UNIVERSIDAD TÉCNICA DE ORURO
FACULTAD NACIONAL DE INGENIERÍA
CARRERA DE INGENIERÍA QUÍMICA
CINÉTICA DE REACCIÓN DE TRANSESTERIFICACION PARA LA
OBTENCION DE BIODIESEL A PARTIR DE LA GRASA DE LLAMA
Tesis / Proyecto de Grado de Licenciatura en
Ingeniería Química
Postulante: Joseas Ariel Mamani Perez
Tutor: -------------------
Oruro – Bolivia
Diciembre - 2021
RESUMEN
La obtención de combustibles limpios es una nueva alternativa ante el mermado de los ya
tradicionales como el petróleo y sus derivados; entre estos se encuentran el biodiesel.
Por lo que se propone encontrar un modelo cinético que mejor represente la reacción de
transesterificación para la producción de biodiesel a partir de la grasa de llama.
La metodología empleada partió desde caracterizar la materia prima, encontrar las condiciones de
operación, hallar la variación de concentración de triglicéridos en el tiempo haciendo uso de la
reacción de transesterificación y caracterizar el biodiesel.
Se pudo obtener una ficha técnica con las propiedades fisicoquímicas de la grasa de llama una
parte se hizo el análisis en un laboratorio (INLASA), las condiciones de operación para cada
ensayo a distintos tiempos, las cantidades de reactivos materia prima e insumos necesarios para
cada prueba y se obtuvo el biodiesel usando grasa de llama, alcohol etílico e hidróxido de sodio
como catalizador, estas pruebas fueron realizadas en el laboratorio de la carrera de Ingeniería
Química y Alimentos.
Los parámetros obtenidos de la grasa de llama estaban en el rango de aceptación, se pudo obtener
biodiesel también se caculo las cantidades de la materia prima e insumos a usar tanto para el
proceso de esterificación como para la transesterificación. De igual manera la cantidad de alcohol,
ácido sulfúrico, hidróxido de sodio a usarse en base a 100 gr de grasa de llama, tomando como
punto de partida criterios usando en estequiometria y condiciones óptimas
la cantidad de NaOH debe ser mínima por la formación de jabones, el lavado de biodiesel que se
debe hacer con mucho cuidado debido a la formación de emulsiones.
PALABRAS CLAVE
Grasa Llama
Biodiesel Transesterificacion Cinetica
Contenido
CAPITULO I INTRODUCCION ............................................................................................................. 1
INTRODUCCIÓN. ......................................................................................................................... 1
1.
1.1.
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA.................................................................................. 3
1.2.
HIPÓTESIS ................................................................................................................................. 3
1.3.
OBJETIVOS................................................................................................................................ 3
1.3.1.
OBJETIVO GENERAL .................................................................................3
1.3.2.
OBJETIVOS ESPECÍFICOS ........................................................................3
1.4.
ALCANCES................................................................................................................................. 4
1.5.
DELIMITACIONES................................................................................................................... 4
1.6.
JUSTIFICACIÓN ....................................................................................................................... 4
1.7.
ESTRUCTURA DEL TRABAJO .............................................................................................. 5
CAPITULO II MARCO TEORICO ......................................................................................................... 6
BIOCOMBUSTIBLES Y BIODIESEL. ....................................................................................... 6
2.
2.1.
BIOCOMBUSTIBLES ............................................................................................................... 6
2.2.
BIODIESEL................................................................................................................................. 6
2.3.
CARACTERÍSTICAS DEL BIODIESEL ................................................................................ 6
2.3.1.
VISCOSIDAD .................................................................................................7
2.3.2.
DENSIDAD ......................................................................................................7
2.3.3.
PODER CALORÍFICO.................................................................................. 7
2.3.4.
NÚMERO O ÍNDICE DE CETANO (CN) ................................................... 8
2.3.5.
ÍNDICE DE ACIDEZ ..................................................................................... 8
2.3.6.
ÍNDICE DE YODO......................................................................................... 8
2.3.7.
CONTENIDO EN ÉSTERES METÍLICOS ................................................8
2.3.8.
PUNTO DE INFLAMACIÓN .......................................................................9
2.3.9.
CORROSIÓN A LA LÁMINA DE COBRE ................................................9
2.3.10.
ESTABILIDAD A LA OXIDACIÓN ............................................................ 9
2.3.11.
CONTENIDO EN AGUA...............................................................................9
2.3.12.
CONTENIDO EN AZUFRE ..........................................................................9
2.3.13.
CONTENIDO EN CENIZAS SULFATADAS .............................................9
2.3.14.
CONTENIDO EN METANOL ....................................................................10
2.3.15.
CONTENIDO EN GLICERINA LIBRE Y TOTAL .................................10
2.3.16.
CONTENIDO
EN
MONOGLICÉRIDOS,
DIGLICÉRIDOS
Y
TRIGLICÉRIDOS ........................................................................................................10
2.3.17.
2.4.
INFLUENCIA DE BAJAS TEMPERATURAS ........................................10
MATERIAS PRIMAS .............................................................................................................. 10
2.4.1.
GASAS Y ACEITES. .................................................................................... 11
2.4.2.
ACEITES VEGETALES CONVENCIONALES: .....................................11
2.4.3.
ACEITES DE FRITURA USADOS ............................................................ 11
2.4.4.
GRASAS ANIMALES .................................................................................. 12
2.5.
GRASA DE LLAMA ................................................................................................................ 12
2.5.1.
2.6.
PROPIEDADES DE LA GRASA DE LLAMA. ........................................12
CATALIZADORES Y ALCOHOLES.................................................................................... 13
2.6.1.
EL ALCOHOL .............................................................................................. 13
2.6.2.
EL CATALIZADOR .................................................................................... 15
2.7.
FORMAS DE OBTENCIÓN DEL BIODIESEL. .................................................................. 17
2.7.1.
TRANSFORMACIÓN TERMOQUÍMICA ...............................................17
2.7.2.
PIROLISIS ....................................................................................................17
2.7.3.
REACCIÓN DE TRANSESTERIFICACION ...........................................18
2.8.
PROCESO DE OBTENCIÓN DEL BIODIESEL ................................................................. 18
2.8.1.
MEZCLA DEL METANOL Y EL CATALIZADOR ............................... 18
2.8.2.
REACCIÓN DE TRANSESTERIFICACION. ..........................................19
2.8.3.
SEPARACIÓN BIODIÉSEL .......................................................................19
2.8.4.
SEPARACIÓN METANOL ........................................................................19
2.8.5.
NEUTRALIZACIÓN DE LA GLICERINA ..............................................19
2.8.6.
PURIFICACIÓN DEL BIODIÉSEL CRUDO ...........................................20
CINÉTICA DE TRANSESTERIFICACIÓN DEL BIODIESEL......................................... 20
2.9.
2.9.1.
PARÁMETROS CINÉTICOS: ...................................................................20
2.9.2.
ORDEN DE LA REACCIÓN: .....................................................................20
2.9.3.
ECUACIÓN DE ARRHENIUS: ..................................................................20
2.10.
MECANISMOS Y CINÉTICA DE REACCIÓN............................................................... 21
2.11.
VARIABLES QUE AFECTAR AL PROCESO DE TRANSESTERIFICACION ......... 22
2.11.1.
CALIDAD DE LA MATERIA PRIMA. ..................................................... 22
2.11.2.
RELACIÓN MOLAR ALCOHOL-GRASA ..............................................22
2.11.3.
TIPO DE ALCOHOL EMPLEADO. .......................................................... 22
2.11.4.
TIEMPO DE REACCIÓN ...........................................................................23
2.11.5.
TEMPERATURA DE REACCIÓN ............................................................ 23
2.11.6.
CONTENIDO DE ÁCIDOS GRASOS LIBRES Y AGUA ....................... 23
2.11.7.
INTENSIDAD DE MEZCLADO ................................................................ 24
2.11.8.
TIPO DE CATALIZADOR .........................................................................24
3.
CROMATOGRAFIA .......................................................................................................................... 24
3.1.
MODALIDADES DE CROMATOGRAFÍA.......................................................................... 24
3.2.
DETERMINACIÓN CROMATOGRAFÍA METANOL-ETANOL.................................... 24
3.3.
DETERMINACIÓN CROMATOGRAFÍA ESTERES TOTALES..................................... 25
3.4.
DETERMINACIÓN CROMATOGRAFÍA GLICERINA TOTAL LIBRE ...................... 25
CAPITULO III DESARROLLO METODOLÓGICO. ...................................................................... 26
MATERIAS PRIMAS. ................................................................................................................. 26
3.1.
a)
PROCEDENCIA. .......................................................................................................................... 26
b)
SELECCIÓN ................................................................................................................................. 26
c)
TRATAMIENTO DE LA GRASA DE LLAMA........................................................................ 27
d)
ANÁLISIS DE LA MATERIA PRIMA. ..................................................................................... 28
i)
Acidez .............................................................................................................28
ii)
Humedad ........................................................................................................28
iii)
Índice de saponificación ...............................................................................29
iv)
Material in-saponificable..............................................................................29
v)
Grasas totales. ............................................................................................... 29
vi)
Peso molecular. .............................................................................................. 30
vii)
Densidad.........................................................................................................30
viii)
Viscosidad ......................................................................................................30
SELECCIÓN DE VARIABLES Y CONDICIONES DE OPERACIÓN. ................................ 31
3.2.
3.2.1.
VARIABLES INDEPENDIENTES. .................................................................................... 31
a)
Relación molar alcohol/grasa .......................................................................31
b)
Tipo de alcohol. ............................................................................................. 31
c)
Agitación ........................................................................................................31
d)
Catalizador ....................................................................................................31
e)
Tiempo de reacción y temperatura de reacción. ........................................32
3.2.2.
VARIABLES DEPENDIENTES ......................................................................................... 32
INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN Y TÉCNICAS .................................................................. 32
3.3.
3.3.1.
DESCRIPCIÓN DE LOS EQUIPOS Y MATERIALES................................................... 34
a)
Hornilla eléctrica. .......................................................................................... 34
b)
Balanza digital. .............................................................................................. 35
c)
Agitador magnético con plancha de calentamiento. ..................................35
d)
Termómetro. ..................................................................................................37
e)
Embudo de separación. ................................................................................ 37
f)
Bureta .............................................................................................................38
g)
Matraz Erlenmeyer. ...................................................................................... 38
h)
Matraz aforado.............................................................................................. 39
3.4.
METODOLOGÍA EMPLEADA ................................................................................................. 40
a)
Obtención de características de la materia prima. .................................................................... 40
b)
Condiciones de operación y diseño experimental. ...................................................................... 41
c)
Medida de variables y análisis de datos obtenidos. .................................................................... 42
d)
Características del biodiesel. ........................................................................................................ 42
3.5.
MONTAJE EXPERIMENTAL ................................................................................................... 43
a)
Filtración de la materia prima. .................................................................................................... 43
b)
Mezcla catalizador heterogéneo/alcohol ..................................................................................... 44
c)
Reacción de esterificación ............................................................................................................ 44
d)
Separación de la fase esterificada y exceso de alcohol. .............................................................. 45
e)
Preparación de catalizador básico/ alcohol................................................................................. 45
f)
Reacción de transesterificación.................................................................................................... 46
g)
Separación biodiesel glicerina. ..................................................................................................... 46
h)
Lavado............................................................................................................................................ 47
CAPITULO IV RESULTADO DE LA INVESTIGACION ................................................................ 48
INTRODUCCIÓN ........................................................................................................................ 48
4.
4.1.
CARACTERÍSTICAS DE LA MATERIA PRIMA .............................................................. 48
a)
CÁLCULO DEL ÍNDICE DE ACIDEZ. .................................................... 48
b)
CALCULO DEL PESO MOLECULAR. ................................................... 49
c)
DENSIDAD. ...................................................................................................50
d)
TABLA DE CARACTERÍSTICAS DE LA MATERIA PRIMA.............50
4.2.
DEFINICIÓN DE CONDICIONES DE OPERACIÓN Y MODELOS CINÉTICOS........ 51
4.3.
OBTENCIÓN DE DATOS CINETICOS................................................................................ 53
CAPITULO V CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ........................................................... 57
5.1.
CONCLUSIONES......................................................................................................................... 57
5.2.
RECOMENDACIONES Y OBSERVACIONES ....................................................................... 58
Bibliografía .................................................................................................................................................. 60
ANEXO. ..................................................................................................................................................... 62
ANEXO 1 ACTA DE DEFENZA .................................................................................................................. 62
ANEXO 2 PLANIFICACION EXPERIMENTAL .............................................................................................. 63
ANEXO 3 COMPROMISO DEL AUTOR ...................................................................................................... 67
ANEXO 4 CÁLCULO DEL ÍNDICE DE ACIDEZ. .......................................................................................... 68
ANEXO 5 INLASA ..................................................................................................................................... 71
ANEXO 6 PESO MOLECULAR ................................................................................................................... 72
ANEXO 7 DENSIDAD. ............................................................................................................................... 73
ANEXO 8 CÁLCULO DE LAS CANTIDADES REQUERIDAS PARA LAS PRUEBAS EXPERIMENTALES. ........... 74
ANEXO 9 SOLICITUD DE USO DE LABORATORIO ..................................................................................... 77
CAPITULO I INTRODUCCION
1. INTRODUCCIÓN.
Una gran parte de los combustibles que se utilizan en el mundo, son combustibles fósiles y
provienen del petróleo, una fuente de energía no renovable que se forma de manera mucho
más lenta de lo que se consume (Romano, 2005).
Sustituir los combustibles tradicionales, por otros de origen vegetal o animal, es de gran
importancia debido que presentan muchas ventajas: proviene de una fuente renovable,
fortalece la industria agrícola, ayuda en el cuidado del medio ambiente (Sandra, 2011).
Una solución alternativa es la obtención de combustibles limpios, como los biocombustibles
entre estos se encuentran el biodiesel, consiste en un combustible líquido derivado de aceites
o grasas de origen vegetal o animal y además puede usarse con seguridad en motores de clico
diésel.
El biodiesel es un metil ester obtenido mediante aceite vegetal o animal con características
idénticas al diésel comercial proveniente del petróleo, representa una gran alternativa desde un
punto de vista ecológico, económico y la dependencia de otros combustibles de energía no
renovable (Tejada, 2013).
Existen diferentes procesos de obtención de biodiesel como: pirolisis de aceites o grasas,
esterificación, transesterificación. Este último es el más utilizado mundialmente por sus altos
rendimientos en el proceso y menos costos de producción (Arbelàez, 2009). Este proceso
consiste en combinar la grasa animal o vegetal con un alcohol ligero obteniendo glicerina como
producto secundario.
La grasa camélida no es consumible por el ser humano, Bolivia cuenta con una gran cantidad
de llamas en el mundo, esto posibilita a que esta sea una materia prima que pueda ser destina
a la producción de biodiesel.
La transesterificación es la reacción de un triglicérido con un alcohol para formar esteres y
glicerol. Es menester conocer a fondo los fenómenos físico-químicos y cinéticos involucrados
en cada etapa de procesamiento (Garcia-Muentes, 2018).
Conocer la cinética química es de interés, debido a que gracias a esta información es importante
para el diseño, escalado, optimización de los equipos, procesamiento y purificación de materias
primas (Arbelàez, 2009). El principal equipo para este proceso es el reactor de
1
ransesterificación. Para el diseño de este equipo es necesario conocer la cinética de reacción,
ya que no se tiene información en base a la grasa de llama como materia prima.
Conocer esta información es de interés académico, ya que nos proporciona información que
nos ayudara en la formación como profesional e estudiantes; la cinética de una reacción no
solo compete parámetros físicos-químicos también incluye los aspectos termodinámicos que
ayudaran tanto en la parte científica y experimental (Pisarello, 2008). El estudio de la reacción
puede enfocarse a la cinética, indicando el recorrido de la reacción con respecto al tiempo.
Su importancia está en encontrar información que nos ayude a obtener un modelo matemático
que represente la cinética en base a la materia prima y condiciones de operación ya asignadas.
Los procedimientos experimentales a realizar dependerán de la materia prima, el nivel de
ácidos grasos libres que se encuentran presentes y las propiedades físico-químicas. Se medirán
datos de concentraciones de triglicéridos con respecto al tiempo en base a técnicas de
cromatografía. Estas pruebas experimentales se realizan en un reactor Batch usando métodos
analíticos e información bibliográfica para su optimización y mejor representación.
Se usará métodos estadísticos para poder correlacionar los datos experimentales con el modelo
teórico ya propuesto, la técnica a usarse dependerá generalmente de las pruebas previas a
nuestro modelo teórico.
El presente proyecto esta principalmente enfocado en el estudio cinético de la reacción de
transesterificacion a partir de la grasa de llama, estos estudios comprenden principalmente en
encontrar el orden de la reacción, las constantes cinéticas y también la dependencia de la
temperatura.
Este proyecto tiene por objetivo analizar la materia prima viendo la composición y
características que tiene, ver que tan eficaz será en la producción de biodiesel. Esto se realizará
mediante análisis analíticos y fisicoquímicos.
Se encontrará un modelo teórico que mejor represente a la reacción utilizando un catalizador
alcalino y un alcohol liviano. Posterior a eso se realizarán las pruebas experimentales
obteniendo datos de concentración en diferentes tiempos, lo cual llevara a su tratamiento de
datos así encontrar toda la información cinética planteada.
Un último paso se verificará la calidad del biodiesel obtenido mediante normas bolivianas de
calidad de biocombustibles en Bolivia.
2
El objetivo principal es encontrar un modelo cinético matemático que represente la reacción
de obtención de biodiesel a partir de la grasa de llama obviando la parte económica, en base a
alcoholes livianos con catalizadores alcalinos.
1.1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
En los últimos años se ha visto un aumento del consumo de energía ya que es utilizada tanto
en la industria como en las necesidades del hombre. Gran parte de esta energía proviene de
combustibles fósiles y estos van mermando por su enorme demanda de este recurso.
Una alternativa es el uso de biocombustibles como el biodiesel, que son producidos a partir de
grasas y aceites residuales. En esta región la grasa de llama no está industrializada, considerada
un residuo al no ser apto para el consumo humano.
En la producción del biodiesel es necesario conocer la información cinética, para poder
aplicarlo en el diseño de equipos como también en las condiciones de operación. Al no conocer
algún modelo cinético que represente la reacción de transesterificación que se da a partir de la
grasa de llama, se plantea la siguiente pregunta:
¿Qué modelo cinético representa de mejor manera la reacción de transesterificación a partir de
la grasa de llama?
1.2. HIPÓTESIS
En función a las variables del proceso como temperatura, variación de concentración mediante
el tiempo se obtendrá un modelo cinético que represente la reacción de transesterificacion de
la obtención de biodiesel.
1.3. OBJETIVOS
1.3.1. OBJETIVO GENERAL

Encontrar un modelo
cinético que mejor represente la reacción de
transesterificación para obtención de biodiesel a partir de la grasa de llama
proveniente de la localidad de Turco del departamento de Oruro.
1.3.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Analizar la materia prima para evaluar sus cualidades para la producción de
biodiesel.

Desarrollar el proceso y las condiciones de operación para el estudio cinético del
biodiesel.
3

Obtener y recopilar los datos cinéticos experimentales de la reacción de
transesterificación.

Evaluar la calidad de biocombustible obtenido comparándola con el diésel
comercial.
1.4. ALCANCES

Se obtendrá la caracterización de la grasa de llama obtenida de la faena de la localidad
de Turco.

Se encontrará un modelo teórico cinético para luego validarla con los datos
experimentales.

Se propondrá una metodología de obtención de biodiesel a partir de la grasa de llama
como referencia.

El proyecto pretende obtener datos cinéticos en base a un modelo teórico usando
alcoholes ligeros y catalizadores alcalinos.

Se quiere obtener un biodiesel que sea comparable con el diésel comercial.
1.5. DELIMITACIONES

Se usará la materia prima del matadero de TURCO ubicado en la ciudad de Oruro.

La materia prima a usarse será la que contenga la mayor cantidad de triglicéridos de
acuerdo a su caracterización.

El proyecto se enfocará en la etapa de la reacción de transesterificacion, en la obtención
de los datos cinéticos y el estudio de las variables que afectan en esta.

Se realizará un análisis estadístico para el tratamiento de los datos experimentales pues
en este proyecto no se pretende realizar una optimización del proceso.

Se usará alcoholes livianos mediante catalizadores alcalinos.

La calidad del producto será evaluada en base a las NORMAS BOLIVIANAS DE
CALIDAD DE CARBURANTES.

No se realizará un estudio económico, debido que el trabajo se enfoca en la obtención
de un modelo cinético del biocombustible.

Las pruebas experimentales se realizarán en el laboratorio de la carrera de
INGENIERÍA QUÍMICA y los análisis cuantitativos necesarios serán llevados a cabo
en un laboratorio químico.
1.6. JUSTIFICACIÓN
4
La obtención de energía mediante el biodiesel se caracteriza por que se obtiene por medio de
aceites vegetales, grasas animales y residuo de ambos, reutilizando las materias inservibles. Es
decir se consideran como materias primas fuentes pocos valiosos como residuos de aceites
grasas de cocinas y las grasas de animales de mataderos o supermercados.
La grasa de llama proveniente de los mataderos no son industrializados en nuestro
departamento debido a la falta de caracterización, información y aplicaciones que esta
presenta, lo cual se pretende dar en este proyecto.
Por lo tanto, la transformación de las grasas animales en biodiesel presenta beneficios medio
ambientales y reduce la dependencia de otras materias primas agrícolas convencionales,
además de ser una nueva fuente de energía más limpia y menos costosa al momento de
producirla.
Conocer la cinética de la reacción es necesaria e importante ya que gracias a esta información
nos permite realizar el diseño satisfactorio de equipos, de igual manera nos ayuda a conocer el
comportamiento del sistema reaccionante y comprender su estabilidad fisicoquímica.
La producción de nuevas fuentes de energía es necesaria debido a la demanda que se tiene de
este producto, el biodiesel es uno de los biocombustibles del mañana, aprovechando como
materia prima la grasa de animales que no son consumibles por el ser humano.
1.7. ESTRUCTURA DEL TRABAJO
5
CAPITULO II MARCO TEORICO
2. BIOCOMBUSTIBLES Y BIODIESEL.
2.1. BIOCOMBUSTIBLES
Se denomina biocombustibles a aquellos alcoholes, éteres, ésteres y otros componentes
orgánicos; estos compuestos son generalmente producidos por una biomasa, el cual es un
material obtenido mediante un proceso biológico, se puede producir en forma directa o
espontanea, presentes en la agricultura, desperdicios en la industria alimenticia y desechos
industriales. La biomasa es una de las maniobras más antiguas empleadas por el hombre como
fuente de energía renovable.
Los combustibles se pueden incluir el bioetanol, biodiesel, biometanol, entre otros. Los más
desarrollados y empleados son el bioetanol y el biodiesel (Arbelaez & Rivera, 2007).
2.2. BIODIESEL
El biodiesel según las ASTM (American Society for Testing and Material Estándar, asociación
internacional de normativa de calidad) lo define como un compuesto orgánico, éster
monoaquilico de ácidos grasos de cadena larga derivados de lípidos renovables tales como
aceite vegetal o grasas de animales, y que se emplean en motores de ignición de compresión
(Herrera, 2008).
Generalmente las personas llaman “biodiesel” a cualquier combustible para motores diésel que
sea originado de vegetales o animales, como el aceite usado para freír, sin cualquier
tratamiento. Sin embargo, las definiciones de “biodiesel” que poseen mayor consistencia
técnica son aquellas que caracterizan su composición química (mono-alquil ésteres de ácidos
grasos), su origen (vegetal, animal), su empleo y sus características técnicas.
El biodiesel puede ser producido partiendo de materias primas agrícolas como grasas de
animales y aceites vegetales o el residuo de ambos.
El biodiesel es mucho menos contaminante en el aire, se degrada de con mayor facilidad que
los combustibles fósiles, este puede ser utilizado en la mayoría de los motores de combustión
reduciendo la formación de cenizas.
En cuestiones energéticas se indica que el biodiesel tiene una relación del balance de energía
a favor. La relación de balance de energía es una comparación entre la energía que contiene el
combustible y la energía que se requiere para obtener, procesar y distribuir este combustible.
2.3. CARACTERÍSTICAS DEL BIODIESEL
6
Para garantizar la calidad y seguridad del biodiesel producido, es necesario por tanto que éste
cumpla con una serie de especificaciones y propiedades. Es por ello por lo que, primero se
explicarán las principales propiedades que definen cualquier tipo de biodiesel.
2.3.1. VISCOSIDAD
La viscosidad es una propiedad de los fluidos que cuantifica las fuerzas de fricción internas
existentes entre diferentes capas de un fluido, y que se oponen a su movimiento. En el
biodiesel, se encuentra entre 3.0-6.0 mm2/s.
Es un parámetro crítico para la fabricación de biodiesel, debido a que, si la viscosidad es
demasiado elevada, se produce una mala atomización del biocombustible en la cámara de
combustión, provocando una combustión incompleta. A su vez, se pueden formar depósitos
de carbono en los inyectores, y se necesita una mayor potencia en la bomba de inyección.
Por el contrario, una baja viscosidad tampoco es conveniente, porque pueden producirse
fugas del combustible entre los inyectores disminuyendo la eficiencia. La alta viscosidad
de los aceites vegetales y grasas animales es la principal razón por la cual es necesaria la
reacción de transesterificación, ya que la viscosidad de los ésteres metílicos es mucho
menor y resulta parecida a la del diésel (Pedro, 2009).
2.3.2. DENSIDAD
La densidad es otro de los parámetros de mayor importancia que ha de tenerse en cuenta,
ya que, en función de ésta, se determina la masa de combustible a inyectar en la cámara y
con ello la relación aire-combustible de la cámara. Según la norma Europea la densidad
(medida a 15ºC) tiene que encontrarse entre 860 y 900 Kg/m3. Valores más bajos de
densidad producen un aumento del consumo del carburante.
2.3.3. PODER CALORÍFICO
El poder calorífico es la cantidad de energía que la unidad de masa de materia puede
desprender al producirse una reacción química de oxidación. El poder calorífico expresa la
energía máxima que puede liberar la unión química entre un combustible y el comburente
y es igual a la energía que mantenía unidos los átomos en las moléculas de combustible,
menos la energía utilizada en la formación de nuevas moléculas en las materias
(generalmente gases) formada en la combustión.
7
La prueba se realiza con la ayuda de la bomba calorimétrica. Este equipo se usa para
determinar el poder calorífico de un combustible cuando se quema a volumen constante.
Esta prueba es efectuada por el método de la norma ASTM D240, el resultado se determina
en KJ/Kg. Esta norma establece como requisito que el poder calorífico se encuentre
alrededor de 39500 KJ/Kg,
2.3.4. NÚMERO O ÍNDICE DE CETANO (CN)
Este parámetro representa el tiempo que transcurre desde que se inyecta el combustible,
hasta que se inicia su combustión.
La mayor parte de los motores son diseñados para operar con combustibles con índice de
cetano entre 40 y 50, ya que CN muy altos o muy bajos, ocasionan problemas en el motor.
Un carburante con un número de cetano muy elevado, puede provocar una rápida ignición,
antes de que la mezcla aire-combustible haya sido adecuada y por tanto da lugar a
combustiones incompletas y aumento de las emisiones. Sin embargo, un CN demasiado
bajo, implica un retraso en la ignición, que produce un calentamiento más lento del motor,
que provoca una combustión lenta e ineficaz. En definitiva, es un buen parámetro para
medir la calidad en la ignición de un carburante.
2.3.5. ÍNDICE DE ACIDEZ
Proporciona una cuantificación del número de ácidos grasos libres que están presentes en
el combustible. Sobrepasando determinados límites pueden resultar corrosivos para el
motor.
2.3.6. ÍNDICE DE YODO
El índice de yodo es un parámetro que se emplea para medir el grado de instauración
(dobles enlaces) en lípidos. Se llama así, porque frecuentemente se emplea un método
volumétrico que utiliza yodo para medir el número de doble enlaces, ya que, cada molécula
de yodo reacciona con un doble enlace carbono-carbono. Este parámetro mide por tanto la
masa de yodo (g) que reacciona con 100 g del compuesto deseada.
2.3.7. CONTENIDO EN ÉSTERES METÍLICOS
Representa el contenido de biodiesel estrictamente, ya que son los ésteres alquílicos los
que presentan características similares al diésel. Debe encontrarse en una composición
mínima para su utilización.
8
2.3.8. PUNTO DE INFLAMACIÓN
Conocido como Flash Point, es la menor temperatura a la cual los gases de un compuesto
volátil entran en combustión en presencia de una fuente de ignición. El punto de
inflamación del biodiesel es bastante más alto que el del gasóleo mineral, lo que hace de él
un compuesto más seguro. También es un indicador de la presencia de metanol, ya que a
medida que el porcentaje de metanol aumenta en el biodiesel, el punto de inflamación cae
rápidamente (Castillo, 2018).
2.3.9. CORROSIÓN A LA LÁMINA DE COBRE
Se emplea para la determinación de sustancias corrosivas (principalmente sulfuros y
ácidos), que puedan atacar a componentes del motor que contengan cobre o alguna de sus
aleaciones como el bronce (Castillo, 2018).
2.3.10. ESTABILIDAD A LA OXIDACIÓN
Es una característica importante, ya que, cuando el biodiesel sufre oxidación este se
degrado aumentando el número de depósitos y sedimentos. En términos generales, el
biodiesel sufre una mayor oxidación que el diésel convencional
2.3.11. CONTENIDO EN AGUA
La presencia de agua en el biocarburante presenta numerosas desventajas. Como se explicó
en el apartado de catálisis, los catalizadores alcalinos homogéneos reaccionan con el agua
produciendo la formación de geles y espumas. El agua incrementa la corrosión y favorece
el desarrollo de microorganismos que pueden provocar oclusiones. También es la
responsable de reacciones de hidrólisis generando ácidos grasos libres (Albaez, 2013).
2.3.12. CONTENIDO EN AZUFRE
La presencia de azufre en el biodiesel es la responsable de las emisiones de los óxidos de
azufre. Aunque en general la materia prima empleada suele contener composiciones muy
bajas de azufre, existen algunos tipos de aceite (colza y mostaza) que pueden tener un
contenido destacable.
2.3.13. CONTENIDO EN CENIZAS SULFATADAS
La presencia de cenizas después de una combustión completa produce el ensuciamiento y
taponamiento de filtros e inyectores. La existencia de jabones metálicos en el biodiesel
suele generar cenizas sulfatadas.
9
2.3.14. CONTENIDO EN METANOL
Su medida se justifica no sólo por la disminución de la calidad, sino por el descenso que
provoca del punto de inflamación a medida que aumenta su concentración. Si el contenido
sobrepasa los límites establecidos por la norma, serán necesarias etapas de purificación.
2.3.15. CONTENIDO EN GLICERINA LIBRE Y TOTAL
La glicerina libre es la que se encuentra presenta en el biocarburante tras las etapas de
separación y purificación. La glicerina total hace referencia a la suma de glicerina libre y
los acilglicéridos (-mono, -di y tri-) presentes en el biodiesel. Valores de glicerina total
altos, son sinónimos de una mala reacción.
2.3.16. CONTENIDO
EN
MONOGLICÉRIDOS,
DIGLICÉRIDOS
Y
TRIGLICÉRIDOS
Su presencia índica que la reacción de transesterificación ha tenido una baja conversión.
Conforme aumenta el contenido de acilglicéridos el punto de nube y el punto de
congelamiento se elevan. Es más común la presencia de monoglicéridos, que provocan un
ligero aumento también de la viscosidad (Castillo, 2018).
2.3.17. INFLUENCIA DE BAJAS TEMPERATURAS
En presencia de bajas temperaturas, todos los combustibles, derivados del diésel, presentan
problemas de cristalización de las parafinas de alto peso molecular (C18-C30). Cuando
esto, se empiezan a formar pequeños núcleos de un compuesto similar a la “cera” en la fase
líquido de parafinas de bajo peso molecular. Cuando la cantidad de precipitados empieza a
aumentar, pueden ocurrir problemas mecánicos en el motor.
2.4. MATERIAS PRIMAS
Se tiene una gran variedad de materias primas que son consideradas útiles para la producción
del biodiesel, ya que la materia prima principal es que contenga los triglicéridos que son
necesario en la producción de esteres.
Se tiene las siguientes materias primas empleadas para este fin:

Aceite Vegetal convencionales: Girasol, colza, plama, como, soja

Aceites Vegetales alternativos: Cynara, Curduculus, Brassica carinata

Aceites de semillas modificadas Genéticamente: Girasol de alto oleico.

Grasas de animales: Seba de vaca, sebo de bufalo, Grasa de pescado, grasa de pollo etc.

Aceite usados de fritura.
10

Otras Fuentes: Microalgas producciones microbianas.
Los aceites y grasas pueden ser caracterizados según sus propiedades físicas o químicas como:

Densidad

Viscosidad

Punto de fusión

Índice de refracción

Índice de acidez

Índice de yodo

Índice de peróxido

Índice de saponificación.

Índice de éster.
2.4.1. GASAS Y ACEITES.
Una de las propiedades que ha de tener la materia prima, es el perfil de ácidos grasos y
el grado de instauración de estos, ya que este será “heredado” en los esteres alquílicos
tras la reacción de transesterificacion. Otras propiedades menos importantes son el
contenido de materia no saponificable, la viscosidad y la presencia de impurezas. La
elección dependerá de los recursos disponibles en cada país y el precio al que se pueda
conseguir. Po lo tanto se tiene la siguiente clasificación:
2.4.2. ACEITES VEGETALES CONVENCIONALES:
Se les conoce con este nombre, porque son los acetites tradicionalmente se han
destinado para consumo humano. Ha sido la materia prima más utilizada en los últimos
años debido a su buena implantación en la mayoría de los países, pero actualmente
existe una gran preocupación y se aboga por utilizar otras materias primas más
sostenibles que no comprometan cultivos destinados para alimentación.
 Aceite de girasol
 Aceites de soja
 Aceites de palma
2.4.3. ACEITES DE FRITURA USADOS
Dado que es un tipo de aceite usado esto puede producir cambios en las características
físicas y químicas. Generalmente se producirá un aumento en la viscosidad diferente
11
valor de calor específico y tensión superficial y también presentara un cambio en el
color. Pero los inconvenientes más importantes son el alto contenido ácido graso libre,
agua, y ciertas impurezas sólidas. Todas ellas disminuyen el rendimiento de la reacción
de transesterificacion, y hacen necesario un pre tratamiento de aceites antes de iniciar
el procesoFuente especificada no válida..
2.4.4. GRASAS ANIMALES
Aunque no son tan ampliamente utilizadas como sus homologas vegetales, debido a
que sus características naturales las hacen menos apropiadas, pueden ser utilizadas
como alternativas para la fabricación de biodiesel. Las grasas procedentes de animales
son más baratas que los aceites y la principal ventaja es que se utiliza los residuos de
restauración, grasas anímales sobrante de mercados e industria cárnica y mataderos. Es
decir, constituyen biocombustibles de segunda generación y, por tanto ayudan a
disminuir el uso de aceites convencionales (Castillo, 2018).
 Grasa vacuna
 Grasa procedente de cerdo
 Grasa procedente de pollo
 Aceite de pescado
 Grasa camélida
2.5. GRASA DE LLAMA
2.5.1. PROPIEDADES DE LA GRASA DE LLAMA.
La carne de llama es una carne magra con alto contenido de proteína y bajo contenido de
grasa. El contenido proteico no se ve afectado por la alimentación de las llamas, en su
estudio utilizaron suplementos de cebada y heno de alfalfa; un suplemento de sorgo y un
concentrado de salvado de trigo.
En cambio, la alimentación sí tiene un efecto significativo en el contenido de grasa
intramuscular, ya que las llamas alimentadas con un suplemento de sorgo y un concentrado
de salvado de trigo presentan un alto porcentaje de grasa intramuscular, el cual puede
atribuirse a la alta concentración de energía de esta dieta (Carolis, 1991).
La composición química del músculo Longissimus thoracis et lumborum (LTL) de los
camélidos sudamericanos (llamas y alpacas) es similar, con excepción del contenido de
cenizas, como se observa en el siguiente cuadro:
12
Tabla 1: Caracteristicas de la carne de llama
VALOR NUTRITIVO DE LA CARNE DE LLAMA
Proteínas
21.12 𝑎 24.8 %
Grasa
3.7 𝑎 1.21 %
Cenizas
1.34 𝑎 1.7 %
Humedad
69.2 𝑎 74.7 %
Fuente 1: Cardozo Bustinza Facultad de ciencias veterinarias y pecuarias
Asimismo, su contenido de proteína es mayor y el de grasa es menor en comparación a otras
carnes, en el siguiente cuadro se observa la comparación de la composición química del
músculo Longissimus thoracis (LT) de llama, cerdo y vacuno.
Tabla 2 Comparación de la composición química de carne de llama, cerdo y res
Llama
Cerdo
Vacuno
Humedad (%)
71.0
70.7
72.2
Grasa (%)
3.51
7.1
7.8
Proteína (%)
22.4
20.7
18.6
Colesterol (mg/100g)
58.1
74
69
La carne de llama presenta niveles de colesterol menores que otras carnes, como la de cordero
y vacuno. Por ejemplo la nalga de llama contiene 29.3 mg por 100 g de carne, la nalga bovina
está en valores de 90 mg, 70 mg las de ovino y porcino y 74 mg el muslo de ave. Hasta cierto
punto, la alimentación también puede influir en el contenido de colesterol de la carne.
2.6. CATALIZADORES Y ALCOHOLES.
2.6.1.
EL ALCOHOL
13
El alcohol es el principal insumo para la producción de biodiesel. En volumen, representa
alrededor del 10-15% de los insumos consumidos.
Los alcoholes que más comúnmente se utilizan para producir biodiesel son metanol y etanol.
Se puede utilizar otros alcoholes como propanol, isopropanol, butanol y pentanol pero estos
son mucho más sensibles a la contaminación con agua (es decir, la presencia de agua en
mínimas cantidades inhibe la reacción) (BELTRÁN & GAVIRIA, 2020).
El metanol es tóxico cuando se ingiere, se inhala o al contacto con la piel, y además altamente
inflamable sus gases se encienden a una temperatura de 12°C. Por encima de esta temperatura
las mezclas de aire y vapor de metanol (con al menos 6% de metanol) son explosivas. Existe
riesgo de explosión e incendio cuando el metanol está expuesto al calor, chispas, llamas o
descargas de energía estática. Además, el metanol arde con una llama incolora, de manera que
no es fácil notar si se enciende. Medidas de seguridad contra incendios son necesarias al
trabajar con metanol, así como adecuada ventilación y etiquetado, sistemas cerrados de
manipulación y equipamiento de protección personal para evitar el contacto, inhalación o
ingestión de este alcohol.
El etanol es menos tóxico aunque puede tener efectos negativos (ebriedad, coma etílico)
cuando se ingiere en grandes cantidades pero también es altamente inflamable. Su uso requiere
de menores medidas de seguridad ocupacional, pero sí de seguridad contra incendios. La
desventaja de su uso para producir biodiesel es que es mucho menos reactivo que el metanol,
y la transesterificación se ve afectada principalmente por cualquier cantidad de agua presente
en los insumos. Se requiere entonces que el etanol utilizado tenga una pureza superior al 99%,
y que los otros insumos (aceite y catalizador) sean igualmente de muy alta pureza. Es por esto
que en la mayoría de plantas de producción de biodiesel aún se utiliza metanol pese a su
toxicidad.
Cabe mencionar además que el metanol se obtiene principalmente de fuentes fósiles no
renovables: del gas natural o gas metano. También es posible obtenerlo mediante destilación
seca de la madera, pero este proceso aún no se aplica a gran escala. El etanol, en cambio,
proviene de materias primas renovables: caña de azúcar, remolacha azucarera, papa, otros
vegetales celulósicos, etc (ARANDA, 2003).
14
2.6.2.
EL CATALIZADOR
La transesterificación de los triglicéridos puede ser realizada mediante diferentes procesos
catalíticos. Los catalizadores utilizados pueden ser clasificados de la siguiente manera:

Catalizadores alcalinos
 Hidróxido de sodio (NaOH)
 Hidróxido de potasio (KOH)
 Metilato de sodio (NaOMe)

Catalizadores ácidos
 Ácido sulfúrico
 Ácido fosfórico
 Ácido clorhídrico
 Ácido sulfónico.

Catalizadores enzimáticos
 Lipasas

Catalizadores heterogéneos
 Catalizadores en fase sólida.
El proceso más conocido, utilizado y hasta el momento más efectivo es el que emplea
catalizadores alcalinos. Sin embargo, si el aceite tiene un alto contenido de ácidos grasos
libres, la catálisis alcalina no es apropiada debido a que los hidróxidos reaccionan con los
ácidos grasos formando jabones, lo cual reduce el rendimiento de producción de biodiesel.
En este caso, se requiere otro tipo de transesterificación, o un pre-tratamiento con
catalizadores ácidos.
2.6.2.1.
CATALIZADORES ALCALINOS
En el caso de la catálisis alcalina, es muy importante que los catalizadores se mantengan
en un estado anhidro. Debe evitarse su contacto prolongado con el aire, pues éste disminuye
su efectividad debido a la interacción con la humedad y con el dióxido de carbono
(MEHER, 2006).
 Hidróxido de sodio (NaOH)
15
El NaOH viene en forma de cristales que deben ser disueltos en el metanol antes de
la transesterificación. Es un producto muy barato y fácil de conseguir, pero es
cáustico e irritante, y su manipulación directa sin protección respiratoria y para la
piel debe evitarse. Al igual que en el caso del KOH, la manipulación de este insumo
sólido puede ser complicada (especialmente en plantas de producción grandes,
donde se quieren evitar operaciones manuales). Además, el NaOH es muy
higroscópico (absorbe humedad del ambiente), lo cual hace que los cristales se
peguen entre sí y sean más difíciles de manipular, y además reduce su eficacia.
Finalmente, la reacción con el metanol es exotérmica, genera calor, y el tanque
donde se realiza esta disolución debe mantenerse refrigerado para evitar que se
evapore el alcohol (causando pérdidas de este insumo y riesgos de incendio y para
la salud de los trabajadores) (MATTHYS, 2003).
 Hidróxido de potasio (KOH)
Muy similar al hidróxido de sodio, el hidróxido de potasio viene también en forma
de cristales que deben ser disueltos en el metanol antes de la transesterificación. Es
un producto barato y disponible en la mayoría de lugares. Debido a su mayor peso
molecular, se necesita mayor cantidad de KOH que de NaOH para hacer el mismo
trabajo, lo cual puede elevar costos (MATTHYS, 2003).
 Metilato de sodio
El metilato de sodio no está disponible en estado puro, debido a que es muy
inflamable. Se presenta entonces comercialmente como una solución al 30% en
metanol. Esta solución es un líquido, lo cual constituye la principal ventaja: su
manipulación (pese a su alta inflamabilidad y toxicidad) es sencilla, puede ser
adaptada a un proceso continuo y realizarse mecánicamente sin necesidad de
intervención de los operarios.
2.6.2.2.
CATALIZADORES ÁCIDOS
Los catalizadores ácidos pueden ser utilizados tanto para la esterificación de ácidos grasos
libres con el fin de convertirlos directamente en ésteres o para la transesterificación de los
triglicéridos. Cuando la materia prima es un aceite con alto contenido de ácidos grasos
libres (AGL), la esterificación ácida está recomendada como un primer proceso para tratar
16
estos AGL, pero debe ser seguida por la transesterificación alcalina (con NaOH o KOH
como catalizadores) para convertir los triglicéridos subsistentes.
2.6.2.3.
CATALIZADORES ENZIMÁTICOS
Los catalizadores enzimáticos como las lipasas (enzimas que en los seres vivientes están
encargadas de descomponer las grasas para permitir su digestión y asimilación) son capaces
de catalizar la transesterificación de los triglicéridos superando los problemas mencionados
arriba. Especialmente, el glicerol puede ser removido fácilmente, los ácidos grasos libres
pueden ser convertidos totalmente en ésteres, y la presencia de agua no es problemática.
Sin embargo, los costos de producción de las lipasas aún son mucho más caros que los de
los catalizadores alcalinos (MEHER, 2006).
2.6.2.4.
CATALIZADORES HETEROGÉNEOS
Los catalizadores heterogéneos son aquellos que se encuentran en una fase diferente a la
de los reactantes. Es decir, que no se encuentran disueltos en el alcohol o aceite, sino que
son sólidos, y por lo tanto fácilmente recuperables al final de la reacción.
Este tipo de catalizadores permiten superar algunos de los principales problemas de los
catalizadores homogéneos como el hidróxido de sodio o potasio, o el metilato de sodio: los
procesos de purificación del biodiesel para separar los restos de catalizador, y los de
tratamiento de efluentes contaminados con los catalizadores.
2.7. FORMAS DE OBTENCIÓN DEL BIODIESEL.
2.7.1. TRANSFORMACIÓN TERMOQUÍMICA
En la conversión termoquímica, la biomasa es transformada en un gas combustible o
en un combustible líquido portador de la energía. En presencia de alta temperatura, se
producen reacciones de oxidación parcial (gas de gasógeno) o completa (combustión
en ciclo de vapor) o en presencia de otros agentes que no sea aire (gas de síntesis). Se
incluye dentro de la conversión termoquímica, la producción de carbón y gas por
pirolisis y la obtención de combustible líquidos por licuefacción.
2.7.2. PIROLISIS
El proceso de pirolisis puede ser endotérmico o exotérmico, dependiendo de la
temperatura del sistema de reacción. Los pasos del proceso incluyen en primer lugar,
17
el secado de la materia prima; luego, se realiza la molienda del material en un tamaño
lo suficientemente pequeño para una rápida reacción; y por último, la separación de
los productos.
2.7.3. REACCIÓN DE TRANSESTERIFICACION
La transesterificacion es una reacción de alcoholisis en la que, generalmente se emplea
un alcohol de cadena corta como el metanol. Como subproducto de la reacción se
produce glicerina. Es una reacción reversible, pero la inmiscibilidad existente entre
los esteres alquílicos y la glicerina hace que el equilibrio se vea desplazado hacia la
formación de más productos de reacción mejorándose con ello la conversión. La
transesterificacion es el mejor método para la producción de biodiesel. La reacción se
establece entre un aceite en presencia de un alcohol con catalizador o sin ellos para
producir biodiesel y glicerol esta se muestra en la siguiente ecuación química.
2.8. PROCESO DE OBTENCIÓN DEL BIODIESEL
El proceso de obtención de biodiesel por la vía alcalina consta principalmente de 6etapas
básicas como:
Ilustración 1Diagrama general del procesos de obtención de biodiesel
Fuente 1Arbelaez Marin Angela Maria Diseño conceptual de un proceso para la obtención de biodiesel a partir de algunos
aceites vegetales /Pag 36
2.8.1. MEZCLA DEL METANOL Y EL CATALIZADOR
18
El catalizador es típicamente hidróxido de sodio o de potasio. La mezcla se obtiene
disolviendo por medios mecánicos el catalizador en el alcohol.
La base empleada como catalizador es previamente disuelta en el alcohol con ayuda de
agitación para una posterior mezcla con el aceite esta reacción es exotérmica (Arbelaez
& Rivera, 2007).
2.8.2. REACCIÓN DE TRANSESTERIFICACION.
La mezcla anterior es vertida en un contenedor cerrado donde se agrega el aceite. El
contenedor es cerrado y, a partir de este momento, el sistema queda aislado de la
atmósfera para prevenir la perdida de alcohol. La mezcla se mantiene justo por sobre
el punto de ebullición del metanol para acelerar la reacción, la que toma normalmente
entre una y ocho horas. Generalmente se usa metanol en exceso para asegurar la
conversión total del aceite en sus ésteres (Zulantay, 2008).
Esta reacción se lleva a cabo a una temperatura determinada y generalmente a presión
atmosférica.
2.8.3. SEPARACIÓN BIODIÉSEL
Una vez que la reacción está completa se generan dos productos principales: glicerina
y biodiesel. Cada uno contiene cantidades sustanciales del exceso de metanol usado en
la reacción. Ambos son separados por decantación a cabo de varias horas. La glicerina
por su mayor densidad queda en el fondo. Un proceso de centrifugado puede ayudar a
separar los materiales más rápidamente.
2.8.4. SEPARACIÓN METANOL
Una vez que la glicerina y el biodiésel han sido separados, el exceso de metanol puede
ser removido con un proceso rápido de evaporación o por destilación. Es importante
remover el agua desde el alcohol recuperado para que éste pueda ser reutilizado
(Zulantay, 2008).
2.8.5. NEUTRALIZACIÓN DE LA GLICERINA
19
La glicerina contendrá cantidades inusuales del catalizador utilizado y jabones que se
producen en el proceso. Estos son neutralizados con un ácido y el producto es enviado
a almacenaje como glicerina cruda. Mediante un proceso de purificación, la glicerina
cruda puede alcanzar un 98% de pureza y ser vendida en los mercados farmacéuticos y
cosméticos (BELTRÁN & GAVIRIA, 2020).
2.8.6. PURIFICACIÓN DEL BIODIÉSEL CRUDO
El biodiésel obtenido en la etapa 4 debe ser purificado para limpiarlo de restos del
catalizador, metanol y jabones generados en la reacción. Para ello se lava con agua y
luego es secado y almacenado para su utilización. En ocasiones se agrega un ácido para
neutralizar los alquilesteres.
2.9. CINÉTICA DE TRANSESTERIFICACIÓN DEL BIODIESEL.
El estudio de la cinética de la transesterificacion tiene parámetros que permiten predecir
el alcance de la reacción en cualquier momento bajo unas condiciones de temperatura y
concentración. El modela determina la velocidad de la reacción y de igual manera la
conversión que sufre de una especie con respecto al tiempo (Arriola & Monjaras, 2003).
2.9.1. PARÁMETROS CINÉTICOS:
Los parámetros cinéticos son las constantes que aparecen en la expresión de
velocidad cinética están van afectadas por la temperatura.
2.9.2. ORDEN DE LA REACCIÓN:
Se refiere al exponente de la concentración de cada reactivo de cual depende la
velocidad de reaccionó.
2.9.3. ECUACIÓN DE ARRHENIUS:
Es la relación que se tiene entre la temperatura y la velocidad de reacción y está
dado por la siguiente ecuación:
𝑬𝒂
𝑲 = 𝑨𝟎 𝒆−𝑹𝑻
𝑇 = 𝑇𝑒𝑚𝑝𝑒𝑟𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑑𝑒 𝑟𝑒𝑎𝑐𝑐𝑖𝑜𝑛
𝐾 = 𝐶𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑣𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑
𝐸𝑎 = 𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑎 𝑑𝑒 𝑎𝑐𝑡𝑖𝑣𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛
𝑅 = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒 𝑢𝑛𝑖𝑣𝑒𝑟𝑠𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑙𝑜𝑠 𝑔𝑎𝑠𝑒𝑠 𝑖𝑑𝑒𝑎𝑙𝑒𝑠
20
𝐴𝑜 = 𝑓𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑓𝑟𝑒𝑐𝑢𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 − 𝑓𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟 𝑝𝑟𝑒𝑒𝑥𝑝𝑜𝑛𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎𝑙
2.10.
MECANISMOS Y CINÉTICA DE REACCIÓN
La transesterificación consiste de un número de reacciones reversibles consecutivas. El
triglicérido es convertido paso a paso de di glicérido a mono glicérido y por ultimo a glicerol.
Ilustración 2Esquema de reacción.
Fuente 2 Loaiza Romero Francia Elena Cinética de la reacción de transesterificación
del aceite de higuerilla en la obtención de biodiesel
Un mol de éster es liberada a cada paso. Las reacciones son reversibles, aunque el equilibrio
se desplaza hacia la producción de esteres de ácidos grasos y glicerol.
Mecanismo
El mecanismo de reacción para la transesterificación con catalizador alcalino esta formulado
en tres pasos. El primer paso es un ataque sobre el átomo de carbono carbonilo de la molécula
de triglicérido sobre el anión del alcohol para formar un intermedio tetraédrico.
En el segundo paso, el intermedio tetraédrico reacción con un alcohol para regenerar el anión
del alcohol. En el último paso, un reacomodamiento del intermedio resulta en la formación de
un éster de ácido graso y un di glicérido.
21
Cuando los catalizadores alcalinos son mezclados con el alcohol el catalizador actual, el grupo
alcóxido se forma. Una pequeña cantidad de agua genera generada en la reacción, puede causar
la formación de jabón durante la transesterificación (Rojas G. A., 2003).
2.11.
VARIABLES
QUE
AFECTAR
AL
PROCESO
DE
TRANSESTERIFICACION
La reacción de transesterificación se afecta por diferentes variables. Estos afectan tanto en el
biodiesel obtenido como en la calidad del producto. Estas pueden ser:
2.11.1. CALIDAD DE LA MATERIA PRIMA.
La calidad y pureza de los reactivos son muy importantes ante la conversión del
biodiesel. La presencia de sustancias coloidales o solidos suspendidos podrían generar
reacciones competitivas con el catalizador, de igual manera puede dificultar en el
proceso de separación y purificación. De igual manera el alcohol empelado deber ser
preferible anhídrido para evitar reacciones competitivas de saponificación en
transesterificacion básica.
En la mayoría de los procesos de fabricación de biodiesel emplean aceites vegetales
refinados un catalizador alcalino y un alcohol. Sin embargo como se mencionado
existen aceitas/grasas de menor calidad, pero el problema radica en que contiene un
elevado número de ácidos grasos que no pueden transformarse en biodiesel. Por ello
generalmente se realiza en dos etapas como de esterificación, como transesterificacion
(Bulla, 2014).
2.11.2. RELACIÓN MOLAR ALCOHOL-GRASA
La relación molar de alcohol juega un papel vital en el rendimiento del biodiesel, a
relación estequiometria es importante para asegurar una buena conversión, por
estequiometria de la reacción se requiere una relación molar alcohol: grasa de 3:1 para
convertir los triglicéridos a alquiles teres. Sin embargo, como la reacción es reversible,
se agrega un exceso de alcohol para favorecer la formación de esteres. Se ha encontrado
que una gran cantidad de alcohol disminuye el rendimiento, debido a que actúa como
emulsificador del catalizador, haciendo lenta la reacción, al transesterificar grasa
animal a relaciones de 6:1, 7,5:1 y 9:1, obtuvo rendimientos del 80%, 73% y 68%,
respectivamente (Rojas & Giron, 2010).
2.11.3. TIPO DE ALCOHOL EMPLEADO.
22
Los alcoholes más empleados son metanol y etanol, siendo casi inexistente el empleo
de propanol, iso-propanol y butanol. De acuerdo alcohol se formara el tipo de ester
alcohólico. Los más empleados son el metanol y etanol, estos son los más utilizados en
la industria y más económicos de utilizar.
La formación de ésteres etílicos presenta varios inconvenientes una de estas es la
formación de emulsiones entre ácidos grasos y el alcohol debido a eso requiere
agitación. Generalmente esta se da por el empleo de etanol ya que no se forma dos fases
independientes, lo que es contrario con el uso del metanol (Castillo, 2018).
2.11.4. TIEMPO DE REACCIÓN
En general el tiempo va relacionado con respecto al catalizador, la concentración y la
conversión. Lo cual no se tiene un tiempo óptimo de reacción pero generalmente estos
varían entre 0 a 120 minutos.
De uno a cinco minutos la reacción procede de forma muy rápida. El rendimiento
aparente de los metil esteres crece. Los di y monoglicéridos se incrementan al principio
y después decrecen. Al final, la cantidad de monogliceridos fue más alta que la de
diglicéridos (BELTRÁN & GAVIRIA, 2020).
2.11.5. TEMPERATURA DE REACCIÓN
La velocidad de reacción incrementa con el tiempo y la conversión de biodiesel se ve
afectada de manera directa por aumentos de temperatura.
De igual manera esto dependerá del catalizador estos igual varían entre el tipo de
materia prima a usarse.
Generalmente el aumento de temperatura induce a la mayor conversión y la
disminución del tiempo de reacción pero es recomendable no sobrepasar la temperatura
de ebullición del alcohol.
2.11.6. CONTENIDO DE ÁCIDOS GRASOS LIBRES Y AGUA
El contenido de ácidos grasos es muy importante debido a que un alto contenido de
ácidos grasos libres disminuye en la conversión. Este efecto puede disminuir realizando
un pretratamiento con un catalizador acido para transformarlos a esteres.
La presencia de agua o humedad en aceites y catalizadores provocan un resultado
perjudicial al rendimiento de la reacción. Esto debido a la formación jabones y dificulta
la separación de la glicerina.
23
2.11.7. INTENSIDAD DE MEZCLADO
Una de las variables más importantes es la agitación, debe ser manejado con mucho
cuidado. La agitación es necesario ya que se pueda realizar la reacción sin limitaciones
por transferencia de masa.
En un comienzo los triglicéridos y el alcohol formas dos fases inmiscibles, debido a la
relación de alcohol/grasa es baja el rendimiento en un comienzo es de igual manera
menos. La reacción es controlada mediante el mecanismo de transferencia de masa por
lo cual esta es necesaria aumentar el grado de agitación y así aumentar la velocidad de
transesterificación.
La agitación debe ser garantizada en un régimen turbulento este valor de velocidad
angulas oscila entre los 150 y 600 rpm (Arbelaez & Rivera, 2007).
2.11.8. TIPO DE CATALIZADOR
Los catalizadores pueden ser de tipo acido, básico homogéneo o heterogéneo. También
existen biocatalizadores ya sean de naturaleza enzimática.
El catalizador afecta en la conversión como también en la producción de diferentes
reacciones secundarias no deseadas como la reacciones de saponificación.
3. CROMATOGRAFIA
La cromatografía es un método, usado primariamente para la separación de una muestra, en la
cual los componentes se distribuyen en dos fases, una de las cuales es estacionaria y mientras
que la otra se mueve. La fase estacionaria puede ser un sólido o un gel. Mientras que la fase
móvil puede ser liquida o gaseosa.
3.1. MODALIDADES DE CROMATOGRAFÍA
Esta puede clasificarse en varias formas como:
Si la fase es un gas, la modalidad de cromatografía se denomina gaseosa y si es un líquido,
cromatografía liquida. A esta última pertenece la cromatografía de capada delgada. La
cromatografía de columna abierta y cromatografía liquida de alta resolución. La cromatografía
gaseosa se emplea para separar muestras que contienen compuestos orgánicos volátiles sin
embargo se ve restringida al analizar muestras no volátiles, sin embargo se ve restringida al
analizar muestras no volátiles que se descomponen a altas temperaturas o poseen alto peso
molecular.
3.2. DETERMINACIÓN CROMATOGRAFÍA METANOL-ETANOL
24
3.3. DETERMINACIÓN CROMATOGRAFÍA ESTERES TOTALES
3.4. DETERMINACIÓN CROMATOGRAFÍA GLICERINA TOTAL LIBRE
25
CAPITULO III DESARROLLO METODOLÓGICO.
Para la producción de biodiesel es necesario el estudio de las materias primas de diferente
origen, como grasas y aceites refinados que puedan ser utilizados para la producción de
combustibles.
Para esto se realizara especificaciones desde los datos de la materia prima, operacionalización
de las variables y el montaje experimental.
En el presente trabajo se pretende encontrar un modelo cinético que mejor represente la cinética
de transesterificación a partir de la grasa de llama, para esto se plantea un diseño de
experimentos donde se evalué la variación de la concentración con el tiempo y la temperatura.
Para poder lograr dicho objetivo se realizaron las siguientes actividades:

Materia prima y sus características

Variables y condiciones de operación

Instrumentos de medición y técnicas

Procedimiento empleado.
3.1.MATERIAS PRIMAS.
En esta etapa de trabajo se determinaron algunas propiedades fisicoquímicas de la materia
prima involucradas en el proceso de producción.
De igual manera se indicara el lugar de su procedencia y los procesos previos antes de su
respectivo análisis y posterior uso en la producción de biodiesel.
a) PROCEDENCIA.
La grasa de llama es obtenida mediante el matadero de TURCO provincia Sajama del
departamento de Oruro.
Esta fue recolectada en las diferentes carnicerías dedicadas al comercio de la carne,
grasa u otros productos de llama.
b) SELECCIÓN
En la adquisición de la materia prima esta tendría que estar exenta de sustancias que
puedan contaminar o perjudiquen a la reacción.
26
Por lo que se realizó una preparación previa separándola del cuero, viseras y
cartílagos. En ese mismo instante se procedió a desmenuzarlo para poder extraerlo de
forma más fácil y rápida.
c) TRATAMIENTO DE LA GRASA DE LLAMA.
Para este punto se debe realizar un pre tratamiento de purificación de la grasa de
llama, debido a que presenta varias impurezas que son contaminantes en el momento
de la reacción y al análisis de la materia prima

Reactivos
 Sebo o grasa de llama
 Agua

Materiales
 Hornilla de cocina
 Escurridor de alimentos
 Recipiente metálico
 Cuchilla afilada.

Procedimiento
Una vez adquirido la materia prima, esta viene en conjunto con cartílagos u otros
contaminantes que no son necesarios para la reacción. Por lo tanto la grasa debe
ser removida y aislada.
La grasa en conjunto es picada en fracciones parciales, para que la extracción de la
grasa de llama sea más homogénea. La materia prima picada es llevada a un
recipiente metálico y calentado a fuego lento, la grasa llega a su punto de fusión lo
que facilita su separación. Posterior a eso esta es filtrada mediante un escurridor de
alimentos separándolo de esa forma de los cartílagos u otras impurezas. Esta se
solidifica a medida que se enfría y luego es almacenada para su uso y análisis de la
misma.
27
Ilustración 3 Materia prima
FUENTE 3 Elaboración propia
d) ANÁLISIS DE LA MATERIA PRIMA.
Las propiedades más relevantes para grasas se describirán a continuación.
i) Acidez
El índice de acidez nos da la cantidad de hidróxido de potasio (KOH) necesarios
para neutralizar los ácidos grasos libres; un índice de acidez alto indica la
presencia de una cantidad elevadas de ácidos libres.
Es un parámetro que establece la cantidad de catalizador que se debe emplear en
cada experimento.
Este índice es particularmente importante para el proceso de producción de
biodiesel ya que los ácidos grasos libres reaccionan con el catalizador de la
transesterifcación formando jabones, lo cual lleva a un menor rendimiento en la
producción de biodiesel.
La saponificación no solo se consume el catalizador necesario para la
transesterificación, sino que además los jabones producidos promueven la
formación de emulsiones que dificultan la purificación de biodiesel (Vivas, 2010).
Este proceso fue realizado en el laboratorio de la Carrera de Ingeniería Química
y Alimentos. El procedimiento esta detallado en la parte de anexos. (ANEXO-4)
ii)
Humedad
El contenido de humedad debe ser muy bajo, porque de lo contrario puede obstruir
en la reacción de transesterificación, debido a que la presencia de humedad
disminuye el rendimiento de la reacción, pues el agua reacciona con los
catalizadores alcalinos formando jabones que contaminan el producto final, ya
28
que forman emulsiones muy estables. Por lo cual debe asegurarse la menor
cantidad de agua posible durante el proceso, así que si se considera necesario
puede realizarse un secado de la materia prima y el uso de alcoholes de más del
98,5% de pureza (Arriola & Monjaras, 2003).
La grasa fue llevada a INLASA (Instituto nacional de laboratorio de Salud) para
su análisis de humedad mediante el método NB 34010-2006.
iii)
Índice de saponificación
El índice de saponificaciones una medida aproximada del peso molecular
promedio de los ácidos grasos (Laura, 2011).
El índice de saponificación es la cantidad de hidróxido de potasios necesarios para
la neutralización de los ácidos grasos contenidos en un gramo de grasa. Por este
parámetro se evalúa la pureza del aceite, ya que un índice de saponificación alto
indica una alta pureza.
Los aceites y grasas reaccionan en presencia de una base para formar jabones, esta
propiedad es un indicativo de la cantidad de grupos esteres que posee la muestra.
La grasa fue llevada a INLASA (Instituto nacional de laboratorio de Salud) para
su análisis de índice de saponificación mediante el método NB 34005-2005.
iv)
Material in-saponificable
Son todos los compuestos que contiene la grasa que no reaccionan con Hidróxido
de potasio o de sodio para la producción de jabones.
Se define como material in-saponificable a un conjunto de sustancias que se
encuentran disueltos en la grasa o aceite que no son saponificables por
compuestos básicos pero son solubles a éteres u otros.
La grasa fue llevada a INLASA (Instituto nacional de laboratorio de Salud) para
su análisis de material insaponificable mediante el método NB 34007-2006.
v)
Grasas totales.
Son todos los glicéridos, triglicéridos que se encuentran en la grasa, esta se
encuentra representada mediante diferentes ácidos grasos.
Es la propiedad más importante ya que nos indicara la cantidad de material que se
puede usar como materia prima para la elaboración de biodiesel.
29
La grasa fue llevada a INLASA (Instituto nacional de laboratorio de Salud) para
su análisis de grasas totales mediante el método NB 34005-2005. (ANEXO-5)
vi)
Peso molecular.
Después de estas características más relevantes de las pruebas en los aceites, para
el desarrollo del peso molecular se analizaron las propiedades de índice de acidez
e índice de saponificación, obtenida mediante la siguiente formula (Bulla, 2014).
(ANEXO-6)
𝑀 = 56,1 ∗ 1000 ∗
3
𝐼𝑆 − 𝐼𝐴
Donde:
𝑔
)
𝑚𝑜𝑙
𝑀 = 𝑀𝑎𝑠𝑎 𝑀𝑜𝑙𝑎𝑟 (
𝐼𝑆 = 𝐼𝑛𝑑𝑖𝑐𝑒 𝑑𝑒 𝑆𝑎𝑝𝑜𝑛𝑖𝑓𝑖𝑐𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 (
𝑚𝑔 𝐾𝑂𝐻
)
𝑔 𝐺𝑟𝑎𝑠𝑎
𝑚𝑔 𝐾𝑂𝐻
𝐼𝐴 = 𝐼𝑛𝑑𝑖𝑐𝑒 𝑑𝑒 𝑎𝑐𝑖𝑑𝑒𝑧 (
)
𝑔 𝐺𝑟𝑎𝑠𝑎
vii)
Densidad
Es una propiedad de gran importancia que mide el peso de la sustancia contenido
en un determinado volumen. Esta característica va variando de acuerdo a la
calidad de la materia prima, debido a eso se necesita un tratamiento previo.
Esta prueba se calcula mediante la relación entre su peso y volumen, y en este
caso está afectando por la temperatura, por lo que se puede encontrar una relación
entre la densidad con el cambio de temperatura.
Este parámetro será medido en el laboratorio de Reactores de la carrera de
ingeniería química usando el método tradicional. (ANEXO-7)
viii)
Viscosidad
La viscosidad es la medida de la fricción interna entre las moléculas, o de la
resistencia a fluir de los líquidos.
Este parámetro será medido en el laboratorio de Operaciones Unitarias de la
carrera de Ingeniería Química usando el método tradicional.
30
3.2.SELECCIÓN DE VARIABLES Y CONDICIONES DE OPERACIÓN.
Mediante la bibliografía se obtuvo las condiciones de operación de acuerdo a estudios
realizados sobre la reacción de transesterificación.
Las variables pueden dividirse de dos maneras las que son dependientes e independientes
que se detallaran a continuación.
3.2.1. VARIABLES INDEPENDIENTES.
De acuerdo a lo planteado en el capítulo anterior, las variables dependientes que
tienen una mayor influencia en la reacción son las siguientes:

Relación molar alcohol/grasa

Concentración de catalizador.

Agitación

Tiempo de reacción

Temperatura de reacción
a) Relación molar alcohol/grasa
Mediante estequiometria se requiere una relación molar alcohol/grasa de 3:1 para
la transformación de triglicéridos a biodiesel.
Se tiene un reporte sobre el cebo de pato donde se obtuvo los rendimientos de 75%
y 97% optando una relación de 3:1 y 6:1 respectivamente.
Una gran cantidad de alcohol disminuye el rendimiento ya que actúa como
emulsificador del catalizador, disminuyendo la velocidad de la reacción (Rojas &
Giron, 2010).
b) Tipo de alcohol.
Generalmente los alcoholes empleados son metanol y etanol. Por ser más
económico y encontrarse en disposición se utilizara etanol ya que la solubilidad con
el sebo animal es mayor de 60-70°C (Arbelaez & Rivera, 2007).
c) Agitación
Para la velocidad de agitación, se tomó un intervalo de (120-600 rpm) debido a la
viscosidad que se tenga la materia prima, para este caso se tomara el valor de 400500 rpm.
d) Catalizador
31
Entre los 3 grupos de catalizadores como homogéneos, heterogéneos y biológicos,
se eligió los homogéneos en este caso el hidróxido de sodio debido a su fácil
manipulación y su costo.
La cantidad a usarse varía entre los 0,5 a los 0,7 % las condiciones de temperatura,
presión y relación entre el alcohol y el aceite son similares empleando cualquier
catalizador (Aranda, 2003).
e) Tiempo de reacción y temperatura de reacción.
El tiempo varía de acuerdo al proceso utilizado y al tipo de catalizador usado,
generalmente esta es superior a 1 hora para un mejor rendimiento, debido a que se
desea averiguar la variación de la concentración con respecto al tiempo, se hará las
pruebas variando el tiempo
Para la obtención de mejores rendimientos la temperatura debe ser superior a los 40
°C pero no debe pasar a la temperatura de ebullición del alcohol (Aranda, 2003).
3.2.2. VARIABLES DEPENDIENTES
Las variables dependientes varían de acuerdo a los factores ya descritos, la
concentración es una de ellas y es una variable de respuesta; esta será medida para su
análisis y hallar así la concentración de triglicéridos.
Estarán en función al tiempo y la temperatura como factores principales para hallar
los datos cinéticos, de igual manera el color la turbidez nos indicaran la formación de
biodiesel.
3.3.INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN Y TÉCNICAS
A lo largo del proceso experimental se utilizó materiales, instrumentos y reactivos
necesarios para poder cumplir con los objetivos, se puede dividir de la siguiente manera.

Instrumentos utilizados en las características de la materia prima.

Instrumentos utilizados en la obtención de biodiesel y datos cinéticos.
De igual manera se realizara una descripción de cada uno de los materiales instrumentos.
a) Instrumentos utilizados en las características de la materia prima.
Primero se realizó un pre tratamiento de la grasa de llama separándola de compuestos
inertes u otros. Se determinó algunas características de la grasa de llama como su
32
viscosidad densidad e índice de acidez mediante el uso de titulación con hidróxido de
sodio.
Para el pre tratamiento de la grasa de llama y para hallar algunas características se
usaron los siguientes instrumentos e insumos.

Materiales.
 Hornilla de cocina
 Escurridor de alimentos
 Recipiente metálico
 Cuchilla afilada.
 Balanza digital
 Probeta de 50 ml
 Pipeta de 10 ml
 Bureta de 50 ml
 Soporte universal
 Matraz Erlenmeyer 250 ml
 Matraz aforado de 50 ml.
 Vasos de precipitación.
 Gotero

Reactivos.
 Grasa de llama.
 Alcohol etílico 96%
 Hidróxido de sodio 99%.
 Agua destilada.
 Fenolftaleína
b) Instrumentos utilizados en la obtención de biodiesel y datos cinéticos.
Para la obtención del biodiesel y los datos cinéticos se realizó mediante el método de
transesterificación para eso se necesitó los siguientes materiales y reactivos.

Materiales.
 Hornilla de cocina
 Escurridor de alimentos
 Balanza digital
33
 Agitador magnético con plancha de calentamiento.
 Termómetro.
 Probeta de 50 ml
 Soporte universal
 Embudo de separación 250 ml
 Matraz Erlenmeyer 250 ml.
 Vasos de precipitación.

Reactivos.
 Grasa de llama.
 Alcohol etílico 96%
 Hidróxido de sodio 99%.
 Ácido sulfúrico 1N.
 Agua destilada.
3.3.1. DESCRIPCIÓN DE LOS EQUIPOS Y MATERIALES.
Se detallaran los instrumentos de mayor importancia.
a) Hornilla eléctrica.
La hornilla de laboratorio es un tipo de horno comúnmente usado para deshidratar
reactivos de laboratorio o secar instrumentos. El hornilla aumenta su temperatura
gradualmente conforme pase el tiempo así como también sea su programación,
cuando la temperatura sea la óptima y se estabilice, el térmico mantendrá la
temperatura; si esta desciende volverá a activar las resistencias para obtener la
temperatura programada; posee un tablero de control que muestra el punto de
regulación y la temperatura real dentro del horno, está montada al frente para su
fácil lectura, aunque algunos modelos anteriores no lo tienen, estos cuentan con
una perilla graduada la cual regula temperatura del horno.
Tiene una capacidad desde 10 °C hasta los 250 °C este va cambiando con respecto
al tiempo, el modelo y la marca utilizada es COMBIPLAC de uso medio.
34
Ilustración 4 Hornilla eléctrica COMBIPLAC
FUENTE 4 https://www.auxilab.es/es/productos-laboratorio/placa-combiplac-20x40-cms-230v-50-60hz/
b) Balanza digital.
Las balanzas digitales son instrumentos de pesaje que utilizan la acción de la
gravedad para determinar la masa de un objeto. Se compone de un único receptor
de carga (plato) donde se deposita el objeto a pesar. Una célula de carga mide la
masa a partir de la fuerza (peso) ejercida por el cuerpo sobre el receptor de carga.
El resultado de esa medición (indicación) aparecerá reflejado en un dispositivo
indicador. La balanza digital es un equipo industrial ó de laboratorio y resultan
imprescindibles en distintas operaciones de procesos industriales, analítica y en
laboratorios de calidad.
Además de una adecuada Exactitud y Precisión para el proceso de pesaje, en el
laboratorio se usó el modelo SCOUT-PRO con una precisión de 0,01 gramos.
Ilustración 5 Balanza digital SCOUT-PRO
FUENTE 5 https://www.amazon.com/-/es/Ohaus-Scout-Pro-21-16-0-00/dp/B0051WAOYO
c) Agitador magnético con plancha de calentamiento.
El agitador magnético con calentamiento es un aparato de laboratorio que adapta
a múltiples procesos que requieran temperatura y agitación de uso frecuente en el
35
laboratorio.Las características del modelo Agimatic-ED con calefacción,
JPSELECTA son:
La superficie de calentamiento está fabricada con acero inoxidable AISI 304. Ya
que por sus propiedades brinda una óptima transferencia de calor y excelente
homogeneidad de temperatura. Además de una gran resistencia a sustancias
químicas e impactos.
La agitación con calefacción está disponible en modelos multi-puesto posee un
motor de gran arrastre con un sistema de magnetos de gran potencia el cual es
capaz de agitar un volumen máximo de 10 litros esta incluye una barra de
agitación. Posee un panel de control elevado, el cual protege los circuitos
electrónicos contra derrames accidentales. Cuenta con un excelente elemento
calefactor ubicado en la parte inferior de la placa de aluminio para garantizar una
excelente transferencia del calor.
El agitador magnético con calentamiento, Agimatic-ED con calefacción,
JPSELECTA Se caracteriza por contar con un control de temperatura digital tipo
PID de gran precisión.
Posee un rango de temperatura de trabajo desde 50°C hasta 350°C sobre la placa
de calefacción con una precisión de +/- 2°C; usada para una velocidades desde 60
a 1600 rpm. Tiene un diámetro de 14,5 cm y este es adaptable contra derrames.
Se caracteriza por contar con un control de temperatura analógico de gran
efectividad.
Ilustración 6 Agitador magnético con calentamiento.
FUENTE 6 http://www.laboquimia.es/catalogo/producto.php?codigo=20997001511
36
d) Termómetro.
Un termómetro es una herramienta que está conformada por un tubo largo de
vidrio con un bulbo en uno de sus extremos. En el exterior, tiene escrito las
temperaturas que pueden medir.
El termómetro utilizado era uno de mercurio que puede medir la temperatura
desde 10°C hasta 250 °C.
Ilustración 7 Termómetro de mercurio.
FUENTE 7 https://kitlab.exa.unicen.edu.ar/termmetro_de_laboratorio.html
e) Embudo de separación.
El embudo de decantación se utiliza principalmente para separar líquidos
inmiscibles, o insolubles que se separan, por diferencia de densidades y
propiedades moleculares que estos líquidos poseen. La cual mediante un tiempo
se apartan en dos o más fracciones dependiendo de la cantidad de productos
contenidos al interior del recipiente. El embudo de decantación presenta un
desagüe que permite la salida de los líquidos que se pretenden separar en la zona
inferior del recipiente, cuyo flujo puede ser maniobrado mediante el uso de una
válvula. En la parte superior presenta una embocadura que puede sellarse con una
tapa, la cual permite cargar su interior con los líquidos insolubles o inmiscibles.
37
Ilustración 8 Embudo de separación.
FUENTE 8 https://www.tplaboratorioquimico.com/laboratorio-quimico/materiales-e-instrumentos-de-un-laboratorioquimico/embudo-de-decantacion-o-balon-de-decantacion.html
f) Bureta
La bureta se utiliza para emitir cantidades variables de líquido con gran exactitud
y precisión. La bureta es un tubo graduado de gran extensión, generalmente
construido de vidrio. Posee un diámetro interno uniforme en toda su extensión,
esta provista de una llave o adaptadas con una pinza de Mohr, que permite verter
líquidos gota a gotas.
Ilustración 9 Bureta de laboratorio.
FUENTE 9 https://www.tplaboratorioquimico.com/laboratorio-quimico/materiales-e-instrumentos-de-un-laboratorioquimico/bureta.html
g) Matraz Erlenmeyer.
El matraz Erlenmeyer es un recipiente de vidrio que se utiliza en los laboratorios,
tiene forma de cono y tiene un cuello cilíndrico, es plano por la base. Se utiliza
para calentar líquidos cuando hay peligro de pérdida por evaporación.
38
Es más seguro que un vaso de precipitado, ya que la estructura del matraz evita
perdidas de la sustancia o solución contenida (agitación o evaporación).
Es ideal para agitar soluciones. Se puede tapar fácilmente utilizando algodón o
tapa.
Frasco con Base redonda, la cual posee una estructura cónica en la zona del medio
y en la zona superior se aprecia una boca con cuello estrecho. Cuando se habla de
Matraz Erlenmeyer, se está hablando de un matraz graduado que contiene marcas
que indican un determinado volumen. Se encuentran en distintas capacidades.
Para este caso en lugar de un reactor se usara un matraz de Erlenmeyer para
realizar la transesterificación.
Ilustración 10 Matraz Erlenmeyer
FUENTE 10 https://www.tplaboratorioquimico.com/laboratorio-quimico/materiales-e-instrumentos-de-un-laboratorioquimico/matraz-erlenmeyer.html
h) Matraz aforado.
Un matraz aforado o matraz de aforo es un recipiente de vidrio de fondo plano,
posee un cuello alargado y estrecho, con un aforo que marca dónde se debe
efectuar el enrase, el cual nos indica un volumen con gran exactitud y precisión.
De la misma forma que para las pipetas aforadas, el cuello del matraz aforado es
relativamente delgado, de modo que un pequeño cambio de volumen del líquido
provoque una considerable diferencia en la altura del menisco; consecuentemente,
el error cometido al ajustar el menisco en la marca es muy pequeño.
39
Ilustración 11 Matraz aforado
FUENTE 11 https://www.tplaboratorioquimico.com/laboratorio-quimico/materiales-e-instrumentos-de-un-laboratorioquimico/matraz-de-aforo-o-matraz-aforado.html
3.4.METODOLOGÍA EMPLEADA
Para poder cumplir los objetivos de este proceso se realizó en base a un diseño
experimental eso fue para la materia prima y para la obtención de biodiesel y datos
cinéticos.
Estos se dividieron en lo siguiente:

Obtención de características de la materia prima.

Obtención de las condiciones de operación y diseño experimental.

Medida de variables y análisis de datos obtenidos.

Características del biodiesel obtenido.
a) Obtención de características de la materia prima.
Para la obtención de los parámetros se realizó de la siguiente manera.
Tabla 3 Diseño de actividades para la obtención de características de la grasa de llama.
OBJETIVOS
Analizar la
materia prima
para evaluar
sus cualidades
para la
producción de
biodiesel.
SECUENCIA DE
INDICADOR
ACTIVIDADES
VERIFICABLE
1. Extracción de la
 Ficha técnica
grasa de llama
de las
2. Acondicionamiento
características
de la grasa de
de la grasa de
llama.
llama.
3. Preparación de
 Ficha técnica
muestras.
de la
4. Análisis físicocomposición
químico
de la grasa de
40
5. Análisis
llama
obtenida de
un laboratorio
externo.
cuantitativo en un
laboratorio externo
(Inlasa).
FUENTE 12 Elaboración propia
El índice de acidez, la densidad y viscosidad se medió en el laboratorio mediante los
métodos tradicionales e indicados en los anexos.
b) Condiciones de operación y diseño experimental.
Una vez descrito el efecto de las variables y los rangos de operación que se puedan
tomar se definirá en la siguiente tabla las condiciones de operación para cada variable.
Tabla 4 Condiciones de operación
VARIABLE
RANGOS DE OPERACIÓN
Presión
atm
% Catalizador ácido
%
% Catalizador básico
%
Alcohol
% pureza
Tipo de Catalizador
Básico
% Exceso de Alcohol
Relación alcohol grasa
FUENTE 13 Elaboración Propia
Para el diseño de experimentos se mantuvo las variables de operación y las cantidades
de materia prima e insumos se realizó 2 repeticiones para cada punto, haciendo variar
el tiempo de reacción.
Este diseño de experimentos fue el siguiente:
Tabla 5 Diseño de Experimentos
Alcohol
Catalizador Catalizador
[Relación
ácido
básico
molar ]
N°
Tiempo
[min]
Grasa
[gr]
1
5
100
6:1
0,5%
0,6%
2
10
100
6:1
0,5%
0,6%
3
15
100
6:1
0,5%
0,6%
41
4
20
100
6:1
0,5%
0,6%
5
30
100
6:1
0,5%
0,6%
6
60
100
6:1
0,5%
0,6%
7
120
100
6:1
0,5%
0,6%
FUENTE 14 Elaboración propia
Este diseño de experimentos se realizó de manera aleatoria y así obtener los datos de
concentración en función al tiempo.
c) Medida de variables y análisis de datos obtenidos.
Para medir los datos de las variables se lo realizo de la siguiente manera.
Tabla 6 Medida de variables.
VARIABLE
Agitación y
Temperatura
Alcohol/MP
Catalizador
Tiempo
Triglicéridos
(dependiente)
QUE MEDIR
Intensidad de agitación
Medir la intensidad de
reacción para evitar las
espumas y la variación de la
temperatura
Relación que se tiene a la
entrada
Relación Catalizador en la
alimentación para evitar la
formación de jabones
El tiempo en el transcurso de
la reacción comprobando la
formación de biodiesel.
Concentración de triglicéridos
a distintas temperaturas
COMO MEDIR
Equipo que mida la
revoluciones (agitador
magnético con calentador )
Proporciones a la entrada
Concentración y
alimentación
Cronometro.
Medirlo en un laboratorio
externo
FUENTE 15 Elaboración Propia
Una vez obtenido los datos de concentración y tiempo se realizó a proceder al
tratamiento de datos mediante una aproximación lineal de acuerdo a un modelo cinético
aproximado.
𝑇𝐺 + 3 𝐸𝑇 ↔ 3 𝐵 + 𝐺
𝛼
𝐵
−𝑟𝑇𝐺 = 𝑘 𝐶𝑇𝐺
𝐶𝐸𝑇
d) Características del biodiesel.
Se llevara a cabo mediante la siguiente metodología:
42
Tabla 7 Planificación para la obtención de características del biodiesel
PROCESO A
USARSE
Análisis mediante un
laboratorio externo.
RESPUESTA A MEDIR
-_Indice de cetano
-Contenido de esteres
metílicos
-Punto de inflamación.
- Contenido de glicerina libre
-Contenido de
monogliceridos, di glicéridos
y triglicéridos.
RESULTADO
Ficha técnica de las
características del biodiesel
obtenido
Tabla comparativa del
biodiesel.
Contraste con las
normas establecidas
FUENTE 16 Elaboración propia
3.5.MONTAJE EXPERIMENTAL
El montaje experimental para la elaboración de biodiesel se efectuó en el laboratorio
de la carrera de Ingenieria Química Y Alimentos De La Facultad Nacional De
Ingeniería.
Donde se desarrolló las siguientes etapas:

Filtración de la materia prima.

Mezcla catalizador heterogéneo/alcohol.

Proceso de Esterificación.

Separación de la fase esterificada y exceso de alcohol.

Preparación de catalizador básico/ alcohol

Reacción de transesterificación.

Separación biodiesel glicerina.

Lavado.
Estos se detallan a continuación:
a) Filtración de la materia prima.
Se realizó la filtración de 2 kg de la grasa de llama. Para esto primeramente se procedió
a extraer la grasa mediante un recipiente metálico y una hornilla.
Se lo realizo a fuego lento hasta llegar a su punto de fusión y proceder a filtrarlo
mediante el uso de un escurridor de alimentos; extrayendo de esta manera los cartílagos
y materiales no deseables que se encuentran en conjunto con la materia prima.
43
Ilustración 12 Fundición de la grasa de llama.
FUENTE 17 Elaboración propia.
b) Mezcla catalizador heterogéneo/alcohol
Mediante un análisis previo se mide cantidades de etanol y 𝐻2 𝑆𝑂4, luego se adiciona
en cierta cantidad de 3-5 ml de ácido al alcohol.
La adición del ácido al alcohol debe ser a agitación lenta debido a que es una reacción
exotérmica y muy violenta produciéndose salpicaduras muy violentas.
c) Reacción de esterificación
Debido al gran índice de acidez es necesario realizar una reacción de esterificación para
poder eliminar la cantidad de ácidos grasos libres y evitar de esa forma la formación de
jabones.
El proceso consiste en cargar la grasa derretida a un reactor cerrado en este caso un
matraz Erlenmeyer, esta es calentada hasta una temperatura adecuada indicada en el
diseño y variables de operación, inmediatamente se activa el sistema de agitación
magnética, a continuación se añade la solución de etanol-catalizador acido; esta se lleva
hasta una temperatura ya dada anteriormente. El tiempo de reacción varía entre 60 a 90
minutos.
44
Ilustración 13 Reacción de Transesterificación.
FUENTE 18Elaboración propia
d) Separación de la fase esterificada y exceso de alcohol.
Para esta fase se empleó un embudo de separación. Este proceso inicia una vez
culminado la reacción de esterificación, el producto anterior es vertido a un embudo y
es dejado en reposo de 2 a 6 horas por seguridad para obtener una separación del exceso
de alcohol.
e) Preparación de catalizador básico/ alcohol
Se mide el volumen de alcohol definido para este ensayo, se pesa el Hidróxido de sodio
y con ayuda de la agitación las escamas del catalizador se disolverán en el alcohol
formado el alcoxido básico.
Este proceso debe hacerse de manera rápida ya que el hidróxido de sodio puede
absorber el agua del ambiente.
Ilustración 14 Mezcla hidróxido de sodio y alcohol etilico
FUENTE 19 Elaboración propia
45
f) Reacción de transesterificación.
Se usaron los mismos equipos del proceso de esterificación, al igual que las mismas
condiciones de operación.
Se cargaron 200 ml de la fase esterificada, se calentó hasta la temperatura del ensayo
una vez llegada a esta temperatura se añade la mezcla de etanol e hidróxido de sodio
que se produjo en la etapa anterior. El tiempo de reacción se efectúa de acuerdo al
ensayo que se quiere realizar. Para culminar se debe neutralizar con ácido acético para
culminar la reacción.
Se deja entre 15 a 20 minutos con el mismo sistema de agitación y temperatura hasta
culminar la reacción. Se debe tener cuidado con la agitación para que no forme espumas
de ser así bajarla un poco.
Ilustración 15 Reaccion de transesterificación
FUENTE 20 Elaboración propia
g) Separación biodiesel glicerina.
Se efectuó de la misma forma que el proceso de separación de la fase esterificada. Se
puede observar la formación de los productos obtenidos por el proceso, dejarlo reposar
por aproximadamente 30 minutos hasta que decante la glicerina.
46
Ilustración 16 Separación del biodiesel.
FUENTE 21 Elaboración propia
h) Lavado.
Después de la separación de fases, el biodiesel debe ser purificado y eliminando de esa
manera los restos de alcohol, para lavar se utiliza el embudo de separación que contiene
al biodiesel se agrega agua tibia suave para que no se genere espuma ni mucha turbidez
se deja reposar y se decanta. Repetirlo 3 veces. Después del cuarto lavado dejarlo
reposar en y almacenarlo en recipientes plásticos para su posterior análisis.
Ilustración 17 Lavado del biodiesel.
FUENTE 22 Elaboración propia
Una vez realizado los pasos ya indicados se realizó a diferentes intervalos de tiempo de
reacción para los cálculos de la cinética de transesterificación.
47
CAPITULO IV RESULTADO DE LA INVESTIGACION
4. INTRODUCCIÓN
En este capítulo se indicara algunos de los resultados obtenidos, esto de acuerdo al
requerimiento de los objetivos y el tiempo de la ejecución, tomando en cuenta el orden
cronológico y de igual manera se hará una breve discusión de cada una de ellas.
Una gran cantidad de análisis se realizó en el laboratorio INLASA ubicado en la ciudad de La
Paz, una otra parte de los análisis y la obtención del biodiesel fue realizado en el laboratorio
de la carrera de Ingeniería Química y Alimentos.
Se llegó a alcanzar los siguientes resultados:

Análisis y caracterización de la materia prima y métodos para realizarlo.

Definición de condiciones de operación y estudio de modelos cinéticos

Obtención de datos cinéticos.
4.1.CARACTERÍSTICAS DE LA MATERIA PRIMA
a) CÁLCULO DEL ÍNDICE DE ACIDEZ.
Para la obtención de índice de acidez se realizó mediante la titulación (Este método
esta detallado en la parte de anexos.) con hidróxido de sodio teniendo los siguientes
datos:
Tabla 8 Datos para el cálculo del índice de acidez
Prueba Masa de
Grasa Usada
5,44 gr
1
7,59 gr
2
Alcohol
etílico.
50 ml
50 ml
Volumen de NaOH
[ml] gastado
9,2 ml
12,8 ml
FUENTE 23 Elaboración propia
La ecuación a usarse será:
𝐼𝐴 =
𝑁 ∗ 𝑉 ∗ 𝑃𝑀𝑁𝑎𝑂𝐻
𝑚𝑔𝑟𝑎𝑠𝑎
Prueba 1
𝐼𝐴 = 6,76
𝑚𝑔 𝑁𝑎𝑂𝐻
𝑔𝑟 𝑑𝑒 𝑔𝑟𝑎𝑠𝑎
Prueba 2
48
𝑚𝑔 𝑁𝑎𝑂𝐻
𝑔𝑟 𝑑𝑒 𝑔𝑟𝑎𝑠𝑎
𝐼𝐴 = 6,72
Ilustración 18 Índice de acidez
FUENTE 24 Elaboración propia
b) CALCULO DEL PESO MOLECULAR.
De igual manera se calculó el peso molecular que esta detallado en anexos.
𝑀 = 56,1 ∗ 1000 ∗
3
𝐼𝑆 − 𝐼𝐴
𝑔
)
𝑚𝑜𝑙
𝑀 = 𝑀𝑎𝑠𝑎 𝑀𝑜𝑙𝑎𝑟 (
𝐼𝑆 = 𝐼𝑛𝑑𝑖𝑐𝑒 𝑑𝑒 𝑆𝑎𝑝𝑜𝑛𝑖𝑓𝑖𝑐𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 (
𝑚𝑔 𝐾𝑂𝐻
)
𝑔 𝐺𝑟𝑎𝑠𝑎
𝑚𝑔 𝐾𝑂𝐻
𝐼𝐴 = 𝐼𝑛𝑑𝑖𝑐𝑒 𝑑𝑒 𝑎𝑐𝑖𝑑𝑒𝑧 (
)
𝑔 𝐺𝑟𝑎𝑠𝑎
Tabla 9 Valores para el cálculo del peso molecular
PARAMETRO
VALOR
Índice de acidez [IA]
6,76 mg NaOH/g de grasa
Índice de saponificación [IS] 193,72 mg KOH/ g de grasa
FUENTE 25 Elaboración propia
Transformando:
49
𝐼𝑆 = 138,37
𝑚𝑔 𝑑𝑒𝑁𝑎𝑂𝐻
𝑔 𝑑𝑒 𝑔𝑟𝑎𝑠𝑎
𝑀𝐺𝑟𝑎𝑠𝑎 = 911,775
𝑔
𝑑𝑒 𝑔𝑟𝑎𝑠𝑎
𝑚𝑜𝑙
c) DENSIDAD.
Para la densidad se realizó mediante el método tradicional midiendo volumen con
una probeta volumétrica y pesando la misma mediante una balanza.
Donde:
𝜌𝐺𝑟𝑎𝑠𝑎 =
𝑚
𝑉
Masa de la probeta
Masa de la grasa:
𝑚𝐺𝑟𝑎𝑠𝑎 = 8,25 𝑔𝑟
Volumen de la grasa
𝑉 = 10 𝑚𝑙
Densidad:
𝜌𝐺𝑟𝑎𝑠𝑎 = 0,825
𝑔𝑟
𝑚𝑙
d) TABLA DE CARACTERÍSTICAS DE LA MATERIA PRIMA.
Se obtuvo la siguiente tabla:
Tabla 10 Propiedades fisicoquímicas de la grasa de llama.
PROPIEDAD
MAGNITUD
NORMA
Densidad (60°C)
0,825 [gr/mol]
TRAD
Viscosidad
Aun no registrado
Grasas totales
96,5 [gr de grasa / 100 gr
(triglicéridos)
totales]
Índice de acidez
6,72 [mg NaOH/ 1 g de grasa]
TRD
Índice de saponificación
193,72 [mg de KOH/g de grasa]
NB 34005 -2005
NB 34028 -2005
50
Material in-
0,021 [gr / 100 g de grasa]
saponificación
0,06 [gr de agua / 100 g de
Humedad
grasa]
NB 34007 -2006
NB 34010 -2006
911,775 [g/mol]
Peso Molecular
FUENTE 26 Elaboración propia
El índice de saponificación de la mayoría de las grasas varía entre 160 a 200 mg de
KOH/gr, el valor hallado se encuentra en este rango de aceptación; este valor de igual
manera indica la cantidad de hidróxido necesario para la formación de jabones.
Este valor es muy baja con relación a la cantidad de hidróxido de sodio necesario para
la formación hidróxido de sodio y eso se ve reflejado en el valor del índice de acidez.
Al comparar estos dos datos vemos que el índice de acidez es mucho menor que el
índice de acidez por lo que indica que hay menos efectos considerables sobre el
rendimiento de la reacción de transesterificación.
El índice de humedad es considerablemente bajo lo cual es muy favorable al momento
de realizar la reacción ya que composiciones elevadas de humedad favorece a la
formación de jabones.
La composición de grasas o triglicéridos es muy elevada, lo que favorece en el
momento de realizar la reacción y de igual manera en las propiedades del
biocombustible.
4.2.DEFINICIÓN
DE
CONDICIONES
DE
OPERACIÓN
Y
MODELOS
CINÉTICOS.
Mediante los datos bibliográficos se pudo hallar las siguientes condiciones de operación:
Tabla 11 Definición de condiciones de operación
VARIABLE
RANGOS DE OPERACIÓN
51
Presión
0,64 atm
% Catalizador ácido
0,5-0,6 %
% Catalizador básico
0,5-0,6 %
Alcohol
Etanol con 96 % pureza
Intensidad de agitación
500-600 rpm
Tipo de Catalizador
Básico
% Exceso de Alcohol
Relación de 6:1
FUENTE 27 Elaboración propia
Estas condiciones de operación se usaran para cada prueba experimental.
Para los datos cinéticos se realizó varios modelos cinéticos:
𝑇𝐺 + 3 𝐸𝑇 ↔ 3 𝐵 + 𝐺
𝛼
𝐵
−𝑟𝑇𝐺 = 𝑘 𝐶𝑇𝐺
𝐶𝐸𝑇
Se realizara los siguientes arreglos:
Tabla 12 Cinética de diseño
Especie
Compuesto Concentración inicial
Cambio
Remanente
𝐶𝑇𝐺 = 𝐶𝑇𝐺𝑂 (1 − 𝑋𝑇𝐺 )
Triglicéridos
TG
𝐶𝑇𝐺𝑂
−𝐶𝑇𝐺𝑂 𝑋𝑇𝐺
Etanol
ET
𝐶𝑀𝑂
−3𝐶𝑇𝐺𝑂 𝑋𝑇𝐺 𝐶𝑀 = 𝐶𝑇𝐺𝑂 (𝜃𝑀 − 3𝑋𝑇𝐺 )
Biodiesel
B
𝐶𝐹𝑂
3𝐶𝑇𝐺𝑂 𝑋𝑇𝐺
𝐶𝑀 = 𝐶𝑇𝐺𝑂 (𝜃𝐹 + 3𝑋𝑇𝐺 )
Glicerina
G
𝐶𝐺𝑂
𝐶𝑇𝐺𝑂 𝑋𝑇𝐺
𝐶𝐺 = 𝐶𝑇𝐺𝑂 (𝜃𝐺 + 𝑋𝑇𝐺 )
FUENTE 28 Elaboración propia
Linealizando las ecuaciones para su tratamiento estadístico se tienen los siguientes
modelos:
52
Tabla 13 Ecuaciones linealizada para cada componente
FUENTE 29 Elaboración propia
4.3.OBTENCIÓN DE DATOS CINETICOS.
Para la obtención de datos cinético es necesario definir las cantidades a usarse para cada
insumo y materia prima. Para eso se tiene el siguiente montaje experimental.
Ilustración 19 Montaje experimental
53
Se detalla a continuación:
Tabla 14 Cantidades de operación
Compuesto Peso molecular Densidad Cantidad
Grasa
911.775
0,825
Alcohol
46,069
0,789
100 gr
FUENTE 30 Elaboración propia
De acuerdo a eso se encontró las cantidades de insumos que estarán detallados en la
parte de anexos (ANEXO-8)
ESTERIFICACIÓN
𝑇𝐺 + 𝐸𝑇 ↔ 𝑇
El volumen de la grasa es
𝑉𝐺𝑟𝑎𝑠𝑎 = 121,12 𝑚𝑙 𝑑𝑒 𝑔𝑟𝑎𝑠𝑎.
Calculo de la cantidad de alcohol mediante una relación estequiometria que es solamente
1 mol sin excesos:
𝑚𝐴𝑙𝑐𝑜ℎ𝑜𝑙 = 100 𝑔𝑟 𝑑𝑒 𝑔𝑟𝑎𝑠𝑎 ∗
46,069 𝑔𝑟 𝑑𝑒 𝐴𝑙𝑐𝑜ℎ𝑜𝑙
911,775 𝑔𝑟 𝑑𝑒 𝑔𝑟𝑎𝑠𝑎
𝑚𝐴𝑙𝑐𝑜ℎ𝑜𝑙 = 5,052 𝑔𝑟 𝑑𝑒 𝑎𝑙𝑐𝑜ℎ𝑜𝑙.
Cálculo del volumen de alcohol etílico mediante la densidad.
𝑉𝐴𝑙𝑐𝑜ℎ𝑜𝑙 = 6,4 𝑚𝑙 𝑑𝑒 𝑎𝑙𝑐𝑜ℎ𝑜𝑙 .
Cálculo del ácido sulfúrico requerido.
Según datos experimentales es necesario del 0,5% en base a la masa requerida.
𝑚𝐻2 𝑆𝑂4 = 0,5 𝑔𝑟 𝑑𝑒 𝐻2 𝑆𝑂4
En volumen se tiene 1 N de solución.
𝑉𝑆𝑜𝑙𝑛 = 10,204 𝑚𝑙 𝑑𝑒 𝐻2 𝑆𝑂4
TRANSESTERIFICACIÓN
54
𝑇𝐺 + 3 𝐸𝑇 ↔ 3 𝐵 + 𝐺
Tomando la misma cantidad de grasa hallamos la cantidad de alcohol que se debe utilizar.
𝑚𝐴𝑙𝑐𝑜ℎ𝑜𝑙 = 100 𝑔𝑟 𝑑𝑒 𝑔𝑟𝑎𝑠𝑎 ∗
46,069 𝑔𝑟 𝑑𝑒 𝐴𝑙𝑐𝑜ℎ𝑜𝑙 6
∗
911,775 𝑔𝑟 𝑑𝑒 𝑔𝑟𝑎𝑠𝑎 1
𝑚𝐴𝑙𝑐𝑜ℎ𝑜𝑙 = 30,316 𝑔𝑟 𝑑𝑒 𝑎𝑙𝑐𝑜ℎ𝑜𝑙.
Cálculo del volumen de alcohol etílico.
𝑉𝐴𝑙𝑐𝑜ℎ𝑜𝑙 = 38,423 𝑚𝑙 𝑑𝑒 𝐴𝑙𝑐𝑜ℎ𝑜𝑙 𝑒𝑡𝑖𝑙𝑖𝑐𝑜.
CÁLCULO DE HIDRÓXIDO DE SODIO
Ajustando a la relación estequiometria:
𝑚𝑁𝑎𝑂𝐻 = 100𝑔 𝑑𝑒 𝑔𝑟𝑎𝑠𝑎 ∗
6,76 𝑚𝑔 𝑑𝑒 𝑁𝑎𝑂𝐻
1000 𝑚𝑔 𝑑𝑒 𝑁𝑎𝑂𝐻
𝑚𝑁𝑎𝑂𝐻 = 0,676 𝑔 𝑑𝑒 𝑁𝑎𝑂𝐻
Cálculo de hidróxido que actué como catalizador el 0,5%:
𝑚𝑁𝑎𝑂𝐻 = 0,5 𝑔𝑟 𝑑𝑒 𝑁𝑎𝑂𝐻
Se tiene un total:
𝑚𝑁𝑎𝑂𝐻 = 1,176 𝑔 𝑑𝑒 𝑁𝑎𝑂𝐻
Se procedió a realizar los experimentos variando los tiempos y manteniendo las
condiciones de operación.
55
Ilustración 20 Proceso antes de la reacción de transesterificación
FUENTE 31 Elaboración propia
Ilustración 21 Reacción de transesterificación.
FUENTE 32 Elaboración propia
56
CAPITULO V CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
5.1.
CONCLUSIONES
En el presente trabajo se pudo llegar a las siguientes conclusiones:

Se logró extraer la grasa de llama mediante el método tradicional separándola de
los cartílagos cuero u otros inertes presentes en la materia prima.

Una parte de la materia prima extraída fue llevada a un laboratorio externo INLASA
en el departamento de La Paz, para su análisis fisicoquímico que se realizó los
siguientes parámetros.
 Humedad
 Índice de saponificación
 Materiales in-saponificable
 Grasas totales (triglicéridos).

El índice de acidez, la densidad y el peso molecular se lo cálculo en el laboratorio
de la carrera de Ingeniería Química y Alimentos.

El índice de acidez se lo pudo calcular mediante titulación con hidróxido de sodio,
optando un valor de aproximadamente 6,76 mg NaOH/g de grasa.

La densidad y peso molecular se calculó mediante métodos tradicionales dando los
siguientes resultados: 0,825 gr/ml y 911.775 gr/mol respectivamente.

Se pudo obtener las condiciones de operación, estas se hallaron mediante datos
bibliográficos y algunas que se pudieron observar en la experiencia realizada.

Las condiciones de operación que se pudieron obtener se usaron en todas las
pruebas experimentales para hallar los datos cinéticos, estas fueron:
VARIABLE
RANGOS DE OPERACIÓN
Presión
0,64 atm
% Catalizador ácido
0,5-0,6 %
% Catalizador básico
0,5-0,6 %
Alcohol
Etanol con 96 % pureza
Intensidad de agitación
500-600 rpm
Tipo de Catalizador
Básico
% Exceso de Alcohol
Relación de 6:1
57

Se pudo hallar las cantidades de la materia prima e insumos a usar tanto para el proceso
de esterificación como para la transesterificación.

Se halló la cantidad de alcohol, ácido sulfúrico, hidróxido de sodio a usarse en base a
100 gr de grasa de llama, tomando como punto de partida criterios usando en
estequiometria y condiciones óptimas.

Se pudo obtener biodiesel mediante la reacción de transesterificación usando grasa de
llama y alcohol etílico por medio de un catalizador básico.
5.2.
RECOMENDACIONES Y OBSERVACIONES
En el presente proyecto se pudo observar en lo siguiente:

La materia prima viene conjuntamente con cartílagos, sangre u otros inertes, la
extracción es sencilla es mediante la fundición, filtración de la grasa.

Es necesario que la extracción sea muy efectivo ya que el análisis de la materia prima
dependerá de este proceso previo de purificación.

Para hallar las características de la materia prima se observó que los parámetros estaban
en los rangos permitidos para la formación de biocombustible.

Se debe ser cuidadoso en las cantidades de hidróxido de sodio ya que un exceso de este
puede causar la formación de jabones.

En los primeros 2 minutos ocurridos la reacción no se veía mucho el cambio pero a
partir de los 5 minutos se vio ya la formación de producto y de algunas emulsiones.

La parte del lavado aun es complicado ya que el agua provoca la formación de jabones
por lo cual es necesario seguir estudiándolo para poder separarlo de manera más
adecuada y limpia.
Se tiene las siguientes recomendaciones.

Es recomendable hacer un tratamiento anterior de la materia prima y almacenarlo en
un lugar evitando que aumente su humedad.

Los reactivos deben estar de lo más frescos y de mejor calidad posible para su mejor
aplicación.

Se debe hacer un estudio de optimización de las condiciones de proceso para un mejor
rendimiento.
58

La cantidad a añadir de hidróxido de sodio es muy importante debido a que estos
puedan provocar la formación de jabones.

El lavado con agua debe ser de mucho cuidado debido a forma emulsiones.
59
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61
ANEXO.
ANEXO 1 ACTA DE DEFENZA
62
ANEXO 2 PLANIFICACION EXPERIMENTAL
PLANIFICACION DEL DISEÑO EXPERIMENTAL
FORMULACION DE LA HIPOTESIS
HIPÓTESIS.
En función a las variables del proceso como temperatura, variación de concentración mediante el
tiempo se obtendrá un modelo cinético que represente la reacción de transesterificacion de la
obtención de biodiesel.
1. OBJETIVO DE LA EXPERIMENTACIÓN.
Obtener y recopilar los datos cinéticos experimentales de la reacción de transesterificación
empleando grasa de llama, alcohol etílico e hidróxido de sodio.
2. SELECCIÓN DEL PROCESO.
Para obtener los datos cinéticos se usara mediante el proceso de transesterificacion.
El proceso generalmente está dividido en las siguientes etapas:

MEZCLA DEL METANOL Y EL CATALIZADOR

REACCIÓN DE TRANSESTERIFICACION.

SEPARACIÓN BIODIÉSEL

SEPARACIÓN METANOL

PURIFICACIÓN DEL BIODIÉSEL CRUDO
3. SELECCIÓN DE VARIABLES INDEPENDIENTES O CONTROLABLES.
63
PRUEBAS
ESTUDIO FENOMENOLÓGICO
Prueba para cada etapa.
1 prueba piloto
5 pruebas experimentales a distintos tiempos.
Posiblemente una repetición por prueba.
3 pruebas experimentales a distintas temperaturas.
VARIABLES INDEPENDIENTES
o Intensidad de agitación
o Relación de alcohol y materia prima
o Tiempo de reacción
o Tipo de catalizador
o Temperatura
4. DEFINICIÓN DE LA FASE EXPERIMENTAL.
VARIABLES
CONTROLABLES
o Intensidad de agitación
o Relación de alcohol y
materia prima
o Tiempo de reacción
o Tipo de catalizador
o Temperatura
TRANSESTERIFICACIÓN

Controlar la intensidad agitación.

Controlar la temperatura

Controlar el tiempo de reacción.

Controlar la formación de jabones
Medir la concentración
de triglicéridos,
digliceridos,
monogliceridos.
64
5. DEFINICIÓN DE LA VARIABLE RESPUESTA.
MANIPULACION DE LA VARIABLE
REGISTRO DE LA VARIABLE
INDEPENDIENTES
DEPENDIENTE
Obtención de datos tabulados de
Medición de la concentración de triglicéridos,
concentración y tiempos para el empleo a una
digliceridos, monogliceridos para distintos
curva cinética.
tiempos de proceso y temperaturas.
Se aplicara el método de cromatografía en un
laboratorio externo
6. VERIFICACIÓN DE TIPO DE EQUIPOS REQUERIDOS Y LA FORMA DE
CONTROL.
VARIABLE
QUE MEDIR
Intensidad de agitación
Agitación
Medir la intensidad de reacción
para evitar las espumas.
Alcohol/MP
Temperatura
Relación que se tiene a la
entrada
Variación de la temperatura
COMO MEDIR
Equipo que mida la revoluciones
(agitador magnético)
Proporciones a la entrada
Termopar-Baño Maria
(Lab. Ing Quimica-Alimentos)
Relación Catalizador en la
Catalizador
alimentación para evitar la
Concentración y alimentación
formación de jabones
El tiempo en el transcurso de la
Tiempo
reacción comprobando la
Cronometro.
formación de biodiesel.
Triglicéridos (dependiente)
Concentración de triglicéridos a
Medirlo en un laboratorio
distintas temperaturas
externo
65
7. PLANIFICACIÓN EXPERIMENTAL.








Preparación de las pruebas experimentales.
Preparación de la materia prima e insumos.
Obtención de biodiesel mediante el método de transesterificacion
Realización de las pruebas experimentales en distintos tiempos para medir su concentración.
Realización de las pruebas experimentales en diferentes temperaturas para medir su
concentración.
Preparación de las muestras para su análisis en un laboratorio externo.
Medición de la concentración de triglicéridos, digliceridos, monogliceridos en base a la
cromatografía de gases.
Obtención y recopilación de datos cinéticos en base a la cromatografía.
8. Realizar las pruebas de forma aleatoria (esto queda solo como subtítulo), pues usted
completará con su experimentación
9. ANÁLISIS ESTADÍSTICO DE LOS DATOS
OBTENCIÓN
TRATAMIENT
O
MODELO CINÉTICO
ESTADÍSTICO
DE LAS
CONSTANTE
S CINÉTICAS
Modelo a partir de mecanismos LangmuirHinshewood
Obtención de las
constantes a la
Contraste al mejor
modelo cinético
mejor
Modelo a partir de mecanismos Eley-Rideal
representación
cinética.
66
ANEXO 3 COMPROMISO DEL AUTOR
DECLARACIÓN DE AUTORIA
Yo, Joseas Ariel Mamani Perez con cédula de identidad 7338317 Or. estudiante regular de la
carrera de Ingeniería Química-Alimentos de la Facultad Nacional de Ingeniería – Universidad
Técnica de Oruro:
Declaro que el contenido del presente Trabajo de Graduación titulado “CINÉTICA DE
REACCIÓN DE TRANSESTERIFICACION PARA LA OBTENCION DE BIODIESEL A
PARTIR DE LA GRASA DE LLAMA” es mi trabajo personal elaborado con la ayuda de fuentes
y literatura citada en las referencias bibliográficas. Ante cualquier denuncia de plagio, copia o falta
a la fuente original, soy responsable personal del contenido, sin afectar a la Carrera o a la
Universidad y a cuantas instituciones hayan colaborado en dicho trabajo, asumiendo
personalmente las consecuencias derivadas de tales prácticas.
Oruro 26 de diciembre del 2021
Firma: ___________________________
67
ANEXO 4 CÁLCULO DEL ÍNDICE DE ACIDEZ.
MATERIALES Y MÉTODOS
Muestra de trabajo
La muestra de estudio estuvo integrada por cinco mayonesas, las cuales se recolectaron mediante un
muestreo aleatorio en tiendas de autoservicio ubicadas en las ciudades de Monterrey y San Nicolas de los
Garza, N.L. Se adquirió mayonesa Heinz, con jugo de limón en presentación de 190 gramos; mayonesa
McCormick, con omega 3, vitamina E y jugo de limones en presentación de 190 gramos; mayonesa
Hellmanns con jugo de limón, frasco de 228 gramos; mayonesa Great Value, con jugo de limones, en
presentación de 190 gramos.
Modelo para la Determinación del Índice de acidez.
En un matraz Erlenmeyer de 250 ml se pesaron 5 gramos de la mayonesa, con precisión de 0,0001 g usando
una balanza analítica Velab VE-204, se añadieron 50 ml de alcohol etílico absoluto CTR Scientific usando
una pipeta serológica de 50 ml marca Costar y 1 ml de Fenolftaleína al 1% p/v en etanol con una pipeta
serológica Pyrex con capacidad de 1 ml. Se depositó en el interior del matraz una barra magnética de 39 x
7 mm y el frasco se colocó sobre una base magnética Speedsafe, luego se aplicó agitación durante 5 minutos
para disponer de una solución homogénea.
Enseguida la mezcla homogénea se tituló frente a una solución estandarizada de Hidróxido de Potasio 0,1
N dispuesta en una bureta Kimax de 25 ml con llave de teflón. Durante la adición del titulante se aplico
agitación usando una base magnética Speedsafe, pero en la proximidad del punto de equivalencia la
solución de hidróxido se adicionó gota a gota y el matraz se agitó manualmente, en forma vigorosa. El
punto final de la titulación se estableció cuando el vire al color rosa dado por la fenolftaleína se mantuvo
durante un minuto.
El Índice de acidez (IA) se calculó aplicando la siguiente ecuación:
ÍNDICE DE ACIDEZ (I. A. ) =
(N)(V)(56,11)
(P)
Donde:
N: Normalidad de la solución de KOH utilizada en la titulación de la muestra
68
V: mililitros de la solución de KOH, gastados en la titulación de la muestra
56,11: equivalente de KOH
P: masa de la muestra en gramos
La Acidez total libre o Grado de acidez expresado como el porcentaje de ácido acético, se calculo con la
siguiente fórmula:
ACIDEZ TOTAL COMO % DE ÁCIDO ACÉTICO =
(N)(V)(0,060)
(P)
Donde:
N: Normalidad de la solución de KOH utilizada en la titulación de la muestra
V: mililitros de la solución de KOH, gastados en la titulación de la muestra
0,060: mili equivalentes de Ácido acético
P: masa de la muestra en gramos
CÁLCULO DEL ÍNDICE DE ACIDEZ.
Preparación de la solución de hidróxido de sodio.
𝑁=
𝑋𝐸𝑄−𝑔 ∗ 𝑛𝑆𝑜𝑙𝑢𝑡𝑜
𝑉𝑠𝑜𝑙𝑛
Para la preparación de la solución tomaremos las siguientes materias primas.




Matraz aforado de 50 ml
Hidróxido de sodio
Agua destilada.
Fenolftaleína
Calculo de la masa de sodio.
Volumen de solución = 50 ml (matraz aforado)
N=0,1 eq-g/L
𝑁 ∗ 𝑉𝑆𝑂𝐿𝑁 ∗ 𝑃𝑀
𝑚𝑁𝑎𝑂𝐻 =
𝑋𝐸𝑞−𝑔
g
0,1 eq − L ∗ 0,05𝐿 ∗ 40 𝑔/𝑚𝑜𝑙
𝑚𝑁𝑎𝑂𝐻 =
1𝐸𝑞−𝑔
𝑚𝑁𝑎𝑂𝐻 = 0,2 𝑔 𝑑𝑒 𝑁𝑎𝑂𝐻
69
Ilustración 22 Solución de Hidróxido de sodio
FUENTE 33 Elaboración Propia.
Para la obtención de índice de acidez se realizó mediante titulación teniendo los
siguientes datos:
Prueba Masa de
Grasa Usada
5,44 gr
1
7,59 gr
2
𝐼𝐴 =
Alcohol
etílico.
50 ml
50 ml
Volumen de
NaOH [ml]
9,2 ml
12,8 ml
𝑁 ∗ 𝑉 ∗ 𝑃𝑀𝑁𝑎𝑂𝐻
𝑚𝑔𝑟𝑎𝑠𝑎
Prueba 1
𝐼𝐴 =
0,1 𝑒𝑞 − 𝑔 ∗ 9,2𝑚𝑙 ∗ 40𝑔/𝑚𝑜𝑙𝑑𝑒 𝑁𝑎𝑂𝐻
5,44 𝑔𝑟 𝑑𝑒 𝑔𝑟𝑎𝑠𝑎
𝐼𝐴 = 6,76
𝑚𝑔 𝑁𝑎𝑂𝐻
𝑔𝑟 𝑑𝑒 𝑔𝑟𝑎𝑠𝑎
Prueba 1
𝐼𝐴 =
0,1 𝑒𝑞 − 𝑔 ∗ 12,8𝑚𝑙 ∗ 40 𝑑𝑒 𝑁𝑎𝑂𝐻
7,59 𝑔𝑟 𝑑𝑒 𝑔𝑟𝑎𝑠𝑎
𝐼𝐴 = 6,72
𝑚𝑔 𝑁𝑎𝑂𝐻
𝑔𝑟 𝑑𝑒 𝑔𝑟𝑎𝑠𝑎
70
ANEXO 5 INLASA
71
ANEXO 6 PESO MOLECULAR
𝑀 = 56,1 ∗ 1000 ∗
3
𝐼𝑆 − 𝐼𝐴
Donde:
𝑔
)
𝑚𝑜𝑙
𝑀 = 𝑀𝑎𝑠𝑎 𝑀𝑜𝑙𝑎𝑟 (
𝐼𝑆 = 𝐼𝑛𝑑𝑖𝑐𝑒 𝑑𝑒 𝑆𝑎𝑝𝑜𝑛𝑖𝑓𝑖𝑐𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 (
𝑚𝑔 𝐾𝑂𝐻
)
𝑔 𝐺𝑟𝑎𝑠𝑎
𝑚𝑔 𝐾𝑂𝐻
𝐼𝐴 = 𝐼𝑛𝑑𝑖𝑐𝑒 𝑑𝑒 𝑎𝑐𝑖𝑑𝑒𝑧 (
)
𝑔 𝐺𝑟𝑎𝑠𝑎
PARAMETRO
VALOR
Índice de acidez [IA]
6,76 mg NaOH/g de grasa
Índice de saponificación [IS]
193,72 mg KOH/ g de grasa
Transformando:
𝐼𝑆 = 193,72
𝑚𝑔𝐾𝑂𝐻
1 𝑚𝑜𝑙 𝑑𝑒 𝑂𝐻 40 𝑔 𝑑𝑒 𝑁𝑎𝑂𝐻
∗
∗
𝐺 𝑑𝑒 𝑔𝑟𝑎𝑠𝑎 56 𝑔 𝑑𝑒 𝐾𝑂𝐻 1 𝑚𝑜𝑙 𝑑𝑒 𝑂𝐻
𝐼𝑆 = 138,37
𝑀 = 40 ∗ 1000 ∗
𝑚𝑔 𝑑𝑒𝑁𝑎𝑂𝐻
𝑔 𝑑𝑒 𝑔𝑟𝑎𝑠𝑎
3
𝑚𝑔 𝑑𝑒𝑁𝑎𝑂𝐻
mgNaOH
138,37
− 6,76
𝑔 𝑑𝑒 𝑔𝑟𝑎𝑠𝑎
g de grasa
𝑀𝐺𝑟𝑎𝑠𝑎 = 911,775
𝑔
𝑑𝑒 𝑔𝑟𝑎𝑠𝑎
𝑚𝑜𝑙
72
ANEXO 7 DENSIDAD.
Para la densidad se realizó mediante el método tradicional midiendo volumen con una probeta
volumétrica y pesando la misma mediante una balanza.
Donde:
𝜌𝐺𝑟𝑎𝑠𝑎 =
𝑚
𝑉
Masa de la probeta
𝑚𝑃𝑟𝑜𝑏𝑒𝑡𝑎 = 80,37 𝑔𝑟
Masa de la grasa más la probeta
𝑚𝑃𝑟𝑜𝑏𝑒𝑡𝑎 = 88,62 𝑔𝑟
Masa de la grasa:
𝑚𝐺𝑟𝑎𝑠𝑎 = 88,62 𝑔𝑟 − 80,37 𝑔𝑟
𝑚𝐺𝑟𝑎𝑠𝑎 = 8,25 𝑔𝑟
Volumen de la grasa
𝑉 = 10 𝑚𝑙
Densidad:
𝜌𝐺𝑟𝑎𝑠𝑎 =
8,25 𝑔𝑟
10 𝑚𝑙
𝜌𝐺𝑟𝑎𝑠𝑎 = 0,825
𝑔𝑟
𝑚𝑙
73
ANEXO 8 CÁLCULO DE LAS CANTIDADES REQUERIDAS PARA LAS PRUEBAS
EXPERIMENTALES.
De acuerdo a los materiales y equipos utilizados se tiene la siguiente asignación:
Compuesto
Grasa
Alcohol
Peso molecular
911.775
46,069
Densidad
0,825
0,789
Cantidad
100 gr
ESTERIFICACIÓN
De acuerdo a la reacción de esterificación:
Mediante el catalizador ácido:
𝑇𝐺 + 𝐸𝑇 ↔ 𝑇
Calculando la masa de grasa:
𝑉𝐺𝑟𝑎𝑠𝑎 =
𝑉𝐺𝑟𝑎𝑠𝑎 =
𝑚𝐺𝑟𝑎𝑠𝑎
𝜌𝐺𝑟𝑎𝑠𝑎
100 𝑔𝑟
𝑔𝑟
0,825
𝑚𝑙
El volumen es:
𝑉𝐺𝑟𝑎𝑠𝑎 = 121,12 𝑚𝑙 𝑑𝑒 𝑔𝑟𝑎𝑠𝑎.
Calculo de la cantidad de alcohol mediante una relación estequiometria:
Para este punto solamente es necesario 1 mol de alcohol sin excesos.
𝑚𝐴𝑙𝑐𝑜ℎ𝑜𝑙 = 100 𝑔𝑟 𝑑𝑒 𝑔𝑟𝑎𝑠𝑎 ∗
46,069 𝑔𝑟 𝑑𝑒 𝐴𝑙𝑐𝑜ℎ𝑜𝑙
911,775 𝑔𝑟 𝑑𝑒 𝑔𝑟𝑎𝑠𝑎
𝑚𝐴𝑙𝑐𝑜ℎ𝑜𝑙 = 5,052 𝑔𝑟 𝑑𝑒 𝑎𝑙𝑐𝑜ℎ𝑜𝑙.
Cálculo del volumen de alcohol etílico.
𝑉𝐴𝑙𝑐𝑜ℎ𝑜𝑙 =
𝑚𝐴𝑙𝑐𝑜ℎ𝑜𝑙
𝜌𝐴𝑙𝑐𝑜ℎ𝑜𝑙
𝑉𝐴𝑙𝑐𝑜ℎ𝑜𝑙 =
5,052 𝑔𝑟
𝑔𝑟
0,789
𝑚𝑙
74
𝑉𝐴𝑙𝑐𝑜ℎ𝑜𝑙 = 6,4 𝑚𝑙 𝑑𝑒 𝑎𝑙𝑐𝑜ℎ𝑜𝑙 .
Cálculo del ácido sulfúrico requerido.
Según datos experimentales es necesario del 0,5% en base a la masa requerida.
𝑚𝐻2 𝑆𝑂4 = 100 𝑔𝑟 𝑑𝑒 𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎 ∗
0.5 𝑔𝑟 𝑑𝑒 á𝑐𝑖𝑑𝑜
100 𝑔𝑟 𝑑𝑒 𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎
𝑚𝐻2 𝑆𝑂4 = 0,5 𝑔𝑟 𝑑𝑒 𝐻2 𝑆𝑂4
En volumen se tiene 1 N de solución.
𝑁=𝑋∗
𝑛
𝑉𝑆𝑜𝑙𝑛
Cálculo del volumen:
𝑉𝑆𝑜𝑙𝑛 =
2
𝑉𝑆𝑜𝑙𝑛 =
𝑋∗𝑛
𝑁
𝑒𝑞 − 𝑔 0,5 𝑔𝑟
∗
𝑔𝑟
𝑚𝑜𝑙
98
𝑚𝑜𝑙
𝑒𝑞 − 𝑔
1
𝐿
𝑉𝑆𝑜𝑙𝑛 = 0,0102 𝐿
Convirtiendo en mililitros:
𝑉𝑆𝑜𝑙𝑛 = 10,204 𝑚𝑙 𝑑𝑒 𝐻2 𝑆𝑂4
TRANSESTERIFICACIÓN
𝑇𝐺 + 3 𝐸𝑇 ↔ 3 𝐵 + 𝐺
Tomando la misma cantidad de grasa hallamos la cantidad de alcohol que se debe utilizar.
Para esto utilizamos la relación 6:1 moles de alcohol por mol de grasa respectivamente indicando
un 100% de exceso.
𝑚𝐴𝑙𝑐𝑜ℎ𝑜𝑙 = 100 𝑔𝑟 𝑑𝑒 𝑔𝑟𝑎𝑠𝑎 ∗
46,069 𝑔𝑟 𝑑𝑒 𝐴𝑙𝑐𝑜ℎ𝑜𝑙 6
∗
911,775 𝑔𝑟 𝑑𝑒 𝑔𝑟𝑎𝑠𝑎 1
75
𝑚𝐴𝑙𝑐𝑜ℎ𝑜𝑙 = 30,316 𝑔𝑟 𝑑𝑒 𝑎𝑙𝑐𝑜ℎ𝑜𝑙.
Cálculo del volumen de alcohol etílico.
𝑉𝐴𝑙𝑐𝑜ℎ𝑜𝑙 =
𝑉𝐴𝑙𝑐𝑜ℎ𝑜𝑙 =
𝑚𝐴𝑙𝑐𝑜ℎ𝑜𝑙
𝜌𝐴𝑙𝑐𝑜ℎ𝑜𝑙
30,316 𝑔𝑟
𝑔𝑟
0,789
𝑚𝑙
𝑉𝐴𝑙𝑐𝑜ℎ𝑜𝑙 = 38,423 𝑚𝑙 𝑑𝑒 𝐴𝑙𝑐𝑜ℎ𝑜𝑙 𝑒𝑡𝑖𝑙𝑖𝑐𝑜.
Cálculo de hidróxido de sodio
Calculo de la cantidad de hidróxido de sodio para neutralizar los ácidos grasos libres para eso
utilizaremos el índice de acidez.
𝐼𝐴 = 6,76
𝑚𝑔 𝑑𝑒 𝑁𝑎𝑂𝐻
𝑔𝑟 𝑑𝑒 𝑔𝑟𝑎𝑠𝑎.
Ajustando a la relación estequiometria:
𝑚𝑁𝑎𝑂𝐻 = 100𝑔 𝑑𝑒 𝑔𝑟𝑎𝑠𝑎 ∗
6,76 𝑚𝑔 𝑑𝑒 𝑁𝑎𝑂𝐻
1000 𝑚𝑔 𝑑𝑒 𝑁𝑎𝑂𝐻
𝑚𝑁𝑎𝑂𝐻 = 0,676 𝑔 𝑑𝑒 𝑁𝑎𝑂𝐻
Cálculo de hidróxido que actué como catalizador:
𝑚𝑁𝑎𝑂𝐻 = 100𝑔 𝑑𝑒 𝑔𝑟𝑎𝑠𝑎 ∗
0,5 𝑔𝑟 𝑑𝑒 𝑁𝑎𝑂𝐻
100 𝑔𝑟 𝑑𝑒 𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎
𝑚𝑁𝑎𝑂𝐻 = 0,5 𝑔𝑟 𝑑𝑒 𝑁𝑎𝑂𝐻
Sumando:
𝑚𝑁𝑎𝑂𝐻 = 0,676 𝑔 𝑑𝑒 𝑁𝑎𝑂𝐻 + 0,5 𝑔𝑟 𝑑𝑒 𝑁𝑎𝑂𝐻
Se tiene:
𝑚𝑁𝑎𝑂𝐻 = 1,176 𝑔 𝑑𝑒 𝑁𝑎𝑂𝐻
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ANEXO 9 SOLICITUD DE USO DE LABORATORIO
Oruro, Diciembre 15 de 2021
Señor:
Msc.Ing. AMUSKIVAR FERNANDEZ JORGE BERNABE
DOCENTE DE LA CARRERA DE INGENIERÍA QUÍMICA
FACULTAD NACIONAL DE INGENIERÍA
Presente.-
Ref.- SOLICITUD DE USO DE LABORATORIO DE DISEÑO DE REACTORES
Distinguido Docente:
Mediante la presente le hago llegar un saludo cordial deseándole éxito en las funciones que
desempeña.
Por este medio me dirijo a su persona para solicitarle el uso de laboratorio de Diseño de
Reactores para la realización de pruebas experimentales necesarias para el tema de “Estudio
cinético de la reacción de transesterificación para la obtención de biodiesel a partir de la grasa
de llama” comprometiéndome a cuidar los equipos asignados y maniobrarlos de manera segura y
rigurosa.
Sin otro particular me despido deseando de antemano su muy buena disposición.
Univ. Joseas Ariel Mamani Perez
C.I.7338317 Or.
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