos que comprende
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proporcionar una mezcla que contiene solidos de cftricos y agua, someter esta mezcla a energfa ultrasonica bajo condiciones suficientes para separar el aceite de la piel de los solidos de cftricos, y recuperar el aceite de la piel.
La solicitud de patente internacional WO 2010/138254 describe un metodo para aumentar la recuperacion de aceite usando energfa ultrasonica, y describe ademas el uso de energfa ultrasonica en un metodo para reducir la demanda bioqmmica de oxfgeno y la demanda qmmica de ox^geno del efluente de molinos de aceite de palma generado durante el procedimiento de extraccion.
El documento US 2008/0181999 describe el uso de energfa ultrasonica en un metodo de extraccion de aceite por inmersion en agua.
La separacion ultrasonica de ingredientes de alimentos tiene ventajas obvias sobre metodos convencionales como la filtracion y la decantacion natural. Aunque los antecedentes anteriores se refieren a la extraccion, el tema presentado aqu se refiere a la separacion post-digestion y/o maceracion. El metodo adoptado se basa en el principio de los campos de ondas estacionarias.
En esta invencion los autores buscan emplear ondas estacionarias a altas frecuencias ultrasonicas, tipicamente mayores que 400 kHz, para facilitar la separacion del aceite de solidos vegetales. Una limitacion del diseno de los equipos ultrasonicos actuales y del material es que a frecuencias por encima de 100 kHz no es factible usar cualquier forma de cuerno ultrasonico para propagar ultrasonidos. Los disenos de los cuernos ultrasonicos actuales permiten generalmente una operacion entre 20 y 24 kHz. Esto significa que, a diferencia de las pilas de obleas piezoelectricas usadas para manejar los transductores de cuerno, se requieren transductores piezoelectricos de oblea unica unidos a superficies de placas para conseguir frecuencias por encima de 100 kHz. Los transductores de placa operan a amplitudes espedficas mucho mas bajas que las alcanzadas por los transductores de cuerno.
A frecuencias mayores que 400 kHz es practico producir ondas estacionarias de gran area a bajas amplitudes. Pangu & Feke, 2007, y Nii et al., 2009, describen que las ondas estacionarias llevan a cabo separaciones de fases en base a las gravedades espedficas relativas de las fases. Asf, cuando esta dispersado aceite en agua, principalmente las fuerzas acusticas separaran el aceite hacia los antinodos de onda. En el trabajo que es el tema de estas citaciones, se estudian sistemas bifasicos de aceite y agua a una frecuencia ultrasonica de 2 MHz. Ademas, estos estudios muestran que para obtener la coalescencia del aceite es necesario que se desarrollen fuerzas acusticas secundarias perpendiculares al plano de la onda estacionaria, como resultado de que el campo de ondas esta limitado por paredes perpendiculares al plano de las ondas. La temperatura minima a la que pueden usarse ondas estacionarias para separar aceite de agua esta limitada por la creciente viscosidad del aceite segun se reduce la temperatura. Idealmente, para aceites vegetales de trigliceridos la temperatura debe ser tan baja como sea practico para minimizar el potencial de hidrolisis de acidos grasos libres, la oxidacion de acidos grasos insaturados y la destruccion de fitoqrnmicos sensibles inherentes en los aceites. La presente invencion puede ocuparse del problema de reducir la temperatura de los procedimientos actuales de separacion de aceites vegetales basados en agua, y por lo tanto dar una calidad aumentada.
En la situacion donde la separacion de aceite de material vegetal que esta suspendido en agua existe un sistema trifasico. En tal sistema el aceite tiene una gravedad espedfica menor que las otras fases, y migrara a los antinodos, y el material vegetal residual, que tiene una gravedad espedfica mas alta que el agua, migrara a los nodos. En esta situacion el radio relativo de las partfculas vegetales comparado con la mitad de la longitud de onda de la onda estacionaria debe ser mas pequeno; de lo contrario la separacion completa del aceite del material vegetal no ocurrira. Reducir la frecuencia de la onda estacionaria aumentara la longitud de onda y permitira separar el aceite de partfculas vegetales mas grandes, sin embargo el tiempo de separacion se alarga y se hace mas diffcil mantener un campo de ondas estacionarias estable. En una situacion donde el tratamiento se lleva a cabo a temperaturas reducidas, pueden introducirse en el sistema enzimas tales como celulasa y poligalacturonasa para facilitar la rotura no mecanica del material vegetal (Priego-Capote & Luque de Castro, 2007), lo que a su vez permitira la aplicacion de frecuencias de ondas estacionarias mas altas.
El metodo convencional para la extraccion de aceite de palma es usar una prensa tal como una prensa de tornillo para extraer un ftquido que contiene aceite, y despues dejar que el aceite se separe y recuperar el aceite. Actualmente, el procedimiento en la extraccion y recuperacion de aceite de palma implica (a) esterilizacion de los racimos de fruta fresca, (b) separar la fruta del racimo por medios mecanicos, (c) empapar la fruta en agua caliente seguido de extraccion por prensado mecanico del aceite, usando tfpicamente una prensa de tornillo, (d) decantar la mezcla aceite-agua-solidos residuales en un tanque de decantacion. El aceite que sube a la parte superior del tanque de decantacion se extrae, se clarifica y se seca. El lodo (es decir, la corriente inferior del tanque de decantacion) se centrifuga para recuperar aceite adicional, que se devuelve al tanque de decantacion. El lodo (de la centnfuga) tambien contiene algo de aceite residual (Berger K, Production of palm oil from fruit. JAOCS 60(2), 206210, 1983). El procedimiento se representa en la Figura 1.
La econoirfta de la extraccion de aceite de palma es tal que un aumento de 1% en el rendimiento de aceite es economicamente significativo.
Es deseable mejorar el rendimiento del procedimiento de extraccion de aceite.
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Compendio
Se describe en la presente memoria un metodo para extraer aceite de un material premacerado que contiene aceite, el metodo comprende las etapas de:
a) someter el material premacerado que contiene aceite al menos a una etapa de sonicacion, en donde se emplea al menos un transductor de placa que emite una frecuencia de al menos 400 kHz para crear una onda estacionaria en el material macerado;
b) separar los componentes para formar una primera fase de aceite y una fase de material retenido;
c) retirar la primera fase de aceite;
En algunas realizaciones, el metodo comprende ademas la etapa d) someter la fase de material retenido al menos a una segunda etapa de sonicacion y retirar una segunda fase de aceite.
En algunas realizaciones, se usan al menos dos transductores de placa durante la etapa de sonicacion. En una realizacion, al menos dos transductores de placa emiten a frecuencias de sonicacion diferentes, preferiblemente se usan dos frecuencias de sonicacion, siendo una hasta 1 MHz y estando la otra por encima de 1 mHz.
En algunas realizaciones, durante la etapa (a) el material premacerado se calienta a una temperatura de entre 0°C y 90°C, preferiblemente entre 40 y 85°C, y en algunas realizaciones entre 55 y 65°C.
La presente invencion puede comprender ademas la etapa de someter la fase de material retenido a una separacion centnfuga para obtener un rendimiento adicional de aceite.
El material premacerado que contiene aceite se selecciona del grupo que consiste en fruta, vegetales, cereales, hierbas, semillas y mezclas de los mismos. En algunas realizaciones, la fruta procede de un arbol de aceite de palma.
En algunas realizaciones, los metodos de la presente invencion se configuran para ser realizados de un modo continuo.
Se pueden obtener rendimientos adicionales de aceite repitiendo la etapa (d).
La sonicacion puede aplicarse en varias etapas en el procedimiento del molino, incluyendo en el punto de carga de racimos de fruta fresca en jaulas; antes del digestor; despues de la prensa de tornillo; en el tanque de decantacion antes de centrifugar el lodo y de tratar el efluente de lodo.
Preferiblemente el material vegetal bruto se hace pasar a traves de una prensa de tornillo y el material obtenido se calienta y se somete al tratamiento ultrasonico y despues se deja decantar durante un periodo predeterminado antes de recuperar la capa de aceite. Preferiblemente se usan dos frecuencias por encima de 400 kHz. Preferiblemente una esta por debajo de 1 MHz y la segunda es mayor que 1 MHz. Preferiblemente se emplean transductores de placa para crear ondas estacionarias. El nivel de presion sonora aplicada al material premacerado que contiene aceite esta entre aproximadamente 1 y aproximadamente 260 dB en relacion a una amplitud de presion sonora de referencia de 10-6 Pa. Preferiblemente, el nivel de presion sonora esta entre 180 y 240 dB. Hay muchas configuraciones potenciales de transductores posibles para producir las ondas estacionarias.
La aplicacion de ultrasonidos mejora la eficacia y recuperacion de aceite (y posiblemente fitonutrientes de palma en corrientes seleccionadas) en el molino de aceite de palma.
La separacion acustica por ondas estacionarias es en principio muy rapida, separando partfculas de hasta tamano submicrometrico en segundos. La sonicacion tambien puede reducir la presion de cabeza necesitada para bombear lfquido, y minimizar el atascamiento y los consiguientes costes de mantenimiento.
La separacion acustica ofrece medios para segregar adicionalmente partfculas en base a su densidad y compresibilidad. Ademas, las ondas ultrasonicas tienen la capacidad de alterar la interaccion entre los globulos de grasa mediante presion acustica, y bajo las condiciones apropiadas pueden causar la agregacion de globulos de grasa/partfculas finas, lo que predispone entonces a la separacion y recuperacion de estas partfculas.
Breve descripcion de los dibujos
Se describira ahora una realizacion preferida de la presente invencion con referencia a los dibujos, en los que:
La Figura 1 ilustra las etapas en el metodo convencional para extraer aceite de palma como describe Berger KG 1983, Production of Palm Oil from Fruit, JAOCS, vol. 60, no. 2.
La Figura 2 ilustra las etapas para intervenciones ultrasonicas en el procedimiento de molienda de aceite de palma entero para extraccion de aceite de palma.
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La Figura 3 ilustra las etapas mostradas en los ejemplos, donde US1-US5 son intervenciones independientes a frecuencias seleccionadas.
La Figura 4 ilustra las etapas mostradas en el Ejemplo 3, donde US6-US9 son intervenciones independientes a frecuencias seleccionadas.
La Figura 5 ilustra dos sistemas ultrasonicos de laboratorio, donde 4a es una seccion longitudinal diagramatica de una corriente a traves de un cuerno transductor sonotrodo y 4b es una seccion longitudinal diagramatica de un bano de agua que contiene un tubo (D) de decantacion y tres transductores. El tubo se coloca entre dos transductores de placa perpendiculares (A y C), y se coloca un tercer transductor (B) debajo del tubo.
La Figura 6 ilustra tres sistemas ultrasonicos de fabrica, donde (a) es una seccion longitudinal diagramatica de un tanque con dos transductores de placa colocados verticalmente en planos perpendiculares a niveles de tanque independientes; (b) es una seccion longitudinal diagramatica de un tanque con dos transductores de placa colocados verticalmente en planos perpendiculares al mismo nivel y un tercer transductor; y (c) es una seccion longitudinal diagramatica de un tanque con un transductor de placa colocado horizontalmente en el fondo del tanque.
Las Figuras 7, 8 y 9 ilustran el porcentaje de aceite separado (altura de aceite sobre altura total del tanque) durante la decantacion en las configuraciones dibujadas en la Figura 6a, 6b y 6c, respectivamente, con transductores de placa operativos (ultrasonidos encendidos) y no operativos (ultrasonidos apagados). Los ultrasonidos se aplicaron a 400 kHz y 230 dB utilizando la configuracion en la Figura 6a.
La Figura 10 ilustra dos sistemas ultrasonicos a escala piloto donde el transductor esta montado fuera del tanque de tal modo que el area activa de los transductores mantiene un contacto directo con la muestra mediante una seccion de corte en el tanque.
Descripcion de realizaciones
La invencion se ilustra mediante los siguientes ejemplos no limitantes.
Ejemplo 1: Ensayos con sonicacion indirecta de alta frecuencia usando sistemas ultrasonicos de laboratorio
Los ensayos mostrados a continuacion seleccionan tres puntos de intervencion elegidos para demostrar la invencion reivindicada, a saber: (1) Salida de la prensa de tornillo (punto 3 en la Figura 2); (2) Lodo de la corriente inferior (punto 5 en la Figura 2); y (3) Lodo efluente (Lodo de salida de la centnfuga) (punto 6 en la Figura 2).
Se seleccionaron tres metodos ultrasonicos para tratar las muestras seleccionadas: ultrasonidos 1 (US1), que usa un sonotrodo de tipo barra de titanio larga o un sonotrodo de barra de titanio corta, ultrasonidos 2 (US2) y un metodo de dos etapas (US1 y US2). Despues de mezclar y precalentar a 70°C, las muestras se bombearon a traves del sistema ultrasonico. La mezcla se recirculo a traves del sistema US1. En el sistema US2, los transductores estan colocados en un bano de agua a 70°C y emiten indirectamente sonido a traves de las paredes de un tubo de centnfuga de plastico que contiene material de aceite de palma.
• US1l se produce mediante un sonotrodo de tipo barra de titanio larga usando una frecuencia de 20 kHz y una energfa de 238 dB
• US1s se produce mediante un sonotrodo de tipo barra de titanio corta usando una frecuencia de 20 kHz y una energfa de 238 dB
• US2 usa frecuencias de 400 kHz y 1,6 MHz y una energfa de 231 dB
En la Figura 2 los puntos 1-5 son intervenciones independientes a frecuencias seleccionadas.
La corriente a traves del cuerno sonotrodo utilizado para US1 a una frecuencia de 20 kHz facilita la rotura del tejido vegetal y las celulas que contienen aceite, y la coalescencia del aceite liberado es facilitada con la aplicacion de frecuencias mas altas. Las frecuencias ultrasonicas (400 kHz - 2 MHz) obtenidas con transductores de placa (US2) deshacen la mezcla/dividen la emulsion de aceite mediante coalescencia y separacion de aceite de interfaces de partfculas solidas por formacion de corriente. El decantador (llamado tambien clarificador) ofrece un sistema estatico donde un campo ultrasonico no alterado permite que ocurra la coalescencia. Una coalescencia aumentada promueve la separacion, disminuyendo la concentracion de aceite en el fango de corriente inferior en el fondo del decantador, disminuyendo por lo tanto los tiempos de residencia. La configuracion tridimensional del transductor puede ser dispuesta para llevar juntas las partfculas de aceite hacia un punto y potenciar la coalescencia. Se puede obtener una coalescencia adicional por pulsacion.
Se colocaron muestras tratadas ultrasonicamente y no tratadas en un tubo de decantacion y se dejaron reposar en un bano de agua a 85°C durante 1 hora. Se midio la altura del aceite desde la capa superior, y el aceite separado se retiro por pipeteado. Despues el lodo remanente se centrifugo a 1.000 g y se midio la altura del aceite separado. Los resultados se expresan como % de volumen de aceite separado de la muestra en base a volumen de alimentacion.
Las Tablas 1, 2 y 3 resumen la separacion de aceite despues de diferentes combinaciones de tratamientos ultrasonicos en el aceite de prensa de tomillo y en el lodo de centnfuga despues del tratamiento con ultrasonidos. Los tres metodos ultrasonicos US1i, US2 y US1i+US2 proporcionaron un rendimiento aumentado en la muestra de alimentacion a la prensa de tornillo (Tabla 1). Esto es debido en parte a una separacion aumentada durante la 5 decantacion. El caso mas notable es cuando se usan transductores de placa (US2) con un 25% de aumento con respecto al control estatico durante la decantacion, lo que indica tambien una velocidad de separacion mas rapida. Sin embargo, el metodo ultrasonico US1s causo emulsion del aceite y una separacion del aceite reducida (Tabla 2).
Sin embargo, el unico metodo que potencio significativamente la separacion de aceite en el lodo de la corriente inferior desde el tanque de decantacion fue US2, mostrando un 7% adicional de retirada de aceite despues de la 10 decantacion y una retirada de aceite adicional de 4% con respecto al control estatico.
Los resultados muestran la ventaja de usar transductores de placa en solitario, a diferencia de cuando el lodo se trato con la corriente mediante sonotrodos de baja frecuencia. La combinacion tanto de transductores de tipo placa como de sonotrodo tambien proporciono resultados negativos.
Tabla 1. Recuperacion de aceite total en la alimentacion que sale de la prensa de tornillo despues de un tratamiento 15 con ultrasonidos. US1 i es producido por un sonotrodo de barra larga. El porcentaje indica ml de aceite decantable en base a 100 ml de alimentacion.
Tratamiento
Vol. de aceite despues de 1 h de decantacion a 85°C (%) Vol. de aceite despues de la retirada de la capa superior y centrifugacion a 1.000 g (%) Aceite total retirado (%)
Control (estatico)
18 ± 2 26 ± 1 44
Control (bombeado)
19 ± 1 33 ± 1 52
US1|
19 ± 1 35 ± 1 54
US2
29 ± 2 25 ± 5 54
US1| + US2
21 ± 1 35 ± 4 56
Tabla 2. Recuperacion de aceite total en la alimentacion que sale de la prensa de tornillo despues de un tratamiento con ultrasonidos. US1s es producido por un sonotrodo de barra corta. El porcentaje indica ml de aceite decantable 20 en base a 100 ml de alimentacion.
Tratamiento
Vol. de aceite despues de 1 h de decantacion a 85°C (%) Vol. de aceite despues de la retirada de la capa superior y centrifugacion a 1.000 g (%) Aceite total retirado (%)
Control (estatico)
26 ± 2 12 ± 1 38
Control (bombeado)
24 ± 1 17 ± 4 41
US1s
3 ± 1 23 ± 1 26
US2
35 ± 2 11 ± 2 46
US1s + US2
30 ± 1 16 ± 4 46
Tabla 3. Recuperacion de aceite total en el lodo de la corriente inferior desde el tanque de decantacion despues de un tratamiento con ultrasonidos. US1| es producido por un sonotrodo de foco. El porcentaje indica ml de aceite decantable en base a 100 ml de alimentacion.
Tratamiento
Vol. de aceite despues de 1 h de decantacion a 85°C (%) Vol. de aceite despues de la retirada de la capa superior y centrifugacion a 1.000 g (%) Aceite total retirado (%)
Control (estatico)
2 ± 1 17 ± 1 19
Control (bombeado)
3 ± 1 17 ± 1 20
5
10
15
20
25
30
Tratamiento
Vol. de aceite despues de 1 h de decantacion a 85°C (%) Vol. de aceite despues de la retirada de la capa superior y centrifugacion a 1.000 g (%) Aceite total retirado (%)
US1l
0 15 ± 1 15
US2
9 ± 1 14 ± 1 23
US1l + US2
0 14 ± 1 14
Ejemplo 2: Ensayos a escala piloto con transductores de placa sumergidos dentro del recipiente
Los ensayos a escala piloto demuestran adicionalmente otras condiciones de tratamiento ultrasonico para la extraccion de aceite potenciada en diversas configuraciones de transductores de placa y con frecuencias unicas o combinaciones de frecuencias multiples. Se aplicaron ultrasonidos a la alimentacion que sale de la prensa de tornillo (punto 3 en la Figura 2): ultrasonidos 3 (US3), ultrasonidos 4 (US4), y ultrasonidos 5 (US5); configuraciones en la Figura 6a, 6b y 6c, respectivamente). Se obtuvieron muestras frescas directamente de la lmea de procesamiento de la fabrica a 85°C y se procesaron directamente en un recipiente ultrasonico para cada configuracion. En todos los casos los transductores se mantuvieron verticalmente o horizontalmente dentro del recipiente, y emitieron directamente sonido al material de aceite de palma.
• US3 usa una frecuencia de 400 kHz y una energfa entre 222 y 227 dB con dos transductores de placa verticales dispuestos perpendicularmente en dos planos diferentes;
• US4 usa una frecuencia de 400 kHz (solamente), o 400 kHz y 1 MHz, o 400 kHz y 2 MHz, y una energfa de 224 a 226 dB; dos transductores de placa de 400 kHz verticales estaban dispuestos perpendicularmente para operar con transductores de frecuencia mas alta situados horizontalmente en el fondo; y
• US5 usa frecuencias de 400 kHz, o 1 MHz, o 2 MHz y una energfa de 221 dB con transductores colocados horizontalmente en el fondo del tanque.
La separacion de aceite durante la decantacion se siguio en dos tanques identicos llenados con la misma alimentacion de la prensa de tornillo. La decantacion en uno de los tanques ocurrio con transductores operativos (ultrasonidos encendidos), mientras que el otro tanque no tuvo transductores operativos (ultrasonidos apagados). La altura de la capa de aceite en cada tanque se midio al final de la ejecucion. Los resultados se expresan como % de separacion de aceite de las muestras. Las muestras se tomaron a diversas alturas del tanque, se centrifugaron a 1.000 g, y se midio el volumen de aceite separado. El aceite que quedo en el lodo despues de la centrifugacion y el contenido de aceite en la alimentacion original se analizaron usando un metodo Soxhlet.
La Tabla 4 resume la cantidad de separacion de aceite de diversas combinaciones de tratamientos ultrasonicos en el aceite que sale de la prensa de tornillo, y las Figuras 7, 8 y 9 representan la tasa de aumento de separacion conseguida con ultrasonidos. Los tres metodos ultrasonicos US3, US4 y US5 proporcionaron una retirada de aceite aumentada en la muestra de aceite que sale de la prensa de tornillo (Tabla 4). Se observo una separacion de aceite mas rapida cuando se expuso a todas las configuraciones de transductores. El caso mas notable es US3, con un 700% de aumento en separacion de aceite comparado con el control estatico respectivo. El analisis Soxhlet tambien indico un 44% de reduccion del aceite que quedo en el lodo despues de la centrifugacion.
Tabla 4. Recuperacion de aceite total en la alimentacion que sale de la prensa de tornillo despues de un tratamiento de ultrasonidos con transductores sumergidos en el recipiente. El porcentaje indica l de aceite decantable en base a 100 l de alimentacion.
Tratamiento
Vol. de aceite a 85°C (%)a Vol. de aceite despues de centrifugacion a 1.000 g (%) Aceite total retirado (%)
Control 3
2 ± 0 35 ± 3 37
US3
11 ± 5 43 ± 3 54
Control 4
1 ± 2 40 ± 4 41
US4
8 ± 4 42 ± 6 50
Control 5
1 ± 1 43 44
US5
3 ± 1 40 43
5
10
15
20
25
30
35
40
A partir de lo anterior se puede ver que esta invencion proporciona una mejora significativa en el rendimiento de aceite para disposiciones de transductores de placa espedficas. En particular, se pueden ver beneficios al usar un unico transductor de placa en forma vertical, y sus combinaciones con otra placa vertical situada en un plano perpendicular, bien en el mismo o bien en diferentes niveles del tanque de decantacion. Es digno de apuntar que, si bien se obtuvo una separacion de aceite mas rapida usando transductores de placa horizontales, estos no pudieron proporcionar un rendimiento de aceite adicional. No obstante, la aceleracion de la retirada de aceite conlleva beneficios significativos en reduccion de los tiempos de produccion.
Ejemplo 3: Ensayos a escala piloto con transductores montados fuera del recipiente (con la cara activa en contacto directo con la muestra)
Los ensayos a escala piloto adicionales demuestran que las altas frecuencias son eficaces en potenciar la extraccion de aceite cuando se usan transductores montados externamente sobre ventanas prefabricadas (o recortes) a traves de las paredes del recipiente. Este prototipo (Figura 10) tiene la ventaja de que solo el area activa de los transductores esta en contacto directo con la muestra, reduciendo de este modo la carga de calor sobre el transductor y aumentando su tiempo de vida. Los sistemas a escala piloto en la Figura 10a y 10b se han disenado para alojar transductores de 600 kHz y 400 kHz, respectivamente. A las partes del sistema se les asignan numeros que indican lo siguiente: (1) cubierta de corte de repuesto, (2) barra abrazadera sujetadora, (3) tornillo de ensamblaje, (4) marco de soporte del corte, (5) orificio de enfriamiento del transductor, (6) orificio de la senal del transductor, (7) transductor de placa de 600 kHz, (8) ventana lateral, (9) cubiertas retirables, (10) orificio de muestreo del fondo, (11) orificio de muestreo de la parte superior, (12) orificio de muestreo superior, (13) orificio de muestreo inferior, y (14) transductor de placa de 400 kHz.
Se aplicaron ultrasonidos a la alimentacion que sale de la prensa de tornillo (punto 3 en la Figura 2): ultrasonidos 6 (US6), ultrasonidos 7 (US7), y ultrasonidos 8 (US8); configuraciones en la Figura 10). Las muestras se obtuvieron directamente de la lmea de procesamiento de la fabrica a 85°C, y se procesaron directamente en un recipiente ultrasonico para cada condicion sonora.
• US6 usa una frecuencia de 600 kHz y una energfa de 230 dB con un unico transductor de placa montado externamente contra la pared lateral del recipiente con una ventana de corte;
• US7 usa una frecuencia de 400 kHz y una energfa de 220 dB con un unico transductor de placa montado externamente contra la pared lateral del recipiente con una ventana de corte;
• US8 y US9 usan una frecuencia de 600 kHz y una energfa de 220 y 224 dB, respectivamente, con un unico transductor de placa montado externamente contra la pared lateral del recipiente con una ventana de corte.
La Tabla 5 resume la cantidad de separacion de aceite de tratamientos unicos a la misma frecuencia en el aceite que sale de la prensa de tornillo. Las tres ejecuciones replicadas en US6 proporcionaron una retirada de aceite aumentada respecto al control estatico en la muestra de aceite de que sale de la prensa de tornillo despues de la decantacion (Tabla 5) y tambien un aumento en la retirada de aceite decantable total (Tabla 5).
La Tabla 6 resume la cantidad de separacion de aceite en el aceite que sale de la prensa de tornillo de tratamientos paralelos en dos recipientes usando la misma alimentacion a dos frecuencias, 400 kHz y 600 kHz. Esta comparacion demuestra que las frecuencias mas altas (600 kHz) son tan eficaces como el tratamiento a 400 kHz.
Tabla 5. Recuperacion de aceite total en la alimentacion que sale de la prensa de tornillo en el tanque de decantacion despues del tratamiento por ultrasonidos con transductores ajustados fuera del recipiente. El porcentaje indica kg de aceite decantable en base a 100 kg de alimentacion.
Tratamiento
Peso de aceite despues de 1 h a 85°C (%) Peso de aceite despues de retirar la capa superior y centrifugacion a 1.000 g (%)a Aceite total retirado (%)
Ejecucion 1
Control 6
11 20 31
US6
22 10 32
Ejecucion 2
Control 6
1 31 32
US6
19 14 33
5
10
15
20
25
Ejecucion 3
Control 6
0,3 32 32
US6
22 12 34
Tabla 6. Recuperacion de aceite total en la alimentacion que sale de la prensa de tomillo en el tanque de decantacion despues del tratamiento con transductores ajustados fuera del recipiente. El porcentaje indica kg de aceite decantable en base a 100 kg de alimentacion.
Tratamiento
Peso de aceite despues de 1 h a 85°C (%) Peso de aceite despues de retirar la capa superior y centrifugacion a 1.000 g (%)a Aceite total retirado (%)
Ejecucion 1
US7
17 25 42
US8
14 27 41
Ejecucion 2
US7
18 37 55
US9
21 41 62
A partir de lo anterior se puede ver que esta invencion proporciona una mejora significativa en el rendimiento de aceite para disposiciones de transductores de placa espedficas. En particular, se pueden ver beneficios al usar un unico transductor de placa en forma vertical, y sus combinaciones con otra placa vertical situada en un plano perpendicular, bien en el mismo o bien en diferentes niveles del tanque de decantacion. Es digno de apuntar que, si bien se obtuvo una separacion de aceite mas rapida usando transductores de placa horizontales, estos no pudieron proporcionar un rendimiento de aceite adicional. No obstante, la aceleracion de aceite conlleva beneficios significativos en la reduccion de los tiempos de produccion.
Los expertos en la tecnica entenderan que esta invencion puede ser implementada en realizaciones distintas a las descritas. Se muestran otros puntos probables de intervencion en la Figura 2.
En toda esta memoria descriptiva, se entendera que la palabra “comprenden”, o variaciones tales como “comprende” o “que comprende” implican la inclusion de un elemento, numero entero o etapa citados, o grupo de elementos, numeros enteros o etapas, pero no la exclusion de cualquier otro elemento, numero entero o etapa, o grupo de elementos, numeros enteros o etapas.
Cualquier discusion de documentos, actos, materiales, dispositivos, artfculos o similares que hayan sido incluidos en la presente memoria descriptiva es unicamente para el fin de proporcionar un contexto para la presente invencion. No es para ser tomada como una admision de que cualquiera o todas de estas materias formaran parte de la tecnica anterior base o fuera de conocimiento general comun en el campo relevante a la presente invencion, ya existiera antes de la fecha de prioridad de cada reivindicacion de esta solicitud.
Las personas expertas en la tecnica apreciaran que pueden hacerse numerosas variaciones y/o modificaciones a la invencion mostrada en las realizaciones espedficas, sin apartarse del alcance de la invencion, ampliamente descrita. Las presentes realizaciones son, por lo tanto, para ser consideradas en todos los aspectos como ilustrativas y no restrictivas.

Claims (13)

  1. 5
    10
    15
    20
    25
    30
    REIVINDICACIONES
    1. Un metodo para extraer aceite de un material premacerado que contiene aceite, el metodo comprende las etapas de:
    a) someter el material premacerado que contiene aceite al menos a una etapa de sonicacion, en donde se emplea al menos un transductor de placa que emite una frecuencia de al menos 400 kHz para crear una onda estacionaria en el material macerado;
    b) separar los componentes para formar una primera fase de aceite y una fase de material retenido;
    c) retirar la primera fase de aceite.
  2. 2. El metodo segun la reivindicacion 1, en donde el metodo comprende ademas la etapa d) someter la fase de material retenido al menos a una segunda etapa de sonicacion y retirar una segunda fase de aceite.
  3. 3. El metodo segun la reivindicacion 1, en donde se usan al menos dos transductores de placa durante la etapa de sonicacion.
  4. 4. El metodo segun la reivindicacion 3, en donde los al menos dos transductores de placa emiten a diferentes frecuencias de sonicacion.
  5. 5. El metodo segun la reivindicacion 4, en donde se usan dos frecuencias de sonicacion, siendo una hasta 1 MHz y estando la otra por encima de 1 MHz.
  6. 6. El metodo segun una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde durante la etapa (a) el material premacerado se calienta a una temperatura de entre 0°C y 90°C, preferiblemente a una temperatura de entre 40 y 85°C, y mas preferiblemente a una temperatura de entre 55 y 65°C.
  7. 7. El metodo segun una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que comprende ademas la etapa de someter la fase de material retenido a una separacion centnfuga para obtener un rendimiento adicional de aceite.
  8. 8. El metodo segun una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde el material premacerado se selecciona del grupo que consiste en fruta, vegetales, cereales, hierbas, semillas y mezclas de los mismos.
  9. 9. El metodo segun la reivindicacion 8, en donde la fruta procede de un arbol de aceite de palma.
  10. 10. El metodo segun una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde el metodo es un metodo continuo.
  11. 11. El metodo segun una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde el nivel de presion sonora aplicado al material premacerado que contiene aceite esta entre aproximadamente 1 y aproximadamente 260 dB.
  12. 12. El metodo segun la reivindicacion 11, en donde el nivel de presion sonora esta entre 180 y 240 dB (en relacion a una amplitud de presion sonora de referencia de 10-6 Pa).
  13. 13. El metodo segun la reivindicacion 5, en donde los transductores de placa de alta frecuencia estan montados fuera de un recipiente con la cara activa de los transductores de placa en contacto con el material de aceite.
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