Sntesis de biodiesel de segunda generacin

Fernanda Caldern; Marcos Carpio; David Mndez; Jeniffer Valbuena1.

Ing. Juan Jos Vzquez2. Universidad de Cuenca, Facultad de Ciencias Qumicas, Carrera de Ingeniera Qumica.

Asignatura: Sntesis Orgnica, Cuenca Ecuador, Fecha de entrega: 01-07-2015.

1 Estudiante del sexto ciclo de la carrera: jeniffer.valbuena@ucuenca.ec 2Docente de la facultad: juanjo_vazquezg@yahoo.com1

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1. Presentacin de la prctica

Con esta prctica de laboratorio se logra sintetizar biodiesel a partir de aceite de cocina usado, usando como ruta sinttica, la transesterificacin, con la cual se llega a obtener un producto cuya alta inflamabilidad lo hace un excelente biocombustible.

2. Requisitos, precauciones y evaluacin

RequisitosTener conocimientos previos sobre las rutas sintticas que nos llevan a la elaboracin de jabn y las estrategias de cada paso para poder elaborar jabones de calidad. Lecturas recomendadas: Opciones para la produccin y uso del biodiesel en el Per [Castro, Paula, 2007].PrecaucionesSe trabaj con sustancias altamente corrosivas e irritantes por lo que se debe ser cauteloso y utilizar las protecciones necesarias.Obligatorio: Uso de guantes. Hidrxido de sodio

(Fichas internacionales de seguridad quimica, 2010)

Hidrxido de potasio

(Fichas internacionales de seguridad quimica, 2010)

EvaluacionesDebemos conocer sobre el fundamento terico de las rutas sintticas para obtener biodiesel, los diferentes reactivos que se pueden usar, y sus ventajas como combustible.

3. Objetivos

Obtener biodiesel a partir de la reaccin de transesterificacin de aceites de cocina usados.

4. Equipos, instrumentos y materias primas

Tabla 1. Tabla de reactivosDescripcinCantidad

NaOH Comercial5 gramos

KOH5 gramos

Etanol 150 ml

Aceite de cocina usado50 ml

Tabla 2. Tabla de materiales de laboratorioDescripcinCantidad

Vaso de 600ml 1

Vaso de 100 ml1

Vaso de 250 ml1

Recipiente de combustin 1

Toalla de papel1

Cocineta elctrica1

varilla1

Embudo de decantacin 1

Soporte de madera para embudo 1

5. Exposicin

BiocombustiblesSe conoce como biocombustibles a todos aquellos combustibles que pueden quemar la materia grasa producida por la fotosntesis del vegetal sin emisiones de negro de humo, azufre y con emisin mnima de NOx que aunque contribuyen a la lluvia acida, las cantidades producidas son mucho menores a las de los combustibles fsiles.

BiodieselEs un combustible renovable derivado de aceites o grasas de origen vegetal o aniumal. El prefijo bio hace referencia a su naturalez renovable y violgica en contraste con el combustible disel tradicional derivado del petrleo. Como combustible, el biodiesel puede ser usado en forma pura o mezclado con disel de petrleo.

Este combustible se obtiene mediante un proceso qumico llamado transesterificacin, en el cual los aceites orgnicos son combinados con un alcohol y alterados qumicamente para formar un ster etlico o metlico, el cual recibe finalmente el nombre de biodiesel. Estas molculas resultantes estn compuestas por un cido graso de cadena larga y un alcohol.

Antecedentes del biodieselLa idea de usar aceites vegetales como cobustible para los motores de combustin interna data de 1895, cuando el Dr. Rudolf Diesel desarrollaba su motor. En la presentacin del motor diesel en la Exposicin Mundial de Pars, en 1990, el Ing. Diesel usara aceite de man como combustible o, mejor dicho, como biocombustible.Aos despus, Diesel fue muy claro al sealar que . Hacia 1912 afirmara que .

Existen 4 formas para obtener el biodiesel Transesterificacion Mezcla directa de aceites con hidrocarburos combustionados Microemulsiones Pirlisis

TransesterificacinLa produccin de biodiesel a partir de la reaccin de transesterificacin de mantecas, aceites y grasas busca disminuir la viscosidad para que estos puedan ser quemados, esta reaccin consiste en hacer reaccionar una molcula de triglicrido con 3 de alcohol (de preferencia metlico por razones de costos) con catalizador de NaOH es decir es una reaccin 1:3 donde se dar como producto glicerina y el biodiesel; durante este proceso se dan 2 reacciones competitivas la transesterificacin y la saponificacin.Al trabajar con aceites usados se debe eliminar el agua que adquiere el mismo de los alimentos y tambin controlar los niveles de acidez por la liberacin de cidos grasos, pues de igual manera al entrar en contacto con la base puede dar lugar a la formacin de jabones por neutralizacin de cidos grasos.

Oportunidades par la produccin y uso de biodieselReduccin de la mayora de emisiones contaminantesDiferentes estudios han demostrado que el biodiesel reduce substancialmente el emisin de la mayora de gases y partculas contaminantes de la atmsfera. Al ser un combustible oxigenado, el biodiesel tiene una combustin ms completa que el diesel, mejorando por eso la composicin de las emisiones.

El biodiesel reduce las emisiones de partculas slidas menores a 10 micrones (PM10), monxido de carbono y xidos de azufre, peligrosos agentes contaminantes. La Environmental Protection Agency en un estudio compilatorio de diversas investigaciones sobre emisiones vehiculares con biodiesel, concluy que las emisiones vehiculares de material particulado se reducan en un 47% cuando se usaba biodiesel de soya en buses de transporte urbano, observaron que las emisiones a lo largo del ciclo de vida del biodiesel se reducan en 44%, 35% y 8% para PM10, CO y SOx, respectivamente.Alta biodegradabilidad y baja toxicidadEl biodiesel prcticamente no es txico en caso de ingestin, tanto para los peces como para los mamferos. La concentracin de biodiesel para que llegue a ser letal por va oral es muy elevada , alrededor de 17,4 g/kg de peso corporal, lo cual significa que una persona de 80 kg tendra que tomar alrededor de 1,6 l de biodiesel para que tenga efectos mortales. La sal comn es aproximadamente diez veces ms txica. El impacto en la salud humana es un criterio muy importante cuando se considera la idoneidad de un combustible para aplicaciones comerciales.Adems el biodiesel es altamente biodegradable en el agua. En estudios de la Universidad de Idaho se encontr que el biodiesel se degrada a un ritmo muy superior al del diesel convencional e incluso tan rpido como la dextrosa (azcar).La mezcla de biodiesel con diesel o con gasolina incrementa la biodegradabilidad del combustible debido a efectos cosinrgicos de cometabolismo.Posible produccin localEl biodiesel puede ser producido localmente a partir de aceites vegetales, grasas animales o de aceites y grasas comestibles usados. Esto ofrece nuevas oportunidades de trabajo a nivel local: Agricultores tienen oportunidad de encontrar nuevos usos a cultivos subutilizados, otorgndoles un valor econmico, o en todo caso tienen la posibilidad de desarrollar nuevos cultivos. Productores pesqueros y pecuarios tienen un nuevo mercado para los aceites de pescado y las grasas animales. Gremios de restaurantes o empresas recicladoras pueden incursionar en el rubro de la recoleccin y reutilizacin de aceites y grasas comestibles usados para la produccin de biodiesel.

Reduccin de la dependencia del petrleoEl biodiesel puede reducir la dependencia del petrleo importado y contribuir al ahorro de divisas y a la seguridad energtica. Como puede ser empleado directamente en motores diesel, tiene un potencial inmediato para reducir la demanda de petrleo.

Ventajas tcnicasEl biodiesel tiene propiedades fsicas y qumicas similares a las del diesel convencional lo que permite su empleo directo en cualquier motor diesel sin necesidad de realizar modificaciones en el motor, el sistema de encendido o los inyectores de combustible. El biodiesel, es, por lo tanto, el nico combustible alternativo que puede aprovecharse de manera directa en los equipos existentes, evitando as la necesidad de hacer inversiones en modificaciones o introducir tecnologas nuevas para su aprovechamiento. (Castro, Coello, & Castillo, 2007)

6. Proceso y procedimiento

6.1 ProcesoEliminar agua del aceite (130C)

Disolver catalizador en el alcohol etilico

Mezclar ambos contenidos a temperaturas similares a 50C

Mantener en 50 C durante 30 minutos

Dejar reposar 8 horas en embudo de decantacin

Separar de la glicerina

Prueba deCombustin

6.2 Procedimiento1. Se tratara el aceite usado ates de su transesterificacin; primero en una operacin de filtrado para separar la materia orgnica todava presente en el mismo; se debera realizar tambin una prueba de acidez de los mismo con titulacin pero por razones de tiempo se obvi este procedimiento.

Ilustracin 1. Filtracin de solidos en el aceite usado de cocina2. Posteriormente se calentara el aceite a una temperatura de (90-130)C durante 5 minutos para eliminar en su totalidad el agua que pueda tener el aceite, y dejar enfriar a 50 C

Ilustracin 2. Tratamiento trmico del aceite usado para eliminar agua3. Se disolver 5 gramos de KOH en 150 ml de alcohol etlico a una temperatura de 50 C

Ilustracin 3. Disolucion de KOH a 50C en etanol 4. Mezclar al aceite y el alcohol procurando trabajar cerca del punto de ebullicin del alcohol durante 20-30 minutos con agitacin constante y de preferencia en una sola direccin.5. Dejar reposar durante 8 horas mnimo y separar en un embudo de decantacin la glicerina del biodiesel.

Ilustracin 4. Separacin de la glicerina del biodiesel6. Mojar una toalla de papel en el biodiesel y en un recipiente metlico prender fuego y observar los resultados

Ilustracin 5. Prueba de combustin del biodiesel

7. Resultados

Se obtuvo un total de 100ml de biodiesel de alta calidad lo cual se evidencia por la facilidad con la que combustiona comparada con la combustin del disel en la ilustracin 6 donde se necesita mucha temperatura y grandes cantidades del mismo para tener una llama pequea con gran produccin de negros de humo, azufre, xidos nitrosos entre otras partculas contaminantes; mientras el biodiesel tiene 0 emisiones de negro de humo, una llama amarilla por quemar orgnicos y de base azul por la basta cantidad de oxgeno en sus molculas que combustiona con facilidad y que necesita poca cantidad del mismo para combustionar.

Ilustracin 6. Combustin del disel

Discusin

La prctica se realiz dos veces, pues a la primera se obtuvo jabn por trabajar con NaOH comercial esta tiene gran cantidad de carbonatos, agua entre otras impurezas que favorecieron la reaccin de saponificacin, de igual manera el aceite nicamente llego a 90C y se detuvo la temperatura.El segundo intento fue realizado con el procedimiento descrito y se obtuvieron excelentes resultados.

8. Conclusiones y recomendaciones

Conclusiones

Se obtuvo biodiesel de 2da Generacin de alta calidad, es decir, generado a partir de los aceites usados de cocina, y con dos beneficios ambientales a la vista, el primero de ellos, producir un biocombustible sustituto de los combustibles fsiles con cero emisiones de negro de humo y con mnima cantidad de contaminantes que favorecen las lluvias cidas y, que sus emisiones son prcticamente neutras porque el CO2 que surge de la combustin de biodiesel es el que fue consumido en el proceso de fotosntesis de la planta de origen; adems de un beneficio energtico, pues tiene una elevada capacidad calorfica como se demostr en las pruebas de combustin (ilustracin 5).El proceso que se llev a cabo puede servir de base para el desarrollo de nuevos proyectos que involucren el reciclaje de aceites usados que se producen, por ejemplo, cerca de la Universidad de Cuenca, pudiendo generar entonces nuevas fuentes de empleo y un combustible cuya biodegradabilidad es muchsimo ms alta que la del diesel convencional, aportando con un beneficio al ambiente.

Recomendaciones:Trabajar con reactivos de alta purezaEliminar totalmente el agua de aceite usado y brindarle un tratamiento adecuado Manejar con cuidado las instrumentos pues todos estarn calientes y los reactivos por quemadura con pH alcalino.Hacer las pruebas del biodiesel producido en motores diesel para comprobar su efectividad,

BibliografaCastro, P., Coello, J., & Castillo, L. (2007). Opciones para la produccin de biodiesel en el Per. Lima: Soluciones Prcticas - ITDG.