Influencia de la actividad catalítica del metóxido de calcio, en la síntesis de biodiesel a partir de aceite de palma

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(1)Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO. nie r. ía. Qu. ím. ica. ESCUELA DE INGENIERÍA QUÍMICA. UN T. FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA. TESIS PARA OPTAR EL TÍTULO DE INGENIERO QUÍMICO. In ge. “INFLUENCIA DE LA ACTIVIDAD CATALÍTICA DEL METÓXIDO DE CALCIO,. AUTORES:. de. EN LA SÍNTESIS DE BIODIÉSEL A PARTIR DE ACEITE DE PALMA”. Bach. ADAUTO TERRONES MÓNIQUE ETHEL. bli ot e. ca. Bach. WALTER DAVID DE LA CRUZ ZAVALA. Bi. ASESOR:. Dr. WILSON REYES LÁZARO. TRUJILLO-PERÚ 2015. I Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(2) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. UN T. DEDICATORIA. A Dios por iluminar y guiar mis. ica. pasos a cada instante de mi vida. nie r. ía. Qu. ím. y darme sabiduría.. amor, trabajo y sacrificio en todos estos años. Gracias a ustedes he logrado llegar hasta aquí y cumplir mis anhelos.. Bi. bli ot e. ca. de. In ge. A mis padres Enoc y Barbarita, por su. A mis hermanos, por su incondicional apoyo.. II Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(3) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. UN T. DEDICATORIA. A Dios por sus bendiciones, por darme. ica. fuerza en los momentos más difíciles de mi vida y realizar uno de mis. ía. Qu. ím. grandes anhelos.. nie r. Walter y Nery, mis padres que son mi gran soporte e inspiración, me regalan. ca. de. In ge. siempre su cariño y aliento incondicional.. bli ot e. A todos mis amigos y familiares que estuvieron conmigo en los buenos y malos momentos de mi. Bi. vida universitaria.. III Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(4) ía. Qu. AGRADECIMIENTO. ím. ica. UN T. Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. nie r. A todos los profesores de la escuela profesional de Ingeniería Química, quienes nos inculcaron sus conocimientos, enseñanzas y orientaciones. Nuestro reconocimiento al Doctor Wilson Reyes Lázaro por su asesoramiento en. de. In ge. la culminación del presente trabajo.. ca. Bach. ADAUTO TERRONES MÓNIQUE ETHEL. Bi. bli ot e. Bach. DE LA CRUZ ZAVALA WALTER DAVID. IV Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(5) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. ÍNDICE DEDICATORIA....................................................................................................................... II DEDICATORIA...................................................................................................................... III. UN T. AGRADECIMIENTO ............................................................................................................ IV. ÍNDICE ................................................................................................................................... V. ÍNDICE DE TABLAS ....................................................................................................... VII ÍNDICE DE FIGURAS .................................................................................................... VIII. ica. RESUMEN ............................................................................................................................. IX ABSTRACT ............................................................................................................................X. 1.1. ím. CAPÍTULO I ........................................................................................................................... 1 REALIDAD PROBLEMÁTICA .............................................................................. 1. 1.3. Qu. 1.2 ANTECEDENTES........................................................................................................ 2 FUNDAMENTO TEÓRICO .................................................................................... 5. ía. 1.3.1. Aceites vegetales ............................................................................................... 5 1.3.2. Biodiésel .............................................................................................................. 8. nie r. 1.3.3. Tipos de catálisis ............................................................................................. 11 1.3.4. Reacción de transesterificación. .................................................................. 13 1.3.5. Transesterificación Enzimática ..................................................................... 16. In ge. 1.3.6. Caracterización de los catalizadores ........................................................... 17 1.3.7. Óxido de calcio................................................................................................. 18 CAPÍTULO II ......................................................................................................................... 21 MATERIALES Y MÉTODOS ............................................................................................... 21 MATERIAL DE ESTUDIO .................................................................................... 21. de. 2.1. 2.2 MÉTODOS Y TÉCNICAS.......................................................................................... 21. ca. 2.2.1 Preparación de catalizador ............................................................................. 21 2.2.2 Análisis de óxido de calcio ............................................................................. 22. bli ot e. 2.2.3 Preparación del metóxido de calcio .............................................................. 22 2.2.4 Reacción de transesterificación .................................................................... 22 2.2.5 Análisis de aceite .............................................................................................. 24. Bi. 2.2.6 Análisis de Biodiésel ........................................................................................ 24 2.2.7. Actividad Catalítica del Óxido de Calcio (CaO) ..................................... 24. CAPÍTULO III ........................................................................................................................ 26 RESULTADOS ..................................................................................................................... 26 3.1. Aceite de palma ................................................................................................... 26 V. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(6) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. 3.2 Preparación del Óxido de Calcio .......................................................................... 26 3.3 Preparación del Metóxido de calcio ..................................................................... 28 3.4 Obtención del biodiésel mediante el proceso de Transesterificación .......... 29. UN T. 3.5 Determinación de las propiedades fisicoquímicas del Biodiésel obtenido. 30. 3.6 Influencia de la Actividad Catalítica en la obtención del biodiésel. ............... 34. CAPÍTULO IV ....................................................................................................................... 36. DISCUSIÓN DE RESULTADOS......................................................................................... 36. ica. CAPÍTULO V ............................................................................. ¡Error! Marcador no definido. CONCLUSIONES ................................................................................................................ 39. ím. CAPÍTULO VI ............................................................................ ¡Error! Marcador no definido. RECOMENDACIONES........................................................................................................ 40. Qu. CAPÍTULO VII ...................................................................................................................... 41 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ................................................................................... 41 ANEXOS ............................................................................................................................... 46. ía. ANEXO A: Biodiésel en relación 9:1 metanol/aceite .................................................... 46. nie r. ANEXO B: Relación molar 5:1 metanol/aceite .............................................................. 51 ANEXO C: Análisis de biodiésel ..................................................................................... 53 ANEXO D: PRUEBAS Y ENSAYOS DE ANÁLISIS ..................................................... 55. In ge. ANEXO E: Biodiésel (Metilésteres) ............................................................................. 59 ANEXO F: Especificaciones de BIODIÉSEL B100 según Norma Técnica Peruana 321.125 (2008) ................................................................................................. 61 ANEXO G: Producción mundial de aceites vegetales............................................. 62. Bi. bli ot e. ca. de. ANEXO H: Principales productores de biodiésel..................................................... 64. VI Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(7) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. ÍNDICE DE TABLAS Tabla 1: Producción mundial del aceite de palma en miles de TM ……………. 7. UN T. Tabla 2: Comparación de las emisiones entre el B100 y el B20..……………… 9. Tabla 3: Comparación de los estándares del diésel y el biodiésel……………..10 Tabla 4: Ventajas y desventajas para el uso de catalizadores ácidos..……….11. ica. Tabla 5: Ventajas y desventajas de usar un catalizador básico………………..11. ím. Tabla 6: Comparación del catalizador básico y transesterificación catalizada por una lipasa para la formación de biodiésel………………………………………. .17. Qu. Tabla 7: Propiedades fisicoquímicas del aceite de palma …..………………... 26. ía. Tabla 8: Estequiometria para la preparación del metóxido de calcio..……...…28. nie r. Tabla 9: Estequiometria la reacción de transesterificación………………...…... 29 Tabla 10: Densidad del biodiésel a temperatura ambiente….………………….31. In ge. Tabla 11: Datos de Prueba “t” realizada al metóxido de calcio………………. 35. Bi. bli ot e. ca. de. Tabla 12: Resultados de la prueba “t” realizada al metóxido de calcio………. 35. VII Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(8) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. ÍNDICE DE FIGURAS Figura N°1: Reacción de transesterificación……………………………............. 13. UN T. Figura N°2: Diagrama de flujo simplificado del proceso de transesterificación.14 Figura N° 3: Variación de la fase activa del catalizador CaO bajo la reacción de transesterificación……………………………………………………………………16. ica. Figura N° 4: Adición Aldol de aldehídos al CaO………………………………… 18. Figura N°5: Calcio pre-calcinado…………………………………………..……….27. ím. Figura N° 6: Pureza de catalizador en función del tiempo de activación….….. 27. Qu. Figura N° 7: Óxido de calcio utilizado en función del tiempo de activación..... 28 Figura N°8: Biodiésel en función del tiempo de activación del catalizador .…..29. ía. Figura N°9: Glicerina separada en función del tiempo de activación del. nie r. catalizador…………………………………………………………………………… 30 Figura N°10: Densidad de Biodiésel a 40 °C en función del tiempo de activación. In ge. del catalizador………………………………………………………………………...31 Figura N°11: Viscosidad de Biodiésel a 40 °C en función del tiempo de activación del catalizador……………………………………………………………32. de. Figura N°12: Punto de inflamación del Biodiésel en función del tiempo de activación del catalizador ………….……………………………………………………………………...33. ca. Figura N°13: Poder calorífico (Kcal) en función del tiempo de activación del. bli ot e. catalizador…………………………………………………………………………….33 Figura N°14: Porcentaje de conversión en función del tiempo de activación del. Bi. catalizador…………………………………………………………………………….34. VIII Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(9) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. RESUMEN. UN T. Se ha investigado la influencia del metóxido de calcio en la reacción de transesterificación para la obtención de biodiésel a partir del aceite de palma,. para lo cual se determinó la influencia de la temperatura y el tiempo de activación. del catalizador Óxido de calcio (CaO), el catalizador fue activado a las siguientes. ica. temperaturas: 800, 900 y 1000°C y su tiempo de activación fue de 2, 3, y 4 horas. Se usó un reactor Bach con agitación magnética a 400 rpm y calentamiento a. ím. reflujo. El aceite de palma fue mezclado con el metóxido de calcio, a una relación molar metanol/aceite de 9:1.. Qu. Después de 3 horas de reacción de transesterificación se determinó que el metóxido de calcio está influenciado por la pureza del óxido de calcio y la temperatura de activación del catalizador.. De acuerdo a ello se obtuvo la. ía. conversión de biodiésel más alta de 79%, al utilizar el catalizador activado a. In ge. NTP 321.125 (2008).. nie r. 900°C durante 3 horas en donde las propiedades del biodiésel cumplen con la. Palabras Clave: Aceite de palma, biodiésel, metanol, óxido de calcio,. Bi. bli ot e. ca. de. transesterificación.. IX Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(10) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. ABSTRACT "Influence of catalytic activity of calcium methoxide, in the synthesis of biodiesel. UN T. from palm oil". ím. ica. This work sought to investigate the influence of calcium methoxide transesterification reaction for the production of biodiesel from palm oil, for which it was determined that the influence of temperature and time of activation of the catalyst Calcium Oxide (CaO), the catalyst was activated at the following temperatures: 800, 900 and 1000 ° C and activation time was 2, 3 and 4 hours. A Bach reactor was used with magnetic stirring at 400 rpm and refluxing. Palm oil was mixed with calcium methoxide, at a molar ratio methanol / oil of 9:1.. Qu. After 3 hours of the transesterification reaction it was determined that calcium methoxide is influenced by the purity of the calcium oxide and the catalyst. ía. activation temperature. Accordingly higher conversion of 79% biodiesel was obtained by using the catalyst activated at 900 ° C for 3 hours where the. In ge. nie r. properties of biodiesel meet the NTP 321 125 (2008).. Keywords: Palm oil, biodiésel, methanol, calcium oxide, transesterification,. Bi. bli ot e. ca. de. activation time, activation temperature.. X Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(11) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. CAPÍTULO I. UN T. 1.1 REALIDAD PROBLEMÁTICA El calentamiento global y el cambio climático amenazan seriamente la. naturaleza humana por lo que es necesario hacer esfuerzos para reducir las. emisiones de efecto invernadero. Hoy en día mientras que los combustibles. ica. fósiles se van generando en el interior de la tierra, las personas la consumen. ím. a un ritmo desmedido en la superficie terrestre.. El aumento de los gases de efecto invernadero supone el aumento del calor. ía. el aumento de la temperatura terrestre.. Qu. atrapado (o descenso del calor radiado desde la superficie de la Tierra), con. La búsqueda de energías renovables y limpias se ha convertido en una. nie r. necesidad no sólo en el país sino también del mundo. Dentro de las múltiples alternativas de consumo de energía una de las. In ge. opciones que se nos presenta, es el biodiésel, que es un combustible más limpio que el diésel y se obtiene de hacer reaccionar un alcohol con aceite, en el cual se pretende utilizar un aceite que no sea muy comercial, pero que. de. tenga buenas cualidades para transformarse en combustible, tal es el caso del aceite de Palma que se está incentivando su cultivo en nuestra. ca. Amazonía.. bli ot e. Las energías renovables son una energía limpia, inagotable y renovable. El beneficio más importante de los sistemas de energía renovables es la disminución de la contaminación ambiental [1]. Debido a la crisis energética y el calentamiento global, en todo el mundo se han centrado las. Bi. investigaciones en relación al desarrollo de energías renovables, como por ejemplo, energía solar [2], energía del H2 [3], y el biodiésel [4, 5]. Las fuentes de. energía renovables contribuyeron con el 2% del consumo de energía mundial en 1998 [6].. 1 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(12) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. 1.2 ANTECEDENTES EL “Biodiésel” se obtiene de la reacción de transesterificación, esta fue. UN T. iniciada en 1853, por los científicos E. Duffy y J. Patrick para adicionar a vehículos pesados en África del sur antes de la segunda guerra mundial.. Además Rudolph Diésel, el inventor del motor, usó aceite de maní como. ica. combustible en 1900.. En diciembre de 1997, se llevó a cabo una demostración del biodiésel en el. ím. MERCOSUR y las conclusiones fueron las siguientes: así las emisiones de residuos tóxicos.. Qu.  El uso de combustibles ecológicos mejoran la calidad de vida, reduciendo  Reducen la amenaza que pesa en el cambio climático al cambiar a combustibles de origen vegetal, con bajo nivel en el aumento de Dióxido. ía. de Carbono.. nie r.  Se debe educar a la población con respecto a las ventajas del uso de combustibles renovables de origen vegetal. .. [4]. In ge. En la actualidad se realizan trabajos con respecto a los cambios que se pueden hacer con las variables de la reacción de transesterificación de tal manera tenemos por ejemplo que la obtención de cadenas largas de ácidos grasos de éster alquílicos, son una de las alternativas energéticas más. de. interesantes que se producen a partir de fuentes renovables y proporciona combustión completa con la emisión de contaminantes gaseosos menos. ca. perjudiciales para el ambiente. En Estados Unidos, el biodiésel es usado en colectivos urbanos, transporte,. bli ot e. aeropuertos, parques nacionales, en la marina, etc. En Europa los pioneros en este rubro son Alemania y Francia. En Alemania se vende a menor precio que el gas oil debido a la baja en el precio de la colza y al tratamiento preferencial como producto libre de impuestos, de tal manera que existen. Bi. aproximadamente 800 a más estaciones de servicio que lo comercializan.. 2 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(13) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. En Asia se está incrementando el mercado de igual manera, por el aumento de los restaurantes de comida rápida. Por ejemplo en Japón se reciclan los. UN T. aceites de los restaurantes de comida rápida para producir biodiésel. El biodiésel se produce a través de la reacción de transesterificación. convencional de aceites vegetales usando catalizadores homogéneos tales como el hidróxido de sodio (NaOH) y el hidróxido de potasio (KOH) [7,8]. Sin. ica. embargo el proceso catalítico homogéneo ofrece algunas desventajas, como la gran producción de aguas residuales del proceso de lavado de los residuos. ím. del catalizador y la no reutilización del catalizador [9].. El problema típico para este proceso es la cantidad masiva de aguas. Qu. generadas debido a la purificación para lavar el catalizador homogéneo de la fase cruda con agua, además, durante la operación de purificación se. ía. produce la emulsificación de biodiésel, lo que provoca la obstrucción no sólo. nie r. de la operación del proceso, sino también la pérdida de biodiésel [10, 11]l. Una de las alternativas es el uso de catalizadores heterogéneos que pueden solucionar. algunos. de. los. problemas. presentados. mediante. la. In ge. transesterificación clásica [7, 12, 13]. El proceso catalítico heterogéneo supera a aquel llevado a cabo en fase homogénea, ya que los catalizadores sólidos pueden ser fácilmente recuperados y, potencialmente, ser reutilizables. de. además puede operar a temperaturas moderadas (<250 °C) [14,15]. La transesterificación es el término general que se utiliza para describir la. [16]. ca. clase importante de reacciones orgánicas donde un éster se transforma en otro a través del intercambio del resto alcoxi. La transesterificación en medio. bli ot e. alcalino, es la técnica comúnmente más usada ya que es el proceso ventajosamente más económico. La reacción de transesterificación básica, implica retirar la glicerina de los ácidos grasos con un catalizador tal como sodio o hidróxido de potasio, y la. Bi. sustitución con un alcohol anhidro, normalmente metanol. El proceso de producción de biodiésel existente se caracteriza por la transesterificación rápida. Friedman B., en el año 1984 hizo reaccionar aceite 3. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(14) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. de girasol junto con NaOH disuelto al 0.1% en metanol a la temperatura de 333 K, obteniéndose un rendimiento de Biodiésel superior al 90%. .. [17]. UN T. Además, se tiene que el aceite de palma se convierte en sus ésteres metílicos al 97% usando la reacción de transesterificación catalizada a 306 K durante. 1 h en un sistema de flujo continuo de reacción [18]. Aquí, hay que señalar que el metanol es el alcohol apropiado para la producción de biodiésel a partir de. ica. un punto de vista económico y disponible [19]. El metanol reacciona con una [20]. Con. tecnológicos. el. fin. de. resolver. anteriormente, Kusudiana. los. problemas. , Zabeti. [21]. [22]. .. ím. velocidad mayor que la del etanol y el propanol. y Shimada. [23]. mencionados. trabajaron el aceite. Qu. vegetal transesterificándolo con metanol supercrítico. Al cabo de sólo 4 minutos se convirtió el aceite de colza en biodiésel, las condiciones de. ía. reacción son altas a una temperatura de 523 a 673 K y una presión de 35 a 60 MPa para la fabricación de metanol supercrítico. La transesterificación. nie r. rápida es debido a la gran solubilidad del aceite vegetal en metanol supercrítico y se intensificó la naturaleza nucleófila del metanol supercrítico.. In ge. Aparte del proceso de transesterificación usando catalizador existe el proceso enzimático aplicado a la producción de biodiésel. Oda M.. [24]. usó el. biocatalizador “Lipasa” con aceite vegetal transesterificándolo en sus ésteres. de. metílicos a temperatura ambiente, empleando un tiempo de 24 horas para lograr la conversión más óptima.. ca. Una base sólida conduce a un proceso catalítico heterogéneo, que promete. bli ot e. la producción de biodiésel a costo razonable. El catalizador de base sólida es fácil de separar del producto transesterificado por lo que hay cierta expectativa de que el sistema de reactor de lecho fijo sea ventajoso para que la operación sea aplicada a la producción de biodiésel.. Bi. Para preparar una base sólida, Xie W. en el año 2006, usó potasio cargado sobre alúmina como catalizador en base sólida y se empleó en la transesterificación de aceite de soja a reflujo de metanol. . Bajo la misma. [25]. condición de transesterificación, Xie W. volvió a examinar la catálisis en base 4 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(15) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. sólida del óxido de magnesio-aluminio (Mg-Al) mixto, que preparó por calcinación de la hidrotalcita. [26]. y luego Sibasaki N. dilucidó una resina. intercambiadora de aniones que catalizan una transesterificación de trioleína. UN T. que es un compuesto de aceite vegetal [27].. Además, Kouzu M., realizó un trabajo de investigación en que comparó el óxido de calcio con otras bases sólidas con el fin de comprobar el rendimiento. ica. superior catalítico [28]. Como dijo Lizuka T. en el año 1971, el catalizador CaO es más activo en la transesterificación de aceite de soja con metanol que la. ím. resina de intercambio iónico y la mezcla de Mg-Al. El potasio cargado sobre alúmina da como resultado una transesterificación más rápida, pero muy. Qu. inferior en la reutilización del catalizador CaO. Las propiedades de los sitios básicos se originan en su anión oxígeno superficial. .. [29]. ía. Desde el punto de vista económico, se ha centrado la atención en óxido de calcio (CaO) como candidato para el catalizador en base sólida. Una fuente. nie r. principal de óxido de calcio es la piedra caliza que tiene las ventajas de una buena disponibilidad y bajo costo. . Además, el óxido de calcio se puede. [30]. preparar a partir de los residuos de carbonato de calcio, tales como conchas. In ge. de moluscos. El uso de las materias de desecho no sólo es eficaz en la mejora de la ventaja de costos de CaO como catalizador, sino también en relación con el reciclado de los recursos naturales minerales, teniéndose una gran. de. ventaja económica, un rendimiento superior catalítico del CaO en la producción de biodiésel. [21, 31, 32]. .. ca. 1.3 FUNDAMENTO TEÓRICO. bli ot e. 1.3.1. Aceites vegetales Los aceites son importantes en la fabricación de algunos productos tales como jabones, cosméticos, pinturas y lubricantes. Recientemente se. Bi. transformaron en una importante alternativa para la sustitución del combustible diésel por el biodiésel. Las materias primas que más interés han despertado en el Perú por su potencial para la producción de biodiésel son, sin duda alguna la palma aceitera en la selva y la colza-canola en la sierra. 5. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(16) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Otra materia prima, puede ser el algodón en la costa y algunas fuentes alternativas tales como grasas de animales y aceites usados.. UN T. A. Aceite de palma La palma africana de aceite (Elaeis Guineensis), también llamada palma aceitera o palma africana es un cultivo oleaginoso. Es originaria del golfo. de guinea (África occidental). Es un cultivo que tarda entre 2 y 3 años para. ica. empezar a producir frutos comercialmente puede durar hasta 25 años y .. [33]. ím. sus mejores producciones se dan entre los 8 y 10 años  Uso del aceite de palma y sus derivados. Qu. El aceite de palma es una materia prima altamente usada en la fabricación de jabones y detergentes, así como en la elaboración de grasas. ía. lubricantes y secadores metálicos, destinados a la producción de pintura,. nie r. barnices y tintas [34].. El aceite de palma refinado es semisólido a temperatura ambiente (20-22) es utilizado como aceite para ensaladas y en formulaciones para. In ge. margarinas, mantecas y grasas para panaderías. También es bueno para freír, por su baja cantidad de ácidos grasos polinsaturados. La presencia de antioxidantes naturales y la ausencia del ácido linoléico. de. confieren una excelente estabilidad al aceite y a la oleína de palma que producen alimentos fritos con buen sabor.. ca.  Producción mundial. bli ot e. En el mundo se comercializan alrededor de 40 millones de toneladas de aceite de palma. Los principales países exportadores son malasia, Indonesia y Tailandia contribuyendo con el 90% de la oferta mundial. En. Bi. américa los principales países exportadores son Colombia, Ecuador y Costa Rica.. 6 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(17) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Tabla 1: Producción mundial del aceite de palma en miles de TM País. 2007. 2008. 2009. 2010. 2011. 2012. 2013. Promedio. Participación 50.6%. 1.0420 19.400 21.000 22.300 24.300 26.900 28500. 22831. Malasia. 15.823 17.735 17.566 16.993 18.912 18.785 19400. 17888. 34.5%. Tailandia. 1.050. 1300. 1.310. 1.380. 1.530. 16000. 1720. 1413. 3.1%. Colombia. 733. 778. 802. 753. 941. 967. 1040. 859. 1.8%. Nigeria. 825. 840. 870. 885. 930. 940. 960. 893. 1.7%. Ecuador. 396. 418. 429. 830. 473. 539. 565. 457. 1.0. Papúa Nueva Guinea. 382. 465. 478. 500. 560. 530. 494. 1.0. Ghana. 337. 379. 421. 401. 420. Otros. 2.058. 2.215. 2.601. 2.726. 2.726. Total. 39.025 43.530 45.477 46.071 50.792. ica. ím. Qu. 545 424. 400. 0.8. 2984. 3159. 2603. 5.6. 53665. 56313. 47839. 100. ía. 420. nie r. Fuente: FEDEPAL, 2012.. UN T. Indonesia. In ge. En la tabla 1, se muestra la producción mundial de aceite de palma y se puede apreciar que países más pequeños que Perú tienen una gran cantidad de producción de aceite de palma.. de.  El cultivo de la palma aceitera en el Perú La palma aceitera surge como gran alternativa para cubrir la demanda a. ca. importar aceites, esta demanda por los siguientes puntos:. bli ot e.  Tiene el más alto rendimiento de aceite por unidad de área (de 4-7 TM aceite/ Ha). Bi.  Es altamente rentable.  Existe en el país áreas con gran potencial para el cultivo.. 7 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(18) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. En el Perú, la palma aceitera es uno de los productos que DEVIDA promociona para erradicar al cultivo de la hoja de coca en la Amazonía peruana, la cual cuenta con condiciones edafoclimáticas favorables para. UN T. su cultivo, lo cual ha impulsado diversas iniciativas en torno a este cultivo. La CONAPAL, por ejemplo tiene un programa para ampliar la superficie sembrada a 50000 hectáreas. Por otro lado, existe un plan nacional para la promoción de la palma aceitera, bajo un enfoque de mercado el aceites. vegetales. que. favorezca. la. ica. desarrollo de la palma aceitera, a fin de aumentar la oferta interna de sustitución. competitiva. de. ím. importaciones y contribuya a mejorar el nivel de vida del productor en. Qu. armonía con la preservación del medio ambiente. 1.3.2. Biodiésel. El biodiésel es un combustible alternativo al diésel y es definido por la. ía. American Society for Testing Materials (ASTM), como un combustible. nie r. renovable y constituido por una mezcla de ésteres alquílicos de ácidos grasos de cadenas largas, derivados de aceites o grasas animales[6]. National. Biodiésel. Board. (La. asociación. de. productores. In ge. “La. norteamericanos del biodiésel) lo define como un combustible compuesto de ésteres mono-alquílicos de ácidos grasos de cadena larga derivados de aceites o grasas, vegetales o animales” [35].. de. Los ésteres metílicos de los ácidos grasos o FAME’s por sus siglas en inglés (Fatty acid methyl esters) constituyen principalmente el biodiésel;. ca. es miscible con el diésel obtenido del petróleo en todas las proporciones. En muchos países, esto ha permitido el uso de mezclas de biodiésel con. bli ot e. petrodiésel en vez de biodiésel puro. Es importante tener en cuenta que estas mezclas con petrodiésel no son. Bi. “biodiésel”. A menudo las mezclas con petrodiésel son denotadas con acrónimos tales como B20, que indica una mezcla del 20% de biodiésel con petróleo. El alto precio puede ser reducido por el uso de materias primas baratas, lo cual ha hecho surgir el interés en aceites residuales, como el de la fritura. 8. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(19) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Algunas desventajas presentes en el uso del biodiésel son las siguientes:  Alto precio inherente, lo que hace que en muchos países sea regulado por. UN T. leyes e incentivos regulatorios en forma de impuestos.  Escape de emisiones de NOX, que son ligeramente superiores..  Estabilidad en presencia de aire (estabilidad a la oxidación), y. ica. propiedades del fluido a bajas temperaturas, que son especialmente. ím. relevantes.. El biodiésel tiene varias ventajas distintas comparadas con el petróleo,. Qu. además de ser totalmente competitivo con este en la mayoría de los aspectos, como:.  Es biodegradable.. nie r. conservación del petróleo.. ía.  Procede de una fuente renovable, evitando así la dependencia y.  Reduce gran parte de las emisiones contaminantes (con excepción de los óxidos de nitrógeno, NOX).. In ge.  Alto punto de inflamación, por lo tanto un manejo y almacenamiento más seguros..  Excelente capacidad de lubricación, algo que es realmente importante .. [36]. de. frente al petróleo con menor capacidad. Tabla 2: Comparación de las emisiones entre el B100 y el B20 (20% agregado. ca. del biodiésel comparado con el diésel puro). B100 (%). B20 (%). Monóxido de Carbono. -48. -12. Total de hidrocarbonos sin quemar. -67. -20. Óxidos de Nitrógeno. +10. +2. Sulfatos. -100. -20. Gases Tóxicos. -60 a -90. -12 a -20. Bi. bli ot e. Emisión. Fuente: Viswanathan B. [37]. 9 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(20) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Los porcentajes de las emisiones del B100 (biodiésel puro) y B20 mostradas en la tabla 2 se basan en las emisiones del Diésel sin mezclas, que es el. UN T. parámetro adecuado para los combustibles alternativos. La razón por la que los aceites vegetales y grasas animales son. transesterificados a alquil ésteres (biodiésel) es que la viscosidad cinemática. del biodiésel es muy próxima a la del petrodiésel. La alta viscosidad de los. ica. aceites y grasas sin transesterificar generan problemas operacionales en el motor diésel tales como depósitos en varias partes del mismo.. ím. Una propiedad importante es el Número de Cetano, que nos muestra la capacidad de ignición del combustible. Otras propiedades importantes son el. Qu. calor de combustión, el punto de congelación, el punto de turbidez de un aceite, viscosidad cinemática, estabilidad a la oxidación y lubricidad, los. ía. respectivos valores se muestran en la tabla 3.. Propiedades. Diésel. Biodiésel. ASTM D975. ASTM D6751. In ge. Número estándar. nie r. Tabla 3: Comparación de los estándares del diésel y el biodiésel (basado en la. Composición. Hidrocarburo(C10 –C21). Metil ésteres (C12 –C22 ). 0.85. 0.88. Punto de inflamación (K). 333-353. 373-443. Punto nube (K). 258-278. 270-285. Punto de fluidez(K). 243-258. 258-289. 0.05. 0.05. Carbono. 87. 77. Hidrógeno. 13. 12. Oxígeno. 0. 11. Azufre. 0.05. 0.05. Número de Cetano. 40-55. 48-60. Bi. bli ot e. ca. de. Gravedad específica(g/mL). Agua. American Society for Testing and Materials - ASTM). Fuente: Viswanathan B. [37]. 10 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(21) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. 1.3.3. Tipos de catálisis.  Catálisis homogénea ácida:. UN T. A. Catálisis homogénea. Los ácidos empleados para la transesterificación incluyen ácidos sulfúricos, fosfóricos y ácidos orgánicos. . Las ventajas y. ica. desventajas se muestran en la tabla 4.. [38]. ím. Tabla 4: Ventajas y desventajas para el uso de catalizadores ácidos Factores favorables. Factores desfavorables. ía. Qu. 1. La transesterificación puede realizarse fuera del ácido graso por lo que contiene más agua. 2. El proceso de extracción y transesterificación suceden simultáneamente. Es mejor evitar el uso del pre-extracto de las semillas grasas.. nie r. Fuente: Viswanathan B. [37]. 1. La reacción de transesterificación es lenta más que la catálisis básica.. In ge.  Catálisis homogénea básica:. Las bases típicas usadas en la transesterificación incluyen NaOH, KOH, carbonatos y alcóxidos, metóxidos, etóxidos, propóxido y butóxido. Las ventajas y desventajas se muestran en la tabla 5.. de. Tabla 5: Ventajas y desventajas de usar un catalizador básico.. ca. Factores a favor. bli ot e. 1. Aproximadamente es 4000 veces más rápido que la catálisis ácida.. Bi. 2. Los metóxidos son más efectivos que los hidróxidos.. Factores en contra 1. Los glicéridos y el alcohol al ser sustancialmente anhidros, lo que conduce a la saponificación, lo que conlleva a una reducción en la eficiencia catalítica, forma gel y causa dificultad en la separación de la glicerina.. Fuente: Viswanathan B. [37]. 11 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(22) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. B. Catálisis heterogénea Los métodos que se usan para la producción de biodiésel, empleando. UN T. como catalizadores hidróxidos o metóxido metálicos solubles suponen cierta dificultad técnica para retirarlos de la fase glicerol/alcohol, además de un sobrecoste añadido al producto final y gastos extras en la. purificación del glicerol. Con esta catálisis heterogénea se ha logrado. ica. conversiones altas a temperaturas de 40-65°C, en pocas horas. Temperaturas mayores no son muy usadas para evitar presiones mayores. ím. a la atmosférica en el sistema, lo cual requerirá el uso de recipientes a presión [37].. Qu. Es posible llevar a cabo la transesterificación en ausencia de catalizador, lo cual requiere altas presiones (20mPa) y temperaturas de 350°C,. ía. aunque este proceso no es muy común ni viable; en esta reacción también se vio que la transesterificación que había sido considerada no catalizada. nie r. había sido catalizada por metales del reactor. Este sistema de catálisis se llama heterogénea y una de las ventajas es que ofrece una limpieza del. In ge. producto y menos residuos [37].. Las ventajas de reacción utilizando catalizadores heterogéneos, se deben a las características frecuentes del catalizador como: la insolubilidad en el medio de reacción, larga vida de duración, resistencia a altas. de. temperaturas, gran área superficial, mayor facilidad en las etapas de separación y purificación y la posibilidad de recuperación. El carácter. ca. heterogéneo conduce a una disminución en el número de etapas en el proceso de transesterificación, reduce la cantidad de productos no. bli ot e. deseados y facilita la separación de la mezcla terminada la reacción. Al final de la reacción, cuando se emplea un catalizador sólido, el producto se encuentra libre de catalizador y no se requiere agua de lavado o muy. Bi. poco, facilitando la operación de separación y purificación del producto y el catalizador, este último con la posibilidad de reutilizarse.. 12 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(23) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. 1.3.4. Reacción de transesterificación. El biodiésel puede ser producido a partir de una gran variedad de materias. UN T. primas que incluyen los aceites más comunes (soya, palma, cacahuate, coco, colza, girasol, etc.), grasas animales (usualmente sebo) y aceites residuales (aceites usados para freír) [6].. Para obtener biodiésel de aceite vegetal o grasa animal, este es sometido. ica. a una reacción química denominada transesterificación. En esta reacción, el aceite vegetal o grasa animal se hace reaccionar en presencia de un. ím. catalizador (generalmente básico) con un alcohol (usualmente metanol). Qu. para obtener los correspondientes alquilésteres.. La mayor parte de los componentes de aceites vegetales y grasas animales son los triacilgliceroles. Químicamente, los triacilgliceroles. ía. (TAG) son ésteres de ácidos grasos con glicerol (1, 2, 3-propanotriol; el. nie r. glicerol es llamado comúnmente glicerina).. Los TAG de aceites vegetales y grasas animales contienen típicamente diferentes tipos de ácidos grasos. Estos ácidos grasos le dan las. In ge. características al aceite vegetal y grasa animal y aunque diferentes ácidos grasos tienen diferentes propiedades físicas y químicas, su perfil es probablemente el parámetro más importante que afecta en las. bli ot e. ca. de. correspondientes propiedades.. Bi. Triacilglicerol. Alcohol. Alquil ésteres. Glicerina. (Aceite vegetal). Figura N°1: Reacción de transesterificación. En la figura N°3 se muestra la reacción de transesterificación, en donde R es una mezcla de varias cadenas de ácidos grasos y R´ es un metil (CH3). 13. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(24) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. El metanol es usado como alcohol para producir biodiésel porque es el alcohol más barato de todos los alcoholes tales como el etanol,. UN T. isopropanol, aunque estos pueden dar mejores propiedades. La Reacción de metanólisis catalizada heterogéneamente es muy compleja, ya que se produce en una de tres fases de un sistema que. consta de un sólido (catalizador heterogéneo) y dos fases líquidas. ica. inmiscibles (combustible y metanol) [39].. Además, simultáneamente con la metanólisis, hay algunas reacciones. ím. secundarias tales como la saponificación de glicéridos y ésteres de metilo y de neutralización de ácidos grasos libres por catalizador. La eficiencia. Qu. del catalizador depende de varios factores tales como la superficie específica, tamaño de poro, volumen de poro y concentración de sitio. bli ot e. ca. de. In ge. nie r. ía. activo.. Bi. Figura N°2: Diagrama de flujo simplificado del proceso de transesterificación Fuente: Bournay [40].. En la figura N°2 tenemos un diagrama de flujo simplificado para el proceso de transesterificación a partir de un aceite vegetal. 14 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(25) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. La estructura de óxidos de metales se compone de iones metálicos positivos (cationes) que poseen acidez de Lewis, es decir, se comportan como receptores de electrones e iones negativos de oxígeno (aniones) Bronsted. Esto tiene consecuencias para la adsorción.. UN T. que se comportan como aceptores de protones y son por tanto bases. En metanólisis, los aceites proporcionan sitios de adsorción suficientes. ica. para el metanol en el que los enlaces (OH) se rompen fácilmente en. aniones metóxido y cationes de hidrógeno. Los aniones metóxido luego. ím. reaccionan con las moléculas de triglicéridos para producir ésteres metílicos. Se encontró que pequeñas cantidades de agua pueden mejorar. Qu. la actividad catalítica de CaO y los rendimientos de biodiésel, porque en la presencia de agua, O-2 en la superficie del catalizador se extrae H+ a partir de moléculas de agua para formar aniones OH- que posteriormente. ía. se extrae con H+ de metanol para formar metóxido de aniones, que son el. nie r. verdadero catalizador de la reacción de transesterificación. Sin embargo, si se añade al metanol demasiada agua (más de 2,8% en peso de aceite), el éster metílico del ácido graso se puede hidrolizar en condiciones. In ge. básicas para generar ácidos grasos, que pueden reaccionar con CaO para formar jabón. La reacción de transesterificación produce, entre las moléculas de metanol adsorbidas sitios básicos de óxido de magnesio básicos. La adsorción de metanol se supone que es la etapa determinante. de. de la velocidad en los catalizadores tales como oxido de magnesio (MgO) y oxido de lantano (La2O3) mientras que la etapa de reacción en la. ca. superficie se convierte en la determinante de la velocidad con catalizadores que tienen una mayor basicidad, tales como oxido de bario. bli ot e. (BaO), óxido de calcio (CaO) o el óxido de Estroncio (SrO). Siendo el .. [37]. Bi. Óxido de calcio el catalizador más usado para esta síntesis. 15 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(26) Qu. ím. ica. UN T. Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Figura N° 3: Variación de la fase activa del catalizador CaO bajo la reacción de. ía. transesterificación. [37]. nie r. En la figura N° 5, se muestra la cantidad de FAME producido en función del tiempo de reacción de transesterificación, esta cantidad se ve influenciado por el catalizador (oxido de calcio) diferenciando la fase inicial. In ge. activa y la fase final activan del catalizador. 1.3.5. Transesterificación Enzimática Aunque la reacción de transesterificación básica es rápida, la principal. de. desventaja incluye intensidad en la energía, dificultad en la separación del glicerol de metil ésteres.. ca. El tratamiento con agua alcalina requiere un tratamiento y que esté libre de ácidos libres grasos y el agua interfiere con la reacción de. bli ot e. transesterificación. La extra/intra celular lipasa puede efectivamente catalizar la transesterificación de triglicéridos en condiciones acuosas y no. Bi. acuosas [4].. Sin duda, la transesterificación enzimática tiene ventajas y desventajas frente a la realizada con catalizador básico, para lo cual se presenta la tabla 6 donde se muestran algunas propiedades de ambos tipos de transesterificación.. 16 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(27) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Tabla 6: Comparación del catalizador básico y transesterificación catalizada por una lipasa para la formación de biodiésel. Transesterificación catalítica básica. Transesterificación catalizada por una lipasa. Temperatura de reacción. 333-343 K. 303-313 K. Ácidos libres grasos en materiales crudos. Productos saponificados. Metil ésteres. Agua contenida en materiales crudos. Interferencia con la reacción. No hay influencia. Rendimiento de metil ésteres. Normal. Alto. Recuperación de glicerol y purificación de metil ésteres.. Dificultad, Repetición de lavado. Costo de catálisis. Barato. ím. ica. UN T. Parámetros. Qu. Fácil, Ninguno. Fuente: Viswanathan B. [37]. nie r. ía. Caro. La desnaturalización de enzimas en presencia de metanol y puede requerir un solvente como el THF.. In ge. 1.3.6. Caracterización de los catalizadores El uso de óxidos metálicos como catalizadores sólidos en el aceite de transesterificación está establecida, en consecuencia, ahora se busca la forma de alcanzar la mayor actividad del catalizador. La actividad del. de. catalizador está en función de su área de superficie específica, la fuerza. ca. de base y concentración de sitio de base. Alta superficie específica, la fuerza de la base y alta concentración de. bli ot e. sitios base son características de una transesterificación activa del catalizador. La densidad superficial de los sitios base, que es una combinación de superficie y el número total de sitios base, representa un. Bi. parámetro relevante para explicar el comportamiento catalítico en reacciones de transesterificación cuando diferentes sólidos de óxido de metal muestran números similares de sitios de base fuerte y muy fuerte.. 17 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(28) nie r. ía. Qu. ím. ica. UN T. Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Figura N°4: Adición Aldol de aldehídos al CaO. .. [29]. In ge. En la figura N° 4 se muestra la actividad catalítica del Óxido de calcio en la adición aldol de aldehídos, para mostrar cómo influye realmente en una este catalizador sólido en una reacción química.. de. Las mediciones de área superficial del catalizador es un principio subyacente simple: Absorber físicamente un gas inerte tal como argón o. ca. nitrógeno y determinar el número de moléculas que se necesitan para formar una mono capa completa. Como, por ejemplo, la del nitrógeno. bli ot e. molecular (N2) ocupa 0.162 nm2 a 77,2 K, la superficie total de área sigue directamente. El área superficial es específica de cada catalizador y es determinada por una superficie analizador ASAP 2010 basado en la. Bi. adsorción/desorción de nitrógeno. 1.3.7. Óxido de calcio Es el óxido de metal aplicado con más frecuencia para síntesis de biodiésel, probablemente debido a su bajo precio, menor toxicidad y alta. 18 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(29) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. disponibilidad. Puede ser sintetizado a partir de fuentes baratas como la piedra caliza e hidróxido de calcio.. UN T. El óxido de calcio posee relativamente alta basicidad, fuerza y menos impactos ambientales debido a su baja solubilidad en metanol y su fácil manipulación en comparación con hidróxido de potasio (KOH).. Kouzu ha investigado trece diferentes tipos de óxidos metálicos que Calcio,. Bario,. Magnesio,. o. de. Lantano. para. ica. contienen. la. transesterificación y los resultados sugieren que los catalizadores de la. ím. serie del Calcio tienen una mayor actividad catalítica para la reacción de transesterificación. La teoría básica de Lewis dice: Los metóxidos de. Qu. metales alcalino-térreos son más básicos que sus óxidos que son más básicos que sus hidróxidos. Los alcoholes son muy reactivos con el óxido. ía. de calcio e incluso a temperatura ambiente es posible que el metóxido de. nie r. calcio funcione adecuadamente [42].. El presente trabajo, se basa en proponer una alternativa de solución al problema actual de proceso y de baja competitividad de biodiésel. In ge. producido en nuestro país. Así mismo de reducir el impacto ambiental que generan los residuos y subproductos al utilizar hidróxidos en la síntesis de biodiésel a partir de aceite de palma. Se debe tener en cuenta que el biodiésel es una alternativa para disminuir la dependencia del petróleo,. de. además de reducir un porcentaje apreciable de las emisiones contaminantes y ser considerado biodegradable. Por ello se encuentra en. ca. los planes energéticos para uso interno y proyecciones mundiales, añadiéndole métodos de optimización a la producción para que sea. bli ot e. considerada una alternativa dentro del campo energético. La transesterificación por catálisis heterogénea es el método propuesto para las síntesis de biodiésel. El óxido de calcio presenta características. Bi. que lo hacen ideal frente a otros catalizadores sólidos: bajo precio y alta disponibilidad, no es tóxico, presenta alta actividad catalítica y es estable al aumentar la temperatura, por lo que puede trabajarse a temperaturas altas para disminuir los tiempos de reacción.. 19 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(30) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Además, la utilización de óxido de calcio puede disminuir costos por manejo de aguas residuales y por ser un catalizador sólido podría reactivarse y volver a utilizar; tomándose en cuenta que la producción de. UN T. óxido de calcio también puede realizarse a partir de fuentes baratas, esto sería una opción para el desarrollo y competitividad económica en la industria del biodiésel.. ica. En tal sentido, se ha propuesto evaluar el rendimiento de la reacción. catalítica en la producción de biodiesel, estableciendo los valores óptimos. Bi. bli ot e. ca. de. In ge. nie r. ía. Qu. ím. de temperatura y tiempo de activación del óxido de calcio,. 20 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(31) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. CAPÍTULO II MATERIALES Y MÉTODOS MATERIAL DE ESTUDIO. UN T. 2.1. -El aceite de utilizado para la investigación fue un aceite de Palma. comercial proveniente de la empresa Industrias del Espino ubicada en. -Biodiésel, metanol y el óxido de calcio.. ím. palma TONDERO perteneciente al lote 172 17:11.. ica. Palmawasi-Uchiza Departamento de San Martín, denominado Aceite de. Qu. En la investigación se tuvo en cuenta las siguientes variables: Independientes: Temperatura y tiempo de activación, porcentaje de pureza del óxido de calcio.. nie r. 2.2 MÉTODOS Y TÉCNICAS. ía. Dependientes: Rendimiento de reacción de transesterificación.. 2.2.1 Preparación de catalizador. In ge. Como fuente de óxido de calcio en la síntesis de biodiésel se usó Donax variabilis (conocida también en las costas peruanas como maruchas).. de. Para la obtención del CaO se realizó el siguiente procedimiento:  Se seleccionó las maruchas de mayor tamaño, completas y con. ca. poca pigmentación en la superficie.  Se lavaron y secaron al medio ambiente.. bli ot e.  Posteriormente, se calentaron en una mufla a la temperatura de 400°C durante 3 horas para eliminar los restos orgánicos..  Luego, se retiró de la mufla y se puso en un desecador, para evitar. Bi. contacto con la humedad del aire..  Después de enfriar, se molió en un mortero y se tamizó en malla 100..  La muestra se colocó en un crisol para ser llevado en una mufla para su calcinación y activación a las temperaturas: 800°C, 900°C y 1000°C; por un tiempo de 2, 3 y 4 horas respectivamente 21. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(32) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación.  Después del proceso de calcinación-activación, se conservó en un recipiente herméticamente cerrado.. UN T. 2.2.2 Análisis de óxido de calcio El porcentaje de óxido de calcio aprovechable (% pureza de catalizador) se determinó según norma ASTM C25-88 (ver ANEXO D).. ica. 2.2.3 Preparación del metóxido de calcio. Antes de utilizar el óxido de calcio activado en la preparación del metóxido. ím. de calcio, el CaO obtenido, fue llevado a la mufla a 300°C para retirar la humedad. Luego se procedió a preparar el metóxido de acuerdo al. Qu. siguiente procedimiento:.  En una probeta de 100mL, se midió 60mL de metanol (pH metanol=. nie r. tapó adecuadamente.. ía. 6.5; T= 25°C) y se agregó a un Erlenmeyer de 250 mL esmerilado y se  Se añadió 4g de CaO y se procedió a la preparación del metóxido de calcio, en un equipo consistiendo de un agitador magnético y un. In ge. refrigerante de bolas, para ebullición a reflujo.  Se agitó y calentó a reflujo por 30 minutos a 65°C.  Posteriormente se enfrió a temperatura ambiente.  El metóxido de calcio formado conteniendo partículas de CaO, se filtró. de. al vacío para recuperar el catalizador sólido. El pH final del metóxido formado fue de 9.. ca.  El filtrado se colocó en un Erlenmeyer y se tapó para su posterior uso en la preparación del biodiesel.. bli ot e. Para calcular las cantidades de los insumos en la reacción se tomó como referencia el peso molecular de 860 g/mol para el aceite de palma [42]; ya que la cantidad de metanol está en proporción molar al aceite y el. Bi. catalizador se calcula en relación al porcentaje en peso de aceite.. 2.2.4 Reacción de transesterificación Una vez formado el metóxido se procedió a realizar la reacción de transesterificación de la siguiente manera: 22. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(33) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación.  Se midió 100 mL de aceite de palma.  En un Erlenmeyer se agregó 100 mL de aceite con 40 mL de metóxido de calcio filtrado y se tapó inmediatamente.. UN T.  El Erlenmeyer conteniendo la muestra metóxica se colocó sobre el agitador magnético para homogeneizar la mezcla y en la parte superior un refrigerante de bolas para mantenerlo a reflujo total..  Una vez empezado el reflujo, esta reacción se mantuvo a 68°C durante. ica. 3 horas..  Una vez terminada la reacción, el sistema reaccionante fue enfriado a. ím. temperatura ambiente y el sistema reaccionante se colocó en una pera de decantación para su separación. Se dejó decantar durante 24. Qu. horas..  Después de este tiempo, se observó 2 fases: Una capa inferior. ía. conteniendo el biodiésel y la glicerina y una capa superior que era el metanol remanente.. nie r.  La fase líquida que contenía el metanol se colocó en otro frasco para su posterior recuperación, y la fase conteniendo el biodiésel fue puesto. In ge. en otro recipiente para su posterior lavado. Una de las maneras de retirar la glicerina en la reacción de transesterificación es lavar consecutivamente el biodiésel con agua ligeramente acidificada. El biodiésel tuvo un pH entre 8.5 y 9.0 al iniciar el. de. lavado; estos lavados fueron 3 en total, con aproximadamente 30 mL de agua en total, es decir:. ca.  El biodiésel separado, se lavó con agua ligeramente acidificada (pH= 5.5 – 6.0). Se agitó ligeramente y se dejó separar por unas horas hasta. bli ot e. que se notaron las fases en forma clara aproximadamente 6 horas..  Una vez nítidamente visibles las fases, fueron separadas la parte líquida (agua de lavado) y el biodiesel, que fue puesto nuevamente en. Bi. una pera de decantación para su siguiente lavado. Se observó también que el biodiésel era más claro en cada lavado..  De esta manera se procedió dos veces más con lo que se tuvo un total de 3 lavados consecutivos. Siendo el pHfinal=7.0.. 23 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(34) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. Con la finalidad de eliminar trazas de metanol y glicerina que no fueron retiradas con el lavado y agua que pudo quedar del proceso de lavado se. UN T. procedió a usar un rotaevaporador para obtener el biodiésel puro (FAME). 2.2.5 Análisis de aceite. Para la medición de la densidad del aceite de palma a temperatura. ambiente, se utilizó un Densímetro Anton Paar (Density Meter DMA 35) y. ica. para el aceite a 40°C, se realizó 10 veces en fiolas de 10mL.. ím. 2.2.6 Análisis de Biodiésel. Este producto se analizó, siguiendo la Norma Técnica Peruana 321.125-. Qu. 2008 (Ver en anexo de la norma técnica peruana)..  La densidad del biodiésel se determinó con el densímetro Anton. ía. Paar (Density Meter DMA 35), a temperatura ambiente. Además,. nie r. se determinó su densidad a 40°C para poder compararlo con la Norma Técnica Peruana 321.125-2008 que especifica los valores a 40°C.. In ge.  La viscosidad cinemática se determinó usando el viscosímetro de Ostwald a 40 °C, según Norma Técnica Peruana ASTM-D 445 (debe ser entre 1.9 y 6 mm2/s).  El punto de inflamación se determinó usando el equipo de copa. de. cerrada Koehler Instrument Company, (que según Norma Técnica Peruana, ASTM–D93 ) debe tener 93 °C como mínimo.. ca.  El poder calorífico se determinó usando la bomba calorífica. bli ot e. adiabática.. 2.2.7 Actividad Catalítica del Óxido de Calcio (CaO) Para evaluar la actividad catalítica del catalizador, este fue sometido a. Bi. diferentes temperaturas de activación, 800, 900 y 1000°C y a diferentes tiempos de activación 2, 3 y 4h, manteniéndose constante los parámetros de la reacción tales como tiempo de reacción (3h), temperatura de reacción (65°C) y agitación. La actividad catalítica se midió en base a la conversión de aceite de palma en biodiésel, además se realizaron las 24. Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(35) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. respectivas pruebas “t” para determinar que los ensayos tuvieron las mismas cantidades de óxido de calcio, así aseguramos las mismas condiciones de operación (tiempo y temperatura), en 2 ensayos por cada. Bi. bli ot e. ca. de. In ge. nie r. ía. Qu. ím. ica. UN T. tipo de catalizador activado.. 25 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.

(36) Biblioteca Digital - Dirección de Sistemas de Informática y Comunicación. CAPÍTULO III RESULTADOS. UN T. En este capítulo se presentan los resultados obtenidos para la obtención de. biodiésel. Las pruebas fueron llevadas a cabo en el Laboratorio de Investigación N°4 de la Facultad de Ingeniería Química.. ica. 3.1 Aceite de palma. En la tabla 7, se presentan las propiedades fisicoquímicas del aceite de palma.. UNIDAD. 0.9093. g/mL. 0.8813. g/mL. 6.6227. mm2/s. 287. °C. nie r. DENSIDAD (24,2 °C) DENSIDAD (40 °C) VISCOSIDAD CINEMÁTICA (40°C) PUNTO DE INFLAMACIÓN. Qu. ACEITE DE PALMA. ía. PROPIEDAD. ím. Tabla 7: Propiedades fisicoquímicas del aceite de palma. In ge. Fuente: Elaboración propia.. 3.2 Preparación del Óxido de Calcio. El óxido de calcio empleado como catalizador en el presente trabajo, se. de. obtuvo en laboratorio, para lo cual se realizó una pre-calcinación cuyos datos se muestra en la figura N° 5; además, a dichas muestras se las. ca. activó a diferentes temperaturas y tiempos, a las cuales se analizó la pureza de óxido de calcio (CaO), cuyos resultados se muestran en la. bli ot e. figura N° 6.. Los datos de las figuras N° 5 y 6 se encuentran descritos en tablas en el. Bi. anexo A.. 26 Esta obra ha sido publicada bajo la licencia Creative Commons Reconocimiento-No Comercial-Compartir bajola misma licencia 2.5 Perú. Para ver una copia de dicha licencia, visite http://creativecommons.org/licences/by-nc-sa/2.5/pe/.