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Producción de Biodiesel a partir de un proceso de transesterificación de grasas de origen avícola. Proyecto de Grado Ingeniería Ambiental Elaborado por: Herman López Gómez Asesor Proyecto de Grado: Manuel S. Rodríguez Susa, Ph.D Universidad de los Andes Bogotá, Colombia Junio 2013

Resumen: Dentro del contexto económico colombiano el sector agropecuario ha mostrado un crecimiento importante en los últimos años. El consumo de pollo ha superado, desde el año 1995, el consumo de res y cerdo. Por lo anterior, el crecimiento económico del sector avícola colombiano ha conllevado a un aumento en la producción, lo que a su vez implica un aumento en la cantidad de residuos generados. Como alternativa de aprovechamiento, el presente informe detalla el proceso de transesterificación de grasa con el objetivo de obtener biodiesel. El biodiesel obtenido, producto de pruebas de laboratorio realizadas, fue objeto de análisis y comparación con valores teóricos del contenido energético. La viabilidad técnica es demostrada, y se realizan recomendaciones de viabilidad económica y ambiental.

Palabras Clave: Grasas avícolas, proceso de transesterificación, producción biodiesel, contenido energético.

Tabla de contenido

Resumen:  ...................................................................................................................................  1  

Introducción:  ...........................................................................................................................  2  Generalidades contexto avícola colombiano  ...............................................................................  2  Generalidades del proceso de transesterificación  ......................................................................  3  

Materiales y Métodos  .............................................................................................................  5  Obtención de la grasa  ......................................................................................................................  5  Pre tratamiento grasas  ....................................................................................................................  5  Transesterificación  ...........................................................................................................................  6  Medición contenido energético  ......................................................................................................  6  

Resultados  ................................................................................................................................  7  Análisis y Discusión  ................................................................................................................  7  

Pre tratamiento  .................................................................................................................................  7  Variaciones del poder calorífico  ....................................................................................................  7  Viabilidad en Colombia frente a consumo de biodiesel  ...........................................................  8  

Conclusiones  ............................................................................................................................  8  

Estudios y análisis propuestos  .............................................................................................  8  Bibliografía  ..............................................................................................................................  9  

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Introducción:

Generalidades contexto avícola colombiano La fuerza de cada uno de los sectores económicos es determinada por un porcentaje sobre el Producto Interno Bruto (PIB) de un país. El sector agropecuario cumple un papel determinante en la economía colombiana. Actualmente, este sector económico aporta un 9% del PIB, corresponde al 21% de las exportaciones, y genera aproximadamente el 19% de los empleos del país. (Sociedad de Agricultores de Colombia, 2012) Bajo un análisis de crecimiento trimestral para el año 2012, el sector agropecuario, silvicultura, caza y pesca experimentó un crecimiento del 2.2% frente al mismo trimestre del año inmediatamente anterior (tabla 1). Dentro de la economía colombiana, el sector avícola representa aproximadamente el 28% del PIB aportado por el sector pecuario. Desde el año 1995, el consumo anual per cápita en Colombia de pollo supera el consumo per cápita de res y de cerdo (Federación Nacional de Avicultores de Colombia, 2013). Lo anterior se respalda en un crecimiento de la producción media de pollos que varía desde el 1% al 9.8% anual en el mismo periodo de tiempo (Tabla 2). La producción de pollos para el año 2012 corresponde a 1,112,260.9 toneladas (gráfico 1), y se ha proyectado un consumo por habitante anual de 24 kilogramos para el año 2013 (Gráfico 2) (Federación Nacional de Avicultores de Colombia, 2013). Bajo un evidente crecimiento del sector avícola, el manejo de residuos generados durante el proceso industrial de preparación de las aves para consumo se convierte en un tema importante dentro de cada una de las granjas productoras.

Las principales empresas productoras de carne avícola ofrecen distintos productos, los cuales se basan en el pollo entero sin vísceras, pollo despresado, menudencias entre otras. Lo anterior evidencia que se generan residuos producto de cada uno de los animales, que conllevan a una posible contaminación si no están asociados a una correcta disposición. Aproximadamente el 10% del peso total de cada uno de los animales corresponde a las plumas. De la misma manera, las patas, los picos y las vísceras son desechados después de la preparación del ave, ya que estos no forman parte del producto comercial. Actualmente se realizan distintos procesos de aprovechamiento de estos subproductos. Uno de estos procesos involucra la trituración de las plumas, vísceras, patas y picos para la fabricación de una harina destinada como alimento de animales. El proceso realizado y evaluado en el presente artículo, enfocado dentro del ámbito de aprovechamiento de residuos o subproductos animales, consiste en un proceso de transesterificación de grasas avícolas. Como objetivo último, bajo condiciones de laboratorio, se generó biodiesel a partir de grasa separadas u obtenidas durante el proceso de preparación comercial de los pollos. Análogamente al enfoque de manejo y aprovechamiento de residuos y subproductos generado por el sector avícola, el proceso de transesterificación es abarcado por el ámbito de energías alternativas a los combustibles fósiles. Siendo el biodiesel un producto del proceso de transesterificación, se puede evaluar la viabilidad técnica, económica y ambiental del proceso analizado. El alcance del presente informe puede ser considerado un primer paso dentro de la viabilidad técnica, pero no contiene un análisis económico ni ambiental detallado para obtener resultados concluyentes al respecto.

Café

Huevos'con'cáscara'Frescos

Ganado'BovinoLeche'sin'ElaborarAves'de'Corral

Ganado'Porcino

Agrícola,sin,Café

Animales,vivos,y,otros,productos,animales

Café'Pergamino

Cultivos'TransitoriosCultivos'Permanentes

80.3%@10.7%87.5%

Primer'semestre'(2012/2011)Variación'Porcentual'

3.2%1.3%7.8%4.8%@2.2%2.9%

Agropecurio,,silvicultura,,caza,y,pesca 1.2%12.3%@0.4%

0.5%

1.5%5.3%@5.4%0.2%0.8%1.2%

1.7%@2.0%11.9%2.2%

13.2%13.1%82.8%0.0%@2.5%

81.0%3.2%2.9%4.5%8.6%1.0%

2012@II/'2011@II 2012@II/'2011@I18.7%19.5%

Comportamiento,Sector,AgroPecuario

Grupo

Tabla 1 Comportamiento sector agropecuario (2012)

Fuente: (Departamento Administrativo Nacional de Estadística, 2012)

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Generalidades del proceso de transesterificación El biodiesel puede definirse como una mezcla de ésteres metílicos con largas cadenas de ácidos grasos (Leung et al., 2009) (Issariyakul et al., 2007). El contenido aproximado de triglicéridos dentro de una muestra de grasa está entre el 90% - 98% de la masa total (Alptekin & Canakci, 2011). La base del proceso de transesterificación la forman los triglicéridos dentro de las grasas, un alcohol y un catalizador de la reacción. Bajo condiciones controlados, una reacción completa produce como resultado biodiesel y glicerol, los cuales pueden ser separados fácilmente por decantación. En los casos que la reacción no se completa, la mezcla producida contendrá mono-, di- y triglicéridos dentro de ella (Van Gerpen et al., 2004) Como reactivo, los alcoholes utilizados comúnmente son el metanol, etanol y butanol para formar ésteres metílicos, ésteres etílicos y ésteres butílico respectivamente. (Van Gerpen et al., 2004). Debido a la accesibilidad y el bajo costo del metanol, éste fue el utilizado durante los procedimientos de transesterificación descritos en este informe. A pesar de eso, actualmente en Colombia existe una regulación la cual limita la compra del mencionado reactivo a una cantidad máxima mensual por comprador (un galón), salvo que tenga permiso de la autoridad competente. Como sustancias catalizadoras, los reactivos usualmente utilizados son sustancias ácidas o sustancias alcalinas. Dentro de los ácidos, los reactivos utilizados comúnmente son el ácido sulfúrico, ácido sulfónico y el acidó clorhídrico. Por otro lado, el hidróxido de sodio, metóxido

de sodio, hidróxido de potasio y metóxido de potasio son utilizados como catalizadores alcalinos. Con base en lo anterior, se presenta la ecuación 1, la cual hace referencia a la reacción química simplificada de la transesterificación. Dentro de los triglicéridos, es posible observar las variables R1,R2 y R3, las cuales hace referencia a largas cadenas de átomos de carbono e hidrógeno. Estas cadenas son denominadas cadenas de ácidos grasos (fatty acid chains). La composición de cada una de las cadenas expuestas varía en función de la fuente de la grasa. La tabla 3 expone la composición de varios aceites y grasas, donde el primer número corresponde a la cantidad de átomos de carbono y el segundo al numero de enlaces dobles (Van Gerpen et al., 2004)

Dentro del proceso de transesterificación se pueden presentar varios problemas relacionados con el contenido o la formación de agua. El agua limita la reacción de transesterificación, generando, como se mencionó, mezclas con alto contenido de mono-, di- y triglicéridos.

Ecuación 1 Reacción transesterificación simplificada

Fuente: (Alptekin & Canakci, 2011)  

1980 83,358.57 6% 3,030,576,970.06 ,10% 265,193.18 ,10%1981 104,849.58 26% 3,057,317,355.09 1% 288,288.62 9%1982 139,890.38 33% 3,091,865,041.20 1% 325,402.28 13%1983 157,208.98 12% 3,149,064,544.47 2% 346,152.85 6%1984 163,429.04 4% 3,274,397,313.34 4% 359,892.88 4%1985 184,315.02 13% 3,391,620,737.15 4% 387,812.27 8%1986 221,750.13 20% 3,451,652,424.20 2% 428,849.27 11%1987 253,837.36 14% 3,606,631,618.05 4% 470,235.25 10%1988 271,622.14 7% 3,716,633,882.40 3% 494,620.17 5%1989 261,299.50 ,4% 3,851,919,355.72 4% 492,414.67 0%1990 276,629.00 6% 4,068,782,415.45 6% 520,755.94 6%1991 280,059.00 1% 4,203,865,991.64 3% 532,290.96 2%1992 313,666.00 12% 4,608,277,900.03 10% 590,162.67 11%1993 360,308.00 15% 5,049,290,095.07 10% 663,265.41 12%1994 400,626.00 11% 5,289,131,374.58 5% 717,973.88 8%1995 451,305.18 13% 5,581,620,339.60 6% 786,202.40 10%1996 472,380.04 5% 5,929,355,286.75 6% 828,141.35 5%1997 449,501.45 ,5% 6,319,001,439.12 7% 828,641.54 0%1998 491,705.44 9% 6,575,070,283.08 4% 886,209.65 7%1999 535,335.56 9% 6,694,022,082.12 2% 936,976.89 6%2000 562,743.81 5% 6,439,991,447.53 ,4% 949,143.30 1%2001 595,586.44 6% 7,097,874,386.96 10% 1,021,458.90 8%2002 649,037.18 9% 6,827,123,146.14 ,4% 1,058,664.57 4%2003 678,069.10 4% 7,482,782,271.75 10% 1,127,036.03 6%2004 709,182.30 5% 7,490,396,890.76 0% 1,158,606.12 3%2005 762,870.14 8% 8,199,966,242.58 9% 1,254,868.11 8%2006 849,829.92 11% 8,757,210,455.83 7% 1,375,262.54 10%2007 922,343.50 9% 8,293,866,367.50 ,5% 1,419,975.48 3%2008 1,010,659.21 10% 9,038,295,153.31 9% 1,552,956.92 9%2009 1,019,864.25 1% 9,681,735,144.84 7% 1,600,768.36 3%2010 1,066,942.56 5% 9,749,348,772.72 1% 1,651,903.49 3%2011 1,074,987.32 1% 10,662,106,019.84 9% 1,714,713.68 4%2012 1,112,260.39 3% 10,605,722,940.43 ,1% 1,748,603.77 2%

Crecimiento*Anual

Crecimiento*Anual

Producción

Huevo*(Unidades)Año Pollo*(ton) Total*Avicultura*(toneladas)

Crecimiento*Anual

Tabla 2: Producción anual del sector avícola (1980-2012)

Fuente: (Federación Nacional de Avicultores de Colombia, 2013)

Gráfica 2 Producción avícola

0"

5"

10"

15"

20"

25"

30"

1988" 1993" 1998" 2003" 2008" 2013"

Kg/(Ha

bitante)-

Año-

Consumo-Histórico-Anual-de-Pollo-

Gráfica 2 Consumo histórico anual

!10%%

0%%

10%%

20%%

30%%

40%%

0%

200,000%

400,000%

600,000%

800,000%

1,000,000%

1,200,000%

1975% 1980% 1985% 1990% 1995% 2000% 2005% 2010% 2015%

Tone

lada

s)

Año)

Producción)Avícola)Colombia)(1980<2012))

Total%Avicultura%

Crecimiento%Anual%

Fuente: (Federación Nacional de Avicultores de Colombia, 2013)

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El primer problema está relacionado con el catalizador utilizado. Durante la reacción entre el sodio o el potasio con el metanol, se puede producir agua, la cual hace parte de la mezcla sobre la cual se va a realizar el proceso de transesterificación. El agua dentro de dicho proceso, hace reacción con los triglicéridos para formar di-glicéridos y los denominados FFA (Free Fatty Acids) por medio de una reacción de hidrólisis (Ecuación 2). El problema que presentan los FFA radica en la interacción con un reactivo alcalino como catalizador, generando agua y jabones. (Issariyakul et al., 2007) La ecuación 3 presenta la reacción entre los FFA y el hidróxido de sodio como catalizador. Esta reacción disminuye el contenido energético del biodiesel, ya que afecta en la separación de ésteres y del glicerol. Los FFA también pueden ser encontrados como un porcentaje de la muestra de grasa. Leung et al. (2009), proponen un límite máximo de FFA, siendo éste del 2.5% sobre el peso total de la muestra para realizar el proceso de transesterificación. En caso que el contenido de FFA sea mayor, se propone un pre tratamiento de grasas antes del proceso. (ecuación 4).

Los reactivos usados en esta reacción son el metanol como alcohol, y ácido sulfúrico concentrado como catalizador. Dentro de la reacción de pre tratamiento de grasas, es posible observar que teóricamente se genera agua como producto. El agua producida se elimina de las grasas tratadas por medio de calentamiento antes del proceso de transesterificación. Para el presente informe, no se evaluó el contenido de FFA de la grasa, pero se realizó el proceso de pre tratamiento a cada una de las muestras a exponer, con excepción de la primera de ellas y la sexta. Dos pruebas fueron realizadas duplicando y triplicando el contenido de catalizador de la reacción de transesterificación, con el fin de documentar algún cambio en el contenido energético del biodiesel. A pesar de esto no se registraron cambios importantes en el mencionado contenido energético, y sólo se documentó la muestra con doble cantidad de catalizador (prueba 7). Un análisis del contenido energético fue realizado a cada una las muestras obtenidas al final del proceso, con el fin de obtener un análisis técnico de viabilidad como combustible dentro del contexto Colombiano. De la misma manera se realizó un análisis de la relación entre Biodiesel generado en función de la cantidad de grasa como materia prima para el proceso. A grandes rasgos, dentro de la viabilidad ambiental, es posible afirmar que el Biodiesel, generado a partir de aceites vegetales y grasas animales, es un combustible alternativo no tóxico, biodegradable y poco contaminante debido a su contenido bajo en azufre. Dentro del ámbito económico, el uso de biodiesel en motores diesel puede llegar a ser en un futuro la alternativa que reemplace a los combustibles fósiles, generando incluso un nuevo mercado

Ácido&Mirístico&C14:0

Ácido&Palmítico&C&16:0

Ácido&Palmitoléico&

C16:1

Ácido&Esteárico&C18:0

Ácido&Oléico&C18:1

Ácido&Linoléico&C18:2

Ácido&Linoléico&

Alpha&C18:3

Grasa&Pollos ! 19.82 3.06 6.09 37.62 31.59 1.45Grasa&Amarilla 2.43 23.24 3.79 12.96 44.32 6.97 0.67Grasa&Café 1.66 22.83 3.13 12.54 42.36 12.09 0.82

Aceite&de&Soya ! 10.58 ! 4.76 22.52 52.34 8.19

Producto

Distribución&de&Ácidos&Grasos

Tabla 3: Distribución de ácidos grasos en distintos productos

Adaptado de : (Van Gerpen et al., 2004)

Fuente: (Leung et al., 2009)

 

Ecuación 2 Hidrólisis de los triglicéridos

Fuente: (Leung et al., 2009)

 

Ecuación 3 Reacción de saponificación

Ecuación 4 Reacción del pre tratamiento de grasas

Fuente: (Leung et al., 2009)

 

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para las granjas (fuente de grasa) y cultivos (fuente de aceite vegetal) en los distintos países. El biodiesel puede ser utilizado fácilmente en motores diesel sin la necesidad de modificaciones importantes al motor.

Materiales y Métodos

Obtención de la grasa Las grasas fueron obtenidas en lugares de distribución y comercialización de aves. Estos lugares cumplen la labor de la preparación del cuerpo del animal con el fin de vender cada una de las partes comerciales que lo componen. Actualmente, en Colombia rige la Norma Técnica Colombiana NTC- 3644-3, elaborada por el Instituto Colombiano de Normas Técnicas y Certificación [ICONTEC], la cual establece los lineamientos para los cortes básicos del pollo (ICONTEC, Instituto Colombiano de Normas Técnicas y Certificación, 1998). Durante este proceso, las distribuidoras de aves realizan la separación de grasas dentro del pollo, la cual se realiza manualmente. Esta grasa, es posible adquirirla en un estado sólido. Con el fin de obtener la grasa líquida, y poder desechar la parte sólida del material adquirido, éste debe ser sometido a un proceso de separación por calefacción.   Dicho proceso, comienza con el calentamiento de la grasa en el denominado Baño de María, el cual se basa en la calefacción de agua sobre la cual se introduce el recipiente con el tejido graso. Trabajando a una temperatura de agua variable entre los 70 º C y 80º C, es posible obtener una muestra de grasa líquida, la cual no vuelve a estado sólido bajo condiciones ambientales (ilustración 1). Tras el proceso de obtención de grasa líquida, se puede determinar que aproximadamente el 43% del peso de la muestra corresponde a grasa, mientras el 39% corresponde a tejido animal (tabla 4) .

Pre tratamiento grasas El pre tratamiento típico de las grasas se basa en una esterificación de los FFA con metanol en presencia de un catalizador ácido (Leung et al., 2009). Para este caso, el Ácido sulfúrico grado industrial fue utilizado como catalizador y Metanol como el alcohol para la reacción de pre tratamiento, basado en lo documentado por (Alptekin & Canakci, 2010). Utilizando una relación molar entre metanol y grasas de 40:1, con una concentración del 20% de sulfúrico, los niveles de FFA pueden ser reducidos hasta cerca del 1% (Alptekin & Canakci, 2011). El peso molecular de los FFA fue obtenido de Schulte (2007). Las grasas fueron llevadas a una temperatura de 60ºC, por medio de una plancha de calentamiento con perla agitadora, la cual se mantuvo en operación durante todo el proceso. Al momento en que la temperatura de la grasa se mantuvo constante a 60ºC, la mezcla de metanol y ácido sulfúrico fue adicionada. Debido a lo anterior, la temperatura de la mezcla disminuyó, bajando a cerca de los 45ºC. El proceso de pre tratamiento se realizó a una temperatura controlada que variaba entre los 57º-60ºC durante 70 minutos para cada una de las muestras realizadas. Transcurridos los 70 minutos, se procedió a realizar la separación por decantación utilizando un decantador de llave. La duración de dicho proceso de decantación fue realizada al azar para cada una de las pruebas. Al finalizar el proceso de decantación, la mezcla de grasa y ésteres fue calentada a una temperatura de 80ºC durante una hora, con el fin de reducir el contenido metanol restante y agua producida. Problemas pueden presentarse cuando la grasa tiene un valor muy alto de acidez, debido a que durante el proceso de esterificación se produce una gran cantidad de agua. En estos casos, se debe repetir el proceso de esterificación

Ilustración 1 Tejido Animal (Izquierda) y grasa líquida (Derecha) después del proceso de separación

Tabla 4 Distribución grasa líquida, tejido animal y humedad en la muestra obtenida

Gramos % Másico652.65 100%282.11 43%253.73 39%116.81 18%

Distribución Muestra Animal

Muestra SólidaGrasa LíquidaTejido Animal

HumedadProceso de 5 horas a 75 º C

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aproximadamente unas tres veces, retirando el contenido de agua entre cada esterificación. (Leung et al., 2009)

Transesterificación El proceso de Transesterificación tras el pre tratamiento de grasas depende en mayor medida de la relación molar entre metanol y las grasas. Cuando dicha relación molar es muy baja, se presenta una reacción incompleta que conlleva a la formación de mono y di glicéridos. El problema asociado a la formación de los mono y di glicéridos radica en la cristalización de éstos en el producto de la reacción, lo que genera problemas de taponamiento dentro de los motores. La gráfica 3 (Van Gerpen J. , 2005), muestra la relación molar óptima para el proceso de transesterificación. Basado en lo anterior, la relación molar entre alcohol-grasas utilizada fue de 6:1. Por otro lado, la cantidad de catalizador (hidróxido de potasio) utilizada fue el 1% del peso inicial de grasa, más la cantidad necesaria para la neutralización de la misma (Alptekin & Canakci, 2011). El peso molecular de la grasa fue obtenido, al igual que el peso molecular de los FFA, de Schulte (2007). La mezcla entre las grasas tratadas y la mezcla alcohol-catalizador se llevó a cabo al momento en que la grasa se encontraba a una temperatura de 60ºC. A partir del momento en que la mezcla llegó a los 60ºC, ésta fue agitada durante una

hora a la misma temperatura. Se presentaron variaciones de temperatura de +/- 2ºC durante el proceso de transesterificación. De la misma manera que en el proceso de pre tratamiento, la mezcla fue separada por medio de una decantador de llave. La duración de separación del biodiesel-glicerol varió para cada una de las muestras,

Medición contenido energético Las muestras de biodiesel producidas fueron analizadas en el Calorímetro (Parr, 6200 Isoperibol Calorimeter), el cual arroja los resultados de contenido energético en BTU/lb. Tratamiento del biodiesel El biodiesel obtenido en cada prueba se encuentra en estado crudo, debido a las impurezas producto de todo el tratamiento. Usualmente, las impurezas son: (1) residuos de los catalizadores usados en el proceso, (2) agua generada durante las reacciones, (3) metanol residual, (4) glicerol suspendido y (5) jabones generados durante las reacciones. Distintos métodos pueden ser utilizados para tratar el biodiesel con el fin de obtener un producto de mejor calidad y pureza. Estos métodos pueden ser simples o bastante complicados. Uno de los métodos más simples se basa en el lavado con agua del biodiesel. Lo anterior se basa en la alta solubilidad del glicerol y del alcohol en el agua. Además, puede retirar rastros de catalizadores y jabones, pero no es tan eficiente cómo con el alcohol. Leung et al. (2009) mencionan y recomiendan distintos métodos dentro del proceso de purificación del biodiesel, hasta llevarlo a un estado comercial (tabla 5).

Gráfica 3 Efectos en la variación de la relación molar alcohol grasa.

Tabla 5 Alternativas de purificación de biodiesel

Adaptado de: (Leung et al., 2009)

Método Función

Lavado H2OPreviene la precipitación de ésteres acidos grasos saturados. Elimina glicerol y alchol

residualLavado en

secoRemueve jabones y baja los niveles de

glicerolExtracción

con membrana

Remueve todo tipo de contaminantes

  7  

Resultados El alcance del presente documento se basa en el análisis del contenido energético del biodiesel generado a partir de grasa avícolas. Aún así, se evidenciaron distintos factores que se mantuvieron constantes a lo largo del proceso. En primer lugar, se evidenció una disminución en la densidad de las grasa tras el pre tratamiento a una temperatura cercana a los 60ºC . La gráfica 4 muestra la disminución para cada una de las pruebas realizadas, junto con su porcentaje de disminución. Lo anterior puede respaldarse durante el proceso de pre tratamiento, donde la grasa es decantada de la mezcla agua- alcohol. En un principio, antes del proceso de pre tratamiento, la grasa puede contener niveles altos de humedad, la cual está afectando la densidad de dicha grasa. Tras el proceso de decantación de la mezcla, la cantidad de agua dentro de la grasa interactúa con el alcohol y el agua generada en la reacción. Al ser decantada, es separada de la mezcla grasa-ésteres y deja de influenciar sobre la densidad de dicha mezcla. De igual manera, durante el proceso, alguna pequeña cantidad de agua puede evaporarse y salir del proceso. Es importante aclarar que a las pruebas 1 y 6, no se les realizó el proceso de pre tratamiento.

Por otro lado, se realizaron como mínimo dos análisis de contenido energético a cada una de las muestras de biodiesel. La tabla 6 expone los valores encontrados para cada una de las pruebas, y un valor promedio de cada muestra. De la misma manera expone un resultado promedio de todas las muestras y el valor teórico del contenido energético del biodiesel, obtenido de Alptekin & Canakci (2001). La diferencia entre las pruebas 2, 3, 4 y 5 radica en la variación de la cantidad de grasa, y por ende la cantidad de reactivos, pero manteniendo las relaciones molares recomendadas por la literatura. Lo anterior se realizó bajo la hipótesis que el biodiesel generado en cada prueba tendría un contenido energético similar tras realizar

distintos procedimientos bajo condiciones similares. Con el fin de determinar la variación del contenido energético en función de la cantidad de catalizador, se realizó la prueba #7 con un exceso del 100% de KOH en el proceso de transesterificación. Como se puede evidenciar en la tabla 6, el análisis arrojó un resultado similar y sin variaciones importante entre cada una de las muestras, al igual que un valor cercano contenido energético teórico del biodiesel.

Análisis y Discusión

Pre tratamiento El proceso de pre tratamiento no se realizó sobre las muestra 1 y 6 debido a un interés en disminuir la cantidad de energía involucrada durante el proceso. El análisis arrojado por la variación de BTU/lb sin el proceso de pre tratamiento no mostró resultados importantes relacionados al contenido energético. Es importante recalcar que, como se ha mencionado, el proceso de pre tratamiento se fundamenta en la disminución de los FFA que conllevan a una reacción de transesterificación incompleta, afectando el desempeño de los motores Diesel. El alcance del presente documento no relacionaba el costo energético de la producción de biodiesel, y es por eso que dicho costo no está cuantificado y no existen valores para comparar y determinar su influencia en el costo total. Es por lo anterior que a pesar que se disminuye el costo relacionado a la energía durante la producción del biodiesel al eliminar el pre tratamiento, se considera este procedimiento como importante e indispensable para la producción.

Variaciones del poder calorífico Respecto a los resultados obtenidos tras duplicar el contenido del catalizador del proceso de Transesterificación, se evidencia lo documentado por Van Gerpen (2005), quién menciona que el proceso de transesterificación

0%#

1%#

2%#

3%#

4%#

790#

800#

810#

820#

830#

840#

850#

860#

Prueba#2# prueba#3# prueba#4# Prueba#5# Prueba#7#

Densidad

((mg/L)(

Densidad(de(las(Grasas(

Grasas#Sin#Tratar#

Grasas#Tratadas#

Porcentaje#Disminución#

Gráfica 4 Variación de la densidad debido al pre tratamiento

Tabla 6 Resultados de contenido Energético

Análisis 1 Análisis 2 Análisis 3 Promedio

Prueba 1 17,141 17,157 - 17,149

Prueba 2 16,805 16,258 16,367 16,477

Prueba 3 16,437 16,360 16,352 16,383

Prueba 4 16,613 16,591 16,679 16,628

Prueba 5 16,469 16,556 16,595 16,540

Prueba 6 16,191 16,080 - 16,136

Prueba 7 16,309 17,120 - 16,715

Btu/lbPromedio

TotalTeórico

Biediesel

Btu/lb

17,27116,575

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está en función de la relación grasas-alcohol. El KOH sólo cumple la función de catalizador, disminuyendo los tiempos de reacción entre las grasas y alcohol.

Viabilidad en Colombia frente a consumo de biodiesel La cantidad de tejido graso de un pollo corresponde aproximadamente al 2% del peso total del animal abatido (Ming et al., 2002). Según las cifras de FENAVI para el año 2012 la producción avícola estuvo alrededor de 1´100,000 toneladas. Basados en la relación del porcentaje en peso del pollo, lo anterior equivaldría a 22,000 toneladas de grasa avícola generada como residuo anual en todo el país. El aprovechamiento de estas grasas, basada en la metodología anteriormente descrita, necesita de una infraestructura regional que optimice el proceso de generación de biodiesel, y cuyo producto sea un combustible de alta calidad para competir comercialmente con combustibles como el diesel o la gasolina. A grandes rasgos, bajo un aprovechamiento total de la cantidad de grasa expuesta anteriormente, se generarían anualmente cerca de 9,500 toneladas de tejido graso, equivalentes (después del proceso de obtención de grasa líquida) a 11´000,000 litros de grasa disponibles para este proceso. Esto generaría, según las relaciones expuestas anteriormente, cerca de 60,000 barriles de biodiesel crudo anuales, sin procesar y sin purificar. La evaluación de la cantidad de biodiesel comercial obtenido en función del biodiesel crudo después del los distintos procesos de purificación, no está sujeto a análisis dentro del presente documento. Es evidente que el valor proyectado de biodiesel generado en todo el país es considerablemente alto, debido a que se están teniendo en cuenta todos las grasa generadas en cada una de los granjas a lo largo de todo el país. Para una proyección acertada, debe tenerse en cuenta factores como pérdidas, efectos en el costo de la materia prima, análisis económico, entre otros. Paralelamente, el consumo de diesel (ACPM) en Colombia, para el 2011 fue una cifra cercana a los 124,000 barriles día calendario (BDC), análogo a un consumo de 80,000 BDC de gasolina en el mismo año (UPME, Unidad de Planeación Minero Energética , 2012). Esto indicaría que, bajo el análisis a gran escala realizado, el biodiesel generado correspondería a un valor cercano al 0.2% del consumo de Diesel anual en Colombia.

Conclusiones Como conclusión general, el proceso de producción de biodiesel a partir de grasa avícolas es técnicamente viable debido al contenido energético de éste. Según la bibliografía, el contenido energético del Biodiesel es cercano a los 17,000 BTU/lb, y aunque los resultados expuestos en este informe son menores, están muy cerca del valor mencionado. Es importante también tener en cuenta que el producto de los procesos descritos es un producto que debe ser expuesto a distintos métodos de purificación. Éstos, están destinados al aumento de la calidad del producto, lo que puede conllevar a un aumento en el contenido energético, debido a la disminución de agua y demás impurezas. De la misma manera, aumenta el costo de producción. Dentro del contexto colombiano la disminución de residuos contaminantes siempre será un punto a favor dentro del ámbito nacional. Además pasa a ser un factor importante si campesinos pueden llegar a beneficiarse por procesos simples basados en materias primas que ellos mismo desechan. La disposición adecuada de residuos genera un costo al encargado de ésta, lo que a su vez genera un costo a cada uno de los usuarios del servicio. Al aprovechar estos residuos, se evita el gasto de dicho servicio, e incluso se pueden generar productos provechosos para cada usuario. Puede que la proyección de generación de biodiesel anual en Colombia sea un valor muy bajo con respecto al consumo de diesel a lo largo de todo el país. Aún así, al empalmar procesos de generación de biodiesel a partir de grasas (no solamente avícola) junto procesos realizados a partir de aceite de palma, las cifras podrían aumentar en cierta medida, contribuyendo de alguna u otra manera al sector energético del país. Lo anterior conllevaría también a un beneficio ambiental.

Estudios y análisis propuestos Después del primer paso de verificación de la viabilidad técnica del proceso, es importante también realizar un análisis económico detallado de la alternativa presentada en este informe. Es importante determinar detalladamente los gastos a los que incurriría un productor por medio del uso de reactivos industriales, y el beneficio que puede obtener

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por medio del combustible dentro de todo el contexto energético colombiano. Por otro lado, la optimización del proceso puede ser evaluado. Autores como Marulanda et al., (2010) y Schulte (2007) han realizado el proceso de Transesterificación bajo condiciones supercríticas, llevando a una mayor interacción entre las grasas y el alcohol durante el proceso. Evidentemente, debido a la complejidad, los costos de estos procesos aumentan en gran medida, pero pueden llevar a productos de mejor calidad. Por último, un análisis de las características del Biodiesel en función de la materia prima utilizada llevaría a conclusiones sobre la mejor opción de implementación. Dentro de la revisión bibliográfica, el proceso de Transesterificación se fundamente en grasa animal y aceite vegetal. Las características del biodiesel generado pueden variar según el animal del cual es obtenido la grasa o la planta de la cual es obtenida el aceite. Lo anterior en función de las cadenas de ácidos grasos mencionadas en el informe. A partir de lo anterior, un estudio de la contaminación debido a emisiones de los motores que trabajan con biodiesel es fundamental antes de la implementación de alternativas como éstas, al igual que un inventario detallado del tipo de contaminante emitido por dichos motores al momento de usar los combustibles estudiados, y la diferencia de los contaminantes emitidos en función de la materia prima utilizada.

 

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