7/23/2019 perfil-de-tesis-optimizacion-de-biodiesel-PDF pedro.pdf
1/53
UNIVERSIDAD NACIONAL DE HUANCAVELICA(Creada por Ley N. 25265)
FACULTAD DE CIENCIAS AGRARIAS
ESCUELA ACADMICO PROFESIONAL DE INGENIERAAGROINDUSTRIAL
ESPECIALIDAD DE INGENIERA AGROINDUSTRIAL
PROYECTO DE INVESTIGACION CIENTIFICA
7/23/2019 perfil-de-tesis-optimizacion-de-biodiesel-PDF pedro.pdf
2/53
NDICE
CAPITULO I: PROBLEMA .................................................................................................. 5
1.1. Planteamiento del Problema ...................................................................................... 5
1.2. Formulacin del Problema ......................................................................................... 7
1.3. Objetivo: ..................................................................................................................... 7
1.3.1. Objetivo General ........................................................................................... 7
1.3.2. Objetivo Especfico ....................................................................................... 7
1.4. Justificacin ............................................................................................................... 8
CAPITULO II: MARCO TERICO .................................................................................... 10
2.1. Antecedentes ........................................................................................................... 10
2.2. Bases Tericas ........................................................................................................ 12
2.2.1. Caractersticas generales de la chirimoya .................................................. 12
2 2 1 1 Cl ifi i b t i 13
7/23/2019 perfil-de-tesis-optimizacion-de-biodiesel-PDF pedro.pdf
3/53
2.2.9. Transesterificacin ...................................................................................... 21
2.2.9.1. Catlisis de la reaccin de transesterificacin ............................ 22
2.2.9.2. Catlisis homognea bsica ....................................................... 23
2.2.10. Decantacin o separacin de fases ............................................................ 25
2.2.11. Lavado del biodiesel ................................................................................... 25
2.2.12. Secado........................................................................................................ 25
2.2.13. Variables que afectan al proceso de transesterificacin ............................. 26
2.2.13.1. Acidez y humedad ...................................................................... 26
2.2.13.2. Tipo de catalizador y concentracin ........................................... 26
2.2.13.3. Relacin molar de alcohol-aceite y tipo de alcohol ..................... 28
2.2.13.4. Efecto del tiempo y temperatura ................................................. 29
2.2.14. Caractersticas de calidad del biodiesel ...................................................... 30
7/23/2019 perfil-de-tesis-optimizacion-de-biodiesel-PDF pedro.pdf
4/53
2.6. Definicin Operativa De Variables E Indicadores .................................................... 36
CAPTULO III: METODOLOGA DE LA INVESTIGACIN .............................................. 37
3.1. mbito De Estudio ................................................................................................... 37
3.2. Tipo De Investigacin .............................................................................................. 37
3.3. Nivel De Investigacin ............................................................................................. 37
3.4. Mtodo De Investigacin ......................................................................................... 37
3.5. Diseo De Investigacin .......................................................................................... 38
3.6. Poblacin, Muestra, Muestreo ................................................................................. 39
3.6.1. Poblacin .................................................................................................... 39
3.6.2. Muestra ....................................................................................................... 39
3.6.3. Muestreo ..................................................................................................... 39
3.7. Tcnicas e Instrumentos De Recoleccin De Datos ................................................ 39
7/23/2019 perfil-de-tesis-optimizacion-de-biodiesel-PDF pedro.pdf
5/53
CAPITULO I: PROBLEMA
1.1.Planteamiento del Problema
El impacto ocasionado en el medio ambiente por el uso de hidrocarburos y
combustibles fsiles ha motivado la necesidad de buscar otros tipos de energas
sostenibles. El biodiesel representa una de las alternativas ms interesantes, al
reemplazar parcial o totalmente el disel de origen mineral.
En la produccin de biodiesel obtenido partir del aceite de semillas de chirimoya nace
como una alternativa a falta disponibilidad de combustibles fsiles y contrarrestar el
cambio climtico, pero en un grado insipiente, porque las condiciones ptimas de su
produccin no estn definidas precisamente para tal fuente oleaginosa, ya que se
asemejan a otras producciones ya optimizadas de la produccin de biodiesel y su
di i t i i i
7/23/2019 perfil-de-tesis-optimizacion-de-biodiesel-PDF pedro.pdf
6/53
reaccin de transesterificacin se ve afectado por la variacin de los niveles del factor
concentracin del catalizador (CC), situacin que no se presenta con la variacin del
factor relacin molar alcohol : aceit (REA). Al existir interaccin entre los factores,
no todas las combinaciones de los tratamientos presentan el mismo efecto en el
rendimiento de biodiesel (Zuleta et al., 2008).Existe otro aspecto que es necesario considerar a la hora de fijar la cantidad de
alcohol a utilizar, el alcohol no se solubiliza en los triglicridos en proporciones
molares mayores de 3:1, lo que provoca, al principio de la reaccin, la existencia de
tres fases, en el caso de la utilizacin de un catalizador slido. La existencia de tres
fases en el momento inicial de la reaccin dificulta el contacto entre ambos reactivos
y el catalizador (Vicente et al., 2001). En la reaccin de transesterificacin son
necesarias 3 moles de alcohol por cada mol de triglicridos. En la prctica, se utiliza
siempre exceso de alcohol, la conversin de equilibrio de este proceso es usualmente
baja a temperaturas moderadas (Ma et al.,1998).
La presencia de cidos grasos libres y agua produce efectos negativos como son la
7/23/2019 perfil-de-tesis-optimizacion-de-biodiesel-PDF pedro.pdf
7/53
biodiesel, es por tal razn que se plantea el presente proyecto de investigacin, con
el objetivo de evaluar el efecto de las variables como son: la temperatura,
concentracin del catalizador, relacin molar alcohol : aceite y tiempo en el proceso
de transesterificacin de esta manera maximizar el rendimiento y poder calrico de
biodiesel obtenido a partir del aceite de semilla de chirimoya (Annona cherimola).
1.2.Formulacin del Problema
Qu efecto tienen la temperatura, concentracin del catalizador, relacin molar
alcohol : aceite y tiempo de transesterificacin en el rendimiento de biodiesel obtenido
a partir del aceite de semilla de chirimoya (Annona cherimola)?
1.3.Objetivo:
1.3.1. Objetivo General
Evaluar el efecto de la temperatura, concentracin del catalizador, relacin
molar alcohol: aceite y tiempo de transesterificacin en el rendimiento y poder
7/23/2019 perfil-de-tesis-optimizacion-de-biodiesel-PDF pedro.pdf
8/53
- Determinar los rangos de temperatura, concentracin de catalizador, la
relacin de alcohol : aceite y tiempo, que optimicen el proceso de
transesterificacin que por ende maximicen el rendimiento y poder
calrico de biodiesel obtenido del aceite de semilla de chirimoya (Annona
cherimola).
- Caracterizar el biodiesel de mayor rendimiento y poder calrico.
1.4. Justificacin
En el presente proyecto de investigacin se justifica en la necesidad de evaluar el
efecto las variables como son: El tiempo, la temperatura, la relacin molar alcohol :
aceite y la concentracin de catalizador en proceso de transesterificacin, con el
objetivo de optimizar el mismo proceso, que por efecto maximice el rendimiento del
biodiesel y poder calrico obtenido a partir del aceite de semillas de chirimoya
(Annona cherimola)
El biodiesel obtenido a partir de las semillas de chirimoya posee caractersticas
7/23/2019 perfil-de-tesis-optimizacion-de-biodiesel-PDF pedro.pdf
9/53
catalizador, 5. Velocidad de agitacin. Adems La reaccin de transesterificacin se
puede optimizar tambin con la eleccin del alcohol a utilizar y la relacin molar
alcohol aceite, la eleccin del catalizador ms adecuado, la temperatura y presin de
la reaccin y por ltimo, el tiempo de reaccin.
La relacin molar alcohol: aceit es una das variables ms importantes que afectan el
rendimiento de la reaccin. Segn su estequiometria, la reaccin de
transesterificacin requiere 3 moles de un alcohol y 1 mol de triglicridos para dar 3
moles de ster monoalqulico de cido graso y 1 mol de glicerina. Sin embargo,
considerando que la reaccin de transesterificacin es un equilibrio qumico, se
puede conseguir un desplazamiento del mismo a la derecha utilizando relaciones
metanol: aceit superiores a la estequiomtrica. Cuando se utiliza un 100% de
exceso de alcohol, la reaccin transcurre a una alta velocidad llegndose tambin a
altos rendimientos de steres metlicos (biodiesel).
En la actualidad existen muchos estudios que han descubierto la diversidad de
fuentes oleaginosas no comestibles, la cual es destinada para su transformacin a
7/23/2019 perfil-de-tesis-optimizacion-de-biodiesel-PDF pedro.pdf
10/53
CAPITULO II: MARCO TERICO
2.1.Antecedentes
Segn Romero et al., (2009) en su investigacin Obtencin y caracterizacin del
aceite de semillas de frutos de chirimoya (Annona cherimolla) y su
transformacin a biodiesel, realizaron la caracterizacin fisicoqumica del aceite
de semillas de chirimoya en las semillas de chirimoya tiene una longitud (1.87 0.13
cm), adems el rendimiento de la extraccin del aceite de la almendra y cscara de lasemilla de (Annona cherimola) por el mtodo de Soxhlet y maceracin fue de
22.8889% y, 0.6152% respectivamente, lo cual indica que se obtiene mayores
rendimientos con el mtodo de Soxhlet ya que se aplica calor para la extraccin y de
la cscara se obtiene un rendimiento pobre. El aceite de las semillas de (Annona
h i l )
7/23/2019 perfil-de-tesis-optimizacion-de-biodiesel-PDF pedro.pdf
11/53
mediante transesterificacin bsica con etanol. Que se trabaj con El aceite de palma
africana utilizado en el proyecto present una acidez de 2.372% y una humedad de
0.251%, valores que aunque son manejables en la reaccin de transesterificacin,
disminuyen el rendimiento de biodiesel. Se utiliz un diseo factorial 32. Los factores
de entrada fueron la relacin etanol/aceite y la concentracin de catalizador, mientras
que el factor de salida fue el rendimiento de biodiesel. A partir del diseo
experimental se realiz un anlisis de varianza y un anlisis de superficie de
respuesta. La concentracin de catalizador tiene efectos principales sobre el
rendimiento de biodiesel, mientras que la relacin etanol/aceite no tiene efecto
principal; existe interaccin entre estas variables. Las mejores condiciones son 0.59
% de catalizador y una relacin molar etanol/aceite de 6.0, para un rendimiento de
biodiesel del 77.21%.
Segn Del guila et al. (2011) En su investigacin Evaluacin por el mtodo de
superficie de respuesta del efecto de la temperatura y tiempo de
transesterificacin en el rendimiento y poder calrico del biodiesel obtenido a
7/23/2019 perfil-de-tesis-optimizacion-de-biodiesel-PDF pedro.pdf
12/53
0,011 % peso y glicerina total: 0,212 % peso, cumplen con lo establecido en dichas
normas.
Tambin se realizaron estudios de la metanlisis del aceite de soja usado, ha
obtenido 85% de rendimiento de esteres, con una concentracin de 1,3% de
hidrxido potsico cuando se compar con hidrxido de sodio, a 25C de
temperatura, en relaciones molares desde 4.5 hasta 9:1 con metanol (Tomasevic,
2001).
(Yuan et al., 2008). Usando la metodologa de superficie de respuesta, encontr los
resultados. Con la catlisis alcalina, el porcentaje en peso de catalizador entre 0.5 y
1%, alcanza rendimientos entre 94 y 99% de obtencin de alquilsteres.
La conversin aumenta con el tiempo de reaccin. (Freedman et al.1984) realizo la
transesterificacin del aceite de cacahuete, semilla de algodn, girasol y soja con una
relacin molar de 6:1 de metanol, con un catalizador de metxido sdico al 0.5% a
60C segn el autor. Despus de 1 minuto se observ un rendimiento de
aproximadamente el 80% para la soja y el girasol, despus de una hora la conversin
7/23/2019 perfil-de-tesis-optimizacion-de-biodiesel-PDF pedro.pdf
13/53
La planta tiene una longevidad de 15 aos aproximadamente y entra en
produccin a los tres o cuatro aos.
2.2.1.1. Clasificacin botnica
De acuerdo a Cdigo internacional de nomenclatura botnica
(C.I.N.B.) la clasificacin es la siguiente:
Reino : Plantae
Divisin : Magnoliophyta
Clase : Magnoliopsida
Orden : Magnoliales
Familia : Annonaceae
Subfamilia : Annonoideae
Gnero : Annona
Especie :Annona cherimola
7/23/2019 perfil-de-tesis-optimizacion-de-biodiesel-PDF pedro.pdf
14/53
anonceas tienen un efector farmacolgico beneficioso, por ejemplo
contra algunos tipos de canceres.
-Dos nuevas acetogeninas adyacentes bis-tetrahidrofurnicas,
citotxicas, denominadas molvizarin y motrilin, han sido
aisladas del extracto metanlico de las semillas de Annona
cherimolia (Cortes et al.1991).
-Dos nuevas acetogeninas no adyacentes bis-tetrahidrofurnicas,
cherimolin-2 y almunequin, han sido aisladas del extracto
metanlico bioactivo de las semillas de Annona cherimolia
(Cortes et al.1993).
-Efecto citotxico de las semillas de Annona cherimola en cultivos
de cncer de crvix, mama y leucemia mieloide crnica (Quispe
et al.2009)
-Se ha reportado que la Annona cherimola posee diversos
compuestos naturales de inters biolgico tales como
7/23/2019 perfil-de-tesis-optimizacion-de-biodiesel-PDF pedro.pdf
15/53
2.2.3.1. Utilidad de aceite de semillas de chirimoya
Se realizaron investigaciones de aceite de semilla de chirimoya
referentes al aprovechamiento destinado tanto como fuente
alimenticia como no alimenticia.
En cuanto al rendimiento de aceite extrado de las semillas de
chirimoya por el mtodo de soxhlet (para la parte de almendra) y
maceracin (para la parte de la cascara) fueron de 22.888% y
0.6152% respectivamente que fueron destinados como materia
prima para la obtencin de biodiesel que obtuvieron un rendimiento
de 84% con caractersticas aceptables para el mercado de
biocombustibles. (Romero et al.,(2009))
(Restrepo & Vinasco 2010) En esta investigacin que el objetivo fue
la evaluacin fisicoqumica de la fraccin lipdica, los resultados
muestra que poseen un contenido de aceite (22%) similar a las
semillas de algodn (23%) y la soya (18%) y ms alto que el maz
7/23/2019 perfil-de-tesis-optimizacion-de-biodiesel-PDF pedro.pdf
16/53
Tabla N2: Anlisis fisicoqumico del extracto lipdico de lassemillas deAnnona cherimolia
Anlisis Chirimoya (Annona
cherimola)
% extracto estero 22 0.4
ndice de refraccin (a 30 C) 1.4599 0.001ndice de yodo 84.7 0.8
Fosforo (ppm) 289 0.9
ndice de cidos graso (mg NaOH/g) 5.7 0.2
Acidez (% cido oleico) 4.0 0.7
Fuente: Restrepo & Vinasco., (2010)
En las tablas se tiene los datos que son apropiados y cumplen los
requerimientos para ser utilizados como fuente de materia prima
para la su transformacin a biodiesel.
7/23/2019 perfil-de-tesis-optimizacion-de-biodiesel-PDF pedro.pdf
17/53
El biodiesel es un combustible compuesto por esteres mono-alqulicos de
cidos grasos de cadena larga derivado de aceites y grasas vegetales o
animales, designado B100.(NTP., 2008)
La ASTM (American Standars For Testing And Materials) lo define como
esteres monoalquilicos de cidos grasos de cadena larga derivados de
lpidos renovables tales como aceite vegetales y que se emplean en los
motores de ignicin de compresin (motores disel) o en caldera de
calefaccin
Este combustible puede utilizarse puro (B100, conocido como gasoil verde),
o en mesclas de diferentes concentraciones con el disel del, petrleo, la
mezcla ms utilizada en nuestros das es el 20%, es decir 20 partes de ter
vegetal y 80 partes de petrodiesel. Cuando se utiliza como aditivo sus
concentraciones normalmente no superan el 5% (Stratta, 2000; Demirbas,
2007)
Uno de los principales beneficios del biodiesel es su bajo contenido de azufre
7/23/2019 perfil-de-tesis-optimizacion-de-biodiesel-PDF pedro.pdf
18/53
-Aceite de frutos oleaginosos:palma y pin.
-Aceite de semillas oleaginosas alternativas: brassica carinta, camelina
sativa, pogianus.
-Aceite de semillas oleaginosas modificadas genticamente: aceite de
girasol de alto oleico
-Aceites reciclado e cocina.
2. Grasa animales: sebo de distintas calidades
Adems la norma europea EN 14214:2013 V2 determina que cualquier
fuente de triglicridos de origen animal o vegetal, incluyendo aceites de fritura
usados, puede ser usado para la obtencin de biodiesel.
2.2.6.1. Aceites de origen vegetal de primer uso
Luego de la molienda de la planta oleaginosa, se obtiene el aceite
crudo sin refinar, con el cual ya se puede elaborar biodiesel. Este
aceite es ms barato que el aceite refinado, pero puede contener
7/23/2019 perfil-de-tesis-optimizacion-de-biodiesel-PDF pedro.pdf
19/53
causar la saponificacin de ester y consumir el catalizador y reducir la
eficacia del mismo adems la presencia de agua tiene un efecto negativo
mayor que los cidos grasos libres. (Ma et al., 1998) indicaron que el
contenido en de agua debe de estar por debajo de 0.06% para asegurar una
correcta reaccin y as evitar la formacin de jabn. Para una mejor
eficiencia el contenido mximo de cidos grasos libres debe de ser 0.5%
(CORPODIB, 2003). Segn (Zhang et al., 2003) citado en Castro & Coello
(2007) un contenido de cidos grasos libres superior al 0,5% p/p tienen
influencia en la eficiencia del proceso de transesterificacin (menor es la
conversin), por lo tanto es muy probable que no se llevara a cabo el proceso
de saponificacin y se favoreciera en mayor parte la transesterificacin del
triglicrido. El ndice de acides inferior al 2% es un dato que revela que es un
lmite suficiente para permitir la obtencin de biodiesel (como esteres
metlicos de cidos grasos) por la reaccin de transesterificacin alcalina.
Cuadro N1: efecto del aceite en la en la produccin de biodiesel.Ef t b l d d i
7/23/2019 perfil-de-tesis-optimizacion-de-biodiesel-PDF pedro.pdf
20/53
2.2.8. Mtodos de obtencin de biodiesel
Los mtodos que se utilizan para transformacin de los aceites vegetales en
carburantes son cuatro, pero el mtodo de transesterificacin es donde
realmente se obtiene un verdadero biodiesel, los cuatro mtodos son:
Cuadro N2: Diferentes mtodos de produccin de biodiesel.Mtodos
Uso directo y mezcla con gasleoDefinicin Uso directo como combustible disel o mezcla con gasleo
VentajasNaturaleza lquida-portabilidadContenido de calor (80% del combustible disel)Fcilmente disponibles. Renovable
DesventajasMayor viscosidadBaja volatilidadReactividad de las cadenas de hidrocarburos insaturadas
Problemas deutilizacin en
Formacin de coqueDepsitos de carbonoFormacin de un anillo de lubricacin adherente en el
7/23/2019 perfil-de-tesis-optimizacion-de-biodiesel-PDF pedro.pdf
21/53
DefinicinReaccin de un aceite o grasa con un alcohol en presenciade un catalizador para formar steres y glicerina
Ventajas
RenovableMayor nmero de cetanoMenos emisionesAlta eficiencia de combustin
Desventajas Eliminacin de subproductos (glicerina y aguas residuales)Fuente: Singh, (2010).
2.2.9. Transesterificacin
En la reaccin de transesterificacin de un aceite o grasa animal, los
triglicridos reaccionan con un alcohol, generalmente metanol o etanol,
produciendo steres (biodiesel) y glicerina. Para que la reaccin transcurra a
una velocidad adecuada, es necesaria la presencia de un catalizador en el
medio (Marchetti et al., 2007).
7/23/2019 perfil-de-tesis-optimizacion-de-biodiesel-PDF pedro.pdf
22/53
Figura 2: etapas de la reaccin de transesterificacin de un triglicerido.En el primer paso, de los triglicridos se obtiene el diglicrido, a continuacin,
del diglicrido se produce el monoglicrido y en el ltimo paso, de los
monoglicridos se obtiene la glicerina. Como consecuencia de lo anterior,durante el proceso se liberan tres molculas de steres metlicos, es decir,
tres molculas de biodiesel. La relacin estequiomtrica entre el alcohol y el
aceite es 3:1. Sin embargo, dado el carcter reversible de las reacciones, un
exceso del alcohol es apropiado para desplazar la reaccin hacia la derecha,
7/23/2019 perfil-de-tesis-optimizacion-de-biodiesel-PDF pedro.pdf
23/53
velocidad de la reaccin sigue siendo baja, por lo que se precisa de
la presencia de un catalizador que acelere la reaccin.
Los catalizadores se pueden clasificar en tres tipos, homogneos,
heterogneos y enzimticos dentro de los primeros y el segundo se
diferencia tanto cido como bsico presentando caractersticas
diferentes y siendo favorecidos cada uno por diferentes condiciones
de reaccin (Leung, et al.,2010)
2.2.9.2. Catlisis homognea bsica
Los catalizadores homogneos son aquellos que son solubles enlos alcoholes utilizados para la reaccin de transesterificacin.
Concretamente los catalizadores homogneos bsicos suelen ser
sustancias con carcter bsico fuerte, el mecanismo de la reaccin
de transesterificacin cuando se usa este tipo de catalizadores y
7/23/2019 perfil-de-tesis-optimizacion-de-biodiesel-PDF pedro.pdf
24/53
7/23/2019 perfil-de-tesis-optimizacion-de-biodiesel-PDF pedro.pdf
25/53
para evitar este fenmeno se puede utilizar directamente los
metxido de potasio y sodio. Con estos catalizadores se evita el
paso previo descrito en el mecanismo de la figura (3) evitando as la
formacin de cierta cantidad de agua. Sin embargo, con estos
compuestos es necesario mayor cuidado pues son muy
hidroscopicos, txicos e inflamables, adems de ser ms costosos.
2.2.10. Decantacin o separacin de fases
Al final de la reaccin existen dos productos principales glicerina y esteres.
Estos dos productos tienen densidades diferentes. Los esteres tiene
densidades de orden 0,83 g/cm3, mientras que el glicerol tiene una densidadde orden de 1,05 g/ cm3 o ms. La densidad de la fase de glicerol depende d
la cantidad de alcohol, agua y catalizador que contenga. Esta diferencia de
densidad es suficiente para que las faces puedan ser separadas por
gravedad en un decantador. La glicerina arrastra consigo la mayor parte del
7/23/2019 perfil-de-tesis-optimizacion-de-biodiesel-PDF pedro.pdf
26/53
Por ltimo, el biodiesel sufre un proceso de secado antes de ser enviado para
almacenamiento. En algunos sistemas industriales, se procede aun a la
destilacin del biodiesel con vista a la obtencin de un producto de mayor
pureza (CORPODIB., 2003)
El proceso de secado, se lleva a cabo a 90 C en un tanque de secado por un
tiempo de 15 minutos, con la finalidad de eliminar el contenido de agua
presente en el biodiesel. (INA., 2012)
2.2.13. Variables que afectan al proceso de transesterificacin
El proceso de transformacin de aceite a biodiesel se basa en el proceso de
transesterificacin, en la cual se resaltan variables ms relevantes (Ma, 1999)- Materia prima
- Temperatura de la reaccin
- Relacin molar alcohol: aceite vegetal;
- Tipo y cantidad del catalizador;
7/23/2019 perfil-de-tesis-optimizacion-de-biodiesel-PDF pedro.pdf
27/53
La transesterificacin de los triglicridos requiere la presencia de
un catalizador adecuado. Los catalizadores utilizados son
clasificados de la siguiente manera:
a)Catalizadores alcalinos: entre los que se encuentra el hidrxido
de sodio (NaOH), hidrxido de potasio (KOH), metilato de
sodio (NaOMe).
b)Catalizadores cidos: tenemos el cido sulfrico, cido
fosfrico, cido clorhdrico, cido sulfonico.
c)Catalizadores enzimticos: lipasas
d)Catalizadores heterogneos:catalizadores en fase slida.
Catalizadores alcalinos, en este tipo de catalizadores es muy
importante que los catalizadores se mantengan en un estado
anhdrido. Debe evitarse su contacto prolongado con el aire, pues
este disminuye su efectividad debido a la interaccin con la
7/23/2019 perfil-de-tesis-optimizacion-de-biodiesel-PDF pedro.pdf
28/53
Es caustico e irritante, hidroscopio (adsorbe humedad del medio
ambiente), lo cual hace que los cristales se peguen entre si y
sean ms difciles de manipular, y adems reduce su eficacia.
La reaccin con el alcohol es exotrmica (genera calor) y el
tanque donde se realiza esta disolucin debe mantenerse
refrigerado para evitar que se evapore el alcohol. Esto causa
prdidas de este insumo, riesgo de incendio y daos al que lo
manipula. (Vrtiz, 2009).
2.2.13.3. Relacin molar de alcohol-aceite y tipo de alcohol
Los alcoholes usados para la reaccin de transesterificacindeben ser alcoholes de cadena corta como son metanol, etanol,
propanol o butanol.
Entre los alcoholes, el metanol y el etanol son los que se utilizan
con ms frecuencia. El metanol, por su bajo coste y sus ventajas
7/23/2019 perfil-de-tesis-optimizacion-de-biodiesel-PDF pedro.pdf
29/53
solubilidad. Cuando la glicerina permanece en la solucin,
favorece el desplazamiento del equilibrio hacia la izquierda,
disminuyendo la conversin de los steres. La relacin molar
alcohol: aceit es asociada al tipo de catalizador empleado.
Catlisis cidas requieren cantidades de alcohol mayores de que
catlisis bsicas, para alcanzar la misma porcentaje de
conversin, en el mismo tiempo de reaccin (Meher et al.,2006).
2.2.13.4. Efecto del tiempo y temperatura
La temperatura influye claramente en la reaccin de
transesterificacin y en el rendimiento del producto biodiesel. Unatemperatura elevada puede disminuir la viscosidad del aceite,
dando lugar a un aumento de la velocidad de reaccin y a una
disminucin del tiempo de reaccin. Sin embargo algunos autores
mostraron que cuando la temperatura de reaccin aumenta por
7/23/2019 perfil-de-tesis-optimizacion-de-biodiesel-PDF pedro.pdf
30/53
aceite refinado con metanol (6:1) al 1% NaOH, la reaccin se
estudi a tres temperaturas diferentes. Despus de 6 minutos los
rendimientos fueron 94%, 87% y 64% para temperaturas de 60,
45 y 32C, respectivamente. Despus de una hora la formacin
del ster era idntica para 60 y 45C y ligeramente menor para
32C.
El tiempo necesario para alcanzar altas conversiones depende del
tipo de catalizador utilizado. Cuando se utiliza catalizadores
qumicos se pueden lograr conversiones completas en 30 minutos
de reaccin. Con catalizadores enzimticos y solventes orgnicos
la reaccin puede alcanzar una conversin mxima en 5 horas.
Utilizando enzimas en fluidos presurizados se pueden obtener
conversiones completas con 2 horas de reaccin (Demirbas,
2005). Estos resultados dependen de las condiciones de reaccin
(temperatura, cantidad de catalizador, etc.) y de los materiales y
7/23/2019 perfil-de-tesis-optimizacion-de-biodiesel-PDF pedro.pdf
31/53
metlicosDensidad a15C
Kg/m3 860 ------- EN ISO 3675
Viscosidad a40C
mm2/s 3,50 ------- EN ISO 3104
Punto de
inflamacin C 120 ------- ISO 3679Contenido deazufre
mg/Kg ------- 10,0 prEN 20846
Residuoscarbonosos
% (m/m) ------- 0,30 EN ISO 10370
Numero de
cetano
------- 51,0 ------- EN ISO 5165
Contenido decenizas desulfatos
% (m/m) ------- 0,02 ISO 3987
Contenido deagua
mg/Kg ------- 500 EN ISO 12937
Contaminacin
7/23/2019 perfil-de-tesis-optimizacion-de-biodiesel-PDF pedro.pdf
32/53
triglicridosGlicerina libre %(m/m) ------- 0,02 prEN 14105Glicerina total %(m/m) ------- 0,25 prEN 14105Metales grupo I(Na+K)
mg/Kg ------- 5,0prEN
14108/14109Metales grupo II
(Ca+Mg) mg/Kg ------- 5,0 prEN 14538Contenido defosforo
mg/Kg ------- 10,0 prEN 14107
POFFC -------
Segnpoca y
pasEN 116
Fuente: Snchez, (2015)Tabla N4: especificaciones del biodiesel (B100)Propiedad Mtodo de
ensayo (a)Biodiesel B100 Unidades
Contenido de calcio ymagnesio, combinado
EN 14538 5 Max. ppm (g/g)
7/23/2019 perfil-de-tesis-optimizacion-de-biodiesel-PDF pedro.pdf
33/53
Contenido de fosforo ASTM D 4951 0,001 Mx. % masaTemperatura dedestilacin.Temperatura del 90%de recuperadoequivalente a presin
atmosfrica.
ASTM D 1160 360 Mx. C
Contenido de sodio ypotasio, combinado
EN 14538 5 Mx. ppm (g/g)
Estabilidad a laoxidacin
EN 14112 3min. horas
Fuente: NTP., (2008)
2.2.15. Propiedades de biodiesel obtenido a partir del aceite de semillas de
chirimoya
En la cuadro 7 se muestran las principales propiedades fsico-qumicas del
biodiesel obtenido a partir del aceite que fue obtenido por dos mtodos
(Soxhlet y maceracin) de semillas de chirimoya y su comparacin con la
7/23/2019 perfil-de-tesis-optimizacion-de-biodiesel-PDF pedro.pdf
34/53
2.3.Hiptesis
H0: No existe efecto de la temperatura, concentracin del catalizador, relacin molar
alcohol : aceite y tiempo de transesterificacin en el rendimiento de biodiesel obtenido
a partir del aceite de semilla de chirimoya (Annona cherimola).
Ha: Existe efecto de la temperatura, concentracin del catalizador, relacin molar
alcohol : aceite y tiempo de transesterificacin en el rendimiento de biodiesel obtenido
a partir del aceite de semilla de chirimoya (Annona cherimola).
2.4.Definicin De Trminos
2.4.1. Transesterificacin
Proceso al que se somete al aceite para reemplazar el glicerol por un alcoholsimple, como el metanol o el etanol, de forma que se produzcan steres
metlicos o etlicos de cidos grasos. Este proceso permite disminuir la
viscosidad del aceite, la cual es principalmente ocasionada por la presencia
de glicerina en la molcula. La alta viscosidad del aceite impide su uso
7/23/2019 perfil-de-tesis-optimizacion-de-biodiesel-PDF pedro.pdf
35/53
El compuesto qumico metanol, tambin conocido como alcohol metlico o
alcohol de madera, es el alcohol ms sencillo. Es un lquido ligero, incoloro,
inflamable y altamente txico, por lo que no debe ser ingerido, inhalado o
derramado sobre el cuerpo. Su frmula qumica es CH3OH.
Puede usarse como insumo alcohol, al 95% de pureza, para la elaboracin
de biodiesel. La reaccin qumica, que se da como parte del proceso de
produccin, es ms rpida y fcil de desarrollar, que con el etanol, teniendo
un menor precio de venta en el mercado peruano (Castillo, 2007). El punto
de ebullicin del metanol es de 68 C (Darnoko, 2000)
2.4.5. GlicerinaEs un lquido orgnico, de sabor dulce, incoloro, espeso y viscoso, tambin
denominado 1, 2,3 propanotriol o glicerol
La glicerina es miscible (puede mezclarse) en alcohol y agua, pero es
inmiscible en ter. Su punto de ebullicin lo alcanza a una temperatura de
http://deconceptos.com/ciencias-naturales/liquidohttp://deconceptos.com/ciencias-naturales/liquido7/23/2019 perfil-de-tesis-optimizacion-de-biodiesel-PDF pedro.pdf
36/53
- Relacin molar de alcohol : aceite de transesterificacin
- Tiempo de transesterificacin
2.5.2. Variables Dependientes
- Rendimiento de biodiesel.
- Poder calrico.
2.6.Definicin Operativa De Variables E Indicadores
Cuadro N3: definicin operativa de variables e indicadoresNominacin Definicin operativa indicadores
Independiente
Temperatura de transesterificacin. C
Concentracin del catalizador de
transesterificacin.
%
Relacin molar de alcohol : aceite de
transesterificacin.
mol
Tiempo de transesterificacin. min
rendimiento del Biodiesel %
7/23/2019 perfil-de-tesis-optimizacion-de-biodiesel-PDF pedro.pdf
37/53
CAPTULO III: METODOLOGA DE LA INVESTIGACIN
3.1.mbito De Estudio
El proyecto de investigacin se realizara en la planta piloto de produccin de biodiesel
de la estacin experimental agraria El Porvenir del Instituto Nacional De
Investigacin Agraria (INIA)San Martin.
-
Ubicacin poltica:Departamento : San Martn.
Provincia : San Martn.
Distrito : Juan guerra.
- Ubicacin geografica:
7/23/2019 perfil-de-tesis-optimizacion-de-biodiesel-PDF pedro.pdf
38/53
variables en el proceso de transesterificacin. Que maximicen el rendimiento del
biodiesel.
3.5.Diseo De Investigacin
El diseo a utilizar ser el Diseo Compuesto Central Rotacional (DCCR) para lograr
optimizar el rendimiento de biodiesel; del siguiente tipo DCCR 2n+ 2*n + pc; de la
Metodologa Superficie Respuesta (MRS) para determinar los niveles ptimos de las
variables en el proceso de transesterificacin, la codificacin de es la siguiente:
Tabla N6: niveles de factores a evaluar.Variables -2 -1 0 1 2
Concentracin decatalizador
0.4 0.5 0.6 0.7 0.8
Temperatura 50.0 54.0 58.0 62.0 65.0
Relacin molaralcohol : aceite
(RMAA)
16.0 17.0 18.0 19.0 20.0
Tiempo 40.0 52.0 65.0 78.0 90.0
7/23/2019 perfil-de-tesis-optimizacion-de-biodiesel-PDF pedro.pdf
39/53
12 12 0 0.6 0 58.0 0 18.0 0 65.013 14 -1 0.5 -1 54.0 1 19.0 1 78.0
14 13 0 0.6 0 58.0 0 18.0 0 65.015 18 -1 0.5 1 62.0 -1 17.0 -1 52.016 20 1 0.7 -1 54.0 -1 17.0 -1 52.017 17 -1 0.5 1 62.0 -1 17.0 1 78.0
18 16 1 0.7 1 62.0 1 19.0 1 78.019 11 1 0.7 -1 54.0 1 19.0 -1 52.020 15 1 0.7 1 62.0 1 19.0 -1 52.0
21 2 0 0.6 0 58.0 0 18.0 0 65.022 6 0 0.6 -2 50.0 0 18.0 0 65.023 10 0 0.6 0 58.0 0 18.0 -2 40.024 7 0 0.6 0 58.0 -2 16.0 0 65.0
25 4 0 0.6 2 65.0 0 18.0 0 65.026 3 0 0.6 0 58.0 2 20.0 0 65.027 5 0 0.6 0 58.0 0 18.0 0 65.028 1 0 0.6 0 58.0 0 18.0 2 90.029 8 2 0.8 0 58.0 0 18.0 0 65.030 9 -2 0.4 0 58.0 0 18.0 0 65.0
7/23/2019 perfil-de-tesis-optimizacion-de-biodiesel-PDF pedro.pdf
40/53
Cuadro N4: tcnicas e instrumentos de recoleccin de datos.Tcnicas Instrumentos Recoleccin de datos
Medida de la
concentracin de
catalizador
calculo de porcentaje Concentracin Catalizador
de transesterificacin
Medida de la temperatura Termmetro Temperatura de
transesterificacin
Medida de la relacin
molar alcohol : aceite
Estiquiometria Relacin molar
alcohol:aceite de
transesterificacin
Medida del tiempo Cronometro Tiempo de
transesterificacin
Determinacin del
rendimiento de biodiesel
Balance de materia Cantidad de biodiesel
Determinacin del poder metodologa descrita por Cantidad de poder
7/23/2019 perfil-de-tesis-optimizacion-de-biodiesel-PDF pedro.pdf
41/53
Se realizara un anlisis fisicoqumico al aceite extrado, enfocado al uso como
Semillas de chirimoya
Seleccin
Prensado
Decantacin
Filtrado
Secado
Deshidratado
Aceite
Torta
Partculasgroseras
Partculaspequeas
Agua
Agua
7/23/2019 perfil-de-tesis-optimizacion-de-biodiesel-PDF pedro.pdf
42/53
En el proceso de transesterificacin se trabajaran con los datos de las variables
codificadas en el software minitad v.16
Al finalizar en proceso se determinara las variables con las q se obtuvieron un
mayor rendimiento del biodiesel para ser evaluadas por la metodologa
superficie respuesta.
3.8.1. Anlisis a realizarse.
Los anlisis que se realizaran en el desarrollo del presente proyecto de
investigacin referente al biodiesel de mayor rendimiento, sern de acuerdo a
la norma tcnica peruana de biodiesel. 321.125-2008.
3.9.Tcnica De Procesamiento Y Anlisis De DatosLa tcnica de procesamiento y anlisis de datos se har a travs de la metodologa
superficie respuesta usando el software Minitab versin 16, y se obtendrn los
resultados que se tendrn que interpretar y sacar las conclusiones que el caso
amerite.
7/23/2019 perfil-de-tesis-optimizacion-de-biodiesel-PDF pedro.pdf
43/53
CAPITULO IV: ASPECTO ADMINISTRATIVO
4.1.Potencial humano
4.1.1. AUTOR:
Nombre : Pedro CUICAPUSA QUISPE.
Escuela : Acadmico Profesional de Ingeniera Agroindustrial.
Facultad : Ciencias AgrariasUNH.
4.1.2. ASESOR:
Nombre : Ing. Rafael MALPARTIDA YAPIAS.
Categora : Auxiliar D.E.
Condicin : Nombrado
Escuela : Acadmico Profesional de Ingeniera Agroindustrial.
Facultad : Ciencias AgrariasUNH.
7/23/2019 perfil-de-tesis-optimizacion-de-biodiesel-PDF pedro.pdf
44/53
d)Equipos.
Termmetro
acidmetro.
Balanza analtica de sensibilidad 0.00 g.
Estufa.
Agitador magntico.
e) Maquinaria.
Prensa de tornillo extractora de aceite.
Biorreactor.
4.3.Cronograma de actividades
Cuadro N5: Cronograma de actividades.
ACTIVIDADESMESES
Agosto Setiembre Octubre Noviembre Diciembre
Recopilacin X
7/23/2019 perfil-de-tesis-optimizacion-de-biodiesel-PDF pedro.pdf
45/53
4.4.Presupuesto
A.Costos directos
Tabla N8: Costos directos.
DescripcinUnidades Cantidad
Precio
Unitario
Total
(S/.)Materia: semillas de chirimoya Kg 100 2 50,00
Reactivos (metanol, hidroxidode sodio, fenolftaleina)
- - 100 100,00
Viticos meses 2 200 400,00
Alquiler de equipo ymaquinaria
meses 2 100 200,00
Anlisis de laboratorio das 3 450 1350,00
Tipeos e impresiones unidad 700 0,5 350,00
Empastado de informe final unidad 6 25 150,00
Fotocopias unidad 300 0,25 75,00
7/23/2019 perfil-de-tesis-optimizacion-de-biodiesel-PDF pedro.pdf
46/53
7/23/2019 perfil-de-tesis-optimizacion-de-biodiesel-PDF pedro.pdf
47/53
Referencia Bibliogrfica
Acosta, L. Uso de biodiesel en motores disel. 5 curso terico prctico: Produccin de biodiesel a
pequea escala. Lima: Universidad Nacional Agraria La Molina; 2007.
Balat, M. progress in biodiesel processing applied energy. 2010; 45(5): 1815-1835.
Bozbas, K. Biodiesel as an alternative motor fuel: Production and policies in the European Union.
Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2008; 12(2): 542-552.
Castillo, L. Materias primas e insumos. 5 curso terico prctico: Produccin de biodiesel a
pequea escala. Lima: Universidad Nacional Agraria La Molina. 2007.
Castro, M., Sevilla, S., y Coello, J. Estudio sobre la situacin de los biocombustibles en el Per.
Preparado por Soluciones PrcticasITDG para Oxfam Internacional. 2007.
Castro, P., Castillo, L., Nazario, M., Coello, J., Calle, J. Produccin de biodiesel a pequea escala
a partir de aceites usados en la ciudad de lima. Intermediate Technology Development
Group (ITDG) y la Universidad Nacional Agraria La Molina (UNALM). Lima, Per; 2006. 5
p.
Castro, paula; coello, Javier; Castillo, liliana ITDG. Opciones para la produccin y uso de
7/23/2019 perfil-de-tesis-optimizacion-de-biodiesel-PDF pedro.pdf
48/53
del biodiesel obtenido a partir de aceite de pion (Jatropha curcas).Trujillo, Per:
Universidad Nacional de Trujillo. 2011.
Demirbas, A. Biodiesel production from vegetable oils via catalytic and non-catalytic supercritical
methanol transesterification methods. Progress in Energy and Combustion Science.2005;
31(1): 466487.
Demirbas, A. Progress and recent trends in biofuels. Progress in Energy and Combustion Science.
2007; 33(1): p. 1-18.
Deza, R. Optimizacin de la sntesis de biodiesel a travs de nanotecnologa. Tafi viejo, tucuma,
mexico. Instituto nuestra seora de la consolacion. 2013.
Dorado, M. Pilar, et al. Optimization of alkalicatalyzed transesterification of Brassica carinata oil for
biodiesel production. En: Energy & Fuels. 2004; 18(1).
FAO., Organizacin de las naciones unidas para la agricultura y la alimentacin. El estado mundial
de la agricultura y alimentacin: biocombustibles y Agricultura. Panorama Tcnico. Informe
de la FAO. Roma (2008) p 240: Consultado en enero de 2014. Disponible en
http://www.fao.org/es/esa/index_es.htm.
http://www.fao.org/es/esa/index_es.htmhttp://www.fao.org/es/esa/index_es.htmhttp://www.fao.org/es/esa/index_es.htm7/23/2019 perfil-de-tesis-optimizacion-de-biodiesel-PDF pedro.pdf
49/53
Leung, D. Y. C., Wu, X., Leung, M. K. H. A review on biodiesel production using catalyzed
transesterification. Applied Energy, 2010; 87(4): 1083-1095.
Lpez, G. Biodiesel: Perfiles de negocio. Obtenido el 28 de abril del 2007 de la pgina web de
Secretara de Ciencia y Tecnologa (SECYT) de Argentina:
www.secyt.gov.ar/coopinter_archivos/empresas/03.ppt
Ma, F., Clemenst, L., Hanna, M. Thes effects of catalyst, free fatty acids, and water on
transesterification of beef tallow. Trans ASAE. 1998; 41(2):1261-4.
Ma, F., Hanna, M. A. Biodiesel production: a review. Bioresource Technology. 1999; 70(1): 1-15.
Marchetti, J. M., Miguel, V. U., Errazu, A. F. Possible methods for biodiesel production. Renewable
and Sustainable Energy Reviews. 2007;11(6): 1300-1311.
Meher, L. C., Vidya Sagar, D., Naik, S. N. Technical aspects of biodiesel production by
transesterification-a review. Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2006; 10(3):
248-268.
Meng, Xiangmei, Guanyi Chen, Yonghong Wang.Biodiesel production from waste cooking oil via
alkali catalyst and its engine test. aFaculty of Environmental Science and Engineering
http://www.secyt.gov.ar/coopinter_archivos/empresas/03.ppthttp://www.secyt.gov.ar/coopinter_archivos/empresas/03.ppthttp://www.secyt.gov.ar/coopinter_archivos/empresas/03.ppt7/23/2019 perfil-de-tesis-optimizacion-de-biodiesel-PDF pedro.pdf
50/53
Romero, j., reyes, b., reyes, l., reyes, a., Guerra, d., espindola, m. Obtencin y caracterizacin del
aceite de semillas de chirimoya (annona cherimolla) y su transformacion a biodiesel.
Texcoco, estado de Mxico: universidad autnoma chapingo. 2013.
Sanchez, N. Obtencion de biodiesel mediante transesterificacin de aceite de ricino y grasas
animals. Aprovechamiento energtico de la glicerina como subproducto del proceso.
Universidad de Extremadura. 2015.
Saraf, S. ,Thomas, B. Influence of Feedstock and Process Chemistry on Biodiesel Quality. Process
Safety and Environmental Protection, 2007;85(5): p. 360-364.
Sierra exportadora. Perfil comercial de la chirimoya. Elaborado por: asociacin nacional de
exportadores de Lambayeque (ARDEX), rea de comercio exterior. 2011. 4 p.
Singh, S. P., Singh, D. Biodiesel production through the use of different sources and
characterization of oils and their esters as the substitute of diesel: A review. Renewable
and Sustainable Energy Reviews. 2010; 14(1): 200-216.
Stratta, J. BIOCOMBUSTBLES: Los aceites vegetales como constituyentes principales del
biodiesel, dpartamento de capacitacin y desarrollo de mercado, bolsa de comercio de
7/23/2019 perfil-de-tesis-optimizacion-de-biodiesel-PDF pedro.pdf
51/53
ANEXO
7/23/2019 perfil-de-tesis-optimizacion-de-biodiesel-PDF pedro.pdf
52/53
52
Anexo 01:Matriz de consistenciaCuadro N 11. Matriz de consistencia del proyecto de investigacin
PROBLEMA OBJETIVOS HIPTESIS VARIABLES INDICADORES
Qu efecto tienen la
temperatura,
concentracin del
catalizador, relacin
molar alcoholaceite
y tiempo de
transesterificacin en
el rendimiento y
poder calrico de
biodiesel obtenido a
partir del aceite de
semilla de chirimoya
(Annona cherimola)?
Objetivo General.
Evaluar el efecto de la temperatura, concentracin del
catalizador, relacin molar alcohol aceite y tiempo
de transesterificacin en el rendimiento y poder
calrico del biodiesel obtenido a partir del aceite de
semilla de chirimoya (Annona cherimola)
Objetivo Especfico.
Evaluar el efecto de la temperatura de
transesterificacin en el rendimiento y poder calrico
de biodiesel obtenido a partir del aceite de semilla de
chirimoya (Annona cherimola).
Evaluar el efecto de concentracin del catalizador de
transesterificacin en el rendimiento y poder calricode biodiesel obtenido a partir del aceite de semilla de
chirimoya (Annona cherimola).
H0: No existe efecto de
la temperatura,
concentracin del
catalizador, relacin
molar alcohol : aceite y
tiempo de
transesterificacin en el
rendimiento de
biodiesel obtenido a
partir del aceite de
semilla de chirimoya
(Annona cherimola).
Ha: Existe efecto de la
temperatura,
- Temperatura de
reaccin de
transesterificacin.
-
Concentracin del
catalizador de
transesterificacin.
-
Relacin molar de
alcohol/aceite de
transesterificacin
-
Tiempo de
reaccin. de
transesterificacin
-
Rendimiento de
biodiesel
-
Poder calrico.
C
%
Mol/mol
Min
%
Kcal/Kg
7/23/2019 perfil-de-tesis-optimizacion-de-biodiesel-PDF pedro.pdf
53/53
53
Evaluar el efecto de la relacin alcohol : aceite de
transesterificacin en el rendimiento y poder calrico
de biodiesel obtenido a partir del aceite de semilla de
chirimoya (Annona cherimola).
Evaluar el efecto del tiempo de transesterificacin en
el rendimiento y poder calrico del biodiesel obtenido
del aceite de semilla de chirimoya (Annona
cherimola).
Determinar los rangos de temperatura, concentracin
de catalizador, la relacin de alcohol aceite ytiempo, que optimicen el proceso de
transesterificacin que por ende maximicen el
rendimiento y poder calrico de biodiesel obtenido
del aceite de semilla de chirimoya (Annona
cherimola).
Caracterizar el biodiesel de mayor rendimiento y
poder calrico.
concentracin del
catalizador, relacin
molar alcohol : aceite y
tiempo de
transesterificacin en el
rendimiento de
biodiesel obtenido a
partir del aceite de
semilla de chirimoya
(Annona cherimola).