Estudio comparativo de diferentes aceites comerciales en el proceso de transesterificación en biodiesel

Estudio comparativo de diferentes aceites comerciales en el proceso de transesterificación en biodiesel y la influencia de éstos en su porcentaje de eficiencia como biocombustibles

• Pregunta de monografía:

¿En qué medida el aceite comercial empleado en la producción de biodiesel influye en el porcentaje de eficiencia del biodiesel obtenido?

MONOGRAFÍA EN  QUÍMICA

Cómputo de palabras: 3977

INDICE

1. INTRODUCCIÓN
2. FUNDAMENTO TEÓRICO

1. Reacción de transesterificación
2. Propiedades fisicoquímicas de las grasas y aceites

1. Densidad
2. Índice de acidez

1. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

1. Hipótesis
2. Variables

1. Materiales
2. Reactivos
3. Determinación del índice de acidez
4. Transesterificación de los ácidos grasos de cada aceite comercial

1. Preparación del etóxido de sodio
2. Transesterificación
3. Separación del biodiesel y glicerina
4. Lavado en agua fría
5. Secado

1. Determinación del porcentaje de eficiencia de los aceites comerciales
2. Pruebas de calidad de los biodiesel obtenidos

1. RESULTADOS Y DISCUSIÓN

1. Determinación del índice de acidez
2. Determinación de la eficiencia de la producción de biodiesel
3. Pruebas de calidad por cada biodiesel

1. CONCLUSIONES
2. LIMITACIONES Y RECOMENDACIONES
3. REFERENCIAS

1. INTRODUCCIÓN

Con la aparición de los vehículos, el consumo de combustibles fósiles ha ido aumentando con el paso de los años, y por ello, también se agota paulatinamente, provocando la subida de precio del petróleo hasta 3 veces mayor, afectando directamente a la economía en general y sobre todo, al medio ambiente, debido a que el uso excesivo de estos combustibles generan grandes cantidades de monóxido de carbono (CO) al ambiente. Además, los dos gases responsables del efecto invernadero son el anhídrido carbónico (CO2) y el metano, que originan un aumento en la temperatura atmosférica global (Murillo, 2003; Abundo, 2017). Por tal motivo, se ha visto la necesidad de buscar nuevas alternativas para dar solución a este problema ambiental y económico. De modo que, el biodiesel resulta una opción viable, debido a sus beneficios ambientales: capacidad de renovación, degradación y no toxicidad (Ortiz et al., 2016). Por ende, mi motivación con esta investigación está relacionado con el cuidado y conservación del medio ambiente, enfocándolo en las graves consecuencias hechas por el consumo descomunal de los combustibles fósiles.

Por otro lado, la cantidad y calidad del biodiesel producido depende de mucho de la materia prima de la cual ha sido extraída, por lo que surgió la siguiente pregunta de investigación: ¿En qué medida el aceite comercial empleado en la producción de biodiesel influye en el porcentaje de eficiencia del biodiesel obtenido? 

En el presente trabajo, pretendo analizar la eficiencia de diferentes aceites comerciales en los vehículos motorizados, con la condición de que éstos sean de origen vegetal para evaluar cuál de estos aceites –una vez convertida en biodiesel- puede servir mejor como biocombustible, tanto en eficiencia como en calidad. Por lo tanto, se utilizará aceites vegetales como el helianthus annuus (girasol), glycine max (soya), elaeis guineensis (palma), olea europea (oliva) y sesamum indicum (ajonjolí). En la metodología, se utilizará el proceso de transesterificación para producir biodiesel, dado que es el proceso convencional más eficiente para producir biodiesel con cultivos oleaginosos, la cual consta de los siguientes pasos: Preparación de la solución, la transesterificación, el lavado y el secado. Así, de la pregunta general planteada, resultaron algunas preguntas específicas: ¿De qué manera la cantidad del biodiesel obtenido influye en su porcentaje de eficiencia? y ¿Cómo la temperatura y el catalizador pueden influir en la obtención de un mayor porcentaje de eficiencia del biodiesel producido según el aceite comercial empleado?

1. FUNDAMENTO TEÓRICO

El biodiesel, o éster metílico de ácidos grasos, es el carburante líquido oxigenado que se deriva de aceites o grasas de origen vegetal o animal, y que gracias a sus propiedades, similares a las del gasóleo, puede utilizarse de manera pura o mezclado con el diésel derivado del petróleo. Este biocombustible se obtiene a través del proceso químico de la transesterificación (Avilés, 2007).

1. Reacción de transesterificación

Este proceso consiste en que los aceites orgánicos son combinados con un alcohol -metanol o etanol- y alterados químicamente, dando la formación de ésteres mono-alquílicos de ácidos grasos de cadena larga y glicerol o glicerina (Castro, 2007; Zapata, Martínez, Arenas y Henao, 2007). En este caso, se empleará diferentes tipos de aceites comerciales provenientes de cultivos oleaginosos. Por otro lado, se puede utilizar otros alcoholes en la reacción, como el etanol, la cual forma cadenas cortas, mas no largas (Ortiz et al., 2016, p. 4). [pic 1]

Fuente: Vicente, 2012.

Figura 1. Ecuación química de la reacción de la transesterificación.

1. Propiedades fisicoquímicas de las grasas y aceites

Las propiedades fisicoquímicas del biodiesel pueden variar según la composición de las materias primas. Por ello, en este trabajo se ha seguido la norma EN 14214, para determinar algunas propiedades que los combustibles diésel deben tener para ser comercializados.

1. Densidad

La densidad es una de las propiedades más relevantes de los combustibles, puesto que los sistemas de inyección, bombas e inyectores, deben suministrar la cantidad de combustible preciso para establecer la combustión apropiada. Este depende del contenido en ésteres y de la cantidad remanente de alcohol, por lo tanto viene determinada por el aceite elegido, y en cierta parte, por las etapas de purificación aplicadas. La norma EN 14214 establece que el intervalo de la densidad permitido es entre 860 – 900 kg.m-3 (Vicente, 2012).

1. Índice de acidez

El índice de acidez representa el contenido de ácido graso libre y es una medida del grado de hidrólisis que ha experimentado el triglicérido; se denomina como porcentaje de ácido oleico, palmítico, o laurico, según el ácido graso que predomine en la grasa en cuestión. Asimismo, es el número de mg de (KOH o NaOH) necesario para neutralizar los ácidos grasos libres de 1 g de aceite. Éste se determina a través de la valoración del aceite disuelto en alcohol con una solución estándar de (KOH o NaOH). Si éste muestra un valor elevado, significa que contiene una alta cantidad de ácidos grasos libres, puesto que ha sufrido un alto grado de hidrólisis (Abundo, 2017). El índice de acidez es importante para la producción de biodiesel, ya que los ácidos grasos libres reaccionan con el catalizador (KOH o NaOH), dando la formación de jabones (saponificación), lo que lleva a un menor rendimiento en la producción del biodiesel, y la formación de emulsiones que dificultan la purificación de éste (Castro, 2007). El valor máximo del índice de acidez según la norma seguida es de 0,50 mg de KOH o NaOH por gramo de muestra (Vicente, 2012).

1. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

1. Hipótesis

Al tener en cuenta los puntos a analizar, surgieron las siguientes hipótesis:

1. El tipo de aceite comercial a emplear influye en el porcentaje de eficiencia del mismo en el proceso de transesterificación de biodiesel.
2. El porcentaje de eficiencia de cada biodiesel obtenido es directamente proporcional a la cantidad producida del biodiesel.

1. Variables

1. Variable independiente

Tipo de aceite comercial

1. Variable dependiente

Eficiencia del aceite comercial (%)

1. Variables controladas

• Cantidad de etanol (CH3CH2OH)
• Cantidad de NaOH.
• Temperatura.
• Cantidad de cada aceite comercial (cm3)

1. Materiales

• Vasos de precipitados de 100 ml.
• Fiolas de 250 ml (± 0.30ml).
• Embudos de decantación de 100 ml.
• Probetas graduadas de 100 ml (± 1ml)
• Matraces Erlenmeyer de 250 ml.
• Matraz Erlenmeyer con quita sapo de 1000 ml.  
• Bureta de 100 ml (± 0.10ml).
• Olla pequeña.
• Pinza.
• Cocina eléctrica.
• Sensor de temperatura “Pasco”.
• Sensor de pH “Pasco”

1. Reactivos

• Hidróxido de Sodio al 98% (NaOH)
• Alcohol al 96% (CH3CH2OH)
• Aceite de palma “Palmerola”.
• Aceite de girasol “Sao”.
• Aceite de ajonjolí “Olivos del Sur”.
• Aceite de oliva “Olivos del Sur”.
• Aceite de soya “Soya”.
• Fenolftaleína al 1%.

1. Determinación del índice de acidez (Universidad de Córdoba, 2013)

Como reactivo valorante debe usarse una disolución de NaOH 0,1 N estandarizada previamente y como indicador se usa fenolftaleína al 0,1% en etanol.

Pesar con una aproximación de 0,01 g de 10 g de aceite en un erlenmeyer, previamente tarado. Posteriormente, añadir 50 ml de la mezcla disolvente (alcohol-éter etílico) previamente neutralizada con NaOH 0,01 y agitar moderadamente. Luego, añadir 5 ml de fenolftaleína.

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