Bibliografia 23

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Bibliografia 23

  1. 1. REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA. UNIVERSIDAD RAFAEL URDANETA. FACULTAD DE INGENIERÍA. ESCUELA DE INGENIERÍA QUÍMICA. O S E R VAD OS RES H DEREC PRODUCCION DE BIODIESEL UTILIZANDO ACEITE VEGETAL DE DESECHO Y ETANOL.Trabajo Especial de Grado para optar al titulo de Ingeniero Químico. REALIZADO POR LOS BACHILLERES: Fonseca, Edgar. C.I. 17.938.018 Martínez, José Manuel. C.I. 18.341.341 TUTOR ACADÉMICO: Prof. Eudo Osorio. Maracaibo, 2009.
  2. 2. O S E R VAD S RES ACEITE VEGETAL DE E CHOPRODUCCION DE BIODIESEL UTILIZANDO DER DESECHO Y ETANOL. Fonseca L. Edgar J. Martínez. José Manuel C.I.: V-17.938.018 C.I.: V- 18.341.341 Telf. 0414- 6782560 Telf. 0414-6662726Edgar_travis@hotmail.com Emanuel_mrx@hotmail.com Tutor Académico Prof. Eudo Osorio.
  3. 3. VEREDICTONosotros Profesores: ______________________, ______________________,y ______________________, designados como Jurado Examinador delTrabajo Especial de grado “PRODUCCION DE BIODIESEL UTILIZANDOACEITE VEGETAL DE DESECHO Y ETANOL” presentado por los Bachilleres:Edgar Fonseca y José Martínez titulares de la Cédula de Identidad No. O S VAD17.938.018 y 18.341.341 respectivamente, nos hemos reunido para revisar SE R REacuerdo con las normas vigentesdicho trabajo y después del interrogatorio correspondiente, lo hemos aprobado S CHO de la Universidad Rafael Urdaneta, paracon _________________________ de E DERaprobadas por el Consejo Académicola Evaluación de los Trabajos Especiales de Grado para optar al Título deIngeniero Químico. En fe de lo cual firmamos, en Maracaibo, a los ______días del mes de _________ del año _______. ____________________ Msc. Eudo Osorio C.I.: V.- Tutor Académico ___________________ ___________________ Prof.: Prof.: C.I.: V.- C.I.: V.- Jurado Jurado ___________________ ___________________ Prof.: Prof.: C.I.: V.- C.I.: V.- Director de Escuela Decano
  4. 4. Dedicatoria Dedico este trabajo principalmente a Dios, por permitirme que aún sigaen este mundo gozando de las cosas buenas, lleno de vida y salud.Haciéndome cumplir y alcanzar los sueños y metas que hasta ahora he O S VADlogrado, y lo que falta por conquistar en el futuro. E R OS RES H REC A mis padres, por ser fundamentales en mi vida; estando allí en las DEbuenas y en las malas, brindándome su apoyo incondicional.Agradeciéndole su dedicación y desempeño para formarme. A mi hermana querida, por regalarme su fortaleza, aprecio, amor ycariño. A mi abuela, que es mi segunda madre ofreciendo su sabiduría,protección y buenos consejos. Sembrando valores que fueron fundamentalesen mi vida. En Honor a la memoria de mis amigos Paola Mellado, Balmiro JoséCarmona y María Lourdes Vielma que desde el cielo me cuidan y protegen,dedicándoles este trabajo especialmente a ellos donde quiera que estén. A Lidicis Faria por llenarme de alegría y motivación, por apoyarme entodo durante este último año de mi vida y ayudarme crecer como persona.
  5. 5. A mis compañeros que han estado ahí cuando más los henecesitados, ofreciendo siempre una mano amiga. Viviendo recuerdos gratosque perdurará por siempre, le dedico principalmente a mi compañero de tesisJosé Manuel por su apoyo y paciencia. O S ER VAD OS RES H DEREC Edgar Jr. Fonseca
  6. 6. Dedicatoria Le dedico este trabajo a Dios, mi amigo ya que sin el nada de esto fueseuna realidad, me ayudó, me protegió durante toda la carrera y mi vida. O S VAD A mis padres y mi familia, que tuvieron la paciencia y la cordura ER RESnecesaria para ayudarme cuando me sentía triste por cualquier motivo desde el H OS RECinicio hasta el final. DE A mi abuela Celia Andrade, por su apoyo e insistencia en mis estudios,confianza y trato como un hijo. A mis amigos de siempre, que me apoyaron en todo lo que quise, quieroy voy a querer, sin ellos nada de esto fuese posible. A Paola Mellado, por su valentía y sencillez como persona, por supureza y grandeza, por ser lo que fue, una leal e importante amiga, en honor asu memoria este trabajo. A Yasmira Morales, por ser la más atenta, cariñosa en mí vida, porhaberme apoyado en todos mis caprichos, y quererme como lo ha hecho. José Manuel Martínez
  7. 7. Agradecimientos A la Universidad Rafael Urdaneta que durante estos últimos cuatrosaños nos abrió sus puertas para formarnos como hombre y profesionales,adquiriendo conocimientos, destrezas y dedicación, brindada por excelentes O S VADprofesores capacitados que forman parte de esta gran familia. E R OS RES H REC A nuestro tutor Ricardo Ávila, por su dedicación e ilustrados DEconocimiento que sin su ayuda no hubiera sido posible la elaboración de estetrabajo de investigación. A nuestro tutor académico el profesor Eudo Osorio por dedicarnos sutiempo, para la culminación exitosa de éste proyecto. A la profesora Mónica Molero, por su amplia y excelente participación,por estar dispuesta a prestar la ayuda que fuera necesaria. A nuestros padres por la paciencia y esmero en todo momento desde elinicio de la carrera hasta llegar al un final exitoso como este. Edgar Jr. Fonseca y José Manuel Martínez
  8. 8. Fonseca L., Edgar Jr.; Martínez Q., José M. “Producción de biodiesel usandoaceite vegetal de desecho y etanol”. Tesis de Grado. Universidad RafaelUrdaneta. Facultad de Ingeniería. Escuela de Ingeniería Química. Maracaibo.Venezuela. 2009. 62p. RESUMENEl biodiesel, es un biocombustible que se produce mediante latransesterificación de triglicéridos, presentes en aceites vegetales y alcohol, O S VADdonde un alcohol de bajo peso molecular desplaza a la glicerina existente en el E Raceite vegetal. La mezcla de esteres así resultante posee unas propiedades RESfísico-químicas similares a las del diesel procedente de petróleo, el cual es H OSutilizado como combustible para grandes maquinarias. En esta investigación es RECimportante la producción de biodiesel con aceite vegetal de desecho, donde se DErequieren pasos adicionales para el cumplimiento de normas ASTM parabiocombustibles. Este trabajo fue de Tipo Correlacional con DiseñoExperimental, basado en Observación Directa y Documental. En estainvestigación se llevó a cabo la obtención de biodiesel a escala de laboratorio apartir de aceites vegetales de desecho y etanol, analizando el resultadoobtenido, donde según las normas de análisis mas importantes parabiocombustibles, son viscosidad, densidad, índice de cetanos, punto deinflamación, punto de nube. Concluyendo que el biodiesel se puede sustituirpor el diesel de manera eficiente, sin hacer modificaciones al motor, ya que suspropiedades fisicoquímicas son altamente semejantes.Palabras clave: Biodiesel, Ésteres de ácidos grasos, Transesterificación,Triglicéridos.Edgar_travis@hotmail.comJmanuel_mrx@hotmail.com
  9. 9. INDICE GENERALINTRODUCCION……………………………………………………………………..1CAPITULO I: PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA…………………………….3 1.1. Planteamiento del Problema............................................................3 1.2. Formulación del Problema……………………………………………..4 1.3. Objetivo General………………………………………………...………4 S 1.4 Objetivo Específicos……………………………………………………..4 V ADO SER 1.5 Justificación………………………………………………………………5 O S RE ECH 1.6 Delimitación………………………………………………………………5 1.6.1ER D Delimitación Espacial……………………………………………..5 1.6.2 Delimitación Temporal…………………………………………….6CAPITULO II: MARCO TEÓRICO…………………………………………………..7 2.1. Antecedentes…………………………………………………………....7 2.2. Bases Teóricas………………………………………………………...10 2.2.1. Biodiesel……………………………………………………………...10  Propiedades del Biodiesel………………………………………10  Materias Primas del Biodiesel…………………………………..11 2.2.2. Aceite Vegetal……………………………………………………….11  Usos del Aceite Vegetal…………………………………………11  Obtención del Aceite Vegetal…………………………………..12  Lípidos…………………………………………………………….13  Ácidos Grasos……………………………………………………13 2.2.3 Etanol…………………………………………………………………14  Síntesis……………………………………………………………14  Usos como combustible…………………………………………14 2.2.4 Aceite Vegetal Usado……………………………………………….15  Porcentaje de Acidez en el Aceite Vegetal…………………..16
  10. 10.  Saponificación………………………………………………….162.2.5. Proceso de Obtención de Biodiesel……………………………………….17  Transesterificacion…………………………………………….17  Transesterificacion como Síntesis de Biodiesel……………17  Reacción química……………………………………………...18  S ADO Variables del Proceso de Transesterificacion......................19 V RE SER 2.2.6. Catalizador…………………………………………………………..20 O SEuropea para Biodiesel…………………21 ECH 2.2.7. Norma Internacional y DER de Inflamación…………………………………………...22  Punto  Temperatura de Destilación…………………………………...22  Densidad………………………………………………………...22  Viscosidad……………………………………………………….23  Índice de Cetanos……………………………………………....23 2.2.3. Cuadro de Variable…………………………………………………24 2.2.4. Definición de Términos Básicos…………………………………..26CAPÍTULO III: MARCO METODOLÓGICO……………………………………..30 3.1. Tipo de Investigación…………………………………………………..30 3.2. Diseño de la Investigación…………………………………………….30 3.3. Técnicas de Recolección de Datos…………………………………..31 3.4. Fases de la Investigación……………………………………………..33CAPITULO IV: ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS…………………………...45 4.1. Análisis de resultados por fases de la investigación……………….45CONCLUSIONES...........................................................................................56RECOMENDACIONES…………………………………………………………...58REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS…………………………………………….60
  11. 11. ÍNDICE DE GRÁFICAGráfica p. 1 Calibración de la viscosidad…………………………………………52 2 Curva de destilación del biodiesel Muestra 10…………………….53 3 Curva de destilación diesel Venezolano……………………………54 O S E R VAD OS RES H DEREC
  12. 12. INDICE DE TABLASTabla p 1 Principales materias primas para la producción de biodiesel………....11 2 Norma internacional para Biodiesel (Volatilidad)……………………….22 3 Norma internacional para biodiesel (fluidez)………………………….....23 4 Norma internacional de biodiesel (composición)………………………..23 5 Cuadro de variables………………………………………………………..25 O S 6 R E VAD Características del aceite recolectado…………………………………...46 Etanol, transesterificación S RES HO 7 y razón molar………………………………...47 C 8 D ERE Cantidades de reactivos adicionada por corridas……………………….48 9 Rendimiento del proceso…………………………………………………..49 10 Pérdidas del proceso……………………………………………………….50 11 Densidad del biodiesel……………………………………………………...51 12 Cuadro de variable viscosidad…………………………………………….52 13 Propiedades del Biodiesel………………………………………………….55
  13. 13. INDICE DE FIGURASFiguras p 1 Formación del epóxido 36 2 Montaje para reacción de transesterificacion 37 3 Separación de biodiesel y glicerina 38 4 Lavado del biodiesel 40 S ADO 5 Secado del biodiesel 41 E R V O S RES ER ECH D¡
  14. 14. Fonseca L., Edgar Jr.; Martínez Q., José M. “BIODIESEL PRODUCTIONUSING VEGETAL OIL OF REMAINDER AND ETHANOL.” Rafael UrdanetaUniversity. Engineering Department. Chemical Engineering School. Maracaibo.Venezuela. 2009. 62p. ABSTRACTBiodiesel, its a biofuel wich is produced by transesterification of triglyceride, invegetable oil and ethanol , where one alcohol with low molecular weigth movesglycerine existing in the vegetable oil. The mixture of esters and has properties Sresulting physico-chemical characteristics similar to diesel from petroleum, O VADwhich is used as fuel for large machinery. This research is important to the E Rproduction of biodiesel with used vegetable oil, which require additional steps to REScomply with ASTM standards for biofuels. This type of study was correlational OS Hwith Experimental Design, based on direct observation and documentary. This DERECresearch was conducted to obtain laboratory-scale biodiesel from usedvegetable oils and ethanol, leading to various studies the result, whereaccording to the rules for biofuels, the most important for the analysis of it, isviscosity, density, cetane number, flash point, cloud point. Concluding thatbiodiesel can be substituted for diesel fuel efficiently, without making anychanges to the engine, because its properties are very similar.Palabras clave: Biodiesel, Esters of grase acids, Transesterification,Triglyceride.Edgar_travis@hotmail.comJmanuel_mrx@hotmail.com
  15. 15. INTRODUCCION En la actualidad, la humanidad necesita disminuir los niveles decontaminación del medio ambiente fundamentalmente la que hace referencia alcalentamiento global y el efecto invernadero al que estamos expuestos. Elconsumo de combustibles fósiles, entre ellos el petróleo, el carbón y el gas O Snatural, da lugar a emisiones de dióxido de carbono que contribuyen alcalentamiento gradual del planeta. E R VAD S RES climático incluidas la elevación CHO Las repercusiones previstas del cambio Edel DER nivel del mar, la mayor frecuencia e intensidad de las tormentas, laextinción de diversas especies, el agravamiento de las sequías y las malascosechas afectarán a todas las naciones del mundo. Ante el aumento continuodel total de emisiones, la mayoría de los países industrializados han aprobadoel Protocolo de Kioto. Primer esfuerzo mundial por controlar las emisiones. Una de las formas para mitigar este efecto es la disminución delconsumo de combustibles de origen fósil con el aprovechamiento decombustibles de origen vegetal. Para tal efecto los biocombustibles y en casode este trabajo el biodiesel, mezcla de diesel y aceite de frituras, disminuirá losefectos de la contaminación gradualmente a medida que las mezclasaumenten. El biodiesel es un combustible producido a partir de materias primasrenovables, (aceites vegetales y /o grasas animales) que puede ser usado puroB100, o mezclado con diesel de petróleo en diferentes proporciones, el máscomún el B20, tiene 20% de biodiesel y 80% de diesel. Es obtenido medianteun proceso llamado transesterificación que consiste en una reacción entre unagrasa o aceite con un alcohol de cadena corta generalmente metanol o etanoldando como productos los etilésteres (biodiesel) y la glicerina.
  16. 16. Es un combustible sustituto del gas-oil para motores diesel, el cualpuede ser producido partiendo de materias primas agrícolas como los aceitesvegetales, grasas animales y etanol, el cual a su vez también puede serproducido a partir de residuos de la agricultura. El biodiesel posee las mismaspropiedades del combustible diesel empleado como combustible para S ADOautomóviles, camiones, ómnibus y puede ser mezclado en cualquier proporcióncon el diesel obtenido de la refinación del petróleo. V R ESE CH OS R REposibles empresas que intervienen en el proceso de Esta investigación presenta la cadena de valor del biodiesel a partir de DEaceite de frituras, lasfrituras, recolección, extracción de aceite, producción de de biodiesel,distribución y comercialización del biodiesel. Por último se expondrán losdiferentes incentivos por parte de la legislación venezolana para la produccióny comercialización de biodiesel particularmente.
  17. 17. CAPITULO I EL PROBLEMA1.1.- Planteamiento del problema: O S En los últimos años una de las mayores preocupaciones a nivel mundial ha E R VADsido la contaminación ambiental producida por el exceso de combustible usado OS RESen los motores de automóviles, camiones, etc. Entre estos daños, se H REC las emisiones de monóxido de carbono, dióxido deencuentran el ocasionado por el combustible diesel el cual causa graves DEperjuicios al ambiente comoazufre, dióxido de carbono entre otros. El deterioro del medio ambiente, sumado a las poco alentadorasperspectivas que presentan los combustibles fósiles y la creciente concienciaambiental, han llevado al desarrollo de diversos combustibles y fuentes deenergía denominadas renovables o biodiesel. El biodiesel es un combustible sustituto del gas oil para motores diesel, elcual puede ser producido a partir de materias primas agrícolas, aceites ograsas y etanol o metanol que también pueden ser obtenidos de materiasagrícolas. El biodiesel posee las mismas propiedades que el diesel empleado comocombustible para automóviles, camiones, autobuses y puede ser mezclado encualquier proporción con el diesel obtenido de la refinación del petróleo. En Europa se ha utilizado por más de veinte años, y su uso se ha difundidoactualmente por todo el mundo a una velocidad increíble. Entre sus muchasventajas, se puede citar su impacto notorio en la reducción de emisionesgaseosas nocivas producto de la combustión. Además, posee excelente poderde lubricación, lo que permite su utilización como aditivo lubricante. A esto se ledebe sumar la posibilidad de utilizarlo en mezclas con gasoil común en
  18. 18. cualquier proporción, así como su elevada biodegradabilidad, y su rendimientocomparable al del gasoil derivado de petróleo. Por otra parte, existen importantes consideraciones económicas quedificultan el desarrollo del mercado del biodiesel. En Venezuela la expansióndel consumo de este combustible se ha visto limitada por su elevado costo OS ADresulta competitivorespecto del gas oil lo que ha determinado que su desarrollo haya estadoasociado a la existencia de apoyos o subsidios ya V no Rque ESEen condiciones de mercado. H OS R REC analizar en qué medida este energético resulta Por lo tanto,E necesario D escompetitivo con el precio del gas oil ya que es el combustible que sustituye, enparticular con relación al precio del gas oil importado. Este análisis depende dela posibilidad de que el biodiesel logre producirse en condiciones competitivas,lo cual depende esencialmente del costo de la materia prima, dado que lamisma representa el 60% del costo de producción del biodiesel y la evolucióndel precio del petróleo.1.2.- Formulación del Problema:¿Cómo producir el biodiesel usando Aceites vegetal de desecho y etanol?1.3.- Objetivo General:Producir biodiesel usando aceite vegetal de desecho y etanol.1.4.- Objetivos Específicos:1. Caracterizar el aceite vegetal y el etanol para ser utilizado en el proceso.2. Realizar procedimiento para la producción de biodiesel.3. Analizar el producto obtenido.
  19. 19. 1.5.- Justificación del Problema: El propósito de esta investigación es demostrar que la obtención delbiodiesel a partir del aceite vegetal de desecho cumplirá un rol primordial en elparque automotor, ya que si este es utilizado de la manera más correcta sereduciría en una gran proporción la contaminación del medio ambiente. S ADO vegetal de Para la obtención del biodiesel a partir del RV y el aceite SE etanol Eplan de trabajo donde se involucren H OS Rdesecho es necesaria la elaboración de untodos los parámetros EC R de operación, reactivos y materiales, por tal motivo, la DEimplementación de este proyecto representará para la industria automotriz y lapoblación propiamente dicha la solución al problema de contaminaciónambiental, disminuyendo los costos operativos y aumentando la rentabilidad.En este sentido, la función de obtener un biocombustible es de vitalimportancia ya que promueve la conservación del medio ambiente y el ahorrode energía. Además de los principales objetivos que los investigadores quieren alcanzarcon la asignación de este proyecto, no solo es contribuir a la mejora continuadel medio ambiente, sino también según los resultados se espera caracterizarel producto e implantar las ideas a su uso en el parque automotriz. Losbeneficios que se puedan lograr, se dirigen igualmente a aquellas personas y/oempresas que de una manera u otra sienten alcanzar un particular interés en eltema planteado, y en parte deja la enseñanza y enriquecimiento profesional detodos los involucrados.1.6.- Delimitación: 1.6.1.- Delimitación Espacial: El presente trabajo especial de grado será elaborado en el laboratorio deQuímica General de la Universidad Rafael Urdaneta.
  20. 20. 1.6.2.- Delimitación Temporal: El presente trabajo especial de grado será realizado a partir del mes deoctubre del 2008, hasta junio del 2009. O S E R VAD OS RES H DEREC
  21. 21. CAPITULO II MARCO TEÓRICO2.1.- Antecedentes de la Investigación: Romano, Silvia (2005), en su proyecto “Obtención y caracterización de SBiodiesel en planta piloto”. Universidad de Bogota, Facultad de Ingeniería. OBogotá. Colombia. E R VAD S RES obtener Biodiesel en escala de E CHO El objetivo General de este proyecto fue: Los Rplanta piloto.DEObjetivos Específicos fueron: adaptar las técnicas utilizadasen escala de laboratorio para controlar la calidad del producto, caracterizarlo ydetectar contaminantes. En escala de laboratorio, se incorporaron enzimasinmovilizadas (lipasas) al proceso de producción de Biodiesel y se compararonlos resultados con el método convencional (transesterificación). Se caracterizóel Biodiesel utilizando normas ASTM. Los Autores del Marco Teórico fueron: González, Marcelo (2004) abordandoel tema del método transesterificacion, como obtención de banco de datos,Acebedo, Luís (2003) enfatizando la elaboración de plantas piloto para elprocesamiento de aceites renovables, como ingrediente principal característicodel Biodiesel, Álvarez, Eduard (2000) ubicando la teoría sobre la variación de ladensidad al someter al aceite a altas temperaturas. En el proceso experimental, se caracterizaron ciertos aspectos tomados encuenta para la obtención del Biodiesel implementando metodología de ensayoy error para obtener un producto más puro, y menos contaminante, para luegoser analizado mediante un severo control de calidad. El resultado fue elesperado obteniendo un producto eficiente, ya que fue probado en reactoresconfirmando que es una energía renovable. Esta investigación es de suma importancia al tema en cuestión, ya que esuna evidencia de que se puede obtener un biodiesel, como biocombustible,
  22. 22. dando paso a una nueva metodología como ensayo y error, para la obtenciónde este producto renovable. Herrera, Dávila Álvaro (2004), realizó su investigación titulada, “Método deObtención de Biodiesel a partir de Aceites Vegetales de Grado de AcidezVariable en un Sistema Continuo” Centro de Estudios de Ingeniería deAndalucía. España. El Objetivo General se basó en: Obtención RV DOS ABiodiesel en sistema Ede E variable. Los Objetivos S acidez un de H OS Rcontinúo a partir de aceites vegetales DE RECEspecíficos fueron: caracterizar por mezcla en una primera etapa aceitesvegetales de grado de acidez variable, reaccionar el aceite en un reactortubular modular horizontal múltiple y continuo con metanol en la proporciónestequiométrica de 1:50 a 1:300, caracterizar Ia cantidad de ácidos grasoslibres presentes en el medio, en presencia de un ácido fuerte como catalizador,en una proporción de 1 a 10 gramos por kilogramo de aceite. Los autores principales del Marco Teórico fueron: Morales, Rocío (1999)sobre la teoría de los niveles de acidez de un aceite vegetal, y como podríanvariar sometidos a diferentes temperaturas, Martínez, Claudio (2002) acerca delos reactores tubular modular horizontal en sus dos etapas, múltiples eindividuales. Ferrer, Pérez Raúl (2002) en la teoría de propiedades físicoquímicas de los alcoholes, como el metanol en específico. El grado de acidez es el parámetro que revela la pureza del aceite por tantose procedió a la obtención del Biodiesel a partir de aceites de palmas por elmétodo de transesterificacion obteniéndose un alto valor de acidez en elproducto lo cual indico el inicio de un proceso de ranciedad unido aldecaimiento cualitativo del aceite de palma resultando un producto con unaacidez menor. Posteriormente se obtuvo un Biodiesel con un bajo valor deacidez lo cual define un proceso de extracción eficiente del aceite efectuadoinmediatamente después de la recolección del aceite de palma y con métodos
  23. 23. naturales y poco agresivos. Los niveles de acidez se midieron a través de unPhmetro obteniéndose dichos resultados. Esta investigación un alto beneficio al presente trabajo ya que indica losdiferentes análisis y procedimientos aplicados al Biodiesel para el control de sucalidad. Alejo, L y Siritt, H (2005), en su trabajo especial de grado titulado S ADO fue: enfoque“Propuesta de mejoras en la producción de aceite de palma” en la Universidadde Misiones, Argentina. El Objetivo General de esta V R investigación ESE una serie de propuestas H OS Rgerencial de Gestión Tecnológica, para desarrollar DE RECoperativas de mejoras en los procesos productivos. Los Objetivos Específicosfueron: Utilizar las herramientas propias de la metodología Administración CeroPérdidas, Describir la aplicación de técnicas de recolección de datos, Hacerénfasis en las fallas que ocasionan desperdicios de material y energía. Algunos autores recalcados en el Marco Teórico: Weckl, Sebastián (1990)Enfatizando el sistema de control de calidad de aceites en cuanto a su color yporcentaje de acidez. Frey, Ricardo (2001) con el estudio de aceites vegetales,especialmente de Palmas. Se procedió a seleccionar el área de estudio, delimitando el problema. Seidentificaron todas las posibles causas asociadas al problema, mediante unametodología propia de la investigación denominada Taller de Trabajo, pormedio de la cual se obtuvieron como resultado de la investigación dospropuestas de producción de aceite de palma, empleando técnicas de manejode materiales, técnicas para el análisis de los parámetros de los procesos ysistemas de inventario de la empresa. Dicho estudio ofrece un aporte significativo referente a las propuestas deobtención de Biodiesel a partir del aceite de palma, ya que permite tener unaidea mas clara y precisa de las posibles soluciones a ofrecer en el presenteestudio, empleó técnicas de recolección de datos para buscar las posiblessoluciones como lo fueron las encuestas y observación directa, utilizó técnicas
  24. 24. de manejo de materiales para acortar las distancias entre operaciones y reducirel manejo para el análisis de producción de aceite de palma, considerando quesi se quiere obtener un Biodiesel de calidad la materia prima también debeserlo.2.2.- Bases Teóricas:2.2.1.- El Biodiesel: S ADO a partir de El biodiésel es un biocombustible líquidoRV se obtiene ESEnuevos o usados, mediante que H OS R lípidos naturales como aceites vegetales, procesos industrialesC esterificación y transesterificación, y que se aplica RE de DE en la preparación de sustitutos totales o parciales del diésel o gasóleo obtenido del petróleo. El biodiésel puede mezclarse con gasóleo procedente del refino de petróleo en diferentes cantidades. Se utilizan notaciones abreviadas según el porcentaje por volumen de biodiésel en la mezcla: B100 en caso de utilizar sólo biodiésel, u otras notaciones como B5, B15, B30 o B50, donde la numeración indica el porcentaje por volumen de biodiésel en la mezcla.  Propiedades del biodiesel: El biodiésel se describe químicamente como compuestos orgánicos de ésteres de ácidos grasos de cadena larga y corta, que entres sus componentes y propiedades contienen 11% Oxigeno en peso y no contiene azufre, Reduciendo proporciones significativas en la emanación de partículas, monóxido de carbono y dióxido de azufre.  Materias primas del biodiesel: La fuente de aceite vegetal suele ser aceite de colza, ya que es una especie con alto contenido de aceite, que se adapta bien a los
  25. 25. climas fríos. Sin embargo existen otras variedades con mayor rendimiento por hectárea, tales como la palma. También se pueden utilizar aceites usados (por ejemplo, aceites de fritura), en cuyo caso la materia prima es muy barata y, además, se reciclan lo que en otro caso serían residuos. Además, existen otras materias primas en las cuales se pueden extraer aceite para utilizarlas en el proceso de producción de Biodiésel. OS ADFUENTES ACEITES E RV RES ACEITES VEGETALES OTRAS OS CONVENCIONALES ALTERNATIVOS H REC carinata Aceite de semillas modificadas E Girasol Brassica D genéticamente Colza Cynara curdunculus Grasas animales (sebo de vaca y búfalo) Coco Camelina sativa Aceites de micoralgas Soja Crambe abyssinica Aceite de producciones microbianas Palma Pogianus Aceites de fritura Tabla 1. Principales materias primas para la producción de biodiésel. Fuente: Castaño y Lapuerta “Bioingeniería” (2000).2.2.2.- Aceite vegetal: El aceite vegetal es un compuesto orgánico obtenido a partir de semillas u otras partes de las plantas en cuyos tejidos se acumula como fuente de energía.  Usos del aceite vegetal: Los aceites vegetales son preferibles a las grasas animales para el consumo humano. Esto se debe a que son ricos en ácidos grasos mono o poliinsaturados, una cualidad muy importante para la transformación de grasa en el organismo humano. En la actualidad es obligación del fabricante de productos en que aparezca el aceite vegetal advertirlo en el etiquetado. A veces esta advertencia se hace refiriéndose al aceite utilizado, aunque lo más común es que sean
  26. 26. varios y mezclados en cuyo caso se advierte simplemente de que el producto contiene aceites vegetales, sin especificar. La mayor parte de los aceites vegetales se usan para alimentar el ganado. El aceite vegetal más usado para consumo humano es el de girasol. Aunque también se ha extendido el uso de este aceite vegetal como combustible para los motores diesel. El aceite vegetal también se puede utilizar como combustible en vehículos híbridos o O S VAD adaptados. E R S RES CHO Obtención del aceite vegetal: E DER vegetal se puede obtener mecánica o químicamente, y El aceite generalmente se usa alguna combinación de ambas técnicas. En el método mecánico las semillas y frutos oleaginosos se someten a un proceso de prensado. Los residuos de este prensado se aprovechan como alimento para el ganado, por ser un producto muy rico en proteínas. Finalmente se somete al aceite extraído a otro proceso de refinamiento. El método químico utiliza disolventes químicos que resulta más rápidos y baratos, además de dar mejor rendimiento. El solvente generalmente usado es el Hexano. Por tal motivo, muchos nutricionistas y médicos, están en contra de su uso en la alimentación. Lípido: Los lípidos son moléculas orgánicas, la mayoría biomoléculas, compuestas principalmente por carbono e hidrógeno y en menor medida oxígeno, aunque también pueden contener fósforo, azufre y nitrógeno, que tienen como característica principal el ser hidrofóbicas o insolubles en agua y sí en disolventes orgánicos como la bencina,
  27. 27. el alcohol, el benceno y el cloroformo. En el uso coloquial, a los lípidos se les llama incorrectamente grasas, aunque las grasas son sólo un tipo de lípidos procedentes de animales. Los lípidos cumplen funciones diversas en los organismos vivientes, entre ellas la de reserva energética (triglicéridos), la estructural (fosfolípidos de las bicapas) y la reguladora (esteroides). S Ácidos grasos: Son las unidades básicas deERV ADO ES por una larga cadena los lípidos saponificables, y consisten en moléculas R HOS par de átomos de carbono (12-22) y formadas C D ERE hidrocarbonada con un número un grupo carboxilo terminal. La presencia de dobles enlaces en el ácido graso reduce el punto de fusión. Los ácidos grasos se dividen en saturados e insaturados.  Saturados. Sin dobles enlaces entre átomos de carbono; por ejemplo, ácido láurico, ácido mirístico, ácido palmítico, ácido esteárico, ácido araquídico y ácido lignogérico.  Insaturados. Los ácidos grasos insaturados se caracterizan por poseer dobles enlaces es su configuración molecular. Éstas son fácilmente identificables, ya que estos dobles enlaces hacen que su punto de fusión sea menor que en el resto. Se presentan ante nosotros como líquidos, como aquellos que llamamos aceites. Este tipo de alimentos disminuyen el colesterol en sangre y también son llamados ácidos grasos esenciales. Los animales no somos capaces de sintetizarlos, pero los necesitamos para desarrollar ciertas funciones fisiológicas, por lo que debemos aportarlos en la dieta. La mejor forma y la más sencilla para poder enriquecer nuestra dieta con estos alimentos, es aumentar su ingestión,
  28. 28. es decir, aumentar su proporción respecto los alimentos que consumimos de forma habitual.2.2.3.- Etanol: Es un alcohol que se presenta como un líquido incoloro e inflamable con un punto de ebullición de 78 °C. Al mezclarse con agua en cualquier proporción, da una mezcla azeotrópica. O S E R VAD Su fórmula química es CH 3 -CH 2 -OH, principal producto de las bebidas OS RES alcohólicas como el vino (un 15% aproximadamente), la cerveza (5%) o H REC licores ( hasta un 50%). DE  Síntesis: El alcohol es un líquido incoloro y volátil que está presente en diversas bebidas fermentadas y utilizado para combustibles. Desde la antigüedad se obtenía el etanol por fermentación anaeróbica de una disolución con contenido en azúcares con levadura y posterior destilación.  Uso como combustible: Se emplea como combustible industrial y doméstico. En el uso doméstico, se emplea el alcohol de quemar. Éste además contiene compuestos como el etanol u otras sustancias denominadas desnaturalizantes, que impiden su uso como alimento, ya que el alcohol para consumo suele llevar impuestos especiales. En algunos países, en vez de etanol se utiliza metanol como alcohol de quemar.2.2.4.- Aceite vegetal usado: El Aceite vegetal usado es Aceite residual, procedente de la producción de la fritura de alimentos. Este aceite ha perdido sus propiedades originales una vez termo-oxidados y deben ser tratados correctamente. Estos aceites
  29. 29. suelen contener restos de alimentos y agua que se desprende de lapreparación de los alimentos. Estos aceites adquieren mayor graduaciónsegún se utilicen más y es posible que adquieran dioxinas por las cenizasde la incineración. El aceite vegetal usado es un residuo particularmente contaminante.Esto significa que verter dicho residuo por el fregadero es una práctica ilegaly anti-ecológica. Producir biodiesel a partir de aceite vegetal es O S VADrelativamente sencillo guardando las medidas de seguridad pertinentes (hay E R RES hidróxido sódico. Para favorecerincluso recetas caseras). El método más común consiste en la S E CHO de calor y remover, lo que implica untransesterificación usando alcohol etílico ela reacción ER D se necesita aportepequeño consumo eléctrico, se obtiene biodiesel y glicerina (jabón). Elcombustible obtenido puede ser usado en la mayoría de motores diesel conpequeñas o ninguna modificación. El aceite de fritura usado es una de las alternativas con mejoresperspectivas en la producción de biodiésel, ya que es la materia prima másbarata, y con su utilización se evitan los costes de tratamiento comoresiduo. España es un gran consumidor de aceites vegetales, centrándoseel consumo en aceite de oliva y girasol. Por su parte, los aceites usadospresentan un bajo nivel de reutilización, por lo que no sufren grandesalteraciones y muestran una buena aptitud para su aprovechamiento comobiocombustible. Además, como valor añadido, la utilización de aceites usados significa labuena gestión y uso del residuo, el informe sobre el marco regulatorio de loscarburantes propone reciclar aceite de fritura en biodiésel, este aceite daproblemas al depurar el agua; sin embargo, su recogida es problemática.  Porcentaje de Acidez en el aceite vegetal: El aceite constituye uno de los productos alimenticios de mayor y permanente demanda por parte de los consumidores. Dentro de
  30. 30. éstos, los aceites denominados 100% vegetal y los de maravilla son los que muestran mayor variedad de marcas y precios en el mercado. De acuerdo con el Reglamento Sanitario de los Alimentos, los aceites comestibles de maravilla no deberán contener más de un 0,25% de acidez libre expresado como % de ácido oleico. Respecto a la acidez es importante saber que el grado de acidez no se refiere a lo que la palabra "ácido" significa normalmente. Como parámetro O S químico, la acidez se refiere a la proporción de ácidos grasos libres E R VAD que contiene el aceite, expresada en grados. Estos grados no tienen OS RES relación con la intensidad del sabor. Un aceite de oliva virgen extra H REC elaborado en condiciones óptimas en todo su de baja acidez no es un aceite de poco sabor. Se trata de la garantía de DE un fruto sano, proceso. Queda claro pues que los grados de acidez del aceite son una pauta para catalogar, pero no guardan ninguna relación con el sabor. Saponificación: Es una reacción química entre un ácido graso y una base o álcali, en la que se obtiene como principal producto la sal de dicho ácido y de dicha base. Estos compuestos tienen la particularidad de ser anfipáticos, es decir tienen una parte polar y otra apolar (o no polar), con lo cual pueden interactuar con sustancias de propiedades dispares. Por ejemplo, los jabones son sales de ácidos grasos y metales alcalinos que se obtienen mediante este proceso. El método de saponificación en el aspecto industrial consiste en hervir la grasa en grandes calderas, añadiendo lentamente sosa cáustica (NaOH), agitándose continuamente la mezcla hasta que comienza esta a ponerse pastosa. La reacción que tiene lugar es la saponificación y los productos son el jabón y la glicerina.
  31. 31. 2.2.5.- Proceso de obtención de biodiesel: La producción del biodiesel es bien conocida y citada extensamente en la literatura y a través de diversos medios líricos. Básicamente se elabora mediante la transesterificación de grasas y aceites con alcohol etílico en ambiente básico. Los catalizadores a emplear pueden ser soda cáustica o etilato sódico, ambos en solución etanólica. O S  La transesterificación: E R VAD RES E HOS Céster por otro alcohol. Estas reacciones son La transesterificación es el proceso de intercambiar el grupo alcoxi ER un D de frecuentemente catalizadas mediante la adición de un ácido o una base.  La transesterificación como síntesis de biodiesel: El proceso de transesterificación consiste en combinar, el aceite (normalmente aceite vegetal) con un alcohol ligero, normalmente etanol, y deja como residuo de valor añadido glicerol, que puede ser aprovechada por la industria cosmética, entre otras. Una molécula de aceite vegetal está formada por tres ésteres vinculados a una molécula de glicerina, lo que hace de él un triglicérido. El procedimiento para la conversión de los aceites vegetales en biodiésel se llama transesterificación. Transesterificación no es nada más que la separación de la glicerina del aceite vegetal. Aproximadamente el 20% de una molécula de aceite vegetal está formado por glicerina. La glicerina hace que el aceite vegetal sea más denso y viscoso. Durante el proceso de la Transesterificación, la glicerina se elimina del aceite vegetal, dejando el aceite fino y la reduciendo la viscosidad.
  32. 32. Para producir el biodiésel, hay que separar los ésteres del aceite vegetal de la glicerina. Los ésteres son la base de biodiésel. Durante este proceso, la glicerina se sustituye por alcohol (etanol o metanol). Para lograr la separación de la molécula, se necesita un catalizador, que puede ser hidróxido de sodio o hidróxido de potasio. Con la ruptura de la molécula, la glicerina se une a la sosa cáustica (hidróxido de sodio) y se decanta por ser más pesada que el O S VAD biodiésel. Los ésteres se unen el alcohol, y forman el biodiésel. E R RES el biodiésel se produce entre un La reacción química S obtener HO dos bases (etanol y catalizador). La cantidad para C D ERE ácido (aceite vegetal) y de catalizador utilizado en la fabricación de biodiésel dependerá del pH de aceite vegetal. El éxito de la reacción depende de la capacidad para medir el pH, o incluso, la acidez del aceite vegetal. La reacción química: La reacción, denominada transesterificación , substituye el etanol - producto químico utilizado para quitar el agua de la gasolina - por la glicerina en los triglicéridos (grasas, aceites) para elaborar etil- ésteres también denominados biodiesel. Utiliza la soda cáustica (sosa) como catalizador. Un químico lo podría escribir como: Triglicéridos (aceites) + Alcohol (etanol) ===> Biodiésel (etil-ésteres) + Glicerina (Catalizador:sosa). El proceso químico es relativamente sencillo, sin embargo para producir un biodiesel de calidad deben optimizarse las variables del proceso, tales como el exceso de etanol, la catálisis del mismo, desactivación del catalizador, agitación, temperatura y, en general, todas las variables del proceso. La viscosidad del éster es menos de dos veces superior a la del gasoil, frente a las 1020 veces la del
  33. 33. aceite vegetal crudo. La composición del Biodiesel deriva de las características químicas de los aceites utilizados. Variables del proceso de transesterificación: Existen diferentes variables de operación que influyen sobre la reacción de transesterificación. La relación molar entre el alcohol y el O S aceite es una de las variables más influyentes en el rendimiento de E R VAD los ésteres que constituyen el biodiesel. Según la estequiometría, la OS RES alcoholisis requiere tres moles de alcohol por mol de triglicérido para H REC dar tres moles de ésteres de ácidos grasos y un mol de glicerina. DE La relación molar está asociada al tipo de catalizador utilizado de modo que un aumento de relación molar está asociada también a un aumento de la velocidad de la reacción, alcanzándose mayores conversiones en tiempos menores debido a que una mayor cantidad de alcohol desplaza el equilibrio hacia la formación de productos. La temperatura óptima de reacción depende del aceite utilizado. La concentración del catalizador depende del tipo de catalizador pero también de la relación molar de los reactivos y de la temperatura. El tiempo de reacción depende de la cantidad de producto que se quiere obtener, de las condiciones de reacción y de los requerimientos energéticos de la misma, aunque para obtener conversiones máximas generalmente suele estar en torno a una hora. El efecto de la agitación está asociado al efecto que provoca la mezcla alcohol – aceite sobre la transesterificación. La solubilidad del aceite en el alcohol es baja (de ahí que se emplee exceso de alcohol) y la agitación ayuda a la reacción pero está limitada por la transferencia de materia entre el triglicérido y el alcohol.
  34. 34. 2.2.6.- Catalizador: Un catalizador es una sustancia (compuesto o elemento) capaz de acelerar (catalizador positivo) o retardar (catalizador negativo o inhibidor) una reacción química, permaneciendo éste mismo inalterado (no se consume durante la reacción). A este proceso se le llama catálisis. S ADO con mayor o Los catalizadores no alteran el balance energético final de la reacción química, sino que sólo permiten que se alcanceV equilibrio R el ESE actúan alterando superficies H OS R menor velocidad. Muchos de los catalizadores DE REC permitiendo encontrarse y unirse o separarse a dos o más reactivos químicos. En el mundo natural, hay catalizadores biológicos o biocatalizadores, los más importantes son las enzimas, de naturaleza proteica aunque también existen ácidos ribonucleicos con capacidad catalítica, denominados ribozimas. La reacción requiere la presencia de un catalizador adecuado, que puede ser homogéneo o heterogéneo. Aunque los catalizadores tradicionalmente utilizados en la alcoholisis de grasas y aceites han sido homogéneos (especialmente de carácter básico). Los catalizadores homogéneos pueden ser básicos o ácidos. La catálisis homogénea básica es mucho más rápida que la ácida y requiere condiciones más moderadas de presión y temperatura. Sin embargo, presentan el problema de la formación de jabones por neutralización de los ácidos grasos libres presentes en el aceite, especialmente cuando se utiliza el hidróxido potásico o el sódico. Esta neutralización se puede evitar utilizando ácidos grasos de bajo índice de acidez. No obstante, los aceites más rentables económicamente presentan cierto contenido en ácidos grasos, como los aceites y grasas usadas. La catálisis homogénea ácida es más lenta y requiere condiciones
  35. 35. menos moderadas que usando catalizadores básicos, pero la principal ventaja es que los ácidos grasos libres no forman jabones sino que se esterifican directamente a ésteres etílicos por lo que es muy ventajosa para la de aceites de alto índice de acidez. Los catalizadores homogéneos básicos son sales fuertes, comúnmente hidróxidos sódicos y potásicos y los alcóxidos correspondientes, metóxidos, O S etóxidos, propóxidos y butóxidos sódicos y potásicos. Además de éstos los E R VAD carbonatos, las amidas sódicas y potásicas y los hidruros sódicos y OS RES potásicos también pueden ser utilizados. Como catalizadores ácidos suelen H REC emplearse ácidos fuertes como el ácido sulfúrico, clorhídrico, fosfórico y sinfónico. DE En los procesos de metamorfosis de los aceites anteriormente especificados se realizó un estudio a fin de obtener un catalizador más adecuado. Se estudiaron catalizadores homogéneos básicos como hidróxidos alcalinos, alcóxidos alcalinos y catalizadores homogéneos ácidos tales como ácido sulfúrico.2.2.7.- Norma internacional y europea para biodiesel. La ASTM (American Society for Testing and Material Standard) describe al biodiesel como ésteres monoalquílicos de ácidos grasos de cadena larga derivados de lípidos renovables tales como aceites vegetales o grasas de animales, y que se emplean en motores de ignición de compresión. Sin embargo, los ésteres más utilizados, son los de metanol y etanol (obtenidos a partir de la transesterificación de cualquier tipo de aceites vegetales o grasas animales o de la esterificación de los ácidos grasos.
  36. 36. Tabla 2: Norma internacional para Biodiesel (Volatilidad). Parámetro Unidad Norma estadounidense Norma Europea de para medida Biodiesel Biodiesel (ASTM D6751-07) (EN14214)Punto de inflamación °C 130 min. 120 min. Temperatura de °C 360 máx. destilación Densidad a 15 °C g/ml 0,86-0,90 Fuente: Norma ASTM PS 121/1999 “Especificaciones para biodiesel”. O S  E R VAD RES Punto de inflamación: H OS DE REC Mide la tendencia del combustible de formar mezclas inflamables con el aire. Se usa para evaluar el riesgo de inflamación del biocombustibles, se establece un mínimo para seguridad contra incendios. En el biodiesel este límite se utiliza para garantizar que se haya removido todo el etanol. El exceso de etanol puedo afectar las bombas de combustible, sellos y empaquetaduras y resultar en mala combustión.  Temperatura de destilación: El biodiesel tiene prácticamente un punto de destilación, que se ubica en el rango más alto de la curva del diesel. Este parámetro se incorpora para controlar que el combustible no haya sido contaminado con materiales de mayor punto de evaporación.  Densidad: La propiedad que nos permite medir la ligereza o pesadez del biodiesel recibe el nombre de densidad. Cuanto mayor sea la densidad de un cuerpo, más pesado nos parecerá.
  37. 37. Parámetro Unidad Norma estadounidense Norma Europea de para medida Biodiesel Biodiesel (ASTM D6751-07) (EN14214)Viscosidad a cSt 1.9 - 6.0 3.5 - 5.0 40°C Tabla 3: Norma internacional para biodiesel (fluidez). Fuente: Norma ASTM PS 121/1999 “Especificaciones para biodiesel”. S Viscosidad: O E R VAD La viscosidad es una medida de la resistencia del combustible a fluir. OS RESCuando la temperatura aumenta la viscosidad disminuye, algunos motores H DE REC no es problema con el biodiesel, que suele tenerrequieren una viscosidad mínima para evitar perdidas durante la inyeccióndel combustible (lo cualmayor viscosidad que el diesel). La viscosidad máxima depende del diseñodel sistema de inyección. Un combustible muy viscoso puede causar unamala atomización, que lleva a la mala combustión.Parámetro Unidad Norma estadounidense Norma Europea de para medida Biodiesel Biodiesel (ASTM D6751-07) (EN14214) Índice de 47 min. 51 min. cetanos Tabla 4: Norma internacional de biodiesel (composición). Fuente: Norma ASTM PS 121/1999 “Especificaciones para biodiesel”. Índice de cetanos: Mide la calidad de ignición de un combustible, un alto número decetanos indica un menor retraso en la ignición, ayuda a un mejor arranquedel motor y minimiza la emisión de humo.
  38. 38. 2.3.- Cuadro Variable:El Objetivo General: obtener el biodiesel a partir de aceite vegetal usado yetanol Variable Dependiente: Biodiesel.Biodiesel: O S  E R VAD Definición Conceptual: el Biodiesel es un biocombustible sintético OS RES líquido que se obtiene a partir de lípidos naturales como aceites H DE REC vegetales o grasas animales, nuevos o usados, mediante procesos industriales de esterificación y transesterificación, y que se aplica en la preparación de sustitutos totales o parciales del Petro diésel o gasóleo obtenido del petróleo. (Rudolf Diesel) 1983.  Definición Operacional: el biodiesel es un biocombustible, que funciona como medio de ignición para el trabajo de motores, o reactores reduciendo la contaminación, mejorando el rendimiento del motor. (Rudolf Diesel) 1983 Variable Independiente: Aceite vegetal usado y Etanol.Aceite vegetal usado:  Definición Conceptual: es un producto obtenido de plantas de girasol o palmas, específicamente frituras, método típico de cocina, es decir, aceite usado. (Rudolf Diesel) 1983  Definición Operacional: producto para el uso comestible, medio de cocción para alimentos. (Rudolf Diesel) 1983.Etanol:
  39. 39.  Definición Conceptual: es un alcohol que se presenta como un líquido incoloro e inflamable con un punto de ebullición de 78 °C. Su fórmula química es CH 3 -CH 2 -OH, principal producto de las bebidas alcohólicas, el etanol se obtiene fácilmente del azúcar o del almidón en cosechas de maíz y caña de azúcar, entre otros. (Rudolf Diesel) 1983  O S Definición Operacional: compuesto químico, que se utiliza para la E R VAD producción de combustibles, y bebidas alcohólicas. (Rudolf Diesel) 1983 OS RES HOBJETIVO DEREC VARIABLE SUB-VARIABLES INDICADORESPECÍFICO Aceite:Caracterizar el Aceite de frituras y -% de Acidezaceite de frituras y etanol - % de Humedadetanol para ser Variableutilizado en el dependiente: Elproceso BiodieselRealizar el Procedimientoprocedimiento para la producción Transesterificaciònpara la producción de Biodiesel de triglicéridosde Biodiesel Variable independiente: Aceites de Viscosidad,Analizar el Frituras y Etanol Producto obtenido densidad, númeroproducto obtenido de cetanos, punto de inflamación. Tabla 5. Cuadro de variables Fuente: Fonseca y Martínez (2009).
  40. 40. 2.4.- Definición de términos básicos.  Aceite: (del árabe az-zait, el jugo de la aceituna, y éste del arameo zayta) es un término genérico para designar numerosos líquidos grasos de orígenes diversos que no se disuelven en el agua y que tienen menos densidad que ésta. (Rudolf Diesel, 1983).  Aceite de colza: Es un aceite nutritivo producido a partir de S prensado a partir del prensado de las semillas de la planta de colza O (Denis Almedia, 1966). R VAD S ESE Rvegetal y al igual que la mantequilla de CHO (Denis Almedia, 1966).  Aceite de coco: Es un aceite coco es unaE DER sustancia grasa  Aceite de girasol: Es el aceite obtenido de la semilla de girasol, se caracteriza por su contenido de vitamina E. (Rudolf Diesel, 1896).  Aceite de palma: Se trata de un aceite de origen vegetal obtenida del mesocarpio de la fruta de la palma Elaeis guineensis, este aceite es considerado como el segundo más ampliamente producido sólo superado por el aceite de soja. El fruto de la palma es ligeramente rojo y este es el color que tiene el aceite embotellado sin refinar. (Rudolf Diesel, 1896).  Ácido oleico: Es un tipo de grasa monoinsaturada típica de los aceites vegetales como el aceite de oliva, de aguacate, de palma, etc. (Rudolf Diesel, 1896).  Biodiesel: Es un biocombustible sintético líquido que se obtiene a partir de lípidos naturales como aceites vegetales o grasas animales, nuevos o usados, mediante procesos industriales de esterificación y transesterificación, y que se aplica en la preparación de sustitutos totales o parciales del petrodiésel o gasóleo obtenido del petróleo. (Rudolf Diesel, 1893).  Calentamiento global Es el fenómeno observado en las medidas de la temperatura que muestra en promedio un aumento en la
  41. 41. temperatura de la atmósfera terrestre y de los océanos en las últimas décadas. (Ávila Ricardo, 2006). Catalizador: Cuerpo capaz de producir la transformación catalítica. (Ávila Ricardo, 2006). Combustible: Es cualquier material capaz de liberar energía cuando se cambia o transforma su estructura química. Supone la liberación de una energía de su forma potencial a una forma utilizable (por ser O S VAD una reacción química, se conoce como energía química). (Rudolf E R RES compleja de hidrocarburos Diesel, 1893). S E CHO de parafinas y aromáticos, con un Combustible Diesel: Es una mezcla DER compuesta principalmente contenido de olefinas que alcanza solamente a un pequeño porcentaje por volumen. (Rudolf Diesel, 1983). Combustibles fósiles: Son aquellos energéticos que se presentan normalmente en ambientes como carbón, gas natural, hidrocarburos sólidos, petróleo, entre otros. (Rudolf Diesel, 1893). Cultivo: Toda clase de especie vegetal cultivada en un campo, generalmente con fines económicos. (Rudolf Diesel, 1893). Efecto invernadero: Se denomina efecto invernadero al fenómeno por el cual determinados gases, que son componentes de una atmósfera planetaria, retienen parte de la energía que el suelo emite por haber sido calentado por la radiación solar. Afecta a todos los cuerpos planetarios dotados de atmósfera. (Ávila Ricardo, 2006). Energéticos: son aquellas sustancias clasificadas químicamente. (Ávila Ricardo, 2006). Especies: Unidad básica de la clasificación biológica. (Ávila Ricardo, 2006).
  42. 42.  Fritura: Cocción de un alimento mediante la inmersión rápida en un recipiente lleno de materia grasa muy caliente. (Ávila Ricardo, 2006). Metanol: Alcohol de metano de fórmula molecular CH3OH. Es utilizado como combustible principalmente al juntarlo con la gasolina. (Rudolf Diesel, 1893). Nafta: (del árabe, naft), también conocido como éter de petróleo, es S ADO petroquímica un derivado del petróleo extraído por destilación directa, utilizado principalmente como materia prima de V industria SER en la producción de la ("nafta petroquímica" o S RE energética"), HO y propileno, así como de otras fracciones "nafta no D REC Ecomo benceno, tolueno y xilenos. En la industria química se alquenos, como etileno líquidas usa como disolvente. La nafta energética es utilizada para producir gasolina de alto octanaje, mediante el proceso de reformado catalítico y para la generación de gas de síntesis (Sintegas o Syngas), que es utilizado a su vez en la producción de gas doméstico. (Rudolf Diesel, 1896). Pericarpio es, en botánica, la parte del fruto que recubre su semilla y consiste en el ovario fecundado. (Rudolf Diesel, 1896). Semilla: Es la estructura mediante la cual se realiza la propagación de las plantas. (Rudolf Diesel, 1896). Semillas oleaginosas: Los frutos secos son semillas oleaginosas porque proceden de determinadas plantas como: almendras, castaños, pepitas de girasol, etc. (Rudolf Diesel, 1896). Suspensión: manera en que partículas muy pequeñas de una materia sólida están en un líquido sin disolverse y distribuidas uniformemente. (Connor, Abraham, 1995). Transesterificación: es el proceso de intercambiar el grupo alcoxi de un éster por otro alcohol. (Smith John, 1997).
  43. 43. CAPITULO III MARCO METODOLOGICO3.1.- Tipo de Investigación Hernández Fernández y Baptista (2003), establecen que una investigacióncorrelacional, se define como una asociación de variables mediante un patrón O Spredecible para un grupo o población. Los estudios correlaciónales evalúan el E R VADgrado de vinculación entre dos o mas variables, pudiéndose incluir varios pares OS RESde evaluaciones de esta naturaleza en una sola investigación (comúnmente se H DE REC y parcial, ya que el hecho de saber que dosincluye mas de una correlación). La investigación correlacional tiene, en algunamedida, un valor explicativovariables se relacionan, aumentan mucho más la información. Cuanto mayorsea el número de variables que se asocien en el estudio mayor sea la fuerza delas relaciones, más completa será la explicación. Por lo anteriormente expuesto, se concluyó que la presente investigación,forma parte de este tipo, ya que se relacionan dos variables, una dependientey otra independiente. La variable a manipular será la independiente, por tanto lavariable dependiente será medida. El etanol y aceite de frituras seránmanipuladas, con el fin de medir y obtener el biodiesel (variable dependiente).Se puede decir que es del tipo correlacional, ya que se realizaron un númerode experimentos para obtener el biodiesel, de manera óptima. En pocaspalabras es experimental ya que, esta investigación trató de la obtención y losbeneficios del biodiesel, para luego compararlo con el tradicional diesel. Se puede añadir, que es de tipo explicativo. Ya que las variablesrelacionadas forman un vínculo informativo que profundiza más elentendimiento del proceso.3.2.- Diseño de Investigación. Hernández Fernández y Baptista (2006), hicieron mención de un diseño deinvestigación experimental se define como, la concepción de un experimento
  44. 44. donde se requiere la manipulación intencional de una acción para analizar susposibles resultados. Se refiere a un estudio en el que se manipulanintencionalmente una o más variables independientes, para analizar lasconsecuencias que la manipulación tiene sobre una variable dependiente,dentro de una situación de control para el investigador. Por tanto, se dedujo que la presente investigación tuvo un diseñoexperimental, ya que se utiliza cuando el investigador pretende establecer el O S VADposible efecto de una causa que se manipula, en este caso el etanol con aceite E R RES Diesel con 20% de Biodieselde frituras. Para la obtención de biodiesel se realizaron varios experimentoscon diferentes concentraciones S y 80% de HO de ECBiodiesel, para analizar y comparar los diferenteshasta llegar al ER de D 100%efectos que causa la manipulación de una variable arrojando diferentesresultados encontrando así el producto óptimo, donde el proyecto es factible,ya que se ofreció como una fuente de energía alterna, reduciendo así lasemisiones de dióxido de carbono, para un balance de las mismas en el mundomás favorable.3.3.- Técnicas de Recolección de Datos. Una vez que seleccionamos el diseño de investigación apropiado en estecaso “experimental”, de acuerdo con nuestro problema de estudio, la siguienteetapa consiste en recolectar los datos pertinentes sobre los atributos,conceptos cualidades y variables. El mismo implica elaborar un plan detalladode procedimientos que nos conduzcan a reunir datos con un propósitoespecífico. Para recolectar los datos asociados con las variables de investigación deobtener biodiesel a partir del etanol y aceite de frituras, se tomo en cuentacuidadosamente los detalles del proceso, para seleccionar el instrumentoapropiado y confiable para la medición y el desarrollo del presente estudio. Las técnicas de recolección de datos que fueron aplicadas para esteanálisis fueron:
  45. 45.  La Observación Directa: Según Hernández, Fernández y Baptista (2006), “la observación directaconsiste en el registro sistemático, cálido y confiable de comportamientos oconductas manifiestas, donde se recolectan datos mediante la observación delinvestigador”. La observación directa fue aplicada para el análisis de este trabajo, debido S ADO y el alcohol,que se muestra y se percibe directamente los cambios y fenómenos que ocurreen el momento de la transesterificacion entre RV ESE los triglicéridos H OS Rutilizando equipos de laboratorio registrando informaciones validas y confiables.Los datos que se dieron C la síntesis del biodiesel fueron precisos y exactos RE para DEpor tanto, a observación directa se concluyo que el biodiesel había sidoproducido satisfactoriamente.  Observación Documental: Hernández, Fernández y Baptista (2006) establecen que: “En cuanto alas investigaciones sobre la realidad actual, además de constituir losdocumentos un complemento indispensable de los demás medios deobservación de la realidad, han de partir de las anteriores investigacionesrealizadas de tipo similar, que respecto a ellas constituyen también fuentesdocumentales”. Para la presente investigación, se recopilaron diversos aspectos quefueron determinados para la recolección de datos, estos aspectos se tomaronde investigaciones anteriores sobre el Biodiesel, se obtuvo que la observacióndocumental fue fundamental, ya que los resultados obtenidos llegaron a serprecisos y contundentes debido a la documentación que existía sobre el tema.Es importante recalcar, que las investigaciones pasadas sobre el tema fuerontomadas en cuenta desde su teoría hasta ser llevadas a su ejercicio o práctica.
  46. 46. 3.7.- Fases de la investigación.1.- Caracterización del aceite vegetal usado.  Materias primas: aceites y grasas. S Las materias primas aceites y grasas vegetales y animales disponibles O E R VADpara producir biodiesel en Venezuela son variadas: aceites vegetales, grasasanimales, aceite de maíz, aceites y RES mantecas comestibles usados. Sinembargo, su cantidad no esHOS para satisfacer una posible demanda a EC suficiente DERgran escala de biodiesel. Un siguiente paso, con el fin de estimar el potencial de réplica de estossistemas pequeños de producción de biodiesel a partir de aceites usados, hasido el inicio de un estudio para evaluar, caracterizar y clasificar los aceites ygrasas comestibles residuales en la ciudad de Maracaibo. El estudio constó de una primera etapa a nivel de laboratorio, queincluyó: – Recolección de aceites y grasas residuales de cadenas de comida rápida, fábricas de bocaditos fritos, cadenas de supermercados, restaurantes. – Análisis de los aceites y grasas: índice de acidez, porcentaje de humedad, índice de saponificación. – Evaluación de métodos de pre-tratamiento de los aceites: filtrado, desecación en estufa de vacío, neutralización de ácidos grasos libres.  Filtrado:
  47. 47. Para la caracterización del aceite vegetal usado, se realizaron distintosensayos de manera precisa y exacta, con el fin de determinar cantidades queiban a ser utilizadas en el proceso. Se colocó una muestra de aceite en un vaso precipitado para ser calentadoa una temperatura de 130 °C. Luego en un erlenmeyer se trasladó el mismocon un embudo de porcelana y papel filtro, conectado a una bomba de vacío Opara filtrar la muestra, eliminando toda impureza que pudiese existir. S E R VAD  % Humedad: OS RES H El aceite E REC se filtró, se reiteró el proceso de calentado a unos D usado que 150 °C en una plancha eléctrica, durante 10 minutos exactamente con el fin de remover toda el agua el podía existir en el mismo. En este paso se realizó el cálculo del porcentaje de humedad que tenía el aceite usado, para comparar la diferencia entre el aceite vegetal virgen con el usado. Con base de la norma COVENIN 704:1996. Se pesaron 1-2 grs. de muestra en crisoles previamente secados y pesados. Se colocaron en la estufa a 105-110 ºC por 5 horas hasta obtener peso constante. Se enfriaron las muestras en un desecador y se pesaron al alcanzar la temperatura ambiente. Se calculó el % de Materia Seca con la siguiente ecuación: peso.muestra. sec a, g % MS   100 peso.de.muestra. parcialmente. sec a, g Se calculó el % de Contenido de Humedad por diferencia: %Humedad = 100 - %MS  Porcentaje de Acidez:
  48. 48. Para la primera parte de la caracterización se determinó el porcentaje deacidez del aceite, con el fin de saber que tipo de catalizador se iba a manipularpara la obtención del Biodiesel. Los materiales utilizados fueron: balanza analítica neutralizada, vasoprecipitado de 100 ml, matraz de erlenmeyer 250 ml, bureta graduada de 50 ml,vaso precipitado de 250 ml y una probeta de 100ml. Los reactivos utilizados O Sfueron: mezcla de etanol con éter etílico 1:1 v/v de 150 ml, solución KOH 0,01N etanólico. E R VAD OS RES CH REml de etanol al 95° y se trasladaron a un erlenmeyer Empezando con el procedimiento para la obtención del porcentaje de DEacidez, se midieron 75para luego añadir 75 ml de éter etílico, y se agitó. Se pasó la mezcla a un vasoprecipitado de 250 ml y se procedió a medir el pH por medio de papel tornasol,hasta que el pH llegó a 7 neutralizándolo con KOH 0,1N. Posteriormente, se pesaron en un erlenmeyer 20 gr. de muestra y semezclaron con 75 ml de la solución etanol éter etílico neutralizado. A la mezclase le agregaron 4 gotas de fenolftaleína y se tituló con una solución preparadade etanol con KOH 0,01N hasta que cambió de color a rosado. Se procedió alcálculo del porcentaje de acidez con los datos arrojados a través de la siguientefórmula: V NP %A  Donde, 10  M A: Porcentaje de Acidez. V: Volumen en ml de KOH utilizado en la titulación. C: Normalidad de KOH. P: Peso equivalente del acido oleico, 282 g/mol. M: Masa de la muestra en gramos.2.- Realizar procedimiento para la producción de biodiesel.
  49. 49. En el montaje experimental realizado, se llevaron a cabo las siguientesetapas para la obtención de biodiesel: Preparación del etóxido, reacción detransesterificación, separación de biodiesel y glicerina, lavado del biodiesel ysecado del biodiesel.  Preparación del etóxido. O S Para la preparación del etóxido, se pesaron las cantidades especificadas en E R VADcada corrida de NaOH y etanol, luego se mezclan y con ayuda de agitación las OS RESescamas de catalizador se disuelven en el etanol, formando el etóxido de Hsodio. DEREC El peso del catalizador (NaOH) corresponde al porcentaje de catalizadorespecificado en el diseño más la cantidad necesaria para neutralizar los ácidosgrasos libres presentes en el aceite. Figura 1. Formación del etóxido Fuente: Fonseca y Martínez (2009)  Reacción de transesterificación:
  50. 50. Para la reacción de transesterificación se utiliza un reactor de cuatro bocascon capacidad de 4000 ml, agitador tipo ancla, manta de calentamiento,condensador de bola, termómetro de mercurio y termómetro de inmersión.  Condiciones de operación: Temperatura: 60 ºC (+1 y 2 ºC), en ocasiones la temperatura seincrementaba en uno ó dos grados centígrados, debido a que el sistema decalentamiento es controlado manualmente. O SPresión: 0 Psig. E R VADAgitación: 200 rpm. OS RES H RECTiempo de reacción: 90 min. DE Para llevar a cabo la reacción de transesterificación, se cargó el aceiteusado al reactor y se precalentó a una temperatura aproximada de 40ºC, con elfin de ayudar a que se alcanzar rápidamente la temperatura de reacción.Mientras que se realizó el precalentamiento del aceite se preparó el etóxido,para que una vez se obtengan los 40ºC, se adicione al reactor. Figura 2: Montaje para reacción de transesterificación Fuente: Fonseca y Martínez (2009) Después de adicionar el etóxido, se esperó que la temperatura llegase a los60°C y se dejó por 90 minutos, para garantizar que se complete la reacción.
  51. 51.  Separación de biodiesel y glicerina. Para la separación del biodiesel se utilizó un embudo de separación concapacidad de un litro. Una vez cumplido el tiempo de reacción se vertieron losproductos en el embudo y se dejaron un tiempo mínimo de 12 horas, paragarantizar la buena separación entre fases. (Los tiempos no fueron iguales O Spara todas las corridas, variaron entre 17 y 47 horas, debido a que en E R VADocasiones el tiempo de separación se cumplió en horarios nocturnos y se OS RESesperaba hasta el día siguiente para separar los productos.). ECH Rmuestra las dos fases formadas, la fase superior de color En la Figura Ese D3rojizo son los etilésteres (biodiesel), y la fase inferior de color café es laglicerina. Las fases fueron extraídas y pesadas. Etilester Glicerina Figura 3: Separación de biodiesel y glicerina Fuente: Fonseca y Martínez (2009)Condiciones de operación:Temperatura: 25ºC
  52. 52. Presión: 0 PsigTiempo de separación: Mínimo 12 horas  Lavado: Para el lavado del biodiesel se utilizó un embudo de separación concapacidad de un litro. Una vez que el biodiesel es separado de la glicerina, se O Slavó ya que, hubo presencia de residuo de catalizador, etanol, jabones yglicéridos sin reaccionar. E R VAD OS RES H DE REC el agua se agregó en 4 lavados. En cada lavado el Para el lavado se utilizó una cantidad de agua correspondiente a la segundaparte del biodiesel obtenido;agua se agregó lentamente para que atravesara el biodiesel y arrastrase lasimpurezas hacia el fondo del embudo, luego son separadas del biodiesel, esteprocedimiento se repite 4 veces, en el último lavado el agua salió clara adiferencia del primero que fue turbia. El tiempo de cada lavado depende de loque se demore separando el agua con las impurezas del biodiesel. En la Figura 4 se ilustran los cuatro lavados realizados al biodieselobservándose la diferencia del agua de lavado entre el primer (agua turbia) yúltimo lavado (agua clara).
  53. 53. O S E R VAD OS RES H DEREC Figura 4: Lavado del biodiesel Fuente: Fonseca y Martínez (2009)Condiciones de operación:Temperatura: 25ºCPresión: 0 PsigTiempo de lavado: Depende de cada etiléster  Secado: Para la etapa de secado del biodiesel se empleó un erlenmeyer en un bañode maría con agua. En la Figura 5 se ilustra el montaje para esta etapa. Elbiodiesel fue secado para eliminar el contenido de agua que quedó del lavado;se dejó secar hasta que no se observó burbujeo.
  54. 54. Figura 5: Secado del biodiesel O S VAD Fuente: Fonseca y Martínez E R RESCondiciones de operación: H OS RECTemperatura: 110ºC DEPresión: 0 PsigTiempo de secado: Depende de cada etiléster El biodiesel seco se deja enfriar y se pesa para luego ser almacenado.3.- Analizar el producto obtenido. Se estableció una serie de análisis que sería sometido el producto obtenidoen el laboratorio. A fin de tener un producto óptimo, fue importante lacaracterización del aceite, ya que este tenía un grado de acidez mayor que elaceite vegetal sin usar, esto se debió a los altos contenidos de residuos quetenía el mismo. En la transesterificación el hidróxido de sodio fue mezclado conel etanol para formar un etóxido de sodio. Cuando se mezcló el etóxido conaceite, rompió las uniones de la molécula de aceite, liberando glicerina yneutralizando los ácidos grasos. En la práctica, de acuerdo a la reacción con propiedad estequiométrica, senecesitó más de 3 alcoholes por cada triglicérido para que la reacción pudieseocurrir completamente. De igual forma, para que esta reacción sintetizada se llevara a cabo senecesitó la presencia de un catalizador y de ciertas condiciones de reacción, asaber, tiempo, temperatura, agitación. Así mismo se vio que la calidad del
  55. 55. aceite es uno de los condicionantes más importante para que latransesterificación se diera adecuadamente. Para el análisis del biodiesel se llevaron a cabo 10 experimentos condistintas proporciones estequiométricas y diferentes porcentajes de catalizador.  Análisis de rendimiento. O S E R VAD RES corridas diferentes en cuanto a Se realizó un análisis de rendimiento para el proceso de obtención delbiodiesel, debido a que se HOSa cabo 10 EC proporción estequiométrica, con el fin de calcular llevaron DERporcentaje de catalizador ycual de las combinaciones entre estos dos parámetros fueron los maseficientes en la realización del proceso.  Análisis de apariencia del biodiesel. Para el análisis de la apariencia del biodiesel, se realizó un estudio de lacantidad de residuos y geles que contenía el biodiesel, tomando en cuenta laproporción estequiométrica y el porcentaje de catalizador utilizado en lascorridas, con el fin de saber que porcentaje es más eficiente de acuerdo a losrequisitos de la norma de calidad de biodiesel para la apariencia del mismo.  Análisis de destilación del biodiesel. La prueba de la destilación se utilizó para determinar las característicasde los diversos puntos que hierve una muestra del biodiesel. Esto, tiene unefecto importante en el funcionamiento, el almacenaje, y la seguridad decombustibles. El procedimiento estándar para medir la gama de puntos quehierve para los combustibles es la prueba de la destilación, que es la ASTM D86. Esta prueba consiste en un destilador simple donde se introduce lamuestra y se recogen los datos del punto que hierve. Estos datos incluyen el

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