REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA MINISTERIO DE PODER POPULAR PARA LA EDUCACIÒN LICEO LUIS LÒPEZ MÈNDEZ TÀRIBA, ESTADO TÁCHIRA
PRODUCCIÓN DE ALCOHOL (ETANOL) A BASE DE PLÁTANO, UTILIZADO COMO BIOCOMBUSTIBLE EN ESTUFA CASERA. (PRODUCTION OF ALCOHOL (ETHANOL) BASED ON PLANTAIN, USED AS A BIOFUEL IN A HOMEMADE STOVE)
Táriba, Mayo de 2018
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REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA MINISTERIO DE PODER POPULAR PARA LA EDUCACIÒN LICEO LUIS LÒPEZ MÈNDEZ TÀRIBA, ESTADO TÁCHIRA
PRODUCCIÓN DE ALCOHOL (ETANOL) A BASE DE PLÁTANO, UTILIZADO COMO BIOCOMBUSTIBLE EN ESTUFA CASERA. (PRODUCTION OF ALCOHOL (ETHANOL) BASED ON PLANTAIN, USED AS A BIOFUEL IN A HOMEMADE STOVE)
INTEGRANTES: Añez Reggie Cartagena Yermaing Neri Bryan Osorio Julián Urbina Génesis Urbina María Cátedra: Biología 5TO Sección “C”
Profesora: Licda. Nilvia García Tutora: Dra. Ana A. Pinto
Táriba, Mayo de 2018
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AGRADECIMIENTO
Queremos agradecer primeramente a Dios por darnos la vida y la oportunidad de culminar el presente proyecto para optar el título de Bachiller de la República Bolivariana de Venezuela. También agradecer a nuestros padres y familiares por su apoyo incondicional para el logro de nuestras metas. A los profesores del Liceo Nacional Luis López Méndez en especial a la profesora Anaís Martínez nuestra guía, por ser orientadora y formadora. Y a las personas que colaboraron para que se llevara a cabo el presente proyecto.
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INDICE RESUMEN
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INTRODUCCIÓN
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CAPÍTULOS I
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EL PROBLEMA
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Planteamiento del Problema
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Formulación del Problema
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Objetivos de la Investigación
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Justificación de la investigación
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Limitaciones
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MARCO TEÓRICO
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Antecedentes de la investigación investigación
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Bases Teóricas
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Definición términos básicos
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Hipótesis
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Variables
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MARCO METODOLÓGICO
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Naturaleza y Tipo de Investigación
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Población y muestra
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Técnica de recolección de información
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Procesamiento y análisis de datos IV
ANÁLISIS DE RESULTADOS
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V
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
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Conclusiones
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Recomendaciones
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BIBLIOGRAFÍA
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ANEXOS
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PRODUCCIÓN DE ALCOHOL (ETANOL) A BASE DE PLÁTANO, UTILIZADO COMO BIOCOMBUSTIBLE EN ESTUFA CASERA. (PRODUCTION OF ALCOHOL (ETHANOL) BASED ON PLANTAIN, USED AS A BIOFUEL IN A HOMEMADE STOVE)
AÑEZ, R. - CARTAGENA Y. - NERI B. - OSORIO J. - URBINA G. URBINA M. LICEO NACIONAL LUIS LÓPEZ MÉNDEZ, 5TO AÑO SECCIÓN “C”, AÑO 2018
RESUMEN Actualmente debido a los problemas ambientales que se han generado se está proponiendo el uso de biocombustibles extraídos de desechos orgánicos como la concha de plátano, por esta razón, el objetivo de la presente investigación es Producir alcohol (etanol) a partir del plátano para ser utilizado como biocombustible en una estufa casera. Este trabajo se sitúa en una investigación experimental se aplicaron como técnicas la observación y la encuesta. Los instrumentos utilizados fueron un cuestionario y una tabla de observación. La población estuvo determinada por los estudiantes de 4to año del Liceo Nacional Luis López Méndez y la muestra fue el 4to año sección “B” conformada por 32 estudiantes. Luego de analizados los resultados se pudo determinar la importancia de innovar y producir un biocombustible a partir de las conchas de plátano. Es por esta razón que se procedió a extraer etanol para ser utilizado como biocombustible en cocina artesanal la cual funcionó correctamente. El proyecto tiene un impacto positivo ya que al utilizar desechos orgánicos para la producción de biocombustible va en pro del ambiente y de la calidad de vida del ser humano. Palabras claves: biocombustible, etanol, conchas de plátano, cocina.
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INTRODUCCIÓN Actualmente impera la necesidad de buscar nuevas alternativas ecológicas y eficientes que favorezcan el cuidado del ambiente y mantenga la calidad de vida de la población. La producción de biocombustible a part ir de desechos orgánicos es considerada una alternativa que puede ser usado como combustible en cocinas artesanales esto en aras de solventar la problemática que se observa en el país del déficit de gas y fallas eléctricas que limitan la calidad de vida de la población. De allí que el objetivo principal de esta investigación es producir alcohol (etanol) a partir del plátano para ser utilizado como biocombustible en una estufa casera, para lo cual se utilizó la encuesta como instrumento, que permitió determinar la importancia de innovar con la presente investigación, dicho instrumento se aplicó a los estudiantes del 4to año del Liceo Nacional Luis López Méndez de Táriba, estado Táchira. A nivel mundial el etanol ha adquirido un gran valor por la posibilidad de ser utilizado como combustible además de que su producción es viable pues se hace uso de los desechos orgánicos como las conchas de plátano. En Venezuela es un rubro que tiene buena producción y es consumido por la mayoría de la población desechando la concha que puede ser utilizada para la producción de combustible. El estudio está estructurado de la siguiente manera: el Capítulo I el cual menciona el planteamiento del problema, formulación del problema, objetivos (General – Específicos) y la Justificación. El Capítulo II que contiene los antecedentes de la investigación, bases teóricas, definición de términos, hipótesis y variables. Continúa el Capítulo III que abarca el marco metodológico, que explica la naturaleza y el nivel de la investigación, población y muestra, técnica de recolección de información, procesamiento y análisis de datos. Prosigue el Capítulo IV análisis de resultados, representado en cuadro y gráfico, así como la presentación de una tabla de observación donde se reseña los resultados de la obtención del etano. 6
Posteriormente, el capítulo V que contiene las conclusiones y recomendaciones y finalmente las referencias y anexos correspondientes.
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CAPÍTULO I EL PROBLEMA Planteamiento del problema. Actualmente en Venezuela se está promoviendo la investigación para avanzar en la utilización de otras fuentes de energía que le permitan a la población hacer uso de biocombustible a bajo costo utilizando recursos de su entorno para solventar situaciones de la vida diaria. Los biocombustibles se han convertido en los sustitutos más atractivos para los combustibles derivados del petróleo y gas, debido principalmente al cambio climático que representa una preocupación mundial y al rápido aumento de los precios del mismo. Uno de las producciones más extendidas en nuestro país, en especial en las zonas andinas con baja altitud, es el cultivo del plátano. Este podría ser un importante precursor para la generación de biocombustibles como el alcohol etílico, conocido también como alcohol u etanol. El plátano es de gran importancia económica en Venezuela, al ser considerado uno de los alimentos predilectos en la población, siendo consumido por la gran mayoría en diversos formatos. LA concha de este prestigioso alimento, es desechada en la mayoría de comunidades donde es consumido o utilizado para alimentar aves. Sin embargo, este no ha sido utilizado para la obtención de etanol. Es por esto que en este proyecto se pretende producir biocombustible (etanol) a partir de estos desechos, para luego ser utilizado en cocinas de producción casera. Esta novedosa idea, permitirá solventar los problemas que vienen acaeciendo en nuestro estado (producción de gas butano), permitiendo cocinar diferentes tipos de alimentos sin necesidad de este subproducto procedente de los derivados del petróleo, además de poder ser aplicados en zonas de poca accesibilidad como campos y/o zonas
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marginadas, reduciendo costes de producción y traslado del preciado biocombustible, pues sería producido por las personas interesadas en utilizarlo. La falta de mantenimiento de las plantas de producción aunado con la caída de la producción, la escasez de divisas y la estatización de las empresas son algunas de las causas por las empresas como PDVSA Gas o Gas Comunal, no dan a basto con las necesidades que los venezolanos exigen, ya que la mayoría de cocinas venezolanas funcionan a gas. Otra alternativa que muchas personas en sus casas han utilizado son las cocinas eléctricas, pero gracias a los cortes de luz acaecidos durante los últimos años, no ha sido la solución más satisfactoria, pues se corre el riesgo de no tener luz ni gas al mismo tiempo.
Formulación del Problema ¿
Se podrá producir alcohol (etanol) a partir del plátano para ser
utilizado como biocombustible en una estufa casera?
Objetivos de la Investigación Objetivo G eneral: Producir alcohol (etanol) a partir del plátano para ser utilizado como biocombustible en una estufa casera.
Objetivos E s pecíficos : Analizar los procesos llevados a cabo en el procesamiento de la concha del plátano para obtener etanol. 9
Aplicar los diferentes procesos para la obtención de etanol a partir de la concha del plátano Diseñar una estufa casera para utilizar el etanol producido a partir de plátano como biocombustible.
Justificación de la Investigación
Una de las acciones planteadas en todo proyecto científico es la introducción de estrategias que estén dirigidas a promover la investigación y realizar aportes a la ciencia. Desde esta perspectiva; en la parte teórica, esta investigación pretende aportar al conocimiento existente, el uso de biocombustible a partir de desechos orgánicos, como una alternativa para mejorar la calidad de vida y reducir los costos que puedan generar la utilización de otros combustibles derivados del petróleo. Los resultados obtenidos, se incorporarán al conocimiento de la ciencia, ya que se estaría demostrando que a partir del uso de desechos orgánicos como la concha del plátano se puede producir biocombustible que mejorarán la calidad de vida de la población, al promover su producción y demostrar su utilidad. Desde el punto de vista metodológico, se estarían estableciendo un conjunto de directrices que permitirán orientar la producción de alcohol (etanol) dando a conocer de forma clara y precisa todo el proceso a ser llevados a cabo, además de darse a conocer un registro exhaustivo sobre los pasos a ser llevados a cabo en la misma, tomando en cuenta el tipo y diseño de investigación, instrumentos de recolección de datos y los procesos de análisis de resultados. La elaboración y aplicación de los procesos para producir alcohol (etanol) a partir de la concha del plátano mediante métodos científicos,
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serán un nuevo aporte para la ciencia, una vez que sean demostradas su validez y confiabilidad, para posteriormente ser utilizadas como base en otras investigaciones, donde serán ampliados a distintos ámbitos, bien sea a nivel institucional y/o educativo, así como darse a conocer a la población en general. A nivel práctico, esta investigación viene a representar una oportunidad importante para abordar con precisión cuáles son los pasos a seguir en la producción de alcohol (etanol) a partir de la concha de plátano y su factibilidad al ser utilizado como biocombustible. Otro de los aportes de este trabajo, se encuentra en el hecho de que a través de su ejecución, se abren las posibilidades de utilizar otras fuentes de energía para mejorar la calidad de vida de la población, así como también una forma de disminuir la contaminación ambiental, pues se estaría utilizando materia orgánica para producir un combustible que produce menos emisiones de gases (como dióxido de carbono y monóxido
de
carbono)
en
la
atmósfera
Finalmente, el trabajo es de importancia para los investigadores, puesto que servirá para poner en práctica los conocimientos adquiridos en el liceo así como también organizar la información y aportar a la ciencia.
Limitaciones Entre las limitaciones que se pueden presentar en el desarrollo del proyecto se encuentran la falta de equipo especializado para el momento de realizar el experimento.
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CAPÍTULO II MARCO TEÓRICO Antecedentes de la investigación Dentro de esta fase se abordaron diferentes trabajos realizados anteriormente sobre la obtención de etanol a partir de desechos orgánicos, siendo pertinentes para el propósito de sustentar la presente investigación y fortalecer el estudio, de este modo, se observa algunos antecedentes destacados en el ámbito Internacional, nacional y local. A nivel internacional, en el 2016 en la Universidad de Piura, ubicada en Perú un grupo de investigadores realizaron el estudio experimental de la obtención de biocombustible a partir de cáscara de plátano y su uso en cocinas acondicionadas de la industria chiflera. Dicha investigación tuvo como objetivo principal realizar un estudio experimental de la obtención de biocombustible a partir de la cáscara de plátano verde y su posterior uso en cocinas acondicionadas para la industria chiflera, el cual se desarrolló en un tiempo de 2 meses y medio y con un presupuesto no mayor a S/. 6 300, con la finalidad de brindar una oportunidad de negocio a las medianas y grandes empresas productoras de chifles en la ciudad de Piura en el largo plazo. El resultado de la investigación es un prototipo de bioetanol a partir de cáscara de plátano verde con una pureza de 95% de alcohol, incoloro, libre de impurezas y con un ligero aroma a plátano que puede ser propuesto para su aplicación en cocinas acondicionadas a su uso. Así mismo, a nivel nacional en Venezuela en el año 2009, en la Universidad Rafael Urdaneta, se llevó a cabo un trabajo de investigación para la obtención de etanol por medio de la fermentación alcohólica del mango. El propósito de esta investigación fue la obtención de etanol a partir de la fermentación alcohólica del mango. El estudio se llevó a cabo a través de una investigación del tipo correlacional-experimental. Los métodos utilizados para la recopilación de información experimental;
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fueron: la observación directa, revisión documental y toma de muestras. Los resultados obtenidos indican que mediante la fermentación alcohólica del mango se obtiene etanol en un periodo de una semana, partiendo de la materia prima caracterizada. A nivel local, Herrera, Juan Pablo.;Padilla, Victoria; Cárdenas, Mayrin.; Carrero, Yvan; Alayón, Mario en el Táchira en el 2010 en la Universidad Experimental del Táchira se realizó un trabajo de investigación para la mejora del proceso de destilación artesanal para la producción de etanol ya que el estado Táchira posee una amplia trayectoria en el cultivo y procesamiento de la caña de azúcar con fines paneleros, además de otros derivados como la melaza o el alcohol etílico. El etanol se produce de manera artesanal a partir de la fermentación de derivados de la caña de azúcar y es empleado para la elaboración de bebidas alcohólicas las cuales son comercializadas de forma clandestina hasta su legalización por decreto en el año 2007. Los métodos artesanales para obtener bebidas alcohólicas carecen de sistema de control o criterios de selección, lo que genera productos con contenidos de impurezas tóxicas (metanol) y bajas producciones. Para aumentar la calidad y el volumen de alcohol etílico obtenido, se realizaron modificaciones en un equipo de destilación ubicado en la población de Queniquea, municipio Sucre en el estado TáchiraVenezuela, los cambios consistieron en la instalación de un quemador comercial para regular el calor suministrado y un termómetro digital que permita obtener un registro detallado de los gradientes de temperatura. Adicionalmente se agregó una columna empacada con anillos Rasching, los cuales proporcionan una gran superficie interfacial entre el líquido y el gas favoreciendo la separación de los compuestos más volátiles, entre ellos el etanol. Con las modificaciones realizadas se obtuvieron muestras de etanol de grado alcohólico igual a 80 y aumento en el volumen de producto. Los antecedentes señalados están relacionados directamente con la temática del estudio, ya que, analizan diferentes procesos para la obtención de etanol a partir de desechos orgánicos. Por tanto, aportan
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fundamentación teórica y señalan la relevancia, actualidad y preocupación del problema planteado y el interés que los especialistas del tema manifiestan por este.
Bases Teóricas Etanol El Etanol es un compuesto químico conocido como alcohol etílico, es un alcohol que se presenta en condiciones normales de presión y temperatura como un líquido incoloro e inflamable con un punto de ebullición de 78,4 °C. El etanol, también denominado alcohol, alcohol etílico y alcohol de grano, es un líquido transparente e incoloro y el principal ingrediente de bebidas alcohólicas como cerveza, vino o brandi. Debido a que puede disolverse fácilmente en el agua y otros compuestos orgánicos, el etanol también es un ingrediente de una variedad de productos, desde productos de cuidado personal y belleza, hasta pinturas, barnices y combustibles. El etanol es un subproducto natural de fermentación vegetal y también se puede producir mediante la hidratación del etileno. Su fórmula química es CH3-CH2-OH, principal producto de las bebidas alcohólicas.
Usos Productos de cuidado personal El etanol es un ingrediente común en muchos cosméticos y productos de belleza. Actúa como astringente para limpiar la piel, como conservante en lociones y para asegurar que no se separen los ingredientes de una loción; también está presente en los aerosoles para el cabello, para que el producto se adhiera al cabello.
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Debido a que el etanol es efectivo para matar microorganismos, como las bacterias, los hongos y los virus, es un ingrediente común en muchos desinfectantes para manos. Los Centros para el Control y la Prevención de Enfermedades (CDC) de los EE. UU. recomiendan el uso de desinfectantes para manos cuando no hay agua y jabón disponibles.
Productos para el hogar El etanol se mezcla fácilmente con el agua y muchos compuestos orgánicos, y genera un disolvente efectivo para usar en pinturas, lacas y barnices, como también en productos de cuidado personal y productos de limpieza para el hogar. Como aditivo para los productos de limpieza, el etanol también se usa como conservante porque es eficaz en la anulación de los organismos que podrían representar un peligro para los consumidores.
Aditivos alimentarios Como aditivo alimentario, el etanol puede ayudar a distribuir uniformemente la coloración de los alimentos, como también realzar el sabor de extractos de alimentos. Por ejemplo, el extracto de vainilla, un aromatizante alimentario común, se elabora mediante el curado y el procesamiento de vainas de vainilla en una solución de etanol y agua. En los Estados Unidos, la Administración de Alimentos y Medicamentos (Food and Drug Administration, FDA) solamente permite que a la vainilla se la denomine “extracto” cuando tiene una base de alcohol o etanol.
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Combustible Más del 97 por ciento de la gasolina de los EE. UU. contiene etanol, por lo general en una mezcla denominada E10, que está conformada por un 10 por ciento de etanol y un 90 por ciento de gasolina, para oxigenar el combustible y reducir la contaminación del aire. El etanol tiene mayor cantidad de octanos que la gasolina, lo que proporciona propiedades de mezcla de calidad suprema, de acuerdo con el Departamento de Energía de los EE. UU. Los requisitos de cantidad mínima de octanos impiden la anulación del motor y mantienen la facilidad de conducción.
EL Plátano Aspectos Generales El plátano o banana (término utilizado en Argentina, Bolivia, Colombia, Honduras, México, Nicaragua, Paraguay, Perú, Puerto Rico, Uruguay y República Dominicana), aunque también se le llama guineo en Panamá, El Salvador, Colombia, Puerto Rico, República Dominicana y el Ecuador continental y cambur en Venezuela (salvo la variedad más grande conocida como plátano macho que en este país se conoce como plátano), es el fruto de varias especies del género Musa. Tarda entre 80 y 180 días en desarrollarse por completo. En condiciones ideales fructifican todas las flores femeninas, adoptando una apariencia dactiliforme que lleva a que se denomine mano a las hileras en las que se disponen. Puede haber entre 5 y 20 manos por espiga, aunque normalmente se trunca la misma parcialmente para evitar el desarrollo de frutos imperfectos y evitar que el capullo terminal insuma las energías de la planta. El punto de corte se fija normalmente en la "falsa mano", una en la que aparecen frutos enanos. En
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total puede producir unos 300 a 450 frutos por espiga, pesando más de 50 kg. El fruto es una falsa baya epígina de 7 a 30 cm de largo y hasta 5 de diámetro, que forma un racimo compacto. Está cubierta por un pericarpio coriáceo verde en el ejemplar inmaduro y amarillo intenso, rojo o bandeado verde y blanco al madurar. Es de forma lineal o falcada, entre cilíndrica y marcadamente angulosa según la variedad. El extremo basal se estrecha abruptamente hacia un pedicelo de 1 a 2 cm. La pulpa es blanca a amarilla, rica en almidón y dulce; en los plátanos puede resultar algo astringente o gomosa por su contenido en látex, farinosa y seca. Muy rara vez las variedades diploides o tetraploides producen semillas, negras, globosas o irregulares, con la superficie rugosa, de hasta 16 × 3 mm de tamaño, incrustadas en la pulpa. Los triploides, como 'Cavendish', nunca producen semilla. El banano, el plátano, el bocadillo y el maduro son alimentos con apariencia similar, pero de uso y sabores diferentes, e incluso de plantas diferentes.
Valor nutritivo Según el Dr. Barranco Ventura (2014), el plátano es un alimento muy noble, ya que es bien tolerado por niños, embarazadas, lactantes y adultos mayores. Media taza de plátano, apenas aporta unas 80 calorías, procedentes esencialmente del almidón (polímero de glucosa: combustible energético del cerebro, glóbulos rojos, riñones, músculos y corazón). Este alimento contiene muy poca cantidad de proteínas y de grasa. Es rico en potasio, fósforo y magnesio, nutrimentos necesarios para el buen funcionamiento del sistema nervioso, la contracción muscular y el sistema inmune. Su contenido de almidón y fibra le confieren un poder saciante. Además, ayuda a prevenir y controlar la hipertensión arterial, porque es pobre en sodio, pero rico en potasio y magnesio. Favorece la cicatrización 17
de las úlceras pépticas, debido a que contiene vitaminas A y C, en adición a
dos
substancias
anti-inflamatorias:
taninos
y
leucocianidina
(bioflavonoide). Este alimento debe hervirse con su cáscara para evitar las pérdidas de vitaminas y minerales. Además, el plátano es una fruta que contiene 1,06 gramos de proteínas, 20,80 gramos de carbohidratos, 17,57 gramos de azúcar por cada 100 gramos y no tiene grasa, aportando 95,03 calorías a la dieta. Entre sus nutrientes también se encuentran las vitaminas A, B9, B7 y C. e igualmente contiene potasio.
Variedades del Plátano Los principales tipos de fruto se diferencian por su uso, tamaño, forma y color. Normalmente se conoce como banano al fruto que se consume en fresco y como plátano al que se cocina. Las variedades más comunes pertenecen a la Serie Cavendish. Algunos nombres de variedades son, por ejemplo, Cavendish, Gros Michel o Valery, aunque comercialmente se les conoce con otros nombres que corresponden a la marca de grandes multinacionales (Chiquita, Turbana, Fyffes, Geest, Dole, Del Monte, etc.). Los plataneros y bananos se han cultivado en todos los países tropicales, pero la mayor parte proceden de Sudamérica y América Central. Sólo algunas variedades especiales, como la Arroz y la Manzano, proceden del Sudeste Asiático. Así mismo, las principales variedades o cultivares, pertenecen al Subgrupo o serie Cavendish y son Pequeña Enana, Gran Enana y Williams, aunque también existe el cultivar Chinese Cavendish o Chica. Además, pueden tener interés para los subtrópicos, algunos cultivares israelíes como son Gal, Zelik, Eilan y Nathan. Los principales productores de plátano son
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los países de América del Sur, América Central y Asia. En Europa el principal productor es España (Islas Canarias). En Sudamérica, Colombia es donde más bananas se producen, siendo Musa paradisiaca, Gros Michel y el Plátano Enano los cultivares de mayor difusión. En segundo lugar, estaría Brasil, que produce ‘Musa paradisiaca’ y ‘Lacatan’. En Costa Rica, los cultivares comerciales más importantes son
el Gran EnanoValery. En Asia, el ´Plátano Rojo`, el ´Plátano Enano`, el ´Plátano Manzano` y ´Plátano Arroz` y en Europa, el principal productor de plátano es España. En las Islas Canarias se cultiva el ´Plátano Enano`. Algunas variedades de plátanos:
Gros Michel Una de las primeras variedades cultivadas para exportación que todavía se cultiva en Colombia y Ecuador, sin embargo, está siendo sustituida por ´Cavendish`. Se caracteriza por ser una planta grande y vigorosa, con racimos simétricos y pesados. Frutos de gran tamaño, en forma de botella y de maduración muy homogénea. Las vainas son de color verde intenso en la parte superior y color rosáceo en la parte inferior.
Plátano enano o dominico Se cultiva en las Islas Canarias, Tailandia, Malasia, la India, Kenia y Colombia. Mide de 10 a 12cm de largo y es una variedad pequeña cuyo sabor y dulzura superan los del plátano normal.
Plátano guineo Oriundo del Asia sudoriental, actualmente Brasil y Kenia lo exportan durante todo el año. El fruto mide de 8 a 10cm, de piel muy fina y con cierto sabor a manzana.
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Plátano macho También llamado banana grande o de guisar. No es muy conocido en Europa, sin embargo, en muchos países tropicales es un alimento básico. Se emplea verde en diversas elaboraciones culinarias, como por ejemplo cocido, frito, a la plancha o en papilla, pero no se come crudo. Suele ser de mayor tamaño y más anguloso que los plátanos estándar. De coloración verde, amarilla o violácea.
Plátano rojo Especialidad rara de ver de la parte sudoriental de Asia; se consume preferentemente caliente, porque el calor acentúa l as cualidades gustativas de la pulpa roja. Presenta una piel roja, rosa o con mezcla de verde.
Subgrupo o Série Cavendish: Gran Enano o Giant Cavendish Frutos más grandes, de mayor peso y cilíndricos, aunque más cortos y curvos que los del clon ´Robusta`. Planta de porte bajo, pseudotallo grueso y amplio sistema foliar.
Lacatan Se le considera como un tipo primitivo de ´Cavendish` del cual se originaron todos los otros cultivares por mutación. Los principales países productores son Brasil y Camerún. Frutos parecidos a los de ´Valery`. Planta alta y vigorosa, semejante a la de ´Gros Michel`.
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Robusta Principalmente exportado desde la costa de Ivory. También llamada ´Poyo`, esta variedad se desarrolló a partir de la ´Cavendish`. Fruto más corto, de sabor muy dulce.
Valery Frutos grandes, pero menos cilíndricos que los de ´Gros Michel`. Sabor dulce y consistente. El nombre está registrado como marca.
Fermentación Es un proceso catabólico de oxidación incompleta, totalmente anaeróbico, siendo el producto final un compuesto orgánico. Estos productos finales son los que caracterizan los diversos tipos de fermentaciones. El proceso de fermentación es anaeróbico ya que se produce en ausencia de oxígeno; ello significa que el aceptor final de los electrones del NADH producido en el glucólisis no es el oxígeno, sino un compuesto orgánico que se reducirá para poder reoxidar el NADH a NAD+. El compuesto orgánico que se reduce (acetaldehído, piruvato) es un derivado del sustrato que se ha oxidado anteriormente. En los seres vivos, la fermentación es un proceso anaeróbico y en él no intervienen las mitocondrias ni la cadena respiratoria. Son propias de los microorganismos, como algunas bacterias y levaduras. También se produce la fermentación en la mayoría de las células de los animales (incluido el hombre), excepto en las neuronas que mueren rápidamente si no pueden realizar la respiración celular; algunas células, como los eritrocitos, carecen de mitocondrias y se ven obligadas a fermentar; el tejido muscular de los animales realiza la fermentación láctica cuando el aporte de oxígeno a las células musculares no es suficiente para el metabolismo aerobio y la contracción muscular.
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Desde el punto de vista energético, las fermentaciones son muy poco rentables si se comparan con la respiración aerobia, ya que a partir de una molécula de glucosa sólo se obtienen 2 moléculas de ATP, mientras que en la respiración se producen 36. Esto se debe a la oxidación del NADH, que en lugar de penetrar en la cadena respiratoria, cede sus electrones a compuestos orgánicos con poco poder oxidante. En la industria la fermentación puede ser oxidativa, es decir, en presencia de oxígeno, pero es una oxidación aeróbica incompleta, como la producción de ácido acético a partir de etanol. Las fermentaciones pueden ser: naturales, cuando las condiciones ambientales permiten la interacción de los microorganismos y los sustratos orgánicos susceptibles; o artificiales, cuando el hombre propicia condiciones y el contacto referido.
Tipos de fermentaciones Los tipos de fermentación que existen son:
Alcohólica: Se lleva a cabo fundamentalmente por levaduras del género Saccharomyces, que son hongos unicelulares que, en dependencia de la especie, se utilizan en la producción de pan, cervezas o vinos.
Láctica: es una ruta metabólica anaeróbica que ocurre en el citosol de la célula, en la cual se oxida parcialmente la glucosa para obtener energía y donde el producto de desecho es el ácido láctico.
Acética: es la fermentación bacteriana por Acetobacter, un género de bacterias aeróbicas, que transforma el alcohol en ácido acético. La fermentación acética del vino proporciona el vinagre debido a un exceso de oxígeno y es considerado uno de los fallos del vino.
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Butírica: es la conversión de los glúcidos en ácido butírico por acción de bacterias de la especie Clostridium butyricum en ausencia de oxígeno. Se produce a partir de la lactosa con formación de ácido butírico y gas. Es característica de las bacterias del género Clostridium y se caracteriza por la aparición de olores pútridos y desagradables.
Destilación Según la Enciclopedia Wikipedia (2018), la destilación es el proceso de separar las distintas sustancias que componen una mezcla líquida mediante vaporización y condensación selectivas. Dichas sustancias, que pueden ser componentes líquidos, sólidos disueltos en líquidos o gases licuados, se separan aprovechando los diferentes puntos de ebullición de cada una de ellas, ya que el punto de ebullición es una propiedad intensiva de cada sustancia, es decir, no varía en función de la masa o el volumen, aunque sí en función de la presión. La técnica consiste en calentar la mezcla hasta que ésta entra en ebullición. A medida que la mezcla se calienta, la temperatura aumenta hasta que alcanza la temperatura de la sustancia con punto de ebullición más bajo mientras que los otros componentes de la mezcla permanecen en su estado original. A continuación, los vapores se dirigen hacia un condensador que los enfría y los pasa a estado líquido. El líquido destilado tendrá la misma composición que los vapores y; por lo tanto, con esta sencilla operación habremos conseguido enriquecer el líquido destilado en el componente más volátil (el de menor punto de ebullición). Por consiguiente, la mezcla sin destilar se habrá enriquecido con el componente menos volátil (el de mayor punto de ebullición).
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Filtración La filtración es un método de separación física utilizado para separar sólidos a partir de fluidos (líquidos o gases) mediante la interposición de un medio permeable capaz de retener partículas sólidas que permite únicamente el paso de líquidos. En el laboratorio, la filtración se lleva a cabo utilizando papel filtro. El papel de filtro es una especie de tamiz, con unos orificios muy pequeños que permiten el paso de los líquidos pero que impiden el paso de los sólidos. El líquido que atraviesa el filtro se denomina filtrado, y el sólido que ha quedado retenido por el filtro se denomina residuo. La filtración, tanto en el laboratorio como industrialmente, se puede acelerar con el vacío y también con la presión. Si se filtra atmosféricamente se utiliza embudo y papel de filtro. Si se hace al vacío, se emplea un embudo especial llamado embudo Büchner y un matraz Kitasato, por donde se hace el vacío. El vacío se puede producir mediante una trompa especial por donde hacemos pasar el agua del grifo a una cierta velocidad, o con bombas de vacío, que ahorran agua pero que tienen un coste superior. Existen muchos tipos de filtros. Industrialmente se emplean los de arena, los de prensa, los de banda, los de disco y tambor. Cada uno de estos tipos también tiene muchas variantes.
Pasos para hacer estufa con latas de refresco Para elaborar la estufa se requiere los siguientes materiales:
2 latas de aluminio de cualquier refresco.
1 rotulador.
Un par de tijeras o algo que nos haga las funciones de cortador.
Una lija pequeña. 24
Un clavo o tornillo.
Alcohol.
Algodón.
Como primer paso se marca con el rotulador por dónde se ha de cortar y agujerear la lata. Luego se corta las dos latas en dos. Se le hacen los agujeros que hacen forma de quemador en una de ellas, la otra no es necesario ya que solo se usará de base. Posteriormente, una vez cortadas las latas con las tijeras y hechos los agujeros en una de ellas, se lijan las imperfecciones para no cortarse. Se mete algodón en la base y posteriormente el algodón y el biocombustible, en este caso el etanol, para luego ser utilizada como cocina
Definición términos básicos Acidez: Las pectinas son neutras en su estado natural, en solución tienen carácter ácido el cual depende del medio y del grado de esterificación. El pH de las soluciones de pectina varía entre 2.8 y 3.4 como función del grado de esterificación. La pectina tiene una constante de disociación de 0.1 a 10x10-4 a 19ºC [5].
Alcanos Hidrocarburos que tienen la fórmula general CnH2n+2, donde n= 1, 2,.
Alcohol Compuesto orgánico que contiene el grupo hidroxilo, -OH
Calor de dilución Cambio de calor asociado con el proceso de dilución
Disolución Mezcla homogénea de dos o más sustancias 25
Hidrólisis La hidrólisis es una reacción química entre una molécula de agua y otra molécula, en la cual la molécula de agua se divide y sus átomos pasan a formar parte de otra especie química. Esta reacción es importante por el gran número de contextos en los que el agua actúa como disolvente. (Vásquez & Dacosta, 2016)
Hipótesis El experimento es una situación provocada por el investigador para introducir determinadas variables de estudio manipuladas por él, para controlar el aumento o disminución de esas variables y su efecto en las conductas observadas. De allí, que los investigadores se plantean la siguiente hipótesis. A partir de la concha del plátano se producirá Etanol para ser utilizado como biocombustible en cocina artesanal.
Variables Variable Independiente: El Etanol Variable dependiente: las conchas del plátano utilizadas para producir el etanol y luego ser usado como biocombustible en cocina artesanal.
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CAPITULO III MARCO METODOLÓGICO Naturaleza y Tipo de investigación La presente investigación se desarrolla bajo la concepción experimental, Tamayo Tamayo , (1999), específica que “La investigación experimental se ha ideado con el propósito de determinar, con la mayor confiabilidad posible, relaciones causa-efecto, para lo cual uno o más grupos, llamados experimentales, se exponen a los estímulos experimentales y los comportamientos resultantes se comparan con los comportamientos de ese u otros grupos, llamados de control, que no reciben el estímulo o tratamiento llamado experimental ”. Según Hernández, Fernandez y Baptistas (2010), un experimento es una situación de control en la cual se manipulan, de manera intencional, una o más variables independientes (causas) para analizar las consecuencias de tal manipulación sobre una o más variables dependientes (efectos). En efecto tomando lo anteriormente expuesto, se puede decir, que el diseño de la presente investigación es experimental; ya que el objetivo general es producir alcohol (etanol) a partir del plátano para ser utilizado como biocombustible en una estufa casera.
Población y muestra Partiendo de lo ya expuesto en la presente investigación, Arias (2012) define población como “Un conjunto finito o infinito de elementos con
características comunes para los cuales serán extensivas las conclusiones de la investigación. Esta queda delimitada por el problema y por los objetivos del estudio”. (p. 81). En tal sentido la población serán los
estudiantes del 4to Año del Liceo Bolivariano Luis López Méndez. Por su parte, en cuanto a la muestra, Balestrini (2001) s eñala que: “Es una parte de la población, o sea, un número de individuos u objetos seleccionados
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científicamente, cada uno de los cuales es un elemento del universo.” (p.
138). Para lo cual se tomará como muestra los estudiantes del 4to año Sección “B”.
Técnica de recolección de información Según Brito (1992), plantea que las técnicas “son las que permiten
obtener información de fuentes primarias y secundarias. Entre las técnicas más utilizadas por los investigadores se pueden nombrar: encuestas, entrevistas, observación, análisis de contenido y análisis de documentos”
(p.50) Por lo cual la técnica a utilizar en la presente investigación será la observación científica que según Sabino (1992), la define como “el uso
sistemático de nuestros sentidos en la búsqueda de los datos que se necesitan para resolver un problema de investigación” (p.146) Igualmente, Villafranca (1996), plantea que “la observación científica es
planificadora y controlada, está sujeta a controles de validez y fiabilidad, utiliza medios e instrumentos propios.” (p.66)
Procesamiento y análisis de datos Las técnicas de recolección de datos son las distintas formas o maneras de obtener la información; son ejemplos de técnicas: la observación directa, la encuesta en sus dos modalidades (entrevistas o cuestionarios), el análisis documental, entre otros. Los instrumentos son los medios materiales que se emplean para recoger y almacenar la información, ejemplo: fichas, formatos de cuestionarios, guías de entrevistas, lista de cotejo, grabadores y otros. En los procedimientos para la información, se seleccionó como técnica la encuesta y como instrumento el cuestionario. Este úl timo Morles (1994), lo define como “un sistema para obtener información de manera clara y 28
precisa, donde existe un formato estandarizado de preguntas cerradas y donde el informante reporta sus respuestas”.
Las deducciones que motivaron la selección de dicha técnica e instrumento, se fundamentan en adecuación a los propósitos del estudio, la posibilidad de facilitar su administración, codificación y análisis, la precisión en las respuestas en los diferentes aspectos de los cuales se pretende obtener información y su aplicabilidad a un mejor número de población en un menor tiempo. El instrumento realizado se construyó con 6 ítems, cinco de los ítems con dos (2) opciones de respuestas: (si-no). Para administrar el instrumento elaborado se solicita la colaboración a las personas tomadas como muestra, proporcionándoles de manera clara el objetivo de la investigación. Al aplicar el cuestionario se comprobó con anterioridad que las instrucciones y los ítems presentados fueran bien entendidos y posteriormente se recogieron para ser analizados. Por otro lado, la fermentación alcohólica es un proceso biológico en plena ausencia de aire (oxigeno- O2), originado por la actividad de algunos microorganismos que procesan los hidratos de carbono para obtener como productos finales, un alcohol de forma etanol, CH3-CH2-OH, dióxido de carbono CO2 en forma de gas y unas moléculas de ATP que consumen los microorganismos como energía. En este caso se realizó dicho proceso con residuos de las cáscaras de plátano maduro. Los cuales se realizaron por separado y luego de ocho días de fermentación se filtraron y destilaron el alcohol contenido en el producto para así determinar la cantidad de etanol obtenido y posteriormente utilizarlo como biocombustible en cocina artesanal. Arias (1997) indica que la técnica de procesamiento y análisis de datos describen las distintas operaciones a las que serán sometidos los datos que se obtengan: clasificación, registro tabulación y codificación. En el análisis se definen las técnicas lógicas (inducción, deducción, análisis, síntesis) o
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estadísticas descriptivas o inferenciales que serán empleados para descifrar lo que revelan los datos que sean recolectados. Para la investigación se emplearon como técnica de procesamiento de datos la tabulación en tablas, tomando los datos obtenidos de los experimentos concernientes a la caracterización de la concha del plátano y la caracterización y posterior comprobación del destilado del licor del plátano obtenido en la fermentación, dichos análisis se realizaron mediante prueba con la cocina artesanal.
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CAPÍTULO IV ANÁLISIS DE RESULTADOS Las respuestas encontradas por los investigadores al aplicar la encuesta referida a la producción de alcohol (etanol) a base de plátano, utilizado como biocombustible en estufa casera permitieron indagar sobre el conocimiento que se tiene de este potencial recurso que se pudiera en el futuro producir a gran escala. ITEMS
SI
F
%
NO
F
1
4
4
12,5%
28
28
% 87,5%
2
24
24
75%
8
8
25%
3
8
8
25%
24
24
75%
4
0
0
0%
32
32
100%
5
32
32
100%
0
0
0%
6
4
4
12,5%
28
28
87,5%
Producción de alcohol (etanol) a base de plátano, utilizado como biocombustible en estufa casera. 40
s e t n 30 a i d 20 u t s E e 10 d o r 0 e m ú N
28
32 24
32
29
24 8
4
8 0
1
2
3
0 4
5
Items Si
No
Gráfico 1. Respuestas de los encuestados
31
3 6
En el ítem 1 un 12,5% de la muestra indicó que ha escuchado hablar sobre los biocombustibles y un 87,5% expresó que no han escuchado hablar del tema, lo que refleja poco conocimiento sobre esta alternativa de combustibles. En el ítem 2 luego de una breve explicación sobre los biocombustibles
un
75%
expresaron
que
son
buenos
los
biocombustibles para el medio ambiente y un 25% indicó que no. En el ítem 3 en contraposición al ítem 2 el 25 % de los encuestados si han utilizado desechos orgánicos como las conchas de plátanos para producir otros productos y un 75% no. Por otro lado, en el ítem 4 el 100% de los encuestados indicaron que nunca han utilizado una cocina artesanal que funcione con biocombustible. En el ítem 5 el 100% de los encuestados indicaron que el proyecto es innovador para el cuidado del medio ambiente, así como para el mejoramiento de la calidad de vida de las personas. Con respecto al ítem 6 un 12,5% de los encuestados indicaron saber que es el etanol y un 87,5% indicaron no saber nada sobre el etanol. Luego de observar las respuestas se determinó que es de gran importancia este proyecto para la comunidad como alternativa para el uso diario de un biocombustible que permita utilizar una cocina artesanal para mejorar su calidad de vida. Es por esto que para llevar a cabo la presente investigación se procedió a indagar todo sobre el funcionamiento, materiales y recursos necesarios para la producción de etanol a partir de la concha de plátano para ser utilizado como biocombustible en una cocina artesanal. Del mismo modo se investigó todo lo concerniente a los procesos que conlleva la producción de etanol. Posteriormente se procedió a llevar a cabo el experimento para producir etanol a partir de la concha del plátano. Como primer paso se picó en trozos pequeños 250 gramos de concha de plátano y se procedió a cocinar por un lapso de tiempo de 30 minutos. Luego al enfriar se licuó y se llevó al proceso de fermentación. La mezcla se
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colocó en un recipiente, este se conectó a través de una manguera a otro recipiente que contenía agua filtrada para permitir que la fermentación se diera óptimamente por la acción del oxígeno que emanaba del agua del otro recipiente. El proceso de fermentación se monitoreo diariamente, luego de transcurridos 8 días de la f ermentación se procedió a la destilación de la solución previamente filtrada mediante el uso de un colador. La destilación de una muestra de 250 ml de concha de plátano duró 2 horas a una temperatura de 70 °C, es decir, con poca llama. Obteniéndose unos 50 ml de destilado producto de las conchas de plátano. Para la comprobación del funcionamiento del biocombustible se realizaron tres muestras. La de mayor concentración de conchas de plátano fue la que funcionó como combustible y produjo mejor llama. La prueba se realizó en el prototipo de la cocina artesanal elaborado con latas de refresco. Este prototipo puede ser llevado a un tamaño más apto para la utilización diaria de las personas.
Cuadro 1 Tabla de observación Muestr
Cantida
Cantida
a
d
d
conchas agua
Tiempo
de Cantida
de fermentació n
d
Temperatur
de a al destilar
product
de
o final al
plátano
destilar
1
250 gr
250ml
8 días
50ml
70°C
2
250 gr
300ml
8 días
30ml
120°C
3
250 gr
350ml
8días
42 ml
100°C
Se pudo observar que a mayor temperatura la destilación fue más rápida pero el etanol obtenido fue menos óptimo. De igual forma se observó que si la mezcla de conchas de plátano contenía mucha agua el etanol obtenido sería menos concentrado. Para obtener etanol de 33
buena calidad la mezcla de las conchas de plátano debe contener el volumen de agua proporcional a las conchas por cada 250gr de concha 250 ml de agua. Del mismo modo, se debe tener en considero el tiempo de fermentación ya que si la mezcla dura más del tiempo estipulado (8 días) su nivel de acidez es más alto y no funciona como combustible. A mayor concentración de conchas el color del mismo es más oscuro.
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CAPÍTULO V CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES CONCLUSIONES Como resultado de la investigación realizada de producir alcohol (etanol) a base de plátano, para ser utilizado como biocombustible en estufa casera es posible establecer una serie de conclusiones que se exponen a continuación: Al analizar los procesos que se pueden llevar a cabo para el procesamiento de la concha de plátano para obtener etanol, se pudo determinar que es necesario que la concha de plátano cumpla con los días estipulados para la fermentación de ocho días y contar con los equipos necesarios para la destilación como: manguera de cobre y envases de acero para evitar accidentes y que no se dañen los artefactos. Con respecto a la aplicación de los diferentes procesos para la obtención de etanol a partir de la concha de plátano, se pudo evidenciar que, al licuar las conchas, estas deben ser de mayor proporción que el líquido, es decir, que no tenga mucho nivel de agua ya que la solución al realizar la destilación queda muy diluida en agua. A mayor concentración de concha de plátano se obtendrá mejor etanol. Y evidentemente se obtuvo etanol a través de la fermentación de las conchas de plátano. El prototipo de la cocina realizado puede ser llevado a una escala mayor para el uso en la vida cotidiana haciendo algunas modificaciones y adaptaciones.
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Recomendaciones Tomando en cuenta las conclusiones obtenidas, se menciona las siguientes recomendaciones: 1.- Contar con los aparatos y artefactos adecuados para extraer el etanol. Y estudiar otros métodos que se pudieran aplicar para la destilación. 2.- Las conchas de Plátano solo deben permanecer durante 8 días en el proceso de la fermentación. 3.- La destilación debe hacerse a baja temperatura para que el etanol sea de mejor pureza. 4.- Se recomienda que al realizar la cocina artesanal para múltiples usos esta sea de un tamaño adecuado que permita su buen funcionamiento.
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https://www.researchgate.net/publication/220013228_Mejora_del_proc esos_de_destilacion_artesanal_para_la_produccion_de_etanol [19/01/2018]
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ANEXOS
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[ANEXO A] INSTRUMENTO DE RECOLECCIÓN DE DATOS Cuestionario Apreciado Estudiante: La presente encuesta está referida a la producción de alcohol (etanol) a base de plátano, utilizado como biocombustible en estufa casera., con miras a valorar el conocimiento que de la materia tiene. Su aporte es de gran significancia de ahí que solicitamos su valiosa colaboración.
Instrucciones: A continuación, se presenta una serie de preguntas con las siguientes alternativas de respuestas. Si y No las cuales debe leer cuidadosamente y responder marcando con una equis (x) dentro del recuadro. De antemano agradecemos su valiosa colaboración al emitir las respuestas a este cuestionario.
1) 2)
3) 4)
Items Si Has escuchado hablar sobre los biocombustibles? Luego de la explicación sobre lo que es un biocombustible. ¿Consideras que los biocombustibles son buenos para el medio ambiente? ¿Has dado utilidad a desechos orgánicos como las conchas de plátanos? ¿Has utilizado alguna cocina artesanal que
funcione con biocombustible? 5) ¿Crees que éste proyecto es innovador para el cuidado del medio ambiente y mejoramiento de la calidad de vida de las personas? 6) ¿Sabes que es el Etanol?
Gracias por su valiosa colaboración
40
No
MEMORIA FOTOGRAFICA
41
