OBTENCIÓN DEL BIODIESEL A PARTIR DEL ACEITE DE PALMA

CONCLUSIÓN
BIBLIOGRAFIA
ANEXOS

RESUMEN
El presente trabajo tiene como objetivo la producción de esteres etílicos (Biodiesel) a partir de aceite vegetal (palma aceitera N.C. Elaeis guineensis Jacq), para ser empleados como combustibles en motores de combustión interna, con el propósito de generar alternativas de uso para dichos aceites, y adicionalmente, generar nuevas opciones en biocombustibles que puedan reemplazar a los combustibles fósiles derivados del petróleo (Diesel), todo esto con la finalidad de disminuir la emisión de gases de efecto invernadero, siendo uno de ellos y el de mayor acumulación en la atmósfera, eldióxido de carbono, como consecuencia de la combustión del combustible fósil (diesel) con el oxígeno; todos sabemos las consecuencias que esto esta trayendo al clima a nivel planetario. Para el desarrollo del presente trabajo se utilizaron como equipos: vaso de precipitados, probeta graduada, pera de decantación, así como soporte universal, para separar el aceite (biodiesel) de la glicerina formada. Como materia prima se utilizó el aceite de palma, alcohol etílico y como catalizador, hidróxido de potasio, que actúa como acelerador de la reacción. Los resultados que se obtuvieron, fueron satisfactorios, llegandose a obtener biodiesel, con características para ser usados en motores de combustión interna, pero por el tamaño de los equipos, solo se obtuvo biodiesel en pequeñas cantidades.

1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA A INVESTIGAR
1.1. PROBLEMA DE LA INVESTIGACIÓN
Todos sabemos el cambio que esta sufriendo el clima a nivel planetario, como consecuencia de la emisión de dióxido de carbono a la atmósfera, al utilizar en los motores de combustión interna, un derivado del combustible fósil (petróleo), que es el Diesel-2, que al combustionar con el oxígeno, genera uno de los gases de efecto invernadero (dióxido de carbono).

Ante esta situación, surge la posibilidad de modificar o diversificar la matriz energética (que en nuestro país esta fuertemente representada por los combustibles fósiles en un 82%) de todos los países y, nuestro país no puede estar al margen de esta realidad, mucho menos nuestra región; por lo que es necesario tomar en cuenta este tipo de iniciativas,sobre todo si tenemos en cuenta que no hay producción de biodiesel en nuestra región, trayendo como consecuencia la acumulación de dióxido de carbono en la atmósfera y la consiguiente contaminación, y por lo que el problema central identificado lo hemos denominado:


“CONTAMINACIÓN DE LA ATMÓSFERA DE LA CIUDAD DE IQUITOS, POR EMISIÓN DE DIÓXIDO DE CARBONO, POR EL USO DE COMBUSTIBLE FÓSIL (PETRÓLEO)”

1.2. OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN
1.3. JUSTIFICACIÓN DE LA INVESTIGACION

1.2. OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN

OBJETIVO GENERAL
* Contribuir con la obtención de un producto oxigenado como el biodiesel a reducir la emisión de gases de efecto invernadero.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS
* Obtención de Biodiesel a partir del aceite de palma
* Como estudiantes, contribuir a solucionar problemas que afectan a toda la sociedad.
* Iniciarnos como estudiantes en investigar fuentes alternativas energéticas, que tiendan a sustituir al combustible fósil como es el petróleo.

1.3. JUSTIFICACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN
La producción de combustibles alternativos de los fósiles a partir de sustancias renovables adquirió en los últimos años un relevante impulso a escala mundial.
Las motivaciones han sido, entre otras, el indefectible agotamiento de los fósiles en un lapso relativamente corto considerado a escala histórica, las periódicas crisis del petróleo y el denominado efecto invernadero provocado por la acumulación de anhídrido carbónico en la atmósfera.
La búsqueda de fuentes energéticas alternativas al petróleo no es un fenómeno reciente en el mundo.Basada en problematicas económicas, en la crisis petrolera del '70 se le incorporó la tematica ambiental. Los tratados internacionales, en particular los que refieren al Cambio Climatico, han reflejado presiones de diversos sectores para investigar e implementar energías alternativas a los combustibles fósiles. En el caso particular del biodiesel, su descubrimiento fue hecho hace un siglo y se utiliza desde hace años en Europa y América del Norte.
Los elevados precios del petróleo, la crisis en la agricultura, las bajas en los precios internacionales de los aceites, son algunos de los factores que han contribuido a darle un destaque adicional al biodiesel.

1. IMPORTANCIA
El Perú y por ende la Región Loreto, no son ajenos a los cambios globales producidos por la contaminación ambiental, el producto de la acción del hombre también se refleja en el modo en que el ambiente y los seres vivos, viven. Por lo que es de vital importancia, parar el problema del calentamiento global, por emisión de dióxido de carbono y buscar alternativas ecológicas de solución a este problema, el BIODIESEL.
VENTAJAS DEL BIODIESEL FRENTE A OTROS CARBURANTES
Las ventajas del biodiesel son múltiples y pueden ser clasificadas desde diferentes aspectos:
VENTAJAS MEDIOAMBIENTALES:
* Se trata de un combustible 100% vegetal y 100% biodegradable, es una energía renovable e inagotable, no general residuos tóxicos ni peligrosos.

* Cumple con el protocolo de Kioto, ya que reduce en un alto porcentaje la contaminación atmosférica.

* Las emisiones de CO2 son entre un 20 y un 80% menos que lasproducidas por los combustibles derivados del petróleo tanto en el ciclo biológico en su producción como en el uso. Asimismo, se reducen las emisiones de dióxido de azufre en casi 100%.

* Por otra parte, la combustión de Biodiesel disminuye en 90% la cantidad de hidrocarburos totales no quemado, y entre 75-90% en los hidrocarburos aromaticos. 

* No contiene ni benceno, ni otras sustancias aromaticas cancerígenas (Hidrocarburos aromaticos policíclicos).  El Biodiesel, como combustible vegetal no contiene ninguna sustancia nociva, ni perjudicial para la salud, a diferencia de los hidrocarburos, que tienen componentes aromaticos y bencenos (cancerígenos). La no-emisión de estas sustancias contaminantes disminuye el riesgo de enfermedades respiratorias y alergias
VENTAJAS ECONÓMICAS:

* Con los aceites vegetales, se contribuye de manera significativa al suministro energético sostenible, lo que permite reducir la dependencia del petróleo, incrementando la seguridad y diversidad en los suministros, así como el desarrollo socioeconómico del area rural (producción de oleaginosas con fines energéticos).

* El uso de biodiesel puede extender la vida útil de motores porque posee un alto poder lubricante y protege el motor reduciendo su desgaste así como sus gastos de mantenimiento.  También es importante destacar el poder detergente del biodiesel, que mantiene limpios los sistemas de conducción e inyección del circuito de combustible de los motores.

* La plantación de semillas oleaginosas para la creación de biodiesel  conlleva grandes ventajas para el sectoragrícola, incluso para las tierras improductivas, ya que pueden reaprovecharse para la plantación de semillas oleaginosas. Asimismo, colabora en el fomento y desarrollo de cultivos autóctonos como el girasol.

VENTAJAS EN SEGURIDAD Y TRANSPORTE:

* El transporte del biodiesel es mas seguro debido a que es biodegradable. En caso de derrame de este combustible en aguas de ríos y mares, la contaminación es menor que los combustibles fósiles.

* No es una mercancía peligrosa ya que su punto de inflamación por encima de 110º  y su almacenamiento y manipulación son seguras.

* Por su composición vegetal, es inocuo con el medio, es neutro con el efecto invernadero, y es totalmente compatible para ser usado en cualquier motor diesel, sea cual sea su antigüedad y estado.

* Se puede almacenar y manejar de la misma forma que cualquier combustible diesel convencional.

2. FORMULACIÓN DE HIPÓTESIS
3.1. ANTECEDENTES DEL PROBLEMA
Los agentes contaminantes tienen relación con el crecimiento de la población y el consumo (combustibles fósiles, la generación de basura, desechos industriales, etc), ya que al aumentar éstos, la contaminación que ocasionan es mayor. Los contaminantes por su consistencia, se clasifican en sólidos, líquidos y gaseosos. Se descartan los generados por procesos naturales, ya que por definición, no contaminan.
Los agentes sólidos estan constituidos por la basura en sus diversas presentaciones. Provocan contaminación del suelo, del aire y del agua. Del suelo porque produce microorganismos y animales dañinos; del aire porque produce mal olor y gasestóxicos y del agua porque la ensucia y no puede utilizarse.
Los agentes líquidos estan conformados por las aguas negras , los desechos industriales, los derrames de combustibles derivados del petróleo los cuales dañan basicamente el agua de ríos, lagos, mares y océanos; con ello provocan la muerte de diversas especies.
Los agentes gaseosos estan constituidos por la combustión del petróleo (óxido de nitrógeno y azufre) y por la quema de combustibles como la gasolina (liberando monóxido de carbono), basura y desechos de plantas y animales.
Todos los agentes contaminantes provienen de una fuente determinada y pueden provocar enfermedades respiratorias y digestivas. Es necesario que el hombre tome conciencia del problema.
Se denomina contaminación atmosférica o contaminación ambiental a la presencia en el ambiente de cualquier agente (físico, químico o biológico) o bien de una combinación de varios agentes en lugares, formas y concentraciones tales que sean o puedan ser nocivos para la salud, la seguridad o para el bienestar de la población; o que puedan ser perjudiciales para la vida vegetal o animal; o impidan el uso normal de las propiedades y lugares de recreación, y el goce de los mismos. La contaminación ambiental es también la incorporación a los cuerpos receptores de sustancias sólidas, líquidas o gaseosas, o mezclas de ellas, siempre que alteren desfavorablemente las condiciones naturales de los mismos, o que puedan afectar la salud, la higiene o el bienestar del público.
En la actualidad ante el aumento de la contaminación ambiental y el agotamiento de los recursos no renovableshan hecho que los países comiencen a desarrollar otras alternativas viables frente a las energías fósiles. Así, cobra auge el desarrollo de los biocombustibles, como el biodiesel y el bioetanol, fuentes de energía renovables producidas a partir de vegetales, e incluso grasas animales, que pueden ser usados puros o mezclados con gasoil y nafta respectivamente.
3.2. ALGUNOS TÉRMINOS BASICOS

a. Biocombustibles. Combustibles que se obtienen a partir de sustancias de origen agrícola y que son susceptibles de ser empleados en motores de combustión interna (etanol anhídrido en las gasolinas y ésteres metílicos de oleaginosas en los gasóleos).

b. Biodegradable. Son aquellos materiales cuyas características químicas permiten que sean atacados por bacterias y hongos descomponedores y por lo tanto degradados a sustancias simples del tipo del dióxido de carbono y el agua. Muchos materiales producidos por la industria moderna (en particular muchos plasticos) no son atacados por estos organismos y, por esta razón, permanecen durante cientos o miles de años inalterados en las aguas y el suelo.

c. Biodiesel: El biodiesel es un biocombustible sintético líquido que se obtiene a partir de lípidos naturales como aceites vegetales o grasas animales, con o sin uso previo,[1] mediante procesos industriales de esterificación y transesterificación, y que se aplica en la preparación de sustitutos totales o parciales del petrodiésel o gasóleo obtenido del petróleo.

d. Biomasa. Conjunto de materia viva - vegetal o animal - destinada a la creación de energía. Se trata del calorproporcionado por la combustión de la madera o de residuos agrícolas (caña de azúcar o colza, por ejemplo). El bosque sólo constituye un recurso renovable en la medida en que su explotación va acompañada de reforestación.

e. Carburante. Mezcla de hidrocarburos que se emplea en los motores de explosión y de combustión interna.

f. Catalizador. Un catalizador es una sustancia (compuesto o elemento) capaz de acelerar (catalizador positivo) o retardar (catalizador negativo o inhibidor) una reacción química, permaneciendo éste mismo inalterado (no se consume durante la reacción). A este proceso se le llama catalisis.

g. Combustibles fósiles. Fuente de energía por medio de la combustión que procede de materia que fue organica en tiempos antiguos, como el petróleo, el carbón y el gas natural.

h. CO2 o gas carbónico: Esta presente de forma natural en el aire, pero también las actividades humanas lo producen en gran cantidad, por ejemplo la combustión de energías fósiles y las actividades industriales. El exceso de CO2 en la atmósfera contribuye al calentamiento climatico del planeta.

i. Glicerina. El propanotriol, glicerol o glicerina (C3H8O3) es un alcohol con tres grupos hidroxilos (–OH). El propanotriol es uno de los principales productos de la degradación digestiva de los lípidos, paso previo para el ciclo de Krebs. Se produce también como un producto intermedio de la fermentación alcohólica. El propanotriol, junto con los acidos grasos, es uno de los componentes de los lípidos simples, como los triglicéridos y fosfolípidos.

j. Desarrollo sostenible. Modelo dedesarrollo que se esfuerza por responder a las necesidades del presente sin comprometer, desde el estado actual de los conocimientos, las necesidades de las generaciones futuras.

k. Protocolo de Kioto sobre el cambio climatico[. ] Es un acuerdo internacional que tiene por objetivo reducir las emisiones de seis gases provocadores del calentamiento global: dióxido de carbono (CO2), gas metano (CH4) y óxido nitroso (N2O), ademas de tres gases industriales fluorados: Hidrofluorocarbonos (HFC), Perfluorocarbonos (PFC) y Hexafluoruro de azufre (SF6), en un porcentaje aproximado de un 5%, dentro del periodo que va desde el año 2008 al 2012, en comparación a las emisiones al año 1990.

l. Transesterificación. Es el proceso de intercambiar el grupo alcoxi de un éster por otro alcohol. Estas reacciones son frecuentemente catalizadas mediante la adición de un acido o una base.

m. Traza. Elemento presente en concentraciones muy bajas

3.4. FORMULACIÓN DE LA HIPÓTESIS
* A partir de un recurso renovable como la palma aceitera se puede elaborar biodiesel que no tiene efectos nocivos relevantes en el ambiente.

3. MATERIALES Y MÉTODOS
4.1. DESCRIPCIÓN DE MATERIALES
Materia Prima y Reactantes:

* Aceite de Palma. El aceite vegetal debe estar libre de agua, porque cada molécula de agua destruye una molécula de catalizador, lo cual disminuye su concentración y afecta los costos de producción.

* Etanol. Se utiliza un alcohol deshidratado. Si hay gasolina presente en los alcoholes como desnaturalizante no es perjudicial.

* Hidróxido de Sodio. El NaOHse utiliza en concentraciones superiores al 95% en peso.

Equipos:

* Probeta graduada. Probeta, instrumento de laboratorio que se utiliza, sobre todo en analisis químico, para contener o medir volúmenes de líquidos de una forma aproximada. Es un recipiente cilíndrico de vidrio con una base ancha, que generalmente lleva en la parte superior un pico para verter el líquido con mayor facilidad.

* Vaso de precipitación. Tienen un campo de aplicación muy extenso: se usan para preparar, disolver o calentar sustancias . Junto con el matraz , la probeta y los tubos de ensayo constituyen lo que se llama en el laboratorio “Material de vidrio de uso general” .

* Cocina eléctrica. Sirve para calentar diferentes tipos de sustancias necesarias para el experimento.

* Soporte Universal. Es un elemento que se utiliza en laboratorio para realizar montajes con los materiales presentes en el laboratorio y obtener sistemas de medición o de diversas funciones, como por ejemplo un fusiómetro o un equipo de destilación. Esta formado por una base o pie en forma de semicírculo o de rectangulo, y desde el centro de uno de los lados, tiene una varilla cilíndrica que sirve para sujetar otros elementos a través de doble nueces.

* Pera de decantación. Son recipientes con forma de pera con un vastago provisto de una llave esmerilada, se usan para separar líquidos inmiscibles. Es parte del material de vidrio de laboratorio de química utilizado para la separación de fases líquidas de distinta densidad.

* Termómetro. Es un instrumento u operador técnico que fue inventado yfabricado para poder medir la temperatura.

4.2. MÉTODOS A UTILIZAR
a. Recolección de datos. Se buscó información en instituciones privadas y públicas, en internet y sobre todo en la facultad de ingeniería química de la Universidad Nacional de la Amazonia Peruana.

b. Elaboración del producto. Para elaborar el producto es necesario tener la materia prima (aceite vegetal libre de agua) para procesarlo con los reactantes hasta obtener el biodiesel y como subproducto la glicerina

c. Analisis e interpretación de datos. Con los datos obtenidos de la experimentación se elaboró tablas para su interpretación y posterior verificación de la hipótesis.

4.5. DISEÑO DEL PROYECTO
Recolección de datos
Reporte de lectura “La Ciencia, su filosofía y su método” Mario Bunge
Planteamiento del problema
Elaboración del producto
Almacenamiento del proyecto

Producto terminado

4. RESULTADOS
5.1. ANALISIS, PROCESAMIENTO E INTERPRETACIÓN DE DATOS
En la siguiente tabla se pueden observar los datos característicos de las materias primas y productos de la producción de biodiesel a partir de aceite de palma.

Tabla 1. Propiedades materia prima y productos de la producción de Biodiesel

Materias primas:

Para la transesterificación de 1.00 litros (0.915 Kg) de aceite de palma (volumen batch para una prueba piloto) se requieren los siguientes reactivos:

Aceite Vegetal + 3 Etanol 3 Etil ester + Glicerina

Kmol de aceite = 1.00 L aceite x 0.915 Kg/L x kmol aceite/838.52 Kg = 0.00109 kmol aceite

Kmol de etanol = 0.00109 kmol aceite x 3 kmol etanol/Kmol aceite = 0.0033 kmol de etanol

Kg etanol = 0.0033 kmol etanol x 46 KgIKmol =0.15 Kg

PM
838.52 46 297.8 92

Aceite vegetal + 3 Etanol 3 Etil ester + Glicerina

0.915 kg 0.15 kg 0.973 kg 0.10 Kg

Por lo tanto:
Cantidad de aceite vegetal | 1.00 litro |
Cantidad de etanol anhidro | 0.15 kg |
Cantidad de Hidróxido de Sodio | Se adiciona el 1% de la cantidad de aceite=0.00915 Kg. |


Productos Obtenidos

Etil Ester (Biodiesel) : 0.973 Kg Glicerina : 0.10 Kg

Descripción del Proceso

1. Se introduce en un reactor (matraz) el aceite vegetal crudo.

2. La cantidad requerida de etanol se coloca en un contenedor

3. Se pesa la cantidad de hidróxido de sodio rapidamente para protegerlo de la humedad y dióxido de carbono de la atmósfera.

4. El hidróxido de sodio sólido se adiciona a todo el etanol, agitando vigorosamente en el contenedor hasta que esté disuelto completamente. En ese momento el NaOH disuelto ha sido convertido a etóxido de sodio. Las partes no disueltas permanecen durante el proceso de reacción y disminuye la cantidad de catalizador que toma parte en la reacción

5. La mezcla de etanol - catalizador es agregado al aceite en un reactor principal y agitando rapidamente. La mezcla se realiza por 6 horas a temperatura ambiente. La mezcla reaccionante cambia a un color café – naranja turbio, y cambia finalmente a un color café transparente cuando la reacción se ha completado.

6. La glicerina empieza a separarse inmediatamente. Después de la sedimentación inicial, se mezcla nuevamente por 40 minutos. Luego de transcurridos 20 minutos, se adiciona agua al 15 % delvolumen inicial de aceite usado en la reacción y se prosigue la agitación hasta completar los 40 minutos. Un tiempo largo de separación, facilita el proceso de lavado. El proceso de mezcla de la glicerina con el éster y adición de agua es importante, ya que recolecta y remueve las impurezas y productos de la reacción incompleta del éster.

7. Cuando no se emplea alcohol anhidro, la reacción no es completa y requiere mas tiempo para que el etanol se separe. Si la separación no ocurre, la adición de NaOH con agitación puede acelerar este proceso o la adición de agua (0.5% del volumen total) después de que la reacción se ha completado. Si el etanol original contiene alrededor del 1% de agua, la reacción puede ser incompleta, la glicerina no se separa y el batch debe ser descartado.

8. Después de separar la glicerina del agua, ésta se almacena para su posterior embarque. Es posible que se adhiera una capa delgada de glicerina y lodos al fondo del reactor, por esta razón es aconsejable realizar lavados, por lo menos dos veces. Los sedimentos pueden ser componentes del aceite vegetal original (proteínas, glicoproteínas, ceras, carbohidratos, carotenos). Algunos de estos componentes son agentes emulsificantes, y otros tienen afinidad por el agua, lo que causa la acumulación de impurezas (sodio) que tienden a prolongar el proceso de lavado.

9. Finalmente, para remover el etanol remanente y las trazas de potasio, glicerin o jabón, el éster se lava con agua en una proporción del 30% del volumen del éster. El agua se adiciona al éster mediante agitación mecanica y con aire. Después depocas horas la agitación / aireación se detiene y el agua se separa de dos a tres días. En este punto termina el proceso y el combustible se almacena.

5.2. CONTRASTACIÓN DE HIPÓTESIS
Al planteamiento del problema se hizo una hipótesis porque los resultados nos indican que los efectos previamente establecidos se han comprobado, que a partir de la palma aceitera se puede obtener un biodiesel de alta calidad y con costos relativamente bajos que puede reemplazar a los combustibles fósiles que se utilizan para el funcionamiento de los vehículos de la ciudad. Es muy importante conocer las ventajas y beneficios que trae consigo el biodiesel para el ambiente de acuerdo a los estudios realizados en la Universidad Nacional de la Amazonía Peruana.

5. DISCUSIÓN
De acuerdo a los resultados obtenidos en el trabajo de investigación demuestra que estos productos sobre biocombustibles que salieron al mercado dejaron una buena impresión por su utilidad y su costo relativamente bajo y que es necesario que siga difundiendo y que nuestros gobernantes lo tomen como política de estado la búsqueda y obtención de energías alternativas porque nuestro Perú es un país megadiverso y a la vez esta sufriendo los primeros efectos de los cambios climaticos. De tal manera que podamos algún día no muy lejano, encontrar el combustible que genere mínima contaminación a nuestro ambiente y no se esté generando emisiones de gases de efecto invernadero, que esta provocando esta crisis climatica, que todos estamos observando en la actualidad, y en todas partes del mundo, así como en nuestra ciudad.CONCLUSIONES
* El biodiesel tiene muchas ventajas como combustible. Puede obtenerse a partir de cultivos abundantes en nuestro país, como la palma africana, generando amplios beneficios para el sector agrícola y un aumento de la tasa de empleo.

* El biodiesel, es un combustible líquido no contaminante y biodegradable, que se utiliza en diversas ramas del transporte como el urbano, minero y agrícola. Con su consumo se reduce el nivel de emisiones de CO2, de sulfuros, el humo visible y los olores nocivos. Como su punto de inflamación es superior, la manipulación y el almacenamiento son mas seguros que en el caso del combustible diesel convencional.

* Los motores diesel requieren un combustible que sea limpio al quemarlo, ademas de permanecer estable bajo las distintas condiciones en las que opera. El biodiesel es el único combustible alternativo que puede usarse directamente en cualquier motor diesel, sin modificaciones.

* Como sus propiedades son similares al petrodiesel, se pueden mezclar en cualquier proporción, sin ningún tipo de problema, de acuerdo a estandares internacionales.

BIBLIOGRAFIA

1. CEPAL (2004) “Fuentes Renovables de Energia en América Latina y el Caribe: situación y propuestas de política”.

2. Amín Baena, Camilo Andrés. “ Incentivos regulatorios para introducir las fuentes no convencionales de energía en el mercado colombiano”. - Universidad Externado de Colombia, (2004).

3. Stratta José (Agosto de 2000). “Biocombustibles: los aceites vegetales como constituyentes principales del biodiesel”.

ANEXOS

PANEL DE FOTOGRAFÍAS