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DETERMINAR LOS INTERVALOS DE LAS VARIABLES DE OPERACIÓN PARA LA PRODUCCIÓN DE BIODIESEL A PARTIR DE ACEITES DE FRITURAS RECICLADOS EN LOS RESTAURANTES DE BUCARAMANGA, UTILIZANDO UN SISTEMA DE REACCIÓN

Utilización de un sistema tipo Batch a escala de laboratorio
by

Diego Miguel Osma Lobo

on 2 July 2013

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Transcript of DETERMINAR LOS INTERVALOS DE LAS VARIABLES DE OPERACIÓN PARA LA PRODUCCIÓN DE BIODIESEL A PARTIR DE ACEITES DE FRITURAS RECICLADOS EN LOS RESTAURANTES DE BUCARAMANGA, UTILIZANDO UN SISTEMA DE REACCIÓN

Desarrollo Industrial
y de transporte
Crisis Energética
INTRODUCCIÓN
JUSTIFICACIÓN
Problemas Ambientales
CRISIS ENERGÉTICA
Da origen a la búsqueda de nuevas alternativas de generación de combustibles, mediante la reutilización del los AUC, estableciendo una metodología y un proceso para la producción del biodiesel.
Profundizar en experiencia con biocombustibles
Aumentar la investigación a nivel de pre-grado
Mitigar impactos ambientales
Reducir la dependencia de los combustibles fósiles
OBJETIVO
GENERAL

DETERMINAR LOS INTERVALOS DE LAS VARIABLES DE OPERACIÓN PARA LA PRODUCCIÓN DE BIODIESEL A PARTIR DE ACEITES DE FRITURAS RECICLADOS EN LOS RESTAURANTES DE BUCARAMANGA, UTILIZANDO UN SISTEMA DE REACCIÓN A ESCALA DE LABORATORIO
OBJETIVOS
ESPECÍFICOS

• Elaborar el diseño metodológico que permita la puesta en marcha de un montaje experimental para la producción de biodiesel a partir de aceite reciclado de cocina. (Diseño de experimentos tipo factorial y selección de variables criticas en el proceso).

• Caracterizar y analizar la materia prima con la cual se van a desarrollar los experimentos.

• Desarrollar el diseño de experimentos tipo factorial programado en la metodología propuesta en la primera fase del proyecto.

• Determinar el mejor conjunto de variables de operación para la obtención de biodiesel a partir del rendimiento entregado por el proceso de transesterificación.

• Analizar y evaluar los resultados obtenidos de las cromatografías de cada uno de los experimentos, teniendo en cuenta la variable conversión del proceso, cantidad de FAME’s totales.
GENERALIDADES
REACCIÓN DE
TRANSESTERIFICACIÓN
Aunque el proceso químico es relativamente sencillo, para producir un biodiesel de calidad se deben estudiar las variables del proceso. tales como:

Exceso de metanol, relación molar alcohol-aceite.

La agitación y la temperatura.

Cantidad de catalizador

Tiempo de reacción
Diagrama general de
flujo obtención FAME’s
proceso
Materia Prima
Biodiesel
Propiedades en el
Fuente: a) Universidad Industrial de Santander, b) Universidad Nacional Agraria La Molina, Perú
Fuente: Norma Técnica Colombiana NTC 5444
proceso
Variables del
proceso
Información del
Extraída de la literatura
DISEÑO DE EXPERIMENTOS
variables
Identificación de
factorial
Diseño
Reducción de tiempos y costos
Eficiencia en la interacción de variables
Estimaciones de los efectos de los cambios en las variables con el mínimo de contaminación por el error experimental.
N
k
Numero de variables o factores (K) que influyen o es motivo de estudio para la respuesta Y.
3
Un número fijo de niveles (N), que son los valores que va a tomar cada variable de acuerdo al arreglo escogido.
2
experimental
Matriz
METODOLOGÍA
Evaluación y estandarización
de la materia prima
Montaje de los
experimentos
Análisis, evaluación y
entrega de resultados
Definir los intervalos de operación
de producción de biodiesel
DESARROLLO EXPERIMENTAL
Estandarización de
los aceites usados
B
A
UIS: Universidad Industrial de Santander
UNALM: Universidad Nacional Agraria La Molina, Perú
No.1
Ensayos experimentales
aceite tipo A
No.2
No.3
Peso aceite base
3 datos: densidad, peso molecular del aceite en mayor proporción presente; en este caso es palmítico y volumen a transesterificar.
Rendimiento
Ecuación 2. Valor de la masa del aceite base
Esta variable dependiente del proceso nos indica que cantidad de biodiesel crudo se obtuvo luego de la reacción
Ecuación 3. Rendimiento de la reacción
Peso catalizador
Peso alcohol
Se debe partir de las moles del aceite utilizado, esto por los cálculos estequiometricos, el peso molecular metanol es de 32 gr/mol.
Ecuación 4. Peso del catalizador
Ecuación 5. Calculo moles de aceite
Moles de aceite
Ecuación 6. Calculo moles de alcohol
Ecuación 7. Calculo peso del alcohol
Ensayos experimentales
aceite tipo B
No.1
Rendimientos de los
8 experimentos
Descripción del proceso
Cromatografías y análisis de resultados
Análisis de ácidos grasos por
cromatografía de gases
NTC 4967 y NTC 5013
Valor de la conversión para la evaluación del biodiesel
Se observa que las muestras (1), a y b tienen un %wt del 96.7% y el ab 96.6%, cumpliendo así con el requerimiento establecido por la Norma Técnica Colombiana NTC 5444 (96.5 %wt) para la mezcla con el diesel.
Se observa que todos las muestras cumplen con el contenido %wt de ácido linolénico, se mantienen por debajo de los valores de 2 %wt, donde el tope de la norma es del 12 %wt (EN 14103).
Se observa que los ácidos grasos saturados están presentes en menor proporción [23-24 %wt] respecto a los insaturados [68–71 %wt], esto quiere decir que el uso del biodiesel es apto para climas templados y no se solidificara fácilmente.
En el experimento a se observa un único cambio respecto a las demás muestras, tiene un bajo contenido de ácido Linoléico 0,9 %wt y un aumento en el ácido Linoleaídico 40 %wt, el cual tiene efectos similares al linolénico, la saponificación.
Contenido Ácidos Grasos Saturados, Insaturados y Otros
Contenido de Fame’s VS Rendimiento
Se observa que los experimentos c, ac, bc y abc desarrollados con una mayor relación Aceite:Alcohol (1:7), tienden a reducir el contenido de Fame’s en el biodiesel, se considera que la disminución de estos, se debe a que en la estequiometría de la reacción quedan sobrantes de metanol en el producto final, es necesario realizar una prueba de contenido de Alcohol para aseverar esta hipótesis.
Cálculos Experimentales
Conclusiones
Se determinó que el uso de cualquier tipo de aceite vegetal usado requiere una caracterización individual, debido a que de esto dependen las variables a modificar en el proceso (cantidad de catalizador y relación Aceite-Alcohol) y lograr una reacción de transesterificación más eficiente. En el actual proyecto se trabajó sobre 2 tipos de AUC A (I.A > 2,5) y B (I.A = 0.67), donde el más adecuado para aplicar al diseño de experimentos planteado es el tipo B, ya que su índice de acidez no excedió los límites establecidos para el uso de un catalizador alcalino como el hidróxido de sodio (NaOH), el cual trabaja con valores inferiores de I.A de 2,5.

Se determinó experimentalmente que el tiempo de almacenamiento de los aceites usados de cocina luego de su recolección en el restaurante, es un factor muy importante, ya que al tener un tiempo mayor, su índice de acidez tiende a aumentar, esto como se ve en la gráfica de la caracterización de la materia prima, en el cuarto día de almacenaje el I.A es de 0,25 y en el día decimo día ya su I.A era del 0,67.
Caracterización MP
Cromatografía
Se determinó mediante el análisis cromatográfico que los ácidos grasos saturados están presentes en menor proporción (23-24 %wt) respecto a los insaturados (68–71 %wt), haciendo que el uso del biodiesel producido sea apto para climas templados y no se solidifique tan fácilmente.

Se observó que todos las muestras cumplen con el contenido %wt de ácido linolénico, se mantienen por debajo de los valores del 2 %wt, donde el límite de la norma es del 12 %wt (NTC 5444). La importancia de este indicador se debe a las consecuencias que provoca en el motor, valores altos provocan: obturación de filtros y mangueras en frío, bajo número de cetano, procesos de polimerización y procesos de hidrólisis (Saponificación).

Se observó que de los 8 arreglos de la matriz experimental dos arrojaron rendimientos del 98% luego de la transesterificación, estos son los experimentos b y ac; en busca del conjunto de variables más eficientes para este proceso, se decidió que por menor consumo en reactivos (Catalizador y alcohol), el experimento b (0,5 % NaOH, 60 minutos de reacción y una relación aceite-alcohol 1:6) es el más adecuado para la producción del biodiesel, además con los análisis de cromatografía de gases se confirma que este cumple con la normatividad Colombiana, logrando un contenido de metil ester de 96,7 %wt. No se descarta que el experimento ac pueda ser una alternativa para la producción del biocombustible ya que tiene una tasa de conversión de metil ester del 96,4 %wt y el consumo energético es la mitad del experimento b.

Recomendaciones
Se recomienda realizar una estandarización del aceite usado de cocina, evaluando los parámetros tales como el índice de acidez, % de humedad, densidad y color durante la caracterización de la materia prima para no tener dificultades en la reacción y separación de los productos.

Se sugiere realizar un diseño de experimentos basado en el uso de catalizadores de tipo acido (Ácido sulfúrico concentrado), para poder hacer aprovechamiento total de los aceites reciclados de cocina.

Se sugiere realizar unas pruebas en el banco de biocombustibles de planta piloto para confrontar los resultados a escala de laboratorio con los de producción continua semi-industrial.

¿PREGUNTAS?
GRACIAS POR SU ATENCIÓN
[1] Biodiesel en el mundo. Artículo publicado por Eco2site. S.A. Argentina 2004. Disponible en web: www.eco2site.com/informes/biodiesel-m.asp

[2,10] Abreu C. Ángela y Acosta B. Carolina. Producción de biodiesel a partir de la grasa del pollo en la planta de procesamiento de Distraves S.A.[Tesis de grado] 2007.

[3] Los biocombustibles: un modelo energético que se viene. La implementación en Argentina. Artículo publicado por sala de redacción ANRed, Aiuto María Inés. Argentina 2004. Disponible en web: www.odg.cat

[4] Biocombustibles. Artículo publicado por la Agencia para el desarrollo económico y productivo (ADEPRO), Argentina. 2006. Disponible en web: www.adepro.org.ar

[5] Cartilla de biodiesel: Una energía limpia del campo para Colombia. Publicación de Usos alternativos de Cenipalma y el programa de mercadeo y promoción de mercados de Fedepalma. 2006. Disponible en web: www.fedepalma.org

[6] Cooperación científica España-Colombia: Demuestran que los aceites usados en cocina no generan más emisiones de CO2 que los aceites puros para la producción de biodiesel. M. Lapuerta, J. Rodríguez-Fernández, J. R. Agudelo. M. Lapuerta, J. Rodríguez-Fernández, J. R. Agudelo. Artículo publicado por Biodisol, Argentina. 2007. Disponible en web: www.biodisol.com

Bibliografía
Toma de muestra VS Índice de acidez
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