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Construcción de Reactor para producción de Biodiesel
 

Construcción de Reactor para producción de Biodiesel

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Producción de Bodiesel a partir de grasa animal obtenida del Camal Municipal de Abancay.

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    Construcción de Reactor para producción de Biodiesel Construcción de Reactor para producción de Biodiesel Document Transcript

    • ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA AMBIENTALDISEÑO Y CONSTRUCCION DE UN REACTOR PARA LA OBTENCION DE BIODIESEL, A PARTIR DE GRASAS DE ORIGEN ANIMAL GENERADAS EN EL CAMAL MUNICIPAL DE LA CIUDAD DE ABANCAY – APURIMAC INTEGRANTES: 1. MARIA PIEDAD BUENO MOLINA 2. HARVEY ADOLFO TELLO FELIX 3. LUIS IVAN FLORES BARAZORDA 1 Abancay, 2012
    • PRESENTACIÓNLa presente tesina está orientada al „‟Diseño y Construcción De Un Reactorpara la obtención de Biodiesel, a partir de grasas de origen animalgeneradas en el Camal Municipal de la ciudad de Abancay – Apurímac„mediante un proceso de transesterificación. En vista de lo que se viveactualmente con respecto al uso de combustibles fósiles, debido al aumento delcosto del petróleo por la reducción del abastecimiento del mismo, se hacenecesario realizar estudios que propongan soluciones alternativas deproducción de combustibles que favorezcan la economía y la provisión deenergía. Por ello la necesidad de crear combustibles limpios, que nopropaguen el problema del efecto invernadero, ya que se ha demostrado queeste incremento se debe principalmente a la oxidación de carbono orgánico(producto de la combustión de combustibles fósiles) y la deforestación, esto haprovocado que la concentración de CO2 actual sea mayor en los últimos650.000 años. Ponemos este trabajo a disposición del docente del curso parasu posterior revisión. 2
    • INDICEPresentación……………………………………………………………….………….…..2Resumen Ejecutivo………………………………………...……...……………………..4Abstract………………………………………………….......……….…………….……...5Introducción………………………………………….……………..................................6Estado Del Arte………………………………………........................................….……7Objetivos……………………………................................................................………..9Objetivo General………………………………………………………………………….9Objetivos Específicos ………………………..........................................................…..9Justificación………………………………………………………………………………..10Limitaciones De La Investigación…………………………………………..…………...11CAPITULO I……………………………………………………………………………….121. Marco Teórico – Conceptual Y Referencial………………………………….……...121.1. Generalidades………………………………………………………………………..121.2. Descripción De La Materia Prima E Insumos………………….……..…………..121.3. Productos Resultantes…………………………………….………………………..16A. ¿Qué Es El Biodiesel?.........................................................................................16Ventajas Del Biodiesel…………………………………………………….……..……….18Inconvenientes Del Biodiesel…………………………………….……….……………..18Aplicaciones…………………………………………………………..…………..……….18Control De Calidad Del Producto………………………………………………….…….201.4. Reactor…………………………………………………………………..……..…….21Características……………………………………………………………………….…….212. Diseño De Reactores…………………………………………………...….……..22Marco Referencial - Marco Legal De Los Biocombustibles………………..……….…23CAPITULO II…………………………………...............................................................24Ingeniería Del Proyecto………………………………………………..………………….242.1. Descripción Del Proceso De Obtención De La Grasa Animal………………..….242.1.1. Selección……………………………………………………………..........………..242.1.2. Extracción De Las Grasas………………………………………….………......….242.1.3 Almacenamiento…………………………………………………………........…….252.2. Descripción Del Proceso De Obtención Del Producto…………………………252.2.1. Mezclado……………………………………………………………………………252.2.2. Proceso De ReacciónQuímica (Transesterificaciòn)………………………….252.2.3. Separación De Productos………………………………………………..…….….262.3. Control De Calidad…………………………………………………………..…..272.4. Almacenamiento……………………………………………………………….….272.5. Comercialización…………………………………………………………….……..272.6. Criterios Para la Construcción ………………………………………………………282.7. Proceso de Obtención de Biodiesel…………………………………………………282.8. Diagrama De Flujo Cualitativo……………………………………………..………...292.9. Diagrama De Flujo Cuantitativo…………………………………………………….30CAPITULO III……………………………………………………………………….………313.1. Resultados De La Investigación………………………………….………..……….313.1.1. Resultados Objetivo General…………………………………………….………..313.1.2. Resultados De Objetivos Específicos………………………………...…………313.2. Balance De Masa………………………………………………………...…………31CAPITULO IV…………………………………………………………………..…..……….32Discusión Y Conclusión De Resultados…………………………………..……………..324.1. Para Resultados Del Objetivo General……………………………………324.2. Para Resultados Objetivos Específicos……………………….………….32ANEXOS………………………………………………………………………....………….33 3
    • RESUMEN EJECUTIVOEl camal de la ciudad de Abancay actualmente genera cerca 5400 kg deresiduos al año aproximadamente, los que son vertidos directamente al rioMariño, siendo así un factor de contaminación, las grasas animalesrepresentan aproximadamente el 47% de estos residuos ,por ello se escogiócomo materia prima a estas, para la producción de biodiesel como objetivoprincipal mediante el diseño y construcción de un birreactor para la obtenciónde este biocombustible ,con características adecuadas y así proponer unaposible alternativa de solución a la inadecuada disposición final de dichoelemento.La metodología utilizada fue la selección de tejidos grasos para luego realizarla fundición y filtración e la grasa ya liquida, la cual fue mezclada en unbiorreactor a motor con metanol e hidróxido de sodio como catalizadorproduciéndose así una reacción de transesterificación dando como resultadosfinales biodiesel y glicerina.Luego de haber realizado la reacción de transesterificación, se logró obteneruna solución lista para el proceso de decantación, a partir del cual se pudoobtener los productos finales esperados. Se logró obtener grasa decaracterística liquida, fundida a 50°C por 24 horas para evaporar todo el aguaexcedente y evitar la formación de jabones en la mezcla.El diseño del reactor se realizó teniendo en cuenta el pH de la reacción (enmedio básico) y la posterior construcción en el que se realizó el proceso deobtención del biodiesel de la forma requerida. El objetivo general de la presenteinvestigación, es el de obtener Biodiesel a partir grasa animal, producto finalque se pudo obtener, sin embargo no con las características deseadas, debidoa las limitaciones en cuanto a la adquisición de los insumos necesarios.La obtención de la materia prima utilizada, es decir, la grasa animal fueconseguida acudiendo al camal municipal de Abancay, donde se nos facilitó 4.5kg de sebo de vaca (fase sólida), parte de la cual (2 kg) fue sometida a unproceso de fundición en estufa (fase líquida) para su posterior filtrado, evitandode esta manera la presencia de sólidos suspendidos.Palabras clave: biodiesel, biorreactor, grasa animal, transesterificación,contaminación ambiental. 4
    • ABSTRACTThe slaughterhouse of the city of Abancay currently generates about 5400 kg ofwaste a year or so, which are tossed into the river Marino, making it a source ofpollution, animal fats represent about 47% of this waste was chosen so thesefeedstock for biodiesel production as its main objective by designing andconstruction of a bioreactor for the production of this biofuel, with appropriatecharacteristics and propose a possible alternative solution to the inadequatedisposal of the item.The methodology used was the selection of fatty tissue and then make meltingand filtration and the fat and liquid, which was mixed in a bioreactor engine withmethanol and sodium hydroxide as a catalyst thereby producing atransesterification reaction as the final results giving biodiesel and glycerin.After completing the transesterification reaction, it was possible to obtain asolution ready for decanting process, from which it was possible to obtain thedesired final products. Was achieved characteristic liquid fat, melted at 50 ° Cfor 24 hours to evaporate any excess water and prevent the formation of soapin the mixture. The reactor design was performed taking into account the pH of the reaction(middle core) and the subsequent construction was performed in which theprocess of obtaining the required shape biodiesel. The overall objective of thisresearch is to obtain biodiesel from animal fat, final product could be obtained,but not with the desired characteristics, due to limitations in the acquisition ofthe necessary inputs. Obtaining the raw material used, ie, animal fat was achieved by going to themunicipal slaughterhouse Abancay, where we provided 4.5 kg of beef tallow(solid phase), part of which (2 kg) underwent a melting process in an oven(liquid phase) for further filtration, thus avoiding the presence of suspendedsolids.Keywords: biodiesel, bioreactor, animal fat transesterification, environmentalpollution 5
    • INTRODUCCIÓNEn la actualidad, los distintos países dependen del petróleo y sus productos,sin embargo, en los últimos años ha descendido la disponibilidad mundial deesta materia, y su costo relativo ha aumentado, lo que abarca la probabilidadde que a mediados del siglo XXI el petróleo ya no se use comercialmente de laforma habitual.Esto sostenido por estudios basados en el análisis de la producción y reservasde petróleo (informe estadístico de energía mundial hecho porBeyondPetroleum), el cual estimó que las reservas durarían unos 40 años si semantiene el ritmo de extracción actual.Cabe mencionar que el uso de combustible fósiles fortalece el problema deefecto invernadero, el cual por un aumento en la retención de la radiación solarse está originando el calentamiento de la atmósfera y de la superficie terrestre(calentamiento global), y también el problema de las lluvias ácidas, que es unproblema no solo ambiental sino también de salud pública.Una solución alternativa es la creación de combustibles limpios como losbiocombustibles, entre estos se encuentra el biodiesel, el cual tiene unainteresante forma de obtención, ya que consiste en un combustible líquidoderivado de aceites o grasas de origen vegetal o animal y que además puedeusarse con seguridad en motores de ciclo diesel.Este proyecto pretende estudiar y obtener biodiesel a partir de grasa bovinaaprovechandoun residuo que actualmente no genera un valor .Investigacionesexperimentales muestra que el sebo bovino puede ser fácilmenteesterificado,obteniendo una sustancia con propiedades similares a los ésteres deaceitesvegetales. Experiencias muestran que la transesterificación alcalina desebo bovino con metanolproduce un biodiesel de alta calidad y también conuna buena tasa de conversión. 6
    • ESTADO DEL ARTEEl uso por primera vez de aceites vegetales como combustibles, se remontan alaño de 1900, siendo Rudolph Diesel, quien lo utilizara por primera vez en sumotor de ignición - compresión y quien predijera el uso futuro debiocombustibles.Durante la segunda guerra mundial, y ante la escasez de combustibles fósiles,se destacó la investigación realizada por Otto y Vivacqua en el Brasil, sobrediesel de origen vegetal, pero fue hasta el año de 1970, que el biodiesel sedesarrolló de forma significativa a raíz de la crisis energética que se sucedía enel momento, y al elevado costo del petróleo.Las primeras pruebas técnicas con biodiesel se llevaron a cabo en 1982 enAustria y Alemania, pero solo hasta el año de 1985 en Silberberg (Austria), seconstruyó la primera planta piloto productora de RME (RapeseedMethyl Ester -metiléstero aceite de semilla de colza).Se desarrollaron diversas investigaciones antes que la primera planta deproduc-ción de biodiesel proveniente de estos aceites fuera creada en Mureck,Austria en 1993 (Mittelbach, 2002). La elaboración de biodiesel en Austria,incrementó a 15,000 t para el año 2001.En América del sur, existen diversos países que se encuentran actualmentetraba-jando en el tema: Bolivia ha instalado una planta de producción debiodiesel de aceite de soya ubicada en la provincia de Santa Cruz; Argentina esel mayor productor de biodiesel en Sudamérica y posee diversas plantasinstaladas donde utilizan aceite de soya proveniente de los excedentes deproducción; Brasil, granproductor de etanol para su utilización en mezclas congasolina, produce biodiesel de aceite de soya utilizando alcohol etílico debido ala gran producción que tiene de este insumo; y finalmente en Colombia, laUniversidad de los Llanos ha trabajado a escala experimental con aceite depalma y actualmente comercializan sus produc-tos como aditivo para motoresdiesel.En el laboratorio del Centro de Investigaciones en Tecnologías Lacto-cárnicas(CITELAC) de Argentina, se están haciendo investigaciones con el objetivo deobtener un combustible a base de grasa animal para uso en motores,maquinarias agrícolas y vehículos (Universia Argentina, 2006).En Perú la Universidad Nacional Agraria La Molina (UNALM), en consorcio conIntermediateTechnologyDevelopmentGroup (ITDG), realiza investigaciones eneste campo, las cuales se iniciaron con el proyecto: “Producción de biodiesel apequeña escala a partir de,recursos oleaginosos amazónicos”. Este proyecto 7
    • obtuvo el financiamiento del Consejo Nacional de Ciencia yTecnología(CONCYTEC), y se llevó a cabo desde Junio del 2003 hasta Mayodel 2004. Uno de los objetivos fue la construcción de un modelo tecnológicopara la elaboración de biodiesel, el cual ha sido utilizado como equipamientobase para esta investigación.En Abancay , alumnos de la Universidad Alas Peruanas realizaron un trabajode obtención de biodiesel a partir de aceite residual producto de frituras,utilizando reactivos como el metanol e hidróxido de sodio. 8
    • OBJETIVOSOBJETIVO GENERAL Obtener biodiesel a partir de grasa de origen animal generada en el camal municipal.OBJETIVOS ESPECIFICOS Obtener la grasa con características adecuadas para la obtención de biodiesel. Diseñar y construir un reactor para la obtención de biodiesel. Obtener el biodiesel con características adecuadas. 9
    • JUSTIFICACIÓNAspecto técnico. La elaboración de biodiesel se puede realizar de forma casera, con diferentes insumos, como grasas vegetales y solventes así como catalizadores en medio alcalinos. Los usuarios pueden hacer sus propias mezclas fácilmente antes de su uso. No es necesario una manipulación especial y la mezcla se mantiene estable.Aspecto social Se podrían generar nuevos empleos. Se tendría una nueva alternativa para la poblaciónAspecto económico El uso de las grasas animales como materia prima reduce la dependencia de otras materias primas agrícolas convencionales. El costo del biodiesel depende del precio de mercado de los aceites animales, al ser este insumo de bajo costo la producción de biodiesel tendría un coste menor al de los biodiesel de aceite vegetal y diesel en general. No requiere modificaciones en los motores y mantiene las mismas prestaciones y consumo que el gasoil.Aspecto ambiental Al utilizar los residuos del camal como la grasa vacuna para la producción del biodiesel, se reduce el vertimiento de estas directamente al Rio Mariño disminuyendo así en gran medida la contaminación. El Biodiesel puro o en mezclas reduce significativamente las emisiones de partículas ensuspensión, de las cuales se sospecha pueden ser cancerígenas. Reducción en las emisiones de gases contaminantes a la atmósfera. El biodiesel no produce emisiones de dióxido de azufre, lo que previene la lluvia ácida y disminuye comparativamente la concentración de partículas en suspensión emitidas de metales pesados de monóxido de carbono. Contribuyen a la disminución de la contaminación de suelos, por tratarse de combustibles rápidamente biodegradables y no tóxicos. 10
    • Aspecto energético Los biocombustibles constituyen una fuente de energía renovable y limpia. El incremento del uso de los biocombustibles, contribuye a la reducción de la dependenciaenergética de los combustibles fósiles, y por tanto tiene efectos positivos para la seguridad deabastecimiento energético. LIMITACIONES DE LA INVESTIGACION1. Existen limitaciones al conseguir los insumos químicos ya que estos se encuentran fiscalizados.2. Poca información en Abancay sobre investigaciones realizadas del proceso y producción de biodiesel.3. Los equipos de laboratorio se encuentran en mal estado como el caso de los medidores de pH, básicamente para el control de calidad del producto. 11
    • CAPITULO I1. MARCO TEORICO – CONCEPTUAL Y REFERENCIAL1.1. GENERALIDADESEl presente capitulo describe los conceptos de las materias primas e insumosutilizados para la mejor comprensión y entendimiento del lector.1.2. DESCRIPCION DE LA MATERIA PRIMA E INSUMOS A. Materia prima  GrasasAnimalesLas grasas animales, y más concretamente el sebo de vaca, pueden utilizarsecomo materia prima de la transesterificación para obtener biodiesel. Sedenomina “sebo” a las grasas procedentes del tejido adiposo de ganadobovino (vaca-buey), ovino y caprino. El sebo tiene diferentes grados de calidadrespecto a su utilización en la alimentación, empleándose los de peor calidaden la formulación de los alimentos de animales. La aplicación de grasasanimales surgió a raíz de la prohibición de su utilización en la producción depiensos, como salida para los mismos como subproducto. Sin embargo,actualmente no existe un nivel de aplicación industrial en Perú.Se utilizó estas grasas como materia prima para disminuir su emisión al rioMariño y disminuir así la contaminación.Las grasas presentan las siguientes propiedades: 12
    • Propiedadesquímicas1. Hidrólisis: Las grasas se pueden hidrolizar hirviéndolas con álcalis, con lo que se forma, glicerina y jabones. Esto puede ocurrir de forma natural por la acción del grupo de enzimas llamadas lipasas.2. Oxidación: Los ácidos grasos no saturados se oxidan con facilidad en el carbono adyacente al doble enlace formando hiperóxido que pueden romperse formando aldehídos y cetonas.3. Antioxidante: Las grasas naturales tienen una gran resistencia a la oxidación debido a la presencia de sustancia antioxidante que protegen a los ac. Grasos hasta que ellas mismas son transformadas en cuerpos inertes. Hay una serie de sustancias que poseen capacidades antioxidantes, entre ellas tenemos los fenoles, quinonas, tocoferoles, ac. gálico y galato.4. Hidrogenación: Es el proceso mediante el cual se fija hidrógeno a los dobles enlaces de los ácidos no saturados de una grasa convirtiéndolos en los saturados correspondientes. Este proceso tiene importancia comercial, ya que, permite tener de los aceites de los vegetales y pescado grasa consistente para la fabricación de las margarinas.Propiedades físicas:1. Carácter anfipático: Son aquellos lípidos que contienen una parte hidrófila, es decir que atrae al agua y otra parte hidrófoba que repele al agua.2. Punto de fusión: Esta propiedad depende de la cantidad de carbonos que exista en la cadena hidrocarbonada y del número de enlaces dobles que tenga esa cadena. Mayor será el punto de fusión cuanto más energía sea necesaria para romper los enlaces, es por ello que las grasas saturadas tiene un punto de fusión más alto que las insaturadas. B. INSUMOS1. Alcohol MetílicoMetanol, Alcohol Metílico, Metil Alcohol, Carbinol, Hidroximetano, Metilol,Monohidroximetano, espíritu de la madera, alcohol de madera.El Metanol es un líquido incoloro, volátil e inflamable con un ligero oloralcohólico en estado puro. Es miscible en agua, alcoholes, esteres, cetonas ymuchos otros solventes; además, forma muchas mezclas azeotrópicasbinarias. Es poco soluble en grasas y aceites. Se emplea alcohol metílico o 13
    • metanol de 95% de pureza. La cantidad requerida para la elaboración debiodiésel es de aproximadamente el 15% ó 20% del volumen de aceite aprocesar. Esta sustancia es tóxica cuando se ingiere, se inhala o tiene contactocon la piel, es altamente inflamable y arde con llama incolora. Su manipulacióndebe hacerse tomando todas las precauciones del caso. De hecho, también sepuede utilizar alcohol etílico o etanol, siempre y cuando sea anhidro o tengauna pureza de 99.5%.Propiedadesfísicas del Metanol Propiedad Valor Peso Molecular (g/mol) 32,04 Punto de Ebullición (ºC) 67,4; 760 mmHg Punto de Fusión (ºC) -97,8 Presión de Vapor (mmHg) 92; 20 ºC 126; 25ºC 160; 30 ºC Gravedad Específica (Agua 0.7915; 20/4 °C = 1) 0.7866; 25 °C Densidad del Vapor (Aire = 1,11 1) pH No Reportado Solubilidad en agua Miscible Log Kow -0,67 Límites de Inflamabilidad 5,5 – 44 (% vol) Temperatura de Auto 470 Ignición (ºC) Punto de Inflamación (ºC) 15,6; copa abierta 12,2; copa cerradaFuente: Ministerio Del AmbientePropiedadesquímicasEl Metanol presenta reacciones que son típicas para alcoholes de su clase. Lasreacciones de particular importancia en la industria son principalmentedeshidrogenación y deshidrogenación oxidativa sobre óxido de Plata oMolibdeno-Hierro para la producción de Formaldehído; la reacción conIsobutileno usando catalizadores ácidos, para formar metiltertiarilbutil éter(MTBE); carbonación a ácido acético usando como catalizador Cobalto oRodio; esterificación con ácidos orgánicos y derivados ácidos; eterificación;adición a enlaces no saturados y reemplazo del grupo hidroxilo.El Metanol líquido y sus vapores son sustancias muy inflamables y que alcontacto con el aire pueden llegar a ser explosivas. Estorepresentaunproblemade seguridadpotencialmentegrande. 14
    • 2. Catalizador (Hidróxido de sodio)El catalizador puede ser hidróxido de sodio (NaOH, soda cáustica) o hidróxidode potasio (KOH, potasa cáustica), de grado industrial, en escamas o enperlas.La desventaja de la Soda Caústica (NaOH) es que se solidifica y hace difícil suseparación del biodiesel por decantación en el reactor.La cantidad a aplicar de catalizador depende de la acidez del aceite a tratar.Tanto el NaOH como el KOH son corrosivos para diversos materiales, yresultan irritantes para la piel y las mucosas.Propiedadesfísicas PROPIEDAD VALOR Peso Molecular (g/mol) 40,0 Estado Físico Sólido Punto de Ebullición(ºC)(760 1.390; puro mmHg) 105; solución acuosa 6% en peso 120; solución acuosa 34% peso 150; soluciónacuosa 55% en peso Punto de Fusión (ºC) 318; puro Presión de Vapor (mmHg) 0; puro GravedadEspecífica (Agua = 1) 2,13; puro 1.219; 20% solución acuosa 1.430; 40% solución acuosa 1.525; 50% solución acuosa Densidad del Vapor (Aire = 1) No Aplica PH 14 Solución Solubilidad en Agua (g/ml) 1,11Fuente: MinisteriodelAmbiente 15
    • Propiedadesquímicas1. El Hidróxido de Sodio es una base fuerte, se disuelve con facilidad en agua generando gran cantidad de calor y disociándose por completo en sus iones, es también muy soluble en Etanol y Metanol. Reacciona con ácidos (también generando calor), compuestos orgánicos halogenados y con metales como el Aluminio, Estaño y Zinc generando Hidrógeno, que es un gas combustible altamente explosivo, El Hidróxido de Sodio es corrosivo para muchos metales. Reacciona con sales de amonio generando peligro de producción de fuego, ataca algunas formas de plástico, caucho y recubrimientos.2. En presencia de la humedad del ambiente, el hidróxido de sodio reacciona con el Dióxido de Carbono para generar Carbonato de Sodio. Reacciona con el Monóxido de Carbono bajo presión para dar formato de Sodio, también en presencia de humedad.1.3. PRODUCTOS RESULTANTESA.¿Qué es el biodiesel?Es un combustible compuesto por esteres mono alquílicos de ácidos grasos decadena larga derivados de lípidos renovables, empleado en motores de igniciónde compresión, tanto como en calderas de calefacción. Dicho en términos mássimples: el biodiesel es un combustible de origen orgánico producido a partir deaceites vegetales o grasas animales; asimismo, puede ser utilizado comosustituto o aditivo del diesel 2 convencional. El término bio hace referencia a sunaturaleza renovable y biológica en contraste con el combustible dieseltradicional derivado del petróleo; por su parte, diesel alude a su uso en motoresde este tipo. 16
    • PropiedadesFisicoquímicasdel Biodiesel Parámetro Unidades Diesel Biodiesel PoderCalórifico Kcal/L 8.74 7.795 Densidad (15ºC) g/cc 0.820-0.845 0.860.0.900 Punto de Inflamación ºC 55(mínimo) 101(mínimo) Azufre Ppm 350(máximo) 10(máximo) Contaminación Total Ppm 24(máximo) - Agua Ppm 200(máximo) 500(máximo) ViscosidadCinemática cSt 2.0-4.5 3.5-5.0De acuerdo con la tabla anterior se puede decir que:  El poder calórico del biodiesel es menor que el combustible fósil, por lo tanto en proporción de 1 Litro de Petro Diesel equivale a 1.1 (app) Litro de Biodiesel.  La densidad y la viscosidad aumentan con respecto al diesel, por lo tanto influyen en el transporte y almacenamiento del combustible. En el caso de la densidad, mientras mayor es la densidad aumenta la energía térmica. Mientras que la viscosidad tiene que ser menor para evitar fugas en el motor.  El punto de inflamación en el biodiesel es mucho mayor que el gasoil, por ello es menos explosivo y más seguro de transportar.  La cantidad de Azufre es mucho mayor en el diesel, esto contribuye al desgaste del motor, a la aparición de depósitos que afectan el funcionamiento del motor y el control de emisiones perjudiciales para el medio ambiente.Ventajas del biodiesel 17
    • 1. Respecto a la disminución de la contaminación del aire, dos son los principales efectos del uso del biodiesel: la disminución de emisiones de gases de efecto invernadero, especialmente de CO2, y la reducción de la mayoría de emisiones tóxicas o contaminantes.2. Diversos estudios señalan que el biodiesel emite, finalmente, menos CO2 que el fijado mediante el proceso de fotosíntesis por estas mismas plantas oleaginosas. Es posible afirmar que sustituyendo o complementando el diesel con el biodiesel se puede ayudar a combatir uno de los principales efectos del uso de combustibles fósiles: el problema del cambio climático.3. El biodiesel, es oxigenado y no contiene azufre, tiene una combustión más completa que su antecesor y, por ello, una composición notoriamente mejor en sus emisiones. Asimismo, el biodiesel, aún usado en mezclas de solo 10% por 90% de diesel convencional, reduce notablemente las emisiones de monóxido de carbono (CO), óxidos de azufre (SOx), compuestos aldehídicos como el formaldehído y el acetaldehído y, prácticamente, elimina las emisiones de benceno, que es un peligroso compuesto cancerígeno.4. La combustión del biodiesel produce menos humo visible y menos olores desagradables que su antecesor derivado del petróleo, por lo que su uso como sustituto o complemento del diesel puede contribuir a disminuir la polución del aire y los riesgos a la salud pública relacionados con ella.Inconvenientesdel Biodiesel1. Podría generar un aumento de la deforestación de bosques, expansión indiscriminada de la frontera agrícola, desplazamiento de cultivos alimentarios y ganadería.2. A bajas temperaturas puede llegar a solidificarse y producir obstrucciones en los conductos.3. Es incompatible con algunos materiales ya que en estado puro puede llegar a dañar por ejemplo el caucho y algunas pinturas.4. El contenido energético del biodiésel es algo menor que el del diésel (12% menor en peso u 8% en volumen), por lo que su consumo es ligeramente mayor.5. El biodiésel de baja calidad (con un bajo número de cetano) puede incrementar las emisiones de NOx (óxidos de nitrógeno), pero si el 18
    • número de cetano es mayor que 68, las emisiones de NOx serían iguales o menores que las provenientes del diésel fósil .APLICACIONESEl empleo más frecuente del biodiesel se encuentra en el sector deltransporte.Pero existen otros sectores, como puede ser el de generacióneléctrica, en los quetambién puede utilizarse.Las aplicaciones más destacadasse listan a continuación:1. Combustión en calderas. Se trata de una aplicación que no precisadeespecificaciones especiales, en la que posiblemente pueda emplearse elaceitedirectamente sin esterificar. El problema reside en el coste relativo aotroscombustibles, incluida la biomasa.2. Aplicación a motores diesel estacionarios para generación deenergíaeléctrica o para motobombas en las propias zonas de cultivo. Laventaja consiste enque estos motores no necesitan combustibles tansofisticados como los deautomoción.3. Aplicación a tractores agrícolas y otra maquinaria agrícola. Además decontarcon la ventaja mencionada anteriormente, se reduce el coste deltransporte si elbiocarburante es producido en las cercanías del cultivo.4. Aplicación a motores de barcos marinos o fluviales, conplanteamientossimilares.5. Aplicación a vehículos diesel pesados (camiones y autobuses) y ligeros(pequeños camiones, microbuses y turismos). Los vehículosantiguos, asícomo los diseñados para trabajo pesado, donde las exigencias relativasaprestaciones y emisiones no son extremas, pueden emplear combustibles conunas especificaciones menos exigentes que las de los automóviles ligeros enEuropa, EEUU oJapón. Así, un vehículo diesel de diseño antiguo, equipado consistemas de controlmecánico de inyección, no exige un carburante, y enparticular un biodiesel, conespecificaciones muy estrictas. Éstas correspondenal biodiesel de automoción paramotores de combustión interna en vehículosligerosCONTROL DE CALIDAD DEL PRODUCTO 19
    • Dado que la calidad del biodiésel producido es un factor fundamental, quedefine el modo de funcionamiento y el tiempo de vida de un motor, es esencialgarantizar un producto de calidad.Rendimiento en volumen (biodiesel :aceite)1. Se debe observar una separación de fases marcada de biodiésel y glicerina. Si no hay separación, entonces no ha habido reacción. En este caso se debe evaluar cuál es el motivo de este problema.2. Para ser aceptado como combustible, el biodiésel debe cumplir con todas las especificaciones impuestas por la normativa vigente. Esta normativa es independiente de los procesos de producción y del tipo de materia prima utilizado, por lo que el proceso de refinado de los ésteres obtenidos de la transesterificación es extremadamente importante.B. Glicerina La glicerina (glicerol o glicol) es la cadena de 3 alcoholes más simple. Esta aparece cuando los triglicéridos de los aceites vegetales se rompen en ácidos grasos libres y una molécula de glicerina. Los ácidos grasos reaccionan con el metanol para formar el biodiesel. La glicerina es un líquido muy viscoso y de densidad alta (1,26 Kg/l). El nombre proviene de la palabra griega glykys que significa dulce. La cantidad de glicerina que se forma en la reacción depende de la cantidad de AGL que tiene el aceite que se usa en el proceso. Esta varía entre un 10% y 30% de la cantidad de dicho aceite utilizado.1.4. REACTOR 20
    • Un reactor químico es un equipo en cuyo interior tiene lugar una reacciónquímica, estando éste diseñado para maximizar la conversión y selectividad dela misma con el menor coste posible. Si la reacción química es catalizada poruna enzima purificada o por el organismo que la contiene, hablamosde biorreactores. Por lo general se busca conocer el tamaño y tipo de reactor,así como el método de operación, además en base a los parámetros de diseñose espera poder predecir con cierta certidumbre la conducta de un reactor anteciertas condiciones, por ejemplo un salto en escalón en la composición deentrada. Reactores son comúnmente cilíndricos, variando en tamaño desdealgunos mililitros hasta metros cúbicos y son usualmente fabricados en aceroinoxidable. El reactor usado es el reactor tanque agitado o Reactor tipo Batch.CARACTERISTICASEl reactor es recargado mediante dos orificios de la parte superior del tanque.Cuando la reacción se está llevando a cabo, ningún compuesto ingresa o saledel reactor hasta que la reacción culmine. El calentamiento o enfriamiento selo realiza fácilmente con el uso de una chaqueta o sistema de enfriamiento ocalentamiento.2. DISEÑO DE REACTORES 21
    • El diseño del reactor se realizo con materiales de acero inoxidable y tubos deagua de resistencia a altas temperaturas. El modelo usado es de pequeñaescala y puede ser utilizado por pequeños productores de biodiésel.También veremos una lista de accesorios que debe tener el sistema paracomplementar el circuito que debe seguir el biodiésel en todo el proceso deproducción.1. 3 tanques de acero inoxidable de 1 y 2 litros.2. Tubo de resistencias a altas temperaturas de 1 metro de longitud y 4 codos del mismo material.3. Estructura de hierro como soporte.4. Un motor de 300 revoluciones aprox. Para la agitación del mezcla.5. Termómetro para el control de la temperatura de reacción.MARCO REFERENCIAL - MARCO LEGAL DE LOS BIOCOMBUSTIBLESEl Perú cuenta con el siguiente marco legal específico para la promoción delos biocombustibles líquidos:1. Ley Nº 28054: Ley de Promoción del Mercado de Biocombustibles (agosto del 2003).2. Decreto Supremo N° 013-2005-EM: Reglamento de la Ley de Promoción del Mercado de Biocombustibles (marzo del 2005).3. Decreto Supremo Nº 021–2007–EM: Reglamento para la Comercialización de Biocombustibles (abril del 2007).4. Directiva Nº 004-2007: Lineamientos del Programa de Promoción del Uso de Biocombustibles – PROBIOCOM (marzo del 2007). 22
    • 5. Resolución Ministerial Nº 165-2008-MEM-DM: Disposiciones relativas a la calidad y métodos de ensayo para medir las propiedades de los combustibles diesel B2, diesel B5 y diesel B20 (abril del 2008).6. Decreto Supremo Nº 064-2008-EM: Modificación del Reglamento para la Comercialización de Biocombustibles (diciembre de 2008).7. Decreto Supremo N° 016-2008-AG: Declaración de interés nacional la instalación de plantaciones de piñón e higuerilla como alternativa para promover la producción de biocombustibles en la selva (julio de 2008).8. Decreto Supremo N° 075-2009-PCM: Decreto Supremo que crea la Comisión Multisectorial de Bioenergía (noviembre de 2009)9. Decreto Supremo N° 091-2009-EM: Modificación del Reglamento para la Comercialización de Biocombustibles (diciembre de 2009).10. Este marco legal se creó respondiendo a diversos intereses ambientales y económicos.11. La Ley Nº 28054 establece en su Artículo 1 “el marco general para promover el desarrollo del mercado de los biocombustibles sobre la base de la libre competencia y el libre acceso a la actividad económica, con el objetivo de diversificar el mercado de combustibles, fomentar el desarrollo agropecuario y agroindustrial, generar empleo, disminuir la contaminación ambiental y ofrecer un mercado alternativo en la lucha contra las drogas” 23
    • CAPITULO II INGENIERIA DEL PROYECTOEquipos:1. Equipo reactor de acero inoxidable construido por los alumnos responsables del trabajo.Materiales: provenientes del laboratorio de la universidad alas peruanas Vasos precipitados de 250, 500 ml Erlenmeyer de 250 , 500 ml Balanza de precisión Telas de filtrado2. Reactivos: proporcionados por la universidad alas peruanas El catalizador: hidróxido de sodio al 0.1 N los residuos grasos animales fueron obtenidos del matadero municipal de la ciudad de Abancay , Metanol solvente: también proporcionado por el laboratorio de la universidad Alas Peruanas 2.1. DESCRIPCION DEL PROCESO DE OBTENCION DE LA GRASA ANIMAL2.1.1. SELECCIÓNSe selecciona una cantidad necesaria de tejido adiposo equivalente a 2.18 gra-mos, se procede a realizar la limpieza de impurezas. 24
    • 2.1.2. Extracción de las grasas1º Las porciones sólidas de grasa son cortadas en porciones aún más pequeñas.2º Se extrajo la grasa mediante calentamiento en estufa a una temperatura de 50 °C durante 24 horas.Así se separó los tejidos y se eliminó el agua de las muestras obtenidas deresiduos orgánicos de res (conteniendo porciones visibles de grasa). Trabajorealizado de manera artesanal. El líquido obtenido se hace pasar por un tamizpara evitar la presencia de residuos sólidos.2.1.3 ALMACENAMENTOFinalmente se almacena la grasa obtenida a 20 grados centígrados para suposterior uso.2.2. DESCRIPCION DEL PROCESO DE OBTENCION DEL PRODUCTO2.2.1. MEZCLADOSe mezcló la grasa+metanol +hidróxido de sodio = Metóxido de sodio, en unaproporción de 500ml de grasa + 100 ml de metanol + 1.9 gr de hidróxido dsodio.Se mezcló el aceite proveniente del primer tanque y el metóxido de sodioproveniente del segundo tanque .Una vez tuvimos la mezcla de metanol y sosapreparada, se vertió esta sobre el aceite sin dejar de remover con el motor a300 revoluciones dentro del tanque reactor durante al menos 1 hora. Latemperatura ideal para hacer una buena reacción es 50ºC, por lo que tuvimosque mantener una temperatura lo más cercana posible a esos 50º durante todoel proceso. 25
    • 2.2.2.PROCESO DE REACCION QUIMICA (TRANSESTIFICACION)Consiste en una reacción de transesterificación, este tipo de reacción es elproceso de intercambiar el grupo alcoxi (grupo alquilo unido a un átomo deoxígeno, es decir, RO) de un éster por otro alcohol, son frecuentementecatalizadas mediante la adición de un ácido o una base. Cuando el glicerol sesustituye por el alcohol (metanol o hexano) obtenemos tres moléculas demetiléster (biodiesel) y una molécula de glicerina.En la figura 1 se presenta la obtención general del biodieselEn la reacción de transesterificación se utiliza un catalizador para mejorar lavelocidad de reacción y el rendimiento final, sin este no sería posible estareacción. El catalizador utilizado es hidróxido de sodio, ya que es un catalizadorhomogéneo básico que se suele utilizar a escala comercial y actúa mucho másrápido y además permite operar en condiciones moderadas.La transesterificación es una reacción reversible, por lo cual es importanteadicionar un exceso de alcohol para favorecer la producción de biodiesel, larelación molar estequiométrica aceite-alcohol es de 1:3, pero la relacióncomprobada experimentalmente para sebo vacuno debe ser de 1:6, ya que enesta relación se encontró un valor aceptable para la viscosidad. Por ello seutiliza una proporción de 200 ml de solvente y 3.8 g de hidróxido de sodio paraproducción de un litro de biodiesel2.2.3. SEPARACION DE PRODUCTOSDespués del paso anterior se deja reposar la mezcla por una hora.Dado que elbiodiesel tiene una menor densidad que la glicerina, siempre va a quedarencima de esta. El separado de la glicerina se puede hacer fácilmentedrenando esta por la parte inferior del decantador después de dejar el tiemposuficiente para que se sedimente.La glicerina es separada del biodiesel por centrifugación, basado en ladiferencia de densidades en diferentes envases. 26
    • 2.3. CONTROL DE CALIDADSe realizó las mediciones de acuerdo a lo ya explicado anteriormente.1. Rendimiento en volumen (biodiesel : aceite)2. Viscosidad cinemática comparada3. Densidad4. Poder calorífico5. Punto de inflamación6. Contenido de agua y sedimentos2.4. ALMACENAMIENTOEs almacenado a temperatura ambiente en galoneras de color oscuro, paraevitar reacciones de fotooxidación. La luz causa un pequeño incremento en losparámetros de oxidación y acidez, especialmente para un biodieselalmacenado a altas temperaturas. Estudios de estabilidad de los metilésteresde ácidos grasos, reportan que el biodiesel debe ser almacenado encontenedores herméticos con una temperatura de almacenamiento menor a30ºC (Knothe, 2003). Los productores de BD aconsejan almacenarlo por nomás de tres a seis meses, a menos que se utilicen aditivos para estabilizarlo.El uso de ter-butilhidroquinona (TBHQ), un inhibidor de la oxidación paraaceites vegetales, tiene efectos beneficiosos en su estabilidad (Ugolini, 2000).2.5. COMERCIALIZACIONLos principales consumidores serán:1. Transporte y pasajeros de carga mediante grifos y estaciones de servicio debidamente inscritos en el DGH2. Industrias, pesca.3. Generación de energía. 27
    • 2.6. CRITERIOS PARA LA CONSTRUCCIONSe tomaron en cuenta los siguientes criterios1. Se tuvo en cuenta el pH de la solución catalizadora, y la acidez de las grasas. Por eso se utilizó acero inoxidable como material de los tanques para evitar la corrosión y producir una reacción limpia de impurezas el espesor del acero es de 1.3 mm, ya que la solución a preparar es a pequeña escala.2. Los tanques deben tener fondo cónico”. Dicha característica permite aprovechar la ventaja de la presión hidrostática que aunada a la reducción del área de salida, incrementa la “velocidad de descarga” y dey de este modo puede gobernarse adecuadamente la evacuación tanto de laglicerina como la del biodiesel resultantes del proceso.3. La cantidad de biodiesel a producir.4. El costo de los materiales.2.7. PROCESO DE OBTENCION DE BIODIESELEl proceso para obtener Biodiesel se ha realizado tanto a nivel laboratoriocomo a nivel planta piloto, estructura donde se cuenta con tres tanques;1. En el primero se almacena la materia prima, es decir la grasa refinada que se obtuvo (proceso descrito en el punto anterior),2. En el segundo tanque se almacena la solución de mezcla de Metanol + Hidróxido de Sodio (METÓXIDO), y3. En el tercer tanque (REACTOR) se lleva a cabo la reacción; este “reactor” tiene acoplado un motor con el cual se realiza la agitación a 300 rpm, además está conectado a un sistema de calefacción para mantener la temperatura a 65° C. Luego, en el siguiente proceso se da la decantación, para la posterior separación del biodiesel y la glicerina.1º La grasa se calienta a 50°C (aproximadamente). 28
    • 2º Se combina con una mezcla de Metanol + Hidróxido de Sodio en una proporción determinada.3º Se realiza la agitación a 300 rpm utilizando el motor incorporado por un tiempo determinado.4º Se mantienen por 3 horas para realizar la reacción de transesterificación. La temperatura se incrementa a 65°C (aproximadamente)5º Se procede a realizar la decantación por un periodo aproximado de 5 horas.6º El siguiente paso es separar la glicerina del Biodiesel. Almacenarlos independientemente.7º Realizar el lavado del Biodiesel usando solución salina y separar el Biodiesel limpio. (Opcional)2.8. DIAGRAMA DE FLUJO CUALITATIVO 100 ml 1.9 gr 500 ml CONTROL DE CALIDAD ALMCEN COMER M. C. 500 ml Grasa+ 1.9 gr hidrox+100 ml metanol (1.11 kg/l) = 120ml glicerina + 480ml biodiesel 29
    • 2.9. DIAGRAMA DE FLUJO CUANTITATIVO Grasa +alcohol CONTROL DE CALIDAD ALMCEN COMER M. C. 30
    • CAPITULO III3.1. RESULTADOS DE LA INVESTIGACION3.1.1. RESULTADOS OBJETIVO GENERAL Luego de haber realizado la reacción de transesterificación, se logró obtener una solución lista para el proceso de decantación, a partir del cual se pudo obtener los productos finales esperados.3.1.2. RESULTADOS DE OBJETIVOS ESPECÍFICOS1. Se logro obtener grasa de característica liquida, fundida a 50°C por 24 horas para evaporar todo el agua excedente y evitar la formación de jabones en la mezcla.2. El diseño del reactor se realizó teniendo en cuenta el pH de la reacción (en medio básico) y la posterior construcción en el que se realizo el proceso de obtención del biodiesel de la forma requerida.3.2. BALANCE DE MASARecurso/ producto Ud. Entrada Salida Aceite de grasa ml 500 animal Metanol ml 100 Na(OH) gr 1.9 Biodiesel ml 480 Glicerina ml 1201. Del total de la mezcla (600ml) de las cantidades tanto de metoxido como de grasa animal diluida, se tiene que el 80% es biodiesel y el 20% glicerinaLo cual expresado en datos numéricos se tiene: 480 ml de biodiesel y 120 mlde glicerina. 31
    • CAPITULO IVDISCUSICION Y CONCLUSIÓN DE RESULTADOS4.1. PARA RESULTADOS DEL OBJETIVO GENERALEl objetivo general de la presente investigación, es el de obtener Biodiesel apartir grasa animal, producto final que se pudo obtener, sin embargo no con lascaracterísticas deseadas, debido a las limitaciones en cuanto a la adquisiciónde los insumos necesarios.4.2. PARA RESULTADOS OBJETIVOS ESPECIFICOSLa obtención de la materia prima utilizada, es decir, la grasa animal fueconseguida acudiendo al camal municipal de Abancay, donde se nos facilitó 4.5kg de sebo de vaca (fase sólida), parte de la cual (2 kg) fue sometida a unproceso de fundición en estufa (fase líquida) para su posterior filtrado, evitandode esta manera la presencia de sólidos suspendidos. 32
    • ANEXOS 33