LABORATORIO NPRODUCCION DE BIODIESEL1. OBJETIVOSObtencin de biodiesel a partir de aceite usado.

2. FUNDAMENTO TEORICODefinicinEl biodiesel se hace a partir de grasas de origen animal y vegetal, que desde el punto de vista qumico son triglicridos. No puede hacerse con grasa de origen inorgnico, como el aceite lubricante.Cada molcula de triglicrido est formada por tres molculas de cido graso unidas a una molcula de glicerina. La reaccin de formacin de biodiesel consiste en separar los cidos grasos de la glicerina con ayuda de un catalizador (NaOH o KOH), y unir cada uno de ellos a una molcula de metanol o de etanol. Esta reaccin se llama transesterificacinSe obtiene por la transesterificacin de triglicridos (aceite). El producto obtenido es muy similar algasleoobtenido del petrleo (tambin llamado petrodisel) y puede usarse enmotores de ciclo disel, aunque algunos motores requieren modificaciones

ProcesoEl combustible alternativo es producido a partir de los aceites vegetales convirtiendo a los triglicridos en steres de metilo o etilo, a travs de un proceso denominado transesterificacin. En el citado proceso se produce la reaccin de las tres cadenas de cidos grasos (cadenas steres) de cada molcula de triglicrido, con un alcohol, producindose la separacin de estas cadenas de la molcula de glicerina. Esta separacin necesita temperatura y un potente catalizador bsico, como un hidrxido, para que la reaccin sea completa. Finalmente, las cadenas steres se convertirn en biodiesel, reteniendo molculas de oxgeno en su constitucin, lo que le otorgar interesantes propiedades en la combustin. Adems estas cadenas no contienen azufre, el cual es considerado un potente contaminante medioambiental. Por otro lado, la glicerina, luego de su purificacin puede ser utilizada, entre mltiples usos, en la industria farmacutica y cosmtica, donde cuenta con una gran demanda

A continuacin se presenta en forma resumida un esquema de la reaccin de obtencin del biocombustible:

A pesar de que esta reaccin qumica puede parecer muy simple en el esquema finalmente, es slo cuestin de reemplazar glicerol por metanol o etanol existen diversosfactores que influyen en ella:

La calidad de las materias primas El tipo, calidad y cantidad de alcohol utilizado El tipo de catalizador34 utilizado Las condiciones fsicas del proceso: temperatura, agitacin, presin, tiempo.

El proceso detransesterificacinconsiste en combinar el aceite (normalmenteaceite vegetal) con un alcohol ligero, normalmentemetanol, y deja como residuoglicerinaque puede ser aprovechada por la industria cosmtica, entre otras.La fuente de aceite vegetal suele ser aceite decolza, pues es la planta con mayor rendimiento de aceite por hectrea, aunque tambin se pueden utilizar aceites usados (por ejemplo, aceites de fritura), en cuyo caso, la materia prima es muy barata y adems se reciclan lo que en otro caso seranresiduos.

Productos necesariosElalcoholpuede ser metanol, que forma metilsteres, o etanol, que forma etilsteres. Puede hacerse metanol a partir de biomasa (maderaLa pureza delmetanoltiene que ser por lo menos del 99%.RecomendacinNo siempre es metanol, tienes que asegurarte de que sea metanol puro antes de comprarlo. Si contiene alguna otra substancia no sirve. Tampoco sirven el etanol desnaturalizado ni el isopropanol.Elcatalizadorpuede ser hidrxido de potasio (KOH) o hidrxido de sodio (NaOH, sosa caustica). Ambos son higroscpicos, es decir, que absorben fcilmente la humedad del aire, y eso reduce su capacidad para catalizar la reaccin. Hay que guardarlos siempre en recipientes cerrados hermticamente.En los procesos descritos aqu (mtodo de una etapa, mtodo base-base, mtodo cido-base) puede usarse cualquiera de los dos (KOH o NaOH).El hidrxido de sodio (NaOH) es ms barato. El hidrxido de potasio (KOH) es mejor como catalizador y ms fcil de usarATENCIN:El catalizador es muy corrosivo. Evita el contacto con la piel y con los ojos, no respires los gases que desprende, y mantenla alejada de alimentos, nios y mascotas. El catalizador reacciona con el aluminio, el estao y el cinc.Para el metxido utiliza recipientes de HDPE (polietileno de gran densidad), vidrio, acero inoxidable, o esmaltados.Qu aceite es mejor? Los mejores aceites son el de colza, el de canola (que es una variedad de colza desarrollada en Canad), el de maz, el de soja y el de girasol.El aceite de oliva, el de man, el de palma, el sebo y la manteca pueden ser ms cidos de lo que es normal en los aceites comestibles refinados (menos de 1% de acidez). La acidez afecta al proceso de produccin de biodisel. En las primeras pruebas el aceite de tener la menor acidez posible. Evita tambin estos aceites.La mayora de los aceites comestibles comerciales contiene aditivos, como cido ctrico y antiespumantes, que no tienen ningn efecto sobre el proceso o la calidad del combustible.Si no encuentras ninguno de los aceites recomendados prueba con el aceite de cocina ms comn de tu regin (tiene que ser aceite refinado). Probablemente ser adecuado.Cuando domines la realizacin de pruebas de un litro de aceite nuevo que superen los controles de calidad, empiza con pruebas de un litro deaceite usado. Cuando hayas completado con xito las pruebas con distintos tipos de aceite podrs empezar la produccin de biodisel de gran calidad, y sabrs como enfrentarte a las peculiaridades de cada uno de ellos.El aceite vegetal es mucho ms viscoso que el disel mineral y que el biodisel. El propsito de mezclarlo con otros combustibles o disolventes es reducir su viscosidad para que fluya mejor a travs del sistema de combustible hasta la cmara de combustin.Se hacen distintas mezclas, desde 10% de aceite y 90% de disel, hasta 90% de aceite y 10% de disel. Algunas personas usan estas mezclas sin precalentamiento (el calor reduce la viscosidad del aceite), o usan incluso aceite vegetal puro sin haberlo precalentado.La reaccin

Mini-reactor para pruebasDebe ser un modelo con recipiente cerrado), que todas sus piezas estn limpias y secas, y que cierre perfectamente. El cual seria considerado un reactor batch con agitacin,A una temperatura de 55 C, en un tiempo de 30 minutos, con una velocidad de giro lenta.

3. MATERIALES Y REACTIVOS:MATERIA PRIMA INSUMO EQUIPO Y MATERIAL a) Para el proceso de fermentacin y operacin de destilacin

Materia prima e insumos 1.5 Kg de caa de azcar Levadura (saccharomycescerievisae) Nutrientes( 2 gr de urea , 0,1 g de FeSO4,0.10 g de MgSO4) cido ctrico Na2CO3 Equipos Equipo De Destilacin Refrigerante Cocinilla Baln de destilacin Termmetro Corcho Soporte universal Pinzas Vaso precipitado Materiales 2 vasos de precipitados Ph 1 botella de vidrio Equipo de avenoclisis 2 probetas de 10 ml Tela o tocuyo 10 vasitos descartables 2 cintas masquin Frascos para la toma de muestra ( capacidad 2 ml) Botella de pvc para el almacenaje del destilado y liquido fermentado

b) Para el proceso de la obtencin del biodiesel Materia prima e Insumos Hidrxido de potasio Alcohol obtenido del proceso de fermentacin Aceite reciclado Materiales Balanza Probeta Vaso de precipitados

4. PROCEDIMIENTO:

4.1 PRODUCCIN DEL BIOETANOLPreparar el medio de fermentacin:Tomar 10 ml de la muestra en un vaso precipitado y medir la cantidad de grados brix, la muestra estar lista cuando este a los 20 Posteriormente tomar una alcuota en el vaso de precipitado y medir el pH y debe de estar a un pH=4 si est muy bsico agregarle cido ctrico para llegar al pH adecuado, una vez llegado a 4 se le agrega a nuestra muestra de 1 lt como el procedimiento anterior.Agregar a nuestra muestra de 1 lt los nutrientes: 0,5gr de MgSO4, 0.5gr de FeSO4, 0,5gr de NH4SO4 y finalmente 1 gr de urea.

Acondicionar el equipo de fermentacin:Hacerle una limpieza al recipiente (damajuana) para evitar la presencia de microorganismos, cortar la dilisis en dos de tal forma que tengas uno para sacar la muestra, y el otro para liberar CO2, ajustarlo en los orificios del corcho, asegurarse que la va que conduce para la toma de muestra este en buen contacto con la muestra y este perfectamente colocado, no permitir que entre 0xigeno del exterior.

Fig 1. Equipo de fermentacin

Llenar1 lt de extracto de caa da azcar en el recipiente de vidrio con la ayuda de un embudo.

Preparar el ambiente en el que se llevara el proceso:

Una vez listo el equipo de fermentacin, el ambiente adecuado para llevarse a cabo el proceso de fermentacin debe ser adecuado debe tener una Temperatura constante para ello:

1. Llenar un recipiente mas grande que el equipo con agua, asegurndose que el agua llegue a cubrir el extracto.2. Colocar el equipo de fermentacin cuidadosamente, todo ello sirve para mantener un ambiente casi constante, 3. utilizar un calentador para no variar la temperatura del medio de fermentacin como se observa en la fig. 4

Toma de muestraLa muestra debe permanecer por lo menos 3 das fermentando en las condiciones propuestas anteriormente. Es importante controlar el progreso de la fermentacin observando el cambio de sus propiedades conforme pasa el tiempo para ello: 1. La primera muestra es tomada pasada 1 hora del proceso con la ayuda de una jeringa, sacar 4 ml en un recipiente hermticamente cerrado.2. A la siguiente hora realizar el mismo procedimiento hasta tener 6 muestras.3. Posteriormente las muestras a tomar sern de cada 6 horas realizando el mismo procedimiento.4. Las muestras deben conservarse refrigerados para ser analizados posteriormente.

Medir las propiedades de las muestras tomadas

Antes de proceder primero se acondiciona la muestra:1. Separar los slidos por el proceso de decantacin.2. Medir las propiedades de cada muestra, as como los BRIX, pH, densidad y tomar apunte de ello.

Filtrar el fermentado

Pasado los das de fermentacin de la muestra de azcar

1. Separar los slidos por medio de filtracin para ello primero se usara papel filtro delgado, grueso.2. Posteriormente para un filtrado adecuado usar la tela tocuyo. 3. Conservar los slidos una vez separados, llevarlos al sol para que se evapore lo que pudo haber quedado de lquido y posteriormente pesarlos.4. El lquido ser llevado a un proceso de destilacin.

Destilar el fermentado

1. Instalar el equipo de destilacin2. Destilar el lquido fermentado.3. Hacer un re destilado de maso menos litro y as se obtendr dos tipos de destilados con diferentes BRIX4. Con los destilados elaborar dos tipo de productos con diferente BRIX.

Equipo de destilacin

( botella de damajuana + corcho) perfectamente acondicionado para el proceso de fermentacin debe de estar hodadado

4.2 PRODUCCIN DEL BIODIESELPrimero filtrar el aceite (de cocina) para desprenderlo de impurezas que presente.

Seguidamente pesar 46 gr de hidrxido de potasio. Pesar 500 gr de aceite (filtrado).Diluir el hidrxido de potasio en el etanol obtenido ( 78 gr). Seguidamente mezclar con el aceite.

La reaccin es exotrmica, tener cuidado.

Realizar la misma operacin pero con el metanol de que compro. (Realizar esta operacin al aire libre ya que se desprendern gases). Agitar constantemente durante dos horas.

Se observara dos fases. Separa las dos fases.

Separa las dos fases.

Mantener a una temperatura no menor a 10 C , debido a que puede solidificarse.

5. RESULTADOS Proceso de fermentacinPeso de caa de azcar = 1.5 Kg Volumen de jugo sin filtrar =1850 mlVolumen de jugo filtrado =1400 mlJugo de caa de azucar filtrado PH=3.5 =1.045 g/ml Brix=9.2 Llevarlo a 20 BrixVolumen de solucin a fermentar para la botella de damajuana =1360 mlEl PH= 3.5 para llevarlo a PH=4 se adiciono 9 g de Na2CO3Adicionando Na2CO3 se obtuvo una densidad de =1.051 g/ml

Ahora, al agregar los nutrientes Urea =2 gr FeSO4 =0.1 gr Mg SO4 =0.1 gr

Y la levadura (para activar la levadura se sac 20 ml de la solucin a fermentar a 32 C)Peso de levadura =8 grAhora en al soluciona fermentar, ya agregando los nutrientes y al levadura se obtuvo una densidad de =1.066 g/ml

Inicio de la fermentacin Vinicial=1360 mlinicial =1.066 g/mlBrizinicial =20Minicial=*V= 1.066g/ml*1360 ml=1449.76 g Ph inicial =4Tiempo de arranque de la fermentacin =11 p.m.

N de muestraGrado BrixTiempo (h)PH

19.914.0

29.723.9

96.8323.7

106.1563.7

116.1803.7

Termina el proceso de filtrado cuando los grados Brix se tornan constante.Al terminar el proceso de fermentacin, se procede a filtracin.Operacin de destilacin Cuando comenzamos a destilar medimos los 5.9 Brix PH =3.7 y =0.956 g/mlCuando empieza a ebullir la solucin empezamos a tomar datos Tiempo (min)Grados AlcohlicosT destilado (C)

018.565

816.065

1614.566

2412.365

3211.3666

409.865

PROCESO DE OBTENCIN DE BIODIESEL

Balance de materia para la 1 experiencia (bioetanol)

ReactivosEntrada (gr)Salida(gr)

Aceite500 -------------

Hidrxido de Potasio46 1

bioetanol78 12

Productos

Biodiesel470

glicerina85

total624568

Balance de materia para la 2 experiencia (metanol)

ReactivosEntrada (gr)Salida(gr)

Aceite500 -------------

Hidrxido de Potasio46 -------------

Metanol78 12

Productos

Biodiesel480

glicerina85

total624577

6. CONCLUSION1 En la obtencin de bioetanol, consideramos que no es rentable obtener el biodiesel a partir del bioetanol ya que la energa usada en la obtencin del bioetanol y el gasto para su elaboracin es mayor a la de comprar metanol.2 El biodiesel obtenido a partir del bioetanol solidifico al pasar 4 das desde su elaboracin. Esto se debe a que el bioetanol solo pas por una destilacin. Por ello concluimos que para obtener un biodiesel de calidad se necesita bioetanol de alta pureza.3 En ambos casos se presenta una perdida de 56 gr en la primera y en la segunda 47 gr.