Feria252 01 Produccion de Biodiesel a Partir de Aceite Comesti

7/22/2019 Feria252 01 Produccion de Biodiesel a Partir de Aceite Comesti

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Biodiesel

Investigacin Experimental1

Produccin de biodiesel a partir de aceite

comestible usado.

Resumen

Actualmente el consumo de combustibles presenta un crecimiento importantepor la dependencia petrolera que se ha generado en el pas, provocando unagran cantidad de contaminacin emitida hacia la atmsfera con la que se hafavorecido el efecto invernadero, considerando adems que estos carburantesno son renovables. Cada litro de aceite comestible que es tirado al drenajecontamina 1000,000 de litros de agua.

Tomando en cuenta que gran parte de la poblacin ocupa aceite para cocinar;

se implement un uso para que ste aceite quemado cree una alternativaecolgica llamado biodiesel. El cual, al ser probado en lmparas de alcohol

demuestra su viabilidad y sustentabilidad. Esto denota que es una inversinfavorable para crear un combustible con los residuos del aceite comestibleusado en hogares mexicanos, lo que ayudar a tener una opcin diferente ysobretodo sustentable, al utilizar un recurso de desecho.

Dicho biodiesel se realiz con base a los siguientes pasos: Preparacin de metxido

Provocacin de reaccin Trasvase Separacin Reposo Decantacin Comprobacin de efectividad en lmparas de alcohol.

De acuerdo a este proceso fue posible la obtencin de biodiesel, tomandocomo base diferentes aceites comestibles de diversas marcas y variadasconsistencias. La eleccin de los aceites usados para la creacin de biodieselfue dada de acuerdo al ndice de ingesta y demanda que estos tenan, ademsse consider el ingrediente con el que estaban hechos; por dichas razones seutiliz aceite de canola, aceite de maz y grasa de puerco para frer carnitas. ElBiodiesel obtenido fue probado en lmparas de alcohol dando como resultadouna combustin exitosa.

Por otro lado, la coloracin del biodiesel fue distinta dependiendo de laspropiedades de cada aceite utilizado para este caso. El aceite de Canola es elque tiene una flama ms grande, la cual brinda considerablemente un mayorndice de calor que los otros aceites probados; mientras que el biodiesel creado

con grasa de puerco para frer carnitas presenta una flama pequea einconstante que evita que caliente de una manera eficaz.


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Marco Terico

Un litro de aceite comestible, contamina cerca de un milln de litros de agua.Lo recomendable sera verter el aceite usado en botellas de plstico de

refresco, cerrarla y colocarla luego en la basura normal, sin embargo seencontr la manera de reutilizarlo y producir biodiesel para no contaminar elambiente, probndolo en lmparas de alcohol.

A principios del siglo XXI, en el contexto de bsqueda de nuevas fuentes deenerga, se impuls el desarrollo del aceite vegetal para su utilizacin enautomviles como combustible alternativo a los derivados del petrleo.El aceite vegetal, cuyas propiedades para la impulsin de motores se conocendesde la invencin del motor diesel gracias a los trabajos de Rudolf Diesel, yase destinaba a la combustin en motores de ciclo diesel convencionales o

adaptados.El biodiesel puede mezclarse con gasleo procedente del refino del petrleo endiferentes cantidades. Se utilizan notaciones abreviadas segn el porcentajepor volumen de biodiesel en la mezcla: B100 en caso de utilizar slo biodiesel,u otras notaciones como B5, B15, B30 o B50, donde la numeracin indica elporcentaje por volumen de biodiesel en la mezcla.El biodiesel descompone el caucho natural, por lo que es necesario sustituirste por elastmeros sintticos en caso de utilizar mezclas de combustible conalto contenido de biodiesel.

Los aceites y grasas, desde el punto de vista qumico, estn formadosmayoritariamente por triglicridos, es decir, steres con tres cadenasmoleculares de cidos grasos unidas a una molcula de glicerol. Cuando elglicerol se substituye por metanol obtenemos tres molculas de metilster yuna molcula de glicerina. Esto es lo que ocurre en las reacciones detransesterificacin, una molcula de triglicrido reaccionaAceite vegetal usado + Metanol Ester Metlico de cidos Grasos +Glicerina

CH2-OCO-R1 CH3-OCO-R1 CH2-OH

CH-OCO-R2 + 3CH3OH CH3-OCO-R2 + CH-OH

CH2-OCO-R3 CH3-OCO-R3 CH2-OH

El biodiesel se hace a partir de grasas de origen animal y vegetal, que desde elpunto de vista qumico son triglicridos. No puede hacerse con grasa deorigen inorgnico, como el aceite lubricante.Cada molcula de triglicrido est formada por tres molculas de cido grasounidas a una molcula de glicerina. La reaccin de formacin de biodiesel

consiste en separar los cidos grasos de la glicerina con ayuda de un


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catalizador (NaOH o KOH), y unir cada uno de ellos a una molcula de metanolo de etanol. Esta reaccin se llama transesterificacin.Es un biocombustible lquido que se obtiene a partir de lpidos naturales comoaceites vegetales o grasas animales, con o sin uso previo, mediante procesosindustriales de esterificacin y transesterificacin, y que se aplica en lapreparacin de sustitutos totales o parciales del petrodiesel o gasleo obtenidodel petrleo.

En base a un listado de precios establecidos, resulta ms caro producirPetrodiesel en comparacin del petrleo, por sus buenas cualidades son unafuente importante de incentivos, sobre todo en la parte social para impulsarcrecientemente su uso. Desde 2002 se ha estado empleando en proporcionesbajas (20%), mezclado con el Petrodiesel, mejorando las propiedades de este.

Para que la economa de produccin del Biodiesel sea competitiva con elPetrodiesel, requiere de incentivos gubernamentales y fiscales, merecidos porlas buenas caractersticas que presenta.

Figura 1 Crecimiento de la Produccin de Biodiesel, 1992-2002http://www.energiaadebate.com/Articulos/febrero_2006/jorge_luis_aguilar_gonzalez.htm

El Biodiesel tiene un poder calorfico ligeramente menor que el Petrodieselsiendo de aproximadamente 16,000 BTU/lb* (118,170 BTU/gal) comparado con18,300 BTU/lb* (129,050) del Petrodiesel, es decir, su poder calorfico es 14%

menor; por su comparacin en peso o bien 9% menor si la comparacin sehace con base en unidad de volumen.*BTU/lb BRITISH THERMAL UNIT Cantidad de calor necesaria para elevar en 1F una libra de agua.

En cuanto a las emisiones el Biodiesel tanto mezclado con Petrodiesel enproporcin del 20% (B20) o 100% Biodiesel (B100) presenta importantesreducciones de todas las emisiones excepto por las emisiones de xido deNitrgeno donde compite en desventaja con el Petrodiesel, como se indica enla tabla siguiente.
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Tabla 1. Emisiones promedio del Biodiesel comparadas con las del Petrodieselhttp://www.energiaadebate.com/Articulos/febrero_2006/jorge_luis_aguilar_gonzalez.htm

El punto de inflamacin o flashpoint tambin es sustancialmente mejor en el

Biodiesel, que lo convierte en un combustible mucho ms seguro dealmacenar. El punto de inflamacin del Biodiesel es de 128 C comparado conel punto de inflamacin del Petrodiesel que es de 48 a 71 C, es ms seguro dealmacenar que el petrleo que tiene un punto de inflamacin de 66 a 116 C.El Biodiesel puede emplearse en los motores a Diesel convencionales sinrequerir modificacin alguna, lo que facilita en gran proporcin su introduccinal mercado ya sea al 100% o mezclado con el Petrodiesel, siendo la proporcinms frecuente al 20%.

El Biodiesel se convierte en un factor sobresaliente para promover el desarrolloregional, los aceites vegetales que pueden emplearse son variados, por lo quedependiendo del lugar de produccin puede encontrarse el mejor aceite para

el clima especfico de la localidad.
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Tabla 2. Comparacin de rendimiento tpico de cosechas para produccin deaceite vegetal

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La tabla anterior muestra una lista de los aceites vegetales que son factibles deemplear como materia prima para la produccin del Biodiesel y losrendimientos en produccin de aceite por hectrea.Costos

CostoDiesel 2.20 Dlares/galnPetrodiesel 0.85 Dlares/galnPetrleo 50 Dlares por barril

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ObjetivoBuscar una alternativa ecolgica que reemplace el uso de combustibles fsiles.Adems de buscar el mejor aceite para la realizacin de biodiesel.

ProblemaActualmente el consumo de combustibles presenta un crecimiento importantepor la dependencia petrolera que se ha generado en el pas, provocando unagran cantidad de contaminacin emitida hacia la atmsfera y con la que se hafavoreciendo el efecto invernadero, considerando adems que estoscarburantes no son renovables.

Hiptesis

Si se logra producir biodiesel en el laboratorio con aceite comestible vegetal,con aceite de canola y con grasa de puerco para frer carnitas, se podrcomprobar que el aceite de canola es el que producir una flama efectiva porsu procedencia y composicin qumica. Entonces demostraremos que es unaopcin viable para no contaminar y volver a utilizar el aceite que la mayora dela poblacin desecha.
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Desarrollo

Material

Un litro de aceite nuevo de canola Un litro de aceite usado d canola Dos litros de aceite comestible vegetal nuevo Un litro de grasa de puerco para frer carnitas 1000 mL de metanol con pureza del 99% 17.5 grs de hidrxido de sodio(NaOH) Balanza 4 Cubrebocas industriales 4 Batas 5 lmparas de alcohol Termmetro 5 botellas de dos litros de plstico PET para sedimentacin 2 embudos, uno para el metanol y otro para el hidrxido de sodio 2 vasos de precipitados Batidora 5 recipientes de medio litro de HDPE

Metodologa

Se prob con 3 distintos tipos de aceite, el aceite comercial Hipermart (conste se realiz el experimento 2 veces), aceite puro de canola Canoil (conste se realiz el experimento con aceite nuevo y con aceite ya utilizado) ygrasa de puerco para frer carnitas.El proceso que se llevo a cabo es el siguiente:

1. Preparacin del metxido.1.1 Se miden 200 ml de metanol y se vierten con un embudo dentro del

recipiente de HDPE de medio litro.

1.2 Con un segundo embudo en la mezcla anterior, se vierten 3.5gramos de hidrxido de sodio (NaOH). Conocido como sosacustica.

1.3 Se agita la botella unas pocas veces, de lado a lado. La botella secalienta durante la reaccin. Se agita bien durante un minuto, aintervalos de cinco o seis minutos, el hidrxido de sodio se disuelveen el metanol formando metxido de sodio.

2. Reaccin.2.1 Calentar el aceite a 55 C y se vierte dentro de la batidora.

2.2 Con la mquina an parada, vierte el metxido con mucho cuidado.2.3 Mezclar durante 20 o 30 minutos aproximadamente.


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3. Trasvase.3.1 Verter la mezcla en una de las botellas de dos litros y cerrarla.

4. Separacin.4.1 Dejarlo reposar siete das aproximadamente.4.2 La glicerina formar una capa oscura en el fondo claramente

separada de la capa de biodiesel que flota encima, de color claro.4.3 Decanta el biodiesel cuidadosamente en un frasco limpio o en una

botella de plstico, evitando que entre glicerina en el nuevorecipiente.

5. Probar el biodiesel hecho en una lmpara de alcohol.Se siguieron todos los pasos a lo largo del experimento, sin embargo variaronlas cantidades, en los gramos del catalizador y en el tiempo en que se calentpor cuestiones del tipo de aceite. Las cantidades utilizadas para cada tipo deaceite son las siguientes:

1. Primer aceite (Hipermart) 10 gr de sosa caustica

800 ml de aceite nuevo Hipermart

3 minutos calentando el aceite

25 minutos disolviendo sosa

20 minutos batiendo el metxido con el aceite.

Reposo de 7 das2. Segundo aceite (Hipermart)

3.5 gramos de sosa caustica

1000 ml de aceite 3 minutos calentando el aceite

1 min agitndolo, 5 min de reposo, 1 min agitndolo, 5 min de reposo,1 min agitndolo, 5 min de reposo y 1 min agitndolo para disolversosa.

30 minutos de batir el metxido con el aceite

Reposo de 7 das3. Tercer aceite (Canola nuevo)





Reposo de 7 das.4. Cuarto aceite (Canola usado)




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Reposo de 7 das.5. Quinto aceite (carnicera Se calent a 140C) 3.5 gramos de sosa caustica

600 ml de aceite

10 minutos calentndose



Reposo de 7 das

Canola:

62% grasas monoinsaturadas

30.6%grasas poliinsaturadas

7.4% grasas saturadas

Hipermart:

31.5% grasas monoinsaturadas

53% grasas poliinsaturadas

15.5% grasas saturadas

Hay que medir rpidamente el hidrxido de sodio porque absorbe la humedaddel aire y pierde efectividad.El metxido de sodio es una substancia alcalina muy corrosiva. Hay que tenercerca un grifo de agua corriente y una botella de vinagre. Si llega a salpicar enla piel, hay que empapar la zona afectada en vinagre y enjuagarla bajo el grifocon mucha agua.Se mezclaron el metxido con el aceite cuidadosamente. La reaccin comenz

de inmediato, transformando la mezcla en un lquido dorado y cristalino. Sesigui agitando durante 30 minutos a temperatura constante, se dejo reposar 7das. As se pudo observar claramente las dos capas, la de glicerina y la debiodiesel respectivamente y as decantarlo. Se vaci en las lmparas dealcohol y se prob, teniendo xito.


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Fuente directa: Medicin de 200 mL demetanol.

Fuente directa: Verter el metanol en unreci iente de HDPE.

Fuente directa: Medicin de 3.5gde NaOH

Fuente directa: Verter 3.5g de NaOH almetanol.

Fuente directa: Agitar la botella para lareaccin.

Fuente directa: Precalentar el aceite.

Fuente directa: Tomar temperatura delaceite.

Fuente directa: Verter el aceite.Fuente directa: Verter el metxido.

Fuente directa: Medicin de 200 mL demetanol.


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BATIRFuente directa: Mezclar el aceite y el

metxido.

Fuente directa: Reposo de 7 das.Fuente directa: Verter la mezcla en unabotella.

Fuente directa: Prueba en lmpara dealcohol.

Fuente directa: Decantacin/Filtracin. Fuente directa: Verter biodiesel en lmparade alcohol.


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Resultados

Al haber concluido el procedimiento para comprobar que se puede crearbiodiesel a partir de aceite comestible nuevo o usado y que pueda ser til en

una lmpara de alcohol, se cumple con la hiptesis planteada desde el primermomento. Los resultados obtenidos sirvieron para que funcionara una lmparade alcohol, ya que los componentes qumicos que se generaron durante elproceso de la transformacin del aceite comestible a biodiesel, hicieron que seestableciera una reaccin qumica (transesterificacin), que permite a la mechahumedecida con el biodiesel creado que pueda generar una flama. Tambincomprobamos nuestra segunda hiptesis, el aceite de Canola produce unamejor flama, gracias a su procedencia y composicin qumica, la flama es msgrande, calienta notablemente ms, y por el contrario la grasa de puerco parafrer carnitas, casi no produce flama, es pequea y no calienta tanto como la delos dems.

Fuente directa: Comparacin de la duracin de la flama

Fuente directa: Grfica del precio comercial por litro de aceite utilizado


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Fuente directa: Grfica del precio comercial de sosa caustica por litro de biodiesel

Fuente directa: Grfica del precio comercial de Metanol por litro de biodiesel

Fuente directa: Grfica del precio total por litro de biodiesel


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Fuente directa: Grfica de comparacin de costos de materiales utilizados

Fuente directa: Grfica de comparacin de costos por material contra el total


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Anlisis e interpretacin de resultados

Como podemos observar en las grficas el costo por litro de biodiesel respectoa la grasa de puerco para frer carnitas es menor, esto debido a que no tuvo

ningn costo; sin embargo tomando en cuenta su procedencia y costo real porkilogramo de grasa y/o manteca de puerco es mayor a cualquier aceite. Elaceite Hipermart tiene un bajo costo debido a la escases de macro y micronutrimentos que presenta y siendo til en primera estancia, pero poco factible amediano y largo plazo. El aceite de Canola presenta una notable mejora antelos dos anteriores, mejora la calidad del biodiesel debido a su bajaconcentracin de cidos grasos saturados, y aunque el precio no es favorableporque el costo inicial es mayor, las propiedades bioqumicas de ste sonmejores y son favorables a corto, mediano y largo plazo y en cantidadesmayores no presenta un gasto elevado.A travs de esta investigacin, se produce un combustible alterno que ayuda almedio ambiente, basndonos en un producto domstico comn en los hogaresmexicanos, adems el mtodo para producir ste biodiesel es prctico, sencilloy barato. Por lo que el aceite de Canola, presenta una mejor alternativa alproblema planteado; a cerca de la sustentabilidad de la investigacin, searrojan resultados muy favorables respecto al cuidado de la bisfera, puescabe mencionar que el biodiesel al hacer combustin no genera gases txicoso de efecto invernadero ya que sus componentes son al 100% orgnicos.


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Conclusiones

A travs de esta investigacin, se produce un combustible alterno que ayuda almedio ambiente, basndose en un producto domstico sumamente comn en

los hogares mexicanos, adems el proceso para producir el biodiesel esprctico, sencillo y econmico.Al termino del proyecto se pudo cumplir con los objetivos planteados ycorroborar la hiptesis dado que se logr obtener a partir de aceitescomestibles un combustible ecolgico que logra sustituir a los generados defuentes de energa no renovables, logrando un gran impacto positivo en elmedio ambiente, pues la combustin del biodiesel generado no emite gasestxicos para el ser humano, ni nocivos para el medio ambiente, ya que suscomponentes son 100% orgnicos, evitando as favorecer el efectoinvernadero.

El incremento en la demanda de combustibles eleva el precio al pblico, originamayor extraccin para la produccin, mayor dao ecolgico al acabar con lasfuentes de energa no renovables para equiparar la oferta con la demanda.Tras la utilizacin de diferentes tipos de aceite comestible se logr comprobarque el mejor en la produccin de biodiesel es el de Canola, cumpliendo as elobjetivo planteado.La viabilidad del biodiesel es mayor que la del petrleo, dado que el primero seobtiene de materiales reutilizables y el segundo de fuentes de energa norenovables, aunque actualmente el costo de produccin de ste y el precio al

pblico es ms bajo, en cuanto se instale la infraestructura adecuada para laproduccin de biodiesel, los costos disminuirn.Los resultados obtenidos en esta investigacin demuestran la factibilidad,viabilidad y sustentabilidad en el proceso, obtencin y utilizacin del biodieselUn punto fundamental de esta investigacin es lograr despertar la concienciaen las personas ya que reutilizando el aceite de casas o negocios, secontribuira a bajar los ndices de contaminacin en sus ciudades y de estamanera ver favorecido su salud y su entorno natural.


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InvestigacinExperimental

Fuentes de informacin

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(Consultado el 27 de agosto del 2011)

http://ptcl.chem.ox.ac.uk/MSDS/ME/methyl_alcohol.html (en ingls)(Consultado el 8 de octubre del 2011)

http://www.universitarios.cl/universidades/ecologia-y-recursos-naturales/5227-ojo-aceite-y-contaminacion-del-agua.html (Consultado el8 de octubre del 2011)

http://www.inchem.org/documents/ehc/ehc/ehc196.htm (en ingls)(Consultado el 8 de octubre del 2011)

http://es.journeytoforever.org/biocombustibles/como-hacer-biodiesel.cgi(Consultado el 8 de octubre del 2011 y el 29 de febrero del 2012)

http://portal.aniame.com/uploads/losaceitesvegetales.pdf (Consultado el29 de febrero del 2012)

http://revistadelconsumidor.gob.mx/wp-content/uploads/2010/11/aceites.pdf (Consultado el 29 de febrero del2012)

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