proporciones adecuadas del aceite vegetal usado y del metóxido.

Biodiesel: proporciones adecuadas del aceite vegetal
usado y del metóxido.
Santacruz Peralta, Marlene1 y Luraschi Somers, Vı́ctor H.2 .
Facultad Politécnica, Universidad Nacional del Este.
Ciudad del Este, Paraguay.
1 [email protected] 2 [email protected]
Resumen
El trabajo propuesto consiste en analizar distintas proporciones de mezclas de aceite vegetal
usado (AVU) de distinto origen para producir combustible biodiesel 1 . Los aceites estudiados provienen de tres categorı́as de proveedores; por orden de calidad de aceite: Hotel (HT),
Restaurant (RT) y comercializadores de comidas rápidas (CR). La calidad se mide por la
mı́nima acidez del AVU, la cual no puede superar un valor umbral definido. Primero se
midió el ı́ndice de acidez de cada tipo de AVU mediante un proceso denominado neutralización. Luego, por un proceso volumétrico denominado valoración, aplicando una fórmula
matemática, se determinó el porcentaje de ácidos grasos libres contenidos en cada muestra
de aceite. En función de estos resultados, finalmente se realizaron pruebas con diferentes
proporciones de mezclas de AVU, variando también la cantidad de catalizador (NaOH) para
la fabricación de biodiesel, buscando maximizar la pureza del producto obtenido. Etapas de
la fabricación: a) eliminación del contenido de agua del aceite por calentamiento b) preparación del metóxido de sodio: mezcla de 20 % de metanol con NaOH (NaOH variable en torno
a pocos gramos) por litro de AVU, c) transesterificación del aceite: mezcla y homogeneización con el metóxido a temperatura de 48 a 55 o C, d) vertido de la mezcla reaccionante en
un embudo separador, produciéndose una separación en dos fases: una lı́quida en la parte
superior (biodiesel), y otra sólida (glicerina). Se encontró que con una mezcla CR-HT-RT
de 20-40-40 y con 6 g de NaOH por litro de AVU se obtiene un biodiesel relativamente más
puro.
Descriptores: biodiesel, metanol, metóxido de sodio, hidróxido de sodio, aceite
vegetal usado.
Abstract
The proposed work is to analyze different mixture proportions of used vegetable oil (UVO)
from different sources to produce biodiesel fuel. The oils studied come from three categories
of providers; in order of quality oil: Hotel (HT), Restaurant (RT) and fast food marketers
(CR). Quality is measured by the minimum acidity of AVU, which can not exceed a defined
threshold. Firstly was measured the acid value of each type of UVO by a process called
neutralization. Then, by a process called volumetric assessment by applying a mathematical
formula, was determined the percentage of free fatty acids contained in each oil sample.
Based on these results, it was finally tested with different ratios of mixtures of UVO, also
varying the amount of catalyst (NaOH) for the manufacture of biodiesel, seeking to maximize
the purity of the obtained product. Manufacturing stages: a) removal of water content of the
oil by heating b) preparation of sodium methoxide: 20 % mixture of methanol with NaOH
(variable NaOH around a few grams) per liter of UVO, c) transesterification of the oil:
mixing and homogenizing with methoxide at temperature of 48 to 55 ◦ C, d) Pouring of the
reaction mixture into a separator funnel, resulting in a separation into two phases: an upper
liquid (biodiesel), and another solid (glycerin). It was found that with a mixture CR-HT-RT
of 20-40-40 and with 6 g of NaOH per liter of UVO a relatively purer biodiesel is obtained.
Keywords: biodiesel, methanol, sodium methoxide, sodium hydroxide, used vegetable oil.
1 Dentro del área de investigación institucional de la Facultad Politécnica de la UNE, denominada Ingenierı́a eléctrica;
se halla inserta la lı́nea de investigación denominada Energı́as renovables, la cual es transversal a las áreas de investigación
1. Introducción.
Se denomina energı́a renovable a la energı́a
que se obtiene de fuentes naturales virtualmente inagotables, ya sea por la inmensa cantidad de
energı́a que contienen, o porque son capaces de regenerarse por medios naturales. Entre las energı́as
renovables se cuentan la eólica, geotérmica, hidroeléctrica, maremotriz, solar, undimotriz, la biomasa y los biocombustibles.
El aceite vegetal usado es tradicionalmente un
producto de desecho proveniente de frituras de alimentos, es tóxico para el medio ambiente, por lo
tanto no deberı́a ser vertido en la fregadera. El
aceite de las freidoras se cambia precisamente porque llega un punto en que no es sano preparar
alimentos con él. Sin embargo se lo puede aprovechar para producir biocombustible diesel de uso
automotor[1]. Es posible ası́ obtener un combustible amigable con la naturaleza y a un precio más
bajo que el gasoil de origen petrolero.
El biodiesel se obtiene sometiendo al aceite vegetal a una reacción quı́mica llamada transesterificación. Es una reacción quı́mica que está al alcance de tecnologı́a casera. El biodiesel también se
puede hacer a partir de grasas animales, pero es
más difı́cil debido a que a temperatura ambiente
son semisólidas y contienen muchos ácidos grasos
libres que dificultan el proceso [1].
Cuando se mezcla el metanol con el hidróxido de sodio (lejı́a) se produce una reacción
exotérmica cuyo resultado es el metóxido de sodio. Exotérmica quiere decir que desprende calor.
Los utensilios que entren en contacto con la lejı́a
deben estar totalmente secos [2].
En la transesterificación la lejı́a o catalizador
y el metanol se unen para formar metóxido de sodio (Na+ CH3O-). Cuando se mezcla el metóxido
con aceite, rompe las uniones de la molécula de
aceite, liberando glicerina y ácidos grasos. Estos
últimos se unen al metanol formando biodiésel, y
un poco de jabón a veces. Si se utiliza metanol el
producto final se llama metiléster, y si se utiliza
etanol se llama etiléster. Durante la transesterificación los ácidos grasos se separan de la glicerina,
y el metanol se une a ellos formando metilésteres
ó etilésteres (si se utiliza etanol). El hidróxido de
sodio estabiliza la glicerina [3].
2. Objetivos
Objetivo general.
Encontrar la proporción adecuada de mezcla
de aceites vegetales usados de diferentes tipos de
proveedores: hoteles, restaurantes y locales de comida rápida; más la proporción adecuada del cata-
lizador NaOH para obtener combustible biodiesel
de la mejor pureza posible.
Objetivos especı́ficos
− Averiguar la proporción de mezcla de aceites
adecuada que no supere el umbral de ı́ndice
de acidez para la fabricación de combustible
biodiesel.
− Evitar la contaminación de los cursos hı́dricos mediante reciclaje del AVU.
− Aprovechar el potencial energético contenido en el AVU.
− Reducir la contaminación por residuos gaseosos (CO2 y SO2) y sólidos (partı́culas
sólidas) provenientes del uso de combustible
petrodiesel.
3. Materiales y Métodos
Materiales.
− Agitador metálico de baja revolución,
− Kit de baño marı́a,
− termómetro,
− balanza analı́tica,
− vaso de precipitado,
− embudo separador,
− embudo,
− botellas de plástico,
− Reactivos: metanol, hidróxido de sodio (catalizador), fenolftaleı́na, aceite vegetal usado, agua tridestilada, agua limpia de grifo.
Métodos.
Inicialmente, para cada muestra de AVU con
proporciones CR-HT-RT determinadas, se hizo el
proceso medición de ı́ndice de acidez del AVU. El
ı́ndice de acidez: corresponde a los volúmenes de
hidróxido de sodio gastados por gramo de muestra
de aceite. Este proceso empezó vertiendo 5 ml de
AVU en un vaso de precipitado, luego se agregó alcohol isopropı́lico al 98 % de pureza hasta alcanzar 50 ml de mezcla. Seguidamente se agregaron
tres gotas de fenolftaleı́na como indicador de PH,
se agitó durante 5 minutos. Luego se agregó por
goteo el catalizador hasta que la mezcla tomó un
color rosa cebolla indicando la neutralización de
los ácidos grasos libres. Esta etapa se ilustra en la
figura 1 /citecatalizador.
tipificadas en esta institución; pudiendo no adecuarse a veces, directamente al tı́tulo Ingenierı́a eléctrica
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rango de temperatura de 48 a 55 o C, homogeneizando la mezcla durante una hora por medio de
un agitador mecánico de baja revolución. Posterior a dicho tiempo, se viertió el producto de la
mezcla en un embudo separador. La mezcla reaccionante se separó en dos fases: una lı́quida que
consistió en metı́l-ester (biodiesel); y otra sólida
que consistió en propano-triol (glicerina). En la figura 2 se observa esta etapa del proceso. El retiro
de la glicerina se efectuó cómodamente abriendo
la válvula del embudo separador y vertiendo la
glicerina hasta quedar solo el lı́quido de la parte
superior que constituye el biodiesel pronto para ser
ulteriormente refinado por un proceso de lavado.
Se debe lavar el biodiesel, para retirar las impurezas de glicerina, catalizador, metanol, jabón
entre otros. Se vertió el biodiesel en un embudo
separador y se añadió agua limpia. Se cerró el embudo y se lo agitó hasta formar una mezcla homogénea. Se procedió con sucesivos lavados hasta
obtener agua transparente, traslucida y cristalina.
El último paso consistió en el secado del biodiesel para liberarlo de restos de humedad. Esto se
consiguió hirviendo el AVU hasta que cese el ruido producido por el hervor del residuo de agua
contenida.
Figura 4. Proceso de determinación del ı́ndice de
acidez.
Luego se avanzó al siguiente proceso para medir el porcentaje de ácidos grasos libres presente
en el AVU, llamado proceso volumétrico de valoración ácido-base, utilizando en cada caso la misma
mezcla de AVU para la cual se averiguó previamente su ı́ndice de acidez. El porcentaje de ácidos
grasos libres se calculó por medio de la fórmula:
Ácidos grasos libres (AGL) = (V*C*M)/(10*P).
Donde:
V= mililitros de NaOH 0,1 normal gastado.
C = Concentración de NaOH (expresados en normalidad).
M = Peso molecular en gramos de acido oleico
(constante) = 282 g.
P = Peso en gramos de muestra de aceite utilizado.
Una vez determinados los ı́ndices de acidez de
los AVUs y sus porcentajes de de ácidos grasos libres, se procedió a la fabricación del biodiesel y a
evaluar su grado de pureza con vistas a su utilización como combustible de uso automotor.
Seguidamente se llevó a cabo el proceso de fabricación de biodiesel, el cuál constó de dos etapas:
a) Preparación del metóxido de sodio que consiste en la mezcla de 20 % de metanol y 5 a 7 g de
NaOH por litro de AVU, b) Transesterificación del
aceite, que consiste en la mezcla del aceite exento
de agua con el metóxido de sodio, dentro de un
Figura 5. Transesterificación.
4. Resultados.
La Tabla 1 presenta los resultados de los análisis realizados. En la primera columna se representan los diferentes tipos de aceite empleados, teniendo por referencia los aceites vegetales nuevos
que aparecen en las tres primeras filas de datos. En
la segunda columna se presentan los porcentajes
de agua en las muestras de aceite. En la tercera columna se presentan los valores porcentuales
de ácidos grasos libres (AGL) obtenidos mediante
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análisis laboratoriales y en la cuarta columna se
presentan los ı́ndices de acidez obtenidos.
Tabla 1. Planilla de análisis de datos de AVU.
Para cada proceso de obtención de biodiesel se
empleó una cantidad de 250 ml de AVU. Los datos
del proceso volumétrico de valoración ácido-base
permitieron confirmar que los porcentajes de AGL
en el AVU, se encontraban debajo del umbral de
5 %, siendo 2 % el valor ideal. Una mezcla en partes iguales de CR-RT-HT posee 4.87 %.
La Tabla 2 presenta las caracterı́sticas de biodiesel obtenidos con distintas proporciones de
mezclas de AVU. Las tres primeras filas de datos contienen proporciones iguales de mezcla de
aceites, lo que se ha variado es el porcentaje de
NaOH (catalizador), buscando un biodiesel menos contaminado con jabón. Para saber la cantidad de NaOH a emplear, se hizo la neutralización
de AGL (ı́ndice de acidez) contenidos en el AVU,
como se explicó anteriormente. Ası́ se llegó a averiguar que para una proporción de mezcla CR20HT40-RT40; 7 g de catalizador (NaOH) fue suficiente para alcanzar la neutralización. Entonces,
como punto de partida, se probó gastar 7 g de
NaOH, con lo cual no se obtuvo biodiesel sino solo jabón. En consecuencia, se disminuyó a 5 g, con
lo cual se logró producir 90 % de biodiesel más
10 % de glicerina. Con esto se logró un resultado
aceptable de glicerina que de acuerdo a la literatura técnica, debe estar dentro de un rango de 10
a 13 %[5]. El siguiente paso, consistió en buscar un
biodiesel con mayor cantidad de glicerina, lo cual
implica un biodiesel con menor cantidad de jabón.
Se probó entonces gastar 6 g de catalizador, con
lo que se obtuvieron 12 % de glicerina, siendo este
un valor muy satisfactorio y por lo tanto adoptado
como proporción recomendable.
La primera columna presenta muestras de diferentes proporciones de. La segunda columna muestra datos obtenidos a partir de la fórmula del proceso volumétrico de valoración acido-base. En la
tercera columna se presenta la cantidad de alcohol
metanol en solución al 20 % (más NaOH) en AVU
para la reacción de transesterificación que genera
biodiesel más glicerina. En la cuarta columna se
presenta la cantidad del catalizador NaOH necesaria para 250 ml de AVU. En la quinta columna
se muestra la cantidad de glicerina obtenida. La
sexta columna muestra la temperatura a la cual
fue calentada la mezcla en un agitador mecánico
de baja revolución. La séptima columna informa
del tiempo que es necesario para que la mezcla
reaccione. La octava columna presenta el producto final de la mezcla.
Tabla 2. Biodiesel de AVU. Resultados para distintas proporciones de reactivos.
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5. Discusión.
Los resultados obtenidos indican la viabilidad
de producir un combustible a partir de un producto como el aceite vegetal usado proveniente
de frituras de cocina. Este AVU habitualmente es
desechado por no ser ya saludable para su consumo humano. El biodiesel de AVU producido, por
poseer bajo tenor de ácidos grasos libres y bajo
contenido de aceite que reemplaza ventajosamente a su correspondiente de origen petrolero.
Referencias bibliográficas
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http://www.biodisol.com/como-hacerbiodiesel-produccion-y-fabricacionde-biodiesel-casero/el-proceso-detransesterificacion-que-convierteaceites-y-grasas-en-biodiesel
30/05/2013
[1] Elaboración casera de biodiesel. Cómo
hacer Biodiesel Casero con aceite de cocina usado. [Online]. http://biodieseljose.blogspot.com/2012/01/como-hacerbiodiesel-casero-con-aceite.html?m=1
30/05/2013
[4] Valoración para calcular la cantidad
de
catalizador.
[Online].
http://www.
biodisol.com/como-hacer-biodieselproduccion-y-fabricacion-de-biodieselcasero/valoracion-para-calcular-lacantidad-de-lejia-catalizador-parahacer-biodiesel 30/05/2013
[2] Preparación del metóxido de sodio.[Online].
http://www.biodisol.com/como-hacer-
[5] Knothe, G. et al. “Manual de biodiesel”, Editora Blucher, 2006.
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