Transcript
7/24/2019 Trabajo Fin de Master Biodiesel
1/90
Estudio comparativo de dos tipos de reactores para obtencin de Biodiesel a partir
de aceite usado
Mster en
IngenieraAmbiental
1
Mster en Ingeniera Ambiental
Estudio comparativo
de dos tipos de
reactores para
obtencin de
Biodiesel a partir deaceite usadoTrabajo Fin de Mster
Javier Als lvarezTutor: Jos Morillo Aguado
Escuela Tcnica Superior de ingenieros de Sevilla
7/24/2019 Trabajo Fin de Master Biodiesel
2/90
Estudio comparativo de dos tipos de reactores para obtencin de Biodiesel a partir
de aceite usado
Mster en
IngenieraAmbiental
2
Estudio comparativo de dos tipos de reactores para la obtencin de Biodiesel a partir
de aceite usado
Trabajo presentado para el Ttulo de Mster en Ingeniera Ambiental
Fdo. Javier Als Alvarez
El tutor:
Jos Morillo Aguado
Profesor del Departamento de Ingeniera Qumica de la Universidad de Sevilla
Sevilla 2014
7/24/2019 Trabajo Fin de Master Biodiesel
3/90
Estudio comparativo de dos tipos de reactores para obtencin de Biodiesel a partir
de aceite usado
Mster en
IngenieraAmbiental
3
ContenidoCaptulo 1- Resumen ...................................................................................................... 5
Captulo 2- Antecedentes bibliogrficos ........................................................................ 8
2.1 Ventajas e inconvenientes medioambientales y operativas ................................ 17
2.2 Demanda biodisel ............................................................................................... 18
2.3 Descripcin qumica del proceso .......................................................................... 20
2.4 Proceso de produccin de biodiesel ..................................................................... 24
2.4.1 Pretratamiento ............................................................................................... 26
2.4.2 Proceso de transesterificacin ....................................................................... 27
2.4.3 Tratamiento de la glicerina ............................................................................ 28
2.4.4 Tratamiento biodiesel bruto .......................................................................... 28
2.4.5 Etapa de lavado .............................................................................................. 29
2.5 Planta de produccin ............................................................................................ 30
2.6 Principales factores que afectan a la produccin de biodiesel ............................ 34
2.7 Normativa biodiesel .............................................................................................. 36
Captulo 3- Objetivos del trabajo .................................................................................. 45
Captulo 4- Materiales y Mtodos ................................................................................. 47
4.1 Plan de trabajo ...................................................................................................... 48
4.2 Materias primas .................................................................................................... 50
4.2.1 Aceites de fritura ............................................................................................ 50
4.2.2 Metanol .......................................................................................................... 53
4.2.3 cido sulfrico ................................................................................................ 54
4.2.4 Hidrxido sdico ............................................................................................. 55
4.3 Reactor flujo oscilatorio y reactor tanque agitado ............................................... 55
4.4 Procedimiento experimental ................................................................................ 58
7/24/2019 Trabajo Fin de Master Biodiesel
4/90
Estudio comparativo de dos tipos de reactores para obtencin de Biodiesel a partir
de aceite usado
Mster en
IngenieraAmbiental
4
4.4.1 Filtracin ......................................................................................................... 58
4.4.2 Esterificacin .................................................................................................. 59
4.4.3 Transesterificacin ......................................................................................... 59
4.4.4 Decantacin .................................................................................................... 60
4.4.5 Destilacin ...................................................................................................... 60
4.4.6 Lavado ............................................................................................................ 61
4.4.7 Centrifugado ................................................................................................... 62
4.5 Mtodos analticos utilizados ............................................................................... 63
Captulo 5- Resultados y discusin ................................................................................ 68
5.1 Estudio comparativo ............................................................................................. 69
5.2 Anlisis del biodiesel procedentes de aceites de fritura ...................................... 74
5.2.1 Reactor mezcla completa ............................................................................... 74
5.2.2 Anlisis elemental biodiesel reactor mezcla completa .................................. 76
5.2.3 Reactor flujo oscilatorio ................................................................................. 76
5.2.4 Anlisis elemental biodiesel flujo oscilatorio ................................................. 79
5.3 Estudio de las condiciones optimas de operacin del reactor flujo oscilatorio ... 80
Captulo 6- Conclusiones ............................................................................................... 83
Captulo 7- Bibliografa .................................................................................................. 86
7/24/2019 Trabajo Fin de Master Biodiesel
5/90
Estudio comparativo de dos tipos de reactores para obtencin de Biodiesel a partir
de aceite usado
Mster en
IngenieraAmbiental
5
Captulo 1
- RESUMEN
7/24/2019 Trabajo Fin de Master Biodiesel
6/90
Estudio comparativo de dos tipos de reactores para obtencin de Biodiesel a partir
de aceite usado
Mster en
IngenieraAmbiental
6
El presente proyecto se enmarca dentro de las lneas de investigacin desarrollada por
el Grupo de investigacin AGR 155-obtencin de Biocombustibles perteneciente al
departamento de Ingeniera Qumica de la Universidad de Sevilla y dentro del rea deIngeniera Qumica.
El hecho de que en los ltimos aos la demanda energtica haya experimentado un
incremento considerable, unido a la incertidumbre generada en torno a las reservas
petrolferas que hacen pensar que la poca del petrleo barato este llegando a su fin, y
a una mayor sensibilizacin social, ha provocado la bsqueda y desarrollo de nuevas
fuentes que sustituyan o reduzcan la dependencia energtica de los combustibles
fsiles. En este sentido el uso de biocombustibles constituye una alternativa real a los
derivados petrolferos en el sector de la automocin, lo que ha provocado un renovado
inters por dicho biocombustible que se ve amparado por la Directiva 2009/28/EC que
fija como objetivo para el ao 2020 un 20% la energa consumida en el transporte
proceder de recursos renovables.
El proyecto est planteado como un proyecto de demostracin tecnolgica dentro del
mbito de los procesos de produccin de biocombustibles. El proyecto est centrado
en la utilizacin de soluciones tcnicas innovadoras para resolver las limitaciones ms
importantes asociadas con la produccin del biodiesel. Naturalmente estas mejoras
tcnicas tienen implicaciones ambientales positivas importantes ya que se espera
lograr un mayor rendimiento en la produccin sostenible del biocombustible, una
mayor calidad del mismo, una menor generacin de glicerol y, en definitiva, una
reduccin en la dependencia energtica de los combustibles fsiles para el transporte.
El proyecto pretende tambin demostrar la viabilidad de un modelo de produccin de
biodiesel que, adems de estar basada en el uso una tecnologa innovadora de
produccin, plantear una va alternativa para la gestin controlada y
medioambientalmente sostenible de los aceites de fritura que son recogidos
peridicamente en establecimientos hosteleros. Este tipo de residuos alimentarios son
muy abundantes en pases del sur de Europa, como Espaa, y en especial en regiones
como Andaluca en donde se producen grandes cantidades de ellos, tanto a nivelindustrial (sector de la hostelera) como a nivel domstico.
7/24/2019 Trabajo Fin de Master Biodiesel
7/90
Estudio comparativo de dos tipos de reactores para obtencin de Biodiesel a partir
de aceite usado
Mster en
IngenieraAmbiental
7
El inters que despierta el presente proyecto radica en que es un proyecto muy
innovador tecnolgicamente y con gran vocacin integradora en el que los diversos
agentes implicados (productores de aceite de frituras, productor del biodiesel yconsumidores finales) constituyen un ciclo completo dentro de la ciudad de Sevilla lo
que hace del proyecto una propuesta singular y con gran futuro.
El trabajo de investigacin consisti en una serie de trabajos experimentales, primero
comparando dos tipos de reactores, un reactor tipo tanque agitado (habitualmente
utilizado en las plantas de biodiesel) y el reactor tipo flujo oscilatorio patentado por la
empresa Bioprocessors, cuyo objetivo es ver el tipo de reactor que mejor se adapta al
proceso de produccin de Biodiesel, y en segundo, una vez elegido el reactor ptimo
se ha hecho un estudio sobre las condiciones ptimas de operacin (variables
estudiadas relacin molar, tiempo de operacin y velocidad del agitacin). En ambos
casos se ha partido de la misma materia prima, aceite de fritura usado procedente del
mismo servicio de catering.
En la primera parte del proyecto, se lleg a la conclusin de que el mejor reactor fue el
de flujo oscilatorio patentado por Bioprocessors obtenindose mejores rendimientos,
entre el 10 y 15% mejores, a dems el tiempo se reduca a la mitad, 30 min por
reaccin, en vez de 60 min. Las conversiones alcanzadas por este reactor llegaron casi
al 80% lo que implica una mayor produccin de biodiesel en menos tiempo y otro
factor importante es la menor produccin de glicerina reduciendo as el problema de
exceso de glicerina de difcil salida comercial.
En la segunda parte se estudi cules eran las condiciones ptimas de reaccin. Paraello se realizaron pruebas modificando la relacin molar alcohol: triglicridos (6:1, 8:1
y 10:1), el nmero de pistonazos por segundo, (1,5 y 3 segundos por pistonazo) y el
tiempo de reaccin (20 y 30 min). De los resultados se extrajo que las condiciones
ptimas del proceso eran relacin molar 6:1, 1,5 pistonazos por segundo y 30 minutos.
7/24/2019 Trabajo Fin de Master Biodiesel
8/90
Estudio comparativo de dos tipos de reactores para obtencin de Biodiesel a partir
de aceite usado
Mster en
IngenieraAmbiental
8
Captulo 2
-ANTECEDENTES BIBLIOGRFICOS
7/24/2019 Trabajo Fin de Master Biodiesel
9/90
Estudio comparativo de dos tipos de reactores para obtencin de Biodiesel a partir
de aceite usado
Mster en
IngenieraAmbiental
9
El biodiesel es un biocombustible sinttico lquido que se obtiene a partir de lpidos
naturales como aceites vegetales o grasas animales y puede sustituir total o
parcialmente el diesel obtenido del petrleo. Como sustituto total se denomina B100,mientras que otras denominaciones como B5 o B30 hacen referencia a la proporcin
en tantos por cien, %, de biodiesel utilizado en la mezcla. Por ejemplo B5 es diesel con
un 5% de Biodiesel
El diesel mineral est constituido aproximadamente de un 75% de hidrocarburos
saturados y 25% de hidrocarburos aromticos. Procede del refinado de petrleo crudo
y es mucho menos voltil que la gasolina. Se puede representar por la frmula
genrica (CxHy) que tienen, en cualquier caso, entre 8 y 21 tomos de carbono.
Mientras que molculas de los steres de alquilo (biodiesel) no son qumicamente
idnticos a las molculas de hidrocarburos que constituyen el diesel, pero son lo
suficientemente similares para que puedan ser fcilmente utilizados en muchos tipos
de motores diesel, como un reemplazo hacia el diesel convencional. El biodiesel, cuyas
propiedades son conocidas desde mediados del siglo XIX, se destina como combustible
en motores diesel convencionales o adaptados, segn el fabricante y por ello a finales
del siglo XX se est impulsando su produccin como combustible
para automviles, alternativo a los derivados del petrleo.
El impacto medioambiental y las consecuencias sociales de su previsible produccin y
comercializacin masiva, especialmente en los pases en vas de desarrollo o del Tercer
Mundo es objeto de debate entre los especialistas y los diferentes agentes sociales y
gubernamentales internacionales.
El combustible diesel deriva su nombre del tipo de motor de combustin interna para
el que se utiliza como combustible: el motor Diesel. Este motor fue inventado por el
ingeniero alemn Rudolf Diesel (1858-1913), que ya se pens en utilizar el motor para
quemar aceites vegetales. Se cuenta que en la Exposicin de Pars de 1900 se
construy un pequeo motor Diesel funcionamiento del aceite de cacahuete.
7/24/2019 Trabajo Fin de Master Biodiesel
10/90
Estudio comparativo de dos tipos de reactores para obtencin de Biodiesel a partir
de aceite usado
Mster en
IngenieraAmbiental
10
El motor Diesel, se puede hacer para funcionar con aceite vegetal puro. Sin embargo,
para los motores diesel actuales el aceite vegetal no presentan las caractersticas
deseables: la viscosidad cinemtica de los aceites vegetales es de aproximadamente unorden de magnitud mayor que la del combustible diesel convencional, derivado del
petrleo. De alta viscosidad causa una mala atomizacin del combustible en las
cmaras de combustin del motor y en ltima instancia puede provocar problemas
operativos, tales como, depsitos en el motor.
Como opcin, se investig en la de conversin del aceite vegetal extrado de plantas
(principalmente compuesta de triglicridos) en un fluido menos viscoso y ms ligero,
metiles esteres (biodiesel), que parece ser mucho ms similar al diesel y todava
manteniendo un alto potencial de energa en su estructura molecular.
Hay varios (y muy diferentes) procesos para convertir el aceite vegetal en biodiesel.
Estos incluyen microemulsificacin, craqueo trmico y otros. Sin embargo, el ms
ampliamente utilizado se basa en la reaccin qumica llamada transesterificacin. Este
es un proceso por el cual los lpidos (aceites vegetales o grasas animales) reaccionan
qumicamente con un alcohol, normalmente metanol, en presencia de un catalizador
cido o bsico (el catalizador bsico es el ms utilizado por lo general una base tal
como sodio o hidrxido de potasio) para dar un alquilo steres. La base de este
proceso se explicar ms adelante con mayor detalle.
Mientras que la transesterificacin ha crecido significativamente su inters comercial
en los ltimos aos, la base qumica de este proceso es bien conocido desde hace
varias dcadas. Por ejemplo, una patente belga concedida a G. Chavanne (de laUniversidad de Bruselas) en 1937 constituye el primer informe sobre lo que hoy se
conoce como biodiesel. En l se describe el uso de steres etlicos de aceite de palma
(aunque se mencionan otros steres metlicos procedentes de otros aceites) como
combustible para motores diesel. Estos steres se obtienen por transesterificacin
catalizada por cido a partir del aceite vegetal. Parece ser que el primer autobs que
circul con biodiesel es el que hizo la lnea comercial de pasajeros entre Bruselas y
Lovaina en 1938.
7/24/2019 Trabajo Fin de Master Biodiesel
11/90
Estudio comparativo de dos tipos de reactores para obtencin de Biodiesel a partir
de aceite usado
Mster en
IngenieraAmbiental
11
Mientras que la base cientfica de la produccin de biodiesel se ha conocido desde
hace bastante tiempo (que se remonta a las obras de E. Duffy y J. Patrick en 1853), el
actual reto tecnolgico de hoy es llevar a cabo las reacciones qumicascorrespondientes de manera efectiva y ms eficiente, con costos ambientales y
econmicos lo ms bajos posible.
Adems, la tecnologa en la prctica, tiene que ser capaz de tratar con materia prima
de la vida real, que traen las impurezas y componentes qumicos diferentes de los
triglicridos (tales como los cidos grasos libres).
Figura 1. Ciclo biodiesel
El biodiesel se produce a partir de biomasa renovable mediante la transesterificacin
de los triglicridos, produciendo steres mono alqulicos de cadena larga de cidos
grasos con alcoholes de cadena corta. Contribuye a disminuir la tasa neta de dixido
de carbono o azufre a la atmsfera al emitir menos contaminantes gaseosos que el
diesel de origen mineral. En la figura 1 se representa el ciclo del Biodiesel donde se
refleja su contribucin a la reduccin del CO2atmosfrico y la huella del carbono.
En la produccin de biodiesel en todo el mundo, se han utilizados varios lpidos
renovables, incluyendo los aceites vegetales, las grasas y aceites animales y los aceites
7/24/2019 Trabajo Fin de Master Biodiesel
12/90
Estudio comparativo de dos tipos de reactores para obtencin de Biodiesel a partir
de aceite usado
Mster en
IngenieraAmbiental
12
de frituras. Todas las plantas de biodiesel que utilices estas materias primas, requieren
de energa y de terrenos que aseguren la suficiente produccin de cultivos de semillas
oleaginosas, del mismo modo que, para obtener los aceites y grasas de animalesnecesitan alimentar a estos animales. Pese a los impactos favorables que podra
suponer su comercializacin, sta se ve restringida por el aspecto econmico, por el
costo de las materias primas necesarias para la produccin de biodiesel. En el caso de
utilizar como materia prima es el aceite de fritura, se reducen significativamente la
energa y el coste requeridos para su produccin. Adems, el reciclaje del aceite de
fritura elimina la necesidad de gestionarlo como residuo, lo que conllevara un gasto
energtico aadido, disminuyendo considerablemente las emisiones de gases de
efecto invernadero y el balance global de emisiones de CO2 a la atmsfera.
La UE a travs de la Directiva Marco Europea de Residuos (Directiva 2008/98/CE) y en
sus antecesoras jurdicas, oblig a los estados miembros a desarrollar planes sobre
residuos que sirviesen como instrumentos jurdicos y de planificacin. En la Ley
10/1998, de Residuos, se establece la obligacin de elaborar y aprobar Planes
Nacionales de Residuos, confeccionados por integracin de los respectivos PlanesAutonmicos. Asimismo, la citada Directiva abri la posibilidad a las Entidades locales
de elaborar sus propios Planes de Gestin de Residuos Urbanos, de acuerdo con los
planes nacionales o autonmicos correspondientes y la legislacin vigente en materia
de competencias municipales. En estos planes, la primera etapa y prioritaria, es la
prevencin, es decir, la reduccin de la cantidad del residuo generado y de su
toxicidad. Dentro de esta lnea se encuentra la consideracin de los aceites de fritura
como un subproducto ms que como un residuo, para lo que resulta imprescindible
disponer de una infraestructura o cadena de valor, generada a partir de dicho recurso,
que est adecuadamente desarrollada y operativa. En caso contrario, ya sea por
tecnologa, logstica, mercado de los productos resultantes, etc., si el sistema no es
capaz de tratar adecuadamente ese subproducto pasar a convertirse en un residuo,
que habr que tratar con los mecanismos habituales de gestin de residuos. En el
sector HORECA (Hoteles, Restaurantes y Catering) de Espaa se producen
aproximadamente 400.000 t/ao de aceites de fritura. Segn datos de la Agencia
7/24/2019 Trabajo Fin de Master Biodiesel
13/90
Estudio comparativo de dos tipos de reactores para obtencin de Biodiesel a partir
de aceite usado
Mster en
IngenieraAmbiental
13
Andaluza de la Energa (Los Biocarburantes en Andaluca, 2011), el potencial de
produccin de aceites de fritura en Andaluca es de unas 58.000 t/ao y en la provincia
de Sevilla unas 13.000 t/ ao. La cantidad de aceites de fritura procedentes casiexclusivamente del sector HORECA recogidos por gestores autorizados en Andaluca
est en torno a 20.000 t/ao, lo que da una idea del potencial desarrollo que puede
existir en este mbito en el futuro y el problema medioambiental que supone el
tratamiento como residuo de las 38.000 t/ao no recogidas.
Por otro lado, la contaminacin atmosfrica de las ciudades, derivada
fundamentalmente del trfico de vehculos consumidores de combustibles derivados
del petrleo, tiene consecuencias muy negativas en trminos de salud pblica,
medioambiental, econmica y social. Adems, el uso creciente del diesel fsil en el
transporte genera en pases no productores de petrleo, como Espaa, una elevada
dependencia energtica exterior y la emisin a la atmsfera de grandes cantidades de
gases contaminantes y de efecto invernadero. Al igual que con la gestin de residuos,
la UE ha fijado un marco regulador de la calidad del aire en los estados miembros a
travs de Directivas de obligado cumplimiento. La Directiva 2008/50/CE para la calidaddel aire ambiente y una atmsfera ms limpia en Europa actualiz el anterior marco
regulatorio e introdujo nuevos requisitos de evaluacin y gestin de la calidad del aire,
as como regulaciones para nuevos contaminantes como las partculas de tamao
inferior a 2,5 micrmetros. Para el ao 2020, los objetivos de la UE respecto al nivel de
emisiones de 1990 son: un aumento del 20% en la eficiencia energtica, la reduccin
del 20% de las emisiones de gases de efecto invernadero (CO2) y que el 20% de la
produccin proceda de fuentes renovables de energa.
Atendiendo al Informe 2010 de Medio Ambiente en Andaluca, publicado por la
Consejera de Medio Ambiente del gobierno andaluz, al igual que en aos anteriores,
las partculas menores de diez micras (PM10) y el ozono troposfrico son los
contaminantes que ofrecen peores resultados. A pesar de la mejora de los resultados
respecto a aos anteriores, en cuanto al ozono, se han registrado superaciones del
umbral de informacin a la poblacin en la zona industrial de Huelva y en Sevilla y reametropolitana. Desde 1990 se observa una tendencia positiva en la reduccin de las
7/24/2019 Trabajo Fin de Master Biodiesel
14/90
Estudio comparativo de dos tipos de reactores para obtencin de Biodiesel a partir
de aceite usado
Mster en
IngenieraAmbiental
14
emisiones de gases precursores del ozono troposfrico, especialmente en la emisin
de xidos de nitrgeno (NOx) y monxido de carbono (CO), mantenindose constantes
los compuestos orgnicos voltiles no metlicos (COVNM) y observndose unaevolucin negativa en la emisin de metano (CH4). Los resultados obtenidos confirman
que an queda mucho trabajo por hacer para cumplir las prescripciones europeas en
materia de control de la contaminacin atmosfrica por ozono, tales como las
recogidas en la Estrategia temtica sobre Contaminacin Atmosfrica del Sexto
Programa de Accin en materia de Medio Ambiente, o la Directiva 2001/81/CE, del
Parlamento Europeo y del Consejo, de 23 de octubre de 2001, sobre techos nacionales
de emisin de determinados contaminantes atmosfricos.
En cuanto al problema de la dependencia energtica de los combustibles fsiles y en
relacin con el fomento del uso de energas procedentes de fuentes renovables, la UE
dispone de una legislacin clara. As la Directiva 2009/28/CE del Parlamento Europeo y
del Consejo establece para el sector transporte que la cuota de energa procedente de
fuentes renovables para el ao 2020 ser como mnimo equivalente al 10 % de su
consumo final de energa en el transporte, objetivo que previsiblemente se cumplircasi en un alto grado por el uso de Biocarburantes. Para ello los Biocarburantes
empleados debern cumplir criterios de sostenibilidad que garantizarn sus beneficios
medioambientales. La Directiva 2009/30/CE en relacin con las especificaciones de la
gasolina, el diesel y el gasleo, aumenta el contenido de etanol en las gasolinas hasta
el 10% en volumen y el contenido de biodiesel en gasleos de automocin hasta el 7%
en volumen. En el mbito del fomento de los biocombustibles existe legislacin
complementaria de carcter nacional y autonmico. Segn el Decreto 169/2011, de 31
de mayo, por el que se aprueba el Reglamento de Fomento de las Energas
Renovables, el Ahorro y la Eficiencia Energtica en Andaluca, se imponen obligaciones
de uso de Biocarburantes en el transporte para autobuses de transporte pblico
regular de viajeros y vehculos de titularidad de la Junta de Andaluca y sus entidades
instrumentales. El objetivo para 2020 es que el 20% del combustible total utilizado por
los autobuses de transporte pblico regular sea Biocarburantes, ascendiendo al 30%
para los autobuses que presten sus servicios en zonas de proteccin de los espacios
7/24/2019 Trabajo Fin de Master Biodiesel
15/90
Estudio comparativo de dos tipos de reactores para obtencin de Biodiesel a partir
de aceite usado
Mster en
IngenieraAmbiental
15
naturales protegidos y vehculos de titularidad de la Junta de Andaluca y sus entidades
instrumentales.
El sector del transporte representa el 20% del consumo energtico mundial y es el de
mayor dependencia de los combustibles fsiles derivados del petrleo (International
Energy Outlook 2007. United States Department of Energy - Washington, DC). Adems,
el transporte por carretera es el mayor contribuyente de los xidos de nitrgeno
(NOx), los hidrocarburos inquemados (HC) y el monxido de carbono (CO) y tiene una
gran relevancia en la emisin de dixido de carbono (CO2). A nivel global
(transfronterizo y planetario) estos compuestos estn relacionados con el
calentamiento global de la tierra (Hansen et al., 2000) y a nivel local, compuestos como
los NOx, CO y HC (precursores del ozono troposfrico) junto con el dixido de azufre
(SO2) pueden causar graves afecciones pulmonares, problemas cardiovasculares y
alergias. En la actualidad, la alternativa que cuenta con mayor viabilidad para sustituir
los combustibles derivados del petrleo en el transporte son los biocombustibles.
Segn datos del estudio Anlisis de Ciclo de Vida de Combustibles alternativos para el
Transporte (CIEMAT, 2006) el biodiesel puro (B100) permite reducir entre un 57% (si elbiodiesel se produce a partir de aceites vegetales) y un 88% (si es biodiesel fabricado a
partir del aceite de fritura) las emisiones de gases de efecto invernadero (CO2eq) por
cada kilmetro recorrido en comparacin con el gasleo fsil. Una mezcla de gasleo
con un 10 % de biodiesel (B10) permite ya una reduccin de emisiones de entre el 6% y
el 9%, respectivamente. Una mezcla de gasolina con un 85% de bioetanol (E85)
permite reducir en un 70% las emisiones de gases de efecto invernadero (CO2eq),
medida utilizada para describir cuanto contribuye al calentamiento global y la cantidad
de gases de efecto invernadero que se produce por cada kilmetro recorrido en
comparacin con la gasolina. Una mezcla de gasolina con slo un 5% de bioetanol
permite ya una reduccin de emisiones del 3%.
Es necesario conocer el sector de los biocombustibles desde una perspectiva
internacional porque tiene la peculiaridad respecto a otras fuentes renovables de
energa de ser la que en mayor nmero de ocasiones no coincide el lugar de
7/24/2019 Trabajo Fin de Master Biodiesel
16/90
Estudio comparativo de dos tipos de reactores para obtencin de Biodiesel a partir
de aceite usado
Mster en
IngenieraAmbiental
16
produccin con el de uso final, lo que tiene importantes consecuencias a nivel
econmico y de eficiencia energtica global del ciclo de vida de los biocombustibles.
A nivel mundial el biocombustible ms consumido es el bioetanol, principalmente
utilizado en Brasil y Estados Unidos, mientras que en la Unin Europea la produccin
de biodiesel asciende al 71% respecto al 29% de bioetanol. En Espaa el 95% de la
produccin es biodiesel y tan slo el 5% bioetanol, siendo Andaluca la comunidad
autnoma con mayor produccin y cuenta con 12 plantas de produccin de
biocombustibles (Agencia Andaluza de la Energa, 2011 los Biocarburantes en
Andaluca). Esto evidencia uno de los problemas a los que se enfrentan en la
actualidad los biocombustibles, que es su dependencia del mercado (tanto de materias
primas como de los consumidores) y su elevado coste de produccin que no lo hace
competitivo con el gasleo convencional, a pesar de estar exentos de algunos
impuestos sobre hidrocarburos.
A largo plazo, la expectativa es que los biocombustibles adquieran una cuota de
mercado cada vez mayor, debido a la volatilidad del precio del petrleo y las
preocupaciones de seguridad energtica. Esta tendencia se ver favorecida por las
mejoras en la produccin de los biocombustibles y, en particular, la tecnologa de
fabricacin de biodiesel.
Para completar el panorama prometedor, es importante mencionar que se estn
utilizando otras materias prima, es posible producir biodiesel a partir de aceite
extrado de las algas y las algas pueden eventualmente crecer en climas semi-desierto
que son zonas de escaso valor ecolgico. Algunos autores hablan incluso de la creacinde organismos modificados genitalmente, que sera capaz de generar un alto
contenido de lpidos (proyecto de Craig Venter, en colaboracin con Exxon). En
general, la tecnologa de biodiesel sigue siendo un campo prometedor, que puede
ayudar a reducir la dependencia de un petrleo cada vez ms caro, estimular el
empleo local y reducir el impacto medioambiental global.
7/24/2019 Trabajo Fin de Master Biodiesel
17/90
Estudio comparativo de dos tipos de reactores para obtencin de Biodiesel a partir
de aceite usado
Mster en
IngenieraAmbiental
17
2.1VENTAJAS E INCONVENIENTES MEDIOAMBIENTALES Y OPERATIVAS
Ventajas:
Recurso autctono, ayuda a disminuir la dependencia energtica del petrleo.
Materia prima renovable y biodegradable.
Posibilidad de uso en motores diesel sin que se produzcan cambios
sustanciales.
Posibilidad de uso puro o bien en mezclas biodiesel-gasleo.
Balance neto de CO2 superior al del gasleo. Reduccin de emisiones de CO,
hidrocarburos voltiles, azufre, partculas por lo que contribuye a la reduccin
del efecto invernadero.
Sus propiedades fsico-qumicas le confieren un poder lubricante mayor que el
del gasleo, incrementando as la vida del motor y reduciendo los costes de
mantenimiento.
Carburante no inflamable ni txico lo que permite una seguridad de
almacenamiento superior a la de gasleos.
Dispone de un nmero de cetano superior al diesel. Se ha demostrado que elmayor nmero de cetano del biodiesel (generalmente entre 46 y 60,
dependiendo de la materia prima utilizada) puede reducir el retraso a la
ignicin. Este factor junto con la menor volatilidad del biodiesel, contribuyen a
mejorar las caractersticas de la combustin (comienzo ms gradual de la
combustin), con relacin al diesel del petrleo.
Sin embargo, la ventaja ms importante es que el biodiesel se produce, y puede
ser producido a partir de una gran serie de aceites vegetales, por lo tanto,
conduce a una reduccin de la huella de carbono mucho ms favorable que
cualquier otro combustible fsil lquido.
7/24/2019 Trabajo Fin de Master Biodiesel
18/90
Estudio comparativo de dos tipos de reactores para obtencin de Biodiesel a partir
de aceite usado
Mster en
IngenieraAmbiental
18
Inconvenientes:
Recurso muy disperso lo que aumenta los costes de recoleccin y transporte.
Incapacidad de cubrir la demanda de combustible actual e incertidumbre de ladisponibilidad a corto y medio plazo.
Produccin estacional de la materia prima, lo que afecta a los costes de
almacenamiento.
Un cultivo no sostenible puede provocar problemas de deforestacin.
Algunas materias primas son a su vez productos alimentarios lo que puede
provocar un elevado aumento de su precio.
Bajo grado de madurez en algunas tecnologas.
Problemas de viscosidad, formacin de gomas y residuos carbonosos durante
su combustin.
Mal comportamiento en frio que hace necesario el uso de aditivos.
El poder calorfico del biodiesel depende de la composicin de cidos grasos en
el aceite vegetal de partida. Por ejemplo, el biodiesel procedente de aceite de
cacahuete tendra un valor de calorfico de 40 MJ / kg, mientras que el biodiesel
de colza tendra un valor mayor de unos 45 MJ / kg. En general, el poder
calorfico del biodiesel es un poco menor que el del diesel, que es de 48 MJ/kg.
2.2DEMANDA BIODISEL
Las ventajas medioambientales son una de las principales razones por las que muchos
pases del mundo (especialmente en Europa y los EE.UU.) han promulgado leyes para
exigir o apoyar el creciente uso de biodiesel en la mezcla de diesel para el transporte.
En los ltimos aos el sector de los biocarburantes ha experimentado un cambio
significativo debido en gran medida a la incertidumbre generada en torno a la industria
petrolera. Esto, unido a una mayor concienciacin social en relacin al medioambiente
y las emisiones de gases de efecto invernadero, ha provocado un renovado inters por
la bsqueda de alternativas sostenibles a los combustibles fsiles.
7/24/2019 Trabajo Fin de Master Biodiesel
19/90
Estudio comparativo de dos tipos de reactores para obtencin de Biodiesel a partir
de aceite usado
Mster en
IngenieraAmbiental
19
Si hay un sector que se ha visto especialmente envuelto en estos cambios, este es el
sector de la automocin amparado desde el ao 2003 bajo un marco legal. En este ao
la Unin Europea adopt la Directiva 2003/30/EC sobre el uso de biocarburantes, cuyoobjetivo era crear un mercado europeo de biocarburantes, legislacin por la cual los
estados miembros deban asegurar la implantacin de una proporcin de
biocarburantes en sus mercados. Como objetivo global se estableci un 5,75%,
calculado sobre la base del contenido energtico de todas las gasolinas y gasleos para
el transporte, para el ao 2010. Al encontrarse cerca el fin de los plazos previstos en el
programa inicial, la Unin Europea decidi definir un nuevo panorama energtico, que
se encuentra resumida dentro de las Directivas 2009/28/EC y 2009/30/EC. Estas
directivas fijan los objetivos propuestos para el ao 2020, en un 20% el total de energa
consumida proveniente de recursos renovables y en particular un 10% para la energa
consumida en el transporte, adems de fijar unos estndares de calidad para los
combustibles.
En cuanto a la situacin particular de Espaa los objetivos propuestos a nivel
comunitario se recogen dentro del Plan de Energas Renovables 2005-2010, en el quese estima una produccin de 2.200.000 t de biocarburantes para el ao 2010, lo que
supondra un 5,83% del consumo de gasolina y gasleos previstos para ese ao
(Fuente IDAE). Sin embargo los ltimos datos de los que se disponen, correspondientes
al ao 2008, no son muy halageos ya que finalizado dicho periodo el porcentaje
alcanzado respecto del objetivo marcado para el ao 2010 es de slo un 19,3%.
La situacin del biodisel en Espaa no presenta un panorama mucho ms alentador,
como podemos observar en la figura 2 en la que se refleja la enorme diferencia
existente entre la produccin de biodisel durante el periodo comprendido entre 2005
y 2007 y la capacidad instalada durante el mismo periodo de tiempo, alcanzando un
pauprrimo 18% sobre el total de capacidad el ltimo ao. Este dato refleja un claro
sntoma de las graves y crecientes dificultades que experimenta la industria espaola
del biodisel, para utilizar su capacidad industrial y rentabilizar de esta manera las
inversiones realizadas, sin lo cual es difcil asegurar su sostenibilidad econmica.
7/24/2019 Trabajo Fin de Master Biodiesel
20/90
Estudio comparativo de dos tipos de reactores para obtencin de Biodiesel a partir
de aceite usado
Mster en
IngenieraAmbiental
20
La satisfaccin del objetivo anterior y otros objetivos similares (Brasil tiene un objetivo
actual de 5% de biodiesel) a crear un mercado para los dos tipos muy distintos de los
biocombustibles: el etanol y el biodiesel. El etanol es el biocombustible producidopredominante hoy. Se represent en el 2010 para un 82% de la produccin mundial de
biocombustibles. Sin embargo, la produccin de biodiesel ya es bastante significativo y
creciente: la produccin mundial de biodiesel ascendi a casi 19.000 millones de litros
en 2010, un aumento del 12% respecto a 2009 (CEPAL, Comisin Econmica Para
Amrica Latina y el Caribe).
Figura 2. Evolucin productiva del biodisel frente a la capacidad de las plantas espaolas (Fuente APPA)
2.3 DESCRIPCIN QUMICA DEL PROCESO
El aceite vegetal est constituido principalmente por triglicridos. Estos se definen
normalmente como un ster formado a partir de glicerol y tres cidos grasos. La
transesterificacin es el proceso mediante el cual se rompen los triglicridos en glicerol
y una mezcla de steres de alquilo. La reaccin necesita un alcohol y un catalizador.
Hay varias razones, una de ellas es la econmica, que explica por qu se utiliza metanol
y no otro alcohol de cadena ms larga. El catalizador que se usa normalmente es una
base, hidrxido de sodio, aunque el proceso tambin puede llevarse a cabo utilizando un
7/24/2019 Trabajo Fin de Master Biodiesel
21/90
Estudio comparativo de dos tipos de reactores para obtencin de Biodiesel a partir
de aceite usado
Mster en
IngenieraAmbiental
21
catalizador cido (normalmente a expensas de un tiempo de reaccin ms largo). La
reaccin de transesterificacin se representa en la figura 3.
Figura 3. Reaccin de transesterificacin
R1, R2 y R3 se refieren a cadenas de cidos grasos idnticos o diferentes, por ejemplo,
la cadena correspondiente al cido palmtico que est presente en los triglicridos de
aceite de palma es R = - (CH2) 14-CH3. Otras cadenas pueden ser de esterico, oleico,
linoleico, etc.
La reaccin representada en la figura 3, es una reaccin reversible, donde los reactivos
y de productos resultantes llegaran a unas condiciones de equilibrio. Sin embargo, en
la aplicacin prctica el inters es desplazar la reaccin hacia la derecha. Para ello, el
alcohol se echa en exceso logrndose desplazar el equilibrio, hacia la derecha hasta
llegar casi al 100%.
Existe una complicacin, y es que, los aceites vegetales y aceites de usados de fritura
(AUF) no slo contienen triglicridos, sino tambin cidos grasos libres (FFA) y agua(contenido de cidos grasos libres en la AUF puede ser de hasta el 7%). Los cidos
grasos libres estn constituidos por cadenas de carbono largas unidos a un grupo
carboxlico, que estn desconectados de la estructura del glicerol. Su estructura
qumica se representa en la Figura 4.
7/24/2019 Trabajo Fin de Master Biodiesel
22/90
Estudio comparativo de dos tipos de reactores para obtencin de Biodiesel a partir
de aceite usado
Mster en
IngenieraAmbiental
22
Figura 4. Grupo carboxilo
Si un aceite o grasa que contiene cidos grasos libres se utiliza para producir biodiesel,
el catalizador alcalino usado tpicamente para acelerar la reaccin, reaccionar con
este cido para formar agua y jabn (reaccin de saponificacin). Debido a esta
reaccin, en la que el catalizador se une al cido (figura 5), se pierde parte de este en
la reaccin. El exceso de jabn en los productos puede inhibir el proceso posterior de
produccin de biodiesel, incluyendo la separacin de glicerol y lavado con agua.
Figura 5. Reaccin de esterificacin
Esta reaccin no es deseable, debido a que el jabn reduce el rendimiento del proceso
e inhibe la separacin de los steres de la glicerina. Adems, se une con el catalizador
lo que significa que es necesario ms catalizador del que se necesita y por lo tanto el
proceso implicar un mayor costo. Los jabones de cidos grasos saturados tienden a
solidificarse a temperatura ambiente para una mezcla de agua y jabn con excesiva
cantidad de agua pudiendo gelificar y formar una masa semi-slida que es muy difcil
de recuperar.
Por otra parte, el agua originada durante la reaccin de saponificacin, retarda la
reaccin de transesterificacin, por medio de la hidrlisis de los triglicridos. La
hidrolisis del triglicridos, diglicridos y monoglicridos formaran ms FFA. La reaccin
de hidrlisis tpica se muestra en la Figura 6.
7/24/2019 Trabajo Fin de Master Biodiesel
23/90
Estudio comparativo de dos tipos de reactores para obtencin de Biodiesel a partir
de aceite usado
Mster en
IngenieraAmbiental
23
Figura 6. Hidrlisis triglicridos
Una manera de resolver este problema es llevar a cabo un proceso de esterificacin
antes de la transesterificacin reaccin. Una reaccin de esterificacin puede eliminar
una gran parte de los cidos grasos libres presentes en el materia prima
convirtindolas en steres metlicos utilizables. Una reaccin de esterificacin es
similar la reaccin de transesterificacin en la que se hace el cido graso libre para
reaccionar con alcohol para producir el ster metlico. La Figura 7 representa este tipo
de reaccin.
Figura 7. Reaccin de esterificacin
7/24/2019 Trabajo Fin de Master Biodiesel
24/90
Estudio comparativo de dos tipos de reactores para obtencin de Biodiesel a partir
de aceite usado
Mster en
IngenieraAmbiental
24
Al igual que en el caso de la transesterificacin, la esterificacin tambin se lleva a
cabo en presencia de un catalizador. En este caso, se utiliza un catalizador cido, como
cido sulfrico. Adems, la reaccin puede ser desplazada hacia la derecha mediante laadicin de un exceso de alcohol y la eliminacin del agua producida (ya sea por un
agente deshidratante o por destilacin), que de otro modo desencadena la produccin
de nuevos FFA y los correspondientes jabones a lo largo del proceso si no se elimina.
2.4PROCESO DE PRODUCCIN DE BIODIESEL
El biodiesel se puede producir a partir de una gran variedad de grasas y aceites pero
slo algunos de ellas tienen sentido desde un punto de vista econmico y ambiental.
Estas grasas y aceites por ejemplo son el aceite usado, materia prima utilizada en este
proyecto. Para que sean atractivas hoy da han de ser aceites o grasas que no se
puedan destinar a la alimentacin, o como en el caso del aceite usado sea un desecho
y mediante este proceso se revalorice convirtindolo en un producto o materia prima.
Muchas de la materias primas prcticamente disponible para la produccin de
biodiesel contienen cantidades significativas de cidos grasos libres y otros elementosque necesitan ser tratadas con antes de iniciar el proceso de transesterificacin.
A continuacin se muestra en la figura 8 el proceso industrial de produccin de
biodiesel que se ir detallando punto por punto.
7/24/2019 Trabajo Fin de Master Biodiesel
25/90
Estudio comparativo de dos tipos de reactores para obtencin de Biodiesel a partir
de aceite usado
Mster en
IngenieraAmbiental
25
Figura 8. Proceso de transesterificacin industrial
7/24/2019 Trabajo Fin de Master Biodiesel
26/90
Estudio comparativo de dos tipos de reactores para obtencin de Biodiesel a partir
de aceite usado
Mster en
IngenieraAmbiental
26
2.4.1PRETRATAMIENTO
Como resultado, un primer paso en la produccin de biodiesel es el pre-tratamiento de
la materia prima. Este pre-tratamiento puede llegar a ser un refinamiento total, similar
a los procesos de refinado de aceite. En la prctica no es necesario llegar tan lejos para
producir un biodiesel aceptable ya que es un proceso costoso. El proceso de pre-
tratamiento es necesario tanto para el aceite vegetal crudo y de los aceites usados de
frituras y el que se realiza es la esterificacin.
Considerando que los aceites vegetales crudos tienen un bajo porcentaje de cidos
grasos libres, fosfolpidos y la materia slida, aceite usado de fritura, normalmente
tiene un alto contenido de agua y cido graso libre. El pre-tratamiento de estas
materias primas consta de las siguientes etapas:
1. Los fosfolpidos pueden ser eliminados mediante un proceso de desgomado. En
el aceite de soja crudo, el contenido de fosfolpidos puede estar comprendido
entre el 1,5 y el 2%. La razn principal para eliminar estos componentes es que
algunos de ellos son emulsionantes fuertes. Su presencia en las fases
posteriores del proceso complicara las diferentes etapas del proceso de pre-
tratamiento y posterior esterificacin.
2. Filtracin de los slidos.
3. Eliminacin de los cidos FFA por debajo de niveles aceptables. Hay varios
mtodos disponibles que se seleccionan en funcin de la concentracin de FFA.
Para bajas concentraciones de FFA, una opcin mediante una reaccin de
saponificacin, es decir, hacindolos reaccionar con una solucin alcalina paraformar jabn y separarlo por centrifugacin. Sin embargo, para una
alimentacin con alto nivel de FFA esta opcin dara lugar a un proceso muy
ineficiente, ya que se formara una gran cantidad de jabn, conllevando a
grandes prdidas de catalizador bajando la eficiencia de los procesos. La mejor
opcin es tratar de recuperar los FFA mediante la formacin de esteres. ste
proceso de esterificacin se puede realizar por: mtodos enzimticos,
glicerolisis y catlisis cida. El mtodo ms utilizado en la prctica es catlisis
7/24/2019 Trabajo Fin de Master Biodiesel
27/90
Estudio comparativo de dos tipos de reactores para obtencin de Biodiesel a partir
de aceite usado
Mster en
IngenieraAmbiental
27
cida. Catlisis cida necesita eliminar el agua producida en la reaccin y
neutralizar el exceso de cido.
2.4.2PROCESO DE TRANSESTERIFICACIN
Si el pre-tratamiento se realiza correctamente, uno debe tener una mezcla de
triglicridos y steres con un mnimo contenido de cidos grasos libres y el agua. En
estas condiciones se puede realizar la reaccin de transesterificacin. Hay varias
formas en las que esta reaccin puede llevarse a cabo, utilizando tanto los procesos
discontinuos o por lote y los de flujo continuo. Tanto en uno como en otro, los
productos obtenidos hay que tratarlos para recuperar el metanol, el glicerol y obtener
un biodiesel lo ms puro posible. La Figura 8 representa un diagrama esquemtico del
proceso de transesterificacin industrial tradicional.
El alcohol ms comnmente utilizado en la produccin de biodiesel es metanol,
aunque se pueden utilizar otros alcoholes como etanol o isopropanol (el alcohol de
cadena ms larga producen steres de alquilo con mejores propiedades anti-
congelantes, pero metanol es el alcohol ms barato y tambin conduce a tiempos de
reaccin ms cortos). Un factor clave para la calidad del alcohol primario es el
contenido de agua. El agua interfiere con reacciones de transesterificacin y puede
ocasionar una disminucin del rendimiento del proceso, altos cantidades de jabn,
cidos grasos libres y triglicridos en el combustible final. Desafortunadamente, todos
los alcoholes de cadena corta son higroscpicos y son capaces de absorber agua del
aire.
Como se ha mencionado anteriormente, el alcohol se utiliza en exceso con objeto de
desplazar el equilibrio de la reaccin hacia la derecha (figura 3). El alcohol no utilizado
debe ser recuperado y reciclado de nuevo en el proceso para minimizar los costos de
operacin y los impactos ambientales. El metanol es considerablemente ms fcil de
recuperar que el etanol.
Reacciones de transesterificacin se realizan en un reactor con temperaturas en elrango de 40 a 65 C.
7/24/2019 Trabajo Fin de Master Biodiesel
28/90
Estudio comparativo de dos tipos de reactores para obtencin de Biodiesel a partir
de aceite usado
Mster en
IngenieraAmbiental
28
Una vez que las reacciones de transesterificacin se consideran lo suficientemente
completa, el siguiente paso es separar el biodiesel del glicerol. Esto se puede hacer
fcilmente debido a que no son solubles y tienen muy diferentes densidades. Laseparacin se puede hacer a travs de dispositivos centrfugos o por medio de
decantacin por gravedad. Cuando se separan, ambas corrientes tienen que ser
tratados por separado. La corriente de biodiesel para producir un producto que
cumple con las normas aplicables, es decir, tiene un bajo contenido de agua y glicerol.
La corriente de glicerol para recuperar la mayor parte del metanol como sea posible y
producir glicerol.
2.4.3TRATAMIENTO DE LA GLICERINA
La corriente de glicerol que sale del separador contiene alrededor de 50% de glicerol.
Est constituida por el exceso de metanol y la mayor parte del catalizador y jabn. De
esta forma, el glicerol tiene poco valor y eliminacin puede ser difcil ya que debido a
su contenido en metanol tiene que ser tratado como residuo peligroso.
El primer paso que hay que hacer para purificar la glicerina es, por lo general, para
aadir cido para romper los jabones en cidos grasos libres y sales. Los cidos grasos
libres no son solubles en el glicerol y al ser menos densos se separaran quedndose en
la fase superior donde pueden ser retirados y recirculados al proceso de esterificacin.
Las sales permanecen con el glicerol aunque dependiendo de los compuestos qumicos
presentes, algunos pueden precipitar.
2.4.4TRATAMIENTO BIODIESEL BRUTO
Despus de la separacin de la fase inferior de glicerol, biodiesel bruto est mezclado
con el catalizador residual, el agua, el alcohol que no ha reaccionado, glicerol libre, y
jabones que se generaron durante la reaccin de transesterificacin.
Normalmente, biodiesel bruto pasa por una etapa de neutralizacin. El cido se aade
al biodiesel para neutralizar cualquier resto de catalizador y para romper cualquierjabn que se pueda haber formado durante la reaccin. Los jabones al reaccionar con
7/24/2019 Trabajo Fin de Master Biodiesel
29/90
Estudio comparativo de dos tipos de reactores para obtencin de Biodiesel a partir
de aceite usado
Mster en
IngenieraAmbiental
29
el cido forman sales solubles en agua y cidos grasos libres. Se eliminarn las sales
durante la etapa de lavado con agua, y los cidos grasos libres se quedarn en el
biodiesel.
A continuacin, el biodiesel se separa del alcohol mediante una etapa de destilacin,
antes de la etapa de lavado.
La etapa de lavado con agua se destina a eliminar cualquier catalizador, jabn, sales,
metanol, o glicerol libre del biodiesel que le quede. Cualquiera que sea la porcin de
glicerol que permanece en el biodiesel se puede quitar durante el proceso de lavado
con agua. La cantidad de glicerol en el biodiesel despus del lavado es muy baja,
especialmente si se emplea agua caliente durante el lavado.
Si se neutraliza antes del lavado reduce la cantidad de agua necesaria y las emulsiones
que se forman cuando se aade el agua para lavar el biodiesel. Tras el proceso de
lavado, el agua restante se elimina del biodiesel por un proceso de evaporacin a
vaco.
El metanol que se separa del biodiesel y del glicerol se recircula al depsito de
metanol al principio del proceso. Antes de su recirculacin se debe destilar el metanol
para eliminarle el agua.
El nivel de alcohol residual en el producto final debe ser muy bajo (la norma EN 14212
establece que sea
7/24/2019 Trabajo Fin de Master Biodiesel
30/90
Estudio comparativo de dos tipos de reactores para obtencin de Biodiesel a partir
de aceite usado
Mster en
IngenieraAmbiental
30
En los sistemas que incorporan la etapa de esterificacin de cidos grasos libres
consiguen reducciones de stos por debajo de 1%, y consiguindose conversiones por
encima del 99% de los TG presentes en la materia prima. Siendo inevitable laformacin de jabones entre un 0,7% hasta 1,5%, debido a la reaccin del catalizador
bsico con los cidos grasos libres durante la transesterificacin. Por lo tanto, la mayor
parte de las tecnologas en el mercado hacen publicidad "conversin 99% w/w", pero
en realidad ofrecen un rendimiento entre el 97% -98% w / w, ambos a partir de aceites
vrgenes y aceite de frituras usados.
El estado de la tcnica es un rendimiento garantizado 99,6% para los aceites con un
ndice de saponificacin de 185, es el nmero de miligramos dehidrxido de
potasio requeridos parasaponificar 1 g degrasa bajo condiciones especficas. Es una
medida para calcular elpeso molecular promedio de todos loscidos grasos presentes.
y alrededor de 100,25% para los de ndice de saponificacin de 205; logrado mediante
la esterificacin de los cidos grasos libres a 80%
de pureza.
2.5PLANTA DE PRODUCCIN
Las plantas ms pequeas, a menudo, utilizan reactores en discontinuo o por lotes,
pero las plantas ms grandes (> 4 millones de litros / ao) utilizan procesos de flujo
continuo que implican reactores de tanque agitado continuo (CSTR) o reactores de
flujo pistn (el proceso propuesto en este proyecto implica un proceso de flujo
continuo usando un sistema flujo de tapn tal como se describir ms adelante). La
reaccin se realiza, a veces, en dos pasos. En estos sistemas, se aade
aproximadamente el 80% de alcohol y el catalizador en la primera etapa CSTR. Antesde entrar en un segundo CSTR, la corriente reaccionante pasa a travs de una etapa
http://es.wikipedia.org/wiki/Hidr%C3%B3xido_de_potasiohttp://es.wikipedia.org/wiki/Hidr%C3%B3xido_de_potasiohttp://es.wikipedia.org/wiki/Saponificaci%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Grasahttp://es.wikipedia.org/wiki/Peso_molecularhttp://es.wikipedia.org/wiki/%C3%81cido_grasohttp://es.wikipedia.org/wiki/%C3%81cido_grasohttp://es.wikipedia.org/wiki/Peso_molecularhttp://es.wikipedia.org/wiki/Grasahttp://es.wikipedia.org/wiki/Saponificaci%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Hidr%C3%B3xido_de_potasiohttp://es.wikipedia.org/wiki/Hidr%C3%B3xido_de_potasio7/24/2019 Trabajo Fin de Master Biodiesel
31/90
Estudio comparativo de dos tipos de reactores para obtencin de Biodiesel a partir
de aceite usado
Mster en
IngenieraAmbiental
31
para la eliminacin de glicerol. Extraccin del glicerol hace que la reaccin de
transesterificacin pueda desplazarse ms derecha. El 20% del alcohol restante y el
catalizador se aaden en este segundo reactor. Este procedimiento proporciona mejorrendimiento y una menor cantidad de alcohol que los sistemas de un solo paso.
Una variacin del proceso por lotes es el uso de reactores de tanque agitado continuo
(CSTR) en serie. Los CSTR se pueden variar en volumen para permitir un tiempo de
residencia ms largo en el primer CSTR para conseguir un mayor grado de reaccin.
Despus de decantar el glicerol de la primera etapa, la reaccin en el segundo CSTR es
ms rpida, con lo que se pueden obtener rendimientos superiores al 98%.
Un elemento esencial en el diseo de un CSTR es los reactivos estn lo suficientemente
mezclados para asegurar que la composicin por todo el reactor sea constante. Esto
tiene un efecto contraproducente porque aumenta la dispersin del producto y del
glicerol. Como resultado se requiere de mayor tiempo para la separacin de fases.
Otro tipo de reactor continuo, es el reactor tubular. Este tipo de reactor, denominado
un reactor de flujo de pistn (PFR), se comporta como si se tratara de una serie de
pequeas de infinitos CSTR conectados en serie. En resultado es un sistema continuo
con menores tiempos de residencia para la misma conversin. A menudo, este tipo de
reactor puede operar a una temperatura y presin elevada para aumentar la
velocidad de reaccin.
Una variante de los reactores de flujo pistn es de reactores de flujo oscilatorio (RFO).
Son reactores tubulares que contienen placas perforadas a intervalos regulares. El
caudal se bombea de manera pulsante, lo cual mejora la transferencia de calor y masa,
sin requerir que el caudal neto sea excesivamente alto. Las conversiones son del orden
de un 90% en los tiempos de reaccin de 30 minutos.A diferencia de los reactores de
flujo de tapn convencionales, donde se debe mantener un nmero mnimo de
Reynolds, en este reactor se produce una mezcla completa entre placa y placa que es
independiente de la flujo neto.
7/24/2019 Trabajo Fin de Master Biodiesel
32/90
Estudio comparativo de dos tipos de reactores para obtencin de Biodiesel a partir
de aceite usado
Mster en
IngenieraAmbiental
32
Adems, otra variante es el llamado reactor de flujo turbulento oscilatorio (OBR) y el
reactor continuo de flujo turbulento oscilatorio (COBR). Para estos tipos existe un
nmero de Reynolds modificado. La tecnologa COBR consiste generalmente en unacolumna cilndrica o tuvo que contiene deflectores con orificios espaciados a unas
distancias iguales que origina una superposicin de oscilacin de fluido. En que se
crean remolinos cuando el flujo de fluido pasa a travs de los deflectores como se
muestra en la Figura 9, lo que permite significativos movimientos radiales, de la misma
magnitud, en las zonas de la pared y en el centro. La generacin de los remolinos crea
una mezcla uniforme en cada celda, entre deflector y deflector a lo largo de la columna
o tubo. El flujo que circula por el interior de la columna est compuesto por un flujo
neto, caracterizado por una velocidad constante a lo largo del tiempo, sobre el que se
superpone un flujo oscilatorio, cuya velocidad sigue una ley sinusoidal con el tiempo.
En la prctica, la magnitud de la componente oscilatoria es muy superior a la magnitud
de la componente neta.
Figura 9. Reactor de flujo oscilatorio y sistema de mezclado
Tener en cuenta que los estudios de literatura (Mazubert A. 2013) se han limitado a
slo transesterificacin. Los resultados muestran que en un OBR se puede llegar a un
99% de conversin en slo 10 min a 60 C, que es la mitad del tiempo requerido para
llevar a cabo la reaccin en reactores convencionales. Adems, el mismo estudio
muestra que la corriente de metanol se puede reciclar en la tecnologa OBR continua,
permitiendo de este modo una mezcla de metanol muy baja proporcin de aceite a
7/24/2019 Trabajo Fin de Master Biodiesel
33/90
Estudio comparativo de dos tipos de reactores para obtencin de Biodiesel a partir
de aceite usado
Mster en
IngenieraAmbiental
33
utilizar. Reactores de flujo oscilatorio de mesoescala, que son particularmente
adaptados a los estudios de viabilidad y prueba de deteccin debido a su menor
capacidad, tambin se han demostrado para proporcionar altas conversiones yrendimientos en tiempos cortos en comparacin con lo que puede lograrse en tanques
por lotes convencionales.
Adems de las ventajas de Obrs para el rendimiento de reaccin, que se resumen en la
Tabla 11, este tipo de equipos es particularmente adecuado para la produccin a
escala industrial donde puede ser necesaria una cierta capacidad de flujo. De hecho,
existe equipamiento comercial como la desarrollada por NiTech solutions, que se ha
demostrado en la produccin de biodiesel con xito. Los reactores de flujo oscilatorio
tambin han demostrado proporcionar bueno manejo de slidos, ya sea de suspensin
de slidos o cristalizacin, lo cual es interesante si la catlisis heterognea se va a
utilizar. Aunque slo en reacciones de transesterificacin se han demostrado en la
literatura, los resultados de estos estudios y las caractersticas de este equipo de
proceso continuo sugieren que tambin podran proporcionar ventajas significativas
para las reacciones de esterificacin e hidrlisis (Mazurbert A., 2013).
7/24/2019 Trabajo Fin de Master Biodiesel
34/90
Estudio comparativo de dos tipos de reactores para obtencin de Biodiesel a partir
de aceite usado
Mster en
IngenieraAmbiental
34
Tabla 1. Ventajas y desventajas OBRs en reacciones de transesterificacin
OBR Ventajas Desventajas
Transesterificacin
Tiempo de reaccinsignificativamente reducido
comparado con mezcla
completaNo integra unidad de
separacin para el producto
final
Compatible con catalizadores
heterogneos
Reduccin de relacin molar
alcohol acido graso
Gran flexibilidad en tiempos
de residencia
2.6PRINCIPALES FACTORES QUE AFECTAN A LA PRODUCCIN DE BIODIESEL
1.- Cantidad de alcohol. Uno de los principales factores que afectan el rendimiento de
biodiesel es la relacin molar de alcohol/triglicrido. Se utiliza alcohol en exceso en la
produccin de biodiesel para asegurarse de que las transesterificacin de los aceites y
grasas se realicen completamente. El rendimiento ptimo se encuentra para relaciones
molares entre 6 y 8, apare relaciones superiores disminuye en rendimiento, al mismo
tiempo que aumenta el coste para la recuperacin del alcohol.
2.- El tiempo de reaccin. La conversin a steres de cidos grasos aumenta con el
tiempo de reaccin. Al principio, la reaccin es lenta debido a que no hay buenamezcla y poca dispersin de alcohol en el aceite. Despus de un tiempo, la reaccin se
desarrolla muy rpido. Normalmente, el rendimiento alcanza un mximo en un tiempo
de reaccin de
7/24/2019 Trabajo Fin de Master Biodiesel
35/90
Estudio comparativo de dos tipos de reactores para obtencin de Biodiesel a partir
de aceite usado
Mster en
IngenieraAmbiental
35
3.- La temperatura de reaccin. La temperatura influye claramente la reaccin y el
rendimiento de la reaccin. A mayor temperatura de reaccin puede disminuir las
viscosidades de los aceites y resultar en una velocidad de reaccin mayor, y un tiempode reaccin ms corto. Sin embargo, cuando la temperatura de reaccin aumenta ms
all del nivel ptimo, el rendimiento del producto de biodiesel disminuye debido a una
mayor temperatura de reaccin acelera la reaccin de saponificacin de los
triglicridos. La temperatura de reaccin debe ser menor que el punto de ebullicin
del alcohol con el fin de asegurar que el alcohol no se escape por evaporizacin.
Dependiendo del aceite usado, la temperatura ptima oscila entre 50 C a 60 C.
4.- Tipo y concentracin del catalizador. La concentracin de catalizador puede
afectar el rendimiento del producto de biodiesel. Como se ha mencionado antes, el
catalizador ms comnmente utilizado para la reaccin es el hidrxido de sodio. Sin
embargo, metxido de sodio se ha encontrado para ser ms eficaz que el hidrxido de
sodio, porque tras la mezcla de hidrxido de sodio con metanol se produce una
pequea cantidad de agua, lo que afectar el rendimiento del producto debido a la
reaccin de hidrlisis. Esta es la razn por la cual el catalizador se debe aadirmezclado con metanol y luego se mezcla con el aceite. A medida que la concentracin
de catalizador aumenta la conversin de triglicridos y el rendimiento de la reaccin
aumenta. Esto es debido a una cantidad insuficiente de catalizadores dan lugar a una
conversin incompleta de los triglicridos en los steres de cidos grasos. Por lo
general, el rendimiento alcanza un ptimo valor cuando la concentracin de
catalizador (NaOH) llega a 1,5% en peso y luego disminuye un poco con un incremento
adicional en la concentracin de catalizador. La reduccin del rendimiento del
biodiesel es debido a la adicin de exceso de catalizador alcalino causando ms
triglicridos de reaccionar con el catalizador alcalino y formar ms jabn.
5.- La humedad y el contenido de cidos grasos libres. Ya se han mencionado los
efectos perjudiciales de los cidos grasos libres en el material de alimentacin. Como
una gua, FFA por encima de 3% pondra en peligro severamente la eficacia de la
reaccin de transesterificacin. Cuanto mayor es la acidez de la materia prima deaceite menor es la eficiencia de la reaccin. Algo muy similar puede decirse del
7/24/2019 Trabajo Fin de Master Biodiesel
36/90
Estudio comparativo de dos tipos de reactores para obtencin de Biodiesel a partir
de aceite usado
Mster en
IngenieraAmbiental
36
contenido de agua en el aceite. Incluso cantidades relativamente pequeas de
humedad dara lugar a una eficiencia de reaccin no son ptimas.
6.- Mezclado. Es muy importante para dispersar el alcohol en los triglicridos con el fin
de iniciar la reaccin. Una buena dispersin de los reactivos significa mayor superficie
de contacto y ms eficaz es la reaccin.
2.7NORMATIVA BIODIESEL
El proceso de fabricacin descrito anteriormente sugieren que es imposible obtener
una mezcla pura 100% de steres de alquilo. Lo normal es que tenga algo de glicerol,
as como monoglicridos y diglicridos.
Para garantizar un funcionamiento seguro en los motores diesel, los aspectos ms
importantes del producto de biodiesel son la finalizacin de la reaccin, la eliminacin
del glicerol libre, el catalizador residual y el alcohol, y la ausencia de cidos grasos
libres.
Como se ha mencionado antes, si la reaccin de transesterificacin no es completa, los
triglicridos, diglicridos, monoglicridos, pueden estar presentes en el producto final.
Qumicamente, cada uno de estos compuestos contiene una molcula de glicerol. Un
combustible con excesiva cantidad de glicerol libre puede obstruir los filtros de
combustible y causar problemas de combustin en el motor diesel. Para evitar esto se
han unificado los criterios de calidad mediante normas estandarizadas, las normas
ms importantes son la EN 14214 y los EE.UU. ASTM 6751 (hay otros pases con
normas nacionales, por ejemplo, de Brasil biodiesel estndar ANP 255). Como
resultado, estos estndares de biodiesel especifican el contenido mximo de steres
de alquilo en el producto final.
Los usuarios deBiodiesel,tanto sea los constructores de motores como de las dems
partes intervinientes, necesitan del desarrollo de normas confiables que den seguridad
para facilitar su comercializacin. Los pases donde residen estos usuarios, exigen otros
beneficios adems de los econmicos como medio ambientales y de salud. Naciones
http://biodiesel.com.ar/category/biodieselhttp://biodiesel.com.ar/category/biodieselhttp://biodiesel.com.ar/category/biodiesel7/24/2019 Trabajo Fin de Master Biodiesel
37/90
Estudio comparativo de dos tipos de reactores para obtencin de Biodiesel a partir
de aceite usado
Mster en
IngenieraAmbiental
37
desarrolladas como Austria (ORORM C 1190), Alemania (DIN V51606) y EE.UU. (ASTM
D6751) han establecido normas similares para el Biodiesel con especificaciones
particulares como por ejemplo, la cuantificacin de glicerol, que no estn dadas en lasnormas para DF.
La normativa europea tiene la particularidad de incluir el nmero de Yodo (Iodine
Value, IV) ya que generalmente, en dicho continente se utiliza aceite de colza en la
fabricacin de Biodiesel.
El valor mximo aceptable es IV = 115 que excluira al aceite de soja y sus steres,
Se encuentran distintos tipos de biodiesel:
Por un lado existen los derivado de aceites vegetales con un alto contenido de
compuestos saturados, (bajos IVs) estos poseen un CN (Centane number) mayor,
mientras que sus propiedades a bajas temperaturas son peores.
Por otro lado se conocen Biodiesel procedentes de aceites vegetales con un alto
contenido de compuestos insaturados, (alto IVs) que poseen un menor CN, mientras
que sus propiedades a bajas temperaturas son mejores.
Consiguientemente, los CN y los IVs son inversamente proporcionales. Al agregar a las
normas un mximo de IVs, se estara restringiendo el mnimo CN.
Considerando que la mayora de los steres tienen un CN mayor que los aceites
vegetales y los combustiblesDiesel convencionales, los mismos superan sin ningn
tipo de inconvenientes el mnimo impuesto por ASTM (CN mn = 40). Un argumentocontrario a la inclusin del IV en las normas de Biodiesel, es que distintas
composiciones de cidos grasos dan un mismo IV. Por ejemplo, metil oleato puro tiene
un mismo IV que la mezcla 1 a 1 de metilesteareato y metillinoleato. El IV desconoce
factores estructurales en los compuestos grasos donde el CN depende de la posicin
del doble enlace, longitud de la cadena, etc. Aumentar el CN de los aceites de algunas
plantas mediante el desarrollo de nuevos aditivos que son ms efectivos a pesar de su
alto grado de insaturacin, es una alternativa posible.
http://biodiesel.com.ar/category/combustibleshttp://biodiesel.com.ar/category/combustibleshttp://biodiesel.com.ar/category/combustibles7/24/2019 Trabajo Fin de Master Biodiesel
38/90
Estudio comparativo de dos tipos de reactores para obtencin de Biodiesel a partir
de aceite usado
Mster en
IngenieraAmbiental
38
Estndares delBiodiesel
La American SocietyforTesting and Materials (ASTM) ha especificado para asegurar el
correcto funcionamiento de loscombustibles, distintas pruebas como las que se
detallan a continuacin:
Flash Point
Resulta importantsimo por los requerimientos legales en lo que respecta a la
seguridad en el manejo y almacenamiento del mismo.
Punto de enturbiamiento (Cloud Point)
Se define as el comportamiento del combustible en condiciones climticas a baja
temperatura reconocindose los grados a partir de los cuales comienzan a formarse
dentro del combustible, pequeos cristales.
Viscosidad
Para algunos motores la especificacin de un mnimo de viscosidad que puede
generarse debido a la prdida de potencia por parte de la bomba inyectora y prdidas
de combustible en el inyector, puede llegar a ser un gran beneficio.
Por cuestiones de diseo y tamao de los motores, y las caractersticas propias del
sistema de inyeccin resulta necesario un lmite admisible mximo que el del gas oil,
por lo que las mezclas de este ltimo con Biodiesel, reducen la viscosidad del mismo.
Sulfuros
Afectan principalmente a la performance de los sistemas de control de emisiones. Los
efectos de la presencia de sulfuros pueden variar considerablemente dependiendo en
gran medida de las condiciones de operacin.
Cenizas Sulfatadas
La formacin de cenizas puede presentarse en tres formas diferentes:
http://biodiesel.com.ar/category/biodieselhttp://biodiesel.com.ar/category/combustibleshttp://biodiesel.com.ar/category/combustibleshttp://biodiesel.com.ar/category/combustibleshttp://biodiesel.com.ar/category/biodiesel7/24/2019 Trabajo Fin de Master Biodiesel
39/90
Estudio comparativo de dos tipos de reactores para obtencin de Biodiesel a partir
de aceite usado
Mster en
IngenieraAmbiental
39
Slidos abrasivos
Jabones metlicos solubles
Catalizador remanente
Es importante destacar que los slidos abrasivos y el catalizador remanente pueden
provocar un desgaste prematuro del inyector, la bomba inyectora, pistones y aros y la
formacin de depsitos en el motor
Corrosin al Cobre
Es importante ya que indica la presencia de cidos o contenido de sulfuros que puedan
provocar corrosin en el motor.
Residuo Carbonoso
Es un indicador de la tendencia del combustible a formar depsitos de carbono.
Nmero cido
Determina el nivel de cidos grasos libres que se encuentran en el combustible. Los
depsitos y la corrosin son evitables con la eliminacin de los mismos.
Nmero de Cetano
Para evaluar la calidad de ignicin del combustible y la presencia de humos negros y
rudeza de marcha, es imprescindible observar el nmero de cetano.
Que se requiera mayor o menor nmero de cetano depende por un lado del diseo,
tamao, variacin de carga y velocidad y por otro lado de las condiciones atmosfricas.
Glicerina libre
http://biodiesel.com.ar/category/glicerinahttp://biodiesel.com.ar/category/glicerina7/24/2019 Trabajo Fin de Master Biodiesel
40/90
Estudio comparativo de dos tipos de reactores para obtencin de Biodiesel a partir
de aceite usado
Mster en
IngenieraAmbiental
40
Un alto contenido de la misma dentro del combustible bloquea los inyectores y
obstruye los conductos del mismo combustible.
Glicerina Total
Es una seal del total de glicerina en el combustible, tanto libre como no libre.
Si su nivel es bajo, asegura que ha habido una alta conversin de aceites o grasas en
esteres monoalquilicos.
Si su nivel de mono (VWER)-, di- y triglicridos es alto, puede bloquear los inyectores y
afectar la performance en climas fros.
Normativa Internacional
En pases del primer mundo como EEUU y las naciones europeas, la legislacin regula
el contenido de azufre en gasoil llevndolo a niveles cercanos a cero para un futuro no
muy lejano.
Una medida muy importante ya tomada en Europa fue establecer el uso obligatorio del
5% de Biodiesel como aditivo del gasoil mineral, el cual llevara al 10 % para el ao
2010.
Esta decisin se fundamenta en la comprensin de queel Biodiesel es menos
contaminante ya que no contiene aromticos polinucleares, el contenido de
combustible no quemado presente en los gases de escape es menor como as tambin
el material particulado y los aldehdos.
Es importante indicar que motor que funciona con Biodiesel, no emana humo negro de
su cao escape.
Normativa Argentina
Segn fuentes autorizadas del Subcomit de Calidad deCombustibles coordinado por
la Lic. Mara Beatriz Villafae publicadas en septiembre de 2004 a travs del boletn
IRAM, se acord estudiar por razones econmicas de produccin de dichas materiasprimas en nuestro pas, prioritariamente, la norma del producto puro Biodiesel,
http://biodiesel.com.ar/category/el-biodieselhttp://biodiesel.com.ar/category/combustibleshttp://biodiesel.com.ar/category/combustibleshttp://biodiesel.com.ar/category/el-biodiesel7/24/2019 Trabajo Fin de Master Biodiesel
41/90
Estudio comparativo de dos tipos de reactores para obtencin de Biodiesel a partir
de aceite usado
Mster en
IngenieraAmbiental
41
correspondiente a la mezcla de steres metlicos provenientes de la transesterificin
del aceite de soja.
Dicho subcomit, estudi y aprob durante los aos 2001 y 2002, la norma sobre los
requisitos de calidad de este combustible: Norma IRAM 6515-1. Calidad de
Combustibles de la siguiente manera:
Combustibles lquidos para uso automotor.
Parte 1: Puro (B100). Los antecedentes utilizados para la elaboracin de este
documento son:
Resolucin N 129/2001 de la Secretara de Energa.
Norma ASTM PS 121/1999 Provisional Specification for Biodiesel Fuel (B 100) Blend
Stock for Distillate Fuels
Norma ASTM D 6751:2002 Standard Specification for Biodiesel Fuel (B-100) Blend
Stock for Distillate Fuels.
Norma pr ENN 14214/May 2001 Automotive fuels Fatty acid methyl esters (FAME)
for diesel engines Requirements and test methods.
Los requisitos que se tuvieron en cuenta para la obtencin de un producto de buena
calidad son:
Pureza mnima por cromatografa gaseosa.
Rango de densidad y viscosidad para bombeabilidad del producto.
Punto de inflamacin.
7/24/2019 Trabajo Fin de Master Biodiesel
42/90
Estudio comparativo de dos tipos de reactores para obtencin de Biodiesel a partir
de aceite usado
Mster en
IngenieraAmbiental
42
Contenido mximo de:
Azufre.
Agua por Karl Fischer
Impurezas insolubles.
Cenizas sulfatadas (para evitar contaminantes inorgnicos)
steres de cido linoleico.
steres metlicos de cidos poli -insaturados con 4 o ms de dobles ligaduras.
Metanol libre (que indica una buena purificacin del producto final).
Mono di y triglicridos (que indica una completatransesterificacin).
Glicerina libre y total (que indica la pureza e impide el dao del motor).
Metales de sodio y potasio (que indica ausencia de jabones lo que daara el motor).
Residuo carbonoso (fundamental para distinguir un buen producto).
Acidez.
Yodo (para impedir que se usen aceites que producen lacas en el motor y parapermitir el uso del aceite de soja).
Contenido mnimo de:
Nmero de cetano (para asegurar las propiedades de ignicin del combustible).
Grado de lubricidad.
Tambin se tuvo en consideracin la corrosin a la lmina de cobre, la estabilidad a la
oxidacin que corresponde a un envejecimiento acelerado que da idea del tiempo de
http://biodiesel.com.ar/category/transesterificacionhttp://biodiesel.com.ar/category/transesterificacion7/24/2019 Trabajo Fin de Master Biodiesel
43/90
Estudio comparativo de dos tipos de reactores para obtencin de Biodiesel a partir
de aceite usado
Mster en
IngenieraAmbiental
43
almacenaje y fundamentalmente el requisito relativo al clima y a la poca del ao para
la extensin y variedad de nuestro pas, como es la temperatura de punto de
obturacin de filtro fro, cuando los filtros del motor se tapan por solidificacin delproducto, debido a la baja de temperatura, factor importante a tener en cuenta para
ser comercializado en determinadas regiones o estaciones.
Participaron en la elaboracin de estas normas, las empresas petroleras de plaza
Repsol YPF, Shell, Esso, Petrobras, Dapsa, Rhasa; la Cmara de representantes de
fbricas de automotores: ADEFA; los fabricantes de Biodiesel de todo el pas: Pcias. de
Bs. As., Santa Fe, San Luis, Crdoba, Jujuy, entre otros; los representantes de los
Gobiernos Provinciales; usuarios como Ferrocarriles, Maquinaria agrcola;
Universidades Nacionales como la U.T.N. y de Ro Cuarto; el INTI; el INTA; la Direccin
de Aduanas; Laboratorios privados; representantes de Instrumental analtico; AES-
Asociacin de Estaciones de Servicio; la Secretara de Energa; la Bolsa de Cereales; la
Secretara de Agricultura; la Cmara de Aceites; la Asociacin de Grasas y Aceites;
Institutos privados, Consultores; proveedores de aditivos, e Invitados especiales, entre
otros
Calidad
Dado que las expectativas sobre este producto son muy grandes en la
RepblicaArgentina, se han sentado las bases para establecer una calidad
internacional en el mercado, mediante la norma IRAM.
La calidad delBiodiesel depende de dos factores importantes a saber:
Uno es el aceite de origen, que debe ser altamente refinado, superdesgomado, seco y
neutralizado, y otro es el grado de correcta fabricacin.
De ah surgi la necesidad de contar con una Norma Argentina, que respondiera a
parmetros de calidad internacionales. Estebiocombustible, para ser utilizado en
reemplazo del gasoil o como aditivo del mismo, debe asegurar un buen
comportamiento en los motores.
http://biodiesel.com.ar/category/argentinahttp://biodiesel.com.ar/category/biodieselhttp://biodiesel.com.ar/category/biocombustiblehttp://biodiesel.com.ar/category/biocombustiblehttp://biodiesel.com.ar/category/biodieselhttp://biodiesel.com.ar/category/argentina7/24/2019 Trabajo Fin de Master Biodiesel
44/90
Estudio comparativo de dos tipos de reactores para obtencin de Biodiesel a partir
de aceite usado
Mster en
IngenieraAmbiental
44
El motor en que se vaya a utilizar no requiere ninguna modificacin, salvo en modelos
anteriores a 1998 en los cuales se les cambian los conductos de goma por un material
ms resistente, debido al alto poder solvente del metil ster que diluye esas gomas(aqu es conveniente consultar al fabricante).
Tambin tiene un alto poder detergente que puede afectar a filtros y tanques de
almacenamiento con pintura interna.
Tabla 2. Biodiesel Standars EN 14214
Parmetro Test Tcnica analtica
Contenido en ter EN 14103 CG
Densidad, 15C EN ISO 3675, EN ISO 12185 Picnometra
Viscosidad, 40C EN ISO 3104, ISO 3105 Viscosimetra
Punto de inflamacin EN ISO 3679 Equipo normalizado
Contenido en azufre EN ISO 20846, EN ISO 20884 Fluorescencia
UV/WDXRF
Residuo carbonoso EN ISO 10370 Equipo normalizado
Numero de cetano EN ISO 5165 Equipo normalizado
Cenizas sulfatadas ISO 3987 Gravimetra
Contenido en agua EN ISO 12937 Karl Fischer
Contaminacin total EN 12662 Filtracin-Gravimetra
Corrosin en lmina de cobre EN ISO 2160 Equipo normalizado
Estabilidad oxidacin 110C EN 14112 Equipo normalizado
ndice de acidez EN 14104 Valoracin cido-base
ndice de yodo EN 14111 Valoracin redox
Esteres metlicos ac Linolnico EN 14103 CG
Contenido en metanol EN 14110 CG
Contenido monoglicridos EN 14105 CG
Contenido digliceridos EN 14105 CG
Contenido triglicridos EN 14105 CG
Glicerol libre EN 14105 CG
Glicerol total EN 14105 CG
Metales del grupo I (Na+K) EN 14108,EN 14109, EN 14538 AAS, ICO-OES
Metales del grupo II (Ca+Mg) EN 14538 ICP-OES
Contenido en fosforo EN 14107 ICP-OES
Punto obstruccin filtros en frio EN 116 Equipo normalizado
7/24/2019 Trabajo Fin de Master Biodiesel
45/90
Estudio comparativo de dos tipos de reactores para obtencin de Biodiesel a partir
de aceite usado
Mster en
IngenieraAmbiental
45
Captulo 3-OBJETIVOS DEL TRABAJO
7/24/2019 Trabajo Fin de Master Biodiesel
46/90
Estudio comparativo de dos tipos de reactores para obtencin de Biodiesel a partir
de aceite usado
Mster en
IngenieraAmbiental
46
Es un proyecto muy innovador tecnolgicamente y con gran vocacin integradora en el
que los diversos agentes implicados (productores de aceite de frituras, productor del
biodiesel y consumidores finales) constituyen un ciclo completo dentro de las ciudadesandaluzas lo que hace del proyecto una propuesta singular y con gran futuro.
Los objetivos del proyecto son:
1. Obtencin de Biodiesel a parir de aceite usado de fritura.
2. Estudio comparativo de dos procesos de produccin de biodiesel, el tradicional
reactor mezcla completa y el innovador reactor de flujo oscilatorio para
comprobar cual da mejores rendimientos.
3. Una vez demostrado el mejor rendimiento del reactor de flujo oscilatorio el
estudio de las mejores condiciones de funcionamiento de este.
7/24/2019 Trabajo Fin de Master Biodiesel
47/90
Estudio comparativo de dos tipos de reactores para obtencin de Biodiesel a partir
de aceite usado
Mster en
IngenieraAmbiental
47
Captulo 4
-MATERIALES Y MTODOS
7/24/2019 Trabajo Fin de Master Biodiesel
48/90
Estudio comparativo de dos tipos de reactores para obtencin de Biodiesel a partir
de aceite usado
Mster en
IngenieraAmbiental
48
4.1PLAN DE TRABAJO
Primero comparacin de dos tipos de reactores, un reactor tipo tanque agitado
(habitualmente utilizado en las plantas de biodiesel) y el reactor tipo flujo pistn
(reactor de flujo oscilatorio) para produccin de biodiesel usando como materia prima
aceite de fritura. Las experiencias realizadas para obtener los balances globales de
materia en cada uno de los procesos son las siguientes, tabla 3 y 4. Se eligieron estas
condiciones en base a trabajos de investigacin previos (Pereda, J., 2009; Lama-Muoz
A. 2014; Alvarez P., 2003). Las condiciones optimas de estos trabajos fueron 6/1
MeOH/aceite y 1% (p/p) de catalizador.
Tabla 3. Proceso experimental reactor mezcla completa
Esterificacin Transesterificacin
Experiencia Temp. Tiemp./reac
cin
Aceite MeOH/ac.
Graso libre
H2SO4 MeOH/aceite NaOH
1 60C 60 min 1 kg 6/1 1%(p/p) del
aceite
6/1 1%(p/p) del
aceite
2 60C 60 min 1 kg 6/1 1%(p/p) del
aceite
6/1 1%(p/p) del
aceite
3 60C 60 min 1 kg 6/1 1%(p/p) del
aceite
6/1 1%(p/p) del
aceite
Tabla 4. Proceso experimental reactor flujo oscilatorio
Esterificacin Transesterificacin
Experiencia Temp. Tiempo/re
accin
Aceite MeOH/ac. graso
libre
H2SO4 MeOH/aceite NaOH
160C
30 min 1 kg 6/1 1%(p/p)
del aceite
6/1 1%(p/p) del aceite
2 60C 30 min 1 kg 6/1 1%(p/p)
del aceite
6/1 1%(p/p) del aceite
3 60C 30 min 1 kg 6/1 1%(p/p)
del aceite
6/1 1
top related