Evaluacion de una mescla complega GAR

Julio Csar Hernndez Mont

Mayo 2015.

TESINA

Ingeniero en Energas Renovables

ENERGAS RENOVABLES

CARACTERIZACIN Y ACONDICIONAMIENTO DE GRASAS Y

ACEITES RESIDUALES

i

CARACTERIZACIN Y ACONDICIONAMIENTO DE GRASAS Y ACEITES

RESIDUALES

Tesina realizada por Julio Csar Hernndez Mont bajo la direccin del comit asesor

indicado, aprobada por el mismo y aceptada como requisito parcial para obtener el grado

de:

INGENIERO EN ENERGAS RENOVABLES

DIRECTOR DEL REA DE ___________________________________

ELECTROMECNICA INDUSTRIAL: Ing. Ral Lpez Huerta

DIRECTOR

INTERNO: ___________________________________

M.E.R. Esmeralda Snchez Armas

ASESOR

EXTERNO: ___________________________________

Dr. Arnulfo Rosales Quintero

Tehuacn, Puebla, Mayo de 2015.

ii

DEDICATORIA

A Dios, divino maestro y buen pastor.

A mis hijos, Anaid, Regina y Ulises, mis mejores maestros, muy especialmente a Anaid,

quien me convirti en padre, y ocupa mi inters para tratar de ser mejor ejemplo para

ellos.

A mi esposa Emilia, por caminar a mi lado y ser la otra parte de m, te amo Emilia.

A mis hermanos todos, mi mejor ejemplo, especialmente a Beatriz, quien me motiv a

estudiar, gracias Befa, te quiero.

A mis padres, Don Domingo y Doa Lucha, referentes inalienables de tesn, trabajo y

humildad, honorabilidad, respeto por la vida y amor por sus hijos.

A mi amiga Isabel Montao Ortega por su amistad apoyo y gran cario.

A Estefana, quien un da se dispuso a apoyarme en lo que no entenda. A Jess (Chucho

bueno) por confiar en m, gracias amigos.

A LA gente de Tuxtla, Maribel Hernndez (Mabel), a doa Lidia y su hija Gaby, por su

calidez y don de gentes.

iii

AGRADECIMIENTOS

A mis maestros por sus enseanzas, especialmente al M.C. Hctor Islas Torres por su

bondad.

Al asesor externo Dr. Arnulfo Rosales Quintero, quien me acept para realizar mi estada.

A la Dra. Roco Meza Gordillo, quien gestion mi aceptacin en el Instituto.

Muy especialmente a la M.I.B.Q, Veymar Tasas Pascacio tutora en el laboratorio, que

siempre satisfizo mis dudas tcnicas sobre la materia, e hizo observaciones puntuales

sobre este trabajo con paciencia y bonhoma, y con quien sostuve enriquecedoras

plticas.

A todos los hombres y mujeres de ciencia, cuya ardua labor permite echar mano del

conocimiento previo. Como dijo Sir Isaac Newton, he estado parado en hombros de

gigantes

iv

NDICE

DEDICATORIA ................................................................................................................. ii

AGRADECIMIENTOS ..................................................................................................... iii

NDICE ............................................................................................................................ iv

NDICE DE FIGURAS .................................................................................................... xii

NDICE DE TABLAS ...................................................................................................... xiv

GLOSARIO ..................................................................................................................... xv

RESUMEN ...................................................................................................................... xx

ABSTRACT ................................................................................................................... xxi

CAPTULO I INTRODUCCIN ...................................................................................... 22

1.1 Introduccin ......................................................................................................... 22

1.2 Planteamiento del problema ................................................................................ 23

1.3 Justificacin ......................................................................................................... 23

1.4 Objetivos .............................................................................................................. 23

1.4.1 Objetivo general ............................................................................................ 23

1.4.2 Objetivos particulares .................................................................................... 23

1.5 Alcance ................................................................................................................ 24

1.6 Limitaciones ......................................................................................................... 24

CAPTULO II MARCO TERICO .................................................................................. 25

2.1 Generalidades del biodiesel. ................................................................................ 25

2.2 El biodiesel como un tipo de biocombustible. ...................................................... 26

2.2.1 Caractersticas y propiedades del biodiesel. ................................................. 26

2.2.2 Caractersticas del biodiesel. ......................................................................... 27

v

2.2.3 Propiedades fsicas y qumicas del biodiesel. ............................................... 28

2.2.4 Tipos de biodiesel. ......................................................................................... 29

2.2.5 Usos del biodiesel. ........................................................................................ 29

2.2.6 Usos del biodiesel puro. ................................................................................ 30

2.2.7 Usos del biodiesel en mezclas. ..................................................................... 30

2.2.8 Propiedades solventes del biodiesel. ............................................................ 31

2.2.9 Compatibilidad del biodiesel con ciertos materiales. ..................................... 32

2.3 Materias primas para la obtencin de biodiesel. .................................................. 33

2.3.1 Aceites vegetales. ......................................................................................... 33

2.3.2 Caractersticas de los aceites vegetales. ...................................................... 34

2.4 Procesos para la obtencin de biodiesel. ............................................................. 35

2.4.1 Enzimticos. .................................................................................................. 35

2.4.2 Hidropirlisis de triglicridos. ......................................................................... 35

2.4.3 Procesos catalticos continuos. ..................................................................... 36

2.4.4 Catlisis homognea. .................................................................................... 36

2.4.5 Catlisis heterognea. ................................................................................... 38

2.4.6 Mtodo de reaccin ultrasnica. .................................................................... 38

2.5 Caracterizacin de la materia prima .................................................................... 39

2.5.1 ndice de acidez............................................................................................. 39

2.5.2 ndice de saponificacin. ............................................................................... 40

2.5.3 ndice de refraccin. ...................................................................................... 42

2.5.4 ndice de perxidos ....................................................................................... 42

2.6 Acondicionamiento de la materia prima. .............................................................. 43

2.6.1 Degomado de grasas y aceites. .................................................................... 43

vi

2.6.2 Determinacin de humedad. ......................................................................... 44

2.6.3 Que es la adsorcin. ...................................................................................... 44

2.6.4 Que es la absorbancia. .................................................................................. 45

2.6.5 Que es la Transmitancia. ............................................................................... 46

2.7 Determinaciones posteriores al acondicionamiento de la materia prima. ............ 47

2.7.1 Perfil de cidos grasos. ................................................................................. 47

2.7.2 Determinacin de la estabilidad oxidativa. .................................................... 47

2.7.3 Pruebas de viscosidad. ................................................................................. 48

2.8 Proceso seleccionado. ......................................................................................... 48

2.8.1 Transesterificacin. ....................................................................................... 49

2.8.2 Reacciones involucradas. .............................................................................. 51

2.8.3 Perspectivas del proceso seleccionado. ........................................................ 52

2.8.4 Descripcin del proceso. ............................................................................... 53

2.9 Parmetros del proceso seleccionado. ................................................................ 54

2.9.1 Temperatura de reaccin. ............................................................................. 54

2.9.2 Relacin molar alcohol: aceite vegetal. ......................................................... 54

2.9.3 Tipo de alcohol. ............................................................................................. 55

2.9.4 Tipo de catalizador. ....................................................................................... 55

2.9.5 Concentracin de catalizador. ....................................................................... 55

2.9.6 Intensidad del mezclado. ............................................................................... 56

2.9.7 Contenido de AGL y humedad. ..................................................................... 56

2.9.8 Temperatura seleccionada. ........................................................................... 57

2.9.9 Presencia de agua. ........................................................................................ 57

2.9.10 Relacin molar alcohol/aceite elegida. ........................................................ 57

vii

2.9.11 Los cidos grasos. ....................................................................................... 57

CAPTULO III MARCO CONTEXTUAL ......................................................................... 58

3.1 Antecedentes histricos ....................................................................................... 58

3.1.1 Ubicacin geogrfica ..................................................................................... 59

3.1.2 Giro comercial ............................................................................................... 60

3.1.3 Clientes ......................................................................................................... 60

3.2 Misin ................................................................................................................... 60

3.3 Visin ................................................................................................................... 60

3.4 Polticas ............................................................................................................... 60

3.5 Valores ................................................................................................................. 61

3.6 Principales reas de la empresa .......................................................................... 61

3.7 Organigrama ........................................................................................................ 65

3.8 Descripcin del rea de realizacin de estada .................................................... 65

CAPTULO IV METODOLOGA ..................................................................................... 67

4.1 Descripcin de actividades: ................................................................................. 67

4.2 Metodologa ......................................................................................................... 67

4.2.1 Planeacin de actividades ............................................................................. 67

4.2.2 Breve resea de las actividades realizadas. ................................................ 68

4.3 Fuentes generadoras de GAR. ............................................................................ 70

4.3.1 Monitoreo de las GAR. .................................................................................. 71

4.3.2 Recoleccin de las GAR ................................................................................ 73

4.4 Descripcin de las etapas del proceso................................................................. 73

4.4.1 Recepcin de las GAR. ................................................................................. 73

4.4.2 Tamizado de las GAR. .................................................................................. 73

viii

4.4.3 Caracterizacin de la materia prima. ............................................................. 74

4.4.4 Conformacin de la mezcla GAR. ................................................................. 74

4.4.5 Degomado de la mezcla GAR. ...................................................................... 74

4.4.6 Secado de la materia prima. .......................................................................... 74

4.4.7 Pruebas posteriores al acondicionamiento de las GAR. ................................ 74

4.5 Caracterizacin de la materia prima. ................................................................... 75

4.5.1 ndice de Acidez. ........................................................................................... 76

4.5.2 Determinacin del ndice de acidez: .............................................................. 76

4.5.3 Preparacin de la muestra: ........................................................................... 76

4.5.4 Procedimiento:............................................................................................... 77

4.5.5 Expresin de resultados: ............................................................................... 78

4.6 ndice de saponificacin. ...................................................................................... 79

4.6.1 Mtodo de Koettstarfer. ................................................................................. 79

4.6.2 Procedimiento:............................................................................................... 80

4.7 ndice de perxidos I.P ......................................................................................... 81

4.7.1 Fundamento: ................................................................................................. 81

4.7.2 Materiales y reactivos: ................................................................................... 81

4.7.3 Procedimiento para grasas y aceites ............................................................. 82


4.8 Perfil de cidos grasos: ........................................................................................ 83

4.8.1 Esterificacin de los cidos grasos: ............................................................... 83

4.8.2 Anlisis mediante cg- em. De los metil steres ............................................ 83

4.8.3 Perfil de cidos grasos, con tcnica del (INIFAP).......................................... 84

4.8.4 Material y equipo: .......................................................................................... 84

ix

4.8.5 Reactivos: ...................................................................................................... 85

4.8.6 Equipo: .......................................................................................................... 85

4.8.7 Preparacin de KOH metanlico: .................................................................. 85

4.8.8 Procedimiento:............................................................................................... 85

4.9 Humedad y materia voltil. ................................................................................... 85

4.9.1 Fundamento. ................................................................................................. 86

4.9.2 Procedimiento:............................................................................................... 86


4.9.4 Determinacin de los contenidos de ster ..................................................... 87

4.9.5 Fundamento. ................................................................................................. 87

4.9.6 Reactivos (De grado analtico reconocido) .................................................... 87

4.9.7 Procedimiento:............................................................................................... 87


4.9.9 Determinacin del ster metlico del cido linoleico ...................................... 89

4.9.10 Condiciones de anlisis de los steres metlicos mediante CG .................. 89

4.10 Determinacin de la estabilidad oxidativa. ......................................................... 89

4.10.1 Breve introduccin sobre la estabilidad oxidativa: ....................................... 89

4.10.2 Definicin: .................................................................................................... 90

4.10.3 Objetivo y campo de aplicacin ................................................................... 90

4.10.4 Fundamento. ............................................................................................... 90

4.10.5 Equipo y materiales. .................................................................................... 91

4.10.6 Reactivos. .................................................................................................... 93

4.10.7 Muestreo. .................................................................................................... 94

4.10.8 Calibracin de la temperatura ..................................................................... 94

x

4.10.9 Procedimiento.............................................................................................. 95

4.10.10 Limpieza de los tubos de reaccin de las muestras .................................. 96

4.10.11. Limpieza inicial: ........................................................................................ 97

4.10.12 Prescripciones de seguridad: .................................................................... 98

4.11 Pruebas de viscosidad. .................................................................................... 102

4.11.1 Introduccin al concepto de viscosidad, segn la NOM- NMX C- 241. ..... 102

4.11.2 Densidad: .................................................................................................. 102

4.11.3 Objetivo y campo de aplicacin: ................................................................ 102

4.11.4 Resumen del mtodo: ............................................................................... 103

4.11.5 Aparatos y equipo: ..................................................................................... 103

4.11.6 Calibracin de los dispositivos de medicin: ............................................. 104

4.11.7 Procedimiento para la viscosidad cinemtica: ........................................... 105

4.11.8 Procedimiento para la viscosidad dinmica ............................................... 107

4.11.9 Limpieza del viscosmetro: ........................................................................ 107

4.11.10 Clculos e informe: .................................................................................. 108

4.12 Acondicionamiento de la materia prima. .......................................................... 111

4.12.1 Degomado de las GAR: ............................................................................. 111

4.12.2 Metodologa. .............................................................................................. 111

4.12.3 Expresin de resultados. ........................................................................... 111

4.13 Pruebas de adsorcin, aplicadas a las muestras. ............................................ 113

4.13.1 Materiales y equipo. .................................................................................. 114

4.13.2 Metodologa. .............................................................................................. 114

4.13.3 Procedimiento:........................................................................................... 114

4.13.4 Absorbancia: ............................................................................................. 118

xi

CAPTULO V ............................................................................................................... 120

EVALUACIN Y RESULTADOS ................................................................................. 120

5.1 Determinacin del ndice de acidez. .................................................................. 120

5.1.1 Resultados de las determinaciones: ............................................................ 120

5.2 Determinacin del ndice de saponificacin. ...................................................... 121

5.3 Determinacin del ndice de humedad. .............................................................. 123

5.4 Determinacin del ndice de perxidos .............................................................. 124

5.5 Determinacin de la viscosidad de las muestras analizadas. ............................ 126

5.6 Determinaciones de la espectrofotometra ......................................................... 126

5.7 Discusin sobre el proyecto denominado: ......................................................... 127

Caracterizacin y acondicionamiento de grasas y aceites residuales. .................. 127

5.8 Conclusiones: .................................................................................................... 128

REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS ............................................................................ 130

xii

NDICE DE FIGURAS

Figura 2.1 Estructura molecular del biodiesel. ............................................................... 28

Figura 2.2 Produccin de biodiesel en un proceso cataltico contino... ....................... 37

Figura 2.3 Reacciones involucradas en el proceso de transesterificacin.: .................. 52

Figura 2.4 Diagrama de flujo del proceso de obtencin del biodiesel ............................ 53

Figura 2.5 Concepto grfico de adsorcin. .................................................................... 45

Figura 3.1 Ubicacin geogrfica del ITTG ..................................................................... 59

Figura 3.2 Laboratorio de ing. bioqumica y biotecnologa, edif. Q. ............................... 61

Figura 3.3 Laboratorio de computacin. ........................................................................ 62

Figura 3.4 Unidad acadmica departamental. Edif. D 1 ................................................ 62

Figura 3.5 Laboratorio de Ingenieras Elctrica y Electrnica........................................ 62

Figura 3.6 Laboratorio de Ingeniera Industrial. ............................................................. 63

Figura 3.7 Sala de usos mltiples .................................................................................. 63

Figura 3.8 Divisin de estudios de posgrado e investigacin. Edif. Z ............................ 63

Figura 3.9 Taller de Ingeniera Mecnica ...................................................................... 64

Figura 3.10 Laboratorio de Ingeniera Qumica. ............................................................ 64

Figura 3.11 Biblioteca .................................................................................................... 64

Figura 3.12 Organigrama administrativo del ITTG ......................................................... 65

Figura 3.13 Polo Tecnolgico Nacional, para el desarrollo de la investigacin ............. 66

Figura 4.1 Reciclando AFU ........................................................................................... 71

Figura 4.2 Vehculo recolector de GAR o AFU en Argentina ......................................... 71

Figura 4.3 Pruebas para determinar el ndice de acidez de algunos agregados. .......... 77

Figura 4.4. Pruebas para determinar el I.A de la mezcla GAR. ..................................... 78

xiii

Figura 4.5. Muestras producto de las determinaciones del I.S. ..................................... 81

Figura 4.6 Perfil de cidos grasos de la mezcla GAR. .................................................. 84

Figura 4.7 Equipo Rancimat utilizado para las determinaciones ................................. 100

Figura 4.8 Viscosmetro en las instalaciones del ITTG. ............................................... 109

Figura 4.9 Extraccin acuosa. Fuente propia. ............................................................. 112

Figura 4.10 De la materia Prima degomada. ............................................................... 113

Figura 4.11 Adicin de Biosil A, a la mezcla GAR. ...................................................... 115

Figura 4.12 Agitacin del Biosil A. Fuente propia. ....................................................... 116

Figura 4.13 Condiciones de separacin de las fases, despus de la .......................... 118

Figura 4.14 Del espectrofotmetro en el que se realizan Las pruebas ........................ 119

xiv

NDICE DE TABLAS

Tabla 2.1 Composicin aproximada de algunas grasas y aceites. ................................ 33

Tabla 2.2 Componentes de algunas grasas .................................................................. 34

Tabla 2.3 Calculo en los gramos para la preparacin de la muestra. ............................ 40

Tabla 2.4 Calculo de los gramos y la normalidad del catalizador para l I.S. ................ 41

Tabla 2.5 Regla del casillero, para determinar los gr/mol de la muestra. ...................... 43

Tabla 2.6 Variables principales en la produccin de biodiesel.. .................................... 51

Tabla 4.1 Cronograma de actividades. .......................................................................... 68

Tabla 4.2 Tipo de comercio, nombre del mismo, ........................................................... 72

Tabla 4.3 % En ml de los agregados que conforman la mezcla GAR ........................... 75

Tabla 4.4 Parmetros propuestos, para determinar la acidez en este ensayo. ............. 77

Tabla 4.5 Muestra el % en gr. De NaOH a utilizar para el degomado. ........................ 112

Tabla 4.6 Valores experimentales para las pruebas de adsorcin.. ............................ 117

xv

GLOSARIO

Acondicionamiento: Disponer, dar cierta condicin o calidad, tambin dcese de las

cosas que estn en las debidas condiciones.

Adsorcin: Proceso en el cual una capa de tomos o molculas de una sustancia se

forman en la superficie de un slido, o lquido.

Alcalino: Los metales alcalinos son: Litio, Sodio, Potasio, Rubio, Cesio, y Francio.

Alcohlisis: Reaccin qumica que se produce entre un alcohol y un compuesto orgnico

mediante la cual se consigue la ruptura de un enlace carboxlico.

Alcxido: Compuesto orgnico que contiene un ion del tipo RO- , donde R es un grupo

alqulico. Los alcxidos se forman por la reaccin de Sodio metlico sobre un alcohol, un

ejemplo: Es el etxido de Sodio (C2H5O- Na+).

Aliftico: Compuesto orgnico con propiedades similares a aquellas de los alcanos, la

mayora de los compuestos alifticos tienen estructura de cadena abierta pero algunos

como el ciclohexano y la sacarosa, tienen anillos. El trmino se usa para distinguirlos de

los compuestos aromticos, similares al benceno.

Alquilo: Puede considerarse como derivado de un alcano o hidrocarburo saturado por

prdida de un tomo de hidrgeno.

Aromticos: Compuesto orgnico que tiene anillos de Benceno en su estructura, los

compuestos aromticos como el Benceno tiene un anillo planar de tomos unidos por

enlaces alternados simples y dobles.

Astringente: Que astringe o estrecha los tejidos orgnicos.

Bsico: Relativo a la tendencia de liberar iones OH-. Cualquier solucin en la cual la

concentracin de iones OH- es mayor que la del agua pura a la misma temperatura se

describe como bsica, o sea que el pH es mayor que 7.

Biomasa: Masa total de los seres vivos, animales y vegetales, de un biotopo.

Capilar: Un tubo capilar es una conduccin de fluido muy estrecha y de pequea seccin

circular. Su nombre se origina por la similitud con el espesor del cabello. Es en estos

tubos en los que se manifiestan los fenmenos de capilaridad.

Caracterizar: Determinar con precisin.

xvi

Carbonilo: Se dice de los complejos con enlace C=O coordinado con un tomo metlico:

Un ejemplo es el tetracarbonilo de Niquel (O), Ni (CO)4.

Carboxilo: Grupo caracterstico de los cidos orgnicos formado por un tomo de

carbono, dos de oxgeno y uno de hidrgeno.

Catlisis: Accin que ejercen ciertos cuerpos en las reacciones qumicas de otros, sin

sufrir ellos mismos modificacin.

Catalizador: Sustancia que altera la velocidad de una reaccin qumica sin cambiar ella

misma durante la reaccin sin embargo, la sustancia catalizadora si puede presentar

cambios fsicos. Por ejemplo, grandes grumos de catalizador pueden convertirse en polvo

sin perder masa.

Cavitacin: Bajo la presin del agua, las burbujas se descomponen rpidamente y se

convierten en especie de onda de choque fuerte, que es el fenmeno de "cavitacin".

Cetano: Inflamabilidad de un gas-oil para motores de combustin interna, tipo Disel.

Cuanto mayor es el nmero de cetano, ms rpida es la inflamabilidad del combustible

en cuestin.

Cclico: Se dice de los compuestos que tienen un anillo de tomos. Si los tomos que

componen el anillo son iguales, el compuesto es homocclico. Si hay diferentes tomos

es heterocclico.

Cinemtica: Parte de la mecnica que estudia los movimientos de los cuerpos,

independientes de las causas o las fuerzas que los originan.

Desgomado o Degomado: Quitar las gomas. Quitar protenas o hidratos de carbono.

Epxicas: Son polmeros hechos con dos resinas que se combinan para formar resinas

an ms complejas.

Espectrofotometra: Medicin de la intensidad de radiacin a diferentes longitudes de

onda en un espectro, generalmente en las regiones visibles, infrarroja y ultravioleta.

Estequiomtrica: Se dice de las porciones en las cuales los elementos forman

compuestos. Un compuesto estequiomtrico es aquel en el cual los tomos se han

combinado en nmeros enteros sencillos.

steres: Tipo de compuesto orgnico que se forma por la reaccin entre un cido y un

alcohol. Si el cido es carboxlico la frmula es: RCOOR1, donde R y R1 son gropos

xvii

orgnicos. Los steres de cidos de bajo peso molecular y de alcoholes son compuestos

flagrantes voltiles.

Etimolgico: Origen de las palabras.

Fisisorcin: Proceso en el cual una capa de tomos o molculas de una sustancia se

forman en la superficie de un slido o un lquido. Todas las superficies slidas forman

capas de gas de la atmsfera circundante.

Fosftidos: Sal formada por el cido fosfrico.

Fosfolpidos: Compuestos de una molcula de glicerol y una o dos molculas de cidos

grasos unidos a un alcohol polar.

Gasleo: Aceite combustible empleado en los motores disel. Extrado por destilacin

del petrleo en bruto a una temperatura entre 250 C y 350C.

Glicerol: Lquido viscoso incoloro que se obtiene como producto secundario de la

manufactura del jabn por la reaccin de grasas animales con hidrxido de Sodio.

Hidrlisis: Reaccin entre un compuesto y agua. Algunos ejemplos son: sales de cidos

dbiles Na2CO3+2H2O-- 2NaOH+H2CO3.

Hidropirlisis: Hidratado la descomposicin trmica que tiene lugar cuando los

compuestos orgnicos se calientan a altas temperaturas en presencia de agua

Hidrosolubles: Dcese de los cuerpos solubles en agua.

Higroscpico: Es la capacidad de algunas sustancias de absorber humedad del medio

circundante.

Inmiscible: Se dice de las sustancias que no se pueden mezclar y que no se disuelven

entre s.

Ionizacin: Es el fenmeno qumico o fsico mediante el cual se producen iones, estos

son tomos o molculas cargadas elctricamente debido al exceso o falta de electrones

respecto a un tomo o molcula neutra

Isotropismo: Dcese de los cuerpos cuyas propiedades fsicas son idnticas en todas

las direcciones.

Jebe: Caucho.

Lipasa: Diastasa contenida en los jugos digestivos que hidrolizan los lpidos.

Lipdico. Referente a los lpidos o sustancias grasas.

xviii

Lixiviados: Lixiviacin, proceso de separacin de los compuestos solubles de una

mezcla mediante lavado con agua.

Metanlisis: Alcohlisis utilizando metanol.

Metxido: CH3O- anin derivado de metanol por la prdida de un protn. (Qumica)

Cualquier sal de este anin.

Miliequivalentes: Mili prefijo que denota 10-3.

Molaridad: Medida de la concentracin de soluciones que se basa en el nmero de

molculas o iones presentes, y no en la masa del soluto, en cualquier volumen particular

de solucin la molaridad (M) es el nmero de moles de soluto en un decmetro cbico

(Litro).

Normalidad: El nmero de equivalentes gramo por decmetro cbico de una solucin

dada.

Nucleoflico: Relativo a un nuclefilo, ion o molcula rica en electrones que toman parte

en una reaccin orgnica. El nuclefilo puede ser un ion negativo o una molcula con un

par de electrones no compartidos.

Oleaginosas: Aceitoso, oleoso, graso.

Perxido: xido que contiene el ion O-O-

Polidricas: Formas geomtricas limitadas por caras planas poligonales.

Protonacin: En qumica, la protonacin es la adicin de un protn (H+) a un tomo,

molcula, o ion. La protonacin es posiblemente la reaccin qumica ms fundamental y

es un paso en muchos procesos catalticos y estequiomtricos.

Quimisorcin: El proceso en el cual una sustancia se adsorbe sobre la superficie de otro

por medio de qumica en lugar de unin fsica.

Refraccin: Es el cambio de direccin que experimenta un rayo al pasar de un medio

menos refrigerante a uno ms refrigerante. Consiste en la desviacin de los rayos

luminosos cuando pasan de un medio a otro de distinta densidad ptica.

Resinas: substancias viscosas que fluyen de varios rboles, o cuerpo qumico artificial

anlogo a la resina.

Sulfatados: Compuesto en condicin de sulfatacin, por una sal o ster de cido

sulfrico.

Tetradricas: Forma geomtrica limitada por cuatro caras poligonales.

xix

Titulacin: Procedimiento en anlisis volumtrico en el cual una solucin de

concentracin conocida, se le agrega a una solucin de concentracin desconocida,

desde una bureta hasta alcanzar el punto de equilibrio.

Torque. Esfuerzo mecnico de torsin.

Transesterificacin: Reaccin qumica en la que un alcohol reacciona con un cido

graso (Tri., Bi. o monoglicrido) en presencia de una base, y se producen los

metilsteres.

Zeolitas. Se utilizan para ablandar el agua y en la refinacin del azcar. Las zeolitas

tienen una estructura cristalina abierta y se utilizan como tamices moleculares.

Abstract

xx

RESUMEN

El presente proyecto de investigacin, trata sobre la conformacin de una mezcla de

grasas y aceites residuales (GAR), para su caracterizacin, acondicionamiento y dems

pruebas analticas, previas a la transesterificacin, dentro del marco de un proyecto de

investigacin, sobre la optimizacin de la metodologa, que utiliza un diseo de factores

experimentales para la obtencin de biodiesel, a partir de (GAR). Cuya tira indiscriminada

en caeras y sistemas de drenaje urbanos, genera grandes problemas de taponamientos

de los sistemas. As como incrementa la produccin de lixiviados en los sitios de

disposicin final (Rellenos sanitarios) de los centros urbanos.

La reaccin de Transesterificacin, con alcoholes ligeros y aceites de origen vegetal, es

comn realizarla utilizando un catalizador bsico. Como las GAR son de origen vegetal y

animal, se plantea la utilizacin del metanol e hidrxido de potasio.

Se aplic un censo a los comercios de alimentos en la ciudad de Tuxtla Gutirrez

Chiapas, para determinar los porcentajes de los agregados, que conforman el total de las

GAR producidas en la ciudad.

A las muestras recolectadas, se les pre acondicion, separando en una primera etapa los

slidos suspendidos y precipitados, por decantacin y tamizado.

Se realiz la caracterizacin de las muestras, para determinar las condiciones y

naturaleza de las mismas, aplicando las pruebas fsico-qumicas de: ndice de acidez,

ndice de Saponificacin, ndice de Yodo, e ndice de Refraccin.

Posterior a la caracterizacin, se llev a cabo la conformacin de la mezcla GAR,

agregando las distintas muestras recolectadas, en los porcentajes sealados por un

mtodo estadstico empleado durante el censo de los comercios en la ciudad de Tuxtla.

A la mezcla as conformada se le acondicion, aplicando un proceso de desgomado con

agua y con cido, para retirar los compuestos hidrosolubles, como son las harinas,

(Conocidas como gomas) as como un proceso de adsorcin con Biosil A. Se realizaron

tambin las pruebas analticas de humedad, viscosidad, densidad, cidos grasos libres,

y estabilidad oxidativa, antes de realizar la transesterificacin.

Abstract

xxi

ABSTRACT

Nowadays, humans feel the need to find some other sources of energy to stop using fossil

fuels. To achieve this, it is necessary to be able to learn how use alternative sources of

fuels. They have the capacity to create new technologies that will help them achieve this

dream. Even though there exist bio-fuels, it seems that humans werent able to think

about them as a possibility. Bio-diesel can be created using the seeds of some oleaginous

plants. Since oleaginous plants can be cultivated, the source of this bio-fuel might be

endless. One of the best methods to produce bio-diesel is called alkaline trans-

esterification. Today biodiesel produced this way is being used mixed with conventional

diesel, and this has no negative effect on the engines of most trucks. There is a potential

market for this product. One of the things one needs to keep in mind is the production-

cost if we want this product to be successful. The high price of production of this bio-diesel

has placed this viable product on standby. We consider necessary to start a new line of

investigation to grow Ricinus communis in a big scale, these seeds will be used as the

raw matter for bio-diesel production. Through this project we got some information that

refers also to the economic analysis for the development of infrastructure.

22

CAPTULO I

INTRODUCCIN

1.1 Introduccin

La naturaleza variable de las ciencias, plantea problemas al tratar de aplicar principios

cientficos generales en el campo de la investigacin, obligando a entender que la esencia

de una ciencia es su metodologa, es decir: la forma en que llegamos a conocer la

realidad detrs de los fenmenos percibidos a simple vista, y la naturaleza de los mtodos

cambia constantemente. La transesterificacin, es el mtodo a travs del cual las

cadenas largas de cidos grasos, como los triglicridos, son transformados en steres,

comnmente llamado biodiesel.

El biodiesel es un combustible sustituto del gasleo para motores disel, el cual puede

ser producido partiendo de materias primas agrcolas (aceites vegetales y/o grasas

animales) (Lizana, 2008).

Para realizar la transesterificacin, que como ya se dijo es el mtodo de conversin de

las grasas o aceites en steres, se deben ejecutar pasos previos como la caracterizacin

y acondicionamiento de la materia prima, es decir determinar la naturaleza de la materia

en cuestin, y prepararla, o colocarla en condiciones ideales para el proceso de

transesterificacin.

Este trabajo de investigacin, trata especficamente sobre los trabajos llevados a cabo

para la caracterizacin y acondicionamiento, para una posterior transesterificacin de una

mezcla compleja de grasas y aceites residuales. Su conformacin segn el porcentaje de

agregados que la componen y la hacen una mezcla residual. Mezcla comnmente vertida

en los sitios de disposicin final, o en los sistemas de drenaje municipal, provocando

problemas de taponamiento de los mismos.

Todos estos trabajos fueron llevados a cabo en los laboratorios del Polo Tecnolgico

Nacional, Para el Desarrollo de Pruebas Analticas en Biocombustibles.

Captulo I. Introduccin

23

1.2 Planteamiento del problema

Se busca determinar las proporciones en porcentaje, para la conformacin de una mezcla

de grasas y aceites residuales, obtenida de una mezcla compleja e indefinida, para su

caracterizacin, acondicionamiento y posterior transesterificacin.

1.3 Justificacin

Por la razn de que las GAR de la industria de los alimentos condimentados, estn en

disponibilidad de ser acopiadas, en los sitios de generacin (comedores) sin mayores

costos que los de su recoleccin, son susceptibles de ser tratadas mediante un proceso

de Transesterificacin alcalina, para la obtencin de biodiesel (Ester metlico). Y de este

modo no se genera una industria agrcola exprofeso, para el cultivo de oleaginosas

destinadas a la produccin de biodiesel, y que compita con la produccin de oleaginosas

destinadas a la industria alimentaria. As como se abatiran problemas de taponamiento

en sistemas de drenaje pblicos, por una tira indiscriminada.

1.4 Objetivos

1.4.1 Objetivo general

Conformar una mezcla GAR, caracterizarla y acondicionarla para su uso posterior en la

obtencin de biodiesel, a travs de la transesterificacin alcalina.

1.4.2 Objetivos particulares

Caracterizar la materia prima GAR.

Acondicionar la materia prima GAR.

Determinar la proporcin porcentual de los agregados para conformar la mezcla

GAR.

Adaptar el proceso de Transesterificacin, para la obtencin de biodiesel a partir

de GAR, con el propsito de que este, sea utilizado en mezclas, con combustible

disel convencional.

Captulo I. Introduccin

24

1.5 Alcance

Se Caracteriz, se acondicion la mezcla GAR, y se realizaron las pruebas analticas

posteriores, para tener una mezcla idnea para la transesterificacin.

1.6 Limitaciones

Toda vez que el proyecto; caracterizacin y acondicionamiento de grasas y aceites

residuales, se contempla dentro de un proyecto ms amplio, denominado: Optimizacin

del mtodo, para obtener biodiesel de una mezcla GAR, mismo que se proyecta ejecutar

en un tiempo aproximado de cuarenta y ocho meses. Una estada de cuatro meses, es

un tiempo demasiado corto, que por necesidad impone una seria limitante, por lo que solo

se puede asistir a las primeras etapas del mismo.

Una parte importante de los mtodos de anlisis estadstico, tcnicas de anlisis

fisicoqumico de las muestras, y algunos otros datos torales de la investigacin, incurren

en el mbito de la confidencialidad, ya que forman parte de una tesis de doctorado, por

lo que se ha propuesto una sealada discrecin en el manejo de los resultados.

25

CAPTULO II

MARCO TERICO

2.1 Generalidades del biodiesel.

La vida para el motor disel comenz en 1893 cuando el famoso inventor alemn Rudolf

Disel pblico un artculo titulado La teora y construccin de un motor trmico racional.

Lo que el papel describi como un motor revolucionario en el cual el aire sera comprimido

por un pistn a una muy alta presin causando as una alta temperatura.

Rudolf disel dise el motor disel original para funcionar con aceite vegetal. El Dr.

Rudolf utiliz aceite de cacahuate como combustible en uno de sus motores en la

exposicin de Pars de 1900. (Snchez et al., 2008).

Debido a las altas temperaturas creadas, el motor era capaz de funcionar con una

variedad de aceites vegetales incluyendo el de camo y el de cacahuate.

En la Exposicin Universal de 1911 en Pars, el Dr. R. disel oper su motor con aceite

de cacahuate y declar El motor disel puede ser alimentado con aceites vegetales y

ayudar considerablemente en el desarrollo de la agricultura de los pases que lo utilicen.

Uno de los primeros usos del aceite vegetal transesterificado, fue impulsando los

vehculos pesados en Sudfrica antes de la Segunda Guerra Mundial. El nombre

biodiesel ha sido dado al aceite vegetal transesterificado para describir su uso como un

combustible disel (Snchez et al. 2008)

Disel estaba convencido de que el futuro de su motor era funcionar con combustibles

producidos a partir de la biomasa. El motor disel demostr ser un 100% ms eficiente

que los motores a vapor, que en ese entonces funcionaban a carbn y a aceites

procesados y as logr gran aceptacin mundial.

El biodiesel no corri con la misma suerte. En los aos veinte, los fabricantes de este

motor decidieron modificarlo para reemplazar el uso de aceites vegetales por disel

mineral (Snchez et al 2008.)

Captulo II. Marco Terico

26

Henry Ford fue otro de los visionarios que impuls el desarrollo de vehculos que

funcionaran con biodiesel.

A lo largo de la historia el biodiesel resurgi como alternativa en tiempos de crisis y

escasez, por ser fcil de producir y por la gran disponibilidad de cultivos energticos. Su

primera reaparicin importante fue durante la Segunda Guerra Mundial en Alemania y la

segunda fue en el ao 1970, durante la llamada crisis energtica. El elevado costo del

petrleo reaviv el inters en desarrollar el biodiesel como una alternativa al disel. Sin

embargo, una vez pasada la crisis, otra vez se comenz a aplicar subsidios al petrleo,

relegando al biodiesel al estatus de alternativo (Snchez et.al.2008).

2.2 El biodiesel como un tipo de biocombustible.

2.2.1 Caractersticas y propiedades del biodiesel.

Etimolgicamente un biocombustible es un combustible de origen biolgico, no obstante,

ms exactamente los biocombustibles son aquellos combustibles obtenidos de una

fuente biolgica, de manera renovable a partir de restos orgnicos. Los biocarburantes

son biocombustibles susceptibles de ser empleados en un motor de combustin interna

(motores disel y Otto), dado que en buena medida estos motores se instalan en los

vehculos, los biocarburantes se identifican como los biocombustibles para el transporte.

Los biocarburantes en uso proceden de materias primas vegetales, a travs de

transformaciones biolgicas y fsico-qumicas. (Milarium.2014)

El artculo 2 de la directiva 2003/30/CE del parlamento europeo y el Consejo, del 8 de

mayo de 2003, relativa al fomento del uso de biocarburantes u otros combustibles

renovables en el transporte, define biocarburantes como el combustible lquido o gaseoso

para transporte producido a partir de la biomasa, entendiendo por biomasa la fraccin

biodegradable de los productos, desechos y residuos procedentes de la agricultura

(incluidas sustancias de origen vegetal y animal), silvicultura e industrias conexas, as

como la fraccin biodegradable de los residuos industriales y municipales

(Milarium.2014).


27

Los biocombustibles son combustibles orgnicos primarios y/o secundarios derivados de

la biomasa. Estos pueden ser slidos, gaseosos o lquidos (Lizana, 2008).

Las principales formas de utilizacin de los biocombustibles son: la combustin para

producir calor aplicable a la calefaccin urbana, a procesos industriales, o a la generacin

de electricidad, y a la carburacin en motores trmicos, tanto de explosin como de

combustin interna (Lizana, 2008).

Dentro de los biocombustibles se encuentran los biocarburantes, trmino que agrupa al

conjunto de combustibles lquidos de origen vegetal que provienen de las distintas

reacciones fsico-qumicas que ha sufrido la materia orgnica. Los biocarburantes se

pueden dividir en dos grupos bsicos. Por una parte, se encuentran los bioalcoholes, que

provienen de la fermentacin alcohlica de cultivos vegetales ricos en azucares y, por

otra, los bioaceites, derivados de diversos tipos de especies oleaginosas, as como

tambin de la transformacin de los aceites vegetales usados. La ventaja de estos tipos

de combustibles radica en su origen. Provienen de material de forraje vegetal, al cual se

le ha extrado parte del dixido de carbono que se podra liberar en la atmsfera. Por eso,

su utilizacin como combustibles no implica un aumento neto de dixido de carbono a la

atmsfera, de manera que contribuye a minimizar el efecto de los gases invernadero

(Lizana, 2008).

2.2.2 Caractersticas del biodiesel.

El biodiesel es un combustible sustituto del gasleo para motores disel, el cual puede

ser producido partiendo de materias primas agrcolas (aceites vegetales y/o grasas

animales). Posee las mismas propiedades del combustible disel empleado como

combustible para automviles, camiones, mnibus y puede ser mezclado en cualquier

proporcin con el disel obtenido de la refinacin del petrleo. Uno de los principales

beneficios del biodiesel es su bajo contenido de azufre y que, debido a la presencia de

oxgeno en su composicin qumica, su combustin es ms completa, reduciendo la

emisin de partculas, monxido de carbono e hidrocarburos no quemados, entre otros

contaminantes (Lizana, 2008).


28

Por otro lado, durante su proceso de produccin se produce un subproducto altamente

valorado, como es el caso de la glicerina, la cual luego de su purificacin puede ser

utilizada, en mltiples usos, en la industria farmacutica y cosmtica, donde cuenta con

una gran demanda (Castro et al. 2007).

Figura 2.1 Estructura molecular del biodiesel (Snchez et al. 2008)

2.2.3 Propiedades fsicas y qumicas del biodiesel.

El biodisel es un liquido que vara en color, y varia entre el dorado plido y el marrn

oscuro. Es inmisicible con el agua y tiene un alto punto de ebullicin (182 338C), y baja

presin de vapor (menos de 2mm de Hg). El punto de inflamacin del biodisel es 93C,

que es significativamente mayor que la del disel 38C o la gasavin -43C. El biodiesel

tiene una gravedad especfica entre 0.86 y 0.90 (menor que el agua), y una densidad de

vapor mayor a 1 (es mas pesado que el aire). Debido a un punto de inflamacin mayor,

el biodisel se considera que es menos peligrosos, pero como con todo lquido inflamable,

se quemar. Cuando el lquido se expone al calor, aumentar su temperatura y

comenzar a emitir vapores que pueden encenderse. Otra propiedad de este tipo de

lquidos es que cuando de queman producen gran cantidad de calor (ciquime Argentina,

2014). Las mezclas ms comunes de biodiesel se enlistan a continuacin:

B20: contiene un 20% de biodiesel

B99: contiene el 99% de biodiesel

B100: es el biodiesel puro


29

La mezcla de combustibles con biodiesel puede tener lugar en una planta (antes de la

carga en camiones cisterna), mezclado en el camin cisterna (aadiendo primero un tipo

de combustible y luego el otro en el camion), o mezclado en el momento (carga de cada

tipo de combustible al mismo tiempo) (ciquime Argentina, 2014).

2.2.4 Tipos de biodiesel.

Como se sabe el aceite comestible se obtiene a partir de diversos tipos de semillas como

por ejemplo de girasol, pero tambin del fruto del olivo (aceitunas), de la soja, etc., estos

aceites pueden servir para desarrollar el biodiesel pero tienen la desventaja de un costo

elevado de produccin, tambin se pueden usar otros aceites como el de man, o el aceite

de palmera que usan mucho los brasileos. Se dice que depende de la semilla cuyo

cultivo sea ms redituable, menos complejo, y requiera de menos cuidados. Es por esto

que con la finalidad de utilizarlo para desarrollar el biodiesel, no es necesario llevar a

cabo la seleccin que s es necesaria para los aceites comestibles, en los que influyen

diversos requisitos como el sabor, la textura, el color, etc.(Sayas, 2014).

El aceite comestible que uno compra en el supermercado ha sufrido todo un proceso de

refinacin, y adems se eligen las semillas que brindan un mejor sabor, porque lo que le

da el sabor son pequeas concentraciones de sustancias saborizantes o a veces el propio

aceite tambin lo tiene, y claro, por eso la diferencia entre el sabor de un aceite de girasol

y uno de oliva. Pero en cambio para el biodiesel la materia prima que es el aceite, no

necesita de todas las etapas de refinacin, sino solamente de una primera etapa conocida

con el nombre de degomado o desgomado.

2.2.5 Usos del biodiesel.

El biodiesel es un biocombustible derivado de aceites o grasas animales o vegetales, que

puede ser utilizado como sustituto o como aditivo del disel de petrleo convencional.

Tanto la finalidad como las consideraciones tcnicas para su uso sern algo diferentes

en cada caso.


30

Aunque lo sustancial es que el biodiesel no requiere mayores modificaciones

tecnolgicas tanto para su distribucin, comercializacin o uso en motores tipo disel

(Castro et al., 2014).

Se usa puro o en mezclas con gasoil de petrleo. La forma ms prctica de hacerlo es

sustituyendo hasta 20% del gasoil con el ster (B20), no siendo necesarios la adaptacin

o el cambio de los motores (Sayas, 2014).

2.2.6 Usos del biodiesel puro.

El biodiesel puro (B100, como se conoce en la nomenclatura tcnica asumida por varios

pases, donde B representa al biodiesel y 100 representa al porcentaje de mezcla con

disel, en este caso 100 porque la mezcla es 100% de biodiesel y 0% de disel) tiene

propiedades fsicas y qumicas similares a las del disel de petrleo, y por lo tanto puede

ser utilizado con los mismos equipos y motores que el disel con poca o ninguna

modificacin. El cumplimiento de las normas tcnicas de calidad es suficiente para

garantizar que su uso no va a causar problemas de performance en el motor. Sin

embargo, algunas propiedades especficas del B100 deben ser tomadas en cuenta

durante su manipulacin y uso (Castro et al., 2014).

2.2.7 Usos del biodiesel en mezclas.

La forma ms comn de utilizar el biodiesel es en mezclas en diferentes porcentajes con

el disel de petrleo, es decir, en forma de aditivo. Este enfoque tiene las siguientes

ventajas:

Se reducen los problemas de uso en climas fros.

Se evitan los problemas de incompatibilidad del biodiesel con el caucho y otros

plsticos de mangueras y empaquetaduras.

Se reduce el efecto de solvente.

Se mejoran las emisiones (aunque en menor porcentaje que si se usa biodiesel

puro), sin reducir significativamente la potencia y torque (Castro et al, 2014).


31

Diferentes pases fomentan determinados porcentajes de mezcla, segn los objetivos que

quieran alcanzar.

Si se desea promover el empleo en el sector agropecuario mediante la produccin

de aceites vegetales para biodiesel, se debe tener en cuenta la capacidad de

produccin local de oleaginosas. Este es el enfoque de Brasil que establece

mezclas del 2% en un inicio y luego del 5% y de la Comunidad Europea con

diferentes enfoques de mezcla segn cada pas.

Si el objetivo es mejorar la calidad del aire en las ciudades, se requiere mezclas

de al menos 20% o 30% de biodiesel.

Con mezclas mayores al 20-30% se logran mayores beneficios de reduccin de

emisiones de CO2, material particulado e hidrocarburos, pero las emisiones de

NOx pueden subir (dependiendo del tipo de motor). De importancia especial es la

reduccin en las emisiones de hidrocarburos poli cclicos, aromticos y otros

compuestos carcinognicos o txicos que se encuentran normalmente en los

escapes del disel. Sin embargo, con estos niveles de mezcla se debe tener

cuidado con el uso del combustible en climas fros (por debajo de 0C), con el

efecto de disolucin y limpieza del biodiesel, y con compatibilidad con los

materiales de las mangueras y empaquetadoras (Castro et al., 2014).

2.2.8 Propiedades solventes del biodiesel.

El biodiesel es un buen solvente. Si es incorporado en un sistema que anteriormente era

alimentado con disel, y an ms con un disel con alta cantidad de impurezas como el

que se tiene en Per, el biodiesel puede con el tiempo soltar y disolver sedimentos

dejados por el combustible anterior en los tanques y sistemas de combustible. Al remover

estos sedimentos, ellos entrarn en el flujo de combustible, pudiendo ocasionar taponeo

de filtros y/u obstruccin de los conductos de combustible.

Es muy recomendable, entonces, limpiar el sistema de almacenamiento y conduccin del

combustible antes de cambiar a biodiesel, y revisar los filtros de los vehculos y el interior

del sistema de distribucin antes de usar por primera vez el biodiesel y cambiarlos antes

y despus del primer uso de biodiesel en caso de ser necesario.


32

Asimismo, hay que tener cuidado con las superficies pintadas, ya que el biodiesel puede

disolver ciertos tipos de pinturas (Castro et al, 2014).

2.2.9 Compatibilidad del biodiesel con ciertos materiales.

El biodiesel puro no es compatible con algunos materiales utilizados normalmente en

mangueras y empaquetaduras. El B100 puede ablandar y degradar algunos tipos de jebe

(Bunan, nitrilo, caucho natural), haciendo que goteen o incluso se vayan desintegrando

con el tiempo. Esto puede causar derrames de combustible, problemas en la bomba de

combustible, u obstruccin del filtro con partculas del material de las mangueras. Si se

utiliza biodiesel puro, o en mezclas mayores al 20%, se debe comprobar que los

materiales de todas las mangueras y empaquetaduras del sistema de combustible son

compatibles con este biocombustible. Muchas marcas de vehculos ya vienen de fbrica

con mangueras resistentes al biodiesel, pero no todas, ya que estos materiales son

ligeramente ms caros (Castro et al., 2014).

Al comienzo del proceso de refinacin, el aceite no solo est compuesto por los steres

del glicerol ya mencionados que son mayoritariamente los componentes del aceite, sino

tambin por otras sustancias como las lecitinas o fosfolpidos que son compuestos

orgnicos que contienen fsforo y es necesario eliminar, incluso estas sustancias

eliminadas son aprovechadas para realizar otras tareas. Luego de esta etapa, en la que

se dice el aceite ha sido desgomado o degomado, el aceite ya est procesado como para

ser utilizado como materia prima para la produccin de biodiesel (Sayas, 2014).

El biodisel es un ster que puede hacerse a partir de distintos tipos de aceites: girasol,

colza, soja, aceite de palma, grasas animales y hasta de aceites usados provenientes de

la industria alimenticia.


33

2.3 Materias primas para la obtencin de biodiesel.

2.3.1 Aceites vegetales.

El aceite vegetal como producto, es una sustancia que se ha obtenido a travs de frutos

con un alto contenido en cidos grasos, como el fruto del olivo, es decir, la oliva, el del

cocotero como el de palma entre otros: tambin se extraen mediante semillas con las

mismas caractersticas, estas se diferencian del resto de semillas de las cuales no se

extrae aceite (Botnica. 2007).

Al ser denominadas semillas oleaginosas. Algunos ejemplos son las semillas de girasol,

del lino, de colza, de ricino, de soja o de incluso una legumbre con un alto contenido

lipdico como es el cacahuate. Tambin se extrae aceite de aguacate, frutos secos como

nueces y almendras o incluso de algodn y del man (Botnica. 2007). En la Tabla 2.1 se

muestran algunos ejemplos de lo arriba sealado.

Tabla 2.1 Composicin aproximada de algunas grasas y aceites. Fuente: (depa.fquim.unam, 2014).


34

2.3.2 Caractersticas de los aceites vegetales.

El estado habitual de los aceites vegetales es lquido, a temperatura ambiente, al

contrario de lo que sucede con las grasas de origen animal, que suelen ser slidas a esta

temperatura, esto se debe a que contienen mayor contenido de cidos grasos saturados

(Botnica 2014).

Por eso, los aceites de palma entre otros, son una excepcin, porque aun siendo de

origen vegetal son tan saturados en su composicin que son slidos a temperatura

ambiente.

Tambin existen productos obtenidos a partir de aceites vegetales que tienen un estado

slido, debido a la hidrogenacin de sus cidos grasos, es decir, se les ha sometido a un

proceso de saturacin, un ejemplo son la margarinas vegetales (Botnica. 2007). Algunos

ejemplos de esto se muestran en la Tabla 2.2

Tabla 2.2 Componentes de algunas grasas. Fuente: (depa.fquim.unam, 2012).


35

2.4 Procesos para la obtencin de biodiesel.

2.4.1 Enzimticos.

La reacciones de transesterificacin pueden ser catalizadas por enzimas. Las mas

utilizadas en la actualidad es la lipasa. La reaccion toma lugar a presin normal y

temperatura entre 50 y 55 grados celcius, con bajo consumo de energa. El rendimiento

de la metanlisis depende de varios factores como la temperatura, pH, tipo de

microorganismos que produce la enzima, el uso de solventes, etc. De cualquier modo,

los bajos rendimientos de metil steres y el muy largo tiempo de reaccin hace que los

proceos enzimticos no sean competitivos en la actualidad (Alvarez, 2014).

Aunque para (Lopez et al, 2003) es un proceso que ofrece ventajas, y el lo refiere asi: La

transesterificacin enzimtica es una tecnologa que permite generar grasas funcionales,

y las ventajas ms importantes que ofrece, con respecto a las otras tcnicas de

modificacin estructural de lpidos, son el uso de temperaturas relativamente bajas, la

selectividad de catalizador y, que normalmente no es necesario implementar etapas

posteriores de purificacin de los productos.

2.4.2 Hidropirlisis de triglicridos.

Un camino con fundamento qumico diferente para la convercin de bio-triglecridos a

combustibles, es la hidrogenacin seguida por pirolisis en presencia de un catalizador. El

combustible producido es esencialmente una mezcla de hidrocarburos de cadena larga

llevados por steres de cadena larga. Despus la alimentacin es valorada, incluyendo

glicerol convertido a propano. Es lgico que el combustible resultante tenga propiedades

de combustin superiores comparados con los steres del biocombustible, asi como un

nmero de cetano mayor (84 a 99). Por estas razones este producto es ocasionalmente

llamado biodiesel de segunda generacion. De cualquier modo. Este proceso implica la

disposicin de fuentes de hidrgeno de bajo costo, como tambin equipo mas caro y

sofisticado (Alvarez, 2014).


36

2.4.3 Procesos catalticos continuos.

El proceso continuo trabaja a baja presion, el cual es capaz de procesar una alimentacin

con una gran cantidad de cidos grasos libres, como aceites vegetales no refinados. El

monto de los acidos grasos libres se deberia reducir por debajo del 1%, pero

preferiblemente, por debajo del 0.5%. Despues, la reaccion de transesterificacin

continua en la R2. Un catalizador homogneo es entonces utilizado. La conversin

deberia ser entonces mas alta, en general arriba del 98.5%, para asegurar alto

rendimiento en monosteres y minimas cantidades de mono/ di/ trigliceridos, se deben

emplear como minimo dos reactores en serie con separacion intermedia de glicerol.

Comunmente deben ser tres o mas reactores, segn sean las necesidades del proceso,

los procesos industriales, es decir la produccin a nivel industrial lo demanda as. La

mezcla es entonces sometida a separacion de fase en steres crudos y glicerol en la

unidad S1. Fig.2.2. La separacion puede tomar lugar por decantacin o centrifugacin.

La fase de glicerol es tratada con cido para remocin de jabones y recuperacin de

cidos grasos libres. Entonces, el metanol se recupera por evaporacion y es reciclado.

Los esteres crudos siguen la ruta de separacion de metanol en la unidad S4. Fig. 2.2 La

neutralizacin del catalizador, asi como el acondicionamiento del biodiesel para lavado y

secado El balance de materia es cerrado para la recuperacion del exceso de metanol de

la solucin acuosa por medio de destilacin (Alvarez, 2014).

2.4.4 Catlisis homognea.

La catlisis homognea todava permanece empleada hoy en da debido a que se

asegura tecnologa simple y robusta, as como tambin tasas de reaccin altas. Aunque

tambin ofrece desventajas importantes, econmicas y ambientales. Para la produccin

de biodiesel por transesterificacin pueden ser utilizadas ambos tipos de catlisis, bsica

y cida, pero la bsica resulta mucho ms eficiente (lvarez, 2014).

La figura 2.2, describe grficamente la produccin de biodiesel, en un proceso cataltico

continuo en la industria. Tomando en cuenta las variantes que imponen las necesidades

de la industria, el modelo varia.


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Figura 2.2 Produccin de biodiesel en un proceso cataltico contino. Fuente: (Alvarez, 2014).

En el primer mecanismo (catlisis cida), el primer paso consiste en la activacin del

triglicrido por protonacin en el grupo CO, donde el oxgeno es ms activo, seguido por

la formacin de complejos carbocatinicos. Por ataque nucleoflico con metanol se forma

un complejo de carbono tetradrico, el cual al perder el protn se descompone

nuevamente en esteres grasos de metilo y di glicridos. La metanlisis puede darse

similarmente con di glicridos y mono glicridos (Alvarez, 2014).

Se puede observar que si hay agua presente producir cidos grasos por hidrlisis y

como consecuencia decrecer el rendimiento de steres grasos. Por esta razn la

concentracin de agua en los triglicridos debe ser reducida abajo del 0.5% (lvarez,

2014). La catlisis bsica envuelve un mecanismo completamente distinto. Las especies

activas en este caso son el alcxido, llamado metxido. Este puede ser producido in situ

por reaccin del metanol con el hidrxido liberando agua. El metxido puede ser

introducido como procesamiento desde un alcohol y un metal alcalino. En este caso. La

ausencia de agua favorece la tasa de reaccin, para despus pasar a un post tratamiento.

El primer paso consiste en un ataque nucleoflico del metxido al grupo carbonilo para

dar lugar a la formacin de un complejo carboaninico tetradrico.


38

Despus, este complejo en transicin se descompone en esteres grasos y anin di

glicerol, el cual reacciona con una molcula de alcohol reformando la especies catalticas.

Las otras etapas de Transesterificacin toman lugar de manera similar (Alvarez, 2014).

2.4.5 Catlisis heterognea.

El remplazo de catalizadores homogneos por catalizadores slidos presentan ventajas

econmicas y tecnolgicas obvias. Por esta razn, una considerable investigacin se

desarrolla en esta rea. Una primera aplicacin recae en las reacciones de esterificacin.

Aqu, los catalizadores slidos con carcter cido pueden ser utilizados, como las

zeolitas, resinas de intercambio inico, de metales sulfatados, fibras de carbn

sulfatadas, etc., sin embargo, solo una pequea parte de estas pueden ser utilizadas para

los fines propuestos (Alvarez, 2014).

La segunda rea de catlisis heterognea en la manufactura de biodiesel es la relacin

de transesterificacin. Aqu los catalizadores bsicos exhiben mucha ms actividad que

los catalizadores cidos, pero encontrar catalizadores efectivos es todava un gran

problema. Algunos xidos de metales slidos como el magnesio y el zinc pueden ser

utilizados directamente pero actan principalmente por medio de un mecanismo

homogneo, produciendo una gran cantidad de jabones o gliceratos. Una variedad de

catalizadores sintticos basados en xidos de metales alcalinotrreos (Ca, Mg, Zn, Sn)

han sido estudiados mucho, pero su robustez y actividad resultan ser insuficientes. Como

se mencion anteriormente, se ha reportado una satisfactoria aplicacin industrial en

catlisis heterognea bsica, pero no ha sido conformada por otros estudios (Alvarez,

2014).

2.4.6 Mtodo de reaccin ultrasnica.

En el mtodo de reaccin ultrasnica, las ondas ultrasnicas causan que la mezcla

produzca y colapse burbujas constantemente. Esta cavitacin proporciona

simultneamente la mezcla y el calor necesarios para llevar a cabo el proceso de

transesterificacin.


39

As, utilizando un reactor ultrasnico para la produccin del biodiesel, se reduce

drsticamente el tiempo, temperatura y energa necesaria para la reaccin. Y no slo

reduce el tiempo de proceso sino tambin de separacin. De ah que el proceso de

transesterificacin puede correr en lnea sin utilizar el procesamiento por lotes. Los

dispositivos ultrasnicos de escala industrial permiten el procesamiento de varios miles

de barriles por da. Durante el ltimo ao el uso del equipo ultrasnico aumentaba

significativamente a causa de sus ventajas econmicas (Levy, 2014).

2.5 Caracterizacin de la materia prima

Antes de iniciar el proceso de transesterificacin de los triglicridos, se debe caracterizar

la materia prima, es decir: se deben conocer las caractersticas que presenta la materia

prima que se va a convertir en biodiesel. Para tal efecto se deben realizar las pruebas de

ndice de acidez, ndice de saponificacin, ndice de refraccin e ndice de perxidos.

2.5.1 ndice de acidez.

La prueba de I.A se basa en la titulacin de cidos grasos libres, con un lcali. Por

definicin se dice que: es la cantidad en mg de KOH necesaria para neutralizar los cidos

grasos libres presentes en un gr de grasa o aceite, Y para el caso de esta investigacin,

tambin de la mezcla GAR.

Es importante sealar que el ndice de acidez, no se refiere a los sabores cido,

astringente o desagradable de un aceite, sino que es un coeficiente de laboratorio, que

determina la proporcin de cidos grasos libres, presentes en una muestra determinada,

y que se miden en grados o comnmente en porcentajes, que se determinan en pruebas

de laboratorio. NMX-F-101-1987.

2.5.1.1 Ecuaciones para expresar el ndice de acidez.

El resultado del ndice de acidez, se expresa en mg de KOH, de acuerdo con la siguiente

ecuacin:

. =56.1

Ecuacin 2.1


40

En donde:

56.1 = equivalente qumico de la potasa

N = normalidad de la solucin de KOH

V = ml de solucin valorada de KOH gastadas en la titulacin de la muestra

P = masa de la muestra en gramos

Se debe expresar como % de cido oleico, palmtico o larico, aplicando la siguiente

expresin, utilizando el meq (mili equivalente) del cido graso de referencia:

%

100 Ecuacin 2.2

Sustituyendo valores en la ecuacin 2, tomando como referencia el cido Oleico

% ()0.282

100 Ecuacin 2.3

En donde:

Meq. = mili equivalente qumico del cido graso de referencia

N = normalidad de la solucin de KOH

V = ml de solucin valorada de KOH gastados en la titulacin de la muestra

P = peso de la muestra en gramos

Oleico = 1.99

Hacer por duplicado, con variacin no mayor de 0.25 %

Tabla 2.3 Calculo en los gramos para la preparacin de la muestra.

0.25 N 56.11 g 1L = 14.0275 g

1 N 1L

2.5.2 ndice de saponificacin.

Por definicin, se dice que el ndice de saponificacin es: La cantidad de KOH expresado

en miligramos, necesario para saponificar un gramo de aceite o grasa. El ndice de

saponificacin es una medida para calcular el pm. De los cidos grasos presentes en una

muestra.


41

La palabra saponificar quiere decir producir jabn. La hidrlisis alcalina de un TG

(Triglicrido) produce glicerol y las correspondientes sales de cidos grasos que forman

el TG. Ahora, es destacable sealar la importancia del ndice de saponificacin, ya que

este nos permite calcular el peso molecular de los triglicridos que se convertirn en

biodiesel. Conocer el peso molecular de estos es necesario para poder establecer las

relaciones molares metanol/aceite para la transesterificacin. Pues se sugiere que la

relacin molar, sea ligeramente superior a la estequiomtrica, para asegurar una reaccin

completa. NMX-F-174-S-1981.

2.5.2.1 Ecuaciones para expresar el ndice de saponificacin.

Ejemplo:

Tripalmitina + 3 KOH 1 glicerol + 3 C15 H3, COOK (Jabn)

Pm 860 gr / mol. 56 gr / mol.

Es decir: 168

860 = . Ecuacin 2.4

Como siempre se requieren 3 moles de KOH para hidrlisis alcalina, se puede decir que:

. 168

. = 1

28.05 Ecuacin 2.5

Donde:

V1. = ml. De solucin de HCL 0.5 N empleados en la titulacin del testigo.

Vm.= ml. De solucin empleados en la titulacin de la muestra.

Pm.= Masa de la muestra en gramos.

28.05 = mg. De KOH equivalente a un ml. De HCL 0.5 N.

Tabla 2.4 Calculo de los gramos y la normalidad del catalizador para l I.S.

0.5 N 36.46 gr 500 ml 1Lt 100 ml = 20.60

1 N 1000 1.1877 gr 37.25 Ml


42

2.5.3 ndice de refraccin.

El ndice de refraccin es la relacin que existe entre el seno del ngulo de incidencia y

el seno del ngulo de refraccin de un rayo luminoso, de una longitud de onda

determinada, que pasa del aire a la sustancia en examen.

Esta se mantiene a una temperatura constante y determinada. Segn el aparato utilizado,

el mtodo se basa en la medida directa del ngulo de refraccin; o bien, en la observacin

del lmite de reflexin total, manteniendo la sustancia dentro de condiciones de

isotropismo y transparencia. NMX-F-074-S-1981.

2.5.4 ndice de perxidos

ndice de Perxido: Es la cantidad en microgramos de oxgeno activo, en un gramo de

substancia, que nos indica el grado de envejecimiento en los aceites esenciales. Por

definicin, se debe entender que el ndice de perxidos es aquel que indica, los

miliequivalentes de oxgeno en forma de perxido, por kg. De grasa o aceite. Y se basa

en la determinacin, en la solucin de prueba, de la cantidad de perxidos contenidos,

por medio de una titulacin. NMX-F-154-1987.

2.5.4.1 Ecuaciones para expresar el ndice de perxidos:

Se calcul el ndice de perxidos, expresando los ml de perxidos contenidos en un kg

de grasa o aceite mediante la siguiente frmula:

I.P = (A - 1) N 1000

Ecuacin 2.6

Donde:

I. P = ndice de perxido

A = ml de solucin de tiosulfato de sodio gastados en la muestra

A1 = ml de solucin de tiosulfato de sodio gastados en la titulacin del testigo

N = Normalidad de la solucin de tiosulfato de sodio

M = Masa de la muestra en gramos


43

Tabla 2.5 Regla del casillero, para determinar los gr/mol de la muestra. Fuente propia

0.1 N 124.09 100

1 N 1000

2.6 Acondicionamiento de la materia prima.

El acondicionamiento de la materia prima, se realiza con la finalidad de contar con una

materia prima libre de slidos en suspensin, o materiales no deseables. Y como las

gomas, que interfieran con las diferentes pruebas fisicoqumicas, que se les harn a las

muestras, y la mezcla GAR, para la produccin de biodiesel.

2.6.1 Degomado de grasas y aceites.

El proceso de desgomado consiste; en la extraccin acuosa o cida de los compuestos

hidrosolubles, presentes en las grasas y aceites, como son las protenas y los hidratos

de carbono.

Las grasas y aceites contienen compuestos complejos de fsforo, comnmente,

conocidos como fosftidos o fosfolpidos, compuestos saponificables que floculan y

precipitan por adicin de agua o cido, comnmente compuestos por una molcula de

glicerol y una o dos molculas de cidos grasos unidos a un compuesto orto fosfrico y

este a su vez unido a un alcohol polar. La expresin de resultados deber hacerse de

acuerdo a las ecuaciones siguientes:

Masa de soluto disuelto en 100 gr de solucin

% m/m =

+ 100 =

100 Ecuacin 2.7

% volumen/volumen. Volumen de un lquido en 100 ml de solucin.

% v/v = .

. 100 Ecuacin 2.8


44

% m/v =

100 Ecuacin 2.9

2.6.2 Determinacin de humedad.

La determinacin de humedad es un paso obligado en el anlisis de alimentos. Es la base

de referencia que permite: comparar valores; convertir a valores de humedad tipo;

expresar en base seca y expresar en base tal como se recibi.

Por estas razones debe seleccionarse cuidadosamente el mtodo a aplicar para la

determinacin de humedad en un alimento, ya que un mismo mtodo no sirve para todos

los alimentos.

En general, los mtodos ms usados aplican un cierto grado de calor.

La expresin de resultados se realizar de acuerdo a lo sealado por la ecuacin 2.10.

% de humedad y materia voltil = 12

1 100 Ecuacin 2.10

Donde:

M1 masa inicial de la muestra en gramos

M2 masa final de la muestra en gramos

Repetibilidad: La diferencia entre determinaciones efectuadas por duplicado no debe ser

mayor de 0.002 gr.

El alimento analizado sufre cambios que pueden afectar el valor obtenido como humedad.

Se pierden compuestos voltiles junto con el agua, como alcohol, aceites esenciales y

materia grasa.

(FAO, 2008).

2.6.3 Que es la adsorcin.

Como se muestra en la Figura 2.3 el proceso de adsorcin, es la separacin o

acumulacin selectiva de una sustancia, contenida en una fase fluida o gaseosa, sobre

la superficie de un slido. Como el soluto contenido en un solvente por ejemplo,

conocidos como adsorbato y adsorbente, respectivamente.


45

Los adsorbentes como caractersticas preferenciales, debern tener una gran capacidad

de adsorcin, y una gran velocidad de adsorcin.

Es decir: una gran cantidad o volumen de micro poros o sitios activos, que atrapen las

molculas del adsorbato.

Figura 2.3 Concepto grfico de adsorcin.

Fuente: Unidad 3 adsorcin_19664 p

Los adsorbentes son estructuras porosas y polidricas, que posibilitan el proceso de

acumulacin selectiva del adsorbato, la de la bentonita es tetradrica por ejemplo. La

sorcin es el proceso de acumulacin en los sitios activos, junto con la absorcin, y la

desorcin es el proceso inverso. Pueden darse ambos y cuando es as, se complica

diferenciar el efecto de ambos fenmenos. La adsorcin de tomos y molculas, modifica

la energa total del sistema. Termodinmica, y cinticamente. La adsorcin es la interface

que puede darse entre (LG, SG, LS,). En este fenmeno se da la Quimisorcin y la

fisisorcin.

2.6.4 Que es la absorbancia.

La espectrofotometra, es una tcnica muy utilizada en las pruebas analticas de

laboratorio, y es realizada por el instrumento conocido como espectrofotmetro. Es

importante no confundir con la espectrometra de masas, que implica un impacto qumico

en la muestra, a diferencia de la anterior cuyo impacto es meramente fsico.


46

Este mecanismo de anlisis se realiza en funcin de la longitud de onda, pues se da la

relacin entre valores de la proyeccin de dos haces de luz de una misma magnitud

fotomtrica.

Se basa en la proyeccin de un haz de luz monocromtico, a travs de un medio acuoso,

en este caso la muestra, y medir la cantidad de luz que es absorbida por la muestra,

objeto de estudio.

Siendo as como el aparato ejecuta dos acciones, a saber: Brindar informacin acerca de

la naturaleza de la sustancia, que se encuentra presente en la muestra, motivo del inters

del analista, y de manera indirecta medir la cantidad de la sustancia en cuestin presente

en la muestra.

La absorbancia A de una solucin se define mediante la ecuacin:

A = log T = log

2.6.5 Que es la Transmitancia.

La Figura 2.4 muestra la razn del fenmeno de causa y efecto, de un haz de radiacin

paralela antes y despus de que ha pasado a travs de una capa de solucin que tiene

un espesor de b cm y una concentracin c de una especie absorbente.

Figura 2.4 Transmitancia

Como consecuencia de interacciones entre los fotones y las partculas absorbentes, la

potencia del haz es atenuada.

La Transmitancia T de la solucin es entonces la fraccin de la radiacin incidente

transmitida por la solucin:


47

T=

La Transmitancia se expresa a menudo como %

% T=

100

2.7 Determinaciones posteriores al acondicionamiento de la materia prima.

2.7.1 Perfil de cidos grasos.

El perfil de cidos grasos es un factor de identificacin de las grasas y aceites, presentes

en una muestra dada. NMX-F-101-SCFI-2012.

2.7.2 Determinacin de la estabilidad oxidativa.

El ndice de Estabilidad de Aceites (OSI) se define como el punto de cambio mximo de

la taza de oxidacin, o, matemticamente como el mximo de la segunda derivada de la

conductividad con respecto al tiempo.

Todos los aceites y grasas tienen una resistencia a la oxidacin la cual depende del grado

de saturacin, antioxidantes naturales o aadidos, pro-oxidantes o abuso anterior. La

oxidacin es lenta hasta que se vence la resistencia, momento en el cual se acelera la

oxidacin y se lleva acabo rpidamente. La duracin del periodo antes de que se d esta

oxidacin acelerada es la medida de la resistencia a la oxidacin y se conoce

comnmente como periodo de induccin.

Esta norma mexicana establece el procedimiento para determinar el ndice de estabilidad

OSI y es aplicable en general a todas las grasas y aceites. Pero puede usarse para

analizar aceites crudos u otro tipo de aceites que tienen la tendencia a formar espuma, si

a estos se le aade una gota de antiespumante de silicn antes de su anlisis. Este

anlisis es un reemplazo del Mtodo de oxgeno Activo (AOM) para estabilidad de grasas.

NMX-F-012-SCFI-2005 2/11.


48

2.7.3 Pruebas de viscosidad.

Esta propiedad es una de las ms importantes en el estudio de los fluidos y se pone de

manifiesto cuando los fluidos estn en movimiento. La viscosidad de un fluido se define

como su resistencia al corte. Se puede decir que es equivalente a la friccin entre dos

slidos en movimiento relativo. La viscosidad cinemtica es una medida de la resistencia

a fluir de un lquido sobre el cual acta la gravedad. La presin es proporcional a la

densidad.

NMX-C-240-1985.-NMX-C-241 Esta Norma Oficial Mexicana establece las

especificaciones para la determinacin de la viscosidad cinemtica de resinas epxicas

lquidas y de sus soluciones, mediante el tiempo que tarde un volumen de lquido para

fluir bajo la accin de la gravedad de un viscosmetro capilar de vidrio calibrado. La

viscosidad dinmica puede obtenerse multiplicando la viscosidad cinemtica por la

densidad del lquido.

2.8 Proceso seleccionado.

Habiendo conocido las caractersticas y propiedades de las materias primas, se elige el

mtodo de obtencin del biodiesel (ver seccin 2.4), En este trabajo se ha elegido

Evaluacion de una mescla complega GAR

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