PRACTICA N 1 Obtencin de biodiesel y glicerina a partir de aceites o grasa vegetal 1. OBJETIVO:y desarrollar y conocer el proceso de obtencin del biodiesel

2. FUNDAMENTO TORICO

BIODIESELIntroduccin. Los biocombustibles son alcoholes, teres, steres y otros compuestos qumicos, producidos a partir de biomasa, como las plantas herbceas y leosas, residuos de la agricultura y actividad forestal, y una gran cantidad de desechos industriales, como los desperdicios de la industria alimenticia. El trmino biomasa hace referencia a toda materia que puede obtenerse a travs de fotosntesis. La mayora de las especies vegetales utilizan la energa solar para sintetizar azcares, partiendo de sustancias simples como el agua y el dixido de carbono, al macenando esta energa en forma de molculas de glucosa, almidn, aceite, etc. Entre los biocombustibles podemos incluir al bioetanol, biodiesel, biometanol, y muchos otros. Los dos productos ms desarrollados y empleados de esta clase de combustibles son , el bioetanol y el biodiesel. La sustitucin de los combustibles denominados fsiles o tradicionales, derivados del petrleo, por otros de origen vegetal, cobra una gran importancia en nuestros das por varias razones fundamentales, como el hecho de provenir de una fuente renovable, ser un instrumento de lucha contra el deterioro medioambiental, la suba del precio internacional del petrleo, adems de un factor de desarrollo de la agricultura e industrias derivadas. El 19 de abril de 2006, en nuestro P as, fue sancionada la ley 26.039 Rgimen de regulacin y promocin para la produccin y uso sustentables de

biocombustibles. En el artculo 7 se establece que para el 2010, el gasoil se deber mezclar con biodiesel en un porcentaje no menor al 5%. Biodiesel. Definicin. La ASTM (American Society for Testing and Materials) define al biodiesel como el ster monoalqulico de cadena larga de cidos grasos derivados de recursos renovables, como por ejemplo aceites vegetales o grasas animales, para utilizarlos en motores Diesel. El biodiesel se puede usar puro (B100) o mezclado con gasoil en cualquier porcentaje, por ejemplo 20% de biodiesel con 80% de gasoil (B20). Proceso de produccin. El proceso de produccin del Biodiesel es bien conocido. Hay tres maneras de producir biodiesel a partir de aceites y grasas: y Transesterificacin del aceite catalizada por bases. y Transesterificacin del aceite catalizada por cidos. y Descomposicin del aceite en sus cidos grasos, y luego, obtencin del biodiesel. La mayora del biodiesel se produce con la reaccin catalizada por bases, por varias razones: y Se utilizan presiones y temperaturas bajas. y Tiene un alto porcentaje de conversin (98%), las reacciones secundarias son mnimas y el tiempo de reaccin es mu y corto. y Es una conversin directa del aceite o grasa a biodiesel sin formacin de compuestos intermedios. y No se necesitan materiales de construccin especiales. La reaccin qumica para la produccin de biodiesel catalizada por bases es la siguiente:

Cien Kg de grasa o aceite reaccionan con 10 Kg de un alcohol de cadena corta (metanol o etanol), en presencia de un catalizador (KOH o NaOH), para producir 10 Kg de glicerina y 100 Kg de biodiesel. El alcohol se agrega en exceso para aumentar la veloc idad de reaccin. El catalizador es previamente mezclado con el alcohol. R', R'', y R''' indican las cadenas de cidos grasos que componen el aceite o grasa. Esquema del proceso de produccin de biodiesel:

La produccin de Biodiesel mediante catlisis bsica consiste en los siguientes pasos: Mezclado de alcohol y catalizador: los catalizadores ms utilizados son hidrxido de sodio o hidrxido de potasio. La base se disuelve en metanol usando un agitador o mezclador. Reaccin. La mezcla alcohol/catalizador se carga en un reactor cerrado, y se agrega el aceite o grasa. Desde este momento el sistema permanece cerrado para evitar la prdida de alcohol. La mezcla se mantiene a una temperatura apenas superi or al punto de ebullicin del metanol (alrededor de 70C) para acelerar la reaccin. El tiempo de reaccin vara de 1 a 8 horas. Se usa un exceso de alcohol para asegurar la total conversin del aceite o grasa en sus steres. Se debe controlar la cantida d de agua y cidos grasos libres en el aceite o grasa utilizado. Si las cantidades de cidos grasos libres o de agua son muy elevada se pueden producir dos problemas: formacin de jabones y dificultades en la separacin de la glicerina en la etapa siguient e.

Separacin. Una vez terminada la reaccin, se obtienen dos productos principales: glicerina y biodiesel. La glicerina es mucho ms densa que el biodiesel, por lo tanto las dos fases se separan por accin de la gravedad. Para acelerar la velocidad de separacin de usan centrfugas. Si es necesario, la mezcla de reaccin se neutraliza. Ambas fases contienen una cantidad importante de metanol, la cual es recuperada para poder ser usada nuevamente. Eliminacin del alcohol de ambas fases y posterior r ecuperacin. Una vez que la glicerina fue separada del biodiesel, el exceso de alcohol de cada fase es eliminado por evaporacin rpida o por destilacin. En otros sistemas, los procesos de eliminacin del alcohol y de neutralizacin se realizan antes que la glicerina y el biodiesel se hayan separado en dos fases. En ambos casos el alcohol eliminado es recuperado y reutilizado. Hay que asegurarse que el alcohol recuperado no contenga agua . Neutralizacin de la glicerina. La glicerina obtenida contiene r estos del catalizador sin usar y jabones, los cuales son neutralizados con cido. Esta glicerina se almacena como glicerina cruda. En algunos casos las sales formadas se separan de la glicerina y se utilizan como fertilizantes. El agua y el alcohol se elim inan, obtenindose as glicerina al 80 -88%, la cual se vende como glicerina cruda. Usando procesos ms sofisticados se puede obtener glicerina con un grado de pureza de 99% o superior, la cual es vendida a la industria farmacutica o cosmtica. Lavado del Biodiesel. Una vez separado de la glicerina, el biodiesel es purificado mediante un lavado cuidadoso con agua tibia para eliminar restos de catalizador y jabones, luego secado, y almacenado. En algunos procesos este paso es innecesario. Normalmente est e es el fin del proceso de produccin, obteniendo como producto un lquido claro, de color amarillo mbar con una viscosidad similar al gasoil. Algunos procesos incluyen una destilacin adicional, para eliminar pequeas cantidades de sustancias coloreadas, logrando un producto incoloro.

Los aspectos ms importantes a tener en cuenta en la produccin del biodiesel, para asegurar un correcto desempeo en el motor Diesel son: y y Reaccin de transesterificacin completa. Eliminacin de la glicerina.

y y y

Eliminacin del catalizador. Eliminacin del alcohol. Ausencia de cidos grasos libres en el producto final.

Requisitos de calidad del biodiesel (B100).

La calidad del Biodiesel esta dada por varios factores especificados en la Norma IRAM 6515-1 Calidad de combustibles - Combustibles lquidos para uso en automotores BIODIESEL, la cual establece los requisitos para Biodiesel (B100).

BIODIESEL DE ACEITES VEGETALES USADOSLos Aceites Vegetales Usados de cocina son una fuente atractiva de biodiesel, pero son ms dificiles de convertir porque contienen un 2 -10% de cidos grasos libres (la causa del sabor rancio) y pueden provocar grandes problemas. Primero de todo, es necesario retirar cualquier agua presente en el aceite usado. Calientelo en el h orno a 104C durante una hora o hasta que no se puedan ver burbujas. Es necesario valorar el aceite para determinar qu cantidad de cidos grasos libres contiene. **Para medir la cantidad de cidos grasos libres de su aceite: mezcle 1 ml de aceite con 10 ml de alcohol isopropilico (obtenible junto con los dems dri-gas) + 2 gotas de solucin de fenolftaleina (obtenibles en una drogueria, tienda de tiempo libre o en una tienda de juguetes que vendan productos qumicos). **Gota a gota, aada solucin de sosa al 0,1% (1 g. de sosa en 1 litro de agua ) mediante agitacion vigorosa hasta que la solucin se queda rosacea durante 10 segundos (20 gotas = 1 ml) y registre los mililitros de solucin de sosa al 0,1% usados. ** En resumen, por cada litro de AVU ( Aceite Vegetal Usado ) necesitar : - un gramo de sosa granular slida por cada ml de solucin de sosa al 0,1% utilizado para valorar los cidos grasos libres - ms los 3,5g necesarios como catalizador tal como se describe ms arriba para el aceite nuevo ( no usado ). - Disuelva completamente la cantidad apropiada de sosa en el metanol: esta mezcla combinada constituye el metxido sdico. **Aada el alcohol -sosa al aceite, batalo VIGOROSAMENTE y separe, de acuerdo con la instrucciones dadas ms arr iba para el aceite nuevo.

3. MATERIAL Y EQUIPOy y y y y y y y reactor termmetro aceite NaOH etanol vaso de precipitados embudo Balanza

4. PROCEDIMIENTOy Armar el equipo, debe ser un reactor con sistema de agitacin y sistema de refrigeracin debido que la reaccin se hara en temperatura altaa. y Verificar que el reactor es completo funcionamiento. y Medir 500ml de aceite. y verter aceite en el reactor y proceder el entornillado del reactor. y Poner el funcionamiento el sistema de refrigeracin y el de agitacin. y Medir 108 ml de etanol y pesar 2 gr de NAOH y Aadir las sustancias. y Agitar manteniendo la temperatura entre 30 a 50 C . y Abrir la lave de salida de l producto y proceder el vaciado del biodiesel y la glicerina. y Observar la caractersticas de los productos obtenidos. y Destapar el reactor y proceder a su limpieza.

5. CALCULO DE RESULTADOS28 cm 19.5 cm

29 cm

4 cm

a) Determinando aproximadamente el volumen del reactor:Volumen del agua= volumen del cilindro mayor volumen del cilindro menor Vagua= pi*R2*H pi*r 2H = pi*H*( R2 - r2) = 3.14*0.29*(0.142 0.0975 2) = 9.2*10 -3m3 Vagua= 9.2 lt Volumen del reactor = volumen del cilindro menor + volumen del cono Vt= pi*r2*H +pi*r2*h/3 Vt= pi*r2(H + h/3) = 3.14*0.095 2(0.29 + 0.04/3) = 9.06*10 -3 m3 = 9.06 lt

b) Balance De Masa

y

entrada salida +generacin =acumulacin

el sistema es por lotes entonces no hay entradas ni salidas y generacin = acumulacin

pero sabemos que la cantidad de masa debe ser constante y entrada salida =0 volumen inicial = producto +perdidas 450ml de aceite + 108 ml de alcohol = 300ml de glicerina+250 ml de producto biodiesel + x perdidas perdidas X=8ml de perdidas perdidas Temperatura de reaccin : 40 C Tiempo de reacion: 45 minutos

6. PRESENTACION DE RESULTADOSAntes de la reaccin sustancia aceite alcohol NaOH Volumen inicial: 450 ml 108 ml 2 gr

Despus de la reaccin sustancia aceite alcohol NaOH

Volumen inicial: 450 ml 108 ml 2 gr

8. OBSERVACIONES

y

Durante el proceso el reactor tuvo algunos desperfectos lo cual genero errores. El producto obtenido presenta un color mas oscuro que le aceite al inicio y una mayor vis cosidad con un olor muy fuerte . El tiempo que duro el proceso fue aproximadamente 45 minutos.

y

y

9. CONCLUSIONESy Se logro la la obtencin de biodisel en un volumen superior a 200ml. el color del producto amarillo mucho mas intenso.

y

10. BIBLIOGRAFIAwww.Noria Latn Amrica - Excelencia en Lubricacin y Anlisis de Aceite .htm www.Toxicologa - Sustancias - Aceite combustible www.ShellCard - Servicio de Diagnstico de Equipos Blanco. Qumica Biolgica. Sexta edicin. http://www.bcr.com.ar/pagcentrales/publicaciones/images/pdf/BIOCOMB USTIBLES.PDF http://www.iram.com.ar/Boletin/Boletin%20archivos/Septiembre -04/6.htm http://www.biodiesel.com.ar/?page_id=3 http://www.biodiesel.org/pdf_files/fuelfactsheets/prod_quality.pdf http://www.biodieseldelplata.com.ar/bdp.norma.iram6515 -1.php http://www.biodieselspain.com/articulos/caracterizacion.pdf http://www.nrel.gov/vehiclesandfuels/npbf/pdfs/40555.pdf http://www.fao.org/sd/dim_en2/docs/working1_es.doc http://209.85.173.104/search?q=cache:nNxsgQKZFBU J:www.ingenieroambi ental.com/%3Fpagina%3D1105+ventajas+y+desventajas+biodiesel+fre nte+a+gasoil&hl=es&ct=clnk&cd=3&gl=ar http://www.epa.gov/otaq/models/analysis/biodsl/p02001.pdf