Congregación Salesiana Instituto Don Bosco

 Congregación Salesiana
Instituto Don Bosco
Calle Maipú N 615
Punta Arenas - Chile
CREACION DE BIOCOMBUSTIBLE A PARTIR DE RESIDUOS NO APROVECHABLES DE
LA INDUSTRIA SALMONERA.-
Alonso Álvarez Garrido.Daniel Barrientos Muñoz.Profesor: Javier Garay Miranda.-
Punta Arenas, Región de Magallanes y Antártica Chilena.-
RESUMEN:
Nuestra región de Magallanes se caracteriza por su belleza y su gran abundancia de recursos naturales,
especialmente marinos, tanto autóctonos como introducidos, los cuales se ven afectados por la acción
del hombre. El área de investigación comprende un estudio sobre la utilización de los desechos de la
industria pesquera tanto industrial como artesanal, y su transformación en un biocombustible.
DATOS GENERALES:
Establecimiento Educacional.
Director: Padre Sergio Astorga T. sdb
Congregación Salesiana – Instituto Don Bosco
Calle Maipú Nº 615 – Comuna de Punta Arenas
Teléfonos: 061 – 241096.
Integrantes.
Alumnos:
Alonso Álvarez Garrido 18.149.820-4 Fecha de Nacimiento: 31/01/1995
Congregación Salesiana – Instituto Don Bosco Calle Maipú Nº 615 – Comuna de Punta Arenas.
Teléfonos: 061 – 241096/ [email protected]
Alumno:
Pablo Videla Rozas 18.722.605-8 Fecha de nacimiento: 11/05/1994
Congregación Salesiana – Instituto Don Bosco Calle Maipú Nº 615 – Comuna de Punta Arenas.
Teléfonos: 061 – 241096/ [email protected]
Alumno:
Daniel Barrientos Muñoz 18.903.376-1 Fecha de nacimiento: 29/12/1994
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Teléfonos: 061 – 241096/ [email protected]
Profesor Asesor:
Javier Alejandro Garay Miranda 13.971.831-3 Fecha de nacimiento 25/11/1980
Congregación Salesiana – Instituto Don Bosco Calle Maipú Nº 615 – Comuna de Punta Arenas.
Teléfonos: 061 – 241096/ 92491323/ [email protected]
Asesor científico:
Jaime Villegas Mansilla 16.966.569-9 Licenciado en Ingeniera Civil Química
Universidad de Magallanes Av. Bulnes 01855
Dirección Particular: Calle Simón Bolívar #3259 Fono: 061-264660/ 67286307
[email protected]
Resumen
Una de las actividades que sin lugar a dudas ha causado impacto en el desarrollo económico de
la sociedad actual es la explotación de los recursos del mar, fuente inagotable donde la exploración, la
investigación científica y los intereses corporativos se relacionan entre sí.
Frente a este panorama, Chile se presenta al mundo como un país con un futuro promisorio a
consecuencia de su calidad de territorio tricontinental; con una franja costera Sudamericana por 4.200
Km frente al océano pacifico. A su vez el sur de este territorio caracterizado por el desmembramiento
de sus costas e manifiesta como el lugar ideal para una industria de características globales como lo es
el cultivo de los salmones.
Esta industria que tiene como eje la ciencia acuícola se ha desarrollado desde los años 70 a
nivel mundial y en nuestro país desde principios de los 80 teniendo como zona geográfica primaria la
décima región, que luego en su expansión geográfica alcanzó los territorios de Aysén y Magallanes.
Hoy siendo una realidad en nuestra región esta industria genera una importante producción
dirigida a la exportación, pero junto con eso surge el interés de otros entes, en este caso ligados a la
investigación, que proponen el sentido utilitario de las especies más allá de la generación de alimentos.
Es aquí donde se origina la propuesta científica del presente trabajo; cuya línea de investigación
comprende un estudio sobre una alternativa de reciclaje de residuos no aprovechables de la industria
pesquera tanto, industrial como artesanal, y, a través de este reciclaje, hacer biocombustibles, el cual es
entendido como liquido que se obtiene a partir de materias primas renovables como aceites vegetales o
grasas animales.
En vista de este antecedente, la hipótesis de la investigación consiste en proponer al aceite de
peces australes como materia prima para la producción de un biocombustible de bajo punto de
congelación y emisiones contaminantes menores a las encontradas en el diesel de origen fósil. Cabe
señalar que el aceite se extraerá de partes no comercializables del pez, por lo tanto también se pretende
dar una solución al manejo de residuos derivados de la pesca industrial (ya que algunos de estos
desechos son tirados al mar contaminando las aguas).
Nuestro trabajo nace de la investigación sobre algunas especies marinas y específicamente
sobre algunas características que estas presentan.
Sobre todo en lo que se refiere a las adaptaciones al clima y su biorecursos, en específico
trabajamos con robalo, bacalao y el salmón de criadero. Este último presenta una gran problemática
socio ambiental para la región de Magallanes por el efecto de la contaminación de las industrias y
efectos de ellas.
Nuestra experimentación consistió en la adaptación del método de obtención de biodiesel de
origen vegetal y su posterior ensayo en la obtención de aceites de origen animal en biodiesel.
El biocombustible fue realizado a escala laboratorio, teniendo como principal resultado, que su
punto de congelación resulto ser menor que el de otros tipos de biocombustibles de origen vegetal,
corroborándose la hipótesis inicial.
Ocupando los datos de laboratorio y haciendo proyecciones en vista al total anual capturado de
algunas especies, se llega a la conclusión de que el biocombustible puede satisfacer las necesidades de
transporte anuales de una pequeña flota de vehículos o embarcaciones en la región, por lo tanto se
presenta como una alternativa ecológica factible.
Para realizar esto, desarrollamos nuestro trabajo en los talleres del colegio y en los laboratorios
de la Universidad de Magallanes.
Introducción
Las Industrias Salmoneras se hacen presentes en todo el mundo; estando así en Reino Unido,
EE.UU, Chile, Canadá, Escocia y algunos países mas en que el salmón es introducido. Siendo en la
actualidad el Reino Unido uno de los principales exponentes de este rubro, quedando como el mayor
exportador de salmón. Chile es el segundo mayor exportador de este producto, comercializando trucha
arcoíris, salmón atlántico cojo, salmón atlántico rey. Introduciendo todo esto en distintas regiones del
mundo.
En la actualidad los desechos de las industrias salmoneras generan un gran punto de
contaminación en el fondo marino debido a una alta tasa de mortalidad dentro de las jaulas donde se
encuentran los salmones.
La contaminación que se ve frecuentemente dentro de las concesiones pesqueras corresponden
a: las emanaciones de malos olores que quedan en el ambiente producto de la descomposición y lo que
es más perjudicial aquellos desechos que van al suelo marino de manera inmediata y que en el tiempo
se convierte en una capa de sedimento. Estos salmones muertos al estar al fondo de las jaulas no
pueden ser comercializados.
De alguna manera y para intervenir en cierta forma con este gran problema, estos desechos son
procesados a un gran costo, el proceso de todos ellos y además distintos tipos de químicos que se le
añaden contribuyen a la contaminación del medio ambiente (ensilaje).
Como innovación el presente trabajo busca generar una propuesta alternativa a la utilización de
estos desechos, con el propósito de aprovechar estos salmones que no pueden ser comercializados y
convertirlos en un biocombustible con el fin último de conseguir una disminución de las emisiones
contaminantes y que se le dé un uso de carácter renovable a estos recursos.
Los Biocombustibles como propuesta alternativa real y concreta.
Los biocombustibles generalmente se clasifican por la materia prima utilizada, dando así origen
a la siguiente clasificación: biodiesel, bioetanol, biogás y biomasa.
El enfoque que se pretende dar a esta propuesta alternativa es el uso del aceite del salmón como
materia prima, el cual se enmarca dentro de la clasificación denominada biodiesel, entendiendo por este
un combustible renovable y biodegradable.
Al compararlo con el diesel de origen fósil reduce las emisiones de los siguientes
contaminantes:
¾ 50% menos de dióxido de azufre (S02)
¾ 60% menos monóxido de carbono.
¾ 50% menos dióxido de carbono.
Requiere pocas o ninguna modificación al motor.
Siendo esta una experiencia factible de desarrollar daríamos una alternativa de reciclaje a los
residuos no aprovechables de las industrias ya que el ensilaje es muy costoso y contaminante.
Hipótesis y Objetivos
Dar una alternativa de reciclaje a estos residuos no aprovechables de la industria salmonera y a
la vez el aceite de estos salmones (que contaminan el fondo marino) utilizarlo como materia prima para
la producción de un biocombustible que genera bajas emisiones contaminantes y a la vez liberar al
fondo marino de estos peces muertos para que no se propague más la contaminación mientras estos
permanecen bajo el agua.
Objetivos
¾
¾
¾
¾
¾
¾
Obtener materia prima (salmones).
Convertirla en biocombustible (biodiesel).
Obtener grandes cantidades de aceite.
Probarlo en motor diesel.
Medir emisiones contaminantes.
Contribuir a la solución de la contaminación del fondo marino.
Resultados a obtener
Un biocombustible a partir de los desechos de las industrias salmoneras, que sea amigable con
el medioambiente y la disminución de la contaminación del fondo marino.
Plan de Trabajo
Se llevo a cabo una investigación y experimentación, a la vez una adaptación del método de
conversión de aceite de origen vegetal en biodiesel y este a su vez en biodiesel de origen animal.
En primera instancia se realizó una investigación bibliográfica para encontrar los siguientes
datos:
¾
¾
¾
¾
¾
Características físicas y de comportamiento del salmón de criadero.
Como operan las industrias salmoneras.
Tasa de mortalidad del salmón dentro de las jaulas.
Proceso de fabricación de un biocombustible.
Características de los biocombustibles, ventajas y desventajas
La búsqueda de estos datos implicó la visita a los siguientes lugares:
¾
¾
¾
¾
¾
Centro de recursos de aprendizaje del Instituto Don Bosco.
Instituto de Fomento Pesquero.
Instituto Antártico Chileno.
Biblioteca del Instituto de la Patagonia
Biblioteca de la Universidad de Magallanes.
Para aprender el proceso de producción de biodiesel a escala de laboratorio se recurrió a la
asesoría del Departamento de Ingeniería Química de la Universidad de Magallanes, quienes también
nos facilitaron el uso de sus instalaciones.
Para extraer el aceite del salmón de criadero se procedió a ocupar el siguiente procedimiento en el
laboratorio
Biocombustible de aceite vegetal usado Presentación de Resultados Las muestras de Salmón de criadero estuvieron compuestas de partes no comercializables del
pez como cabeza y cola.
A continuación se presenta una tabla con los principales resultados obtenidos:
Resumen de los Resultados (promedio de 3 muestras)
Humedad (%)
Masa muestra seca (gr)
Volumen de aceite(ml)
Densidad de aceite(gr/ml a 20°C)
Volumen de Biodiesel obtenido(ml)
Volumen de glicerina obtenido(ml)
Rendimiento de la producción de biodiesel (% en volumen
de biodiesel obtenido respecto al aceite de salmón utilizado)
55
42.554
20
0.93
12.98
2.3
64%
Al momento de la redacción del presente informe, aún no se contaba con el suficiente volumen
mínimo de biocombustible necesario para probar su performance en un motor diesel (5 litros, como
mínimo), por lo tanto no se dispone de resultados sobre las emisiones contaminantes. Además en estos
momentos se está la espera de los resultados, del análisis que efectúa ENAP Magallanes.
Análisis de los Resultados
El rendimiento obtenido es de un 64%, lo cual en palabras simples significa que de 100
unidades de aceite de bacalao antártico se obtienen 64 unidades de biocombustible en volumen. Es una
buena cifra, sin embargo hay que hacer notar algunos puntos:
El procedimiento y reactivos ocupados para la producción del biocombustible esta optimizado
para aceite vegetal, específicamente para aceite de girasol usado, por lo tanto se puede mejorar el
rendimiento diseñando un procedimiento y reactivos específicos para el caso del salmón de criadero.
Esto involucraría investigar los siguientes parámetros:
¾ Determinar el catalizador básico más adecuado para la reacción, para el caso de aceite vegetal
se ocupa hidróxido de sodio. La elección también debe obedecer cuestiones del tipo
económicas y de disponibilidad del reactivo.
¾ En la reacción de transesterificación uno de los reactivos es un alcohol de bajo peso molecular,
en este caso se ocupó metanol, sin embargo también se podría ocupar etanol o propanol, su uso
implicaría el cambio del rendimiento y del punto de congelación del biocombustible obtenido
(también cambia el punto de congelación ya que se obtendrían etilésteres y propilésteres en
lugar de metilésteres).
¾ Además se puede cambiar la proporción de alcohol utilizado, con el fin de determinar un
óptimo rendimiento que maximice la producción de biocombustible.
¾ Se puede experimentar con distintas temperaturas de reacción, las cuales inciden en el
rendimiento del producto obtenido.
Además de las mejoras en el proceso de producción del biocombustible con el fin de maximizar su
producción, se tienen las siguientes proyecciones:
¾ Analizar usos alternativos para la glicerina, la cual es generada junto con el biocombustible.
¾ Realizar una investigación sobre el uso prolongado del biocombustible creado y sus efectos
sobre el rendimiento y piezas mecánicas del motor de ciclo diesel.
Conclusiones y Proyecciones
El biocombustible hecho de los desechos de la industria salmonera (salmón muerto) demuestra
ser un combustible reciclable, ya que le da un tratado a la contaminación del fondo marino, es una
energía limpia para el medioambiente y de alguna manera sustentaría a las energías convencionales,
por lo tanto se ve como una alternativa ecológica y factible la obtención de aceite
¾ Molienda de las muestras.
¾ Secado de las muestras a 60ºC durante 8 horas.
¾ Extracción del aceite con un solvente orgánico (n-hexano) en un extractor soxhlet durante 6
horas aproximadamente.
¾ Separación de la mezcla n-hexano-aceite con un rota vapor. De este proceso se obtiene el aceite
puro y n-hexano para su reutilización.
Obtención de Biocombustible
En la bibliografía no se encuentra un procedimiento específico para la obtención de
biocombustible con aceite de origen distinto al vegetal, el cual está ampliamente investigado en libros y
recursos informáticos. Debido a que el aceite de salmón está compuesto por triglicéridos al igual que el
aceite vegetal, se ocupó un procedimiento análogo, haciendo algunas adaptaciones menores. Los pasos
a seguir para elaborar el biocombustible son los siguientes:
Preparación del reactivo de metanol e hidróxido de sodio. Se ocupa un 20% en peso de metanol
respecto a la cantidad de aceite a procesar. Respecto al hidróxido de sodio se utilizan 3.5gr por cada
litro de aceite a tratar. Se utiliza un agitador magnético para mezclar los reactivos, el proceso se realiza
bajo campana extractora de gases.
Mezclado con agitador magnético del aceite con el reactivo preparado en el paso anterior. Se
realiza a una temperatura que puede variar entre 48 y 54ºC y durante un intervalo aproximado de una
hora (la reacción química se completa en aproximadamente 30 minutos, sin embargo se deja más
tiempo para asegurar la conversión máxima).
Se trasvasija la mezcla a un embudo de decantación hasta que se separen las fases de
biocombustible (fase superior) y glicerina (fase inferior).
Recolección de la glicerina hasta dejar sólo la fase de biocombustible en el embudo de
decantación.
Se agrega agua y unas gotas de ácido acético para dejar el pH del biocombustible neutro
(agregar unas pocas gotas y comprobar el pH con papel tornasol). Se agita suavemente la mezcla
bifásica agua-biodiesel y se deja decantar para retirar luego el agua que queda en el fondo. El proceso
de lavado se repite 2 veces más.
Agradecemos a:
Don Claudio Gómez, Director del departamento de química, nos facilitó los laboratorios y las
instalaciones dentro de la Universidad.
Asesorado por el alumno de la Universidad de Magallanes Jaime Villegas, El que nos explicó el
método científico para que nosotros lo podamos realizar en los laboratorios de la Universidad.
(Supervisión extractor soxhlet y en la reacción química)
Don Pedro Cid, Departamento Antártico de la Universidad de Magallanes, nos facilitó información
de la obtención de biocombustibles.
Don Octavio Lecaros, ex decano de la Universidad de Magallanes, nos ayudó en la parte práctica
con el extractor soxhlet.
Alumnos que nos ayudaron:
Giovanni Soto y Pablo Videla que investigaron junto a los comienzos del proyecto.
Bryan Sánchez, Nos facilito las primeras cantidades de salmón.
Nelson Sánchez, Yerko Vera, Sebastián Mansilla, que nos ayudaron con los paneles.
Profesores del Instituto Don Bosco que nos ayudaron:
Don Sergio Astorga, Director del colegio, que nos dejó trabajar en el colegio.
Don Luis Velazquez, Jefe de UTP, que nos facilitó los permisos para salir del colegio para ir a
trabajar a la Universidad.
Profesor Alejandro Olmos, Profesor del área Mecánica Automotriz, que nos facilitó el motor para
hacer pruebas con el biocombustibles.
Profesor Juan Remolcoy, Profesor de Historia, que nos ayudó con la forma de redacción y
presentación del proyecto.
Profesora Olga Hidalgo, Profesora de Química y Biología, que nos ayudo con la parte química del
proyecto.
Profesora Mercedes Yutronic, Profesora de legua castellana, que reviso y corrigió la redacción del
trabajo
Don Gustavo Müller, Jefe de la área técnica, que nos facilito los talleres del colegio para poder
investigar.
Bibliografía
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Frei Montalva de la Antártica Chilena”.
<http://www.digeo.cl/doc/Sandoval_Zuniga_Cristian.pdf> [Consulta: 15 de septiembre de
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7. “1 y 2 Preparación del aceite usado”. <http://www.biodisol.com/como-hacer-biodieselproduccion-y-fabricacion-de-biodiesel-casero/preparacion-del-aceite-usado-para-la-produccionde-biodiesel/> [Consulta: 15 de septiembre de 2011]