BENEMÉRITA UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE PUEBLA
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Facultad de Ingeniería Química
COLEGIO DE INGENIERÍA QUÍMICA Desarrollo de Habilidades en el uso de las Tecnologías de la Información y la Comunicación Comunicación (DHTIC)
Producción de Biodiesel a través de la Extracción de Aceite de Higuerilla
Alumna: Melchor Martínez, María del Rosario
Verano 2013
Profesor: Flores Olmos, Luis
22/06/13
ÍNDICE RESUMEN .............................................................................................................. 2 1. INTRODUCCIÓN .............................................................................................. 2 2. PLANTA DE HIGUERILLA ................................................................................ 3 2.1. Características y descripción..................................................................... 3 3. PROCESO DE EXTRACCIÓN DEL ACEITE .................................................... 4 3.1. Materiales para la extracción de Aceite de Higuerilla ................................ 4 3.2. Método para la extracción de Aceite de Higuerilla .................................... 4 4. PRODUCCIÓN DE BIODIESEL ........................................................................ 5 4.1. Materiales para la producción de Biodiesel ............................................... 6 4.2. Método para la producción de Biodiesel ................................................... 6 5. VENTAJAS DEL USO DEL BIODIESEL ........................................................... 7 6. DESVENTAJAS DEL USO DEL BIODIESEL .................................................... 7 7. CONCLUSIÓN .................................................................................................. 8 8. REFERENCIAS ................................................................................................. 9
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PRODUCCIÓN DEL BIODIESEL A TRAVÉS DE LA EXTRACCIÓN DE ACEITE DE HIGUERILLA El presente trabajo abarca de forma general las necesidades que el hombre ha tenido para crear un nuevo biocombustible usando la semilla de la planta de higuerilla y así mismo da a conocer la planta, el proceso de extracción por solvente para la obtención del aceite y la utilización del mismo para la producción de biodiesel por transesterificación, así como las ventajas y desventajas de su uso.
1. INTRODUCCIÓN Actualmente los combustibles fósiles y la energía nuclear proporcionan cada año alrededor del 90% de la energía que se utiliza en el mundo, pero las reservas de combustibles fósiles son limitadas y en mayor o menor grado contaminantes, es por ello que desde mediados del siglo XX con el crecimiento de la población, la extensión de la producción industrial y el uso masivo de tecnologías empezó a crecer la preocupación por el agotamiento de las reservas de petróleo y el deterioro ambiental y se comenzó a impulsar el desarrollo de energías alternativas basadas en recursos naturales renovables y menos contaminantes como la luz solar, las mareas, el agua, y la bioenergía proveniente de los biocombustibles, que a diferencia de los combustibles fósiles provienen de la biomasa o materia orgánica que constituye a todos los seres vivos del planeta, entre los cuales se encuentran las plantas oleaginosas como la higuerilla ( Ricinus communis L.) también llamada palma cristi, castor, higuera infernal, tártago, higuereta y ricino. Para la producción del biodiesel, la semilla de la planta de higuerilla actúa como materia prima, la cual, al ser tratada por algunos procesos da como resultado un combustible de calidad y menos contaminante; para lograr entender mejor este proceso, en este texto se desarrollaran algunos aspectos que envuelven a esta nueva fuente de energía, por una parte, describe y presenta las 2
características de la materia prima, mientras que por otro lado, da a conocer los procesos de extracción del aceite de la semilla, el proceso de producción del biodiesel y algunas ventajas y desventajas del uso del mismo.
2. PLANTA DE HIGUERILLA La planta de higuerilla ( Ricinus communis L.) también conocida como palma cristi, castor, higuera infernal, higuera del diablo, mamona, tártago, higuereta y ricino, es
una especie vegetal oleaginosa que se encuentra ampliamente
distribuida en México, es rustica y se adapta a las condiciones climáticas de diferentes ambientes, por lo tanto no sería un problema ya que no es un producto que necesite mucho cuidado en su cultivo, ni es usado dentro la industria alimenticia, por lo que no crea problemas de escasez en la cadena alimentaria, además de que posee un alto potencial de producción para la obtención de aceite.
2.1. Características y descripción La planta se caracteriza por alcanzar aproximadamente de 3 a 10 metros de altura, ser glabra (lampiña), por tener tallos huecos que se ponen duros y leñosos en la parte baja de la planta, por tener una corteza suave y por su savia (fluido) que es clara y acuosa; sus hojas son de aproximadamente de 20 a 35 cm , sus semillas tienen un tamaño de 2 a 3 cm con una cubierta espinosa firme pero herbácea y cada una de ellas cuenta con 3 almendras con un tamaño de entre 1.5 a 2.5 cm. Muchos aceites derivados de la biomasa son bastante prometedores de combustibles, esto debido a que se ha demostrado que el aceite vegetal reduce significativamente la emisión de partículas en relación con el diesel de petróleo. Por su parte, el aceite que se extrae de la semilla de higuereta es un líquido viscoso miscible en alcohol y ácido acético glacial, de densidad 0,9537 g/ml a 25ºC; su composición consta de acido graso palmítico, esteárico, oleico, ricinoléico y linoléico en diferentes concentraciones, de las cuales, su principal componente 3
es el ácido ricinoléico, el cual se encuentra formando por el triglicérido simple denominado triricinoleina (C3H5(C18H33O3)3) de peso molecular 932 g/gmol, que corresponde al 90% del aceite.
3. PROCESO DE EXTRACCIÓN DEL ACEITE La semilla de Higuerilla contiene aceite que no puede extraerse con simplemente triturarlo, por lo que hay que llevar a cabo un proceso de extracción por medio de solvente que permita despojar a la semilla de la mayor cantidad posible de aceite, para posteriormente utilizarlo en la producción de biodiesel.
3.1. Materiales para la extracción de Aceite de Higuerilla Para la extracción de aceite de higuerilla (a baja escala) por medio de solvente se necesitan:
Semillas con o sin cascara (de la planta ya mencionada).
Solventes, hexano (3 lts) marca J. T. Baker, con una pureza de 99.8%, y éter de petróleo (3 lts) marca Analit, con una pureza de 99.9%.
Un equipo Soxhlet con 6 unidades (matraces, lixiviadores, enfriadores), del cual todos los componentes son Pyrex® y a nivel laboratorio.
Hielo, 6 dedales y un molino manual.
3.2. Método para la extracción de Aceite de Higuerilla La extracción por solventes es una operación unitaria que radica en utilizar un solvente para extraer triacilgliceroles de la semilla, dando una difusión del solvente en la materia prima que contiene al aceite. El proceso completo consiste en:
Preparar las semillas (proceso en el que se utiliza un molino manual para triturarlas). 4
Introducir la muestra de almendra pura o con cáscara en los dedales hasta que el cupo sea máximo (sellar el dedal con grapas para evitar derrames) y colocar los dedales en los lixiviadores.
Introducir el solvente, hexano o éter de petróleo en el matraz y en el lixiviador manteniendo una relación de 2:1 aproximadamente, es decir 200 ml en el matraz y 100 ml en el lixiviador, (al momento de terminar de armar el Soxhlet hacer recircular agua helada utilizando hielo debido a que la temperatura que alcanza el solvente al momento de evaporarse son mayores a 60 ºC y el agua a temperatura ambiente no).
Ya encendido, dejar recircular hasta que se extraiga el máximo aceite posible en la mínima cantidad de tiempo (5 horas promedio).
Al finalizar las 5 horas retirar el dedal con la muestra; obtener la mayor cantidad posible de solvente para reutilizarlo y evaporar el que no puede rescatarse para tener solo aceite como producto final.
4. PRODUCCIÓN DE BIODIESEL Esta etapa es fundamental en el proceso para obtener biodiesel, pues el aceite que se obtiene de la higuerilla es demasiado viscoso y no puede utilizarse directamente como combustible, es por ello que es necesario efectuar modificaciones químicas en el aceite, las cuales consisten en el proceso de transesterificación, pues es de suma importancia sustituir un alcohol de cadena larga (glicerol), por uno de cadena corta, como metanol, mediante el uso de un catalizador, como hidróxido de sodio, para obtener los ésteres deseados.
4.1. Materiales para la producción de Biodiesel Los materiales necesarios para este procedimiento (a baja escala) son:
Un catalizador, como hidróxido de sodio. 5
Un regulador de temperatura PolyScience® modelo 210 Un reactor de 600 ml con chaqueta de calentamiento Schott Duran® conectado a este regulador.
Un condensador el cual impide que escapen los vapores de metanol.
Un termómetro para monitorear la temperatura deseada, un agitador, una placa de agitación y un matraz Pyrex® de 125 ml de capacidad
4.2. Método para la producción de Biodiesel El procedimiento completo consta de los siguientes pasos:
Se toma un litro de aceite de higuerilla y se le añaden 300-330 ml de metanol y 10 ml de ácido sulfúrico concentrado (la temperatura de esta mezcla se debe ajustar a 65-70 °C).
La temperatura de la mezcla se mantiene durante aproximadamente 6 horas y se agita continuamente.
La mezcla se deja reposar durante 8 horas, y después esta reacción, el biodiesel pre lavado se toma en un embudo de separación y se le añaden 200 ml de agua caliente a aproximadamente 40 º C, se agita bien y se deja sedimentar entre 7 y 8 horas para separar dos capas (la capa superior es el biodiesel y los restos son glicerina).
El proceso anterior se repite al menos tres veces para que las trazas de glicerina y jabón sean borrados y el biodiesel esté listo para su uso.
Es importante mencionar que el proceso se describe para un litro de aceite de higuerilla, sin embargo, sería útil realizar una regla de tres si del procedimiento se quieren obtener otras cantidades (sean mayores o menores) de biodiesel.
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5. VENTAJAS DEL USO DEL BIODIESEL Las principales ventajas de utilizar biodiesel, son:
En estado puro es biodegradable, no tóxico y esencialmente libre de compuestos aromáticos.
Reduce las emisiones de dióxido de carbono, la causa principal del efecto invernadero, hasta en un 100%.
Posee las mismas propiedades que el diesel de origen fósil empleado en automóviles y puede ser mezclado en cualquier proporción, sin necesidad de modificar los motores.
Aumenta la vida útil de un motor al poseer un poder lubricante mayor y puede ser utilizado para reemplazar el azufre, un agente lubricante que cuando se quema produce dióxido de azufre (el principal componente de la lluvia ácida).
Es seguro de transportar.
6. DESVENTAJAS DEL USO DEL BIODIESEL Las desventajas de utilizar biodiesel son pocas, en estas, principalmente se encuentran:
La emisión de NOx es algo mayor que los motores diesel convencionales.
Dado que el biodiesel contiene O2 el consumo específico de combustible sería mayor que la de los aceites diesel puro.
Si el proceso de producción no está bien elaborado y las condiciones en las que el biodiesel resultante se encuentra no son las correctas, el uso de este podría ser contraproducente.
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7. CONCLUSIÓN Después de conocer los procesos que se llevan a cabo para la producción de biodiesel, podemos llegar a la conclusión de que la planta de higuerilla resulta ser una materia prima de calidad para la producción de este biocombustible por su elevado contenido de acido ricinoleico y que, aunque por su viscosidad muy alta no puede ser usado como biodiesel a menos que sea tratado con un método llamado transesterificación, después de este proceso resulta aportar grandes beneficios, entre ellos, el cuidado del medio ambiente. Resaltemos que, si bien es uno de los combustibles que menos contamina, no podemos decir que no contamine, pues aunque no lo hace directamente hay que tener en cuenta que toda actividad realizada por el hombre tiene un impacto ambiental, sin embargo, lo hace a mucho menor escala. Sin embargo, al analizar profundamente los pros y contras del biodiesel a base de aceite de higuerilla, podemos decir que este biocombustible podría llegar a ser un sustituto óptimo de combustibles fósiles y así mismo el combustible del futuro
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…
cercano.
8. REFERENCIAS
[1] Berman, P., Nizri, S. y Wiesman, Z. (2011). Castor oil biodiesel and its blends as alternative fuel. Biomass and Bioenergy. 35, 2861-2866. [2] Shrirame, H., Panwar, N. y Bamniya, B. (2011). Bio Diesel from Castor Oil
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Green Energy Option. Low Carbon Economy . 2(1), 1-6. [3] Sreenivas, P., Ramesh Mamilla, V. y Chandra Sekhar, K. (2011). Development of Biodiesel from Castor Oil. International Journal of Energy Science IJES . 1(3), 192-197.
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