ELABORACIÓN Y CARACTERIZACIÓN DE BIODIESEL COMO …

ELABORACIÓN Y CARACTERIZACIÓN DE BIODIESEL COMO ENERGIA ALTERNATIVA A PARTIR DE ACEITE DE PESCADO

Ricardo Andrés Martínez Bernal

Universidad de Ibagué Facultad de Ingeniería

Programa de Ingeniería Mecánica Ibagué - Tolima

2019

ELABORACIÓN Y CARACTERIZACIÓN DE BIODIESEL COMO ENERGIA ALTERNATIVA A PARTIR DE ACEITE DE PESCADO

Ricardo Andrés Martínez Bernal

Asistencia de investigación presentada como requisito para optar por el

título de:

Ingeniero Mecánico

Director:

Dr. MSc. Ing. Agustín Valverde Granja

Grupo de investigación:

GMAE

Universidad de Ibagué

Facultad de Ingeniería

Programa de Ingeniería Mecánica

Ibagué –Tolima

2019

CONTENIDO

1. RESUMEN................................................................................................................................... 6

1.1. Introducción .................................................................................................................... 7

1.2. Planteamiento del problema ........................................................................................... 8

1.3. Objetivos ......................................................................................................................... 8

2. MARCO TEORICO ....................................................................................................................... 9

2.1 Biocombustibles ............................................................................................................... 9

2.2 Biodiesel ........................................................................................................................... 9

2.2.4. Materias primas.......................................................................................................... 12

2.2.4.1. Aceites y grasas ....................................................................................................... 12

2.2.4.2. Alcohol .................................................................................................................... 13

2.2.4.3 Catalizador ............................................................................................................... 14

2.2.5. Elaboración de biodiesel ............................................................................................. 14

2.2.5.1. Pre-tratamiento del aceite ....................................................................................... 14

2.2.5.2. Desgomado ............................................................................................................. 15

2.2.5.3. Esterificación acida .................................................................................................. 15

2.2.5.4 Transesterificación alcalina ....................................................................................... 15

2.3. Planta Lister................................................................................................................... 16

3. DISEÑO METODOLÓGICO ......................................................................................................... 17

Fases metodológicas: ........................................................................................................... 17

3.1. Fase I: Selección de materias primas .............................................................................. 17

3.2. Fase II: caracterización del aceite ................................................................................... 18

3.3. Fase III: Proceso para producir biodiesel ........................................................................ 26

3.4. Fase IV: Caracterización del Biodiesel ............................................................................ 31

3.5. Fase V: Ejecución de pruebas ......................................................................................... 34

4. RESULTADOS Y DISCUSIÓN ....................................................................................................... 37

4.1. Caracterización del Biodiesel ......................................................................................... 37

4.2. Pruebas en el motor: Planta Lister ................................................................................. 38

4.3. Conclusiones ................................................................................................................. 40

4.4. Referencias bibliográficas .............................................................................................. 41

Lista de tablas

Tabla 1. Estándar europeo (EN14214) – estándar americano (ASTM D 6751). ............................ 11

Tabla 2. Pricipales grasas y aceites empleados en la elaboración de biodiesel ............................... 13

Tabla 3. Acidez aproximada de algunas materias primas. ............................................................. 15

Tabla 4. Ficha técnica planta Lister .............................................................................................. 17

Tabla 5. Densidad del aceite ......................................................................................................... 19

Tabla 6. Punto de nube ................................................................................................................ 20

Tabla 7. Características del Viscosímetro ...................................................................................... 20

Tabla 8. Viscosidad del aceite de pescado .................................................................................... 20

Tabla 9. Características de la Bomba Calorimétrica....................................................................... 21

Tabla 10. Poder calorífico ............................................................................................................. 21

Tabla 11. Balanza Analítica ........................................................................................................... 23

Tabla 12. Características de la Bureta Digital. ............................................................................... 24

Tabla 13. Índice de acidez del aceite ............................................................................................ 25

Tabla 14. Reactivos para la transesterificación ............................................................................. 28

Tabla 15. Reactivos y productos en la neutralización .................................................................... 29

Tabla 16. Densidades medidas del biodiesel ................................................................................. 32

Tabla 17. Punto de nube del biodiesel .......................................................................................... 32

Tabla 18. Viscosidad del Biodiesel ................................................................................................ 33

Tabla 19. Poder calorífico del biodiesel ........................................................................................ 33

Tabla 20. Índice de acidez en el biodiesel ..................................................................................... 34

Tabla 21. Rendimiento de aceite en % .......................................................................................... 34

Tabla 22. Combustible B30 ........................................................................................................... 35



Tabla 25. Resultados en el Motor Lister a 1000 RPM .................................................................... 36



Tabla 28. Flujo másico de combustible. Planta Lister ......................... ¡Error! Marcador no definido.

Lista de figuras

Figura 1. Almacenamiento del aceite extraído .............................................................................. 18

Figura 2. Punto de nube ............................................................................................................... 19

Figura 3. Viscosímetro ................................................................................................................. 20

Figura 4. Bomba calorimétrica ..................................................................................................... 21

Figura 5. Peso de 1g de aceite de pescado.................................................................................... 23

Figura 6. Mezcla lista y con agitación............................................................................................ 24

Figura 7. Agregar NaOH con la bureta digital. ............................................................................... 25

Figura 8. Efectos de la cantidad de catalizador ............................................................................. 27

Figura 9. Reacción de transesterificación...................................................................................... 30

Figura 10. Mezcla de biodiesel y glicerina ..................................................................................... 31

Figura 11. Ensayo de viscosidad para el biodiesel ......................................................................... 33

1. RESUMEN

Generar energías alternativas se ha hecho una actividad primordial en los últimos años; esto se debe,

a que en la actualidad se busca reducir el impacto y la contaminación ambiental, puesto que no se

saben aprovechar los recursos que se tienen ni desechar los residuos generados. Este proyecto tiene

como propósito fabricar biodiesel a partir de aceite de pescado. A lo largo del anteproyecto se

describen algunos parámetros que se deben seguir para llevar a cabo la fabricación de biodiesel;

también, se utilizaran los equipos con los que cuenta la universidad de Ibagué para realizar las

pruebas necesarias de fabricación del Biodiesel.

Dentro de los resultados que se espera de este proyecto es obtener biodiesel de buena calidad para

que se pueda utilizar como combustible en aplicaciones industriales que trabajen con motores de

combustión interna.

1.1. Introducción

A nivel mundial, la producción de energías alternativas ha aumentado debido al énfasis que

se ha venido haciendo en la reducción del impacto y la contaminación ambiental, además del

hecho de que la demanda de energía a nivel mundial va en aumento porque muchos procesos

y equipos hacen uso de combustibles fósiles como el gas natural y derivados del petróleo,

emitiendo gases que contaminan el medio ambiente. A medida que se queman más

combustibles fósiles estos contaminan más el medio y se agotan, es por esto que se necesitan

nuevos combustibles que sean renovables como el biodiesel.

En los últimos años la producción de biodiesel en el mundo ha crecido alrededor de un 41,9%

pasando de 959 millones de litros a 15.760 millones de litros al año, esto supone que para el

año 2020 la producción de biodiesel llegue a ser de 45.291 millones de litros [1]. Dado que

la materia prima para producir biodiesel puede ser cualquier sustancia que sea oleaginosa, se

ve la oportunidad de producir biodiesel a partir de un aceite diferente al de palma que ha sido

utilizado tradicionalmente y que sea un residuo que cause un impacto ambiental y social

negativo, se concluye entonces que una fuente para producir biodiesel es el aceite crudo de

pescado resultado de los desechos pesqueros. De igual manera, es importante determinar la

eficiencia que puede alcanzar el biodiesel producido, por eso se realizaron pruebas en dos

motores de la universidad de Ibagué, midiendo las máximas revoluciones, la máxima

potencia, el máximo torque que alcanzó el motor al trabajar con este biocombustible además

de las emisiones de gases a la atmósfera.

1.2. Planteamiento del problema

A nivel mundial los gases producto de la combustión de combustibles fósiles son una de las

principales causas de contaminación, creando la necesidad de fuentes alternativas de

producción de biocombustibles y que al mismo tiempo sean renovables, ya que los recursos

no renovables además de contaminar, se están agotando, y la demanda de estos va en

aumento. Colombia se encuentra entre los grandes productores de electricidad a partir de

combustibles fósiles, siendo Ecopetrol el principal encargado de la distribución y su

extracción se realiza en su mayoría en los Llanos orientales con un 68% [2].

Debido al alto consumo de combustible los niveles de contaminación son altos, y el aumento

de la población y los procesos industriales aumentaran esos niveles de contaminación. Ante

esta situación, el departamento del Tolima no resulta ajeno, y los residuos de actividades

pesqueras son elevados y se pueden aprovechar para producir biocombustibles que a largo

plazo resultarán en beneficios ambientales y tecnológicos.

1.3. Objetivos

● Producir biodiesel utilizando aceite de pescado (refinado, blanqueado,

desodorizado, transesterificación, separación).

● Caracterizar física y químicamente (punto de nube, densidad, viscosidad, índice de

acidez y poder calorífico) el biodiesel obtenido.

● Realizar pruebas en el motor de la universidad con mezclas con 30%, 50% y 70%

de biodiesel.

2. MARCO TEORICO

2.1 Biocombustibles

Son combustibles que se producen a partir de biomasa, es decir, materia orgánica originada

en un proceso biológico. El uso de biocombustibles genera índices de contaminación menores

que los del diésel y es una solución referente al agotamiento de fuentes de energías fósiles

como el petróleo. Además, otro factor que motiva a los países a utilizar biocombustibles es

reducir la dependencia de fuentes fósiles de energía [3].

2.1.1 Ventajas de los biocombustibles

Combustibles no tóxicos y biodegradables.

Disminución de los índices de contaminación ambiental por emisión de gases.

Adecuada utilización de los desechos de la producción agrícola

Energía renovable y limpia.

Reducción del efecto de invernadero.

Incremento de los niveles de empleo y desarrollo en el medio rural.

Alternativa a los combustibles fósiles.

2.1.2 Desventajas de los biocombustibles

Altos costos de producción

Elevado consumo de agua en su elaboración

Altos costos de comercialización

2.2 Biodiesel

El biodiesel es un combustible de origen animal o vegetal que reemplaza al tradicional

combustible Diesel o ACPM. Hay dos razones principales para el uso de biodiesel en motores

de combustión interna, la primera, el biodiesel tiene una naturaleza biodegradable y

renovable que lo hace una alternativa sostenible; y la segunda es la disminución en el impacto

ambiental causada por la menor cantidad de gases producto del biodiesel [4].

Cualquier tipo de motor diésel con mínimas o sin ninguna modificación para que pueda

funcionar con biodiesel al 100% o con mezclas de este y diésel tradicional. El proceso de

producción de biodiesel se lleva a cabo mediante la reacción química entre un alcohol con el

aceite de pescado en presencia de un catalizador.

2.2.1 Ventajas del biodiesel [5]

Sustitución del diésel en motores, quemadores y turbinas, así como en autobuses,

y todo tipo de maquinaria que emplee diésel para su funcionamiento.

Libre de compuestos azufrados, permitiendo la utilización de catalizadores

oxidativos que ayudan a eliminar material particulado de los gases en la

combustión.

Alto poder disolvente, ayuda que la no producción de carbonilla y mantiene limpio

el motor.

Aproximadamente 10 veces menos toxico que la sal común.

2.2.2 Desventajas del biodiesel [5]

Mayor viscosidad que el diésel, gracias a esto se pueden generar pedidas de flujo a

través de los filtros e inyectores del motor.

La presencia de potasio y sodio puede formar jabones obstruyendo los filtros. Solo

se puede presentar cuando el proceso de producción de biodiesel fue defectuoso.

Su combustión puede acarrear un aumento de óxidos de nitrógeno.

2.2.3 Propiedades del biodiesel

En gran parte las propiedades del biodiesel se ven determinadas por el tipo de aceite

o grasa animal o vegetal que se use así como también el proceso de producción. Por

este motivo se establece un rango dentro del cual se deben encontrar las propiedades

fisicoquímicas que debe tener el biodiesel para ser usado como combustible. En la

tabla 1 se encuentran estos rangos bajo el estándar europeo de especificaciones para

el biodiesel (EN14214) y el American Society for Testing Materials para mezclas de

biodiesel (ASTM 6751).

Tabla 1. Estándar europeo (EN14214) – estándar americano (ASTM D 6751).

Propiedad

Unidades

Estándares de biodiesel

EN 14214 ASTM D 6751

Contenido de éster %(m/m) 96,6> -

Densidad a 15°C kg/m3 860 - 900 -

Viscosidad a 40°C mm2/s 3,5 - 5,0 1,9 - 6,0

Punto de inflamación °C 120< 130<

Punto de nube °C - Reporte

Punto de fluidez °C - -

Carbón residual (al 10% del residuo de la destilación)

%(m/m) 0,3> 0,5>

Indice de acidez mgKOH/g 0,5> 0,8>

Indice de cetano - 51,0< 47,0<

Contenido de azufre %(m/m) 0,001< 0,0015>

Contenido de cenizas

sulfatadas

%(m/m) 0,02> 0,02>

Contenido de agua mg/kg 0,05> 0,05>

Lamina de cobre a la

corrosión (3h a 50°C)

Clasificación 1a 3a

Valor de yodo - 120,0> -

Éster metil de ácido linolénico

%(m/m) 12,0> -

Polinsaturado ésteres

metílicos (≥ 4 doble enlaces)

%(m/m) 1,0> -

Contenido de metanol %(m/m) 0,2> -

Contenido de mono

glicéridos

%(m/m) 0,8> -

Contenido de di glicéridos %(m/m) 0,2>

Contenido de triglicéridos %(m/m) 0,2>

Glicerol libre %(m/m) 0,002> 0,02>

Glicerol total %(m/m) 0,025> 0,024>

Contenido de fosforo mg/kg 10,0> 10,0>

Temperatura de destilación

(905 recuperado)

°C - 360,0>

Fuente: [6]

Algunas de las propiedades más importantes para la aceptación del biodiesel como

de alta calidad son las siguientes:

Densidad: es la cantidad de materia por unidad de volumen a una determinada

temperatura. Densidad relativa es la relación que hay entre la densidad de una

sustancia a una temperatura determinada y la densidad del agua a la misma

temperatura.

Viscosidad: De forma general, el biodiesel presenta una viscosidad mayor lo que

hace que la inyección del combustible sea más efectiva.

Punto de nube: es la temperatura a la cual el biodiesel comienza a solidificarse,

generalmente el biodiesel tiene un punto de nube más elevado que el del diésel

tradicional. Cuando las temperaturas son muy bajas, el biodiesel presenta problemas

porque deja de fluir por los conductos del motor.

Índice de acidez: determina la cantidad de Ácidos Grasos Libres (AGL) en el

biodiesel debido a la baja calidad del combustible o a la degradación por oxidación.

El aceite de residuos de pescado con el que se producirá el biodiesel debe presentar

un contenido de AGL menor al 2%, de lo contrario la producción de biodiesel requiere

procesos adicionales para reducir la cantidad de AGL.

Poder calorífico superior: Es la cantidad de calor que se produce en la combustión

del combustible cuando el vapor de agua generado en la combustión está condensado

y, por lo tanto, se tiene en cuenta el calor desprendido en este cambio de fase.

2.2.4. Materias primas

Para producir biodiesel se necesitan aceites o grasas, un alcohol y un catalizador que

al reaccionar conviertan los triglicéridos del aceite o la grasa en esteres alquílicos.

2.2.4.1. Aceites y grasas

Uno de los principales componentes de los aceites y las grasas son los esteres de

acidos grasos o triglicéridos unidos a un glicerol. Se puede afirmar que cualquier

sustancia que posea triglicéridos se puede usar para producir biodiesel. En la tabla 2

se puede apreciar aceites y grasas más utilizados en la producción de biodiesel.

Tabla 2. Pricipales grasas y aceites empleados en la elaboración de biodiesel

Aceites vegetales convencionales

Aceite de girasol

Aceite de colza

Aceite de soja

Aceite de coco

Aceite de palma

Aceite de maní

Aceites vegetales alternativos

Aceite de crambe abyssinica

Aceite de Cynara cundunculus

Aceite de Jatropha curcas

Aceite de Pogianus

Aceite de Brassica carint

Aceite de Camelina sativa

Aceite de semillas alteradas genéticamente Aceite de girasol de alto oleico

Grasas animales

Sebo de búfalo

Sebo de cerdo

Sebo de vaca

Grasa de pescado

Grasa de pollo

Aceites usados de fritura -------------------------------

Aceites de otras fuentes

Aceites de micro algas

Aceites de producciones microbianas

Fuente [7]

2.2.4.2. Alcohol

Los alcoholes más usados en la producción de biodiesel son el Metanol y el Etanol,

hay otros alcoholes que se pueden utilizar pero son más susceptibles a la

contaminación con agua y los costos son mayores.

Una variable muy determinante en el rendimiento de la transesterificación es la razón

molar entre el alcohol y el aceite o grasa. La razón molar se refiere a la cantidad de

moléculas de alcohol necesarias para reaccionar con una molécula de aceite o grasa.

La relación estequiométrica es de tres moléculas de alcohol con una de aceite para

producir tres moléculas de biodiesel y una de glicerol. Pero es necesario un exceso de

alcohol para forzar la reacción hacia los productos deseados, por esto cuando se

trabaja con Metanol se recomienda una relación molar de 6:1 y cuando se trabaja con

Etanol se recomienda una relación de 9:1.

2.2.4.3 Catalizador

Debido a que la reacción de transesterificación requiere mucho tiempo, es necesario

usar catalizadores que aceleren la reacción [8]. Los catalizadores más usados son de

tipo alcalino como el Hidróxido de Potasio (KOH) y el Hidróxido de Sodio (NaOH)

ya que alcanzan las velocidades de reacción más altas, sin embargo cuando el

contenido de AGL es alto, estos catalizadores promueven la formación de jabones.

2.2.5. Elaboración de biodiesel

La transesterificación es el mejor método para producir biodiesel, la reacción se hace

entre un aceite y un alcohol en presencia de un catalizador para producir el biodiesel

y el glicerol. Cuando el aceite o grasa que se va a utilizar tiene un porcentaje de AGL

mayor al 2% se debe hacer una transesterificación acida y luego una

transesterificación alcalina [9]. A continuación se describirá una serie de procesos a

seguir para llevar a cabo la esterificación ácida, la transesterificación alcalina y

obtener finalmente el biodiesel y el glicerol.

2.2.5.1. Pre-tratamiento del aceite

Antes de la reacción de transesterificación del aceite para producir biodiesel es

necesario un pre-tratamiento, con el fin de mejorar la calidad y la eficiencia de la

transesterificación se debe realizar un desgomado para evitar la formación de jabones

y por consiguiente el desperdicio del aceite de pescado.

En la tabla 3 se encuentra la información referente al contenido de AGL de algunas

materias primas usadas en la producción de biodiesel. Como el contenido supera el

2%, a esta materia prima se le debe someter a un tratamiento previo para disminuir

este índice y tener una mejor calidad en el producto final. Este tratamiento es una

reacción llamada esterificación acida.

Tabla 3. Acidez aproximada de algunas materias primas.

Materia prima Rango de acidez

Aceites de cocina usados 2 - 10%

Grasas animales 5- 30%

Grasas de trampas de grasa Cerca del 100%

Fuente: [10]

2.2.5.2. Desgomado

Uno de los procesos necesarios es la eliminación de algunas impurezas que contiene

el aceite crudo llamadas fosfátidos o gomas. Estas gomas se deben eliminar

principalmente por las pérdidas que ocasionan debido a las propiedades

emulsionantes que presentan. Este proceso se lleva a cabo con ácido fosfórico que

luego se retira con agua [11].

2.2.5.3. Esterificación acida

Esta reacción química es el método más indicado para eliminar los AGL presentes en

el aceite, permitiendo reaprovecharlos para la producción de biodiesel [11]. La

reacción química es la siguiente:

Para llevar a cabo esta reacción el aceite se debe precalentar a 65 °C, una vez a esta

temperatura se la agrega el etanol necesario y ácido sulfúrico como catalizador. La

temperatura debe mantenerse durante toda la reacción, es necesaria la agitación por

un tiempo de 3 a 5 horas. Luego de este tiempo se pone la mezcla en un embudo de

decantación para separar el agua del aceite que ya contiene menos del 2% de AGL

que ya se puede someter a la transesterificación alcalina.

2.2.5.4 Transesterificación alcalina

Esta reacción química es el proceso más común y más usado para producir biodiesel,

pero el aceite que se use debe garantizar tener un bajo contenido de AGL y de

impurezas. La siguiente es la reacción química:

De igual manera, como en la mayoría de las reacciones químicas, se necesita un

exceso de alcohol para que al final no quede aceite sin reaccionar o con productos

intermedios que puedan afectar las características del biodiesel reduciendo su calidad

y causando problemas en el motor si se llegara a usar. Otras condiciones que se deben

cumplir para que la reacción pueda suceder son mantener una temperatura adecuada,

la presencia de un catalizador adecuado, un tiempo de reacción determinado y

agitación.

Lo siguiente es una lista de los pasos que se deben seguir para llevar a cabo la

transesterificación alcalina:

1. Disolver el catalizador en este caso es Hidróxido de Sodio en el Etanol, para

esto se recomienda calentar el etanol a 60 °C y agitar por alrededor de 30

minutos.

2. Precalentar el aceite a 65 °C y agitarlo a velocidad constante sin que salpique.

Agregar la solución de etanol y catalizador. En este punto se debe dejar que

la reacción suceda manteniendo la temperatura y la agitación constantes

durante 4 horas.

3. Al terminar las 4 horas de reacción, se debe poner en un embudo de

decantación para que haya una separación de dos fases. La fase más viscosa

y densa contiene glicerol y jabones, mientras que la fase liviana está

compuesta de biodiesel. Esta separación tarda entre 12 a 18 horas.

4. Luego de la separación, es necesario hacer un lavado al biodiesel porque aún

puede haber restos de alcohol y catalizador sin reaccionar. El lavado se hace

con agua agregando ácido acético para neutralizar el biodiesel y evitar que se

formen nuevamente AGL. El lavado se repite las veces que sea necesario hasta

que el agua salga cristalina y finalmente el biodiesel se debe secar para retirar

la humedad que haya quedado después del lavado.

2.3. Planta Lister

Este es un motor estacionario que se fabricó con la finalidad de generar energía eléctrica. A

continuación en la tabla 4 se encuentra la ficha técnica del motor.

Tabla 4. Ficha técnica planta Lister Modelo 1970 Aprox

Cilindros 3

Rotación Izquierda

Potencia 24.4 HP

Velocidad fija 1500 R.P.M-2500 R.P.M

Combustible Diésel

Sistema de combustible Bombas de inyección individuales

Tipo de inyección Directa

Consumo de combustible 4.6 litro/h – 7.3 litro/h

Marca Lister – serie TR

Fuente: [13]

3. DISEÑO METODOLÓGICO

Diseño: investigación experimental, cuantitativa de tipo deductivo

Muestra: 50L de aceite crudo producto del calentamiento de vísceras de pescado

residuos de diferentes fincas de la asociación piscícola Asopiscinorte.

Fases metodológicas:

Fase I: Selección de materias primas.

Fase II: Caracterización del aceite.

Fase III: Esterificación ácida.

Fase IV: Proceso de producción de biodiesel

Fase V: Caracterización del biodiesel

Fase VI: ejecución de pruebas

3.1. Fase I: Selección de materias primas

Aceite: el aceite fue extraído de los residuos de actividades piscícolas

recolectados de diferentes haciendas piscícolas que hacen parte de la asociación

piscícola Asopiscinorte. Estos residuos están alrededor de las 230 toneladas

anuales tan solo en el Tolima [14], residuos que no se usan correctamente sino

que son arrojados directamente en las fuentes de agua. En la figura 1 está el aceite

que se obtuvo de los restos de pescado que se recolectó.

Figura 1. Almacenamiento del aceite extraído

Fuente: Autor

Alcohol: Colombia es uno de los grandes productores de etanol en Suramérica,

un alcohol completamente renovable ya que se produce a partir de la caña de

azúcar. El etanol es más seguro en su manipulación, pues no es toxico y es menos

inflamable que el metanol, además de que ha mostrado buena eficiencia en la

otras investigaciones al favorecer la transesterificación, en esta investigación se

usó etanol con una pureza de 96%.

Catalizador: se necesitó dos catalizador puesto que se hizo primero una

esterificación acida y luego la transesterificación alcalina. Se utilizó Ácido

sulfúrico (H2SO4) para la esterificación acida con una pureza de 96% que es el

ácido que mejores resultados ofrece. Para la transesterificación alcalina el

catalizador a utilizar es el Hidróxido de Sodio (NaOH) porque es menos

contaminante que el Hidróxido de Potasio (KOH).

3.2. Fase II: caracterización del aceite

La caracterización físico-química del aceite mide propiedades como: densidad, punto

de nube, viscosidad, poder calorífico superior e índice de acidez.

3.2.1. Densidad

Para determinar la densidad del aceite se utilizó un picnómetro, con capacidad de

25ml, se puso en una balanza y se puso en cero, luego se llenó de aceite hasta el borde

y se tomó la medida de su peso. La densidad es la relación entre el peso y el volumen

ocupado por una sustancia como se ve en la ecuación.

𝜌 = 𝑚

𝑣=

𝑔

𝑚𝑙=

𝑔

𝑐𝑚3

En la tabla 5 se encuentran tabulados los resultados obtenidos de 4 muestras de aceite.

Tabla 5. Densidad del aceite Aceite Volumen

(ml)

Masa (g) Densidad

(g/ml)

Muestra 1 25 25,01 1,0004

Muestra 2 25 25,11 1,0044

Muestra 3 25 25,08 1,0032

Muestra 4 25 25,09 1,0036

Fuente: Autor

3.2.2. Punto de nube

La norma ASTM D2500 indica el procedimiento para determinar el punto de nube.

Se tomó una muestra de 100 ml en un beaker, que se puso dentro de otro beaker más

grande con hielo y un termómetro para conocer la temperatura del aceite en el

momento en que se empieza a sedimentar. La temperatura de punto de nube que se

encontró fue de 9,5 °C. El montaje se muestra en la figura 2 y los resultados obtenidos

están en la tabla 6.

Figura 2. Punto de nube

Fuente: Autor

Tabla 6. Punto de nube

Aceite Punto de nube °C

Muestra 1 7

Muestra 2 11

Muestra 3 9

Muestra 4 10

Fuente: Autores

3.2.3. Viscosidad

La universidad cuenta con un viscosímetro digital marca Brookfield, las

características de este equipo se encuentran en la tabla 7. Cada muestra fue de

alrededor de 600 ml a 40 °C como se ve en la figura 3. Este ensayo arrojo una

viscosidad promedio de 59,5 cSt, los datos obtenidos se ven en la tabla 8.

Figura 3. Viscosímetro

Fuente: Autor

Tabla 8. Viscosidad del aceite de pescado

Aceite Viscosidad cSt

Muestra 1 59

Muestra 2 60

Muestra 3 58

Muestra 4 65

Fuente: Autor

Tabla 7. Características del Viscosímetro

3.2.4. Poder calorífico

El poder calorífico de una sustancia se puede definir como la cantidad de calor que

genera por unidad de masa o de volumen cuando se oxida. Este valor se midió con la

bomba calorimétrica que tiene la universidad, como se puede ver en el montaje de la

figura 4. Para el ensayo se toma aproximadamente un gramo de aceite y se sigue el

procedimiento del fabricante del equipo para determinar el poder calorífico en cal/g.

los resultados se encuentran en la tabla 10.

Figura 4. Bomba calorimétrica

Fuente: Autor

Tabla 10. Poder calorífico

Aceite

Poder calorífico

cal/g

Muestra 1 10461,2

Muestra 2 10653,4

Muestra 3 10325,2

Muestra 4 10566,3

Fuente: Autor

3.2.5. Índice de Acidez

El cálculo del índice de acidez se hizo de acuerdo a la norma ASTM 974, la muestra de

aceite para cada ensayo fue de aproximadamente 1 gramo, que se hizo reaccionar con

determinados reactivos químicos para obtener el índice de dicha muestra. A continuación

Resolucion de

Temperatura0.0001 °C

±0.1 °C sin calibrar

±0.05 °C calibrado

Repetibilidad ±0.002 °C

Linearidad ±0.002 °C

Duracion de cada

Prueba25 minutos

Exactitud Absoluta

Tabla 9. Características de la Bomba Calorimétrica.

se detalla el procedimiento que se siguió para este ensayo, pero primero se describirá el

procedimiento para preparar la solución que se usó para medir el índice de acidez:

Solución Normal de NaOH 0,1 N

Reactivos necesarios

Dietil éter: 25 ml

Alcohol etílico: 25 ml

Fenolftaleína: 3 gotas/ensayo

Plancha magnética con agitación

Bureta digital con solución acuosa de NaOH a 0,1N

Preparar 1 Litro de solución Normal de NaOH 0,1 N

Solución normal: este tipo de solución relaciona equivalentes de gramo del soluto por

los litros de solución, es decir:

𝑁 = 𝑒𝑞 − 𝑔 𝑑𝑒 𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡𝑜

𝐿 𝑑𝑒 𝑠𝑜𝑙𝑢𝑐𝑖𝑜𝑛

𝒆𝒒 − 𝒈 𝒅𝒆 𝑵𝒂𝑶𝑯 =𝒎𝒂𝒔𝒂 𝒎𝒐𝒍𝒂𝒓 𝑵𝒂𝑶𝑯

# 𝑮𝒓𝒖𝒑𝒐𝒔 (𝑶𝑯)=

𝟒𝟎𝒈

𝟏= 𝟒𝟎𝒈

Entonces para una concentración de 0,1 N

𝟎, 𝟏 𝒆𝒒 − 𝒈 𝑵𝒂𝑶𝑯

𝟏 𝑳 𝒂𝒈𝒖𝒂 𝒅𝒆𝒔𝒕𝒊𝒍𝒂𝒅𝒂∗

𝟒𝟎𝒈 𝑵𝒂𝑶𝑯

𝟏 𝒆𝒒 − 𝒈 𝑵𝒂𝑶𝑯= 𝟒𝒈 𝑵𝒂𝑶𝑯

Pero esta cantidad se debe corregir porque la pureza del NaOH es de 98% según el

fabricante:

𝟒𝒈 𝒅𝒆 𝑵𝒂𝑶𝑯

𝟎, 𝟗𝟖 𝒑𝒖𝒓𝒆𝒛𝒂= 𝟒, 𝟎𝟖𝟏𝟔𝒈 𝒅𝒆 𝑵𝒂𝑶𝑯

Tabla 11. Balanza Analítica

Materiales necesarios:

Plancha con agitación magnética

1 Erlenmeyer de 1L

Agua destilada

1 Matraz aforado de 1 L

Procedimiento:

Una vez el Erlenmeyer esté limpio y seco se debe enjuagar con agua destilada.

Se agregan unos 200 ml aproximadamente de agua destilada al Erlenmeyer.

Se pesan en la balanza analítica los 4,0816 g de NaOH y se agregan al Erlenmeyer.

Poner en agitación la solución (el NaOH y el agua reaccionan y aumenta un poco la

temperatura).

Cuando la solución este clara se debe pasar al matraz aforado y completar con agua

destilada lo que falta para el litro, cuando el menisco se acerque a la marca del matraz

se termina de llenar con un gotero.

Una vez preparada esta solución, se procede a realizar el ensayo para medir el índice

de acidez:

1. En el Beaker y con la balanza de precisión analítica se pesa 1 gramo de aceite

crudo de pescado filtrado y secado.

Figura 5. Peso de 1g de aceite de pescado

Fuente: Autor

Dimensiones 475 x 305 x 295

Capacidad

(gramos)120 / 220

Peso 8,6 Kg

Precisión 0,1 mg

Dimensiones

del plato115 mm

CalibraciónExterna / Interna

automática

2. Se agrega 25ml de etanol y 25ml de dietil éter al aceite, es decir una relación

de 50% etanol y 50 dietil éter.

3. Se adicionan 3 gotas de fenolftaleína en solución.

4. El Beaker con toda la mezcla se pone en la plancha electromagnética en frio

y con una velocidad de agitación que no provoque salpicadura.

5.

Figura 6. Mezcla lista y con agitación

Fuente: Autor

6. En la bureta digital se coloca el hidróxido de sodio y se empieza a adicionar

gota a gota a la mezcla que esta siento agitada. La adición de esta solución se

continúa hasta que la mezcla alcance un color rosado claro.

Marca y

Modelo

BrandTech,

4760261

Rango de

medida

50 mL volume,

exactitud: 0.06%

volume 50 mL

Tabla 12. Características de la Bureta Digital.

Figura 7. Agregar NaOH con la bureta digital.

Fuente: Autor

7. Al obtener el cambio de color se cuenta la cantidad en ml de hidróxido de

sodio que se agregaron a la mezcla.

8. Finalmente se determina el índice de acidez por medio de la siguiente formula:

%𝑰. 𝑨 = 𝑪 ∗ 𝑽 ∗ 𝑵

𝒎

𝑪 = 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑚𝑜𝑙𝑒𝑐𝑢𝑙𝑎𝑟 𝑑𝑒𝑙 𝑁𝑎𝑂𝐻

𝑪 = 𝟒𝟎 𝒈/𝒎𝒐𝒍

𝑽 = 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑠𝑜𝑙𝑢𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒 𝑁𝑎𝑂𝐻 𝑒𝑚𝑝𝑙𝑒𝑎𝑑𝑎 = 𝒎𝒍

𝑵 = 𝑁𝑜𝑟𝑚𝑎𝑙𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒𝑙 𝑁𝑎𝑂𝐻 = 𝟎, 𝟏𝑵

𝒎 = 𝑚𝑎𝑠𝑎 𝑒𝑥𝑎𝑐𝑡𝑎 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎 𝑑𝑒 𝑎𝑐𝑒𝑖𝑡𝑒 = 𝑔

Tabla 13. Índice de acidez del aceite

Fuente: Autor

Aceite I.A

Muestra 1 15,23

Muestra 2 16,47

Muestra 3 15,81

Muestra 4 15,93

3.3. Fase III: Proceso para producir biodiesel

Para producir biodiesel se hicieron ensayos con muestras de aceite de 100 ml cada

una. Estos 100 ml de cada muestra fueron sometidos a una esterificación ácida ya que

el porcentaje de AGL era mayor a 2%; después de esta reacción se determinó

nuevamente el índice de acidez, se hizo el desgomado, luego la esterificación ácida

y finalmente la transesterificación alcalina.

3.3.1. Desgomado

Este proceso se realizó añadiendo ácido fosfórico con una pureza de 85%. El ácido

se añadió en una proporción de 1% con relación a la masa del aceite de pescado. La

reacción se realizó en una plancha electromagnética ya que debe ser agitada y estar a

una temperatura de entre 60 a 70 °C durante 30 minutos. Cuando se terminó ese

tiempo, la mezcla se dejó en un embudo de separación durante 24 horas para luego

retirar las gomas y el ácido fosfórico restante con agua [16].

3.3.2. Transesterificación ácida

Esta reacción busca convertir los AGL en ésteres carboxílicos, y para lograrlo estos

AGL deben reaccionar con un alcohol en presencia de un catalizador ácido, que para

esta investigación será ácido sulfúrico con 98% de pureza.

La cantidad de ácido sulfúrico que se debe usar varía dependiendo del tipo de aceite

y del tipo de alcohol. Sin embargo, varios estudios han mostrado un rango dentro del

cual se puede alcanzar los mejores resultados en el que la cantidad de catalizador va

de 0,5 a 2% [17]. En la figura 8 hay una gráfica que muestra el efecto de la cantidad

de catalizador en la reacción de esterificación.

Figura 8. Efectos de la cantidad de catalizador

Fuente: [17]

La reacción obtiene los mejores resultados en un tiempo de 2 horas en el que alcanza

la mayor cantidad de conversión de AGL en ésteres carboxílicos. Otras condiciones

durante esta reacción fueron la temperatura que se mantuvo a 65 °C y la relación en

masa molar respecto al etanol fue de 10:1, aunque se recomienda que sea mayor

incluso se han utilizado del orden de 20:1 [18].

El procedimiento que se siguió fue el siguiente:

1. Precalentar los 100ml de aceite a 65 °C y 1150rpm para asegurar una

temperatura homogénea en el aceite.

2. El etanol se debe mezclar con el ácido sulfúrico hasta que sea una mezcla

homogénea, y luego agregarlos al aceite manteniendo las mismas condiciones

de temperatura y agitación durante 1 hora y luego se deja de calentar pero no

de agitar durante 1 hora, en total 2 horas.

3. Al terminar la reacción, queda una mezcla de alcohol, esteres y aceite con un

contenido bajo de AGL. Esta mezcla se deja reposar por 8 horas. Se puede

observar que la mezcla ha tomado un color más oscuro.

4. Ya se ha completado le primera etapa, la esterificación ácida. Ahora continúa

el proceso con la transesterificación alcalina, para lo cual se necesita un

alcohol y el catalizador que es el Hidróxido de Sodio.

3.3.3. Transesterificación alcalina

Para esta etapa, se debe partir del índice de acidez del aceite después de la

esterificación acida para calcular la cantidad de catalizador que se debe usar, y la

cantidad de etanol no cambia.

Cantidad de hidróxido de Sodio

La información necesaria para realizar el cálculo de la cantidad de Hidróxido de Sodio

se muestran en la tabla 14:

Tabla 14. Reactivos para la transesterificación

Catalizador NaOH

Pureza de NaOH 94

Índice de acidez 2,2 mgNaOH/g.aceite

Masa del aceite (g) 103

Fuente: Autor

𝑚𝐶𝑎𝑡 = 𝐼𝐴 ∗ 𝑚𝑎𝑐𝑒𝑖𝑡𝑒 = 2,2 𝑚𝑔 𝑁𝑎𝑂𝐻

𝑔 𝑎𝑐𝑒𝑖𝑡𝑒∗

1𝑔 𝑁𝑎𝑂𝐻

1000𝑚𝑔 𝑁𝑎𝑂𝐻∗ 103 𝑔𝑎𝑐𝑒𝑖𝑡𝑒

= 0,23 𝑔𝑁𝑎𝑂𝐻

Ahora se corrige esta cantidad por la pureza del NaOH:

𝑚𝐶𝑜𝑟𝑟𝑒𝑔𝑖𝑑𝑎 = 0,23 𝑔𝑁𝑎𝑂𝐻

0,94= 0,24 𝑔𝑁𝑎𝑂𝐻

Para la transesterificación de 103 g de aceite con índice de acidez de 2,2 se necesita

0,24 g de NaOH.

Al final del tiempo que toma la transesterificación, se debe realizar una neutralización

para detener la reacción. Esta neutralización se realizó con ácido acético, ya que al

reaccionar con el Hidróxido de Sodio forma una sal que es fácil de remover con agua.

En la tabla 15 están las masas molares de los reactivos.

Tabla 15. Reactivos y productos en la neutralización

Masa molar ácido acético (g/mol) 60

Masa molar NaOH (g/mol) 40

Masa molar acetato de Sodio (g/mol) 82

Masa molar Agua (g/mol) 18

Fuente: Autor

La siguiente es la reacción estequiométrica:

𝐶𝐻3 − 𝐶𝑂𝑂𝐻 + 𝑁𝑎𝑂𝐻 → 𝐶𝐻3 − 𝐶𝑂𝑂𝑁𝑎 + 𝐻2𝑂

Donde:

𝐶𝐻3 − 𝐶𝑂𝑂𝐻: Ácido Acético

𝑁𝑎𝑂𝐻: Hidróxido de Sodio

𝐶𝐻3 − 𝐶𝑂𝑂𝑁𝑎: Acetato de Sodio

𝐻2𝑂: Agua

La cantidad de ácido acético se calcula usando una regla de 3 simple entre las

relaciones estequiométricas, y luego se hace una corrección con relación a la pureza

del ácido acético que es de 99%.

60 (𝐴𝑐𝑖𝑑𝑜 𝑎𝑐𝑒𝑡𝑖𝑐𝑜) − − − − − − − 40 (𝑁𝑎𝑂𝐻)

𝑋 (𝐴𝑐𝑖𝑑𝑜 𝑎𝑐𝑒𝑡𝑖𝑐𝑜) − − − − − − − − − 0,24 (𝑁𝑎𝑂𝐻)

Resolviendo se obtiene:

𝑋 =60 ∗ 0,24

40= 0,36 𝑔 𝐴𝑐𝑖𝑑𝑜 𝑎𝑐𝑒𝑡𝑖𝑐𝑜

Con la corrección por pureza queda:

𝑋 = 0,36 𝑔 𝑎𝑐𝑖𝑑𝑜 𝑎𝑐𝑒𝑡𝑖𝑐𝑜

0,99= 0,37 𝑔 𝑎𝑐𝑖𝑑𝑜 𝑎𝑐𝑒𝑡𝑖𝑐𝑜

Proceso de transesterificación

Lo primero es mezclar el etanol con el Hidróxido de Sodio, este proceso toma

entre 10 y 20 minutos porque se debe disolver completamente el Hidroxido

de Sodio, se debe agitar hasta que quede una mezcla homogénea.

Después de las 8 horas de reposo de la esterificación acida se debe agregar la

mitad de la mezcla de etanol e Hidróxido de Sodio y agitar durante 5 minutos,

esto para neutralizar el ácido sulfúrico.

Calentar la mezcla a 55 °C, esta temperatura se debe mantener durante toda la

reacción, una vez alcanzados los 55 °C se vierte el resto de etanol y NaOH, y

se agita la mezcla, las revoluciones exactas no importan mientras no salpique.

Figura 9. Reacción de transesterificación

Fuente: Autor

Esta reacción toma 3 horas, al final de ese tiempo, se agrega la cantidad

calculada de ácido acético y se agita por otros 20 minutos.

Luego esta mezcla se pone en un embudo de decantación durante por lo menos

12 horas para que se separe en biodiesel y glicerina, esta última queda en la

parte de abajo del embudo como se ve en la figura 10.

Figura 10. Mezcla de biodiesel y glicerina

Fuente: Autor

Después de separar el biodiesel de la glicerina, el biodiesel se debe lavar con

agua, a temperatura ambiente. Este proceso de lavado se repite hasta que el

biodiesel quede claro.

Por último se lleva el biodiesel para secarlo y extraer la humedad que

contenga. Este secado se hace al vacío en una rota vapor. Una vez secado, el

biodiesel se puede almacenar y usarse en los motores.

3.4. Fase IV: Caracterización del Biodiesel

Luego de hacer los ensayos para producir el biodiesel, se midió las propiedades como

densidad, punto de nube, índice de acidez, viscosidad y poder calorífico, además se

calculó el rendimiento del aceite de pescado en la producción de Biodiesel.

Estas propiedades fueron medidas usando los mismos equipos y métodos que se

utilizaron para caracterizar las muestras del aceite crudo de pescado.

3.4.1. Densidad

En la tabla 16 se encuentran los valores medidos para las muestras de biodiesel.

Tabla 16. Densidades medidas del biodiesel

Ensayo Densidad g/ml

Muestra 1 0,9053

Muestra 2 0,8645

Muestra 3 0,8872

Muestra 4 0,9183

Fuente: Autor

3.4.2. Punto de nube

La tabla 17 muestra los resultados obtenidos para el punto de nube que presenta el

biodiesel.

Tabla 17. Punto de nube del biodiesel

Ensayo Punto de

nube °C

Muestra 1 4

Muestra 2 7

Muestra 3 5

Muestra 4 6

Fuente: Autor

3.4.3. Viscosidad

En la tabla 18 están registrados los valores de viscosidad que se midieron. Aunque el

viscosímetro que se utilizó fue el mismo, la transesterificación hace que la viscosidad

sea mucho menor que la del aceite crudo de pescado, por lo tanto fue necesario usar

otra aguja y una muestra de biodiesel más pequeña. Estos cambios en el montaje de

la prueba se ven en la figura 11.

Figura 11. Ensayo de viscosidad para el biodiesel

Fuente: Autor

Tabla 18. Viscosidad del Biodiesel

Ensayo Viscosidad

cSt

Muestra 1 8,4

Muestra 2 7,8

Muestra 3 4,9

Muestra 4 7,3

Fuente: Autor

3.4.4. Poder calorífico

En la tabla 19 están los valores del poder calorífico que presentó el biodiesel

producido, siguiendo el método establecido por el fabricante de la bomba

calorimétrica.

Tabla 19. Poder calorífico del biodiesel

Ensayo Poder calorífico

cal/g

Muestra 1 9876,68

Muestra 2 10133,46

Muestra 3 10257,87

Muestra 4 9954,66

Fuente: Autor

3.4.5. Índice de acidez

La tabla 20 contiene valores de acidez encontrada en las muestras de biodiesel al final

del proceso.

Tabla 20. Índice de acidez en el biodiesel

Ensayo I.A

Muestra 1 0,56

Muestra 2 0,47

Muestra 3 0,85

Muestra 4 0,59

Fuente: Autor

3.4.6. Rendimiento del aceite

Este porcentaje se determinó haciendo una relación entre el volumen usado de aceite

de pescado y el volumen de biodiesel producido. A continuación se presenta el

modelo matemático que se utilizó para hallar este rendimiento, y la tabla 21 lo

muestra.

%𝑅𝑒𝑛𝑑𝑖𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 = 𝑚𝐵𝑖𝑜𝑑𝑖𝑒𝑠𝑒𝑙

𝑚𝐴𝑐𝑒𝑖𝑡𝑒𝑥 100%

Tabla 21. Rendimiento de aceite en %

Ensayo %

Rendimiento

Muestra 1 79

Muestra 2 77

Muestra 3 81

Muestra 4 76

Fuente: Autor

3.5. Fase V: Ejecución de pruebas

Para la ejecución de pruebas se produjo más biodiesel y se mezcló con diésel

comercial en porcentajes de 30, 50 y 70%, y de acuerdo a estos porcentajes las

mezclas se denominan B30, B50 y B70 respectivamente. Cada prueba que se realizó

tuvo una duración de 3 minutos. Cada vez que se terminaba una prueba con una

mezcla de Diésel con Biodiesel, se ponía a trabajar el motor con Diésel comercial

para eliminar rastros de la mezcla anterior.

B30

Para esta prueba se usaron 500 ml de combustible, de los cuales 150 ml son Biodiesel

y los 350 ml restantes son Diésel comercial. La composición de esta mezcla se

describe en la tabla 22.

Tabla 22. Combustible B30

B30

70% Diésel 350 ml

30% Biodiesel 150 ml

Mezcla B30 500 ml

Fuente: Autor

B50

En esta prueba se usaron 400 ml de combustible, donde una mitad era Biodiesel y la

otra mitad era Diésel como se consignó en la tabla 23.


B50

50% Diésel 200 ml


Mezcla B50 400 ml

Fuente: Autor

B70

Para las pruebas con este combustible B70 se completó una cantidad de 500 ml. Su

composición está en la tabla 24.


B70

30% Diésel 150 ml


Mezcla B70 500 ml

Fuente: Autor

Las pruebas con biodiesel en el motor midieron el torque, la potencia y las

revoluciones máximas y mínimas que se alcanzaron. Estos parámetros fueron

medidos con el dinamómetro y además se midió la opacidad de los gases de escape.

Los resultados obtenidos se presentan en la tabla 25 a 27 a continuación:

Tabla 25. Resultados en el Motor Lister a 1000 RPM

Fuente: Autor

Fuente: Autor



Fuente: Autor

4. RESULTADOS Y DISCUSIÓN

4.1. Caracterización del Biodiesel

Densidad

La norma técnica colombiana NTC 5708, señala que el biodiesel debe tener una

densidad entre 0,86 y 0,9 g/ml. Las muestras de biodiesel presentaron valores entre

este rango, sin embargo una de las muestras fue de 0,9183 g/ml. Este valor esta 1%

por encima de del valor máximo aceptado por la norma, lo cual es una diferencia

mínima que no causaría problemas en el motor. Diferencias mayores y significativas

en la densidad del combustible afectarán el consumo de combustible del motor, ya

que los inyectores trabajan con un volumen determinado de combustible que deben

inyectar, por lo tanto un cambio significativo en la densidad va a tener un impacto en

el consumo de combustible.

Punto de nube

Las muestras de biodiesel mostraron que la temperatura a la que empiezan a

solidificarse es menor de 8 °C, este valor siempre se quiere que sea lo más bajo

posible, y aunque en Colombia el promedio de temperatura es mayor a los 10 °C, en

algunas regiones frías del país la temperatura ha bajado hasta los 2 °C. En estas

regiones en que las temperaturas pueden ser más bajas que el punto de nube se

recomienda que el biodiesel se use en mezclas de hasta 30% de biodiesel, ya que estas

mezclas modifican el punto de nube del combustible haciendo que este sea más alto

cuando la proporción de biodiesel es mayor [19].

Viscosidad

La norma EN14214 establece que el límite de la viscosidad debe ser de 5 mm2 /s a

40 °C, en las muestras de biodiesel se encontró que la viscosidad era mayor y solo

una muestra estaba dentro del rango establecido por la norma, aunque los valores de

viscosidad del biodiesel producido son más altos que lo establecido en la norma, no

están muy lejos de estos valor siendo el mayor de 8,4 mm2/s. Sin embargo un valor

muy elevado en la viscosidad puede causar problemas de flujo en el circuito de

combustible. Estos valores pueden deberse a que las condiciones de la

transesterificación no fueron las mejores, debido a que los equipos disponibles no

podían garantizar estas condiciones de temperatura y agitación por ejemplo.

Poder calorífico

El diésel comercial tiene un poder calorífico de 10800 cal/g, mientras que el biodiesel

producido a partir de aceite de pescado presenta cerca de 10000 cal/g, valor que está

dentro de lo que establece la norma EN 14214. Esta diferencia es de un 8%, una

disminución en el poder calorífico indica que el motor necesitara más combustible

para realizar el mismo trabajo, sin embargo, ese valor corresponde a usar biodiesel al

100%, y como el biodiesel se usa en mezclas con diésel comercial este aumento en el

consumo no se tan notorio.

Índice de acidez

De acuerdo a la norma EN 14214 el contenido de AGL debe ser menor a 1%, las

muestras de biodiesel que se analizaron están dentro de este rango lo que significa

que las reacciones de esterificación acida y transesterificación alcalina convirtieron

la mayoría de estos ácidos grasos libres en esteres carboxílicos. Esta condición de

baja acidez hace que sea posible almacenar el biodiesel aunque por un periodo de

máximo 6 meses.

4.2. Pruebas en el motor: Planta Lister

Los resultados de las pruebas en este motor se encuentran en la tabla 22, al

compararlos con los resultados del diésel comercial se ve una disminución tanto en

torque como en potencia para todas las mezclas de biodiesel. Pero se observa que la

mezcla que tuvo un mayor torque y mayor potencia fue la B30. En cuanto a la

opacidad de los gases de escape el uso de biodiesel disminuyo este valor hasta en un

27% con la mezcla de B50 que su opacidad mínima fue de 69,5% y con el diésel

comercial fue de 96%.

En cuanto al consumo de combustible, el menor valor lo presento el diésel comercial

y este fue aumentando a medida que la mezcla tenía mayor cantidad de biodiesel, este

aumento era esperado debido a que el biodiesel presenta un menor poder calorífico.

4.3. Conclusiones

El consumo de combustible aumento entre 6 – 8% , esto debido a que el poder calórico

del biodiesel es menor que el del Diésel comercial, sin embargo la potencia se ve

reducida en mas del 50% tan solo en el caso de la mezcla B30. En cuanto a la opacidad

de los gases de escape, existe una relación inversamente proporcional, en la que por

ejemplo para el caso de la mezcla de B70 la opacidad disminuyó un 22% y para la

mezcla B30 la disminución fue de 11%.

En la producción de biodiesel se encontró que la relación molar etanol-aceite dentro

de las 3 que se probaron -6:1, 9:1 y 12:1- la que mejor características produjo en el

combustible fue la de 12:1, como lo recomendaba la literatura y otras investigaciones

sobre la producción de biodiesel a partir de diferentes aceites. Sin embargo, la

relación molar ideal para el aceite de pescado debe ser encontrada de forma

experimental.

Aunque la transesterificación acida disminuyó el índice de acidez de 16 hasta 5, es

necesaria la transesterificación alcalina para reducirlo hasta que su valor sea menor a

2, y en este caso valores aproximados a 0,5. Además, el punto de nube también se ve

reducido hasta 5,5 °C lo que hace que sea posible usarlo en climas fríos siempre y

cuando sean mayores a 5,5 °C. En cuanto a la viscosidad del combustible, la requerida

debe ser 6 cSt como máximo, mientras que la obtenida después de todo el proceso

fue de 8,75cSt, por esta razón no se recomienda usar en mezclas de más de 50% para

no causar problemas en el Sistema de inyección.

4.4. Referencias bibliográficas

[1] E. A. B. Pereira, «Diseño del proceso de producción del biodiesel a partir de aceites de

fritura,» Bogotá, 2014.

[2] Ministerio de minas y energias, «UPME,» 2017. [En línea]. Available:

http://www1.upme.gov.co. [Último acceso: Noviembre 2018].

[3] ECOPETROL, «ecopetrol,» [En línea]. Available:

https://www.ecopetrol.com.co/wps/portal/es/ecopetrol-web/medio-ambiente/gestion-

ambiental-proactiva/ecoeficiencia/biocombustibles/biocombustibles-

informacion/!ut/p/z1/tZPLbsIwEEW_hQVLa-

wkELIMVOVRUSG1FOINsp0JcpXYAVKg_fo6SFRqJZoFijfWvM4dWzPAYQ3ciKPeikpbI3Jn.

[Último acceso: Diciembre 2018].

[4] UPME, «Ministerio de minas y energia,» [En línea]. Available: http://www1.upme.gov.co.

[Último acceso: Diciembre 2018].

[5] A. J. R. C. G. J. BENJUMEA Pedro N, «Estudio experimental de las variables que afectan la

reaccion de trans-esterificacion del aceite crudo de palma para la producción de biodiesel,»

Scientia et tecnica, nº 24, pp. 169 - 174, 2010.

[6] A. ARIAS, «Biocombustibles: el nuevo yacimiento colombiano,» Ministerio de Agricultura y

Desarrollo Rural Republica de Colombia, 2007.

[7] M. Pedraza, «ELABORACIÓN Y CARACTERIZACIÓN DE BIODIESEL A PARTIR DE ACEITE DE

FRITURA USADO,» Ibagué, 2016.

[8] P. G.-M. L. E.-C. E. M.-G. Robles Medina, «Biocatalysis: towards ever greener biodiesel

production,» biotechnol, vol. 27, nº 4, 2009.

[9] N. A. S. A. H. M. A. Talebian - Kiakalaieh, «A review on novel processes of biodiesel

production froma waste cooking oil,» Appl. Energy, vol. 104, pp. 683 - 710, 2013.

[10] V. G. J., «Biodiesel processing and production,» Fuel Processing Technology, vol. 86, 2005.

[11] E. Deffense, «AOCS Lipid Library,» [En línea]. Available:

http://lipidlibrary.aocs.org/OilsFats/content.cfm?ItemNumber=40322. [Último acceso:

Octubre 2018].

[12] V. S. D. N. S. N. MEHER L. C., «Technical aspects of biodiesel production by

transesterification,» Renewable and Sustainable Energy, vol. 10, 2006.

[13] MAZDA, «Training Manual Mazda BT50,» 2014.

[14] LISTER PETTER DIESEL, «Lister Petter Diesel,» 1970. [En línea]. Available:

http://www.listerpetter.com.co. [Último acceso: Diciembre 2018].

[15] J. L. Santamaria, «DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN SISTEMA DE PRODUCCIÓN DE

BIODIESEL A PARTIR DE LOS RESIDUOS DE LA INDUSTRIA PISCÍCOLA,» Ibague, 2016.

[16] L. M. P. Naranjo, «DISEÑO DE UNA PLANTA PARA OBTENCIÓN DE BIODIESEL A PARTIR DE

VISCERAS DE PESCADO,» Ibagué, 2015.

[17] A. E. J.M. Marchetti, «Esterification of free fatty acids using sulfuric acid as catalyst in the

presence of triglycerides,» ScienceDirect, nº 32, pp. 892-895, 2008.

[18] S. Y. M. M. A. Modhar A. Khan, «Acid esterification of a high free fatty acid crude palm oil

and crude rubber seed oil blend: Optimization and parametric analysis,» ScienceDirect, nº

34, pp. 1751-1756, 2010.

[19] N. S. C. O. J.D. Mejía, «Effect of blends of Diesel and Palm-Castor biodiesels on viscosity,

cloud point and flash point,» Industrial Crops and Products, vol. 43, pp. 791 - 797, 2013.

[20] N. A. S. A. H. M. A. Talebian - Kiakalaieh, «A review on novel processes of biodiesel

production froma waste cooking oil,» Appl. Energy, vol. 104, pp. 683 - 710, Apr. 2013.

ELABORACIÓN Y CARACTERIZACIÓN DE BIODIESEL COMO …

Documents

Transcript of ELABORACIÓN Y CARACTERIZACIÓN DE BIODIESEL COMO …