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UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO
FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA
ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA QUÍMICA
“OBTENCIÓN DE BIODIESEL POR REACCCIÓN DE TRANS
ESTERIFICACIÓN DEL ACEITE DE PESCADO CON METANOL”
TESIS
PARA OPTAR EL TÍTULO DE:
INGENIERO QUÍMICO
AUTOR: Br. ERICK VITTO QUILCAT RODRÍGUEZ
ASESOR: Dr. VITO E. QUILCAT LEÓN
TRUJILLO – PERÚ
2013
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PRESENTACIÓN
SEÑORES MIEMBROS DEL JURADO DICTAMINADOR:
De conformidad con lo normado en el Reglamento de Grados y Títulos de la Facultad de
Ingeniería Química de la Universidad Nacional de Trujillo, pongo a su consideración el
presente trabajo de tesis titulado: “Obtención de biodiesel por reacción de trans
esterificación del aceite de pescado con metanol”; ejecutado con la finalidad de
obtener el Título de Ingeniero Químico.
Tras el veredicto de ustedes manifiesto mi agradecimiento a todos los ingenieros que se
desempeñan como docentes en la Facultad de Ingeniería Química por haber contribuido
con sus conocimientos en mi formación profesional.
Trujillo, abril de 2013
Br. Erick Vitto Quilcat Rodríguez
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JURADO DICTAMINADOR
---------------------------------------- Dr. José Silva Villanueva
PRESIDENTE
---------------------------------------- MSc. Juan Saldaña Saavedra
SECRETARIO
------------------------------------------- MSc. Henry Esquerre Pereyra
MIEMBRO
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DEDICATORIA
Gracias a Dios; dador de vida y esperanza
A mis padres:
Vito Erasmo Quilcat León Ada Ivonne Rodríguez Nomura
Por todo el apoyo, exigencia y dedicación que me brindan.
A mis hermanos:
Carlos Antonio Quilcat Rodríguez Hubert Alexis Quilcat Rodríguez
Por su apoyo y porque siempre estemos unidos.
Br. Erick V. Quilcat Rodríguez
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AGRADECIMIENTO
Al Dr. Vito E. Quilcat León
Por su valiosa orientación como asesor y apoyo incondicional que conllevaron a la culminación
de esta investigación.
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INDICE
PRESENTACIÓN .............................................................................................................. i
JURADO ........................................................................................................................... ii DEDICATORIA ................................................................................................................. iii
AGRADECIMIENTO.......................................................................................................... iv
ÍNDICE ............................................................................................................................. v ÍNDICE DE TABLAS ......................................................................................................... vi
ÍNDICE DE FIGURAS ....................................................................................................... vii
RESUMEN ........................................................................................................................ viii ABSTRACT ....................................................................................................................... ix
I. INTRODUCCIÓN ....................................................................................................... 1 II. MATERIALES Y MÉTODOS ...................................................................................... 23 III. RESULTADOS Y DISCUSIÓN ................................................................................... 35 IV. CONCLUSIONES ..................................................................................................... 50 V. RECOMENDACIONES .............................................................................................. 52 VI. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ........................................................................... 53
ANEXOS ........................................................................................................ 58
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INDICE DE TABLAS
TABLA 1. Composición del aceite de pescado 19
TABLA 2. Pruebas preliminares 36
TABLA 3. Resultados de las pruebas de repetición
de la muestra 4 37
TABLA 4. Condición de operación para la reacción
de transesterificación 38
TABLA 5. Biodiesel bruto decantado de la glicerina 39
TABLA 6. Biodiesel lavado 40
TABLA 7. Biodiesel seco (sin humedad) 41
TABLA 8. Valores del punto de inflamación del biodiesel 42
TABLA 9. Valores de densidad y gravedad API 43
TABLA 10. Viscosidad del biodiesel A 37,8° C 44
TABLA 11. Resultados de la destilación ASTM Engler 46
TABLA 12. Índice de Cetano 47
TABLA 13. Valores de frecuencia y longitud de onda de
los espectros IR del biodiesel 49
TABLA 14. Especificaciones del Biodiesel (B100) 59
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INDICE DE FIGURAS
FIGURA 1. Diagrama de flujo de la obtención de
biodiesel a partir de aceite de pescado ............................... 25
FIGURA 2. Reacción de trans esterificación ......................................... 50
FIGURA 3. Lavado y reposo del biodiesel ............................................. 61
FIGURA 4-a. Color del biodiesel obtenido: en las pruebas
preliminares (parte superior) y en las
pruebas definitivas (parte inferior) .................................... 62
FIGURA 4-b. Color del biodiesel muestras finales .................................... 63
FIGURA 5. Determinación del punto de inflamación ............................. 64
FIGURA 6. Equipo Hoeppler para determinar la
viscosidad ........................................................................... 65
FIGURA 7. Aparato para destilación ASTM engler ............................... 66
FIGURA 8. Producto de la destilación ASTM engler ............................. 67
FIGURA 9. Nomograma para determinar el índice de
cetano ................................................................................. 68
FIGURA 10. Espectros de infrarrojo del aceite de pescado
............................................................................................ 70
FIGURA 11. Espectros de infrarrojo de la muestra 2 de
Producto .............................................................................. 71
FIGURA 12. Espectros de infrarrojo de la muestra 4 de
producto .............................................................................. 71
FIGURA 13. Espectros de infrarrojo de la muestra 6 de
producto .............................................................................. 72
FIGURA 14. Espectros de infrarrojo de la muestra 8 de
producto .............................................................................. 72
FIGURA 15. Espectros de infrarrojo de la muestra 10 de
producto .............................................................................. 73
FIGURA 16. Producto de la destilación ASTM engler
envasado............................................................................. 74
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RESUMEN
En este trabajo de investigación se ha preparado biodiesel a partir de
aceite de pescado mediante la reacción de trans esterificación con
metanol. Se realizaron pruebas preliminares para establecer condiciones
de reacción adecuadas a fin de obtener buen rendimiento de la reacción.
Así, se logró un rendimiento promedio de 84,37 %, estableciéndose a las
condiciones bajo las cuales se produjo el biodiesel de la muestra 4 de
aceite para ser repetidas. Se hizo diez repeticiones, con una hora como
tiempo de reacción en un rango de temperatura de (50 – 60)º C.
alcanzando un rendimiento en biodiesel seco (anhidro) de 83,45 %. El
producto, presenta propiedades como el punto de inflamación, color,
viscosidad, índice de cetano similares y/o muy cercanas a las
establecidas para biodiesel B100.
Palabra clave: biodiesel; aceite de pescado
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ABSTRACT
In this research work it has prepared biodiesel from fish oil by the reaction
of trans esterification with methanol. It has achieved preliminary test to
establish overall condition to obtain a good efficiency in the reaction. So,
de efficiency was 83,37 %, for the preliminary test, the condition under la
four oil sample was achieved was establishied to do ten repetitions.
Then time of reaction was one hour and the temperature range, (50 – 60)º
C, under this conditions the efficiency was 83,45 % in dry biodiesel. The
product have properties, us the inflammation point, colour, viscosity,
cetane index, same or very near to the properties establishied for the
biodiesel B100.
Key Word: biodiesel; fish oil
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I. INTRODUCCIÓN
El deterioro de la capa de ozono, la contaminación ambiental del aire de
las grandes ciudades son algunos efectos negativos que tienen los
combustibles fósiles sobre el medio ambiente. Sin embargo, además de
este problema ambiental, la disminución de las reservas mundiales de
petróleo y de gas natural, está llevando a buscar nuevas alternativas de
abastecimiento energético.1
Una valiosa opción son los combustibles no fósiles y entre estos los
renovables, como el etanol y biodiesel, obtenido de materias orgánicas
residuales y que por lo tanto no contribuyen al calentamiento global
debido a que no se estaría afectando al ciclo del carbono.1
A diferencia de los combustibles tradicionales (petróleo, carbón, gas
natural), el biodiesel tiene impacto notorio en la reducción de las
emisiones gaseosas nocivas como: el dióxido de azufre (SO2) y sulfatos;
principales componentes de la lluvia acida, polihidrocarburos aromáticos
(PHA) identificados como potencialmente cancerígenos, el monóxido de
carbono (CO), hidrocarburos no quemados, emisiones particuladas, etc.1.
Una alternativa que ha generado impactos positivos en los países
europeos y en Estados Unidos, en cuanto a los motores de encendido por
compresión (motores diesel), es el llamado biodiesel, combustible que
proviene de cultivos energéticos (plantas oleaginosas) o de grasas
animales, lo cual ofrece la característica de energía renovable,
biodegradable y no tóxica, es decir que es un recurso que puede
generarse naturalmente al derivarse de cultivos energéticos que están
sometidos a ciclos, por esto se puede afirmar que este tipo de energía se
mantiene regularmente constante en la naturaleza.2
A escala mundial se han desarrollado diversas investigaciones con el
propósito de establecer las diferencias entre las emisiones generadas por
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la combustión del biodiesel y del diesel convencional. En términos
generales se ha encontrado que los óxidos de nitrógeno (NOx)
incrementan proporcionalmente con el aumento de la concentración de
biodiesel en las mezclas biodiesel-diesel, no obstante han sido reportados
exitosos esfuerzos para reducir las emisiones de éstos. Por el contrario, la
opacidad de humos, los hidrocarburos parcialmente quemados (HC) y el
CO decrecen a medida que se incrementa la concentración del biodiesel
en las mezclas.
En los resultados reportados por Tickell3 se aprecian reducciones
«netas» de CO2 del 100%, debido a que este gas es transformado por las
plantas en oxígeno por medio del proceso de fotosíntesis; además
reducciones de SO2 cercanas al 10% debido a la ausencia de azufre en el
biodiesel, de hollín entre 40-60%; de CO entre 10- 50%; de HC entre 10-
50%; y de aldehídos y compuestos poliaromáticos en torno a 13%.
Igualmente afirma que puede haber reducción o incremento de las
emisiones de NOX entre 5-10%, dependiendo del modelo del automóvil y
de la afinación del motor. El olor de los gases de emisión del biodiesel
reemplaza el olor típico de los gases del diesel por un olor a papas fritas.
Shumacher et al.4 y Lapuerta et al.5 afirman que la ventaja
medioambiental de tipo global, derivada del uso de los ésteres como
combustibles para motores diesel, es el cierre del ciclo de vida del CO2
(emisión nula de CO2), debido a que este gas es absorbido por
fotosíntesis desde las plantaciones donde se extrae el aceite; y en cuanto
a las ventajas de tipo local, pero no menos importantes, se resaltan la
reducción de emisiones de óxidos de azufre y de sulfatos, debido al
escaso contenido de azufre de los ésteres; reducciones de las emisiones
de CO, C y hollín, lo cual genera menor opacidad de humos y menores
emisiones de partículas. Las emisiones de NOx no se pueden precisar, ya
que se encuentran experiencias donde éstas se incrementan y otras
donde disminuyen. Conclusiones similares exponen Choo et al.6
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La contribución de CO2 generada por las emisiones de los aceites
vegetales y sus ésteres es reducida y no necesariamente nula, pues
dichas emisiones globales dependen del tipo de energía utilizada en la
elaboración del biodiesel, al igual que el origen del alcohol usado en el
proceso.7
Mittelbach et al.8 reportan los resultados logrados con metil éster de aceite
de fritura obtenido de casas y restaurantes, recolectado durante un año.
Obtuvieron resultados similares al metil éster de aceites vegetales: bajas
emisiones de HC, CO y aumento de NOx con una buena reducción de
material particulado en comparación con el diesel Nº 2.
Choo et al.9 evalúan el biodiesel como combustible en motores
estacionarios y ensayos de campo (taxis, buses y camiones), donde se
observa reducción de HC, NOx, CO, CO2 y SO2. En una investigación
similar con aceite de colza, llevada a cabo durante tres años, Staat et al.4
estudiaron el desempeño de buses de servicio público, flotas de camiones
y vehículos ligeros con B30, B50, B100 y diesel; en cuanto a los gases de
emisión arrojados, se detectó un ligero incremento de los NOx, reducción
en los niveles de opacidad del humo y emisiones neutras de CO2. El uso
de la mezcla B30 generaba una notable reducción de HC y material
particulado, mientras que las emisiones de aldehídos, cetonas y NO2
permanecen invariables; mientras que la mezcla B50 produce un ligero
aumento en las emisiones de aldehídos y cetonas.
Resultados similares en cuanto al aumento de las emisiones de aldehídos
(25 – 35%) con biodiesel puro de aceite de colza obtuvo Hansen et al.10
lo cual contradice los resultados obtenidos por Tickell3 Clark et al.11
comparan las emisiones del metil y etiléster de aceite de soya con el
diesel convencional. Las emisiones de HC y NOx generadas por los
ésteres son más bajas que las del diesel, mientras las emisiones de CO
arrojan pocas diferencias entre los combustibles evaluados.
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Masjuki et al.12 presentan los resultados de emisiones al utilizar como
combustible metil éster de aceite de palma precalentado a diferentes
temperaturas, tomando como base de comparación el diesel ordinario. El
estudio se llevó a cabo en un motor diesel de inyección indirecta,
variando la temperatura del biodiesel y del aire de admisión. Las
emisiones de CO2 y HC son mayores al utilizar el diesel ordinario, excepto
las de CO, que aumentan a medida que se incrementa la temperatura del
metil éster.
Gafar et al.13, evaluaron el biodiesel de aceite de palma, B30 y diesel en
un motor estacionario. Sus resultados muestran que a medida que se
aumenta la cantidad de biodiesel disminuye el grado de opacidad y
también disminuyen los niveles de gases de emisión. Resultados similares
en cuanto a emisiones de motores en ruta obtuvieron 14,15, 16 y 7.
Shäfer17 observó en la evaluación de un motor de un cilindro que las
emisiones de NOx del biodiesel de aceite de palma son similares o poco
mayores que las del diesel, mientras que las del aceite de colza son
considerablemente mayores; esto puede deberse a que el primero
contiene más masa de oxígeno molecular y menos enlaces dobles. Las
emisiones de HC del biodiesel de aceite de palma son más bajas que las
del diesel. La evaluación en ruta se realizó con biodiesel de aceite de
colza, y se resalta el olor de los gases de emisión similar al de «aceite de
fritura». Resultados similares en cuanto a las emisiones sin modificar el
motor obtuvo Romig18 en evaluaciones en ruta.
Wang et al.19 presentaron el análisis de emisiones basado en
mediciones instantáneas realizadas a nueve camiones, mientras seguían
un ciclo de conducción. El estudio de las emisiones en estado transitorio
de la mezcla B35 comparadas con las del diesel, arrojó reducciones de
las emisiones de CO y HC en torno a un 12 %, las emisiones de NOx
fueron ligeramente mayores y se obtuvo una reducción del material
particulado del 25 %.
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Hansen et al.10 compararon las emisiones de un diesel bajo en azufre
(500 ppm) con las del biodiesel de aceite de colza y obtuvieron con el
último una reducción en un 42 % de HC, la disminución en un 13 % de
CO, las emisiones de NOx se incrementaron en un 23 %, así como el
material particulado.
Kumar et al.20 evaluaron el desempeño mecánico, termodinámico y
ambiental de un motor diesel de un cilindro utilizando como combustibles
aceite de Jatropha, metil éster de aceite de Jatropha y diesel. Los
ensayos dinamométricos se hicieron a velocidad constante (1 500 rpm)
utilizando los 3 combustibles de forma separada. Las emisiones de HC
fueron mayores para el aceite crudo, con un incremento del 25 %,
mientras que las del éster aumentaron 15 % comparadas con las del
diesel, una tendencia similar exhiben las emisiones de CO, los niveles de
humo fueron igualmente mayores para el aceite crudo, con un incremento
del 22 %, no obstante los niveles de humo del éster aumentaron un 5,5 %
al compararlos con los niveles del diesel, una tendencia similar se observa
en las emisiones de material particulado; también hay disminución en las
emisiones de NOx del aceite de Jatropha y del éster comparadas con las
emisiones del diesel.
Dobiasch et al.21 evaluaron una pequeña planta de cogeneración
utilizando diferentes clases de aceites vegetales (colza, girasol, cardo,
soya y euforbia), metil ésteres (euforbia y residuos de grasa) y el diesel
como base de comparación. Las mediciones se realizaron a un 85 % de la
potencia máxima desarrollada por el generador. Los resultados de la
investigación mostraron mayores emisiones de NOx comparadas con las
del diesel, se observaron reducciones de CO, HC, material particulado y
SO2 al utilizar los combustibles alternativos; adicionalmente se evaluaron
las emisiones de hidrocarburos poliaromáticos, y se obtuvo una reducción
comparada con las emisiones del diesel. Los autores resaltan como una
de las principales ventajas de los combustibles alternativos el cierre del
ciclo del dióxido de carbono (CO2).
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En cuanto a emisiones de CO2, el Departamento de Energía (DOE) de los
Estados Unidos19 afirma que el uso de B100 en buses urbanos reduce las
emisiones de CO2 en un 78,45 %, y en mezcla B20 las reduce un 15,66%;
por tanto, concluye el estudio que cambiar el diesel por biodiesel en los
buses urbanos es una estrategia efectiva para reducir las emisiones de
CO2 y así mejorar la calidad del aire de las áreas urbanas.
Entre otros aspectos ambientales, cabe resaltar que el biodiesel es 100%
biodegradable y no es tóxico, y su biodegradación alcanza a ser cuatro
veces más rápida al compararla con la del diesel 17, 2 y 3 además es fácil y
seguro de transportar, debido a su alto punto de ignición comparado con
el del diesel. 9, 3
En cuanto al impacto que generan las emisiones del biodiesel en la salud,
Hansen et al.10 concluyen que la distribución del diámetro medio de las
partículas del biodiesel es 10 veces mayor que las del diesel, lo cual las
hace más difícil de ser inhaladas por el ser humano y que se depositen
en los pulmones; además el análisis biológico del biodiesel presenta un
impacto favorable para el aspecto de salubridad al compararlo con el
análisis del diesel.
Sin embargo, Lapuerta et al.13 exponen en su investigación que la
presencia de ésteres de aceites vegetales en el diesel convencional
produce una drástica disminución del número de partículas, con un leve
incremento en el tamaño medio de las mismas.
En un estudio realizado sobre un grupo de ratas sometidas durante 90
días a los gases de emisión, tales como NOx, CO, CO2, HC, O2 y material
particulado, generados por la combustión del biodiesel, no se observaron
resultados nocivos en su salud. Bajo ninguna concentración de los gases
de emisión se determinó toxicidad en las ratas; no se observaron muertes
anormales que se atribuyan a la exposición de las emisiones; tampoco
hubo respuestas oculares adversas, no se afectó su consumo de
alimento. Sólo cuando fueron sometidas a un alto nivel de emisiones, las
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ratas fueron negativamente afectadas, ya que se presentaron dos tipos de
lesiones pulmonares, mientras que a concentraciones intermedias no se
presentó ningún tipo de efectos adversos.22
El uso global de la energía ha ido aumentando desde la revolución
Industrial en forma creciente. Las fuentes principales de energía son los
combustibles fósiles: carbón, gas natural y petróleo que aportan entre el
75 % y el 85 % del total de la energía utilizada. Las reservas de
combustibles fósiles son limitadas y, a corto o mediano plazo, se
necesitarán fuentes alternativas de combustible. Entre ellos los
combustibles producidos biológicamente como biogás, biomasa, etanol y
biodiesel.23
La energía para la generación de electricidad puede ser provista por
biomasa y etanol; el hidrógeno y el biodiesel pueden proveer
combustibles líquidos más adecuados para alimentar los vehículos de
transporte.
Tanto en el transporte como en la industria está muy difundido el uso de
motores Diesel. Se trata de un motor térmico de combustión interna en el
cual el encendido se logra por la temperatura elevada, producto de la
compresión del aire en el interior del cilindro. El combustible más utilizado
por estos motores es una fracción de destilación del petróleo crudo que se
recoge en el rango de 175 – 370° C denominado gasóleo. Esta fracción
contiene hidrocarburos como parafina, naftalenos, olefinas y compuestos
aromáticos conteniendo moléculas de 20 carbonos.
Sin embargo el motor inventado y patentado por Rudolf Diesel en 1892,
utilizaba originalmente un biocombustible de aceite de palma o de coco.
El biodiesel es el monoalquil éster de un ácido graso de cadena larga
derivado de aceites vegetales o de grasas animales que se utiliza en
motores de ignición por compresión (llamados Diesel). Se obtiene por
transesterificación de aceites vegetales.23
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El biodiesel produce una cantidad de energía similar al diesel de petróleo
pero es un combustible más limpio que el diesel regular y puede ser
utilizado por cualquier tipo de vehículo diesel (vehículos de transporte,
embarcaciones, naves turísticas y lanchas), solo o en solución con
aditivos para mejorar la lubricidad del motor.
Actualmente en varios países el biodiesel es utilizado en mezclas con
porcentajes diversos.
El biodiesel se produce gracias a la reacción química denominada trans
esterificación, lo que significa que el glicerol contenido en los aceites es
sustituido por un alcohol ante la presencia de un catalizador. En nuestro
caso utilizaremos Metanol y NaOH (Hidróxido de sodio o soda cáustica).
Este es sólo un método posible para la elaboración de biodiesel, pero
existen otras formas para preparar biodiesel de buena calidad. 24
Para la preparación de biodiesel a gran escala se puede utilizar aceite de
pescado, grasas animales u otras clases de aceites. Una ventaja acerca
de la elaboración de biodiesel es que se puede hacer de muchas
sustancias diferentes.
El metanol se usa generalmente para la elaboración con aceites vegetales
reciclados. Cuando se utilizan aceites nuevos, es posible la mezcla con
etanol.
Como catalizador se pueden utilizar tanto el KOH (hidróxido de potasio)
como el NaOH (hidróxido de Sodio). La ventaja del KOH es que la
glicerina que queda del proceso es mucho menos tóxica que cuando se
utiliza NaOH. En este caso, es posible procesar la glicerina para producir
fertilizante artificial. El KOH tiene también la ventaja que se disuelve
mucho mejor con metanol. Sin embargo, la ventaja del NaOH es que es
simple y barato de conseguir. La pureza del NaOH debe de ser al menos
de entre 85 % y 92 %.24
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El rendimiento de la reacción está definido por la calidad del aceite, la
concentración del metanol, el tipo y la concentración de catalizador y las
condiciones de reacción (temperatura, presión y agitación).
Lo más convencional es operar a presión atmosférica, a 60º C, con una
agitación tal que permita asemejar el reactor a un sistema de mezcla
completa. La catálisis alcalina permite que, en tales condiciones con
exceso de metanol del 100 %, la reacción se complete en un periodo de
una hora.
Como catalizador alcalino suele emplearse hidróxido sódico, que se
disuelven el metanol, y como su peso molecular es inferior al del hidróxido
potásico, es necesario añadir menos cantidad para conseguir la misma
concentración molar del ion hidróxido. Este ion reacción con el metanol
para formar el metóxido que es el compuesto que indica el ataque
nucleofílico al triglicérido.25
No obstante, el empleo de estos compuestos plantea algunas
desventajas. Por una parte, en la reacción de formación del metóxido se
genera agua, que es perjudicial para la reacción de trans esterificación, ya
que en presencia de iones hidroxilo favorece a las reacciones de
saponificación de los triglicéridos, reduciéndose la concentración de
catalizador y formándose jabones. Los jabones aumentan la viscosidad
del medio, formando geles que interfieren en la reacción y dificultan la
separación del glicerol, provocan la formación de emulsiones en los
procesos de lavado posteriores y facilitan la presencia de los esteres
metílicos de ácidos grasos (FAME) en la fase de decantación. Todos
estos procesos redundan en una perdida acusada de rendimiento.
El empleo de metóxido sódico o potásico (preferiblemente el primero por
las misma razones que las comentadas para los hidróxidos) permitiría
mejores rendimientos, ya que, al no presentar humedad ni iones hidroxilo,
se evitaría la formación de jabones. Así, se comprobó que el empleo de
catalizadores permite alcanzar rendimientos del 99 % y 98 %
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respectivamente, frente al 85 % y 92 % alcanzado empleando hidróxido
sódico o potásico.
La calidad del aceite empleado también tiene influencia en la reacción;
Asi, la presencia de ácidos grasos libres (AGL). En el aceite hace que
tenga lugar la reacción de neutralización, que produce formación de
jabones. Valores de acidez superiores a 1 mg KOH 7 g se consideran
inadecuados para conseguir un buen rendimiento. Asimismo, en la
reacción de neutralización se consume parte del catalizador, por lo que
habría que añadir mayor cantidad, aumentando el coste de operación. 25
D. Méndez Paz et al.25 trabajaron con aceite procedente del efluente
residual de una empresa de fabricación de conservas de pescado pero
este aceite era mayormente de origen vegetal
La estabilidad del biodiesel
El biodiesel presenta una serie de ventajas sobre el gasóleo, entre las que
se encuentran su biodegradabilidad, que lo hace más inocuo ante
posibles vertidos, si bien es más inestable ante procesos oxidativos, lo
que exige un control de su estabilidad y aditivación con antioxidantes.
La estabilidad de los FAME frente a los procesos oxidativos, está
relacionada con el número de insaturaciones que presentan los ácidos
grasos que los conforman, que se estiman mediante la determinación del
índice de yodo. Así, el ataque de los radicales libres se produce en un
carbono adyacente a un doble enlace, generándose un hidroperóxido.
Este proceso culmina con la formación de polímeros insolubles que
pueden provocar obstrucciones en los filtros de combustibles y depósitos
en los sistemas de inyección y cámara de combustión.26
No obstante, la tendencia a la oxidación no se relaciona directamente con
el número de insaturaciones en la estructura de los ácidos grasos
constituyentes del aceite, sino más bien con el número de carbonos
reactivos. Ello se debe a que los carbono adyacentes a dobles enlaces
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tienen distinta reactividad oxidativa; así, los carbonos adyacentes a
dobles enlaces consecutivos (bis-allylic position) son muy reactivos,
mientras que los carbonos adyacentes a dobles enlaces simples son
mucho menos reactivos (allylic position).26
La producción de biodiesel se ha enfocado en la alcohólisis de aceites
vegetales, debido a su gran disponibilidad. Sin embargo, el costo de
estas materias primas limita la producción de un biocarburante
comercialmente viable. Una alternativa es obtener biodiesel de grasas
animales y grasas usadas, ya que su costo es significativamente menos,
debido a que son coproductos poco aprovechables de sus respectivas
industrias. El biodiesel de estas fuentes tiene un alto poder calorífico y
numero de cetano. No obstante, su alto punto de nube y punto de
obturación del filtro en frio hacen que su uso en climas fríos sea limitado,
En Estados Unidos se producen cerca de 5,29 mil millones de toneladas
de grasas animales principalmente: sebo no comestible (33,2 %), grasas
amarillas (22,6 %), grasa de pollo (19 %), sebo comestible (14 %) y grasa
y manteca de cerdo (11,2 %).27
El rendimiento, conversión y cinética de la producción de biodiesel de
aceites y grasas animales depende del tipo de catalizador, tiempo y
temperatura de reacción e intensidad de mezclado así como por el
contenido de ácidos grasos libres y de agua.27
1.1. Relación molar alcohol/ grasa
Estequiometricamente la reacción requiere de una relación molar
3:1 para convertir los triglicéridos en alquil esteres. Sin embargo,
como la reacción es reversible, se agrega un exceso de alcohol
para favorecer la formación de ésteres .En la alcohólisis
homogénea del aceite de pescado y cebo de res, los rendimientos
son mayores al 90 % a una relación de 6:1, una gran cantidad de
alcohol disminuye al rendimiento, debido a que actúa como
emulsificador del catalizador haciendo lenta la reacción.27
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Se ha encontrado que. Al trabajar con grasa animal a relaciones
6:1; 7,5:1, se obtuvo rendimientos de 80 y 73 % respectivamente
1.2. Tipos de alcohol
Los alcoholes frecuentemente usados en estos procesos, son el
metanol y el etanol. De ellos el metanol forma metóxidos más
reactivos. Sin embargo, la solubilidad del metanol en grasas es
baja, por lo que la reacción está limitada por la transferencia de
masa entre los reactantes. El etanol es más soluble pero forma una
emulsión después de la reacción, que hace difícil la separación de
los productos
1.3. Tiempo de reacción
Este parámetro se relaciona principalmente con dos variables de
proceso de trans esterificación: el tipo de catálisis y el tipo de
catalizador utilizado conociéndose que en catálisis básica, el
rendimiento es mayor cuando el tiempo de reacción es una de hora
o más.
1.4. Tipos de catalizador
En el proceso de transesterificación puede usarse catalizadores
alcalinos como NaOH, KOH, KOCH3, NaOCH3, NaOC2H5;
catalizadores ácidos como H2SO4 y HCl, los cuales deben estar
exentos de agua (humedad menor al 0,06 % para evitar la
formación de jabón). La catálisis alcalina es aproximadamente
4 000 veces más rápida que la catálisis acida, Sin embargo, la
catálisis básica es sensible al contenido de agua y ácidos grasos
libres. Cuando la acides de la materia prima es alta (>3 % p/p) la
catálisis básica es ineficiente debido a que el catalizador reacciona
con los ácidos grasos libres para formar jabón.27
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1.5. Cantidad de catalizador
Con una baja cantidad de catalizador (<0,1% p/p) o con una
cantidad excesiva de este (>50 % p/p), es imposible alcanzar
rendimientos altos. Deduciéndose que el rendimiento es
proporcional al incremento en la cantidad del catalizador. Trabajos
realizados utilizando 0,4 % de NaOH ofrecieron rendimiento del
99,4 % y 98,8 % en grasa de pollo y de cerdo. 27
1.6. Temperatura de reacción
El aumento de la temperatura incrementa el rendimiento y la
miscibilidad entre los reactantes. Sin embargo, la temperatura del
proceso no debe ser superior a la temperatura de ebullición del
alcohol (que depende de la presión del sistema) para evitar su
perdida y la consecuente disminución del rendimiento27. Es
recomendable trabajar entre 50° C y 65° C.
1.7. Intensidad de mezclado
Debido a que la grasa es inmiscible con la solución
alcohol/catalizador, es necesario agitar la mezcla durante la
reacción. Trabajos realizados con cebos de res sin agitación no se
observa formación de biodiesel, en cambio se logró rendimientos
mayores al 92 % utilizando una velocidad de 330 rpm. Lo cual
indica que la velocidad de agitación también influye en el tiempo
de reacción.
1.8. Contenido de ácidos grasos libres (AGL) y agua
Conociendo estos parámetros se puede determinar el tratamiento
requerido por los reactivos para hacer viable la reacción de trans
esterificación.
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Un aceite con alto contenido de AGL y agua forma jabón, reduce la
efectividad de catalizador y dificulta la separación y purificación de
los productos. Los AGL se reducen tratando la grasa animal con
ácidos para esterificarlos, mientras que el contenido de agua se
reduce calentando el aceite para evaporar el agua.27
1.9. Calidad del biodiesel
La calidad del biodiesel se determina según las siguientes
propiedades:
El poder calorífico: Es una medida de la energía disponible en
el combustible.
La viscosidad: es importante ya que el flujo del combustible en
sus aplicaciones.
La densidad.
Punto nube: es la temperatura a la cual el biodiesel forma una
nube cuando es enfriado, es una medida del punto de
congelación.
El Flash point: es una medida de la volatilidad del combustible.
El número de cetano: es una medida de la calidad de ignición
del combustible.
El uso de biodiesel presenta ciertas ventajas23:
No contiene azufre y, por ende, no genera emisiones de este
elemento.
Mejor combustión, ya que reduce el humo visible en el
arranque en un 30 %.
Reduce las emisiones de CO2, CO, partículas e hidrocarburos
aromáticos.
Los derrames de este combustible en las aguas de ríos y
mares resultan menos contaminantes y letales para la flora y
fauna marina que los combustibles fósiles.
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Volcados al medio ambiente se degradan más rápidamente
que los petrocombustibles.
Su combustión genera menos elementos nocivos que los
combustibles tradicionales.
Es menos irritante para la piel humana.
Actúa como lubricante de los motores prologando su vida útil.
Su transporte y almacenamiento resulta más seguro que el de
los derivados del petróleo ya que posee un punto de ignición
cercano a los 148° C contra los escasos 51° C del gasoil.
1.10. Aceite de pescado
El aceite de pescado es un producto que proviene de pescados
enteros en un porcentaje relativamente pequeño con relación a la
producción de harina; por ejemplo, en l Perú, durante la época
1 991 - 2 000, el promedio fue de 4,35 % es decir, por cada 1 000
kilos de pescado entero 43,5 kg fueron de aceite pero de harina, el
rendimiento fue mayor: 21,58 %, o sea que se obtuvieron 215,8 kg
de harina de una tonelada de pescado.
El aceite tiene múltiples e importantes usos, tanto para el consumo
humano como para el de animales y en diferentes industrias
derivadas. En el año 2000, el Perú produjo 587 312 toneladas de
aceite seguido por chile con 180 199 y Dinamarca con 139 968
toneladas.28
El aceite de pescado es un compuesto conformado básicamente
por ácidos grasos más o menos saturados de hidrogeno o
caracterizados por la presencia de ácidos grasos no saturados o
poliinsaturados relacionados con la capacidad de captar oxígeno a
temperatura ordinaria sobre esas moléculas insaturadas propias de
este tipo de aceite, a medida que se satura, parece incrementarse
el olor típico a pescado dada a esa alta inestabilidad para oxidarse.
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En la naturaleza no existen otros aceites de animales o vegetales
con estas características, por ejemplo, el aceite de lino tiene un
índices de yodo de 180, cuando el aceite de pescado alcanza a
veces más de 200, en un aceite comestible, el índice varía entre
100 a 120; el índice de yodo mide el grado de instauración de los
aceites.
Por ello, el aceite de pescado no puede ser transformado tan
fácilmente en un producto comestible desodorizado estable como
se hace con los aceites vegetales. El aceite de pescado requiere
de un proceso más complicado para lograr sus desodorización,
debido a la constitución de los ácidos grasos poliinsaturados.28
El aceite de pescado recién centrifugado se llama aceite crudo, la
primera etapa para mejorar su valor es la refinación. Pasa luego
por etapas sucesivas que tienen por finalidad eliminar principales
impurezas, ácidos grasos libres, ciertos colorantes y olores.
1.10.1. INDUSTRIAS CONSUMIDORAS DE ACEITES DE
PESCADO28
El aceite de pescado es requerido en las siguientes
industrias:
Industrias alimentarias, para producir margarinas,
grasas alimenticias y aceite hidrogenado para
pastelerías, además de aceites compuestos.
Industrias de concentrados alimenticios para
mamíferos y peces
Industria farmacéutica, para aceites de pescado
vitamínicos para alimento animal, especialidades
farmacéuticas, supositorios.
Industria cosmética, para productos de belleza.
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Industrial auxiliar de curtido, textil y metalúrgica,
aceites de pescado refinado, sulfatados para industrias
de preparación de engrase, de piel textil, fábrica de
gamuzas, metalurgia y fundición, etc.
Industria química, de pintura y derivados. Aceites
de pescado, refinados polimerizados: standoils. para
fábricas de pinturas, barnices, ácidos grasos.
Industria de Ceras, Aceites de pescado con alto punto
de fusión.
Para fábricas de ceras, velas, etc.
Industrial de la Construcción, Aceites de pescado
desmusilaginados. Para elaborar masillas,
impermeabilizantes, desmoldantes.
Industria de jabón y detergentes, Aceites de pescado
refinados, endurecidos. Para fábricas de detergentes,
jabones, ácidos grasos.
FUENTE: Agrupación de fabricantes de aceites
marinos- AFAMSA S.A. VIGO- ESPAÑA.
1.10.2. LA OMEGA – 3 EN LA SALUD HUMANA 28
Los ácidos grasos poliinsaturados del grupo omega -3
provienen de peces como la anchoveta, sardina, caballa,
jurel, machete, salmón, capelán, y otros peces grasos. En
el hemisferio norte durante el invierno los peces como la
caballa pueden en su composición tener más de 25% de
grasa cuando en el hemisferio sur en la misma estación
raramente pasa del 12 %.
El Perú normalmente es el primer país del mundo en
producción de aceite de pescado a partir de anchoveta
entre otros, La composición de ácidos grasos en el aceite
de anchoveta, está conformada por 18 ácidos grasos que
constituyen el 8,2 % en peso del pescado.
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Eicosapentaenoico –EPA-C20:5, 18,7 % del total de ácidos
grasos
Docosahexaenoico –DHA – C22:6 el 9,2 % del total
Otros ácidos grasos fueron el 72,1 % del total.
En total conforman los omega 3 el 27,9 % de los ácidos
grasos del aceite de anchoveta, un porcentaje alto, lo cual
es de gran importancia para la salud humana
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TABLA 1. Composición del aceite de pescado
Ácidos grasos (%)
C14:0 Mirístico 6,24
C16:0 Palmítico 16,69
C16:1 Palmitoleico 7,26
C17:1 Heptadecanoico 1,17
C18:0 Esteárico 3,21
C18:1 (n-9) Oleico 10,98
C:18:1 Trans Oleico Trans 1,00
C18:1 (n-7) Vacocenico 2,89
C18:2 (n-6) Linolénico 1,26
C18:1 Trans Linolénico Trans 3,03
C18:3 (n-3) Linolénico 0,84
C18:4 (n-2) Estearidoico 2,62
C20:0 Eiscosanoico 0,21
C20:1 (n-11) Gadoleico 3,67
C20:5 (n-3) Eicosapentanoico(EPA) 14,31
C22:0 Docosanoico 0,24
C22:1 Behenico 4,38
C22:4 (n-6) Adrénico 0,64
C22:5 (n-3) Docosapentanoico(DPA) 1,78
C22:6 (n-3) Docosahexanoico(DHA) 9,47
C23:0 Tricosanoico 1,04
C24:1 Nerviónico 0,64
∑ Poliinsaturados (≥ 4 dobles enlaces) 29,12
Fuente: 25
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1.10.3. Reacción de transesterificación de un triglicérido
H2C
CH
H2C
O
O C R1
O
O
C R2
O C
O
R3
+ 3R OH
R1 C O
O
R
R2 C O
O
R
R3 C O
O
R
H2C
CH
H2C
OH
OH
OH
CATALIZADOR
Triglicérido AlcoholSencillo
Ésteres Glicerol
+
Reacción de preparación del metóxido alcalino
CH3 OH + OH- CH3 O- + H2O
Metanol Hidroxilo Metóxido Agua
1.10.4. Aceite de pescado en el Perú
El Perú, es el primer productor mundial de aceite de
pescado en el año 2000 produjo el 44,13 % de la
producción mundial. En el año 2001 la producción de aceite
bajó a 302 875 toneladas y en el año 2 002 193 700
toneladas. En el año 2 000 el Perú exporto 456 448
toneladas de aceite lo que equivale al 52,44 % de las
exportaciones mundiales.29
La distribución del uso del aceite de pescado en el
mercado mundial en el año 2000 se concentra básicamente
en la acuicultura (57 %), en la industria oleaginosa (31%) y
uso industrial (10 %). Para el 2 010, se esperaba que la
producción de aceite de pescado se utilice casi en su
totalidad en la acuicultura (97 %), todavía incipiente en el
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Perú y muy desarrollada en otros países como China,
Japón, Canadá, etc.
Durante el año 2012 la producción de aceite de pescado en
el Perú fue de 201 605 TM siendo mayormente exportado a
pises como Dinamarca, Belgica. Noruega, Chile, canadá,
entre otros.30
El Diesel que se comercializa en Perú tiene un
contenido de azufre de hasta 5 mil parte por millón
(ppm) por volumen (los estándares internacionales
recomiendan entre 50 a 350 ppm). Según el consejo
nacional de ambiente (CONAM) se producen 4000 muertes
por año en Lima debido a una excesiva presencia de azufre
en el aire de la ciudad; el Centro de Investigación y de
Asesoría del Transporte Terrestre (CIDATT) calculó en 13
500 las muertes por el mimo motivo cada año en todo el
país. 31
El Perú importa alrededor de 9 millones de barriles de
diesel al año, que representa aproximadamente el 38%
del consumo total y según estimaciones de la Dirección
General de Hidrocarburos del Ministerio de Energía y
Minas, a pesar de la llegada del gas natural a Lima, la
demanda nacional de diesel seguirá incrementándose en
los próximos años, cada vez se producirá menos y seguirán
siendo los combustibles más caros de importar.
Desde el año 2003, el Perú cuenta con una Ley de
Promoción del Mercado de Biocombustibles (Ley N°
28054) que busca promover las inversiones para la
producción y comercialización de biocombustibles. El
Reglamento de dicha Ley (D.S. N° 013-2005-EM)
contempla el uso de 5 % de biodiesel en 95 % de diesel
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desde el 2008 en la selva y desde el 2010 en todo el
territorio. El Grupo Técnico De Biocombustibles Líquidos,
liderado por el CONAM, que sentó las bases para la Ley N°
28054, estimó en el año 2002 que se requerirán 138
millones de litros de biodiesel para cubrir el 5 % de
demanda de diesel en el país; consultores del Ministerio de
Energía y Minas actualizaron esta cifra para el 2006: 189
millones de litros.31
El presente trabajo pretende abrir una posibilidad de utilizar
el aceite de pescado que produce el Perú en la producción
de biodiesel y así atender en parte la demanda interna por
este producto.
.
1.11. Objetivos
El presente trabajo tuvo como objetivos:
Obtener el biodiesel a partir del aceite de pescado
Establecer las condiciones de operación mas adecuadas
para lograr un buen rendimiento de la reacción.
Caracterizar el biodiesel determinando algunas de sus
propiedades, como: Color, viscosidad, densidad, índice
de cetano, punto de inflamación.
Caracterizar el biodiesel obtenido mediante
espectroscopía infrarroja
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II. MATERIAELES Y MÉTODOS
2.1. MATERIALES
2.1.1. MATERIALES DE LABORATORIO
Vasos de precipitado de: 50, 100, 400, y 600 mL de
vidrio
Probetas de 25, 100, 250 y 500 mL de vidrio
Lunas de reloj
Matraces de 500 mL
Embudos de decantación de 500 mL de vidrio pyrex
Varilla de vidrio para agitación
Espátula de acero inoxidable
Cápsula de porcelana de 50 mL
Frascos de vidrio con tapa de 500 mL
Soportes universales
Balón Engler de 500 mL Corning Glas
Condensador Liebig de 400 mm
Termómetro de vidrio de -20 – 150º C
Termómetro de vidrio de -10 – 370º C
2.1.2. EQUIPOS
Baño maría
Balanza de triple brazo hasta 600 g Ohaus
Agitador mecánico, Fisher
Agitador calentador magnético, Sartorius
Hornilla eléctrica
Balanza eléctrica digital hasta 600 g Saartorius
Espectrómetro FT- IR Perkin Elmer Spectrum One
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2.1.3. REACTIVOS
Aceite de pescado (materia prima)
Metanol pa Merck
Hidróxido de sodio Pellets, Merk
Etanol de 96º
Agua destilada
Tierra Fuller; carbón activo, arena malla -100
2.2. MÉTODOS
La preparación de biodiesel a partir de aceite de pescado se realizó
de acuerdo al diagrama de flujo que se muestra a continuación.
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Figura 1. Diagrama de flujo de la obtención de biodiesel a partir
de aceite de pescado
|
Fuente: Elaboración propia
2.2.1. Pruebas Preliminares
Con el propósito de obtener una muestra de biodiesel de las
mejores propiedades para luego en base a ello hacer
repeticiones.
Se preparó siete muestras de biodiesel teniendo como
materia prima el aceite de pescado, a través de la reacción
de trans esterificación con metanol en catálisis básica
utilizando cada vez 100 mL de aceite de pescado con
diferentes volúmenes de metóxido de sodio (preparado por
ACEITE DE PESCADO
TRANSESTERIFICACIÓN
(50°C – 60°C)
REPOSO
DECANTACIÓN
LAVADO DE BIODIESEL BRUTO
SECADO
BIOSIESEL SECO (ANHIDRO)
ENVASADO Y CARACTERIZADO
METÓXIDO DE SODIO
AGUA DE LAVADO +
RESIDUOS
GLICERINA
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disolución de 3,5 g de NaOH en 200 mL de metanol) los
resultados de estas pruebas se muestran e en la tabla 2.
Siendo la muestra número 4 la que ofrece más alto valor de
poder calorífico de 10,169 Kcal/Kg, 88 % de rendimiento y
mayor estabilidad, se escogió a esta para hacer cinco
repeticiones, utilizando 200 mL de aceite de pescado y 80
mL de metóxido de sodio de la misma concentración del
caso anterior, los resultados de estas pruebas se muestran
en la tabla 3.
2.3. PRUEBAS DEFINITIVAS
En base a los resultados anteriores se optó por hacer diez
repeticiones más de la muestra 4, esta vez con mayor cantidad de
aceite de pescado con el propósito de obtener suficiente biodiesel
para hacer la determinación de las propiedades y/o caracterización
de este producto, las condiciones de operación se pueden apreciar
en la tabla 4.
2.3.1. Aceite de pescado
El aceite de pescado anchoveta centrifugado provino de la
ciudad de Chimbote Perú, del cual se midió 400 mL para
cada prueba.
2.3.2. Preparación del metóxido de sodio
La solución de metóxido de sodio se preparó disolviendo 3,5
g de NaOH en 200 mL de metanol para análisis. Es decir,
Se trata de una solución al 1,75 % p/v.
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Según la siguiente reacción química.
CH3OH + NaOH CH3O-Na + H2O
Metóxido
de sodio
En estas condiciones el grupo metoxilo, nucleofílico tiene
mayor posibilidad de atacar sobre el carbono de los grupos
carboxilo presentes en la estructura de los ácidos grasos
insaturados que conforman el aceite de pescado, pero con la
desventaja de que el sodio podría formar jabones con los
ácidos grasos libres que pudiera haber en el aceite.
2.3.3. Reacción de transesterificación
Para realizar este proceso (reacción química), se midió 400
mL de aceite de pescado en una probeta, luego fue colocado
en un vaso de precipitado de 600 mL, acoplando un agitador
mecánico y calentado en baño maría hasta 50º C. Se
adicionó el metóxido de sodio bajo buena agitación (120 rpm
aproximadamente) manteniendo la temperatura sobre 50º
C, tomando la hora de inicio de la reacción, la misma que
continuó por una hora, dentro de un rango de temperatura
de (50 – 60) ºC
El biodiesel y la glicerina además de otros posibles
compuestos formados como producto de la reacción fueron
retirados del baño maría y dejados en reposo por 12 horas
para lograr una buena separación de las capas líquidas
inmiscibles, figura 2, anexo 2
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2.3.4. Operación de decantación
El biodiesel fue separado de la glicerina por decantación
lenta y cuidadosamente evitando emulsiones, llamándose a
este primer producto biodiesel bruto, del cual se determinó
el volumen, la densidad y el rendimiento, ver valores en la
tabla 4.
2.3.5. Lavado del biodiesel bruto
Con la finalidad de remover y eliminar residuos de hidróxido
de sodio y jabones formados por la reacción, el biodiesel
bruto fue lavado tres veces con un volumen de agua
destilada igual a 1/3 del volumen del biodiesel, cada vez, a
temperatura ambiente dejándose en reposo por 12 horas
para luego decantar el agua de lavado, pasando el producto
a ser secado, los resultados de esta operación se muestran
en la tabla 5. ( Ver Figura 3. Anexo 3).
2.3.6. Secado del Biodiesel
Esta operación se realiza en un rango de temperatura entre
100 – 110º C con agitación lenta por 10 a 15 minutos para
eliminar el agua remanente del lavado, quedando el
biodiesel seco, o exento de agua para luego determinar,
volumen. Densidad, masa, rendimiento real y ser
caracterizado como combustible.
2.4. Caracterización del Biodiesel
Las propiedades del combustible biodiesel comercial dependen del
proceso de refinación que utilice y de la naturaleza de los lípidos
renovables a partir de los cuales se fabrica. El biodiesel puede
producirse a partir de una gran variedad de aceites vegetales o
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grasas animales los cuales producen características de volatilidad y
de emisiones similares pero con propiedades diferentes de flujo en
frío.32
La Norma Técnica Peruana32 NTP 321.125 2008, anexo A, que se
muestra en el anexo 1, establece las especificaciones para el
biodiesel (B100) es decir para un producto 100 % biodiesel. De
todas las especificaciones, por ser las de mayor consideración, se
optó por determinar: el punto de inflamación, la gravedad API, la
viscosidad cinemática, el número de cetano y la temperatura de
destilación del 90% de recuperado equivalente a presión
atmosférica y el poder calorífico.
2.4.1. Apariencia del biodiesel
El biodiesel que se obtiene a partir de aceite vegetal o de
grasa animal tiene un color que varía entre el amarillo claro y
el marrón o color te. En el caso de los productos obtenidos el
color es muy semejante al color te, como se apreciar en la
figuras Nº 4-a y 4-b en el anexo 4.
2.4.2. Punto de inflamación
El punto de inflamación, como está especificado, no está
directamente relacionado con el desempeño de la máquina.
Sin embargo, es de importancia su conexión con
requerimientos legales y precauciones de seguridad que
tienen que ver con la manipulación y el almacenamiento de
los combustibles que son normalmente especificados para
cumplir con regulaciones de seguros e incendios 32.
La determinación de del punto de inflamación se ha hecho
según el método A.S.T.M. D 92 o método Cleveland de la
cápsula abierta, mediante el cual se calentó, con una hornilla
eléctrica, aproximadamente 25 mL de cada muestra de
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biodiesel, la cual lleva introducido un termómetro, y
haciendo pasar una pequeña llama piloto por la superficie
del líquido calentado cada incremento de la temperatura de
2 o tres grados. Cuando los vapores que se desprenden del
biodiesel se encienden, la lectura del termómetro da el punto
de inflamación de la muestra, tabla 8. (Ver anexo 5 Figura
5).
2.4.3. Gravedad API
Sus siglas en inglés American Petroleum Institute es una
medida de densidad que, en comparación con el agua,
precisa cuan pesado o liviano es el petróleo, si son
superiores a 10, es más liviano que el agua, y por lo tanto
flotaría en ella.
La gravedad API carece de unidades y se determina según
la fórmula siguiente. Sin embargo, al número siempre se
aplica la denominación grados API. 33
Gravedad API = (141,5 / GE a 60º F) – 131,5 (1)
Donde, GE es la gravedad específica del biodiesel a 60º C
Para calcular la gravedad API del biodiesel preparado,
previamente se determinó la densidad del biodiesel a 15,5
ºC (60º C) utilizando un picnómetro de 25,046 mL; ver
resultados en la tabla 9.
2.4.4. Viscosidad del biodiesel ᵑ
La NTP 321.125 refiere la prueba ASTM 445 para
determinar esta propiedad. Para el caso del biodiesel de
aceite de pescado, la determinación se hizo por el método
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del viscosímetro Hoeppler, (figura 6, anexo), el cual basa
su principio en la caída de esferas según la ley de Stokes,
que está relacionada con la caída de los cuerpos a través de
un líquido. Los cálculos se realizaron según la siguiente
ecuación, teniendo las muestras de biodiesel a 37,8º C a
través de un baño de recirculación de agua y los resultados
se muestran en la tabla 10.
ᵑ = t(db - dl)k (2)
En la cual: t: es el tiempo en segundos
db: densidad de la esfera g/mL
dl: densidad de la muestra a 37,8º C
k: constante de la esfera = 0,528
2.4.5. Destilación ASTM engler
Esta operación se ha realizado con algunas muestras del
biodiesel producido con el fin de determinar el índice
cetano. Se midió 100 mL de biodiesel, se echó en un balón
engler y se montó un equipo completo para una destilación
simple, se anotó la temperatura a la cual sale la primera gota
de destilado, luego se continúa haciendo lo mismo cada
conforme se va recuperando como destilado el 10 %, 20 %,
30 %, 40 %, 60 %, 70%, 80 %, y finalmente el 90 % del
volumen de muestra. Los resultados se muestran en la
tabla 11 la figura 7 muestra el aparato de destilación engler.
2.4.6. Indice de cetano
El número o índice de cetano guarda relación con el tiempo
que transcurre entre la inyección del carburante y el inicio de
la combustión denominado intervalo de encendido. Una
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combustión de calidad ocurre cuando se produce una
ignición rápida seguida de un quemado uniforme y total del
carburante.33
Cuanto más elevado es el número de cetano, más rápido
inicia la ignición y mejor es la calidad de la combustión. si el
número de cetano es demasiado bajo la combustión es
inadecuada y da lugar a ruido excesivo, aumento de las
emisiones, reducción del rendimiento del vehículo y aumento
de la fatiga del motor.33
Para la determinación del índice de cetano por mucho
tiempo se hace según la norma ASTM D 976 o D 4737,
que opera con cuatro variables. Tiene la forma:
IC4737 = 45,2 + 0,0892 T10N + [0,131 + 0,901B] T50N +
[0,0523+420B] T90N + 0,00049 [T210N – T290N] + 107B +
60B2 (3)
Siendo:
D = Densidad a 15° C [g/mL] determinada segunda método
ASTM 1298
B = [e**( -3.5 )*( D - 0.85) ] - 1
T10 = Temperatura (°C) a la que destila el 10 % segundo
Método ASTM D86
T10N = T10 -215
T50 = Temperatura (°C) a la que destila el 90 % segundo
Método ASTM D86
T90N = T90 – 310
T10, T50 Y T90 han de corregirse para la presión
atmosférica normalizada.
Para el caso del presente trabajo el índice de cetano se ha
determinado mediante un nomograma, (figura 9, ver anexo),
para lo cual debe conocer la densidad de la muestra de
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biodiesel a 15º C o bien la gravedad API y la temperatura de
la temperatura de ebullición para el 50 % del volumen
recuperado en la destilación ASTM engler. El nomograma
que ha sido construido en base a las siguientes ecuaciones.
IC = -420,34 + 0,016G2 – 0,192G.Log (M) – 65,01Log(M)2 –
0,0001809M (4)
IC = 474,74 – 1647,416D -774,74D – 0,554B +
97,803(Log B)2 (5)
G: Es la gravedad API determinada por el método de prueba D
287 o D1298
(M): Temperatura de ebullición para el 50% de muestra
destilada (º F), por la prueba D 86 (D): densidad a 15º C en g/mL determinada por el método de
prueba D1298.
(B): Temperatura de ebullición para el 50 % de muestra
destilada (ºC), por la prueba D 86, según método de prueba
D86.
Los resultados de muestran en la tabla 12.
2.4.7. Poder calorífico
Esta prueba solo se realizó por el método de la bomba
calorimétrica solo para las muestras preliminares de biodiesel, no
se realizaron las pruebas definitivas por desperfecto en la bomba
calorimétrica. Los resultados se muestran en la tabla 2.
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2.4.8. Espectroscopía infrarroja
Tanto el aceite de pescado usado como materia prima, y las
muestras de biodiesel obtenido fueron caracterizadas por
espectros de infrarrojo utilizando un espectrofotómetro FT-IR
Perkin Elmer Spectrun One. Las bandas de absorción de los
espectros IR se identifican por su intensidad, fuerte (s),
mediana (m), débil (w) y variable (v)34,35,36. La
interpretación se da en la tabla 13. Los respectivos
espectros se muestran en el anexo, figuras, 10 a la15.
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III. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
3.1. Pruebas preliminares
La tabla 2 muestra los resultados de la pruebas preliminares de
preparación de biodiesel a partir de aceite de pescado, siendo la
muestra 4 la que dio mejores resultados en rendimiento, poder
calorífico y estabilidad en el tiempo, por lo menos mayor a doce
horas, al observarse que permanecía con la misma apariencia
desde el primer momento, a diferencia de la muestra 5 que se
enturbió e formó una especie de gel, las muestras 1, 2, y 3 dieron
menores rendimientos, probablemente debido a la formación de
jabones, pérdida en el lavado y decantación.
Así mismo, se reporta que para obtener la muestra 7 el aceite de
pescado fue sometido a esterificación con metanol en catálisis
ácida con H2SO4 para esterificar los ácidos grasos libres, siendo
el rendimiento para esta caso 71 % de biodiesel seco (exento de
humedad).
En la tabla 3 se muestra los resultados obtenidos para cinco
pruebas en las cuales se ha trabajado con 200 ml de aceite de
pescado, alcanzando un rendimiento promedio de 84,37 % en
biodiesel seco, la densidad promedio es de 0,8845 g/mL. Estos
valores son comparables con los reportados por Rodríguez N.
Vanessa y Villanueva A.Luis37, quienes lograron rendimientos
entre 68,18 % y 83,57 % trabajando con aceite vegetal usado en
frituras.
Se descartó la muestra 3 de la tabla 3 debido a que se gelificó al
parecer por la presencia de glicerina, al ser inestable a la
temperatura ambiente o por mal manejo en la reacción.
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Tabla 2. Pruebas preliminares
Muestra
N°
Volumen de
Aceite mL
Temperatura de
Operación º C
Volumen de
Metóxido mL
Tiempo de
Operación h
Biodiesel
Seco mL
% de
Rendimiento Densidad g/mL
Poder
Calorífico
Kcal/Kg
1 100 50 – 60 40 1,5 43 43 0,8201 9,580
2 100 50 – 60 30 1,5 75 75 0,8912 9,350
3 100 50 – 60 20 1,5 51 51 0,8632 9,300
4 100 50 – 60 40 1,5 88 88 0,8703 10,169
5 ** 100 50 – 60 30 1,5 88 88 0,8802 9,602
6 100 50 – 60 40 1,5 88 88 0,8705 9,646
7*** 100 50 – 60 40 1,5 71 71 0,8903 9,563
Fuente: Elaboración propia.
** La muestra se gelificó a temperatura ambiente.
*** Biodiesel obtenido a partir de aceite de pescado previamente tratado con ácido sulfúrico y metanol para esterificar
ácidos grasos libres.
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Tabla 3. Resultados de las pruebas de repetición de la muestra 4
Muestra N°
Volumen Aceite
mL
Densidad g/mL
Metóxido mL
Temperatura de
Operación ºC
Volumen Biodiesel bruto mL
% Rendim.
Bruto
Densidad Biodiesel
Bruto g/mL
Glicerina g.
Volumen Biodiesel seco mL
Densidad Biodiesel seco mL
% Rendim.
Real
2 200 0,9190 80 50 - 60 169 82,5 0,9076 46,52 158,0 0,9232 79,0 3 200 0,9190 80 50 - 60 170 - 0,9101 - - - - 4 200 0,9210 80 50 - 60 183 91,5 0,8810 40,85 177,0 0,8751 88,5 5 200 0,9130 80 50 - 60 185 92,5 0,8850 46,0 181,0 0,8450 90,5
promedio 200 0,9181 80 50 – 60 174 87,0 0,8991 43,71 168,75 0,8845 84,37
Fuente: Elaboración propia.
La muestra de gelificó no se pudo continuar
% Rendimiento Real =
x100
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3.2. Pruebas definitivas
En base a los resultados de las pruebas preliminares, y a aspectos
referidos por la bibliografía se establecieron las condiciones de
operación, para continuar con la investigación, partiendo de un
volumen de aceite de 400 mL y tiempo de reacción de una hora,
se trabajó con diez muestras de aceite de pescado en las
condiciones de operación que se muestran en la tabla 4.
Tabla 4. Condición de operación para la reacción de
transesterificación
Muestra
N°
Volumen
Aceite de
Pescado mL
Volumen
Metóxido Na
mL
T° de
Operaciones
ºC
Tiempo de
Reacción
horas
Densidad( ρ )
del Aceite
g/mL
1 400 70 50 – 60 1 0,8995
2 400 70 50 – 60 1 0,8995
3 400 70 50 – 60 1 0,8995
4 400 70 50 – 60 1 0,8995
5 400 70 50 – 60 1 0,8995
6 400 70 50 – 60 1 0,8995
7 400 70 50 – 60 1 0,8995
8 400 70 50 – 60 1 0,8995
9 400 70 50 – 60 1 0,8995
10 400 70 50 – 60 1 0,8995
Fuente: Elaboración propia.
En la tabla 5 se muestran los resultados del rendimiento de la
reacción de trans esterificación en volumen de biodiesel producido
biodiesel bruto) el cual fue determinado con solo separar la
glicerina por decantación, se puede apreciar valores de
rendimiento entre 96 % y 99 %, siendo el promedio 98,125 %
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Tabla 5. Biodiesel bruto decantado de la glicerina
Muestra N°
Biodiesel Glicerina Densidad ( ρ ) Biodiesel
g/mL
Masa de Biodiesel
g
Rendimiento en volumen
% Volumen
mL g
1 395 44,70 0,890 351,55 98,75 2 384 45,40 0,880 337,92 96,00 3 385 45,40 0,875 336,88 96,25 4 390 53,90 0,890 347,10 97,50 5 397 40,20 0,893 308,10 99,25 6 395 51,20 0,888 350,76 98,75 7 395 42,30 0,892 352,34 98,75 8 395 50,07 0,882 348,39 98,75 9 395 43,13 0,890 351,55 98,75
10 394 46,40 0,886 354,40 98,50 Promedio 392,5 46,27 0,8866 343,899 98,125
Fuente: Elaboración propia.
La tabla 6 muestra, entre otros, los valores de volumen y densidad
de biodiesel obtenidos luego de someter a lavado el biodiesel
bruto. Se puede notar la disminución del volumen como
consecuencia de la operación de lavado, en la cual también se
eliminan jabones que se forman por ácidos grasos libres con sodio
en la reacción, lo cual le da cierta turbidez al producto. Es muy
importante dejar en reposo por no menos de 8 horas el biodiesel
con el agua de lavado, en el embudo de decantación, para lograr
una buena separación de las capas de líquido y hacer la
separación lentamente evitando pérdidas.
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Tabla 6. Biodiesel lavado
Muestra N°
Volumen Biodiesel Densidad
Biodisel g/mL
Masa de Biodiesel
g
Rendimiento
en Volumen
Lavado mL
%
1 295 0,880 259,61 73,75 2 360 0,880 316,84 g 90,00 3 345 0,885 305,33 86,25 4 325 0,890 289,25 81,25 5 337 0,890 269,62 84,25 6 343 0,880 302,53 85,75 7 343 0,890 305,27 85,75 8 370 0,880 325,56 92,50 9 365 0,885 323,25 91,25 10 365 0,882 321,93 91,25
Promedio 344,8 0,8842 301,919 86,20
Fuente: Elaboración propia.
En la tabla 7 se muestran los resultados obtenidos luego de
someter a calentamiento al biodiesel lavado por 15 minutos entre
100 y 110º C para eliminar remanentes de agua ,de lavado y tener
el producto en condiciones para ser caracterizado como biodiesel.
En todas las muestras se aprecia disminución del volumen de
biodiesel lavado para ser biodiesel seco. Lo cual trae consigo
disminución en el rendimiento final de cada muestra, llegando a ser
el promedio 83,45 %.
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Tabla 7. Biodiesel seco (sin humedad)
Muestra
N°
Volumen Biodiesel
seco
Densidad Biodisel seco
g/mL
Masa de Biodiesel
g
Rendimiento
En volumen
mL %
1 214 0,88 187,68 53,50 2 355 0,89 315,24 88,75 3 340 0,89 303,62 85,00 4 325 0,88 286,65 81,25 5 330 0,89 293,37 82,50 6 340 0,88 299,88 85,00 7 340 0,89 302,26 85,00 8 367 0,88 324,06 91,75 9 365 0,89 323,03 91,25 10 363 0,88 320,17 90,75
Promedio 83,48
Fuente: Elaboración propia.
3.3. Caracterización del biodiesel obtenido a partir de aceite de
pescado
3.3.1. Apariencia del Biodiesel
En la figura 4a, parte superior se puede apreciar varios
frascos conteniendo biodiesel de color dorado claro,
preparado en las pruebas preliminares, lo cual se debió a
que dichos productos fueron pasados a través de un filtro de
tres capas, tierra fuller, carbón activado y arena de malla -
100.
Los diez frascos que se aprecian en la figura 4b, contienen
el biodiesel de color té, (marrón) obtenido, en cada una de
las pruebas de repetición del proceso en condiciones de la
muestra preliminar número 4, siendo que la bibliografía
refiere que el color del biodiesel está entre el dorado claro y
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42
el marrón. Además de ser un líquido de apariencia menos
viscosa que el aceite del cual procede.
3.3.2. Punto de inflamación
La tabla 8 muestra los valores del punto de inflamación
para cada una de las muestras de biodiesel obtenido del
aceite de pescado, determinados por el método de la
cápsula abierta; estos son igual y/o ligeramente superiores a
160º C. según la NTP 321.125 el valor mínimo del punto de
inflamación es de 92º C
Tabla 8. Valores del punto de inflamación del biodiesel
Muestra n° Punto de Inflamación
T °C T °F
1 162 323,6
2 162 323,6
3 162 323,6
4 160 323,0
5 165 329,0
6 160 320,0
7 160 320,0
8 163 325,4
9 162 323,6
10 165 329,0
Promedio 162,1 324,08
Fuente: Elaboración propia.
3.3.3. Gravedad API
La tabla 9 muestra los valores de la gravedad API para el
biodiesel estos varían entre 24,89 y 44,69 dando un valor
promedio de 37,17, todos los valores están sobre 10, que es
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el valor referido por sobre el cual el producto es más liviano
que el agua. Por lo tanto flotaría en ella.
Tabla 9. Valores de densidad y gravedad API
Muestra
N°
Masa muestra
a 15,5° C
Densidad a
15,5 °C g/mL Gravedad
Relativa. Gravedad
API
1 22,67 0,8051 0,9097 44,25
2 22,62 0,8031 0,9059 44,69
3 22,63 0,8052 0,9080 44,26
4 22,50 0,8983 0,9011 26,02
5 22,53 0,8995 0,9023 25,81
6 22,60 0,9040 0,9068 25,39
7 22,62 0,9048 0,9076 24,89
8 22,59 0,9036 0,9064 25,09
9 22,60 0,9023 0,9051 25,32
10 22,50 0,8983 0,90119 26,02
Prome
dio 22,58 0,8724 0,905 31,17
Fuente: Elaboración propia.
En picnómetro
Volumen de la muestra en el picnómetro : 25.046 mL a 20° C
Peso del picnómetro vacío : 32,52 g medido a 25,8° C
Peso de: 25 mL de H2O destilado a 25,8° C: 24,97g, a 15,5° C =
24,97g
3.3.4. Viscosidad
Los valores de la viscosidad dinámica en centipoises y
centistokes se dan en la tabla 10, para el caso del biodiesel
B100, la NTP 321.125 establece un rango de 1,9 – 6 mm2/s.
Observamos que los valores obtenidos de viscosidad
cinemática medida a 37,8º C para cada una de las diez
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muestras de producto están por sobre de este rango, lo que
indica que no se ha trabajado en las mejores condiciones,
además de que se trabajó a la temperatura establecida para
diesel de petróleo. De haber hecho las mediciones a 40 º C
la viscosidad debe tener valores mucho más cercanos al
rango establecido, ya que esta propiedad disminuye con la
temperatura.
Tabla 10. Viscosidad del biodiesel A 37,8° C
Muestra
N°
Densidad
g/mL
Tiempo
Promedio
segundos
Viscosidad
Centipoise
ᶯ
Viscosidad
mm2/s
Centistokes
1 0888 2,93 11.233 12,645
2 0,889 2,9 11.116 12,504
3 0,889 2,4 9.199 10,347
4 0,880 2,076 7.945 9,028
5 0,880 2,08 8.642 9,820
6 0,878 2,2 8.446 9,619
7 0,888 2,33 7.668 8,635
8 0,884 2,0 7.672 8,678
9 0,887 2,2 7.435 9,540
10 0,880 2,07 7.945 9,028
Fuente: Elaboración propia
3.3.5. Destilación ASTM engler (figura 7 en el anexo)
Los resultados de la destilación ASTM engler se dan en la
tabla 11, esta se aplicó para cuatro muestras de biodiesel
que presentaban mejor apariencia, ya que las demás
presentan cierta turbidez y jabones precipitados, cabe
resaltar que para la muestra 2 no se concluyó con la toma de
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datos, ya que se perdían vapores que no eran condensados
por ser el condensador liebig muy pequeño. Los valores
altos que se observan para la muestra 10, se obtuvieron
utilizando un condensador de 600 mm de chaqueta.
Las muestras 2 y 8 fueron trabajadas con un condensador
de 400 mm de chaqueta, apreciándose valores de
temperatura por sobre 200º C y por debajo de 300º C.
La poca semejanza entre los valores de temperatura, pese a
que se trata de muestras obtenidas en condiciones similares
de operación, puede deberse a que al usar una hornilla
eléctrica como fuente de calor en la destilación, el biodiesel
dentro del balón engler no era calentado uniformemente.
Por otro lado, la disminución de la temperatura al ir
aumentando el volumen de destilado recuperado, se debería
al craqueo de moléculas resultando otras de menor masa y
punto de ebullición. Los valores de temperatura al 50 % de
volumen recuperado sirven para determinar el índice de
cetano. El destilado, inicialmente, hasta los 30 mL
aproximadamente en incoloro, luego sale de color verdoso
como se puede apreciar en las figuras 7 y 8 del anexo…..
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Tabla 11. Resultados de la destilación ASTM engler
% Volumen de Destilado
Muestra 2 Muestra 5 Muestra 8 Muestra 10 Tº C
Primera gota de destilado
de cada muestra Recuperado T °C T °C T °C T °C
10 210 238 287 318 M2 76º C
20 227 258 292 319 M5 77º C
30 202 280 288 320 M8 154º C
40 236 282 280 318 M10 300º C
50 264 284 285 312
60 260 278 284 310
70 249 -- 276 312
80 200 -- 252 315
90 210 --- 210 368
Fuente: Elaboración propia
3.3.6. Índice de cetano ASTM 976 o ASTM 4737
Teniendo los valores: la temperatura al 50 % de volumen de
destilado de la tabla 11 y la densidad de la muestra de
biodiesel a 15º C, con uso del nomograma de la figura 9
anexo se determinaron los respectivos valores del índice de
cetano que se muestran en la tabla 12. Estos valores son
muy cercanos 47, valor establecido por laNTP321.125.
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Tabla 12. de índice de Cetano
Muestra
N°
Densidad A 15° C
g/mL
Temperatura T° C
50% de volumen
Recuperado
Índice de
Cetano
IC
2 0,9031 264 35
5 0,8995 284 42
8 0,9036 312 37
10 0,8983 285 43
Fuente: Elaboración propia
3.4. Espectroscopía Infrarroja
Según la tabla 1, el aceite de pescado está compuesto por
varios ácido grasos saturados e insaturados de cadena larga,
los cuales forma esteres con el glicerol, en cuya estructura
se encuentra enlaces dobles C=C, C=O, enlaces simples C-
O, C-H de los grupos metileno y de metilo, además de otros
como enlaces como C-N, N-H en las aminas que pueden
estar presentes en el aceite. De modo que, los picos que
caracterizan a estos tipos de enlace y/o grupos funcionales
deben aparecer en el espectro IR en los valores de frecuencia
y longitud de onda conocidos que se dan en la tabla 13.
Se puede apreciar cierta similitud entre todos los espectros
de las muestras de biodiesel y el espectro del aceite de
pescado, en este último, figura 10 aparece una banda de baja
intensidad, con un hombro hacia el lado izquierdo a los 3500
cm-1, que se puede atribuir al agrupamiento de enlaces: O-H
del grupo funcional de los ácidos grasos libres, C-H Y N-H de
aminas. Esta misma banda de absorción aparece más
pronunciada en el espectro de las muestras de biodiesel, lo
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cual se puede atribuir a los enlaces C-H Y N-H solamente,
asumiendo que al haber reaccionado los ácidos con metóxido
de sodio, la presencia de enlaces C-H sería escasa. Entre los
2800 cm-1 y 3050 cm-1 aparece una banda de estiramiento de
alta intensidad que se atribuye al enlace C-H en el grupo -
CH2- que existe en la cadena carbonada de ácidos y esteres.
El doble enlace C=O del grupo carboxilo de los esteres
absorbe energía entre 1650 cm-1 y 1800 cm-1 34,35,36.
Por lo que, la banda de estiramiento que aparece en todos
los espectros aproximadamente a 1750 cm-1 se atribuye a
este grupo. La absorción del enlace C-O se manifiesta como
una banda de baja intensidad a 1300 cm-1.
Así mismo, el doble enlace de la estructura de los esteres
insaturados del glicerol en el aceite de pescado y en los
esteres metílicos formados en la reacción de trans
esterificación, se manifiesta como una banda de mediana
intensidad en la región de las huellas dactilares a
aproximadamente 650 cm-1.
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Tabla 13: Valores de frecuencia y longitud de onda de los espectros
ir del biodiesel
Grupo
funcional
y/o enlace
Tipo de
compuesto
Intensidad
caracteristica
Frecuencia
mm-1
Longitud de
onda
λ µm
O-H Acido
Carboxílico
Estiramiento
(m) 3 500 – 3 300 2,75 – 3,0
N-H Amina Estiramiento
(m) 3 500 – 3 300 2,75 – 3,0
C-H Alifático Estiramiento
(w) 3 000-2 800 3,33 – 3,57
C - H Metilénico
(-CH2-)
Estiramiento
(m) 2 980 – 2 840 3,36 – 3,52
C=O Esteres Estiramiento (s 1 800 - 1650 5,5 – 6,5
C-O Esteres Vibración de
tensión (s) 1 330 – 1 050 7,7 – 9,5
Fuente: 34, 35, 36
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IV. CONCLUSIONES
La muestra 4 obtenida en las pruebas preliminares supera el
tiempo de estabilidad establecido por la NTN 321-125 para
biodiesel B 100, por lo que se tomó como base para continuar el
trabajo.
Con los 4 valores de rendimiento alto que se muestran en la Tabla
3 y el valor promedio de 84,37 %, el rendimiento de Biodiesel
seco (Exento de Humedad) confirma a la muestra 4 escogida de
las pruebas preliminares para ser haciendo repeticiones.
El Rendimiento de la reacción de trans esterificación del aceite de
pescado con metanol en medio básico (metóxido de sodio) en un
tiempo de reacción de 1 hora a temperatura entre 50° C a 60° C
es considerablemente alta en biodiesel bruto, lo cual implica la
posibilidad de obtener buen rendimiento de biodiesel seco.
El tiempo de reposo del biodiesel en cada lavado debe ser de 8 a
más horas para lograr una buena separación y no afectar
notoriamente el rendimiento en biodiesel las demás etapas.
El rendimiento de la reacción alcanzó un valor real en biodiesel
seco de 83,5 %. Valor considerablemente alto.
El biodiesel obtenido, tanto en las pruebas preliminares como en
las 10 repeticiones de la prueba preliminar N° 4 tiene un color que
varía entre el color dorado y el marrón, coincidiendo con el
referido por la bibliografía.
El punto de inflamación del biodiesel producido a partir de aceite
de pescado es mayor al valor mínimo, 93º C exigido por la NTP
321.125 por lo cual se cumple con esta propiedad.
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Todas las muestras de biodiesel obtenido no cambió su
apariencia en menos tres horas lo cual indica de su estabilidad a
la oxidación que podría ocurrir en mayor tiempo al establecido por
la NTP
Al no contar con materiales de laboratorio, como mantas de
calentamiento que ayudara a adicionar calor uniformemente a la
muestra de biodiesel en la destilación ASTM engler no facilitó la
obtención de dato para los cálculos de índice de cetano.
El hecho de que el biodiesel obtenido tenga valores de viscosidad
cinemática mayores al establecido por la NTP 321.125, pude
deberse a la presencia de sustancias como jabones u otros que
no fueron bien separados en el lavado y además de variaciones
de temperatura al momento de hacer las lecturas en le
viscosímetro.
Si se ha producido el biodiesel a partir del aceite de pescado por
la reacción de trans esterificación.
El olor característico a pescado, debido a la presencia de aminas
permanece en el biodiesel debiéndose, para ello tratar el aceite en
algún proceso adecuado de desodorización.
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V. RECOMENDACIONES
Poco se ha investigado sobre la preparación de biodiesel a partir de
aceite de pescado, sobre todo en el Perú que el uno de los principales
productores de aceite de este tipo, por lo que se recomienda:
Continuar investigando en aspectos como: eliminación de las
aminas del aceite ya que estas pueden influir negativamente en las
propiedades del biodiesel; optimización de las condiciones de
reacción para lograr mejores rendimiento.
Contar con mejores materiales e instrumentos de laboratorio que
permitan trabajar con mayor fiabilidad.
Esterificar los ácidos libres cuando la acidez del aceite de pescado
es mayor que 2 mg para evitar la excesiva formación de jabones.
Lavar el biodiesel por lo menos 4 o 5 veces con intervalos de
tiempo no menor de 8 horas para asegurar mejores propiedades
del producto.
Insistir en la prueba de destilación ASTM engler, separar las
fracciones de destilado y caracterizarlas mediante espectroscopía
infrarroja.
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ANEXO
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ANEXO 1:
Especificaciones del Biodiesel (B100)
PROPIEDAD MÉTODO DE
ENSAYO BIODIESEL
B 100 UNIDADES
Contenido de calcio y magnesio, combinado, EN 14538 5 Máx. ppm(ug /g)
Punto de inflamación (Copa cerrada). ASTM D 93 93 Min. °C
Control de Alcohol (uno de los siguientes debe ser cumplido).
1. Contenido de Metanol 2. Punto de Inflamación.
EN 14110 ASTM D 93
0.2 Máx. 130.0 Min.
% volumen °C
Agua y sedimento ASTM D 2709 0.050 Máx. % volumen
Viscosidad cinemática A 40 °C ASTM D 445 1.9 - 6.0 mm2/s
Ceniza sulfatada ASTM D 874 0.020 Máx. % masa
Azufre ASTM D 5453 0.0015 Máx. % masa (ppm).
Corrosión a la lámina de cobre ASTM D 130 N°3
Número Cetano ASTM D 613 47 min.
Punto nube ASTM D 2500 Mayor que el diesel de petróleo °C
Residuo de carbón ASTM D 4530 0.050 Máx. % masa.
Número Acidez ASTM D 664 0.50 Máx. Mg KOH/g.
Glicerina libre ASTM D 6584 0.020 Máx. % masa.
Glicerina total. ASTM D 6584 0.240 Máx. % masa.
Contenido de fósforo. ASTM D 4951 0.001 MÁX. % masa.
Temperatura de destilación. Temperatura del 90% de recuperado equivalente a presión atmosférica.
ASTM D 1160 360 Máx. °C
Contenido de sodio y potasio, combinado. EN 14538 5 Máx. ppm(ug /g)
Estabilidad a la oxidación EN 14112 3 Min. Horas
Fuente: Norma Técnica Peruana 321. 125: 2008
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ANEXO 2:
Figura 2. Reacción de trans esterificación
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ANEXO 3
Figura 3: Lavado y reposo del biodiesel
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ANEXO 4
Figura 4- a. Color del biodiesel obtenido-en las pruebas
preliminares (parte superior) y en la pruebas
definitivas (parte inferior
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Figura 4-b. Color del biodiesel muestras finales
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ANEXO 5
Figura 5. Determinación del punto de inflamación
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ANEXO 6
Figura 6. Equipo Hoeppler para determinar la viscosidad
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ANEXO 7
Figura 7. Aparato para destilación ASTM engler
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ANEXO 8
Figura 8. Producto de la destilación ASTM engler
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ANEXO 9
Figura 9. Nomograma para determinar el indice de cetano
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ANEXO 10
Tabla 13. Valores de Frecuencia y Longitud de onda.
Características de grupos funcionales y enlaces
de compuestos orgánicos
Grupo
funciona y/o
enlace
Tipo de
compuesto
Intensidad
característica
Frecuencia
mm-1
Longitud de
onda
λ µm
C - H Aromático Estiramiento(w) 3100-3000 3,23 – 3,33
C – O Alcoholes Estiramiento(w) 1138 8.79
C - H Alifático Estiramiento(w) 3000 – 2800 3,33 – 3,57
C - H Metilenico
(-CH2-)
Estiramiento(m) 2980 – 2840 3,36 – 3,52.
C - O fenoles Estiramiento(m) 1223 8,18
Fuente: Silverstein, Bassier and Morril, fourth ed. 1981
(w) banda de baja intensidad. (m) banda de mediana intensidad.
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ANEXO 11
Figura 10. Espectros de infrarrojo del aceite de pescado y
muestras del biodiesel producido
ESPECTRO IR DEL ACEITE DE PESCADO
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Figura 11. Espectros de infrarrojo de la muestra 2 de producto
Figura 12. Espectros de infrarrojo de la muestra 4 de producto
ESPECTRO IR DE LA MUETRA 2
ESPECTRO IR DE LA MUETRA 4
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Figura 13. Espectros de infrarrojo de la muestra 6 de producto
Figura 14. Espectros de infrarrojo de la muestra 8 de producto
ESPECTRO IR DE LA MUESTRA 6
ESPECTRO IR DE LA MUESTRA 8
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Figura 15. Espectros de infrarrojo de la muestra 10 de producto
ESPECTRO IR DE LA MUESTRA 10
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ANEXO 12 Figura 16. Producto de la destilación ASTM engler envasado
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