Biodiesel de Aceite Residual de Pollo: Protocolo de Tesis

UNIVERSIDAD DEL ISTMO
CAMPUS TEHUANTEPEC
v
INGENIERÍA EN ENERGIAS
RENOVABLES
PROTOCOLO DE TESIS DE LICENCIATURA
OBTENCIÓN Y CARACTERIZACIÓN DE BIODIESEL A
PARTIR DE ACEITE RESIDUAL DE POLLO
PRESENTADO POR LA ALUMNA:
BERENICE SUNEM GOYTIA VILLAVICENCIO
DIRECTORA DE TESIS:
DRA.EN C. GABRIELA RIVADENEYRA ROMERO
SANTO DOMINGO TEHUANTEPEC, OAXACA, ABRIL DEL 2024
1. INTRODUCCIÓN
Desde la antigüedad el ser humano ha tenido la necesidad de producir la energía necesaria para
realizar sus actividades diarias. El producir su propia energía ha sido un motor fundamental que ha
impulsado al desarrollo e innovación de la civilización. Desde los primeros asentamientos
humanos, hasta las sociedades modernas, la búsqueda de formas eficientes y sostenibles de
obtención de energía ha sido un constante tema de interés y estudio.
Hoy más que nunca esta búsqueda ha tomado cada vez más relevancia mundialmente debido al
significativo aumento de las emisiones mundiales de gases de efecto invernadero (GEI). Según lo
registrado en La Base de Datos de Emisiones para la Investigación Atmosférica Global (EDGAR)
las emisiones mundiales de GEI en 2022 alcanzaron 53.8 Gt CO2eq; Los datos de 2022 representan
el nivel más alto registrado y experimentaron un aumento del 1.4% o 730 Mt CO2eq en
comparación con los niveles de 2021 (Centro Común de Investigación (Comisión Europea), 2023)
La creación y uso masivo de medios de transporte móvil ha brindado una enorme movilidad a la
humanidad de nuestros días, sin embargo, este progreso ha ido de la mano con una serie de
problemas como los son: el crecimiento inevitable del consumo de petróleo, el cual genera que los
precios de dicho combustible aumenten, pero el mayor daño es la contaminación ambiental
derivada de la liberación de gases de efecto invernadero causantes del calentamiento global, el
cual compromete la seguridad ambiental del planeta. En el año 2020, las emisiones de GEI
procedentes del transporte experimentaron un descenso en comparación con el año anterior debido
a la contingencia del COVID-19 (-14.1%). Sin embargo, en 2022, este sector experimentó el mayor
aumento registrado con un 4.7%. En este contexto los biocombustibles forman parte de la
tecnología que fomenta e impulsa la seguridad y sustentabilidad energética, mismos que
representan una alternativa prometedora, técnicamente viable, económicamente competitiva y
ambientalmente aceptables al reducir en gran medida los impactos ambientales ocasionados por el
uso de combustibles fósiles.
El uso de biocombustibles en motores Diesel fue sugerido en el siglo XX, por el francés Rudolf
Diesel, sin embargo, la atención al tema fue desviada debido a los costos de producción del
biodiesel en comparación a costo del petróleo tradicional del aquel entonces.
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2. OBJETIVOS
2.1 Objetivo general
Obtener y caracterizar biodiesel a partir de aceite residual de pollo
2.2 Objetivos específicos:

Probar el efecto de dos catalizadores en la producción de biodiesel a partir de aceite residual
de pollo

Obtener las condiciones óptimas de producción de biodiesel

Caracterizar el biodiesel obtenido mediante resonancia magnética, FT-IR, destilación STM,
peso molecular y poder calorífico.
3. HIPOTESIS
Con alguno de los dos catalizadores utilizados para elaboración de biodiesel a partir de aceite
residual de pollo se obtendrá un rendimiento igual o superior al 75 %.
4. JUSTIFICACIÓN
Ante la creciente necesidad global de lograr una transición energética a tecnología más sostenibles
para el medio ambiente la producción de biodiesel a partir del aceite residual de pollo representa
una solución prometedoramente viable, ya que no solo aprovecha un subproducto de la industria
alimenticia sino que aprovecha un desperdicio de consumo diario cuya gestión inadecuada produce
impactos negativos en el medio ambiente.
La producción de biodiesel residual también es una alternativa sostenible y de calidad normativa
al cumplir con estándares de calidad que ofrece en la EN14214 y ASTM D651
Además de reducir las fuentes de emisiones de gases de efecto invernadero, es necesario encontrar
fuentes de energía alternas a las convencionales. La biomasa es una fuente viable de energía,
siempre y cuando se ponga como prioridad el bienestar de la población, por lo que el uso de grasas
de desecho de animales o de procesos de cocción son una fuente adecuada para la obtención de
biocombustibles. Estas grasas están constituidas principalmente por triglicéridos, los cuales son
dañinos para el ser humano pero favorables para su uso como fuentes de energía alterna. El agua
es un factor muy importante para la humanidad y el medio ambiente, pero también es uno de los
recursos más contaminados del mundo, en los cuales se encuentran diferentes residuos
contaminantes, entre ellos las grasas animales (Politécnico, 2023).
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Estas grasas y aceites tienen un gran impacto ambiental en el agua debido a que forman películas
en la superficie lo que provoca que no haya un adecuado intercambio entre agua y aire, ocasionando
afectación a la flora y fauna del lugar en cuestion. Incluso estos contaminantes grasos llegan a
taponar tuberías y alcantarillados ya que tienden a solidificarse y adherirse a la tubería, lo que
ocasiona dificultades para el bombeo, lo cual puede causar derrame de agua contaminada
(Politécnico, 2023).
Las Normas Mexicanas en materia de contaminantes grasos establecen los límites máximos
permisibles para descargas de tuberías y alcantarillados y para aguas residuales tratadas que se
reúsan, al servicio público. Por lo cual, para su debido funcionamiento se debe adquirir información
necesaria para tratar los efluentes (Politécnico, 2023)
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5. ANTECEDENTES
(Shatesh Kumar, 2020) obtuvieron biodiesel a partir del aceite usado de cocina y aceite de grasa
de pollo utilizando carbono sulfatado derivado del glicerol como catalizador ácido (SCG) en una
porción de 1:4 calentándolo a una temperatura de 180 °C. Utilizando el proceso de esterificación
y transterificación simultaneas. La reacción obtuvo un rendimiento del 84.6% a temperaturas de
100°C. El rendimiento más alto obtenido fue de 92.3% en condiciones óptimas de carga de
catalizador del 5% en el peso con una reacción molar de metanol de 22:1 a 100°C durante 3 horas.
El catalizador de Carbono sulfatado derivado del gricerol mantuvo el rendimiento >90% durante 2
ciclos consecutivos para su reutilización. Cumpliendo con la calidad de las normas internacionales
EN14214 y ASTM D675.
(Kirubakaran, 2018) realizaron el proceso de trasnesterificacion de aceite extraído de piel de cerdo
con un catalizador de Hidroxido de tetrametilamonio en un 1.5% en peso, con una relación de
reacción de aceite a alcohol de 1:6 con un tiempo de reacción de 2 h a 70 °C logrando un 99.6%
de conversión de éster metílico
(Minglong Zhang, 2022), examinó la producción de biodiesel utilizando grasa de pollo con un
catalizador de hidróxido de sodio. Se logró un alto rendimiento de biodiesel del 95% empleando
una relación molar de aceite a metanol de 1:6, bajo condiciones controladas de temperatura de
60°C y un tiempo de reacción de 3 horas. Este enfoque demostró la eficacia de los catalizadores
alcalinos tradicionales en la transesterificación de grasas animales pesadas.
Wang et al. (2017) exploraron un método alternativo utilizando transesterificación enzimática para
producir biodiesel. En su estudio, utilizaron enzimas como catalizadores para procesar grasa de
pollo a una temperatura significativamente más baja de 30°C. La relación molar de aceite a metanol
fue de 1:3, y se alcanzó un rendimiento de biodiesel del 90%. Este método resalta la potencial
reducción del impacto ambiental y la necesidad de menores requisitos de energía comparado con
métodos alcalinos.
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6. METODOLOGIA
Figura 1. Metodología propuesta para la obtención del carbón activado
Fuente: Elaboración propia.
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6.1 Pretratamiento del aceite residual
Se utilizará un método de tratamiento ácido para reducir la cantidad de ácidos grasos libres en el
aceite residual de pollo. El tratamiento involucrará el uso de ácido sulfúrico (H₂SO₄) al 1% por
volumen de aceite. La relación de aceite a ácido será de 1:0.01 (v/v), y el tiempo de reacción será
de 2 horas a 60 °C. Después del tratamiento, el aceite se neutralizará con una solución de hidróxido
de sodio hasta alcanzar un pH de 7.0 y se lavará con agua caliente para eliminar impurezas y exceso
de ácidos o bases.
6.1.1 Transesterificación para la Producción de Biodiesel
La transesterificación se llevará a cabo utilizando metanol con una relación molar de aceite a
metanol de 1:6 y hidróxido de potasio como catalizador a una concentración de 1% respecto al
peso de aceite. La mezcla reaccionará a 65 °C durante 1 hora mientras se agita constantemente a
600 rpm. Posteriormente, la mezcla se dejará reposar durante 24 horas para permitir la separación
de fases, donde el biodiesel se separa de la glicerina.
6.1.2
Purificación del Biodiesel
El biodiesel se lavará varias veces con agua tibia para eliminar cualquier residuo de catalizador,
metanol no reaccionado y jabones formados durante la reacción. Se controlará el pH del lavado
final para asegurarse de que esté entre 6.5 y 7. El biodiesel se secará bajo vacío a 50 °C para
eliminar cualquier traza de humedad y se filtrará utilizando un filtro de malla fina para asegurar la
remoción de partículas sólidas.
6.1.3
Caracterización del Biodiesel
Para la caracterización del biodiesel producido, se realizarán pruebas según las normas ASTM
aplicables: contenido de metanol mediante el procedimiento ASTM D93, índice de acidez (ASTM
D664), índice de cetano (ASTM D613), viscosidad (ASTM D445), y contenido de glicerina libre
(ASTM D6584). Además, se medirá la estabilidad al almacenamiento y la compatibilidad con
materiales comunes en motores.
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6.1.4 Evaluación del Rendimiento del Biodiesel
El rendimiento del biodiesel se evaluará determinando la conversión de triglicéridos a ésteres
metílicos. Se empleará cromatografía de gases (GC) para cuantificar el porcentaje de conversión,
utilizando columnas capaces de separar los ésteres metílicos de los triglicéridos y otros posibles
subproductos.
6.1.5 Comparación con Biodiesel Comercial
Finalmente, se comparará la calidad del biodiesel obtenido con especificaciones estándar y
muestras comerciales para validar su viabilidad comercial. Se analizarán parámetros como el índice
de cetano y viscosidad para asegurar que cumplen o superan los estándares de calidad de biodiesel
comercial.
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7. INFRAESTRUCTURA DISPONIBLE
El proceso de obtención de biodiesel a partir de aceite residual de pollo, y su caracterización se
llevará a cabo en el laboratorio de hidrocarburos de la Universidad del Istmo (Campus
Tehuantepec), el cual cuenta con los siguientes equipos:

Horno programable marca Thermo SCIENTIFIC (LINDBERG BLUE M), modelo TUBE
FURNACE: TF5535A-1

Estufa marca Thermo SCIENTIFIC, tipo Heratherm OGH100-S

Espectrofotómetro UV-VIS marca DLAB, modelo N4S

Potenciómetro marca Fisher Scientific, modelo AP 115

Materiales de vidrio de laboratorio
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8. CONTENIDO TENTATIVO DE LA TESIS
9. PORTADA
ÍNDICE
Resumen .................................................................................................................................... 1
INTRODUCCIÓN .................................................................................................................... 2




Objetivo general ............................................................................................................. 3
Objetivos específicos...................................................................................................... 3
Justificación .................................................................................................................... 4
Alcance del trabajo de tesis ............................................................................................ 5
CAPÍTULO 1. ANTECEDENTES ......................................................................................... 6
1.1 Generalidades
1.2 Producción de biodiesel
1.3 Biodiesel a partir de residuos agroalimentarios
1.4 Aplicaciones de biodiesel
1.5 Regulaciones y estándares aplicables
CAPÍTULO 2. MATERIAL Y MÉTODOS .......................................................................... 7
2.1 Área de trabajo
2.2 Materiales, reactivos y equipos
2.3 Materiales y métodos
2.3.1
Preparación del aceite residual
2.3.2
Obtención de biodiesel
2.3.3
Purificación del biodiesel
2.4 Pruebas fisicoquímicas
2.4.1
Caracterización
2.4.2
Índice de acidez
2.4.3
Índice de cetano
2.5 Espectroscopia y cromatografía
2.5.1
Espectroscopia FTIR
CAPÍTULO 3. RESULTADOS Y DISCUSIÓN.................................................................... 8
Página | 10
3.1 Caracterización de la muestra
3.2 Caracterización del biodiesel
3.2.1 Rendimiento
CAPÍTULO 4. CONLCUSIONES .................................................................................... 9
CAPÍTULO 5. RECOMENDACIONES .............................................................................. 10
ANEXOS ................................................................................................................................. 11
BIBLIOGRAFÍA .................................................................................................................... 12
Página | 11
REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS
Centro Común de Investigación (Comisión Europea). (2023). GHG EMISSIONS OF ALL WORLD
COUNTRIES (Vol. I). (P. O. Union, Ed.) Unión Europea, Europa: Luxembourg.
doi:doi:10.2760/953322
Kirubakaran, M. a. (2018). A comprehensive review of low cost biodiesel production from waste
chicken fat. Renewable and sustainable energy reviews, 82, 390-401.
doi:https://doi.org/10.1016/j.rser.2017.09.039
Minglong Zhang, G. R. (2022). Producción de biodiésel asistida por microondas a partir de aceite
de harina de plumas de pollo utilizando óxido de calcio bio-nano derivado de la cáscara del
huevo
de
gallina.
Investigación
Ambiental,
2-5.
doi:https://doi.org/10.1016/j.envres.2021.112509
Shatesh Kumar, M. R.-Y. (2020). Production of methyl esters from waste cooking oil and chicken
fat oil via simultaneous esterification and transesterification using acid catalyst,. Energy
Conversion and Management,, 2-5. doi:https://doi.org/10.1016/j.enconman.2020.113366.
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10. CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES
TIEMPO
ACTIVIDADES A REALIZAR
MAYO
2024
JUNIO
2024
JULIO
2024
AGOSTO
2021
SEP
2024
OCT
2024
NOV
DIC-ENE
2024
2024
SEMANA SEMANA SEMANA SEMANA SEMANA SEMANA SEMANA SEMANA
1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4
Recopilación de información
Redacción del capítulo I y II de la
tesis
Preparación del biodiesel
Caracterización
Transterificación de la grasa de
pollo para producir biodiesel
Pruebas de calidad del biodiesel
obtenido
Redacción de los resultados
Revisión del borrador de la tesis
Corrección a las observaciones al
borrador de la tesis
Entrega final y defensa de la tesis
ante el comité evaluador
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