No. de Documento RT-UVER-CA-226-007-001 Pagina 2
1 ÍNDICE
Resumen ... 4
1. Introducción ... 6
2 Objetivo general ... 7
2.1 Objetivos específicos ... 7
3 Metodología ... 8
3.1 Caracterización de materia prima ... 8
3.1.1 Índice de refracción ... 8
3.1.2 Punto de fusión ... 8
3.1.3 Densidad ... 9
3.1.4 Índice de humedad y material volátil ... 9
3.1.5 Índice de saponificación ... 10
3.1.6 Índice de acidez ... 10
3.2 Pretratamiento ... 11
3.3 Transesterificación... 12
3.4 Pruebas de calidad del biodiesel obtenido ... 15
3.5 Lavado del biodiesel ... 17
4 Resultados ... 19
4.1 Resultados de la caracterización de la grasa de pollo. ... 19
4.1.1 Densidad relativa ... 19
4.1.2 Punto de fusión ... 20
4.1.3 Humedad ... 20
4.1.4 Índice de refracción ... 21
4.1.5 Índice de acidez ... 22
4.1.6 Índice de saponificación ... 23
4.1.7 Análisis de minerales ... 24
No. de Documento RT-UVER-CA-226-007-001 Pagina 3
4.2 Resultados de la transesterificación ... 25
4.2.1 Biodiesel obtenido a partir de grasa de pollo ... 25
4.3 Resultados de calidad del biodiesel ... 25
4.3.1 Densidad de biodiesel ... 25
4.3.2 Punto de inflamación del biodiesel ... 28
4.3.3 Índice de refracción ... 31
4.3.4 Corrosividad del biodiesel ... 33
4.3.5 Glicerol total y libre ... 34
4.3.6 Viscosidad de biodiesel ... 37
4.4 Comparación de biodiesel con etanol y metanol ... 40
5 Referencias ... 42
No. de Documento RT-UVER-CA-226-007-001 Pagina 4 Resumen
En este estudio se obtuvo biodiesel a partir de grasa residual de una planta procesadora de aves mediante transesterificación utilizando como catalizador hidróxido de potasio y se realizó una comparación de la eficiencia y calidad del proceso cuando se utiliza metano o etanol. Para llevar a cabo la obtención del biodiesel se le realizó un proceso de desgomado a la grasa para eliminar fosfátidos y fosfolípidos presentes, además reducir la cantidad de ácidos grasos libres.
Para evaluar la calidad de la grasa se realizaron pruebas de caracterización y posteriormente de aplicó el pretratamiento de desgomado. Esto permitirá estandarizar la materia prima utilizada en el proceso y conocer si el biodiesel obtenido es afectado por la calidad de la grasa proveniente del agua residual de la planta procesadora de aves de Grupo Pecuario San Antonio. Además, se aplicaron dos tipos de alcohol (Etanol y Metanol) para evaluar cual tiene un mejor desempeño en el proceso.
No. de Documento RT-UVER-CA-226-007-001 Pagina 5 Glosario
Biodiesel: Biocombustible compuesto de Esteres monoalquílicos de cadena larga
Transesterificación: Reacción en la cual un mol de grasa reacciona con 3 moles de alcohol en presencia de un catalizador formando esteres monoalquílicos.
Biocombustible: Combustible sintetizado a partir de biomasa y de fuentes renovables.
Desgomado: Proceso en el cual se eliminan gomas, fosfátidos, proteínas, carbohidratos y minerales de una muestra de grasa con el fin de limpiarla.
No. de Documento RT-UVER-CA-226-007-001 Pagina 6 1. Introducción
Actualmente, es necesario desarrollar fuentes de energía renovable para satisfacer la alta demanda energética en el mundo industrializado, esto permitirá generar menor impacto ambiental. Esta problemática ha generado interés reciente en fuentes alternativas para la producción de energía. Un combustible alternativo debe ser factible tanto económicamente como medio ambientalmente (Baron et al., 2013).
Biodiesel es el nombre que se le da comúnmente a esteres metílicos o etílicos de cadena larga obtenidos de diversas fuentes de ácidos grasos (Saluja et al., 2016) es una alternativa limpia, eficiente y natural a los combustibles a base de petróleo, está hecho de fuentes biológicas renovables como los aceites vegetales, las grasas animales y los organismos oleaginosos por mencionar algunos (Kahraman, 2008). En general las propiedades fisicoquímicas de los esteres etílicos son comparables con los metílicos. Los esteres etílicos son ligeramente más viscosos y los puntos de fluidez y nube son ligeramente más bajos que los esteres metílicos, la opacidad del humo es significativamente menor, temperatura de escape más baja y punto de fluidez bajo. Por su parte los esteres metílicos producen una potencia y torsión ligeramente superiores a los esteres etílicos y ambos esteres tienen casi el mismo contenido de calor (Kahraman, 2008).
Se ha encontrado que la materia prima sola representa más del 75% del costo total de producción de biodiesel. Por lo tanto, la selección de la mejor materia prima es vital para garantizar un bajo costo de producción (Atabani et al., 2012).
No. de Documento RT-UVER-CA-226-007-001 Pagina 7 2 Objetivo general
Producir biodiesel a partir de grasa residual de una planta procesadora de aves mediante transesterificación utilizando hidróxido de potasio como catalizador comparando etanol y metanol
2.1 Objetivos específicos
• Caracterizar la grasa de pollo residual
• Evaluar el efecto del alcohol utilizado (metanol o etanol), la temperatura y relación molar en la eficiencia del proceso de transesterificación
• Evaluar el efecto de la temperatura y relación molar en la calidad del biodiesel
No. de Documento RT-UVER-CA-226-007-001 Pagina 8 3 Metodología
En el presente trabajo se realizó la síntesis de biodiesel utilizando como catalizador KOH y dos alcoholes diferentes metanol y etanol y utilizando como materia prima grasa residual de pollo obtenida del sistema de aguas residuales de la planta procesadora de aves de grupo pecuario San Antonio ubicada en el municipio de Fortín de las Flores, Ver.
3.1 Caracterización de materia prima
Al recibir la grasa residual de pollo se procedió a analizarla con el fin de conocer sus características fisicoquímicas y determinar con estas su calidad; las pruebas realizadas fueron: índice de refracción, punto de fusión, densidad, índice de humedad y material volátil, índice de saponificación, índice de acidez.
3.1.1 Índice de refracción
NMX-F-074-S “Determinación del índice de refracción con el refractómetro de Abbe en aceites y grasas vegetales o animales” se obtuvo mediante un refractómetro de Abbé conectado a un baño de agua con control de temperatura para mantenerla a 21 °C constantes.
Se colocó aproximadamente 2 gotas de la muestra para tomar la lectura de índice de refracción
3.1.2 Punto de fusión
NMX-F-114-S “Determinación del punto de fusión por el método de Wiley en aceites y grasas vegetales o animales”. Para esta prueba se esperó que se derritiera la muestra, posteriormente en 3 microtubos se introdujeron aproximadamente 1 cm de grasa. Se colocaron los tubos durante 16 horas en el congelador a una temperatura de 4 a 10 °C.
Después se retiran los micro tubos del congelador y se espera a que a temperatura ambiente se empiecen a descongelar antes de llegar al punto líquido de la muestra se introduce el termómetro y se registra la temperatura de fusión.
No. de Documento RT-UVER-CA-226-007-001 Pagina 9 3.1.3 Densidad
NMX-F-075-1987 “Determinación de la densidad relativa en aceites y grasas vegetales o animales” La densidad de la grasa fue obtenida mediante la diferencia de pesos de masa de grasa a 15 °C contenida en un picnómetro con un volumen de 100 mL, de acuerdo con el método expuesto en la norma ISO 3675.
La fórmula para los cálculos es:
Donde:
mp= Masa del picnómetro vacío (g).
mp+w= Masa del picnómetro con agua (g).
pw= Densidad del agua (1 g/ml)
mp+d= Masa del picnómetro con manteca (g).
3.1.4 Índice de humedad y material volátil
NMX-F-211-1987 “Determinación de humedad y materia volátil en aceites y grasas vegetales o animales” Se pesaron 10 g de grasa en un vaso de precipitado con agitación y se calentó suavemente hasta alcanzar una temperatura de 115°C se esperó el punto final donde dejó de haber espuma y burbujas después de este punto se siguió calentando hasta la formación insipiente de humos sin sobrecalentarla. Posteriormente, se enfrió la muestra a temperatura ambiente en un desecador y determinó su masa hasta masa constante.
No. de Documento RT-UVER-CA-226-007-001 Pagina 10 3.1.5 Índice de saponificación
NMX- F-174-S-1981 “Determinación del índice de saponificación en aceites y grasas vegetales y animales”. Se prepararon las soluciones a utilizar en esta prueba realizando primero los cálculos y después las soluciones de KOH 0.7 N, HCl 0.5 N y fenolftaleína al 1%. Se ponen 5 gr de grasa de pollo disuelta en 50 mL de una solución alcohólica de KOH 0.7 N en un matraz balón conectado a un refrigerante, durante una hora. Posteriormente, se deja enfriar a temperatura ambiente y se titula con HCl 0.5 N usando fenolftaleína al 1 % como indicador. Al agregar la fenolftaleína la muestra cambia de tonalidad naranja a vino. Y la titulación se detiene hasta alcanzar un vire rosa pálido, para conocer la cantidad de KOH que se ha utilizado para saponificar la grasa.
Para reportar el índice de saponificación como los mg de KOH requeridos para saponificar 1g de grasa, se aplica la siguiente fórmula:
Donde:
VB= Volumen gastado de HCl en la titulación del blanco (ml).
VM= Volumen gastado de HCl en la titulación de la muestra (ml).
N= Normalidad del HCl.
W= Peso de la muestra (g).
3.1.6 Índice de acidez
NMX-F-101 “Determinación del índice de acidez en aceites y grasas vegetales o animales”
Se disolvieron 5 gramos de grasa en 10 ml de etanol en un matraz balón que fue puesto a calentamiento con agitación y un refrigerante logrando con esto que la muestra se disolviera
No. de Documento RT-UVER-CA-226-007-001 Pagina 11 por completo, después se dejó enfriar a temperatura ambiente y se tituló con una solución de KOH 0.1 M utilizando fenolftaleína al 1 % como indicador, agitándolo pasó de una coloración naranja a una rosada y se detuvo la titulación cuando esta persistió durante 30 segundos.
La fórmula para los cálculos es:
% á𝑐𝑖𝑑𝑜 𝑜𝑙𝑒𝑖𝑐𝑜 = 𝑉. 𝑁. 0.282
𝑤 𝑋100
Donde:
V= Volumen gastado de KOH en la titulación (ml).
N= Normalidad de la solución de KOH W= Peso de la muestra (g).
3.2 Pretratamiento
Se realizó el desgomado colocando 450 g de grasa residual de pollo, 4.5 g de bicarbonato de sodio y 45.6 mL de agua destilada en un matraz balón colocándole un refrigerante y agitación magnética en la parrilla de calentamiento como se ve en la Figura 1. Tomando en cuenta la cantidad que se quiere desgomar se subió la temperatura de la parrilla entre 200-230 °C y se verificó constantemente que la temperatura del desgomado fuera superior a 115°C con un termómetro infrarrojo por 45 min.
No. de Documento RT-UVER-CA-226-007-001 Pagina 12 Figura 1. Desgomado de la grasa de pollo.
Al concluir el desgomado se pudieron apreciar dos fases, una superior de consistencia pastosa y color amarillo fuerte y otra de color marrón en la parte inferior y se dejó enfriar por aproximadamente 1 hora. Se colocó la grasa en embudos de separación para facilitar su separación. Después de separarlo mediante decantación se centrifugó la grasa resultante para separar aún más la grasa desgomada de las impurezas.
La grasa pretratada fue analizada nuevamente con los parámetros antes mencionados para comprobar el efecto del desgomado y como está afecta el proceso de transesterificación.
3.3 Transesterificación
La transesterificación es un proceso en el cual se utiliza alcohol (metanol, etanol) en presencia de un catalizador, tal como hidróxido de sodio o hidróxido de potasio, para romper químicamente las moléculas de aceites o grasas en esteres metílicos o etílicos con glicerol como subproducto. El biodiesel es el producto de la transesterificación, pues se define como
No. de Documento RT-UVER-CA-226-007-001 Pagina 13 esteres monoalquílicos de ácidos grasos (Demirbas, 2003). En la Figura 2 se observa la reacción básica de transesterificación sin catalizador.
Figura 2. Reacción de transesterificación.
La grasa tratada y caracterizada fue sometida a transesterificación homogénea con relaciones molares (grasa residual-alcohol) 1:5, 1:6 y 1:7 para encontrar cuál es la relación molar que da como resultado el mejor rendimiento y buena calidad de biodiesel.
Para encontrar la mejor combinación de factores se utilizó un diseño experimental 3K como se muestra en la tabla 1 en el cual las variables fueron la temperatura y la relación molar Se utilizó 1% de catalizador (hidróxido de potasio) con respecto a la cantidad de grasa que se transesterificó.
Tabla 1. Diseño experimental para transesterificación por catálisis homogénea.
Relación molar (Alcohol: Grasa)
Temperatura
50°C 60°C 70°C
5:1 Experimento 1 Experimento 4 Experimento 7 6:1 Experimento 2 Experimento 5 Experimento 8 7:1 Experimento 3 Experimento 6 Experimento 9
No. de Documento RT-UVER-CA-226-007-001 Pagina 14 Se preparó el metóxido que se utilizó para la catálisis disolviendo 0.1 g de KOH en 50, 100 y 150 mL de metanol. La grasa de pollo se precalentó en un matraz balón de tres vías con la ayuda de una parrilla eléctrica y agitador magnético hasta alcanzar 50, 60 y 70 °C. En una de las bocas del matraz se colocó un refrigerante y en las otras dos se colocaron sensores de temperatura y pH como se observa en la Figura 3. Una vez alcanzada la temperatura deseada se agregaron los catalizadores respectivos al matraz con la grasa y se mantuvo a calentamiento constante durante 2 horas. Se colocó la solución resultante en un embudo de separación y se dejó reposar durante 24 horas para que se separara la glicerina y los esteres monoalquílicos en dos fases distintas. Se separó la glicerina de los ésteres con la ayuda del embudo de separación y se evaporó el metanol sobrante con un rotavapor la transesterificación con etanol sigue la misma técnica empleada con metanol.
Figura 3. Reacción de transesterificación por catálisis homogénea.
No. de Documento RT-UVER-CA-226-007-001 Pagina 15 3.4 Pruebas de calidad del biodiesel obtenido
El resultado del proceso de transesterificación fue analizado de acuerdo con las normas internacionales para biodiesel EN 14214-09 y ASTM D6757 para comprobar la calidad del biodiesel obtenido.
3.4.1 Glicerina total y libre del biodiesel
El procedimiento se realizó de acuerdo con la norma ASTM 6584. Se tomó un gramo de biodiesel en un frasco y se agregaron 10 mL de etanol se tomaron 400 μL de la disolución y se colocaron en tubos con tapón de rosca, a cada tubo se le adicionaron 100 μL de etanol, 200 μL de solución de peryodato, se dejaron 2 minutos a temperatura ambiente y se le adicionaron 500 μL de acetil acetona. Se cierran los tubos, se agitan y se someten a un baño de agua a 25°C durante 10 min. Se colocaron los tubos a baño maría frio. Finalmente se agregaron 3.5 mL de etanol.
Los tubos con las muestras se agregaron a celdas de vidrio para ser colocadas en un espectrofotómetro para conocer la concentración en ppm de glicerol en la muestra.
3.4.2 Densidad del biodiesel
La prueba se realizó de acuerdo con la norma ISO 3675. Se utilizó un matraz aforado de 50 mL. Se pesó primero el matraz aforado y se anotó el peso, se agregó biodiesel hasta la marca de aforó y se pesó de nuevo el matraz para conocer el peso del biodiesel por diferencia de pesos entre el matraz lleno y el matraz vacío. La densidad se calculó al dividir el peso del biodiesel entre el volumen del matraz.
3.4.3 Viscosidad cinemática
Se determinó la viscosidad cinemática del biodiesel con un viscosímetro de Ubbelohde de acuerdo con la norma ASTM D445 el cual cuenta con tres tubos unidos por conexiones y se llena el de abertura más ancha con aproximadamente 15 mL de biodiesel para después succionar con una perilla por el orificio que posee un recipiente esférico en el tubo con un capilar, se midió el tiempo que demoraba el biodiesel en pasar de la marca en la parte superior
No. de Documento RT-UVER-CA-226-007-001 Pagina 16 de la esfera a la marca en la parte inferior como se puede observar en la Figura 4. El resultado en segundos se multiplicó por la densidad y la constante propia del instrumento proporcionada por el fabricante que era igual a 0.03050 mm2/s2 (cSt/s) para obtener la viscosidad cinemática.
Figura 4.Viscosímetro de Ubbelohde.
3.4.4 Índice de refracción
Se utilizó un refractómetro de Abbe para medir el índice de refracción del biodiesel y para mantener una temperatura a 20°C. Se calibró el refractómetro con agua destilada y se realizaron las lecturas de biodiesel.
3.4.5 Corrosividad de cobre
La prueba de corrosión se llevó a cabo de acuerdo con las normas ASTM D130 y EN 2160.
En microtubos se colocaron láminas de cobre que eran sumergidas en pequeñas muestras del biodiesel obtenido. Se dejan los microtubos con las láminas y el biodiesel 24 horas a temperatura ambiente y se observaron los cambios de color de las láminas como se observa en la Figura 5.
No. de Documento RT-UVER-CA-226-007-001 Pagina 17 Figura 5. Prueba de corrosión con láminas de cobre.
3.4.6 Punto de inflamación
Se realizó el análisis de acuerdo con las normas ASTM D93 y EN 2719. Se agregaron 3 mL de biodiesel en una capsula de porcelana y se colocó en una parrilla eléctrica y posteriormetne se elevó la temperatura aproximadamente a 200-250°C. Se dejó calentar y con un termómetro se tomó la temperatura, entre 120-140°C se encendió la flama directamente a la muestra hasta que se desprendieron vapores y estos entraran en combustión como se muestra en la Figura 6.
Figura 6. Punto de inflamación del biodiesel.
3.5 Lavado del biodiesel
Después de las pruebas realizadas para determinar la calidad del biodiesel se realizó un lavado para eliminar posibles partes de glicerina y sal producidas por la neutralización del catalizador y rastros metanol. Se calienta el biodiesel a 40°C y se le agregaba una cantidad
No. de Documento RT-UVER-CA-226-007-001 Pagina 18 de agua de aproximadamente dos veces el volumen del biodiesel y se agitó muy suavemente.
Luego se dejó decantar el biodiesel por dos horas, se retiró el agua y se repitió el proceso hasta que el agua de lavado fue cristalina. El biodiesel por su densidad permanecía en la parte superior y el agua de lavado en la parte inferior como se ve en la Figura 7.
Figura 7. Biodiesel en el proceso de lavado.
Una vez lavado el biodiesel se colocó en un vaso de precipitado y se calentó hasta los 70°C con el fin de evaporar el agua presente en el biodiesel.
Al concluir el lavado del biodiesel se procedió a repetir las pruebas de calidad.
No. de Documento RT-UVER-CA-226-007-001 Pagina 19 4 Resultados
4.1 Resultados de la caracterización de la grasa de pollo.
Se realizó el desgomado de la grasa residual de pollo para realizar las pruebas de calidad de grasa y así comparar los resultados y verificar la viabilidad de utilizar el pretratamiento previo a la transesterificación.
4.1.1 Densidad relativa
Densidad de la grasa de pollo sin pretratamiento obtuvo un valor de 0.922 mientras que la grasa de pollo desgomada obtuvo resultado con un valor de 0.9090. La prueba se realizó por triplicado y los resultados fueron promediados. La comparación de los valores se puede observar en la Figura 8. Ambos valores se encuentran dentro de los parámetros del índice de calidad de grasa para manteca de cerdo y aceite vegetal los cuales son 0.9 y 0.9262 respectivamente, los cuales se toman como referencia debido a que no existe normatividad aplicada a grasa de pollo.
Figura 8. Densidad relativa de la grasa de pollo pretratada y sin tratar.
0.9 0.905 0.91 0.915 0.92 0.925
Grasa desgomada
Grasa sin desgomar
Densidad relativa [Adim]
No. de Documento RT-UVER-CA-226-007-001 Pagina 20 4.1.2 Punto de fusión
La grasa de pollo sin pretratamiento obtuvo una temperatura de fusión de 10.33°C mientras que la temperatura de fusión de la grasa desgomada fue de 7. 66°C la prueba fue realizada por triplicado y se promediaron los resultados de las pruebas. En la Figura 9 se puede observar una disminución del punto de fusión de la grasa al ser sometida al pretratamiento.
Ambos resultados están muy por debajo de los puntos de fusión indicados en el índice de cálida de grasas para manteca de cerdo y aceite vegetal, los cuales son 37.3 y 34.6°C. Esto es favorable pues la grasa de pollo se comporta más como un aceite que como una grasa. A pesar de estar fuera de los parámetros establecidos para grasas, esta desviación favorece la viscosidad del biodiesel producido.
Figura 9. Punto de fusión de la grasa pretratada y sin tratar.
4.1.3 Humedad
La grasa de pollo sin desgomar obtuvo una humedad de 0.0177% mientras que la grasa de pollo sometida al pretratamiento obtuvo una 0.0256%. En la Figura 10 se puede observar un aumento de humedad después de que la grasa de pollo fue pretratada, esto puede deberse a que el pretratamiento requiere de agua y bicarbonato de sodio, el uso de agua sugiere un aumento en la cantidad de humedad. Los valores de humedad en el índice de calidad de grasas
0 2 4 6 8 10 12
Grasa desgomada
Grasa sin desgomar
Punto de fusión [°C]
No. de Documento RT-UVER-CA-226-007-001 Pagina 21 son de 6.29% para grasa de cerdo y 0.23%. La humedad de la grasa pretratada se acerca mucho a los valores de aceite vegetal esto es beneficioso pues al tener menos humedad se reduce el riesgo de una saponificación en el proceso de transesterificación.
Figura 10. Humedad de la grasa pretratada y sin tratar.
4.1.4 Índice de refracción
La grasa de pollo sin desgomar obtuvo un índice de refracción de 1.58556 mientras que la grasa de pollo sometida al pretratamiento obtuvo 1.58556. Como se puede observar en la Figura 11, los valores de índice de refracción de ambas grasas de pollo son muy similares incluso en las diezmilésimas. Ambos valores son ligeramente superiores a los indicados en el índice de calidad de grasas para manteca de cerdo y aceite vegetal los cuales son 1.4553 y 1.4574.
0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03
Grasa desgomada
Grasa sin desgomar
% Humedad
No. de Documento RT-UVER-CA-226-007-001 Pagina 22 Figura 11. Índice de refracción de la grasa pretratada y sin tratar.
4.1.5 Índice de acidez
La grasa de pollo sin pretratar obtuvo un índice de acidez de 4.891772% mientras que la grasa de pollo pretratada alcanzó 1.3972. Como se puede observar en la Figura 12 el desgomado parece reducir la cantidad de ácidos grasos libres, lo que mejora su calidad para su uso como lubricante y para consumo humano. Los parámetros de calidad del índice de calidad de grasa indican un índice de acidez de 1.289 para manteca de cerdo y 2.217 para aceite vegetal la grasa de pollo pretratada acerca mucho su índice de acidez a la manteca de cerdo.
Figura 12. Índice de acidez en % de ácido oleico de la grasa pretratada y sin tratar.
0 0.5
1 1.5
Grasa desgomada
Grasa sin desgomar
Índice de refracción
0 1 2 3 4 5
Grasa desgomada
Grasa sin desgomar
% de ácido oléico
No. de Documento RT-UVER-CA-226-007-001 Pagina 23 4.1.6 Índice de saponificación
La grasa de pollo sin pretratar obtuvo un índice de saponificación de 192.3845 g KOH·kg-1 grasa, mientras que la grasa de pollo sometida al pretratamiento generó un índice de 246.3734 g KOH·kg-1grasa. El índice de saponificación de la grasa es inversamente proporcional al peso molecular de la misma, podemos notar en la Figura 13 que el índice de saponificación aumentó con el pretratamiento, esto debido a que el desgomado eliminó los ácidos grasos de alto peso molecular. El índice de calidad de grasas muestra un índice de saponificación de 209.68 para manteca de cerdo y 202.70 para aceite vegetal. La grasa de pollo sin tratar no alcanza los valores antes mencionados y la grasa pretratada los supera.
Figura 13. Índice de saponificación de la grasa pretratada y sin tratar.
0 50 100 150 200 250
Grasa desgomada
Grasa sin desgomar
g KOH·kg-1grasa
No. de Documento RT-UVER-CA-226-007-001 Pagina 24 4.1.7 Análisis de minerales
Se realizaron análisis para determinar la cantidad de ciertos metales presentes en la grasa de pollo, los análisis fueron realizados en la Facultad de Medicina Veterinaria y zootecnia, en el departamento de nutrición animal y bioquímica de la Universidad Nacional Autónoma de México, las pruebas realizadas fueron: Magnesio, Sodio, Potasio, Hierro, Cobre, Zinc, Manganeso, Molibdeno, Mercurio, Arsénico, Plomo, Cromo, Cadmio, Níquel, Cobalto y Selenio. La técnica utilizada para determinar los minerales antes mencionados fue la técnica de espectrofotometría de absorción atómica.
Los únicos dos metales detectados fueron Hierro y Zinc, como se puede observar en la Figura 14 el proceso de desgomado eliminó por completo el Zinc al ya no ser detectado en las muestras sometidas previamente al desgomado.
Figura 14 Cantidad en ppm de hierro y zinc de la grasa de pollo pretratada y sin tratar.
0 5 10 15 20 25 30
Frasa sin desgomar Grasa desgomada
ppm de metales
Hierro Zinc
No. de Documento RT-UVER-CA-226-007-001 Pagina 25 4.2 Resultados de la transesterificación
4.2.1 Biodiesel obtenido a partir de grasa de pollo
Con el diseño experimental se obtuvieron 18 muestras por triplicado de biodiesel y en la Figura 15 se observa el rendimiento de las relaciones molares y la temperatura aplicada. En la Figura 18 las tres mejores relaciones molares y temperaturas fueron: 1:6 (60°C), 1:6 (50°C) y 1:7 (50°C).
Figura 15. Rendimiento en gramos del proceso de transesterificación.
4.3 Resultados de calidad del biodiesel 4.3.1 Densidad de biodiesel
Se realizaron las pruebas de densidad al biodiesel obtenido mediante catálisis homogénea de acuerdo a los parámetros de la norma EN 14214, la cual establece en límite permisible entre 0.86-0.90 g/mL. La Figura 16 muestra el comportamiento de la densidad con respecto a la relación molar y la temperatura, se encontró un aumento en la densidad cuando se eleva la
No. de Documento RT-UVER-CA-226-007-001 Pagina 26 temperatura e incrementa la relación molar, los resultados más bajos se obtuvieron con la relación molar de 1:6 estando en el límite inferior de la norma.
El análisis de varianza para los factores temperatura (p=0.605210) y para relación molar (p=0.283673) muestra no ser significativo.
Figura 16. Densidad del biodiesel respecto a los factores.
Después de realizar el lavado se repitió la prueba de densidad y como se observa en la Figura 17 se notó una disminución en la densidad. Los experimentos con la temperatura de 70°C con la relación molar 7:1 fueron de nuevo los más altos, el análisis de varianza muestra que los factores relación molar (p=0.4771) y temperatura (p=0.3800) no tienen influencia significativa sobre la densidad.
No. de Documento RT-UVER-CA-226-007-001 Pagina 27 Figura 17. Densidad del biodiesel lavado respecto a los factores.
Con el biodiesel de etanol 4 pruebas cumplieron con la norma con relaciones molares de 1:5, 1:7 a 60 ° C y 70 ° C respectivamente como se ve en la Figura 18. A comparación del biodiesel de metanol que aumentan el rango de pruebas que cumplen con la norma.
Figura 18.Comportamiento de la densidad del biodiesel con etanol.
No. de Documento RT-UVER-CA-226-007-001 Pagina 28 Al comparar los resultados observados en la Figura 18 contra los de la Figura 19 se nota que en este caso la densidad disminuye después del lavado, reduciendo las pruebas que sin lavar cumplen con el valor dentro del rango de la norma favorecidas por las temperaturas de 50 °C y 60 ° con las tres relaciones molares. El análisis de varianza muestra que los factores relación molar (p=0.6217) y la temperatura (p=0.3258) tienen influencia no significativa sobre la densidad.
Figura 19. Comportamiento de la densidad del biodiesel con etanol lavado 4.3.2 Punto de inflamación del biodiesel
Se realizaron pruebas de punto de inflamación al biodiesel de acuerdo a la norma EN 14214- 09 la cual estipula un punto de inflamación mínimo de 120°C para biodiesel. Como se puede observar en la Figura 20 a mayor relación molar el punto de inflamación aumenta siendo el más alto el de relación molar 1:7 y temperatura de 70°C con un punto de inflamación de 161°C. El análisis de varianza mostró no ser significativo para los factores temperatura (p=0.955) y para relación molar (p=0.0012), siendo significativas las diferencias para la interacción (p=0.0627).
No. de Documento RT-UVER-CA-226-007-001 Pagina 29 Figura 20. Punto de inflamación del biodiesel respecto a los factores
Con el lavado del biodiesel el punto de inflamación aumenta sobre todo en las relaciones molares bajas, lo que hace que un mayor número de pruebas estén dentro de los parámetros de las normas como se puede observar en la Figura 21.
Figura 21. Punto de inflamación del biodiesel lavado respecto a los factores
No. de Documento RT-UVER-CA-226-007-001 Pagina 30 Con el biodiesel de etanol todos los resultados cumplieron con la norma entre los 125-150°C con las relaciones molares 1:5, 1:6, 1:7 a temperaturas de 50°C, 60°C y 70°C. Las pruebas que no produjeron una flama se calentaron después de los 150 °C hasta los 200 °C haciendo con esto que se formara una pasta viscosa color negro sin resultado.
Figura 22. Comportamiento del punto de inflación del biodiesel con etanol
El lavado para el biodiesel con etanol favorece el aumentó del punto de inflamación, como se observa en la Figura 23 con los valores mayores de relación molar y temperatura.
Figura 23. Comportamiento del punto de inflamación del biodiesel con etanol lavado
No. de Documento RT-UVER-CA-226-007-001 Pagina 31 4.3.3 Índice de refracción
No existen parámetros oficiales para el índice de refracción del biodiesel, pero se comparó el índice de refracción del biodiesel obtenido con algunos valores encontrados en artículos como los de Murcia, et al., (2013) que fueron de 1.455 a 20°C . en las pruebas realizadas el biodiesel tenía un índice de refracción entre los valores de 1.462-1.468 notando una diferencia mínima al valor encontrado en la bibliografia como se observa en la Figura 24. El análisis ANOVA mostró no ser significativo para los factores temperatura (p=0.3912) y para relación molar (p=0.0907), siendo no significativas las diferencias para la interacción (p=0).
Figura 24. Índice de refracción del biodiesel respecto a los factores
El comportamiento del índice de refracción es mejorado después del lavado. Logrando que se cumpla el rango estipulado de 1.455 con la relación molar de 1:7 a temperatura de 60°C, 70°C y a la relación de 1:6 a 60°C y 70°C para el biodiesel con metanol como se observa en la Figura 25.
No. de Documento RT-UVER-CA-226-007-001 Pagina 32 Figura 25. Índice de refracción del biodiesel lavado respecto a los factores
La prueba de refracción arroja resultados negativos para ambos biodiesel superando el rango tomado como límite. Obteniendo como resultado valores entre 1.461-1.468.
Figura 26. Comportamiento del índice de refracción para el biodiesel con etanol
No. de Documento RT-UVER-CA-226-007-001 Pagina 33 El análisis de varianza para ambos biodiesel lavados expresa que la interacción entre la relación molar y la temperatura tienen influencia significativa en el índice de refracción de manera ascendente en el biodiesel con metanol lavado (ver Figura 27) la temperatura de 0°C hace que las pruebas con estas condiciones tengan un valor más alto establecido por la norma y para el biodiesel con etanol la temperatura y relación molar máxima cumple con la norma.
Figura 27. Comportamiento del índice de refracción para el biodiesel con etanol lavado
4.3.4 Corrosividad del biodiesel
En la prueba de corrosividad de tira de cobre, el biodiesel con catálisis homogénea tanto lavado como no lavado resultó negativo, ya que al no ser corrosivo no causara daños o problemas al almacenarlo y al utilizarlo en un motor.
No. de Documento RT-UVER-CA-226-007-001 Pagina 34 4.3.5 Glicerol total y libre
Se realizaron las pruebas de glicerol total y libre de acuerdo con la norma EN 14105 la cual estipula que el valor debe ser menor al 0.25%. La Figura 28 muestra una disminución de la glicerina al aumentar la relación molar.
Figura 28. Glicerina del biodiesel respecto a los factores.
Con el proceso de lavado el biodiesel obtenido por catálisis homogénea reduce la glicerina en la relación molar de 1:7 en las temperaturas de 50 y 60°C como se muestra en la Figura 29. Cuando disminuye la relación molar y aumenta la temperatura la presencia de glicerina es mayor, excediendo el rango de la norma.
Al realizarle la prueba al biodiesel con etanol se observó que con la temperatura de 50°C y 70°C la densidad incrementa teniendo un rango de 0.05-0.08 % como se observa en la Figura 30. El análisis de varianza para los factores temperatura (p=0.00) y para relación molar
No. de Documento RT-UVER-CA-226-007-001 Pagina 35 (p=0.00) muestra ser significativa sobre el contenido de glicerina, para biodiesel con metanol y el biodiesel con etanol
Figura 29.Glicerina del biodiesel lavado respecto a los factores.
No. de Documento RT-UVER-CA-226-007-001 Pagina 36 Figura 30. Comportamiento de la glicerina total para el biodiesel con etanol
El valor de glicerina total en el biodiesel con etanol aumenta cuando la relación molar es 1:7 a temperatura de 50°C y 60°C. Los valores disminuyen después del lavado. Pero todos los valores cumplen con la norma como se muestra en la Figura 31.
No. de Documento RT-UVER-CA-226-007-001 Pagina 37 Figura 31. Comportamiento de la glicerina total para el biodiesel con etanol lavado.
4.3.6 Viscosidad de biodiesel
Se realizaron las pruebas para determinar la viscosidad cinemática de acuerdo a las normas ASTM D445 y EN 14105. El comportamiento de la viscosidad se puede ver en la Figura 32 se observa un incremento en la viscosidad cuando la temperatura es de 50 y 70°C y se mantiene alta con relaciones 1:5 y 1:6.
No. de Documento RT-UVER-CA-226-007-001 Pagina 38 Figura 32. Viscosidad del biodiesel respecto a los factores.
La Figura 33 muestra el comportamiento del biodiesel lavado, y se observa que la viscosidad aumenta a las temperaturas de 50 y 60 °C con relaciones molares 1:5 y 1:7 respectivamente, obteniendo valores entre 18-39 mm2/s no cumpliendo las norma.
Figura 33. Viscosidad del biodiesel lavado respecto a los factores
No. de Documento RT-UVER-CA-226-007-001 Pagina 39 Con el biodiesel de etanol la viscosidad incrementa cuando la relación molar es 1:5 y 1:7, con todas las temperaturas del diseño experimental. Los resultados obtenidos para los dos biodiesel se muestran en la Figura 34 y se encuentran entre los 34-38 mm2/s. Con una viscosidad que sobre pasa la norma.
Figura 34. Comportamiento de la viscosidad para el biodiesel con etanol.
El análisis de varianza para los factores de temperatura (p=0.00000) y para relación molar (p=0.00000) muestran ser significativos sobre la viscosidad, para biodiesel con metanol lavado y el biodiesel con etanol lavado. Después de realizar el lavado del biodiesel su viscosidad se mantiene igual en los valores de 18.47- 35.40 mm2/s.
No. de Documento RT-UVER-CA-226-007-001 Pagina 40 Figura 35. Comportamiento de la viscosidad para el biodiesel con etanol lavado.
4.4 Comparación de biodiesel con etanol y metanol
El rendimiento de la producción de biodiesel es bueno tanto para el biodiesel con metanol como el biodiesel con etanol a 60°C y relación molar de 1:6 dando como resultado 100.5 mL y 100.3 mL respectivamente. Durante el lavado existe una pérdida significativa de biodiesel solo se recuperan 65 mL de biodiesel con metanol y 70 ml de biodiesel con etanol.
La mejor relación fue la de 1:6 con las tres temperaturas manejadas, el biodiesel con etanol cumple con los límites de las normas, excepto con la viscosidad que ninguna prueba cumplió.
Sin embargo, el biodiesel obtenido con metanol tampoco alcanzó la viscosidad establecida por las normatividades internacionales.
Por otro lado, el lavado tiene un efecto positivo en las características del biodiesel, mejorando la viscosidad y densidad, pero sin cumplir con los valores establecidos por las normas, además el punto de inflamación llegó a 192°C. El lavado favoreció el proceso para la obtención del biodiesel permitiendo que un mayor número de parámetros en los experimentos realizados con etanol cumplieran con la norma. Los experimentos de etanol requirieron
No. de Documento RT-UVER-CA-226-007-001 Pagina 41 menos lavados. En las pruebas de calidad las relaciones molares 1:5, 1:6 con las 3 temperaturas obtuvieron una mejor calidad en los parámetros de biodiesel analizados.
La Tabla 2 muestra un análisis comparativo del costo de las materias primas consumidas en el proceso de producción de biodiesel con grasa de pollo, con alcohol etílico y metílico, estimando un costo por litro de 1$, el costo por litro de biodiesel a partir de alcohol metílico es de $15.02 y el de alcohol etílico en $12.2. Siendo 25% y 39% menor respecto del costo de Diesel de petróleo respectivamente.
Tabla 2. Análisis comparativo de costos Costo de reactivos para producir 1 L de biodiesel ($) Alcohol metílico 8.52 Alcohol etílico 6.7
KOH 0.5 KOH 0.5
Grasa de pollo 5 Grasa de pollo 5
Total 14.02 Total 12.2
Precio de Diesel $20.08
No. de Documento RT-UVER-CA-226-007-001 Pagina 42 5 Referencias
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