1er Borrador Monografía Biodiesel 3

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 Colegio: Unidad Educativa Bilingüe Scotland School  Asignatura: Metodología de Investigación Científica Nombre: Diego Hermosa Curso: 3ero de Bachillerato Físico- Matemático Fecha: 30-01-2012 Título del trabajo: El biodiesel, su fabricación y su aplicación en Latinoamérica, en especial en el Ecuador. Enunciación y delimitación del tema: En esta monografía se va a hablar exclusivamente del biodiesel, su origen, producción y elaboración, en el ámbito de combustible alternativo para motores a diesel, no se va a hablar de otro biocombustible aparte de este Justificación:  A diario se observa que la contaminación ambiental es obra principal del hombre, debido al desarrollo de la evolución industrial; generando de esta manera un empobrecimiento de los recursos naturales. Sin embargo, crece la necesidad de buscar alternativas, con el fin tanto de preservar estos recursos como de evitar el incremento. Por lo anterior, la importancia de la realización de este trabajo es enfocada a brindar información de una nueva alternativa que genere cambios ambientales, industriales y económicos, no reduciéndolos totalmente pero sí ayudando a que estos no se incrementen; como lo es la producción de un biocombustible como el biodiesel que cuenta con las c aracterísticas necesarias para mejorar la calidad del medio ambiente. Pregunta central y secundarias: Pregunta central: ¿Cómo demostrar el uso del biodiesel para sustituto de los combustibles fósiles en motores a diesel? Preguntas secundar ias: ¿Cómo se produce el biodiesel? ¿Cuál es su función y rendimiento, y su diferencia con los combustibles fósiles? Cuáles son sus ventajas y desventajas? Objetivos: Explicar que es biodiesel. Explicar adecuadament e c omo se produce el biodiesel. Demostrar cual es sus diferencias en relación con los combustibles fósiles.

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Primer Borrador Biodiesel Graduaccion 6to Fima

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Colegio: Unidad Educativa Bilingüe Scotland School

 Asignatura: Metodología de Investigación Científica

Nombre: Diego Hermosa

Curso: 3ero de Bachillerato Físico- Matemático

Fecha: 30-01-2012

Título del trabajo:

El biodiesel, su fabricación y su aplicación en Latinoamérica, en especial en elEcuador.

Enunciación y delimitación del tema:

En esta monografía se va a hablar exclusivamente del biodiesel, su origen, produccióny elaboración, en el ámbito de combustible alternativo para motores a diesel, no se vaa hablar de otro biocombustible aparte de este

Justificación:  A diario se observa que la contaminación ambiental es obra principal del hombre,debido al desarrollo de la evolución industrial; generando de esta manera unempobrecimiento de los recursos naturales. Sin embargo, crece la necesidad debuscar alternativas, con el fin tanto de preservar estos recursos como de evitar elincremento.

Por lo anterior, la importancia de la realización de este trabajo es enfocada a brindar información de una nueva alternativa que genere cambios ambientales, industriales yeconómicos, no reduciéndolos totalmente pero sí ayudando a que estos no seincrementen; como lo es la producción de un biocombustible como el biodiesel que

cuenta con las características necesarias para mejorar la calidad del medio ambiente.

Pregunta central y secundarias:

Pregunta central:

¿Cómo demostrar el uso del biodiesel para sustituto de los combustibles fósiles enmotores a diesel?

Preguntas secundarias:

¿Cómo se produce el biodiesel?

¿Cuál es su función y rendimiento, y su diferencia con los combustibles fósiles?

Cuáles son sus ventajas y desventajas?

Objetivos:

Explicar que es biodiesel.

Explicar adecuadamente como se produce el biodiesel.

Demostrar cual es sus diferencias en relación con los combustibles fósiles.

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Demostrar las ventajas y desventajas del biodiesel.

Hacer una demostración práctica de cómo se produce el biodiesel.

Potenciar el conocimiento sobre este tema.

Esquema del cuerpo de la monografía:

Capítulo 11.1 ¿Cuál es el origen del biodiesel?

El origen se remonta a 1898, cuando en una Exposición Mundial de ParísRudolf Diesel, presento su motor diesel alimentado por aceite de cacahuate«un biocombustible. La visión que tenía Rudolf Diesel de este tipo decombustibles es que fuera el verdadero futuro del motor, con uso decombustibles obtenido a través de la biomasa.

Ya en un discurso en 1912 dijo "el uso de aceites vegetales para el combustiblede los motores puede parecer insignificante hoy, pero tales aceites pueden

convertirse, con el paso del tiempo, importantes en cuanto a sustitutos delpetróleo y el carbón de nuestros días".

El biodiesel es un combustible de origen renovable que se obtiene a partir deaceites vegetales y grasas animales y posee propiedades similares a lasdel gasoil.

El aceite vegetal, cuyas propiedades para la impulsión de motores se conocendesde la invención del motor diésel gracias a los trabajos de Rudolf Diesel, yase destinaba a la combustión en motores de ciclo diésel convencionales oadaptados. A principios del siglo XXI, en el contexto de búsqueda de nuevasfuentes de energía, se impulsó su desarrollo para su utilización

en automóviles como combustible alternativo a los derivados del petróleo. (EraSolar; 2005; 19-25)

1.2 ¿Cuál es el porqué de su creación?

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 conbiodiesel se llevaron a cabo en 1982 en Austria y Alemania, pero solo hasta elaño de 1985 en Silberberg (Austria), se construyó la primera planta

piloto productora de RME (Rapeseed Methyl Ester-metil éster aceite de semillade colza).Los carburantes que proceden del petróleo suponen el 98% de la demandaglobal de energía en el sector del transporte. La práctica total dependencia deestos combustible no es lo más idóneo teniendo en cuenta las limitadasreservas del petróleo y que muchas de éstas se encuentran en zonaspolíticamente inestables.Por otra parte, los principales compromisos para la reducción del efectoinvernadero se adoptaron a través del Protocolo de Kyoto, donde la UE se

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comprometió a reducir en u 8% los niveles de emisiones de gases de efectoinvernadero en el 2010 respecto a los valores de 1990.  Así, la Comisión Europea ha señalado como objetivo prioritario para lospróximos años reducir la dependencia del petróleo mediante la introducción,entre otras tecnologías, de biocombustibles, pilas de hidrógeno, etc. y disminuir las emisiones de gases contaminantes. Los combustibles líquidos de origen

agrícola (biocarburantes) se contemplan como la alternativa más clara y demayor potencial frente a la utilización de gasolina o gasoil debido a su carácter renovable y su menor impacto ambiental.En Europa, es producido principalmente a partir del aceite de la semilla decanola (también conocida como colza o Rapeseed) y el metanol, denominadocomercialmente como RME (Rapeseed Methyl Ester), el cual es utilizado enlas máquinas diesel puro o mezclado con aceite diesel, en proporciones quevan desde un 5% hasta un 20%, generalmente. En Alemania y Austria se usapuro para máximo beneficio ambiental. (Tecnoambiente; 2007; 18-21)

Capítulo 2

2.1 ¿Cómo se elabora el biodiesel, especialmente el proceso de producción en elEcuador?

Este se elabora químicamente mediante la transesterificación proceso industrialutilizado en su producción, consiste en tres reacciones reversibles yconsecutivas. El triglicérido es convertido consecutivamente en di glicérido,mono glicérido y glicerina. En cada reacción un mol de éster metílico esliberado. Todo este proceso se lleva a cabo en un reactor donde se producenlas reacciones y en posteriores fases de separación, purificación yestabilización. En este punto se describirán los diferentes procesos para laproducción de biodiesel entre los que se incluyen el proceso general detransesterificación y el proceso general de esterificación, aunque habitualmenteen este último el proceso se utiliza en combinación con el de transesterificacióna partir de los ácidos grasos, subproductos de este proceso, para la producciónde biodiesel. Además también se comentarán estos procesos en discontinuo yen continuo, para finalizar con el proceso en condiciones supercríticas dondeno es necesario añadir catalizadores.

Proceso general de transesterificación:

  Aunque todas ellas tienen en común los aspectos mencionados en el puntoanterior de producción de biodiesel mediante el proceso de transesterificación,sin embargo existen múltiples opciones de operación viables para la fabricaciónde biodiesel. Muchas de estas tecnologías pueden ser combinadas dediferentes maneras variando las condiciones del proceso y la alimentación del

mismo. La elección de la tecnología será función de la capacidad deseada deproducción, alimentación, calidad y recuperación del alcohol y del catalizador.En general, plantas de menor capacidad y diferente calidad en la alimentaciónsuelen utilizar procesos Batch o discontinuos. Los procesos continuos, sinembargo, son más idóneos para plantas de mayor capacidad que justifique elmayor número de personal y requieren una alimentación más uniforme. (Green, 2005; 32)

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Proceso Discontinuo:Es el método más simple para la producción de biodiesel donde se hanreportado ratios 4:1 (alcohol: triglicérido). Se trata de reactores con agitación,donde el reactor puede estar sellado o equipado con un condensador dereflujo. Las condiciones de operación más habituales son a temperaturas de65ºC, aunque rangos de temperaturas desde 25ºC a 85ºC también han sidopublicadas. El catalizador más común es el NaOH, aunque también se utiliza elKOH, en rangos del 0,3% al 1,5% (dependiendo que el catalizador utilizado seaKOH o NaOH). Es necesaria una agitación rápida para una correcta mezcla enel reactor del aceite, el catalizador y el alcohol. Hacia el fin de la reacción, laagitación debe ser menor para permitir al glicerol separarse de la fase ester. Enla transesterificación, tal y como se comentó anteriormente, cuando se utilizan

catalizadores ácidos se requiere temperaturas elevadas y tiempos largos dereacción. Algunas plantas en operación utilizan reacciones en dos etapas, conla eliminación del glicerol entre ellas, para aumentar el rendimiento final hastaporcentajes superiores al 95%. Temperaturas mayores y ratios superiores dealcohol: aceite pueden asimismo aumentar el rendimiento de la reacción. Eltiempo de reacción suele ser entre 20 minutos y una hora. (Rossi, 22)

Proceso Continuo

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Una variación del proceso discontinuo es la utilización de reactores continuosdel tipo tanque agitado, los llamados CSTR del inglés, Continuous Stirred TankReactor. Este tipo de reactores puede ser variado en volumen para permitir mayores tiempos de residencia y lograr aumentar los resultados de la reacción. Así, tras la decantación de glicerol en el decantador la reacción en un segundoCSTR es mucho más rápida, con un porcentaje del 98% de producto dereacción. Un elemento esencial en el diseño de los reactores CSTR esasegurarse que la mezcla se realiza convenientemente para que lacomposición en el reactor sea prácticamente constante. Esto tiene el efecto deaumentar la dispersión del glicerol en la fase éster. El resultado es que eltiempo requerido para la separación de fases se incrementa. Existen diversosprocesos que utilizan la mezcla intensa para favorecer la reacción deesterificación. (Rossi, 23)

2.2 ¿Cuál es la aplicación del biodiesel, a nivel general pero especialmente enLatinoamérica?

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Las mezclas de biodiésel y diésel convencional basada en hidrocarburos sonlos productos más habitualmente distribuidos para su uso en el mercadodel gasóleo al por menor. Gran parte del mundo utiliza un sistema conocidocomo la "B", factor que indica la cantidad de biodiésel en cualquier mezcla decombustible: el combustible que contiene 20% de biodiésel tiene la etiquetaB20, mientras que el biodiésel puro se denomina B100. Las mezclas con 80 por 

ciento de biodiésel y 20 por ciento de diésel de petróleo (B80) se puedenutilizar en general en motores diésel sin modificar. El biodiésel también puedeser utilizado en su forma pura (B100), pero puede requerir algunasmodificaciones del motor para evitar problemas de mantenimiento yrendimiento. Las mezclas de biodiésel (B100) con diésel de petróleo se puederealizar por diferentes métodos.

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La nueva extrema alta presión (29.000 psi) de los motores tiene límitesestrictos de fábrica de B5 o B20, según el fabricante. El biodiesel tienediferentes propiedades disolventes que el petrodiésel y degradará las juntasde caucho natural y las mangueras en los vehículos (en su mayoría vehículosfabricados antes de 1992), aunque éstos tienden a reemplazarlos en sumantenimiento normal por lo que es muy probable que ya hayan sido

reemplazadas por FKM, que no es reactiva al biodiesel. Se sabe que elbiodiesel elimina los depósitos de residuos en las líneas de combustible en lasque se ha utilizado el petrodiésel. Como resultado, los filtros de combustiblepueden ser obstruidos con partículas si se realiza una transición rápida debiodiesel puro. Por lo tanto, se recomienda cambiar los filtros de combustibleen los motores y calentadores poco después de comenzar el cambio a unamezcla de biodiesel (Abengoa Bioenergy; 2006)

  Algunos estudios afirman que si se usara biodiesel B20 en los hogares, lasemisiones de CO2 se reducirían en 1,5 millones de toneladas por año

2.3 ¿Cuál es su posible aplicación y comercialización en el Ecuador, y losfactores que afectan su comercialización?

La producción de biodiesel en Ecuador es incipiente. Una única empresa, LaFabril, realiza la producción y exportación de biodiesel en el país. Susoperaciones iniciaron en el ciclo agrícola 2005-2006 con aceite de palma parala materia prima. El biodiesel que se produce en el Ecuador no puede competir con el derivado del petróleo (petrodiésel), el cual tiene un fuerte subsidio delEstado. Se estima que su producción comienza a ser rentable al nivelinternacional (competitivo) si el costo del barril de petróleo sobrepasa losUS$80, es decir, la racionalidad económica de la producción para exportaciónde biodiesel se relaciona con:

- El precio del petróleo.

-El precio de la materia prima (aceite de palma y otras fuentes).

-El precio y consumo de combustibles (petrodiésel).

-El precio de este último tiene un fuerte subsidio (US$2 600 000/ año)

 Aspectos económicos:

La producción de biodiesel tiene potencial de convertirse en una fuentegeneradora de empleo agrario/rural, ya que existen aproximadamente 1,5

millones de hectáreas cultivables. También se dispone de pequeños ymedianos productores en la cadena del aceite de palma, por lo que se estimaque futuras inversiones podrían generar 43,5 mil nuevos empleos.

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 Aspectos ambientales:

En la actividad palmácea se evidencia presión sobre los bosques nativos enalgunas zonas del país. Esto ha generado críticas de los sectoresambientalistas, pues Ecuador ocupa el noveno lugar de los paísesdeforestados, debido principalmente a la actividad maderera. A pesar de quelos impactos ambientales de la industria aceitera se han venido regulando, aún

siguen siendo significativos.

Costo de producción de biodiésel:

De acuerdo con estimaciones recientes de La Fabril, el costo de producción delbiodiésel a partir de la palma aceitera supera los US$1000/t, de los cuales el76% se debe al costo de la materia prima. Es claro que el costo del biodiéselestará en función del costo del cultivo que da origen al aceite vegetal que seusa en su producción. (Chiliquinga; 2007)

2.4 ¿Cómo se hace el biodiesel de manera artesanal?

Utilizando como materia prima aceite de cocina vegetal nuevo.

1. Materiales y utensilios:

Un litro de aceite vegetal nuevo, sin cocinar 

200 ml de metanol con pureza del 99%

Catalizador, que puede ser hidróxido de potasio (KOH) o hidróxido de sodio(NaOH). Recomendamos KOH porque da mejor resultado

Batidora vieja, o mejor un mini-reactor 

Balanza con 0,1 gr de resolución (mejor aún con una resolución de 0,01 gr)

Vasos de medición para el metanol y el aceite

Recipiente de medio litro de HDPE blanco y translúcido y tapa de rosca

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Dos embudos que encajen en la boca del recipiente de HDPE, uno para elmetanol y otro para la lejía

Una botella de dos litros de plástico PET (botella normal de agua o de refresco)para la sedimentación

Dos botellas de dos litros de plástico PET para el lavadoTermómetro

Todo tiene que estar limpio y seco. Compra lejía y metanol de calidad a undistribuidor de productos químicos o de material de laboratorio. También esposible comprar lejía de buena calidad a distribuidores de artículos parafabricación de jabón. Aunque el coste unitario parezca caro, al principio hacefalta poca cantidad, y merece la pena a cambio de evitar que la mala calidad delos reactivos altere el resultado de la prueba.

2. Lejía

¿Cuánta lejía es necesaria? Si utilizas NaOH (por lo menos 97% de pureza), lacatidad necesaria es de 3,5 gramos exactos. Si utilizas KOH la cantidaddepende de la pureza: pureza del 99% (poco común), exactamene 4,9 gr (4,90875); 92% (más común), 5,3 gr (5,33); 90%, 5,5 gr (5,454); 85%, 5,8 gr (5,775). Sirve cualquier pureza igual o mayor a 85%.

3. Preparación del metóxido

Sigue el método sencillo para preparar metóxido, que es una forma segura dehacerlo.

Mide 200 ml de metanol y viértelos con un embudo dentro del recipiende de

medio litro de HDPE. el metanol también absorbe humedad del aire, hazlodeprisa y cierra bien la botella del metanol. No le tengas miedo. A temperaturaambiente normal no se evapora suficiente cantidad para suponer un peligro.

 Añade la lejía al metanol en el recipiente de HDPE, con cuidado, mediante unsegundo embudo. Encaja el tapón y enrrosca la tapa encima firmemente. Agitala botella unas pocas veces, de lado lado formando un remolino (no la sacudasen vertical). La botella se calienta durante la reacción. Agitandola bien duranteun minuto, a intervalos de cinco o seis minutos, la lejía se disolverá en elmetanol formando metóxido de sodio o metóxido de potasio. Puedes empezar el proceso en cuanto se haya disuelto toda la lejía.

Cuanto más agites más rápido se disolverá. El NaOH puede tardar endisolverse toda una noche, unas pocas horas, o tan solo media hora, si se agitamucho. Pero no seas impaciente, espera a que se disuelva completamente. ElKOH se disuelve en mucho menos tiempo que el NaOH y puede estar listo endiez minutos. Agitando cinco o seis veces tarda media hora.

4. La reacción

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Mini-reactor para pruebas

Con batidora. Utiliza una batidora vieja o una nueva barata. Recuerda quenunca podrás volver a cocinar con ella. Comprueba que las juntas seencuentren en buen estado (debe ser un modelo con recipiente cerrado), que

todas sus piezas estén limpias y secas, y que cierre perfectamente.

Precalienta el aceite a 55º C y viertelo dentro de la batidora. Con la máquinaaún parada, vierte el metóxido con mucho cuidado. Antes de empezar asegurate de que la tapa esté bien cerrada. Debes mezclar durante veinte otreinta minutos, o un poco más. Es suficiente con una velocidad de giro lenta.

5. Trasvase

En cuanto termine la reacción vierte la mezcla en una de las botellas de doslitros y ciérrala. La mezcla se contrae al enfriarse, deformando la botella. Puedeque tengas dejar que entre algo de aire después de un rato.

6. Separación

Biodiésel recién hecho, veinte minutosdespués de la reacción.

Déjalo en reposo uno o dos días, o mejor un poco más. La glicerina formaráuna capa oscura en el fondo claramente separada de la capa de biodiésel que

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flota encima, de color claro. El color exacto de estas dos capas depende delaceite empleado. El biodiésel suele ser de color amarillo pálido (más parecidoal ambar si está hecho con aceite de cocina usado). El biodiésel puede estar cristalino o turbio, no importa. Si está turbio se aclarará con el tiempo, pero nohace falta esperar.

Después de la separación decanta el biodiésel cuidadosamente en un frascolimpio o en una botella de plástico, evitando que entre glicerina en el nuevorecipiente. Si ocurre, dejalo en reposo para que vuelvan a separarse.

7. Calidad

Para comprobar la calidad del biodiésel haz la prueba del lavado y la pruebadel metanol. Si no pasa las pruebas no te desanimes. Si durante el reposo seha formado la capa de glicerina en el fondo, ya has conseguido biodiésel.

Es normal que los primeros intentos no pasen las pruebas de calidad. Por ejemplo, distintas batidoras y reactores tienen distintas formas y velocidades de

giro. Eso afecta al tiempo de reacción, y hay que hacer ajustes.

Solo necesitas más práctica, especialmente para medir con exactitud. Asegúrate de que los reactivos que usas son de calidad y de que has seguidolas instrucciones al pie de la letra.

8. Lavado

Si la muestra ha pasado las pruebas puedes lavar el resto. Haz el lavado endos botellas de plástico de dos litros, con medio litro de agua de grifo en cadauno de los tres o cuatro lavados que son necesarios. Haz un agujero de dosmilímetros en el fondo de cada botella y tápalo.

Vierte el biodiésel en una de las botellas y añade medio litro de agua limpia.Cierra bien la botella y agitala hasta que formen una mezcla homogénea. Sitienes un mezclador de pinturas lo bastante pequeño y una taladradora develocidad variable, puedes recortar las botellas y mezclar con la taladradora.Deja que repose por lo menos tres horas. Drena el agua del fondo através delagujero, tapalo con el dedo cuando empieze a salir biodiésel, y trasvasa elcombustible a la otra botella para el siguiente lavado. Limpia la botella y tapa elagujero. Debes repetir este proceso tres o cuatro veces.

9. Secado

Cuando está translúcido y cristalino ya está seco. Puede que tarde unas horas,o unos días. Si tienes prisa calientalo suavemente hasta 48º C y deja que seenfríe. Así se evapora el agua, déjalo en un recipiente abierto.

Conclusiones.

El biodiesel se presenta como una alternativa muy interesante a los gasóleos paralograr los objetivos se han propuesto en lo que se refiere a materia medioambiental y

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utilización de energías renovables. Con su uso se podrán reducir de maneraimportante las emisiones de gases de efecto invernadero y de los que producen laslluvias acidas.

Por otro lado el mayor consumo que conlleva el biodiesel así como la menor potenciaque proporciona y el alto coste de los cultivos de materia prima, hacen necesaria la

intervención estatal para promocionar los biocombustibles. Ésta, no obstante servirápara revitalizar sectores castigados económicamente como la agricultura, creandopuestos de trabajo y un nuevo tejido industrial para la producción del biodiesel.

Metodología y técnicas de recolección y procesamiento de información:

Se utilizó recursos como libros y revistas de diferentes editoriales y temas.

Se hizo entrevistas a gente relacionada con el tema.

Se buscó información adicional mediante internet.