Transcript 13 IAG160-01

CONTROL DEL
ENVEJECIMIENTO DEL
LIGANTE ASFÁLTICOO A
TRAVÉS DE LA
UTILIZACIÓN DE RESIDUO
DE VINO BLANCO
CHARDONNAY
Dra. Alejandra Calabi-Floody
Universidad de la Frontera
Dr. Guillermo Thenoux Z.
Pontificia Universidad Católica de Chile
Dr.© Gonzalo Sandoval P.
Pontificia Universidad Católica de Chile
Dr. Gonzalo Valdés V.
Universidad de la Frontera
Universidad de la Frontera
Facultad de Ingeniería y Ciencias
Pontificia Universidad Católica de Chile
Escuela de Ingeniería
Propuesta
El presente estudio propone hacer uso de los residuos de orujo de la
producción del vino para retrasar el envejecimiento por oxidación del
bitumen.
Antecedentes
Quince factores
intervienen en el
proceso, sin
embargo, el
principal
contribuyente es
oxidación
(Read J. et al 2003;Ouyang et al 2006; Mill et al 1995; Petersen, 1998; (Bianchetto H. et al, 2007; Apeayeig et al, 2008;Asphalt
Handbook, 2007)
Proceso de oxidación
Oxidación del LA se desarrolla en un modelo de 2 fases,
(Petersen J.C., 1998) :
Fase 1°: El oxigeno se combina con moleculas de
hidrocarburo altamente reactivas.
El producto de esta primera fase corresponde a sulfóxidos y radicales
libres
Proceso de oxidación del LA, 2da Fase
(Petersen J.C., 1998)
Cetonas, sulfóxidos, ácidos carboxilicos y anhidridos.
Antecedentes
Oxidación
Proceso
Asociativo
Aromáticos→Resinas→Asfaltenos
Asfaltenos
Cetonas
Sulfoxidos
Aromáticos
Ácidos carboxílicos
Anhidridos
Solubles en
agua
Adhesividad
Desprendimiento
Polaridad del
sistema
Agregación de
asfaltenos
Tamaño
Peso
Propuesta
Antioxidantes y la industria del vino
El orujo ha sido considerado la fuente de antioxidantes más
promisoria (Moure et al, 2001).
La industria del vino genera ~ 11 millones tons /año de orujo
(FAOSTAT, 2011)
Propuesta
Como pueden ayudarnos los antioxidantes? (Petersen J.C., 1998)
•La riqueza en antioxidantes del residuo de la industria vitivinícola (para Cepa Cabernet Sauvignon, 651
Considerando
La riqueza en antioxidantes del residuo de la industria vitivinícola (Cepa Cabernet
Sauvignon, 651 +118.9 µmol TE/g, Calabi-Floody et al 2011)
La gran cantidad de residuo que se genera anualmente: 11 millones de toneladas,
(FAOSTAT al 2011).
Que actualmente y aun cuando se han estudiado un sin número de aplicaciones, una
reducida cantidad de este bioproduco es reciclado (Ruberto et al, 2007) por lo que
contribuir a través de su reutilización de manera simple y económica constituye un
importante beneficio medioambiental.
Que estudios previos, con el uso de antioxidante proveniente de cepa Cabernet
Sauvignon, produjo importantes beneficios en la reducción de la rigidización del LA
post tratamientos de envejecimiento tanto de corto como largo plazo. (Calabi-Floody et al
2011)
Que los procesos de vinificación del vino tinto y vino blanco producen residuos
diferentes
Que un 28% de los cultivos para vino en chile corresponden a cepa Blanca
Objetivos
 Estudiar el efecto antioxidante del orujo de uva
proveniente de cepa Chardonnay en el bitumen en el
proceso de envejecimiento de corto y largo plazo.
1.Evaluar químicamente la reducción del daño oxidativo.
2.Evaluar el efecto de la modificación en las propiedades
de consistencia y reológicas
 Caracterizar la capacidad antioxidante del preparado
antioxidante de orujo.
Materiales: Ligante Asfáltico
Materiales: Aditivo Orujo de Uva,
recolección y preparación muestras
Cabernet Sauvignon
Chardonnay
Recolección al final del proceso de vinificación
Almacenamiento: Congelado a -24°C, en lotes de 3 Kg.
Proceso fermentación
Objetivo: Extraer contenido de
azúcar
(Agua/levadura(4%)+T°)
Secado: a 40°C, 9-11 días, Porcentaje de humedad<5
Molienda y tamizado
Fracción bajo tamiz ASTM #100 = Preparado antioxidante (ChLAox)
Modificación L. Asfáltico (5, 10 y 20%)
Cuantificación Capacidad Antioxidante, ORAC
Proceso de Envejecimiento
Envejecimiento Largo Plazo
Pressure Aging Vessel (PAV)
Envejecimiento Corto Plazo
Rolling Thin Film Oven (RTFOT)
Ensayos
 Viscosidad Brookfield (60°C):
 Fraass:
 Grado PG:
 Porcentaje de Asfaltenos
 Capacidad Antioxidante del Orujo
Oxygen Radical Absorbance Capacity (ORAC)
Resultados: Capacidad Antioxidante
ChLAox (Chardonnay)
ORAC(ChlAox): 1285,72+- 122,91 (µmol TE/g), CV: 9,56%
ORAC(ChAox): 653,35 µm TE/gr con un COV de 3,34%
Porcentaje de humedad promedio: 4,5 +- 0.862, CV 19,15%.
Muestra
Ciruelas
Jengibre
Canela
Pimienta u orégano fresco
Alcachofa cocida
ORAC
75
148
760
139
94
Resultados: Prop. Físicas a alta T°
12
2,4
2,2
a
a
11
2
b
1,8
a
1,6
c
a
9
b
1,4
1,2
10
a
b
a
8
b
1
c
0,8
7
0%
Original-RTFOT
ChL5%
ChL10%
RTFOT-PAV
ChL20%
IER Viscosity a t60 C, RTFOT-PAV, OriginalPAV
IER Viscosity at 60 C, Original-RTFOT
Viscosidad rotacional a 60°C
IER(η)= Aging Relative Index
0
ChL5%
ChL10%
ChL20%
O-R
R-P
O-P
-0,09%
13,15%
24,51%
3,08%
10,05%
12,97%
2,70%
10,42%
14,34%
Original -PAV
(*) Diferentes letras corresponden a diferencias significativas para un nivel de confianza
de 95% (p < 0,05).
Resultados: Prop. Físicas a baja T°
Punto de Fragilidad FRASS
0,00
Original
RTFOT
PAV
Fraass Temperature (T C)
-2,00
-4,00
-6,00
-8,00
-10,00
-12,00
-14,00
0%
ChL5%
ChL10%
ChL20%
-16,00
-18,00
0%
ChL5%
Original
-14,69
-12,67
-12,00
-13,33
ChL10%
RTFOT
-12,46
-12,83
-12,00
-13,67
ChL20%
PAV
-4,83
-7,67
-8,00
-10,50
Resultados: Propiedades Químicas
Contenido de Asfaltenos
0,80
IER Asphaltene content
0,70
a
0,60
0,50
b
b
a
0,40
c
0,30
0,20
0,10
a
b
c
c
(%Asphaltene aging state- %Asphaltene Original state)
%Asphaltene Original state
b
c
b
0,00
0
Original-RTFOT
ChL5%
RTFOT-PAV
ChL10%
ChL20%
Original-PAV
0
ChL5%
ChL10%
ChL20%
O-R
R-P
O-P
-19,89%
-79,15%
149,15%
10,12%
10,97%
-32,46%
-0,10%
34,18%
-72,17%
(*) Diferentes letras corresponden a diferencias significativas para un nivel de confianza
de 95% (p < 0,05).
Resultados: Propiedades Reológicas
Caracterización PG
Conclusiones y Recomendaciones
1. Debido a que el orujo proveniente de cepa Chardonnay posee un elevado
contenido de azúcar, es necesario realizar un proceso fermentativo
adicional para obtener el preparado antioxidante. El proceso fermentativo
tiene por objetivo transformar el azúcar en alcohol de forma similar a lo
que ocurre en el proceso fermentativo del vino, a través de la adición de
levadura.
2. El preparado antioxidante proveniente de cepa Chardonnay post proceso
fermentativo posee una elevada capacidad antioxidante alcanzando
valores promedio de ORAC 1.285.72 µm TE/gr, los cuales corresponden a
aproximadamente 2 veces la capacidad antioxidante presentada por el
CsAox (ORAC 650.91 µm TE/gr). Sin embargo, este exceso de capacidad
antioxidante corresponde al aporte de la levadura, la cual se pierde en el
tiempo (post 10 días) estabilizándose la capacidad antioxidante del
ChLAox en valores similares a los obtenidos por el preparado antioxidante
proveniente de cepa Chardonnay sin proceso fermentativo (ORAC 653.35
µm TE/gr), cuya capacidad antioxidante resulta además similar a la
observada en el preparado antioxidante CsAox (ORAC 650.91 µm TE/gr)
3. El tiempo de secado necesario para obtener contenidos de humedad bajo
5% corresponde a 7 - 8 días, similar a lo observado en el caso del CsAox.
Conclusiones y Recomendaciones
4. Con respecto a los efectos de la adición de ChLAox en las propiedades
físicas post tratamientos de envejecimiento, se pudo observar que un 5% de
adición resulta insuficiente, pues no provoca reducciones significativas en el
endurecimiento por envejecimiento tanto a baja como a alta temperatura
Adiciones de 10% y 20% de ChLAox logran reducciones significativas de la
rigidización por envejecimiento, observándose la tendencia de que a mayor
adición de ChLAox, mayor es el beneficio obtenido (Reducción IER post
RTFOT ChL10 = 13,1%, ChL20 = 24,5%, reducción temperatura de Punto
Fraass post PAV ChL10 = 3,17°C, ChL20 = 5,67°C)
5. Respecto de la ganancia de asfaltenos, pudo observarse la misma tendencia
evidenciada por las muestras tratadas con CsAox, es decir, un 5% de adición
no logra reducciones significativas del IER, mientras que un 10% de adición si
lo consigue para todos los casos estudiados (Reducción IER post PAV de
34,2%) . La muestra con 20% de adición de ChLAox, presenta valores de IRE
superiores incluso a la muestra control, situación que no se condice con la
disminución de la rigidización por envejecimiento presentada por esta
muestra tanto a alta como a baja temperatura. Lo anterior posiblemente se
debe al elevado contenido de Fibra Dietaria Insoluble (FDI: 67%), que podría
estar interfiriendo en la interpretación de los resultados al igual que lo
observado en los resultados de muestras con adición de CsAox.
Conclusiones y Recomendaciones
6. Las caracterización reológica no muestra cambios en la caracterización
de las muestra ChL10% respecto de la muestra control, manteniéndose
ambas muestra en el PG 70-22, sin embargo se evidenciaron cambios
importantes tanto en el Parámetro de Fatiga (reducción 29,7%) como el
valor-m (incremento 20%) que indicarían que esta muestra tendría una
mayor resistencia a la fatiga y la fractura a baja temperatura respecto de
la muestra control.
Agradecimientos
Nuestros agradecimientos a Johan Wolterboer de Altravie quien
presentó la idea de esta investigación y Dr. Federico Leighton por su
colaboración.
Nuestros agradecimientos se extienden también a CONICYT a través
del financiamiento otorgado por el proyecto FONDECYT 1131016.
Muchas gracias por su atención!!!
Alejandra Calabi Floody
[email protected]
Departamento de Ingeniería en Obras Civiles
Universidad de la Frontera, Temuco, Chile
Proceso de vinificación
Materiales: Ligante Asfáltico
Proceso fermentación orujo
Chardonnay