Surfiando en la web encontre esto , espero que les sirva
Haciendo Biodiesel de Aceite Vegetal Usado
por Alison K. Varty y
Shane C. Lishawa
Traducción: Manuel Antonio Fernández
Domínguez
Áreas temáticas: química, ciencias
ambientales
Conceptos clave: energía renovable,
transesterificación, valoración,
viscosidad, densidad, punto de neblina.
Destrezas: medida, valoración,
procedimientos de laboratorio
Materiales: se indican en las listas que
acompañan a cada práctica
l biodiesel es un combustible renovable
prometedor, que puede usarse con poca,
e incluso ninguna tecnología de
conversión, en los motores diesel y en los
dispensarios de combustible. Hecho
principalmente de semillas de plantas
oleaginosas, el biodiesel presenta muchos
beneficios ambientales, como menos emisiones
de dióxido de carbono y otros contaminantes
atmosféricos que los combustibles del
petróleo,1 siempre que los cultivos de los que se
produce el aceite se desarrollen en suelo
dedicado a la agricultura.2
Sin embargo, tambien estes
agrocombustibles presentan inconvenientes. Si
todo el aceite de soja ( un importante cultivo
oleaginoso para combustible) cultivado en los
Estados Unidos fuera convertido en biodiesel,
solamente cubriría el seis por cien de la
demanda estadounidense de diesel.3 Más aún, la
plantación a gran escala de cultivos energéticos
para biodiesel, u otros combustibles como
etanol, amenaza la seguridad alimentaria y
acentúa la presión sobre las tierras de barbecho
y los ecosistemas nativos.4 Y cuando la tierra es
deforestada para plantar cosechas para
biocombustibles, la reducción en las emisiones
de dióxido de carbono son eclipsadas por el
dióxido de carbono emitido como biomasa que
se quema o se descompone.5 En contraste al
biodiesel hecho de aceite virgen, el biodiesel
hecho de residuos de aceite vegetal no presenta
estas desventajas.
En nuestro curso titulado Soluciones a los
Problemas Ambientales: el Biodiesel, en la
Universidad Loyola de Chicago, los estudiantes
construyen, equipan y mantienen un laboratorio
para hacer biodiesel a partir de residuos de
aceite vegetal. Nuestros estudiantes de
educación han tenido un gran éxito trabajando
con biodiesel en los institutos. El tema conecta
de forma natural con muchos de los conceptos
clave en química (combustión, densidad y
E
estados de la materia), biología (fotosíntesis,
ciclos de la energía y del carbono) y estudios
ambientales (cambio climático, polución
atmosférica, agricultura, cambios en el uso de la
tierra y energía alternativa).
Hacer biodiesel es práctico e interesante;
manteniendo un reactor de biodiesel de pequeña
escala comprometemos a los estudiantes en el
diseño y la construcción y desarrollamos en
ellos las aptitudes técnicas necesarias para el
creciente número de “trabajos verdes”. Y lo más
importante, un laboratorio de biodiesel
suministra a los estudiantes un medio para hacer
tangibles las reducciones en las emisiones de
dióxido de carbono y otros contaminantes
atmosféricos.Recogiendo los residuos de aceite
vegetal generados en la cocina de la escuela y
transformandolos en biodiesel que puede usarse
en los equipos de mantenimiento de la escuela,
los autobuses escolares, o para calentar, los
estudiantes ayudan a disminuir la huella
ecológica de la escuela.
Construir un laboratorio de biodiesel requiere
un compromiso serio del conjunto de la
comunidad escolar. También requiere un
espacio con una ventilación adecuada (una toma
de aire puro 100%); una campana extractora de
humos; una vitrina inflamable para almacenar el
metanol, que es uno de los reactivos necesarios;
y un servicio de reparto de productos químicos
peligrosos o un plan para usar la glicerina, uno
de los productos derivados de la reacción. (La
glicerina contiene una significativa cantidad de
metanol que puede ser recuperado por medio de
la destilación, y luego reutilizado; el producto
purificado puede ser usado para hacer jabón.)
Los planos para construir el reactor de biodiesel
de pequeña escala pueden encontrarse en la
página web de la Universidad Loyola de
Chicago: www.luc.edu/biodiesel. Además de
los costes iniciales de la construcción del
pequeño reactor (aproximadamente 500 dólares),
la escuela necesitará prepararse para su contínuo
mantenimiento y los gastos de los productos
químicos, que variarán según la cantidad de
biodiesel producida.
Aunque la construcción de un reactor de
biodiesel ofrece valiosas oportunidades para el
diseño y la investigación, también se puede
producir biodiesel a una escala menor en
envases enlatados o embudos de decantación
como los descritos en las actividades siguientes.
El protocolo de producción, lavado y
deshidratación de biodiesel en un reactor grande
sigue básicamente los mismos pasos que pueden
ser encontrados en:
www.luc.edu/biodiesel/pdfs/Biodiesel_laborator
y_procedure.pdf
Haciendo biodiesel de aceite
vegetal usado
El biodiesel se elabora por medio de la
transesterificación, una reacción en la que se
esterifican y se dividen los ácidos grasos a partir
de moléculas de glicerina, en presencia de un
catalizador (ver Figura 1). La receta para
producir biodiesel a partir de aceite vegetal
virgen es simple: a 1 litro de aceite vegetal,
añadir 200 ml de metanol y 3.5 g de hidróxido
sódico (el catalizador).
La receta es más complicada para producirlo
a partir de aceite vegetal usado. Las propiedades
químicas de un aceite que ha sido calentado en
una freidora en presencia de alimentos ricos en
auga, tales como patatas congeladas, difieren de
las del aceite virgen. En presencia de agua y
calor, se produce la hidrólisis pues las cadenas
de ácidos grasos se separan de la parte de
glicerina en la molécula del triglicérido,
formandose ácidos grasos libres. Con la
presencia de estos ácidos, el pH del aceite
disminuye y se hace necesario incrementar la
cantidad de lejía para neutralizar su acidez .
Para calcular la cantidad adicional de lejía que
se necesita, debemos determinar la
concentración de ácidos grasos libres en cada
lote de aceite vegetal usado. Esto se realiza con
una valoración.
Valoración del aceite vegetal usado
Materiales: gafas protectoras y guantes, 10-15
ml de una solución indicadora de fenolftaleína,
100 ml de alcohol isopropílico al 99%, tres
vasos de precipitados de 50 ml, una bureta de
10-50 ml, un soporte para la bureta, un
recipiente de 500 ml de hidróxido sódico
limpiador, 1 litro de agua destilada o
desionizada, un embudo, papel de pH, 250 ml
de aceite vegetal usado.
Lejía (catalizador)
Aceite vegetal ------------------------------------> Biodiesel
+ Metanol + Glicerol
Reacción de transesterificación, por la que se
sintetiza biodiesel a partir de aceite vegetal.
Procedimiento:
Ponerse gafas
protectoras y
guantes.
Preparando la
disolución a analizar
1. Medir 10 ml de
alcohol isopropílico
en cada uno de los
tres vasos de
precipitados de 50
ml.
2.Añadir 2-3 gotas
de la disolución de
fenolftaleína al
alcohol de cada vaso
de precipitados y
agitar para mezclar
los líquidos.
3. Añadir 1 ml de aceite sin usar a cada vaso de
precipitados y agitar para disolverlo.
Preparando la disolución de referencia
1. Disolver 1 gramo de hidróxido sódico en un
litro de agua destilada.
2. Usando un embudo, verter la disolución en la
bureta.
Realizando la valoración
1. Colocar uno de los vasos de precipitados con
la disolución a analizar debajo de la bureta.
2. Anotar la cantidad inicial de la disolución de
referencia en la bureta.
3. Lentamente añadir la disolución de referencia,
aproximadamente 0.5 ml de cada vez a la
disolución de aceite y alcohol.
4. Agitar el vaso de precipitados.
5. Continuar añadiendo la disolución de
referencia a la disolución de aceite y alcohol
hasta conseguir un color rosa claro y que
permanezca así durante 30 segundos
aproximadamente.
6. Parar.
7. Anotar el volumen usado de la disolución de
referencia (en ml) de la forma siguiente:
Volumen final – Volumen inicial = Disolución
de referencia usada.
8. Repetir el procedimiento dos veces y anotar
la cantidad usada de la disolución de referencia
en ambas pruebas.
9. Calcular el volumen medio de la disolución
de referencia usado en las tres pruebas (T)
10. Usar la fórmula indicada más abajo para
determinar la cantidad de catalizador y reactivos
que hay que usar para hacer el biodiesel a partir
de aceite vegetal usado. Por cada litro de aceite,
añadir 200 ml de metanol y X gramos de
hidróxido sódico, donde X = T+3.5 gramos.
Produciendo
biodiesel
Después de haber
sido calculada la
cantidad apropiada de
catalizador
(hidróxido sódico),
ya se está listo para la
producción del
biodiesel. Estas
instrucciones sirven
para hacer lotes de
500 ml, pero la receta
puede ser ampliada o
reducida
multiplicando las
cantidades de aceite,
metanol e hidróxido
sódico por el mismo factor.
Materiales: metanol (no es necesario usar
metanol de elevada calidad; puede comprarse a
un precio más bajo como combustible para
coches de carreras o anticongelante de
combustibles), hidróxido sódico, aceite vegetal
usado, recipientes enlatados con tapa, y un
embudo de decantación para más de 120 ml de
líquido.
Procedimiento:
Ponerse gafas protectoras y guantes.
Produciendo metóxido de sodio
1. Bajo la campana de gases, verter 100 ml de
metanol y 0.5X gramos de hidróxido sódico en
un recipiente enlatado de un cuarto. (X = al
valor obtenido en el paso 10 anterior).
2. Con la tapa sellada ajustadamente, agitar el
contenido del recipiente hasta que el hidróxido
sódico se haya disuelto. Nota: La reacción es
exotérmica y se puede apreciar el calentamiento
de la disolución. También se producirá un
pequeño incremento de la presión. Después de
agitar la disolución durante varios minutos,
abrir la tapa bajo la campana de gases para
aliviar la presión.
Produciendo biodiesel
1. Medir 500 ml de aceite vegetal usado.
2. Verterlo en el recipiente con el metóxido de
sodio.
3. Agitar cuidadosamente la mezcla durante 10
minutos como mínimo.
4. Verter la mezcla en un embudo de
decantación y dejarla asentar hasta el día
siguiente (se comenzará a observar la
separación entre la glicerina y el biodiesel a los
15 minutos; la glicerina es más densa y se
depositará en el fondo del recipiente).
Calculando el catalizador para la reacción del
biodiesel
5. A la mañana siguiente se observará que se ha
formado una capa de glicerina en el fondo del
embudo de decantación (presentará un color
más oscuro). Abrir la llave de paso para quitar
la glicerina.
Lavando el biodiesel
El biodiesel producido contiene pequeñas
cantidades del catalizador sobrante ( por
definición, un catalizador no se transforma en
producto), glicerina y metanol. Estas impurezas
pueden reducir el rendimiento del combustible
pero todas ellas son solubles en agua y pueden
ser extraídas lavando el combustible con agua.
Equipo: Gafas protectoras y guantes, papel de
pH capaz de medir pH entre 7 y 12, un frasco
lavador con agua desionizada o destilada
preferentemente, pequeños vasos de
precipitados, vinagre.
Procedimiento:
Ponerse gafas protectoras y guantes
1. Lavar el biodiesel crudo, rociar suavemente
agua en el interior del embudo de decantación,
usando el frasco lavador. Se puede agitar el
agua removiendo suavemente la mezcla. El
tapón debe ser seguro.
2. Colocar el vaso de precipitados en la
abrazadera.
3. Casi inmediatamente, se podrá observar la
separación entre el agua y el biodiesel. El agua
es más densa que el biodiesel y precipitará en el
fondo del embudo. Después de 5-10 minutos,
sacar el tapón y girar la llave de paso para
escurrir el agua.
4. Introducir el papel indicador de pH en el agua
de lavado para medir su pH.
5. Registrar el valor del pH. Suele ser muy
básico, como mínimo en torno a 10 debido al
hidróxido sódico residual del biodiesel.
6. Repetir los pasos anteriores hasta que el agua
de lavado sea neutra (en torno a 7) y registrar el
pH en cada prueba.
7. Antes de desechar el agua de lavado, añadir
una pequeña cantidad de vinagre para
neutralizarla.
Deshidratando el biodiesel
Después del lavado, el biodiesel aparecerá
turbio porque tiene moléculas de agua en
suspensión. El agua reduce el rendimiento del
combustible y debe ser extraída por
deshidratación. Esto se consigue haciendo
borbotear aire en el biodiesel. Las moléculas de
agua en suspensión se unen a las burbujas de
aire y son llevadas a la superficie del líquido,
donde se evaporan.
Equipo: Aireador de acuario, tubería de
silicona o PVC (el biodiesel disuelve el
caucho¡)
Procedimiento:
Deshidratar el biodiesel insuflando aire en el
con un aireador de acuario durante
aproximadamente 12 horas. Suspender la
deshidratación cuando el biodiesel se ponga
claro.
Probando la calidad del
combustible
Muchas cosas pueden ir mal en el proceso de
producción. Por ejemplo, una reacción
incompleta tendría como resultado la unión de
la glicerina que todavía permanece en el
combustible. Esto aumentaría la viscosidad del
combustible y podría dañar los motores. Las
sencillas pruebas de calidad del biodiesel
descritas más adelante no sólo nos informan de
lo que ocurre en el proceso de producción, sino
que también tienen un elevado potencial
educativo para enseñar importantes conceptos
de química y física a los estudiantes.
Determinando la densidad
La masa por unidad de volumen, o densidad del
biodiesel, afecta al consumo del combustible, ya
que la cantidad de combustible que entra en la
cámara del motor es volumétrica. La densidad
del biodiesel se incrementará por los restos de
glicerina existentes y disminuirá por los de
Los estudiantes analizan las emisiones de
gas y particulas del tubo de escape para
establecer comparaciones entre el diesel y
diferentes mezclas de biodiesel
metanol. Es posible medir la densidad del
biodiesel usando un hidrómetro. Como la
densidad varía con la temperatura (en general, la
densidad desciende cuando la temperatura
aumenta), debe ser medida a una temperatura
constante.
Equipo: Hidrómetro que lee entre 860 y 900
kg/m3, un tanque de cristal de 500 ml, 450 ml
de biodiesel.
Procedimiento:
1. Calentar o enfriar sobre 420 ml de biodiesel a
15ºC.
2. Verter el biodiesel en el tanque de cristal de
500 ml.
3. Introducir cuidadosamente el hidrómetro en
el aceite con el peso de plomo hacia abajo y la
escala de densidad hacia arriba.
4. Leer la densidad que marca el hidrómetro,
asegurándose que se observa al nivel de los ojos
para ignorar el menisco (el fluído que trepa por
la pared del tanque y del hidrómetro).
5. La densidad del biodiesel debe estar entre
860 y 900 kg/m3.
Analizando la viscosidad
La resistencia a fluir, o viscosidad, del biodiesel
final suministra una importante información
sobre su calidad. Una viscosidad alta indica
niveles altos de glicerina en el biodiesel. Esto
puede tener un impacto en los inyectores de
combustible de los automóviles al aumentar la
resistencia al flujo del combustible. También
puede provocar problemas de almacenamiento:
el exceso de glicerina puede precipitar en el
fondo de los depósitos del combustible. Para
medir la viscosidad se usa un viscosímetro,
consistente en una pieza de vidrio con un tubo
capilar calibrado. La viscosidad se determina
anotando el tiempo que tarda el biodiesel en
fluir a través del tubo capilar. La viscosidad
depende de la temperatura (aumenta al
descender la temperatura) y por tanto debe ser
medida a temperatura constante.
Equipo:Viscosímetro de Ubbelohde, hornillo,
cilindro graduado de 2000 ml, un soporte
circular con ganchos para suspender el
viscosímetro en el baño maría,
aproximadamente 30 ml de biodiesel, dos
jeringuillas, una para succionar y otra para
cargar los tubos de silicona del viscosímetro.
Procedimiento:
1. Seguir las instrucciones indicadas para el
viscosímetro.
2. Poner 2010 ml de agua a 40ºC en el cilindro
graduado de 2000 ml. Colocarlo cerca del
soporte circular.
3. Cargar el viscosímetro con biodiesel (para
ello es conveniente usar una jeringuilla
conectada al viscosímetro con un tubo de
silicona).
4. Sumergir el viscosímetro en el baño maría y
colocarlo verticalmente sobre el soporte.
5.Dejar la muestra de biodiesel en el baño maría
durante unos 10 minutos.
6. Usando la otra jeringuilla, succiónese para
traer la muestra del biodiesel al bulbo que está
encima del tubo capilar.
7. Suprimir la succión del viscosímetro hasta
que las gotas de la muestran salgan por el
extremo inferior del tubo capilar.
8. Para obtener el tiempo de flujo, mídase el
tiempo requerido para que el menisco pase entre
las dos marcas indicadas en las instrucciones
(esto llevará probablemente entre 2 y 10
minutos).
9. Para calcular la viscosidad del biodiesel en
centistokes, multiplíquese el tiempo de flujo en
segundos por la constante del viscosímetro
(0.01).
10. La viscosidad del biodiesel debería estar
entre 1.9 y 6 centistokes.
Calculando el punto de neblina
El punto de neblina describe la temperatura a la
que aparece en el biodiesel una neblina o
nubosidad de cristales sólidos; ello señala el
inicio de un cambio de fase de líquido a sólido.
Este enturbiamiento afectará al fluir del
combustible a bajas temperaturas. El punto de
neblina depende de la composición química del
aceite usado para hacer el biodiesel. Por
ejemplo, las grasas trans y saturadas tienden a
enturbiarse a temperaturas más altas que las
insaturadas. El funcionamiento de un motor por
debajo del punto de neblina de su combustible
puede potencialmente bloquear los conductos y
obstruir los filtros. Esta prueba consiste en
enfriar una muestra de biodiesel y examinar
visualmente su enturbiamiento.
Equipo: 100 ml de biodiesel, un vaso de
precipitados de 100 ml, una pieza de corcho
espuma con un agujero para colocar el
termómetro, termómetro, hielo, sal.
Procedimiento:
1. Medir 100 ml de biodiesel en un vaso de
precipitados y verterlo en el recipiente donde
realizaremos la prueba.
2. Taponar el vaso con la pieza de espuma y
colocar un termómetro a través del agujero para
que descanse encima del fondo del recipiente de
la prueba.
3. Preparar un baño de agua fría: en un vaso de
precipitados de litro rellenese hasta la mitad con
hielo envasado y luego añadanse 20 gramos de
sal de mesa. Agitar vigorosamente y seguir el
proceso hasta que la temperatura alcance
aproximadamente los
-10ºC.
4. Colocar el recipiente de la prueba en el baño
de agua fría.
5. Permitir que la muestra se incorpore en el
baño durante 1 minuto.
6. Observar el biodiesel y la temperatura cada
30 segundos.
7. Registrar la temperatura a la que el biodiesel
empieza a enturbiarse (se empezará viendo una
blancura cremosa en el combustible, usualmente
hacia el fondo del recipiente)
Alison K. Varty coordina y comparte la
docencia en las clases de STEP (Soluciones a
los Problemas Ambientales) del Centro de
Política e Investigación del Medio Ambiente
Urbano, de la Universidad Loyola de Chicago.
Shane C. Lishawa enseña con ella y dirige el
Laboratorio de Biodiesel.
Traducción: Manuel Antonio Fernández
Domínguez. Coordinador del Taller de
Educación Ambiental del Instituto de Ciencias
de la Educación de la Universidad de Santiago
de Compostela, Galicia, España.
Notas:
1. J. Hill, E. Nelson, D. Timan, S. Polasky y D.
Tiffany. “Environmental, Economic and
Energetic costs and Benefits of Biodiesel and
Etanol Biofuels”. Proceedings of the Nacional
Academy of Sciences 103 (2006), pp 11206-
11210.
2. T. Searchinger, R. Heimlich, R.A. Houghton,
F. Dong, A. Elobeid, J. Fabiosa, S. Tokgoz, D.
Hayes, T. Yu. “Use of U.S. Croplands for
Biofuels Increases Greenhouse Gases through
Emissions from Land-use Change”. Science 319
(2008), pp 1238-1240; y J. Fargione, J. Hill, D.
Tilman, S.Polasky, P. Hawthorne. “Land
Clearing and Biofuel Carbon Debt”. Science
319 (2008), pp. 1235-1238.
3. Hill et al., 2006.
4. Searchinger et al., 2008.
5. Fargione et al., 2008.
por Alison K. Varty y
Shane C. Lishawa
Traducción: Manuel Antonio Fernández
Domínguez
Áreas temáticas: química, ciencias
ambientales
Conceptos clave: energía renovable,
transesterificación, valoración,
viscosidad, densidad, punto de neblina.
Destrezas: medida, valoración,
procedimientos de laboratorio
Materiales: se indican en las listas que
acompañan a cada práctica
l biodiesel es un combustible renovable
prometedor, que puede usarse con poca,
e incluso ninguna tecnología de
conversión, en los motores diesel y en los
dispensarios de combustible. Hecho
principalmente de semillas de plantas
oleaginosas, el biodiesel presenta muchos
beneficios ambientales, como menos emisiones
de dióxido de carbono y otros contaminantes
atmosféricos que los combustibles del
petróleo,1 siempre que los cultivos de los que se
produce el aceite se desarrollen en suelo
dedicado a la agricultura.2
Sin embargo, tambien estes
agrocombustibles presentan inconvenientes. Si
todo el aceite de soja ( un importante cultivo
oleaginoso para combustible) cultivado en los
Estados Unidos fuera convertido en biodiesel,
solamente cubriría el seis por cien de la
demanda estadounidense de diesel.3 Más aún, la
plantación a gran escala de cultivos energéticos
para biodiesel, u otros combustibles como
etanol, amenaza la seguridad alimentaria y
acentúa la presión sobre las tierras de barbecho
y los ecosistemas nativos.4 Y cuando la tierra es
deforestada para plantar cosechas para
biocombustibles, la reducción en las emisiones
de dióxido de carbono son eclipsadas por el
dióxido de carbono emitido como biomasa que
se quema o se descompone.5 En contraste al
biodiesel hecho de aceite virgen, el biodiesel
hecho de residuos de aceite vegetal no presenta
estas desventajas.
En nuestro curso titulado Soluciones a los
Problemas Ambientales: el Biodiesel, en la
Universidad Loyola de Chicago, los estudiantes
construyen, equipan y mantienen un laboratorio
para hacer biodiesel a partir de residuos de
aceite vegetal. Nuestros estudiantes de
educación han tenido un gran éxito trabajando
con biodiesel en los institutos. El tema conecta
de forma natural con muchos de los conceptos
clave en química (combustión, densidad y
E
estados de la materia), biología (fotosíntesis,
ciclos de la energía y del carbono) y estudios
ambientales (cambio climático, polución
atmosférica, agricultura, cambios en el uso de la
tierra y energía alternativa).
Hacer biodiesel es práctico e interesante;
manteniendo un reactor de biodiesel de pequeña
escala comprometemos a los estudiantes en el
diseño y la construcción y desarrollamos en
ellos las aptitudes técnicas necesarias para el
creciente número de “trabajos verdes”. Y lo más
importante, un laboratorio de biodiesel
suministra a los estudiantes un medio para hacer
tangibles las reducciones en las emisiones de
dióxido de carbono y otros contaminantes
atmosféricos.Recogiendo los residuos de aceite
vegetal generados en la cocina de la escuela y
transformandolos en biodiesel que puede usarse
en los equipos de mantenimiento de la escuela,
los autobuses escolares, o para calentar, los
estudiantes ayudan a disminuir la huella
ecológica de la escuela.
Construir un laboratorio de biodiesel requiere
un compromiso serio del conjunto de la
comunidad escolar. También requiere un
espacio con una ventilación adecuada (una toma
de aire puro 100%); una campana extractora de
humos; una vitrina inflamable para almacenar el
metanol, que es uno de los reactivos necesarios;
y un servicio de reparto de productos químicos
peligrosos o un plan para usar la glicerina, uno
de los productos derivados de la reacción. (La
glicerina contiene una significativa cantidad de
metanol que puede ser recuperado por medio de
la destilación, y luego reutilizado; el producto
purificado puede ser usado para hacer jabón.)
Los planos para construir el reactor de biodiesel
de pequeña escala pueden encontrarse en la
página web de la Universidad Loyola de
Chicago: www.luc.edu/biodiesel. Además de
los costes iniciales de la construcción del
pequeño reactor (aproximadamente 500 dólares),
la escuela necesitará prepararse para su contínuo
mantenimiento y los gastos de los productos
químicos, que variarán según la cantidad de
biodiesel producida.
Aunque la construcción de un reactor de
biodiesel ofrece valiosas oportunidades para el
diseño y la investigación, también se puede
producir biodiesel a una escala menor en
envases enlatados o embudos de decantación
como los descritos en las actividades siguientes.
El protocolo de producción, lavado y
deshidratación de biodiesel en un reactor grande
sigue básicamente los mismos pasos que pueden
ser encontrados en:
www.luc.edu/biodiesel/pdfs/Biodiesel_laborator
y_procedure.pdf
Haciendo biodiesel de aceite
vegetal usado
El biodiesel se elabora por medio de la
transesterificación, una reacción en la que se
esterifican y se dividen los ácidos grasos a partir
de moléculas de glicerina, en presencia de un
catalizador (ver Figura 1). La receta para
producir biodiesel a partir de aceite vegetal
virgen es simple: a 1 litro de aceite vegetal,
añadir 200 ml de metanol y 3.5 g de hidróxido
sódico (el catalizador).
La receta es más complicada para producirlo
a partir de aceite vegetal usado. Las propiedades
químicas de un aceite que ha sido calentado en
una freidora en presencia de alimentos ricos en
auga, tales como patatas congeladas, difieren de
las del aceite virgen. En presencia de agua y
calor, se produce la hidrólisis pues las cadenas
de ácidos grasos se separan de la parte de
glicerina en la molécula del triglicérido,
formandose ácidos grasos libres. Con la
presencia de estos ácidos, el pH del aceite
disminuye y se hace necesario incrementar la
cantidad de lejía para neutralizar su acidez .
Para calcular la cantidad adicional de lejía que
se necesita, debemos determinar la
concentración de ácidos grasos libres en cada
lote de aceite vegetal usado. Esto se realiza con
una valoración.
Valoración del aceite vegetal usado
Materiales: gafas protectoras y guantes, 10-15
ml de una solución indicadora de fenolftaleína,
100 ml de alcohol isopropílico al 99%, tres
vasos de precipitados de 50 ml, una bureta de
10-50 ml, un soporte para la bureta, un
recipiente de 500 ml de hidróxido sódico
limpiador, 1 litro de agua destilada o
desionizada, un embudo, papel de pH, 250 ml
de aceite vegetal usado.
Lejía (catalizador)
Aceite vegetal ------------------------------------> Biodiesel
+ Metanol + Glicerol
Reacción de transesterificación, por la que se
sintetiza biodiesel a partir de aceite vegetal.
Procedimiento:
Ponerse gafas
protectoras y
guantes.
Preparando la
disolución a analizar
1. Medir 10 ml de
alcohol isopropílico
en cada uno de los
tres vasos de
precipitados de 50
ml.
2.Añadir 2-3 gotas
de la disolución de
fenolftaleína al
alcohol de cada vaso
de precipitados y
agitar para mezclar
los líquidos.
3. Añadir 1 ml de aceite sin usar a cada vaso de
precipitados y agitar para disolverlo.
Preparando la disolución de referencia
1. Disolver 1 gramo de hidróxido sódico en un
litro de agua destilada.
2. Usando un embudo, verter la disolución en la
bureta.
Realizando la valoración
1. Colocar uno de los vasos de precipitados con
la disolución a analizar debajo de la bureta.
2. Anotar la cantidad inicial de la disolución de
referencia en la bureta.
3. Lentamente añadir la disolución de referencia,
aproximadamente 0.5 ml de cada vez a la
disolución de aceite y alcohol.
4. Agitar el vaso de precipitados.
5. Continuar añadiendo la disolución de
referencia a la disolución de aceite y alcohol
hasta conseguir un color rosa claro y que
permanezca así durante 30 segundos
aproximadamente.
6. Parar.
7. Anotar el volumen usado de la disolución de
referencia (en ml) de la forma siguiente:
Volumen final – Volumen inicial = Disolución
de referencia usada.
8. Repetir el procedimiento dos veces y anotar
la cantidad usada de la disolución de referencia
en ambas pruebas.
9. Calcular el volumen medio de la disolución
de referencia usado en las tres pruebas (T)
10. Usar la fórmula indicada más abajo para
determinar la cantidad de catalizador y reactivos
que hay que usar para hacer el biodiesel a partir
de aceite vegetal usado. Por cada litro de aceite,
añadir 200 ml de metanol y X gramos de
hidróxido sódico, donde X = T+3.5 gramos.
Produciendo
biodiesel
Después de haber
sido calculada la
cantidad apropiada de
catalizador
(hidróxido sódico),
ya se está listo para la
producción del
biodiesel. Estas
instrucciones sirven
para hacer lotes de
500 ml, pero la receta
puede ser ampliada o
reducida
multiplicando las
cantidades de aceite,
metanol e hidróxido
sódico por el mismo factor.
Materiales: metanol (no es necesario usar
metanol de elevada calidad; puede comprarse a
un precio más bajo como combustible para
coches de carreras o anticongelante de
combustibles), hidróxido sódico, aceite vegetal
usado, recipientes enlatados con tapa, y un
embudo de decantación para más de 120 ml de
líquido.
Procedimiento:
Ponerse gafas protectoras y guantes.
Produciendo metóxido de sodio
1. Bajo la campana de gases, verter 100 ml de
metanol y 0.5X gramos de hidróxido sódico en
un recipiente enlatado de un cuarto. (X = al
valor obtenido en el paso 10 anterior).
2. Con la tapa sellada ajustadamente, agitar el
contenido del recipiente hasta que el hidróxido
sódico se haya disuelto. Nota: La reacción es
exotérmica y se puede apreciar el calentamiento
de la disolución. También se producirá un
pequeño incremento de la presión. Después de
agitar la disolución durante varios minutos,
abrir la tapa bajo la campana de gases para
aliviar la presión.
Produciendo biodiesel
1. Medir 500 ml de aceite vegetal usado.
2. Verterlo en el recipiente con el metóxido de
sodio.
3. Agitar cuidadosamente la mezcla durante 10
minutos como mínimo.
4. Verter la mezcla en un embudo de
decantación y dejarla asentar hasta el día
siguiente (se comenzará a observar la
separación entre la glicerina y el biodiesel a los
15 minutos; la glicerina es más densa y se
depositará en el fondo del recipiente).
Calculando el catalizador para la reacción del
biodiesel
5. A la mañana siguiente se observará que se ha
formado una capa de glicerina en el fondo del
embudo de decantación (presentará un color
más oscuro). Abrir la llave de paso para quitar
la glicerina.
Lavando el biodiesel
El biodiesel producido contiene pequeñas
cantidades del catalizador sobrante ( por
definición, un catalizador no se transforma en
producto), glicerina y metanol. Estas impurezas
pueden reducir el rendimiento del combustible
pero todas ellas son solubles en agua y pueden
ser extraídas lavando el combustible con agua.
Equipo: Gafas protectoras y guantes, papel de
pH capaz de medir pH entre 7 y 12, un frasco
lavador con agua desionizada o destilada
preferentemente, pequeños vasos de
precipitados, vinagre.
Procedimiento:
Ponerse gafas protectoras y guantes
1. Lavar el biodiesel crudo, rociar suavemente
agua en el interior del embudo de decantación,
usando el frasco lavador. Se puede agitar el
agua removiendo suavemente la mezcla. El
tapón debe ser seguro.
2. Colocar el vaso de precipitados en la
abrazadera.
3. Casi inmediatamente, se podrá observar la
separación entre el agua y el biodiesel. El agua
es más densa que el biodiesel y precipitará en el
fondo del embudo. Después de 5-10 minutos,
sacar el tapón y girar la llave de paso para
escurrir el agua.
4. Introducir el papel indicador de pH en el agua
de lavado para medir su pH.
5. Registrar el valor del pH. Suele ser muy
básico, como mínimo en torno a 10 debido al
hidróxido sódico residual del biodiesel.
6. Repetir los pasos anteriores hasta que el agua
de lavado sea neutra (en torno a 7) y registrar el
pH en cada prueba.
7. Antes de desechar el agua de lavado, añadir
una pequeña cantidad de vinagre para
neutralizarla.
Deshidratando el biodiesel
Después del lavado, el biodiesel aparecerá
turbio porque tiene moléculas de agua en
suspensión. El agua reduce el rendimiento del
combustible y debe ser extraída por
deshidratación. Esto se consigue haciendo
borbotear aire en el biodiesel. Las moléculas de
agua en suspensión se unen a las burbujas de
aire y son llevadas a la superficie del líquido,
donde se evaporan.
Equipo: Aireador de acuario, tubería de
silicona o PVC (el biodiesel disuelve el
caucho¡)
Procedimiento:
Deshidratar el biodiesel insuflando aire en el
con un aireador de acuario durante
aproximadamente 12 horas. Suspender la
deshidratación cuando el biodiesel se ponga
claro.
Probando la calidad del
combustible
Muchas cosas pueden ir mal en el proceso de
producción. Por ejemplo, una reacción
incompleta tendría como resultado la unión de
la glicerina que todavía permanece en el
combustible. Esto aumentaría la viscosidad del
combustible y podría dañar los motores. Las
sencillas pruebas de calidad del biodiesel
descritas más adelante no sólo nos informan de
lo que ocurre en el proceso de producción, sino
que también tienen un elevado potencial
educativo para enseñar importantes conceptos
de química y física a los estudiantes.
Determinando la densidad
La masa por unidad de volumen, o densidad del
biodiesel, afecta al consumo del combustible, ya
que la cantidad de combustible que entra en la
cámara del motor es volumétrica. La densidad
del biodiesel se incrementará por los restos de
glicerina existentes y disminuirá por los de
Los estudiantes analizan las emisiones de
gas y particulas del tubo de escape para
establecer comparaciones entre el diesel y
diferentes mezclas de biodiesel
metanol. Es posible medir la densidad del
biodiesel usando un hidrómetro. Como la
densidad varía con la temperatura (en general, la
densidad desciende cuando la temperatura
aumenta), debe ser medida a una temperatura
constante.
Equipo: Hidrómetro que lee entre 860 y 900
kg/m3, un tanque de cristal de 500 ml, 450 ml
de biodiesel.
Procedimiento:
1. Calentar o enfriar sobre 420 ml de biodiesel a
15ºC.
2. Verter el biodiesel en el tanque de cristal de
500 ml.
3. Introducir cuidadosamente el hidrómetro en
el aceite con el peso de plomo hacia abajo y la
escala de densidad hacia arriba.
4. Leer la densidad que marca el hidrómetro,
asegurándose que se observa al nivel de los ojos
para ignorar el menisco (el fluído que trepa por
la pared del tanque y del hidrómetro).
5. La densidad del biodiesel debe estar entre
860 y 900 kg/m3.
Analizando la viscosidad
La resistencia a fluir, o viscosidad, del biodiesel
final suministra una importante información
sobre su calidad. Una viscosidad alta indica
niveles altos de glicerina en el biodiesel. Esto
puede tener un impacto en los inyectores de
combustible de los automóviles al aumentar la
resistencia al flujo del combustible. También
puede provocar problemas de almacenamiento:
el exceso de glicerina puede precipitar en el
fondo de los depósitos del combustible. Para
medir la viscosidad se usa un viscosímetro,
consistente en una pieza de vidrio con un tubo
capilar calibrado. La viscosidad se determina
anotando el tiempo que tarda el biodiesel en
fluir a través del tubo capilar. La viscosidad
depende de la temperatura (aumenta al
descender la temperatura) y por tanto debe ser
medida a temperatura constante.
Equipo:Viscosímetro de Ubbelohde, hornillo,
cilindro graduado de 2000 ml, un soporte
circular con ganchos para suspender el
viscosímetro en el baño maría,
aproximadamente 30 ml de biodiesel, dos
jeringuillas, una para succionar y otra para
cargar los tubos de silicona del viscosímetro.
Procedimiento:
1. Seguir las instrucciones indicadas para el
viscosímetro.
2. Poner 2010 ml de agua a 40ºC en el cilindro
graduado de 2000 ml. Colocarlo cerca del
soporte circular.
3. Cargar el viscosímetro con biodiesel (para
ello es conveniente usar una jeringuilla
conectada al viscosímetro con un tubo de
silicona).
4. Sumergir el viscosímetro en el baño maría y
colocarlo verticalmente sobre el soporte.
5.Dejar la muestra de biodiesel en el baño maría
durante unos 10 minutos.
6. Usando la otra jeringuilla, succiónese para
traer la muestra del biodiesel al bulbo que está
encima del tubo capilar.
7. Suprimir la succión del viscosímetro hasta
que las gotas de la muestran salgan por el
extremo inferior del tubo capilar.
8. Para obtener el tiempo de flujo, mídase el
tiempo requerido para que el menisco pase entre
las dos marcas indicadas en las instrucciones
(esto llevará probablemente entre 2 y 10
minutos).
9. Para calcular la viscosidad del biodiesel en
centistokes, multiplíquese el tiempo de flujo en
segundos por la constante del viscosímetro
(0.01).
10. La viscosidad del biodiesel debería estar
entre 1.9 y 6 centistokes.
Calculando el punto de neblina
El punto de neblina describe la temperatura a la
que aparece en el biodiesel una neblina o
nubosidad de cristales sólidos; ello señala el
inicio de un cambio de fase de líquido a sólido.
Este enturbiamiento afectará al fluir del
combustible a bajas temperaturas. El punto de
neblina depende de la composición química del
aceite usado para hacer el biodiesel. Por
ejemplo, las grasas trans y saturadas tienden a
enturbiarse a temperaturas más altas que las
insaturadas. El funcionamiento de un motor por
debajo del punto de neblina de su combustible
puede potencialmente bloquear los conductos y
obstruir los filtros. Esta prueba consiste en
enfriar una muestra de biodiesel y examinar
visualmente su enturbiamiento.
Equipo: 100 ml de biodiesel, un vaso de
precipitados de 100 ml, una pieza de corcho
espuma con un agujero para colocar el
termómetro, termómetro, hielo, sal.
Procedimiento:
1. Medir 100 ml de biodiesel en un vaso de
precipitados y verterlo en el recipiente donde
realizaremos la prueba.
2. Taponar el vaso con la pieza de espuma y
colocar un termómetro a través del agujero para
que descanse encima del fondo del recipiente de
la prueba.
3. Preparar un baño de agua fría: en un vaso de
precipitados de litro rellenese hasta la mitad con
hielo envasado y luego añadanse 20 gramos de
sal de mesa. Agitar vigorosamente y seguir el
proceso hasta que la temperatura alcance
aproximadamente los
-10ºC.
4. Colocar el recipiente de la prueba en el baño
de agua fría.
5. Permitir que la muestra se incorpore en el
baño durante 1 minuto.
6. Observar el biodiesel y la temperatura cada
30 segundos.
7. Registrar la temperatura a la que el biodiesel
empieza a enturbiarse (se empezará viendo una
blancura cremosa en el combustible, usualmente
hacia el fondo del recipiente)
Alison K. Varty coordina y comparte la
docencia en las clases de STEP (Soluciones a
los Problemas Ambientales) del Centro de
Política e Investigación del Medio Ambiente
Urbano, de la Universidad Loyola de Chicago.
Shane C. Lishawa enseña con ella y dirige el
Laboratorio de Biodiesel.
Traducción: Manuel Antonio Fernández
Domínguez. Coordinador del Taller de
Educación Ambiental del Instituto de Ciencias
de la Educación de la Universidad de Santiago
de Compostela, Galicia, España.
Notas:
1. J. Hill, E. Nelson, D. Timan, S. Polasky y D.
Tiffany. “Environmental, Economic and
Energetic costs and Benefits of Biodiesel and
Etanol Biofuels”. Proceedings of the Nacional
Academy of Sciences 103 (2006), pp 11206-
11210.
2. T. Searchinger, R. Heimlich, R.A. Houghton,
F. Dong, A. Elobeid, J. Fabiosa, S. Tokgoz, D.
Hayes, T. Yu. “Use of U.S. Croplands for
Biofuels Increases Greenhouse Gases through
Emissions from Land-use Change”. Science 319
(2008), pp 1238-1240; y J. Fargione, J. Hill, D.
Tilman, S.Polasky, P. Hawthorne. “Land
Clearing and Biofuel Carbon Debt”. Science
319 (2008), pp. 1235-1238.
3. Hill et al., 2006.
4. Searchinger et al., 2008.
5. Fargione et al., 2008.