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diseño del proceso de produccion

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  • Diseo del proceso de produccin del biodiesel a partir de aceites de

    fritura

    Edwin Alberto Bulla Pereira

    Universidad Nacional de Colombia

    Facultad de Ingeniera

    Departamento de Mecnica y Mecatrnica

    Bogot, Colombia

    2014

  • Diseo del proceso de produccin del biodiesel a partir de aceites de

    fritura

    Edwin Alberto Bulla Pereira

    Tesis o trabajo de investigacin presentada(o) como requisito parcial para optar al

    ttulo de:

    Magister en Ingeniera Ingeniera Mecnica

    Director (a):

    Dr. MSc. Ing. Carlos Alberto Guerrero Fajardo

    Lnea de Investigacin:

    Energas Alternativas y control de procesos trmicos

    Grupos de Investigacin:

    Aprovechamiento Energtico de recursos naturales (APRENA)

    Mecanismo de desarrollo limpio y gestin energtica (MDL&GE)

    Universidad Nacional de Colombia

    Facultad de Ingeniera

    Departamento de Mecnica y Mecatrnica

    Bogot, Colombia

    2014

  • IV Diseo del proceso de produccin de biodiesel a partir de aceites de fritura

  • Son muchos los reconocimientos que tendra que brindar, que este espacio en blanco sera muy pequeo para manifestar de forma escrita los agradecimientos a esas palabras de aliente, chistes, murmullos, concejos, regaos que muchos seres queridos (PADRES, FAMILIA, AMIGOS, PROFESORES, COMPAEROS DE ESTUDIO, TRABAJO Y ESTUDIANTES) que me han brindado en el desarrollo de esta importante meta que me puse ya hace algn tiempo cuando tome la decisin que estudiara una maestra en la Universidad Nacional de Colombia.

    Algunos de estos seres perduran en mi vida, como otros ya no estn en mi camino pero aunque no s si podrn leer estas pequeas lneas deseo manifestarle de todo corazn MUCHAS GRACIAS Y DEDICARLES ESTE TRIUNFO a cada uno de ellos que de alguna forma ya sea consciente o inconscientemente me ha aportado para ayudarme a terminar este gran proyecto de Obtener mi ttulo de Mster en Ingeniera mecnica. Doy gracias a Dios por darme la vida y permitirme estar cumpliendo este objetivo. Pero en especial Doy GRACIAS Y DEDICO este proyecto a mis Padres Maria E, Ernesto y Eva y familia porque su fuerza por la vida es la que me permite tener ejemplos de que las cosas se pueden dar cuando uno desea algo y se logran conseguir cuando se es un ser humano en todos los procesos que te brinde la vida.

    Edwin Alberto Bulla Pereira

  • Agradecimientos

    A los Drs. MSc. Ingenieros Carlos Guerrero y Fabio Sierra por su conocimiento,

    paciencia, motivacin colaboracin que tienen frente a este gran camino de la academia

    ya que son un ejemplo a seguir en su condiciones de grandes profesionales que brinda

    su vida entera a ayudarnos a crecer como a sus pupilos en unos excelentes futuros

    profesionales que tengan un alto sentido de pertenencia, responsabilidad e imaginacin a

    los proyectos y metas que se le crucen en el camino profesional. Gracias ingenieros por

    su apoyo a en el transcurso del desarrollo del proyecto.

    A la Universidad Nacional de Colombia sede Bogot, porque me permiti, seguir

    creciendo como profesional y me otorgo un apoyo econmico a tesis de investigacin en

    posgrados por medio de la Direccin de Investigacin de Bogot (DIB).

    Muchas gracias a todos por su colaboracin y apoyo.

  • Resumen y Abstract IX

    Resumen

    Desde aos anteriores el biodiesel se ha convertido en una de las energas alternativas

    potenciales para remplazar el diesel derivado del petrleo. Es un combustible amigable

    con el medio ambiente, sin embargo, el uso de aceites vegetales refinados para la

    produccin de biodiesel es poco prctico y rentable. Aceites de cocina usados de fritura

    (AUF), puede ser una buena opcin, no obstante el contenido de cidos grasos libres

    (AGL), se ha convertido en el principal inconveniente para el empleo como materia prima

    alternativa. Este trabajo pretende establecer el diseo del proceso de produccin de

    biodiesel a partir de los aceites de fritura, bajo el anlisis de algunas variables en la

    etapa de produccin y posteriormente establecer el rendimiento del proceso. Los

    resultados establecen que el proceso de produccin se realiza en dos etapas, debido al

    ndice de acidez (IA) de 7,65 mg KOH/g aceite usado de soja. La primera etapa es una

    esterificacin con catlisis homognea acida y segunda etapa con una transesterificacin

    con catlisis homognea bsica, las variables del estudio son temperatura de reaccin,

    porcentaje en peso del catalizar (%p/p), relacin molar de 1:8 Esterificacin-, y 1:7

    Transesterificacin-, condiciones que se emplearon para una prueba de produccin de

    biodiesel de 105 L/Lote en una planta piloto de proceso discontinuo obteniendo un

    biodiesel con caractersticas fsicas y qumicas segn los parmetros de la norma ASTM

    D 6751 con un rendimiento de 93,52 %p/p de FAEEs, y trazas de 4,60 %p/p de mono,

    diglicridos. Las condiciones ptimas encontradas en el estudio hacen posible el uso del

    biodiesel producido en equipos industriales Calderas-, que emplean diesel para su

    funcionamiento.

    Palabras clave: Biodiesel, Transesterificacin, Esterificacin, Aceite usado de fritura,

    Etanlisis, Metanlisis.

    Abstract

    From previous years biodiesel has become one of the potential alternative energy to

    replace petroleum-derived diesel. Fuel is friendly to the environment, however, the use of

    refined vegetable oils to biodiesel production is impractical and cost. Used cooking oil for

    frying can be a good choice, however the content of free fatty acids (FFA) , has become

    the main drawback for use as an alternative feedstock . This work aims to establish the

    design of the production process of biodiesel from frying oils, under the analysis of some

    variables in the production stage and subsequently establish process performance. The

    results show that the production process is conducted in two stages because of the acid

  • X Diseo del proceso de produccin de biodiesel a partir de aceites de fritura

    value (IA) of 7.65 mg KOH / g soybean oil used . The first stage is an esterification with

    homogeneous acid catalysis and with a second stage transesterification basic

    homogeneous catalysis study variables are reaction temperature, weight percent of

    catalyst (%p/p), 1:8 molar ratio, esterification, 1:7 -and- transesterification, conditions

    used for biodiesel production test of 105 L/Lot in a pilot batch process obtaining a

    biodiesel plant with physical and chemical characteristics as the parameters of the ASTM

    D 6751 standard yield of 93.52 %p/p of FAEEs, and traces 4,60 %p/p of mono

    diglycerides. The optimum conditions found in the study make possible the use of

    biodiesel produced in industrial (boilers), diesel equipment used for operation.

    Keywords: Biodiesel, Transesterification, Esterification, Used frying oil, Ethanolysis,

    Methanolysis.

  • Contenido XI

    Contenido

    Pg.

    Resumen ....................................... IX

    Lista de figuras ..................................... XIII

    Lista de tablas ..................................... XV

    Lista de Smbolos y abreviaturas .................................. XVIII

    Introduccin ........................................ 1

    1.Planteamiento del problema ........................................ 3

    2.Nociones Generales ........................................ 9 2.1 Antecedentes de la energa ............................................................................. 9

    2.1.1 Utilizacin actual de la energa. ........................................................... 12 2.2 Fuentes de energa. ....................................................................................... 14

    2.2.1 La biomasa ......................................................................................... 19 2.3 El biodiesel .................................................................................................... 21 2.4 Demanda del biodiesel en Colombia .............................................................. 23 2.5 Materias primas para el biodiesel .................................................................. 25

    2.5.1 Aceites y grasas .................................................................................. 25 2.5.2 Catalizadores ...................................................................................... 28 2.5.3 Alcoholes ............................................................................................ 29

    2.6 Mtodos de elaboracin del biodiesel ............................................................ 30 2.6.1 Variables que afectan el proceso de la transesterificacin .................. 32

    2.7 Tecnologas para la produccin de biodiesel ................................................. 36 2.7.1 Plantas piloto para la produccin de biodiesel a partir de AUF ............ 39

    2.8 Calidad del biodiesel ...................................................................................... 40

    3.Ingeniera del Proceso ...................................... 43 3.1 Eleccin de variables. .................................................................................... 44 3.2 Diseo del Experimento ................................................................................. 53

    3.2.1 Caracterizacin fsico-qumica del aceite usado de fritura ................... 53 3.3 Desarrollo del diseo de experimentos. ......................................................... 61

    3.3.1 Cantidad de reactivos...........................