Escuela Académico Profesional de Ingeniería Química

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO

Facultad de Ingeniería Química

Escuela Académico Profesional de Ingeniería

Química

“Producción de Biodiesel a partir de Aceite Vegetal usado

en Fritura por medio de la Transesterificación de Metanol”

Tesis para optar el Título de:

Ingeniero Químico

Autores:

Br. Karen Vanessa Rodríguez Neyra

Br. Luis Martin Villanueva Aliaga

Asesor: Ing. Manuel Isaías Vera Herrera M. Sc.

TRUJILLO – PERU

2011

Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación

Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/

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PRESENTACIÓN

Señores Miembros del Jurado:

En mérito a lo dispuesto por el Reglamento de Grados y Títulos, de la

Escuela de Ingeniería Química de la Universidad de Trujillo, cumplimos con

someter a vuestro ilustrado criterio la Tesis de titulada: “Producción de

Biodiesel a partir de Aceite Vegetal usado en Fritura por

medio de la Transesterificación de Metanol”, para su evaluación y

dictamen respectivo, a efecto de obtener el Título de Ingeniero Químico.

El presente trabajo, ha sido efectuado considerando las exigencias

metodológicas de la Facultad de Ingeniería Química, y tiene como objetivo

evaluar la producción de biodiesel a partir de aceite vegetal usado en frituras

(preparación de alimentos), mediante la transesterificación de metanol en

medio básico, empleando como catalizador hidróxido de sodio que

proporcione un producto de calidad ambientalmente sostenible.

Mi reconocimiento a Uds., y en su persona a todos los Profesores que

han contribuido con sus conocimientos y experiencias durante esta etapa de

formación profesional.

Trujillo, Setiembre del 2011.

Br. Karen Vanessa Rodríguez Neyra Br. Luis Martin Villanueva Aliaga



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Facultad de Ingeniería Químico

Escuela Académico Profesional de Ingeniería

Química

JURADO CALIFICADOR

INTEGRANTES:

________________________ ___________________________

Ing. José Silva Villanueva, Dr. Ing. Juan Saldaña Saavedra, Ms

Presidente Secretario

________________________________

Ing. Manuel Isaías Vera Herrera M. Sc

Asesor Académico

Trujillo, Setiembre del 2011



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DEDICATORIA

A mis padres Luis Román y

América Esluvia por regalarme

la existencia y por su inmenso amor.

A mis hermanos: Carmen, José, Gabriel,

Solange, Marisol, Facundo, Sebastián y Rosa,

por el cariño y amor que les tengo.

En memoria de mi tío “CHENCHO”,

porque estuviste presente en cada etapa

de mi vida, y porque fuiste padre y madre

para mí.



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AGRADECIMIENTO

A mis papacitos Lorenzo Aliaga Aguilar

y Esluvia Castro de Aliaga, por su inmenso

cariño, sus sabios consejos y protección a lo

largo de mi vida.

A mi esposa Carmen Sabogal Alvarado, por

su amor y constante apoyo incondicional.

Por hacerme ver que nunca es tarde y

por seguir confiando en mí.



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ÍNDICE

Presentación .................................................................................................. i

Jurado calificador ........................................................................................... ii

Dedicatoria ................................................................................................... iii

Agradecimiento ............................................................................................ iv

Índice .............................................................................................................. v

Lista de tablas .............................................................................................. vii

Lista de figuras ............................................................................................ viii

Resumen ....................................................................................................... ix

INTRODUCCIÓN ........................................................................................... 1

CAPITULO I: FUNDAMENTO TEORICO ....................................................... 3

1.1. ANTECEDENTES ............................................................................... 3

1.2. BIOCOMBUSTIBLES .......................................................................... 3

1.2.1. Biodiesel .............................................................................................. 4

1.3. MATERIAS PRIMAS ........................................................................... 6

1.3.1. Aceites y vegetales ............................................................................. 6

1.3.2. Alcoholes ............................................................................................. 7

1.3.3. Catalizadores ...................................................................................... 8

1.3.3.1. ............................................................................................................. C

atalizadores enzimáticos ................................................................ 8

1.3.3.2. ............................................................................................................. C

atalizadores heterogéneos ............................................................. 9

1.3.3.3. ............................................................................................................. C

atalizadores homogéneos .............................................................. 9



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1.4. OBTENCION DEL BIODIESEL ......................................................... 13

1.4.1. Parámetros que afectan a la reacción de transesterificación ............ 14

1.5. RUTAS PARA OBTENCION DE BIODIESEL ................................... 20

1.5.1. Etapas del proceso de obtención de biodiesel .................................. 21

1.6. CARACTERISTICAS Y CALIDAD DE BIODIESEL ........................... 23

1.7. EL ACEITE VEGETAL ...................................................................... 24

CAPITULO II: MATERIAL Y MÉTODOS ..................................................... 29

2.1. UBICACIÓN DEL AREA DE ESTUDIO ................................................ 29

2.2. SELECCIÓN DE VARIABLES .............................................................. 30

2.3. DISENO DE EXPERIMENTOS ............................................................ 31

2.4. CANTIDAD DE REACTIVO .................................................................. 32

2.5. MONTAJE EXPERIMENTAL ................................................................ 33

2.5.1. Filtración y eliminación de agua ........................................................ 33

2.5.2. Caracterización del aceite ................................................................. 35

2.5.3. Neutralización del aceite ................................................................... 35

2.5.4. Calculo de catalizador NaOH ............................................................ 35

2.5.5. Preparación del metóxido de sodio ................................................... 36

2.5.6. Reacción de transesterificación ......................................................... 36

2.5.7. Decantación ...................................................................................... 36

2,5.8. Purificación ........................................................................................ 36

2.6. REACTIVOS POR CORRIDA .............................................................. 37

2.7. PLANTEAMIENTO DE CORRIDAS EXPERIMENTALES .................... 37

2.8. PREPARACION DEL METOXIDO DE SODIO ..................................... 38

2,9, PRUEBA DE LA CALIDAD DEL BIODIESEL ....................................... 38



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CAPITULO III RESULTADOS ..................................................................... 40

CAPITULO IV DISCUSION DE RESULTADOS .......................................... 44

CAPITULO V CONCLUSIONES ................................................................. 47

CAPITULO VI RECOMENDACIONES ........................................................ 48

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ............................................................ 49

ANEXOS ..................................................................................................... 53



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LISTA DE TABLAS

Tabla 1: Características de los aceites y producción de biodiesel ................. 8

Tabla 2: Especificaciones técnicas del biodiesel ......................................... 24

Tabla 3: Producción de aceite vegetal crudo ............................................... 24

Tabla 4: Rendimiento en producción de aceite ........................................... 25

Tabla 5: Composición promedio de aceite de soja refinado ......................... 26

Tabla 6: Niveles de los factores de estudio y parámetros intervinientes ...... 31

Tabla 7: Matriz de planeamiento de experimentos ...................................... 32

Tabla 8: Normas técnicas para los parámetros físicos................................. 35

Tabla 9: Cantidad de reactivo por corrida .................................................... 37

Tabla 10: Planeamiento de corrida .............................................................. 37

Tabla 11: Preparación de metóxido de potasio ............................................ 38

Tabla 12: Normas técnicas para los parámetros ......................................... 39

Tabla 13: Caracterización del aceite vegetal refinado y futura ................... 40

Tabla 14: Biodiesel seco y lavado ................................................................ 41

Tabla 15: Rendimiento de biodiesel ............................................................. 41

Tabla 16: Análisis físico – químico del biodiesel .......................................... 42

Tabla 17: Calculo de los efectos y de la desviación estándar ..................... 43

Tabla 18: Análisis de la varianza del rendimiento ........................................ 43



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LISTA DE FIGURAS

Figura 1: Emisiones de biodiesel ................................................................... 6

Figura 2: Influencia de catalizadores en la reacción de transesterificación . 12

Figura 3: Diagrama general del proceso de obtención de biodiesel ............ 23

Figura 4: Diagrama general de entradas y salidas ...................................... 34



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RESUMEN

En este trabajo de investigación se evalúa la producción de biodiesel a partir

de aceite vegetal usado en frituras, en la preparación de alimentos del

Restaurante “Doña Peta”, mediante la transesterificación de metanol en

medio básico, empleando como catalizador hidróxido de sodio.

El proceso de producción de biodiesel comprende las siguientes etapas:

reacción de transesterificación catalítica en medio básico con metanol,

decantado y lavado con agua. La reacción se llevó a cabo a escala de

laboratorio (250 ml) en un reactor batch de vidrio pirex con agitación; con

reflujo de condensación, controlando la temperatura. El proyecto se ejecuta

en los laboratorios de la Facultad de Ingeniería Química de la Universidad

Nacional de Trujillo.

Se realiza, un diseño de experimentos de tres variables a dos niveles. Las

variables analizadas en este estudio son: la relación molar alcohol/ aceite,

tiempo de reacción y el porcentaje de catalizador tomando como base el

aceite utilizado con el fin de cuantificar su influencia en el rendimiento del

proceso.

La conversión se determina mediante la relación entre la masa del biodiesel

obtenido (purificado) y la masa del aceite usado (pretratado).

La mayor conversión del proceso que se obtiene en los 08 ensayos

ejecutados es de 87.55% para una relación molar alcohol/ aceite 6:1, tiempo

de reacción de 50 minutos y un porcentaje de catalizador de 0.5%.



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ABSTRACT

In this research the production of biodiesel is evaluated from vegetable oil

used in frying, preparing food in the restaurant "Doña Peta" by

transesterification of methanol in basic medium, using sodium hydroxide as a

catalyst.

The biodiesel production process comprises the following steps: catalytic

transesterification reaction in basic medium with methanol, decanted and

washed with water. The reaction was carried out at laboratory scale (250 ml)

in a Pyrex glass reactor batch with agitation; with reflux condensation

temperature controlled. The project is implemented in the laboratories of the

Faculty of Chemical Engineering at the National University of Trujillo.

Is performed, a design of experiments of three variables at two levels. The

variables analyzed in this study are: the molar ratio Alcohol / oil, reaction time

and the percentage of catalyst based on the oil used in order to quantify their

influence on process performance.

The conversion is determined by the ratio between the mass of biodiesel

obtained (purified) and the mass of the used oil (pretreated).

The further conversion process obtained in 08 trials executed is 87.55% for a

molar ratio Alcohol / oil 6: 1, reaction time 50 minutes and a percentage of

0.5% catalyst.



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INTRODUCCIÓN

Actualmente uno de los desafíos medioambientales que afronta la

humanidad a nivel mundial es el calentamiento de la atmósfera, dicho factor

se debe entre otros, al gran incremento en el uso de combustibles fósiles y

automotores en las ciudades, los cuales emiten altas cantidades de gases a

la atmósfera tales como el dióxido de carbono, metano, óxido de azufre etc.

La producción de biodiesel viabiliza a los lineamientos de reducción de

gases de tipo efecto invernadero, establecidos desde 1997 en el Protocolo

de Kyoto y se enmarca como mecanismo de desarrollo limpio, reduciendo la

generación de dioxinas, furanos y poluctantes orgánicos persistentes

volátiles, los cuales son originados por la combustión del diesel

El biodiesel puede sustituir total o parcialmente al combustible diesel

proveniente del petróleo, es ecológico, biodegradable, atóxico y presenta un

perfil de emisiones contaminantes lo suficientemente bajo como para

disminuir el efecto invernadero y responder las exigencias del protocolo de

Kyoto". "Es utilizado como disolvente para eliminar hidrocarburos de

accidentes marinos”; “En cuanto a su producción, es sustancialmente limpia

y económica, especialmente si se parte de aceites usados, siendo esta una

alternativa para su reciclaje, dado que usualmente estos productos son

desechados a la red colectora cloacal o a rellenos sanitarios, generando

problemas ambientales y la pérdida de materia prima como glicerina.

En cuanto a las desventajas del biodiesel, se mencionarán las más

importantes:

Disminución del poder calorífico con respecto al diesel de petróleo,

para el diesel 131-295 btu/gal y para biodiesel 117,093 btu/gal.

Problemas de fluidez a bajas temperaturas (menores a 0°C).

Incompatibilidad con una serie de plásticos y derivados del caucho



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natural (eventual sustitución de algunos componentes del motor:

mangueras, juntas, sellos, diafragmas, partes de filtros y similares.

Escasa estabilidad oxidativa "periodo máximo de almacenamiento

inferior a seis meses".

Existen muchas razones, para interesarse por el estudio y

producción del biodiesel, debido a que éste permite reducir la

dependencia del combustible fósil, de modo que se presenta la

oportunidad para eliminar el aceite vegetal usado por ejemplo en

frituras, mediante su reciclaje a combustible ecológicos, evitando así

el deterioro de la salud humana y la generación de focos

contaminantes, al rehusar repetidamente el aceite.

Debido a que el aceite vegetal es de composición y características

variadas, según su origen, y además en el proceso de fritura el aceite sufre

reacciones químicas; por tanto es necesario el análisis de sus parámetros

relevantes previo a la producción de biodiesel.



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CAPITULO I

FUNDAMENTO TEORICO

1.1. ANTECEDENTES

En el mundo, diversos países están fomentando, para el sector del

transporte, el uso de biocombustibles, los cuales pueden ser aptos para

motores de gasolina (bioalcoholes) o para motores diesel (aceites

vegetales). A este último grupo, se le conoce con el nombre de

biodiesel, que hoy es usado en más de 20 países del mundo, entre ellos:

Austria, Alemania y otros países de Europa Central, Estados Unidos y

Argentina; y Países tropicales como Malasia e Indonesia.

Para muestro caso realizamos un proyecto sobre la elaboración de

biodiesel a partir de aceites de fritura usados, el cual tuvo como

objetivos el montaje de un programa de reciclaje de aceites y grasas en

la ciudad y la evaluación a nivel En experimental de la producción de

biodiesel.

1.2. BIOCOMBUSTIBLES

Los biocombustibles son alcoholes, éteres, ésteres y otros compuestos

orgánicos, producidos a partir de biomasa, como las plantas herbáceas

y leñosas, residuos de la agricultura y actividad forestal, y en gran

cantidad de desechos industriales, como los desperdicios de la industria

alimenticia.

El término biomasa hace referencia a toda materia que puede obtenerse

a través de fotosíntesis. La mayoría de las especies vegetales utilizan la

energía solar para crear azúcares, partiendo de sustancias simples

como el agua y el dióxido de carbono, almacenando esta energía en

forma de moléculas de glucosa, almidón, aceite, etc. Entre los

biocombustibles se pueden incluir el bioetanol, biodiesel, biometanol,



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entre otros. Los más desarrollados y empleados son el bioetanol y el

biodiesel.

1.2.1 Biodiesel: Históricamente el término biodiesel se ha empleado

para referirse a toda clase de combustibles alternativos como: Aceites

vegetales, mezcla de aceites vegetales con gasóleo, microemulsiones

de aceites vegetales, productos de pirólisis de aceites vegetales, ésteres

metílicos y etílicos preparados a partir de aceites vegetales o grasa de

animales (Ramadhas, 2004). Sin embargo, con la creciente producción

y desarrollo de los ésteres metílicos y etílicos, como combustible diesel,

el término biodiesel se refiere cada vez más a dichos ésteres.

La ASTM (American Society for Testing and Materials), define biodiesel

como ésteres monoalquílicos de ácidos grasos de cadena larga

derivados de lípidos renovables tales como aceites vegetales o grasa

de animales y que se emplea en los motores de ignición por compresión

. El biodiesel puede ser producido partiendo de materias primas

agrícolas (aceites vegetales y/o grasas de animales) y aceite o grasas

de fritura usados.

El empleo del biodiesel puede ser puro, designado como B100 o

mezclado con el combustible diesel, designado como BXX, donde

XX representa el porcentaje de biodiesel en la mezcla. La proporción

más frecuente es B20, que representa un 20% de biodiesel y un 80% de

diesel.

Desde el punto de vista de inflamabilidad y toxicidad, el biodiesel es más

seguro que el diesel proveniente del petróleo (Aguilar, 2006); además es

biodegradable, ya que el biodiesel está formado por cadenas

hidrocarbonadas que forman ésteres con dos átomos de oxígeno, lo que

lo hace biológicamente activo; a diferencia del diesel convencional que

no es biodegradable, ya que está formado por una mezcla de alcanos,

alcanos ramificados, cicloalcanos e hidrocarburos aromáticos, los cuales

son difíciles de degradar. Zhang, mostró que el biodiesel derivado del



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aceite de colza y de soya, poseen una biodegradabilidad de 88,49%

en 28 días. En cuanto a las características lubricantes, éstas se mejoran

al adicionar biodiesel al petrodiesel, el combustible lubrica algunas

partes móviles de las bombas diesel y de los inyectores. La combustión

del biodiesel es generalmente más eficiente en cuanto a su relación

estequiométrica aire/combustibles; adicionalmente el biodiesel presenta

un balance energético positivo.

El balance energético para un combustible renovable es la cantidad de

energía necesaria para producir el biocombustible, comparado con la

energía liberada por éste cuando se quema; en el estudio realizado por

los departamentos de agricultura y energía de los Estados Unidos,

mostró que por cada unidad de energía necesaria para producir

biodiesel a partir de aceite de soya, se ganan 3,24 unidades de

energía producir biodiesel a partir de aceite de soya, se ganan

3,24 unidades de energía. Algunas de las desventajas del biodiesel a

nivel técnico son: Problemas de fluidez a bajas temperaturas (menores a

0 ºC), escasa estabilidad oxidativa (vida útil / período máximo de

almacenamiento inferior a seis meses), incompatible con una serie de

plásticos y derivados del caucho natural (eventual sustitución de

algunos componentes del motor: mangueras, juntas, sellos, diafragmas,

partes de filtros y similares).

En la Agencia de Protección del Medio Ambiente (Enviroment

Protección Agency (EPA)) en los Estados Unidos el biodiesel se

encuentra registrado como combustible y como aditivo para combustible.

En el grafico se observan las ventajas del biodiesel en cuanto a las

emisiones, excepto la de óxido de nitrógeno donde compite en

desventaja con el diesel convencional.



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No: óxidos de nitrógeno; PM: Material articulado

CO: Monóxido de carbono; HC: Hidrocarburos

1.3. MATERIAS PRIMAS

Como se mencionó anteriormente, el biodiesel se puede obtener a partir

de aceites vegetales y grasas de animales, aunque los aceites vegetales

se han convertido en una alternativa atractiva debido a sus beneficios

medioambientales y el hecho que se producen de recursos renovables.

Además del aceite o grasa, se requiere de un alcohol y un catalizador

para poder convertir los aceites y grasas en ésteres alquílicos. Esta

sección se enfoca principalmente en los aceites vegetales, su naturaleza

química y las posibles fuentes en el país, además de los diferentes tipos

de alcohol y catalizador que pueden ser empleados teniendo en cuenta

sus características.

1.3.1. Aceites vegetales: Desde el punto de vista químico los aceites se

definen como ésteres de ácidos grasos con glicerina. La glicerina, por

Figura 01: Emisiones de biodiesel



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poseer tres grupos OH puede estar mono, bi o triesterificada por los

ácidos grasos; si los tres ácidos grasos, son idénticos el producto es

un triglicérido simple y si son diferentes es un triglicérido mixto. El

aceite vegetal está constituido principalmente por triglicéridos; tanto

los mono y diglicéridos, constituyen una parte muy pequeña del aceite.

Las diferencias de estabilidad (tendencia a la oxidación), el

comportamiento, la plasticidad, el estado físico, el índice de yodo, la

temperatura de solidificación, etc. de los aceites se debe

fundamentalmente a la presencia y a la concentración de los ácidos

grasos constituyentes.

1.3.2 Alcoholes: Los alcoholes empleados en el proceso de

transesterificación de aceites vegetales son primarios y secundarios con

cadena de 1-8 carbones. Entre los alcoholes que pueden ser empleados

en este proceso se encuentran: Metanol, etanol, propanol, butanol y

amilalcohol, de los cuales el metanol y el etanol son los más utilizados.

El metanol y el etanol no son miscibles en los triglicéridos a temperatura

ambiente y es necesario realizar una agitación mecánica para favorecer

la transferencia de masa, sin embargo en el transcurso de la reacción se

da la formación de emulsiones, las cuales, en el caso de la metanólisis,

son fácil y rápidamente disueltas, formando una capa inferior rica en

glicerol y una superior rica en ésteres metílicos. En el caso de la

etanólisis, estas emulsiones son más estables convirtiendo el proceso

de separación y purificación de ésteres etílicos en algo más complejo.

Cuando se emplean alcoholes como el etanol es más complicada la

recuperación del alcohol puro dentro del mismo proceso, debido al

azeótropo que forma con el agua. Una de las desventajas del metanol

es su origen, ya que se obtiene a partir de gas natural, el cual es de

origen fósil. Este último aspecto no contribuiría a los aspectos

ambientales y de sostenibilidad, pues el biodiesel no sería del todo bio,

por tener un componente fósil aportado por el alcohol.



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1.3.3 Catalizadores: Los catalizadores empleados en el proceso de

producción de biodiesel pueden ser homogéneos, heterogéneos y

enzimáticos. Los catalizadores homogéneos son solubles en el medio de

reacción, es decir se encuentran en una sola fase, sea líquida o

gaseosa; por el contrario en la catálisis heterogénea, existen dos fases y

una superficie de contacto. Los catalizadores homogéneos pueden ser

ácidos o bases. Dentro de los más utilizados se encuentran los

siguientes ácidos y bases fuertes:

Bases: Hidróxido de sodio (NaOH), hidróxido de potasio (KOH),

metóxido de sodio (CH3ONa) y metóxido de potasio (CH3OK).

Ácidos: Ácido sulfúrico (H2SO4), ácido sulfónico (HSO3), ácido

fosfórico (H3PO4).

Los catalizadores heterogéneos más comunes son: Resinas de

intercambio anionico, resinas de intercambio catiónico, óxidos metálicos

(MgO, CaO), zeolitas, ácidos de Lewis (SnCl), catalizadores de titanio y

catalizadores de zirconio. Los catalizadores enzimáticos más utilizados

son las lipasas, una de las más conocidas en el proceso de

transesterificación es la Candida Antarctica.

A continuación se presentan las características, ventajas y desventaja

de los diferentes tipos de catalizador que pueden ser empleados en el

proceso de obtención de biodiesel.

1.3.3.1 Catalizadores enzimáticos: Se pueden utilizar lipasas

intracelulares y extracelulares, ambas son catalizadores efectivos

en las reacciones de transesterificación ya sea en medio

acuoso o no. Empleando lipasa como catalizador es más fácil de

recuperar la glicerina que cuando se utilizan ácidos y bases, sin la

necesidad de utilizar procesos complejos; además el contenido de

ácidos grasos libres en el aceite no es problema ya que son

convertidos completamente a motilaste. Otra ventaja significativa es



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que la conversión alcanzada es similar a la que se obtiene con

procesos catalizados por ácidos o bases. Los valores de

conversión utilizando lipasas como catalizador varían entre 61% y

100% dependiendo del alcohol y aceite utilizado.

1.3.3.2 Catalizadores heterogéneos: La utilización de este tipo de

catalizadores simplifica y hace más económico el proceso de

purificación, por la fácil separación de los productos y reactivos,

además se eliminan los problemas de corrosión y tratamiento de

desechos líquidos.

Las desventajas que presentan los catalizadores heterogéneos es

el difícil control de la temperatura para reacciones muy

exotérmicas, limitaciones de transferencia de masa de

reactantes y productos, además de los requerimientos de altas

resistencias mecánicas para el catalizador. Los catalizadores

heterogéneos en ocasiones deben ser preparados y en este

proceso se debe tener mucho cuidado asegurando que los

componentes de este tipo de catalizador, tales como: Especies

activas, promotores físicos y promotores químicos, cumplan con

sus características.

1.3.3.3 Catalizadores homogéneos: Esta clase de catalizadores

tiene mayor uso a nivel industrial, debido a su bajo costo. Entre las

ventajas de realizar una catálisis homogénea se encuentra:

Velocidad de reacción elevada, condiciones moderadas de

presión y temperatura y utilización de casi todas las moléculas del

catalizador en la reacción. En cuanto al rendimiento alcanzado

puede llegar hasta un 98%, dependiendo de qué aceite o grasa

se emplee. En estudios realizados acerca de la transesterificación

de aceite de girasol con metanol, utilizando hidróxido de potasio

como catalizador se alcanzaron rendimientos mayores al 96%.



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El proceso llevado a cabo con catalizadores homogéneos presenta

ciertos problemas o desventajas como son la formación de jabones

por la saponificación de ácidos grasos, necesidad de purificación y

remoción de los productos de la reacción y problemas de corrosión

cuando se utilizan catalizadores ácidos.

Catalizadores ácidos: Las reacciones catalizadas con ácidos

dan como resultado rendimientos altos, pero tienen algunas

desventajas y es que son lentas, requieren temperaturas por

encima de los 100 ºC y más de tres horas para conseguir una

conversión completa. En el estudio realizado sobre la metanólisis

de aceite de soya, en presencia de 1% de H2SO4, relación molar

alcohol/aceite 30:1 y temperatura de 60 ºC, se observó que la

conversión completa se consiguió en 20 horas; realizando

butanólisis a 117 ºC y etanólisis a 78 ºC; usando la misma cantidad

de alcohol y catalizador, la conversión se completó a las 3 y 18

horas respectivamente. El exceso de alcohol mejora la conversión

de la reacción de transesterificación en general, pero cuando se

emplean catalizadores ácidos, este exceso hace que la

recuperación del glicerina sea más difícil, ya que las cantidades de

alcohol empleado son bastante grandes comparadas con otro tipo

de catalizador.

En general el catalizador ácido más empleado es ácido sulfúrico,

un 1% de H2SO4 con relación a la cantidad de aceite, es buena

cantidad para obtener una conversión de 99% con un tiempo de

alrededor de 50 horas. Una de las ventajas de los catalizadores

ácidos es que pueden esterificar los ácidos grasos libres presentes

en el aceite; por esta razón se aconseja, utilizar catalizadores

ácidos cuando el aceite tiene alto contenido de ácidos grasos

libres.

Catalizadores básicos: Cuando se emplean catalizadores

básicos, las reacciones son más rápidas que cuando se emplean



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catalizadores ácidos, el tiempo de reacción oscila entre una hora y

una hora y media alcanzando rendimientos altos (98%) y con

temperaturas menores a 100 ºC. Los catalizadores básicos son los

más usados a nivel industrial, dado que las reacciones son más

rápidas y además son menos corrosivos que los compuestos

ácidos. La desventaja de estos catalizadores básicos es la

formación de jabón, cuando el aceite contiene altas cantidades de

ácidos grasos libres y de agua, por lo que se debe agregar la

cantidad adecuada de base para neutralizar los ácidos grasos

libres, ya que el exceso o falta de catalizador ocasiona la formación

de jabones.

Cuando el porcentaje de ácidos grasos es 5%, la reacción puede

ser catalizada con una base, pero se debe agregar una cantidad

adicional de catalizador para su neutralización; cuando los niveles

de ácidos grasos libres ya están por encima del 5% se presentan

inconvenientes en las reacciones catalizadas con bases, ya que la

formación de jabón inhibe la separación de los metilésteres de la

glicerina y durante el lavado del biodiesel se presenta formación de

emulsiones. Para estos casos donde el nivel de ácidos grasos

libres es superior a 5% se debe utilizar catalizadores ácidos.

Las bases más empleadas a nivel industrial en procesos de

obtención de biodiesel son el hidróxido de sodio, hidróxido de

potasio y metóxido de sodio. El metóxido de sodio es un poco más

costoso que los hidróxidos, pero es más activo y se consiguen

rendimientos altos (> 98%) con tiempos de reacción menores

(30 minutos), aún si se emplea en bajas concentraciones (0,5%), el

problema con estos catalizadores es que requieren la ausencia

total de agua, lo cual lo hace inapropiados para procesos

industriales típicos.



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Los hidróxidos como el NaOH y el KOH, son más baratos

pero menos activos, sin embargo son una muy buena

alternativa, ya que se pueden conseguir conversiones similares

a la de los metóxidos (CH3ONa), incrementando su concentración

a 1 ó 2%.

El NaOH es más fuerte que el KOH, por lo general se emplean

cantidades similares, pero siempre más de KOH. El KOH es más

fácil de utilizar y puede proporcionar fertilizantes de potasio como

subproducto, si al final se neutraliza el producto con ácido

fosfórico. El problema del NaOH es que en ocasiones forma una

masa pastosa, dificultando la separación de los productos. En

cuanto al KOH éste se disuelve mejor en el metanol.

En la Figura 2, se presentan las diferencias entre los dos

catalizadores (NaOH y KOH), en cuanto a su influencia en la

reacción de transesterificación.

Figura 2: Influencia de catalizadores básicos en la reacción de transesterificacion



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1.4 OBTENCIÓN DE BIODIESEL

La vía para la obtención del biodiesel es la transesterificación de aceites y

grasas con un alcohol de bajo peso molecular, en presencia de un

catalizador adecuado. El proceso de transesterificación, también se conoce

cómo alcohólisis, cuando se emplea metanol por ejemplo se le llama

metanólisis.

La reacción de transesterificación consiste en el desplazamiento de un

alcohol de un éster por otro, es un; proceso similar a la hidrólisis, excepto

que el alcohol es usado en vez de agua. Este proceso se utiliza para reducir

la alta viscosidad dé los triglicéridos. La ecuación 1, representa la ecuación

general de la reacción de transesterificación.

RCOOR1 + R2OH RCOOR2 + R1OH .............. (1)

Ester Alcohol Ester Alcohol

La reacción de transesterificación es reversible y sé emplea un exceso de

alcohol para desplazar el equilibrio hacia la formación de esteres. El modelo

que más se ajusta a la cinética de la reacción, es el de pseudo - segundo

orden, en la etapa inicial, seguido de un primer o cero orden. Químicamente

el mecanismo de transesterificación consiste en tres reacciones

consecutivas reversibles: el triglicérido, es convertido consecutivamente en

diglicéndo, monoglicérido y glicerol. En cada reacción se libera un mol de

éster metílico.

En la ecuación 2 se presentan las etapas de la reacción de

transesterificación, los productos finales que se obtienen son alquiléstres de

los ácidos grasos del aceite o grasa, y glicerol.

Triglicéridos + R1 OH Diglicéridos + RCOOR1 ................... (2-a)

Diglicéridos +R10H Monogücéhdos + RCOOR1 ............. (2-b)

Monolicéridos + R10H Glicerol + RCOOR1 ........................ (2-c)



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La ecuación 3, representa la metanólisis de los triglicéridos y la ecuación 4

presenta las reacciones secundarias que se puede presentar con la catálisis

básica.

CH2 – OCO1 CH2OH R1COOCH3

CH – OCOR2+3CH3OH CHOH + R2COOCH3 ………. (3)

CH2 – OCOR3 CH2OH R3COOCH3

Neutralización:

O O

HO – C – H + KOH K+O – C – R + H20

Acido Hidróxido Jabón Agua ............... (4-a)

de potasio potasio

Hidrólisis:

C3H5(OOCR)3 + H2O C3H5(OH)3 + 3HOOCR ............... (4-b)

Saponificación:

C3H5 (OOCR)3 + 3NaOH OH2 3R - COONa + C3H5 (OH)3

Grasa Hidróxido Jabón Glicerina……… (4-c)

de Sodio

1.4.1. Parámetros que afectan a la reacción de transesterificación

Las variables que afectan la reacción de transesterificación son:

Pureza y calidad del aceite

Relación molar entre el alcohol y el aceite.

Tipo de alcohol

Tipo y concentración del catalizador.

Temperatura, tiempo de reacción

Agitación.



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El comprender como se relacionan estas variables en el contexto del

mecanismo de reacción mostrado anteriormente, permite adecuar las

condiciones operacionales para aumentar la eficiencia de la síntesis

del biodiesel a partir de aceites con las más diversas características

físico -químicas.

■ Pureza y calidad del aceite

Para la obtención de biodiesel de buena calidad es necesario que el

aceite empleado sea lo más refinado posible, debe estar, exento de

material sólido libre y en suspensión, además debe poseer bajo

contenido de ácidos grasos en especial cuando se emplean

catalizadores homogéneos, ya que el exceso de estos ácidos puede

reflejarse en la baja eficiencia de la reacción. Adicionalmente el

contenido de gomas y material insaponificable debe ser bajo.

El aceite y las otras sustancias empleadas en la relación (catalizador

y alcohol) deben ser esencialmente anhídridos, ya el agua favorece la

formación de jabones por saponificación, dificultando la purificación

del biodiesel. Cuando se emplean catalizadores básicos como el

hidróxido de sodio o de potasio, no se deben dejar expuestos al aire

ya que absorbe humedad y dióxido de carbono de la atmósfera,

volviéndose más húmedos y carbonatados.

La calidad del aceite, se puede estimar con los siguientes parámetros:

índice de acidez y contenido de agua, índice de peróxido, índice de

yodo, material insaponificable, contenido de fósforo y cantidad de

insolubles.

a) Índice de acidez y contenido de agua

Tanto la acidez del aceite como su contenido acuoso, son

parámetros importantes para tener en cuenta, los aceites

provenientes de la fritura de alimentos poseen propiedades

diferentes de los crudos o refinados. Las altas temperaturas



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de cocción y el agua de los aumentos aceleran la hidrólisis de

los triglicéridos e incrementan su contenido de ácidos grasos

libres. Como la neutralización, de los ácidos grasos libres

conlleva a: una saponificación.: es recomendable partir de

aceites usados de baja acidez para minimizar la formación de

jabones que dificultarían la separación del biodiesel luego de

la reacción. El deficiente control de la acidez y el contenido de

agua en el aceite, generará una excesiva cantidad de jabones,

que incrementa la solubilidad de los esteres metálicos en la

glicerina.

b) Índice de peróxido

El índice de peróxido mide el grado de oxidación primaria que

ha sufrido la grasa o aceite. Los peróxidos son los productos

de descomposición primaria de la oxidación dé los aceites y

grasas, cualquiera sea su composición. Se forman en los

puntos de instauración de las cadenas de carbonos dé los

ácidos grasos. La oxidación del aceite se acelera durante la

fritura de alimentos y la estadía de la biodiesel en el motor: de

combustión. Un aceite apto para su consumo, deberá tener

como índice de peróxido inferior a 5 meq 02/kg.

c) Índice de Yodo

El índice de yodo es el número de miliequivalentes o partes de

yodo absorbido por 100 partes de peso de sustancia, este

parámetro da una idea del número de instauraciones de los

ácidos grasos en el aceite. El grado de instauración del aceite

es importante, porque el mayor instauración (mayor índice de

yodo), del aceité se obtendrá un biodiesel de menor índice de

ceteno; propiedad importante para la calidad de combustión

en el motor.



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d) Índice de Saponificación

El índice de saponificación de un aceite es el número de

miligramos de hidróxido de potasio (KOH) necesarios para

saponificar un gramo de aceite completamente. Dado que; los

aceites están formados por triglicéridos principalmente, y ¡que

cada triglicérido necesita tres moléculas de KOH para

saponificarse, el índice de saponificación permite estimar el

peso molecular promedio del aceite utilizado.

e) Insolubles

El contenido de insolubles debe mantenerse lo más bajo

posible (menor a un 0.8% para el biodiesel). Estas sustancias

no participan en el proceso de transesterificación, pero

representan impurezas en el combustible.

f) Aceite ideal

A modo de resumen para esta parte, en la tabla 1 se presenta

una visión general de las principales características de los

aceites y sus implicancias para la producción de biodiesel y su

calidad

Tabla 1.- Características de los aceites y producción de biodiesel

INFLUENCIA SOBRE EL PROCESO DE PRODUCCION

INDICE DE ACIDEZ Alta acidez interfiere en la transesterificación alcalina produ

Define al tipo de pretratamiento ciendo jabones

CONTENIDO DE FOSFORO

Genera emulsiones durante la producción del biodiesel.

CONTENIDO DE AGUA Genera hidrolisis del aceite, produce ácidos grasos libres y en

presencia de catalizador, produce

Jabones.



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INFLUENCIA SOBRE LA CALIDAD DEL BIODIESEL

INDICE DE PEROXIDO En el aceite indica proceso de oxidación y en el biodiesel un

proceso de degradación.

INDICE DE YODO Alto índice de yodo indica menor punto de fusión y mejor propieda

des de flujo en frio.

CONTENIDO INSOLUBLES Los insolubles en biodiesel pueden

causar problemas en los motores.

Fuente: Ricardo Méndez, 2009

■ Relación molar entre el alcohol y el aceite

La relación molar alcohol/ aceite es una de las variables de mayor

importancia e influencia en el rendimiento dé la reacción de

transesterificación. Según la estequiometria se requieren tres moles

de alcohol y una mol de triglicérido, para obtener tres moles de

esteres alquílicos de ácidos grasos y una mol de glicerol, pero debe

utilizarse un exceso de alcohol para desplazar el equilibrio hacia la

formación de alquil - esteres.

La relación molar alcohol / aceité, recomendado en la literatura varía

desde 6:1 hasta 543:1, sin embargo; la, alta relación molar dificulta la

separación de glicerina. La relación molar óptima, se debe determinar

experimentalmente, ya que depende del tipo y calidad del aceite

empleado como materia prima.

■ Tipo de alcohol

Los alcoholes más empleados para la reacción de transesterificación

son el metanol y etanol; aunque suele emplearse más el metanol

debido a sus ventajas químicas y a su bajo costo con respecto a los

demás alcoholes.



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El alcohol juega un papel muy importante en la transferencia de masa,

en el caso de la metanólisis por ejemplo ni el metanol es soluble en

los triglicéridos, ni los ésteres metílicos en la glicerina. Sin embargo,

el metanol es soluble en los ésteres metílicos y la glicerina. Por lo que

durante los primeros minutos de reacción, se observa un sistema

formado por dos fases, que se transforma en una fase homogénea al

formarse los ésteres metílicos, pero vuelven a aparecer las dos fases,

tan pronto se forman cantidades considerables de glicerina.

Es difícil comparar la formación de etilésteres con la formación de

metilésteres, especialmente por la formación de emulsiones, que en el

caso de la etanólisis son más estables.

■ Tipo y concentración del catalizador

El uso de catalizador mejora en la reacción, el rendimiento. Si no se

empleara catalizador, la temperatura de reacción debería estar por

encima de 250°C. La naturaleza del catalizador es primordial, pues

determina los límites de composición con respecto a la materia prima.

Adicionalmente, las condiciones y operaciones de separación

posteriores a la reacción son determinadas por el catalizador usado.

Los catalizadores que se emplean comúnmente en el proceso de

transesterificación son básicos tales como metóxidos e hidróxidos de

sodio y potasio: aunque existen investigaciones en donde se emplean

otros tipos de catalizador como MgO, CaO, ZnO, ZrO2.

La cantidad de catalizador varía dependiendo del tipo de catalizador

que se emplee. Para catalizadores básicos se reportan valores desde

0,3 a 2% con respecto a la cantidad de aceite empleado.

■ Temperatura y tiempo de reacción.

La transesterificación puede ocurrir a diferentes temperaturas

dependiendo del aceite que se emplee. A medida que la temperatura

aumenta, también lo hace el rendimiento de la reacción, sin embargo,



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después de un determinado tiempo la diferencia entre temperaturas

no afecta de manera considerable el rendimiento. Por lo general la

reacción de transesterificación se lleva a cabo cerca del punto de

ebullición del alcohol (60-70° C), sin embargo esta reacción ha sido

estudiada con temperaturas que varían desde 25 hasta 250° C.

En cuanto al tiempo de reacción, a medida que éste crece se

incrementa la conversión de la reacción, además puede variar

dependiendo del catalizador empleado. Los tiempos reportados en la

literatura varían en el rango de 30 minutos hasta 20 horas.

■ Agitación.

La agitación es una variable de mucho cuidado, ya que el aceite es

inmiscible con el alcohol. Es necesario garantizar la agitación para

que se dé el mezclado entre las dos fases y se pueda llevar a cabo la

reacción sin limitaciones por transferencia de masa. La agitación debe

garantizar un régimen turbulento, es decir, números de Reynolds

mayores a 10 000. Los valores para la velocidad de agitación,

empleados en diferentes investigaciones oscilan en 150 - 600 rpm".

1.5. RUTAS PARA OBTENCION DE BIODIESEL

La producción de biodiesel es bien conocida, hay tres rutas básicas a

nivel industrial para la producción de alquilésteres de aceites y grasas.

Estas son:

Transesterificación catalítica de aceite en medio básico con alcohol.

Transesterificación catalítica directa del aceite en medio ácido con

metanol.

Conversión del aceite en ácidos grasos en una primera etapa y

luego ésteres metílicos mediante transesterificación con catálisis ácida.

En la sección de materias primas se explican las ventajas y desventajas



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del cada uno de los diferentes catalizadores empleados en el proceso de

transesterificación. Cabe mencionar que la mayor parte del biodiesel

producido actualmente es por medio de la reacción catalítica en medio

básico, ya que es más conveniente y económica debido a las siguientes

razones:

Condiciones operativas moderadas de presión (atmosférica) y

temperatura.

Altos rendimientos de conversión (hasta 98%) con tiempos de

residencia relativamente cortos y muy pocas reacciones secundarias.

Conversión directa al producto final en una sola etapa de reacción.

Posibilidad de utilizar materiales convencionales (acero al carbono) en

la construcción de equipos, por la baja agresividad química de los

reactivos empleados.

Existen también otras rutas para la obtención de biodiesel, que aún se

encuentran en desarrollo e investigación tales como:

Transesterificación de aceite empleando catalizadores

heterogéneos. (Zeolitas, alúmina y óxidos metálicos).

Transesterificación de aceite con catalizadores enzimáticos.

Transesterificación supercrítica no catalítica.

1.5.1 Etapas del proceso de obtención de biodiesel.

El proceso de obtención de biodiesel por la vía alcalina consta

principalmente de 6 etapas básicas, las cuales son:

Mezcla alcohol y/o catalizador: La base empleada como

catalizador es previamente disuelta en el alcohol con ayuda de

agitación, para posteriormente mezclarse con el aceite. La

reacción de mezclado es exotérmica.



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Reacción de transesterificación: La mezcla alcohol–catalizador

y el aceite, son mezclados y con ayuda de agitación se promueve el

contacto entre los reactivos y de esta manera dar lugar a la reacción

de transesterificación. Esta reacción se lleva a cabo a una

temperatura determinada y generalmente a presión atmosférica.

Separación: Al finalizar la reacción hay una mezcla de glicerina y

alquilésteres (biodiesel), los cuales son separados por decantación

al cabo de varias horas. La glicerina por su mayor densidad queda

en el fondo del tanque.

Lavado del biodiesel: Cuando ya se ha separado el biodiesel de

la glicerina, ambos son lavados con agua con el fin de retirar los

residuos de metanol y jabones formados por las reacciones

secundarias. En ocasiones se agrega un ácido para neutralizar los

alquilésteres.

Secado del biodiesel: Una vez lavado el biodiesel debe ser

secado con el fin de eliminar el remanente de agua. El secado

tiene un tiempo y temperatura determinada.

Purificación de la glicerina: Las características y propiedades

que tiene la glicerina una vez se separa del biodiesel, no

permiten su aplicación directamente debido a su alta alcalinidad y

contenido de metanol, por lo que debe someterse a un proceso de

purificación.



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1.6. CARACTERISTICAS Y CALIDAD DE BIODIESEL

El biodiesel está constituido principalmente, por mezcla de ésteres

metílicos, pero también puede contener resto de jabones, glicerina,

glicéridos (mono-, di, y triglicéridos), ácidos grasos libres, catalizadores,

sustancias insaponificables, y agua. La presencia de estos componentes

minoritarios en mayor o menor medida son los que determinan la calidad

del biodiesel. Por esto se definen las cantidades que debe tener el

biodiesel para cada una de estas sustancias. El biodiesel también debe

cumplir las especificaciones de los combustibles minerales de

automoción, gasóleo A y calefacciones, gasóleo C. Se han definido

diversas normas para el control de calidad del biodiesel. En la Tabla 2

se presentan las especificaciones del biodiesel según ASTM D-6751

donde se especifican las condiciones de calidad que debe cumplir para

ser mezclado con el diesel convencional.

Figura 3: Diagrama general del proceso de obtención de biodiesel



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Biodiesel (B100)

Propiedades Método ASTM

Unidades

Especificaciones

Mínimo Máximo Punto de inflamación D 93 ºC 130.0 Agua y sedimentos D 2709 % masa 0.05 Viscosidad cinemática a 40ºC

D 445 2 mm /s

1.9

6.0

Cenizas sulfatadas D 874 % masa 0.02 Azufre D 5453 %masa 0.05 Corrosión al cobre 3h a 50ºC

D 130 3 Número de cetano D 613 47 Punto de fluidez D 2500 ºC Reportar Micro-carbón residual (10% fondos)

D 4530

% masa

0.05

Número ácido D 664 mg de KOH/g 0.8 Glicerina libre D 6584 % masa 0.02 Glicerina total D 6584 % masa 0.240 Contenido de fósforo D 4951 % masa 0.001 Destilación D 1160 ºC Temperatura 90% destilado

360

Tabla 2: Especificaciones técnicas del biodiesel

1.7. EL ACEITE VEGETAL

Desde el punto de vista químico los aceites se definen cómo esteres de

ácidos grasos con glicerina. Esta por poseer tres grupos OH puede estar

mono, bi o triestihfícada por los ácidos grasos, si los tres ácidos grasos,

son idénticos el producto es un triglicérido simple y si son diferentes, es

un triglicérido mixto. El aceite vegetal está constituido principalmente por

triglicéridos, tanto los mono y diglicéridos, constituyen una parte muy

pequeña: del aceite.

En la Tabla 3 se presenta la producción de aceite de soya crudo en los

últimos años, para cada una de las zonas donde se encuentran los

cultivos de palma de aceite.

Zona 2005 2006 2007 2008 2009 Part. % Oriental 197.443 185.667 167.094 206.666 207.656 30,9 Norte 155.517 143.395 160.073 183.759 194.310 28,9 Central 122.041 123.619 122.835 156.446 181.694 27,0 Occidental 72.570 75.719 76.632 83.518 88.937 13,2

Total 547.571 528.400 526.634 630.388 672.597 100,0 Tabla 3: Producción de aceite vegetal crudo en toneladas



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Las diferencias de estabilidad (tendencia a la oxidación), el

comportamiento, la plasticidad, el estado físico, el índice de yodo, la

temperatura de sodificación, etc. de los aceites se debe

fundamentalmente a, la presencia y a la concentración de los ácidos

grasos constituyentes.

■ Aceite de soya refinado

El aceite de soja refinado tiene las siguientes características:

Es un triglicérido compuesto de ácidos grasos más glicerina.

Es un aceite semi - secante por lo atrito reactivo.

Modifica químicamente las resinas alquídicas, polimerizando

fácilmente a altas temperaturas, y Es un aceite muy estable al calor y

el frío.

El aceite de soja se caracteriza por poseer moléculas de cadena larga

de 13 a 16 enlaces lo cuál le da muy buenas propiedades para el uso

industrial, el biodiesel es obtenido con relativa sencillez, separándolo del

10% de glicerina. Entre los aspectos a considerar en la selección de la

materia prima aparte de la disponibilidad es el rendimiento de las

cosechas para la producción del aceite. En la Tabla 5 se muestra el

rendimiento por hectárea sembrada de algunas plantas oleaginosas.

Planta Kg. de Aceite/hectárea

Maíz 145

Algodón 273

Soya 5000

Linaza 402

Girasol 800

Cacahuate 890

Colza 1000

Ricino 1188

Coco 2260

Palma 375 Tabla 4: Rendimiento en Producción de aceite por hectárea.



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Tabla 5.- Composición promedio de aceite de soya refinado

COMPONENTE PORCENTAJE

Acidos Saturados

LAURICO C₁₈H₃₆O₂ Trazas

MIRISTICO C₁₄H₂₈O₂ Trazas

PALMITICO C₁₆H₃₂O₂ 12.00

ESTEARICO C₁₈H₃₆O₂ 5.20

ARAQUIDONICO C₁₀H₁₇O₂ Trazas

Acidos Insaturados

PALMITIOLENICO C₁₀H₁₅O₂ Trazas

OLEICO C₁₈H₂₄O₂ 23.00

LINOLEICO C₁₅H₁₃O₂ 55.00

LINOLEMICO C₁₇H₂₈O₂ 8.60

■ Cambios en el aceite durante la fritura

La fritura es un proceso culinario que consiste en introducir un alimento

en un baño de aceite o grasa caliente a temperaturas elevadas (150 -

200°C), donde el aceite actúa de transmisor de calor produciendo un

calentamiento rápido y uniforme del producto.

Cuando aumenta la temperatura se aceleran todos los procesos

químicos y enzimáticos. Por lo tanto, una grasa o aceite calentados se

degradan con bastante rapidez, sobre todo si hay residuos que

potencian las reacciones de alteración actuando como catalizadores.

Los principales cambios y alteraciones químicas de: los aceites

calentados son:

Hidrólisis. Se produce en presencia de agua o humedad

que provocan la ruptura del enlace éster de los triglicérídos, los

cuales se descomponen en monoglicéridos y diglicéridos y



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aparecen ácidos grasos libres y en menor cantidad, pueden formar

metilcetonas y lactosas. Este proceso es más frecuente en los

aceites que tienen ácidos grasos en cadena media o corta.

También influye el hecho de que haya humedad al calentar o

enfriar el aceite a temperatura inferior a 100°C y durante los

periodos entre frituras, ya que el agua no se evapora, o si se

acumulan gotas en la tapa de la freidora.

La ecuación 4-b describe la reacción química correspondiente.

Oxidación y autooxidación. Es la alteración más frecuente

en la fritura y consiste en la acción del oxígeno sobre ácidos

grasos, especialmente los poliinsaturados, formándose

compuestos inestables llamados hidroperóxidos o peróxidos y

radicales libres, de los que depende la velocidad de reacción y la

naturaleza de los productos originados. La luz actúa como

catalizador. Este proceso se representa en la ecuación 5,

constituyendo un mecanismo que consta de tres fases (iniciación o

inducción, propagación o continuación y la finalización o

terminación) generando un mecanismo de reacción en cadena,

formándose como productos finales aldehidos o cetonas, ácidos

grasos, etc.

RH Temperatura, Luz R+

……………….(5)

O2

R+ ROO+

ROO+ + RH ROOH + R

ROOH Aldehídos + cetonas + ácidos

Termooxidación: Se produce por el efecto de las elevadas

temperaturas, de forma que se favorece todavía más la alteración



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oxidativa. Es evidente que el Hábito de añadir, aceite nuevo al ya

usado o alterado, facilita su oxidación. Algunos aceites contienen

sustancias antioxidantes naturales, pero la tendencia es usarlos

como aditivos en los aceites y grasas especiales para freír.

Además no son estables a las altas temperaturas de la fritura. Con

la oxidación se producen olores, sabores no deseados y

oscurecimiento, así como aumento de la viscosidad y formación

de espuma.

Polimerización. Los radicales libres se combinan entre sí o

con los ácidos grasos forman polímeros lineales (con diferente

grado de longitud y ramificación) o cíclicos (sobre todo en

presencia de dobles enlaces). Los polímeros formados tienen

mayor tamaño y peso molecular por lo que tienden a aumentar la

viscosidad del aceite y la formación de espuma y una capa de

consistencia plástica muy difícil de eliminar".



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CAPITULOII

MATERIAL Y MÉTODOS

El diseño metodológico consta de las siguientes etapas:

2.1. UBICACIÓN DEL ÁREA DE ESTUDIO

La provincia de Trujillo se encuentra ubicada en la región La Libertad a

150 m.s.n.m., dentro de las coordenadas geográficas 15° latitud sur de

UBICACIÓN

SELECCIÓN DE

VARIABLES

DISENO

EXPERIMENTAL

MONTAJE

EXPERIMENTAL

PRUEBAS AL

BIODIESEL

OBTENIDO



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la línea ecuatorial y 95° de latitud oeste del meridiano de Grenwich.

El restaurant Doña Peta, se ubica en la ciudad de Trujillo, contando

aproximadamente con una clientela promedio de 600 personas (en sus

tres locales). En la preparación de alimentos, en la mencionada cocina

del restaurant se emplea veinte litros de aceite vegetal (100% de soya)

por día. El montaje experimental para la presente investigación, se

realizó en los laboratorios de Química General y Química Analítica de la

universidad.

2.2. SELECCIÓN DE VARIABLES

En la bibliografía se indica que las variables que influyen en la reacción

de transesterificación son: la relación molar alcohol/aceite, tiempo de

reacción, tipo y cantidad de catalizador, también se indican como

factores influyentes la temperatura, la agitación, la pureza y calidad de

los reactivos; el aceite y el alcohol de cadena corta. Para la presente

investigación se analizó el comportamiento de los tres primeros

parámetros antes mencionados.

■ Relación molar alcohol/aceite: Una de las variables más

importantes que afectan al rendimiento de la transesterificación es la

razón molar entre el alcohol y el aceite.

Estequiométricamente se requiere 3 moléculas de alcohol y una de

triglicérido, para producir 3 moléculas de biodiesel y una de glicerol.

Sin embargo, es una reacción de equilibrio reversible, es decir, se

necesita un gran exceso de alcohol para forzar la reacción hacia la

derecha. Cuando se trabaja con materia! se recomienda la razón 6:1

■ Tiempo de reacción: Para el tiempo de reacción se tomó dos

valores, basados en la literatura que corresponde de a 30 y 50

minutos. La temperatura de reacción tomada es de 50°C, inferior a

68°C que es la temperatura de ebullición del metanol.



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■ Catalizador: El hidróxido de sodio es el catalizador seleccionado

para el proceso de obtención de! biodiesel, por que se usa en menor

cantidad que e! hidróxido de potasio, otras ventajas de la soda

cáustica son: generar un producto de mejor calidad, y mayor pureza, y

es de mayor disponibilidad, aunque tiene la desventaja de su

manipulación.

■ Variable respuesta: En este estudio se determinó como variable de

respuesta la conversión a biodiesel, la cual se expresa como la

relación entre la masa de biodiesel purificado obtenido y la masa de

aceite (pre-tratada) empleando en la reacción, multiplicado por 100.

2.3. DISEÑO DE EXPERIMENTOS

■ Planteamiento

El modelo empleado para la evaluación de los factores es el factorial

23 (tres factores a dos niveles), con dos replicas, generándose 16

experimentos. En la tabla 6, se muestra los factores y sus dos niveles

escogidos para el estudio.

■ Niveles de los factores de estudio y de los parámetros

intervinientes

Tabla 6: Niveles de los factores de estudio y de

los parámetros intervinientes

FACTORES SIMBOLO NIVELES UNIDADES

RELACION MOLAR ALCOHOL/ACEITE RM 3.0 - 6.0 MOL/MOL

TIEMPO DE REACCION TR 30 - 50 MINUTOS

CANTIDAD DE CATALIZADOR CC 0.5 - 1.0 % NaOH

Factores intervinientes:

Temperatura de reacción : 50°C

Agitación : 150 rpm



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Los niveles de cada factor se escogieron de acuerdo a trabajos

similares realizados para aceites de girasol, algodón, y soya. El

análisis estadístico se efectúo empleando los siguientes modelos:

Algoritmo de signos, algoritmo de Yates y el software MINITAB-V14.

En la tabla 7 se representan las combinaciones arrojadas para el

diseño de experimentos.

Tabla 7: Matriz de planteamiento de experimentos

CORRIDA RM TR CC

1 - - -

2 + - -

3 - + -

4 - - +

5 - - +

6 + - +

7 - + +

8 + + +

2.4. CANTIDAD DE REACTIVO

Aceite de Soya crudo: Para cada ensayo se emplean 35 g. La

cantidad de aceite es la misma para todas las corridas. En el anexo

A.1 se especifican las características principales del aceite de soya, el

cual fue suministrado por la Universidad Nacional de Trujillo.

Metanol: La cantidad de cada corrida varía según la relación molar

alcohol/aceite especificada. El metanol empleado es grado analítico y

el proveedor es Merck.

Catalizador (KOH): Esta cantidad también es variable en las corridas

y depende del porcentaje establecido en cada una de ellas. El KOH

es en escamas al 98%.



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2.5. MONTAJE EXPERIMENTAL

En el montaje experimental realizado, se llevaron a cabo las

siguientes etapas para la obtención del biodiesel:

Filtración y eliminación del agua.

Caracterización del aceite.

Neutralización del aceite con KOH.

Cálculo de catalizador de NaOH.

Preparación del metóxido de sodio.

Reacción de transesterificación.

Decantación y purificación.

2.5.1. Filtración y eliminación de! agua.

Se elimina impurezas gruesas que pueda contener por filtración en

tela (tocuyo).

Se deja reposar el aceite durante un tiempo en una estufa a 50°C

hasta que se forme dos fases (agua y aceite).

Se filtra con papel en caliente, varias veces, evitando dejar caer el

agua.

Se calienta a 100°C el aceite, agitando constantemente, para

evitar la formación de burbujas. Cuando empieza la evaporación

se calienta hasta 125°C durante 10 minutos, escamas en el primer

litro y en otro litro de aceite pretratado 1,0% de NaOH en

escamas, en la figura A.3.1. se ilustra el montaje para la

preparación de las soluciones de metóxido de sodio.



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Aceite de frituras Vapor de agua

Metanol Biodiesel

KOH Glicerina

Agua Agua

Figura 4: DIAGRAMA GENERAL DE ENTRADAS Y SALIDAS

PROCESO

↔ +



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Finalmente se deja enfriar a temperatura ambiente en un

recipiente cerrado.

2.5.2. Caracterización del aceite

Los parámetros, se determinan por medio de las Normas Técnicas

Peruanas - NTP - Aceites y grasas comestibles. Los procedimientos

se encuentran en el anexo A -1

Así tenemos:

PARAMETROS NORMAS

INDICE DE SAPONIFICACION NTP: 214.067 - MARZO DEL 2010

CONTENIDO DE FOSFORO NTP: 214.124 - DICIEMBRE DEL 2010

HUMEDAD Y MATERIALES VOLATILES NTP: 214.013 - FEBRERO DEL 2010

INDICE DE PEROXIDO NTP: 214. 138 - SETIEMBRE DEL 2010

ACIDEZ LIBRE NTP: 214.145 - ENERO DEL 2010

DENSIDAD NTP: 214.046 - DICIEMBRE DEL 2010

VISCOSIDAD NTP: 214.078 - OCTUBRE DEL 2010

Tabla 8: Normas técnicas para los parámetros físicos

2.5.3. Neutralización del aceite

Los aceites usados en frituras incrementan su acidez, lo cual se

neutraliza con hidróxido de potasio (KOH), en escamas al 98%.

En el anexo A.1, se presentan los cálculos realizados para la

cantidad de KOH empleada para 2000 ml de aceite usado.

2.5.4. Cálculo de Catalizador NaOH

Se calcula el peso de catalizador NaOH respecto al peso un litro de

aceite filtrado en dos cantidades 0,5% y 1,0% en peso. En el anexo

A.1 se presentan los cálculos.



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2.5.5. Preparación del Metóxido de Sodio

Se preparan dos soluciones de metóxido de sodio; añadiendo a un

litro de aceite pretratado 0,5% de NaOH en escamas en el primero

litro y en otro litro de aceite pretratado 1,0% de NaOH en escamas,

en la figura A.3.1 se ilustra el montaje para la preparación de las

soluciones de metóxido de sodio

2.5.6. Reacción de transesterificación

Para la reacción de transesterificación se utiliza un reactor batch

construido por un vaso pirex de 250ml, con tapa de tres agujeros,

agitador de mariposa, condensador de bolas y termómetro de

mercurio de 0°C - 200°C, todo esto inmerso en un termostato.

2.5.7. Decantación

En la separación del biodiesel se utilizó un embudo de separación de

un litro de capacidad. Cumplida la reacción se vierte el producto al

embudo y se deja 24 horas, para garantizar la reparación de las

fases.

2.5.8. Purificación

La purificación del biodiesel se realiza mediante lavados sucesivos

con agua destilada.

2.6. REACTIVOS POR CORRIDA

En la tabla 9 se presentan las cantidades de los reactivos empleados en

cada corrida. Los cálculos correspondientes se detallan en el anexo A.1



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Tabla 9 Cantidad de reactivos por corrida

REACTIVO PESO (gr.) VOLUMEN (cm³)

ACEITE USADO PURIFICADO 35 25.45

KOH (Para 2 lt de aceite) 2.7727 +

NaOH (0.5 %) 0.30 -

NaOH (1.0 %) 0.15

METILICO PARA RM: 1 1.0929 1.38

METILICO PARA RM: 6 6.5574 8.28

2.7. PLANEAMIENTO DE LAS CORRIDAS EXPERIMENTALES

Teniendo en cuenta la tabla 10; se presentó en planeamiento de las ocho

corridas en el cual figuran los reactivos y ei tiempo de reacción, que se

muestra en la tabla 11.

Tabla 10: Planteamiento de las corridas

CORRIDA PESO PRETRATADO ALCOHOL METILICO NaOH (gr.)

PESO (gr.) Volumen (cc) Peso (gr.) Volumen (cc)

1 30 32.72 1.0929 1.38 0.15

2 30 32.72 6.5574 8.28 0.15

3 30 32.72 1.0929 1.38 0.15

4 30 32.72 6.5574 8.28 0.15

5 30 32.72 1.0929 1.38 0.30

6 30 32.72 6.5574 8.28 0.30

7 30 32.72 1.0929 1.38 0.30

8 30 32.72 6.5574 8.28 0.30



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2.8. PREPARACIÓN DEL MÉTOXIDO DE SODIO

La preparación de metóxido metílico se realizo teniendo en cuenta, el

porcentaje de NaOH, el primero denominado metóxido 0,5 (para las

corridas 1, 2, 3 y 4) haciendo reaccionar en total 10,2004g. de alcohol

con 0,4 g. de hidróxido; el segundo denominado metóxido 1,0 (para las

corridas 5,6,7 y 8), haciendo reaccionar 10,204g. de alcohol con 0,8g. de

NaOH. Ambos reactivos se prepararon por triplicado. En la tabla 11

muestran los reactivos para la producción del metóxido de sodio.

Tabla 11 Preparación de metóxido de Potasio

CONCENT. ALCOHOL METILICO KOH CORRIDAS

(%) Peso (gr.) Volumen(cc) (gr.)

0.5 30.3006 19.3239 0.6 1,2,3 y 4

1 30.3006 19.3239 0.6 5,6,7 y 8

La neutralización de los ácidos libres se realizo haciendo reaccionar

200g. de aceite pre tratado con 1,027g. de KOH. Los cálculos se detallan

en el anexo A.1.

2.9. PRUEBAS DE LA CALIDAD DEL BIODIESEL

Para evaluar la calidad del biodiesel se realizan pruebas de:

Calor de combustión.

Viscosidad.

Densidad.

Residuo de carbón

Los procedimientos se detallan en el anexo: A.1 y son los siguientes:



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PARAMETROS NORMA

CALOR DE COMBUSTION NTP: 210.034 - FEBRERO DEL 2010

VISCOSIDAD NTP: 214.078 - OCTUBRE DEL 2010

DENSIDAD NTP: 214.046 - DICIEMBRE DEL 2010

RESIDUO DE CARBON NTP: 210.038 - FEBRERO DEL 2010

Tabla 12: Normas técnicas para los parámetros físicos



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CAPITULO III

RESULTADOS

En la tabla 13 se presentan los parámetros correspondientes al aceite

refinado y el procedente de la fritura de filetes de pescado Jurel (aceite

vegetal usado) y los detalles se muestran en el anexo A.4.

Tabla 13: Caracterización del aceite refinado y aceite

procedente de la fritura

PARAMETROS ACEITE ACEITE

USADO REFINADO

HUMEDAD (%) 0.327 0.297

TEMPERATURA DE EVAPORACION 125 119

DEL AGUA (°C)

ACIDEZ LIBRE (mgr.KOH/gr. Aceite) 0.84 0.672

INDICEI DE SAPONIFICACION (mgr. 6.15 6.711

KOH/gr. Aceite)

INDICE DE PEROXIDO (meq. Peróxido/ 5.03 4.8

1000 gr. Aceite)

VISCOSIDAD A 17 °C (centipoise) 92.5 91.7

DENSIDAD a 17 °C (gr./cm³) 0.9171 0.9171

Las muestras tomadas para los ensayos, a excepción de los primeros

correspondientes al aceite vegetal usado, son aceite pre tratado (aceite

filtrado y sin humedad). Los procedimientos seguidos se detallan en el anexo

A .1.

En la tabla 14 se presenta el peso de biodiesel después del secado y el peso

del biodiesel después de lavado con agua destilada por tres veces por cada

corrida.



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Tabla 14: Biodiesel seco y biodiesel lavado

CORRIDA CODIGO BIODIESEL SECO (gr.) BIODIESEL LAVADO (gr.)

MUESTRA 1 MUESTRA 2 MUESTRA 1 MUESTRA 2

1 4300.5 20.637 20.637 18.222 18.8250

2 7300.5 24.606 24.606 23.040 23.7600

3 4500.5 22.182 22.182 22.020 22.9800

4 7500.5 27.753 27.753 25.650 24.7500

5 4301.0 20.222 20.222 18.600 18.4500

6 7301.0 22.987 22.987 21.750 21.7200

7 4501.0 21.487 21.487 21.000 20.4600

8 7501.0 24.174 24.174 24.750 23.8500

En la tabla 15, se presentan los rendimientos de cada muestra, en base al

diesel lavado y secado al medio ambiente para cada corrida

Tabla 15: Rendimientos de biodiesel

CORRIDA CODIGO % CONVERSION

MUESTRA 1 MUESTRA 2 PROMEDIO

1 4300.5 67.54 68.76 68.15

2 7300.5 78.94 77.23 78.085

3 4500.5 76.14 77.54 76.840

4 7500.5 87.45 87.65 87.550

5 4301.0 65.56 64.57 65.065

6 7301.0 73.45 72.85 73.150

7 4501.0 72.54 71.34 71.940

8 7501.0 85.60 81.55 83.575



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Con la finalidad de tener información experimental sobre la calidad del

biodiesel, se determinó algunos parámetros, con procedimientos detallados

en el Anexo A.2.

Las pruebas evaluadas son; Calor de combustión, viscosidad, densidad y

residuos de carbón. En la tabla 16 se muestra los valores hallados.

Tabla 16; Análisis físico - químico del biodiesel

CORRIDA CODIGO MUESTRA 1 MUESTRA 2 MEDIA

PARAMETROS

1 7300.5 - M1 54.750 56.250 55.500 CALOR DE COMBUSTION (KJ/gr.)

2 7500.5 - M2 58.800 57.000 57.900

3 4501.0 - M1 56.250 57.000 56.625

1 7300.5 - M2 5.900 6.200 6.050 VISCOSIDAD a 17 °C (Centipoise)

2 7500.5 - M2 8.000 8.200 8.100

3 7500.1 - M1 6.700 6.500 6.600

1 4501.0 - M2 0.870 0.860 0.865 DENSIDAD (gr./cm³³)

2 7301.0 - M2 0.920 0.900 0.910

3 7300.5 - M1 0.890 0.870 0.880

1 7500.5 - M1 0.029 0.026 0.028 RESIDUOS DE CARBON (% peso)

2 7500.5 - M2 0.024 0.024 0.024

3 7301.0 - M1 0.029 0.033 0.031

La evaluación estadística se realizó mediante: El algoritmo de Yates, el

algoritmo de signos y el software Minitab, los cuales nos permiten evaluar la

relación entre las variables estudiadas, mediante la variable de salida el

rendimiento (g. de biodiesel/ g. de aceite)

Aplicando la metodología correspondiente se calculó los efectos: primarios:

Relación molar (RM), tiempo de reacción (TR), y cantidad de catalizador

(CC) los efectos secundarios. Relación molar-tiempo de reacción (RM x TR),

relación molar-cantidad de catalizador (RM x CC) y tiempo de reacción-

cantidad de catalizador (TR x CC) y finalmente calculamos el efecto terciario:

Relación molar-tiempo de reacción-cantidad de catalizador (RM X TR x CC)



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la variable de salida es el porcentaje de conversión de aceite usado en

biodiesel (% peso). Los resultados se observan en la tabla 17.

Tabla 17: Cálculo de los efectos y su desviación estándar

CONTRASTE EFECTO (% peso) DESVIACION ESTANDAR

YATES SIGNOS

RM + 12.502 + 12.502 ± 0.799

TR + 10.202 + 10.202 ± 0.799

CC - 4.565 - 4.564 ± 0.799

RM x TR + 0.459 + 0.459 ± 0.799

RM x CC - 0.987 - 0.987 ± 0.799

TR x CC - 0.587 - 0.587 ± 0.799

RM x TR x CC + 3.036 + 3.035 ± 0.799

Tratamiento mediante el software MINITAB

Se empleó el Software Minitab, con las siguientes condiciones:

Factor de estudio: Conversión

Nivel de confianza: 95%.

Nivel de significancia: 0,05.

La confiabilidad de los contrastes se muestra en la tabla 18.

Tabla 18: Análisis de varianza de la conversión

CONTRASTE VALOR F VALOR P

RM 448.94 0.000

TR 308.45 0.000

CC 40.40 0.002

RM x TR 0.42 0.698

RM x CC 3.48 0.270

TR x CC 0.68 0.583

RM x TR x CC 11.42 0.023



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CAPITULO IV

DISCUSIÓN DE RESULTADOS

El porcentaje de humedad en el aceite vegetal usado, se incrementa

respecto al aceite refinado de 0,198% a 0,218%, esto se explica por la

absorción de agua procedente de los filetes de pescado, durante la

fritura. El porcentaje de humedad en el aceite disminuye al calentarse,

que es el requisito exigido en la bibliografía especializada, evitando de

este modo reacciones de hidrólisis y saponificaciones que disminuirán la

conversión a biodiesel.

La acidez también se incrementa en el aceite usado respecto al refinado

de 0,448 mgKOH/g aceite a 0,560 mgKOH/g de aceite, debido al

deterioro de la calidad del aceite en el proceso de fritura, puesto que los

triglicéridos, reaccionan con el agua, generando ácidos grasos libres,

esta acidez se neutraliza en hidróxido de potasio o hidróxido de sodio.

El índice de peróxido calculado para el aceite usado es 4,1 meq

peróxido/kg de aceite. De acuerdo a la bibliografía el aceite apto para el

consumo humano es menor a 5 meq peroxído/kg de aceite, en

consecuencia el aceite usado empleado en la presente investigación

presenta niveles bajos de peróxido garantizado en bajo nivel de impureza

en el biodiesel.

Con la finalidad de garantizar la calidad del producto, se evaluó cuatro

parámetros del combustible: Calor de combustión, viscosidad, densidad y

residuos de carbón. En la tabla 16 se muestran los resultados en cada

una de las propiedades indicadas de virtual Pro-I seminario - taller - 2010,

así tenemos el calor de combustión de las muestras (37,99kJ/g) son

menores los valores reportados en la bibliografía (40,135KJ/g), con el

valor obtenido se garantiza el poder calorífico del biocarburante.

Otra característica determinante en los biocombustibles es la viscosidad,

en este caso el producto obtenido tiene como viscosidad entre 0,5 y 7,11

centistokes que comparada con el aceite vegetal usado (92,5

centistokes); representa una alta reducción con lo que se garantiza la



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calidad del biodiesel.

La mejor conversión encontrada es de 83,900%, siendo las condiciones

de proceso en este caso: relación molar alcohol/aceite igual a 6, tiempo

de reacción 50 minutos y cantidad de catalizador NaOH 0,5%.

El porcentaje de catalizador es un parámetro de gran influencia en la

conversión del proceso ya que si menor es el porcentaje de catalizador

empleado en la reacción de transesterificación mayor es la conversión

alcanzada. Lo que se puede comprobar en la tabla 10, comparando las

corridas 2 y 6 que presentan 76,00% y 70% de rendimiento y las

concentraciones son 0,5% y 1,0% respectivamente, siendo las otras

condiciones de reacción iguales en ambas corridas.

La relación molar alcohol/aceite es proporcional a la conversión del

proceso, así tenemos en la tabla 15, corrida 5, se emplea la relación 3 y

se obtiene una conversión promedio de 65,055% mientras que en la

corrida 2, cuando la relación molar sube a 6 la conversión sube a

78.085%, cabe mencionar que las otras condiciones de las reacciones de

transesterificación en ambas corridas son idénticas.

Finalmente con respecto al tiempo de reacción, otra de las variables

estudiadas, la deducción lógica es de que a mayor tiempo, mayor

conversión, así si se observa la tabla 15 por ejemplo si comparamos las

corridas 2 y 4 las correspondientes conversiones son 78,05% y 87,55

respectivamente que corresponde a 30 minutos y 50 minutos, siendo las

demás condiciones de operación idénticos.

Para determinar los efectos de cada una de las variables y sus

combinaciones, se empleó el método de Yates y e! método del signo

como se observa en la tabla 17, los dos métodos empleados dan valores

idénticos para los efectos. Del análisis desarrollado se infiere que el

implemento de la relación molar, coadyuva a aumentar la combercion

¡mientras el incremento del catalizador de 0,5% a 1,0% coadyuva al

decaimiento de la conversión

Para el análisis estadístico se empleó el software MINI TAB v. 14, el cual

nos permite observar la relación entre las variables estudiadas (relación



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molar etanol/aceite, cantidad de catalizador NaOH, tiempo de reacción y

rendimiento del proceso).

Condiciones para el análisis estadístico:

Factor bajo estudio: rendimiento.

Nivel de confianza: 95%

Nivel de significancia: 0,05

En la tabla 13 se presentan los resultados del análisis de varianza debido

a que el valor P para: la relación molar, tiempo de reacción, cantidad de

catalizador y la triple relación molar - tiempo de reacción -cantidad de

catalizador es menor que el nivel de significancia, estas variables tienen

un efecto estadísticamente significativo sobre el rendimiento del proceso.



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CAPITULO V

CONCLUSIONES

El aceite vegetal usado en la preparación de frituras, es una

alternativa como materia prima para la producción de biodiesel,

pero requiere controlar su porcentaje de humedad y su acidez, a

niveles permisibles con procedimientos físicos-químicos sencillos.

Se deben conocer claramente propiedades como la acidez del aceite

empleado, para determinar la cantidad y el tipo de catalizador a usar, con

el fin de neutralizar la mayor cantidad de ácidos grasos libros y evitar el

contenido de éstos en el biocombustible para garantizar su calidad.

Se puede percibir la influencia en la conversión de las variables

estudiadas (relación molar/aceite, tiempo de reacción y porcentaje de

catalizador en base al aceite usado), licuado, de la relación molar y el

tiempo de reacción los de mayor impacto.

Los efectos positivos de mayor a menor influencia con un nivel de

significancia = 0.05 son: relación molar alcohol /aceite y el tiempo de

reacción, mientras que el mayor efecto negativo esta dado por el

porcentaje del catalizador.



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CAPITULO VI

RECOMENDACIONES

La etapa de purificación debe comprender el eficiente lavado con agua,

empleando agitación varias veces completando con un proceso de

destilación a fin de eliminar agua residual, metanol, catalizador y glicerina

en el bio combustible.

El agua obtenida luego de reparación, presenta un contenido

importante de catalizador y glicerina este desecho se puede empleador

en la formación de jabones y obtención de fertilizantes.

Con el fin de mejorar la conversión del proceso, se requiere

incrementar el tiempo de reacción y ajustar mejor el porcentaje de

catalizador alrededor de 0.5% sobre el aceite empleado

Es importante desarrollar trabajo de investigación sobre bio

combustibles teniendo en cuenta el equilibrio ambiental y un uso

saludable del aceite en la preparación de alimentos.



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http://wab.es/epsi/alimentaria/mangeles-oylon.pdf

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ANEXOS

ANEXO 01

A continuación se presenta el cálculo de las cantidades de materia

prima empleadas en los ensayos experimental. Se toma como base las

condiciones empleadas en la corrida 6.

Relación molar Metanol/aceite = 6:1

Cantidad de catalizador = 0.5 %

Cantidad de aceite = 600 g.

Cantidad de metanol:

PM aceite de soya = 881.69g/mol

Moles metanol = moles aceite x relación

Moles metanol = 0.681 x 6 = 4.1 moles

gr. Metanol = moles metanol x PMmetanol = 4.1 x 32 = 130.70 gr.

Cantidad de KOH

Se requiere 0.5 % con respecto a la cantidad de aceite más la

cantidad requerida para neutralizar los ácidos grasos libres presentes

en el aceite.

Cantidad de KOH necesaria para neutralizar los ácidos grasos

libres:

Peso KOH = x PMKOH [ ] x gr. Muestra

% Acidez (peso) = 4.741 (ASTM D1980 – 2010)



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Peso KOH = x 56.1 [ ] x 600 gr. muestra

Peso KOH = 6.234 gr.

Cantidad de catalizador

gr. KOH = = 3.0 gr.

gr. KOH totales = 6.234 gr. + 3.0 gr. = 9.234 gr.

Materia prima Cantidad (g)

Aceite de soja 600

Metanol 130.7

KOH 9.234



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ANEXO 2

Descripción de la apariencia del biodiesel obtenido Muestra 1: Condiciones, 1% de catalizador y relación 6:1. La apariencia

de ésta muestra es bastante opaca, líquida totalmente y no presenta

sólidos ni geles. La muestra 8 que es la réplica de la muestra 1, es

más transparente en cuanto a sólidos y geles presentes.

Muestra 2: Condiciones, 1% de catalizador y relación 10:1. No tiene

presencia de sólidos ni geles, está totalmente líquida pero presenta un

poco de opacidad. La réplica (muestra 4), tiene mucha diferencia, ya

que no es totalmente líquida, hay presencia de sólidos y geles, los

cuales están en menor cantidad que la fase líquida y se depositan en el

fondo del recipiente. La parte líquida es rojiza y transparente.

Muestra 3: Condiciones, 1% de catalizador y relación 12:1. La muestra

es totalmente líquida de color rojizo transparente, sin presencia de

sólidos ni geles. La muestra 7 que se obtuvo bajo las mismas

condiciones, es totalmente diferente debido a que en esta muestra hay

presencia de sólidos y geles. La fase líquida es de color rojizo

transparente y está en mayor proporción que los sólidos.

Muestra 4: Condiciones, 0,5% de catalizador y relación 12:1. Se

visualizan dos fases, una rojiza transparente en la parte superior y

sólidos en la parte inferior; estas dos fases se encuentran en la misma

proporción. También se observaron pequeñas cantidades de gel. La

muestra 7 que es la réplica presenta una apariencia muy diferente,

debido a que no hay presencia de sólidos ni geles y la muestra es

totalmente transparente y de color rojizo.



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Muestra 5: Condiciones, 0,5% de catalizador y relación 10:1. Se observa

la muestra totalmente transparente y de color rojizo no presenta sólidos

ni geles. La réplica (muestra 8), presenta sólidos y geles pero en

pequeñas cantidades; la parte líquida es totalmente transparente y de

color rojizo.

Muestra 6: Condiciones, 0,5% de catalizador y relación 6:1. Esta

muestra es de color rojizo totalmente líquida y transparente (no hay

presencia de gel ni de sólidos).

Muestra 7: Condiciones, 1,5% de catalizador y relación 12:1. Se

observan dos fases una de sólido que se encuentran en el fondo en

menor proporción que la fase líquida; esta última es de color rojizo pero

bastante opaca, además hay presencia de geles.

Muestra 8: Condiciones, 1,5% de catalizador y relación 6:1. Hay

presencia de sólidos en pequeñas cantidades y se observan geles.

La parte líquida es transparente y de color rojizo.



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ANEXO 3

FOTOGRAFIAS DEL PROCESO EXPERIMENTAL

Figura A.3.1: Montaje para la preparación del metóxido



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Figura A.3.2: Montaje para reacción de transesterificacion

AGITADOR

TERMOMETRO DE

INMERSION

REACTOR DE 4 BOCAS (4 LTS)

CONDENSADOR

DE BOLAS

TERMOMETRO

DE MERCURIO

MANTA DE

CALENTAMIENTO



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Figura A.3.3: Separación de biodiesel y glicerina

GLICERINA

METILESTERES



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Figure 1

Figura A.3.4: LAVDOS DEL BIODIESEL

PRIMER LAVADO SEGUNDO LAVADO

TERCER LAVADO CUARTO LAVADO

AGUA

TURBIA

AGUA CLARA



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Figura A.3.5: Secado del biodiesel



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Figura A.3.6: Biodiesel purificado

Figura A.3.7: Montaje prueba de destilación del biodiesel



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ANEXO 4

REPORTE DE RESULTADOS DE MUESTRAS DE ACEITE DE SOYA

ANALISIS

UNIDADES

NORMA

RESULTADO

ESPECIFICACION

MIN MAX

ACIDEZ, ÁCIDO PALMÍTICO

% P/P ASTM

D 1980 - 10

4,741

SAPONIFICACIÓN

mg KOH/g ASTM

D 5558 - 09

199,48

MATERIAL INSAPONIFICABLE

mg KOH/g ASTM

D 1965 -10

15,6

PESO MOLECULAR g/mol PESO MOLECULAR POR CRIOSCOPIA g/mol

INDICE DE YODO

cg/g ASTM

D 5554 - 09

METANOL % P/P

MONO - GLICÉRIDOS

% P/P ASTM

D 6584 - 08

DI - GLICÉRIDOS

% P/P ASTM

D 6584 - 10

TRI - GLICÉRIDOS

% P/P ASTM

D 6584 - 10

GLICERINA LIBRE

% P/P ASTM

D 6584 - 10

METILÉSTERES

% P/P NTP 963.22

PESO MOLECULAR POR

CROMATOGRAFÍA

g/mol

HUMEDAD POR KARL FISCHER

% ASTM

D 4377 - 10



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