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Semillero de Investigación en Biocombustibles, Energía y Protección del Medio Ambiente
BEPMA
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Academia
Sector Productivo
BEPMAArticulación
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ICP INEM
ARTICULACIÓN
SEBECOPETROL
BEPMA
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Convenio de Cooperación Tecnológica ECOPETROL S.A. ICP – INEM“Custodio García Rovira” de Bucaramanga
Semillero de Investigación en Biocombustibles, Energía y Protección del Medio Ambiente BEPMA
2006-2010
Convenio de Cooperación Tecnológica 007 DE 2006 ECOPETROL S.A. ICP – INEM
“Custodio García Rovira” de Bucaramanga
2006-2010
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Objeto
Desarrollar el proyecto de investigación
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Obtención de un biocombustible a través de la transesterificación de los aceites de Palma, Higuerilla y Jatropha Curcas
con etanol
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Objetivo General:
“Desarrollar y probar un modelo tecnológico para la producción de biodiesel a pequeña escala a partir de la transesterificación de los aceites de Palma, Higuerilla y Jatropha Curcas con Etanol para la provisión de energía limpia en el Departamento de Santander”
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1.-Establecer un modelo de investigación para el área de biocombustibles
2.- Experimentar el diseño preliminar de producción del etilester a partir de la transesterificación de losAceite de Palma, Higuerilla y Jatropha Curcas con Etanol 3.- Optimizar la producción de etilester por descarte de variables 4.- Caracterizar las muestras de etilester de acuerdo a las normas ASTM 5.- Producir biodiesel a partir de muestras certificadas por ECOPETROL -ICP
Objetivos Específicos
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BEPMA una estrategia efectiva de aprendizaje significativo para un mundo globalizado
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¿Cuáles son las condiciones ideales que maximizan la conversión en la reacción de
transesterificación del aceite de palma RBD con etanol?
Problema
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HIPOTESISLas condiciones ideales para lograr una alta conversión en la producción de etilester por transesterificación de los aceites con etanol dependen de la concentración del catalizador y la temperatura empleada durante la transesterificación
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FASE EXPERIMENTAL
Objetivo
Demostrar la verdad o falsedad de la hipótesis
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METODOLOGIA
La investigación es de tipo experimentaldebido a que en las actividades que se realizan
no solo se identifican las característicasque se estudian sino que se controlan, se
alteran o manipulan algunas variables de procesocon el fin de observar los resultados al tiempo que procura evitar que otros factores intervengan en la
observación.
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VARIABLES
Variables de entrada:
1.- Relación etanol/aceite 2.- Concentración del catalizador
Variable de salida o de respuesta
La conversión
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Factores constantes
1.- Tipo de aceite 2.- Tipo de alcohol 3.- Presión4.- Velocidad de agitación
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Diseño experimental
Durante el desarrollo del proyecto estudiamos la reacción de transesterificación a través de un experimento controlado en el cual se mide la influencia que tienen las variables de entrada en la variable de salida.
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DISEÑO FACTORIALUtilizamos un diseño el cual se investigan todas las posibles combinaciones de los niveles de losfactores en cada ensayo o replica del experimento
FACTORCada una de las variables de entrada
NIVELES DE LOS FACTORESLos valores que toman esas variables.
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Para cada factor se han escogido tres nivelesEl valor de estos niveles se obtuvo teniendoen cuenta lo reportado en la bibliografía investigada.
FACTORES NIVELES
Relación molar etanol/aceite
3:1 6:1 9:1
Concentración de catalizador
0.5% 1.0% 1.5%
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Dado que tenemos 2 factores y 3 niveles, el tipo de diseño factorial = 32
donde 3 = número de niveles por factor
2 = número de factores.
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Las combinaciones que se producen al cruzar cada uno de los niveles delos factores reciben el nombre de tratamientos
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Los tratamientos que se producen alcruzar los niveles son 32 = 9
Considerando la variable temperatura cada tratamiento se hace por triplicado9 x 3 = 27 tratamientos
Considerando la variable tiempo cada tratamiento se hace por triplicado27 x 3 = 81 tratamientos
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y con el fin de que el experimento sea aleatorizado, el orden cronológico en que se realizara será determinado al azar.A cada tratamiento se le determinará la conversión (variable de salida), valor que será registrado para luego realizar el análisis estadístico propio de un diseño factorial 32
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Convenio de Cooperación Tecnológica No.07 de 2006 ECOPETROL S.A. – SEB - INEM “Custodio García Rovira de Bucaramanga”
Proyecto: “Obtención de un biocombustible a través de la transesterificación del Aceite de Palma RBD con etanol” Interventor: Ing. Erika GuzmánDocente Responsable: Jorge GarcíaFase No. IMasa de Aceite de Palma RBD: 455 gramosTiempo: 15 minutos
No Fecha RelaciónMolar a/e
Catalizador%
oC Agitación r.p.m.
Etilester Glicerina Conversión
01 3:1 0,5 60 400
02 6.1 0,5 60 400
03 9:1 0,5 60 400
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Fase Experimental
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PRODUCTO
INSUMOS
PROCESO
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EELAEIS GUINEENSIS
Del mesocarpio del fruto se extrae el aceite de
palma (palm oil)
De la almendra se extrae el aceite de palmiste (Kernel oil) y la harina
(palm kernel)
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El procedimiento más empleado para obtener ésteres grasos consiste en una reacción de transesterificación, esta es resultado de tres reacciones reversibles consecutivas:
1.- Transesterificación parcial del triglicérido para formar el diglicérido.2.- Transesterificación parcial del diglicérido para formar el monoglicérido. 3.-Transesterificación parcial del monoglicérido para formar el éster y glicerina.
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FA
FA
FA
G + 3 A A FA + GCatalizador
Aceite Vegetal Etanol Biodiesel Glicerina
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Reacción de transesterificación general
Bajo condiciones normales, esta reacción ocurre muy despacio, para que la reacción sea más rápida, se usa calor y un catalizador. La reacción puede ser catalizada por un ácido o una base, pero se puede alcanzar una reacción mucho más rápida usando una base
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Después de la reacción se obtiene
Una fase rica en glicerina, etanol y catalizador (polar)
Una fase rica en ésteres (no polar)
Lavado
Secado
Filtrado
Separación en embudo de decantación
Cromatografía de gases
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RESULTADOS
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Obtención de un biocombustible a través de la transesterificación del Aceite Crudo de Palma con
etanol.
Materia Prima= Aceite Crudo de Palma Procedencia del Aceite = Palmeras de Puerto Wilches S.A
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Materia Prima=Aceite de Palma RBDProcedencia del Aceite = Saceites S.A.
Volumen de Aceite = 200 mlRelación Molar aceite/etanol = 1:6.5Concentración del Catalizador = 0.5%Tiempo de Residencia = 60 minutos
Temperatura = 75 OCAgitación = 400 rpmPresión Atmosférica
Mayo 27 de 2009
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RESULTADOS
Análisis Unidades EspecificaciónBiodiesel Muestra11200393828
Replica Bio Muestra 11200393829
Biodiesl Muestra 20200393830
Glicerina Libre % Masa 0,02 0,0063 0,0014 0,3386
Monoglicéridos % Masa 0,8 1,9213 1,8085 3,4584
Diglicéridos % Masa 0,2 0,5929 0,5892 0,8846
Triglicéridos % Masa 0,2 1,6908 1,6813 1,2029
Glicerina Total % Masa 0,25 0,7689 0,7332 1,4919
Alcohol en B100 % Masa 0.2 Máximo 0,0085 0,0086 0,0084
FAMES TOTALES % Masa 96.5 mínimo 96,5565 95,2867 94,5948
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El conocimiento de una técnica que nos permite obtener un combustible limpio, como lo exige el mundo y que está en la
lucha contra el calentamiento global.
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Resultados Institucionales1.- La creación, puesta en marcha y mantenimiento de un Semillero de Investigación en un colegio de educación media2.- La articulación con el sector productivo 3.- La formación y fundamentación de jóvenes investigadores en el área de biocombustibles4.- La creación, puesta en marcha y sostenimiento de una Planta Piloto que genera información y conocimiento acerca de la tecnología de producción de biodiesel por transesterificación de aceites con etanol
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5.- El reconocimiento de Colciencias como grupo de Investigación6.- La presentación de artículos en revistas indexadas7.- La realización de conferencias ante público especializado en el tema de biodiesel8.- La presentación de ponencias en congresos de carácter nacional e internacional sobre los resultados del proyecto
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Conclusiones
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El estudio de las variables consideradas en el proceso de reacción nos permite interpretar:
1.- La presencia de agua y ácidos grasos libres, afectan negativamente la reacción pues generan emulsificación de la glicerina sobre la fase orgánica.
También generan hidrólisis de los triglicéridos y formación de jabones en el medio, dificultando la separación. Se recomienda que las materias primas estén libres de agua y tengan un valor ácido menor a 2 mg KOH/g.
2.- La relación alcohol/aceite influye de manera importante en la formación de los ésteres, pues a medida que crece, la cantidad de intermedios (mono y diglicéridos) disminuye, alcanzando la mejor conversión cuando la relación es 6,5/1 molar; por encima de este valor no hay cambios notables.
3.- La temperatura de reacción influye de manera positiva en la velocidad de reacción, aunque, para periodos de reacción prolongados la cantidad final de ésteres producidos tiende a ser la misma a cualquier temperatura. Lo más usual es que la temperatura de reacción sea la de ebullición del alcohol empleado.
4.- Cuando la catálisis es alcalina, los catalizadores más efectivos son los alcóxidos de sodio, pero por su elevado costo son poco requeridos industrialmente; al comparar el KOH y el NaOH, es mejor el último dado que su peso molecular es menor, de manera tal que una menor cantidad logrará el mismo efecto.
5.- La literatura recomienda emplear cantidades de catalizador entre 1% y 1,5% (w/w) respecto de la materia prima oleosa para lograr mejores conversiones, pero a través de nuestra experiencia observamos que manejar dichas concentraciones es muy delicado ya que pueden provocar la formación de jabones, la gelatinización o la emulsificación de la mezcla. Encontramos mejores resultados cuando la proporción de catalizador utilizada está entre 0.45% y 0,70% (w/w) respecto de la materia prima oleosa.
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Referencias Bibliográficas Básicas
*VAN GERPEN, J., CLEMENTS, D., KNOTHE, G. et al., “Biodiesel Production Technology, August 2002–January 2004”,Colorado National Renewable Energy Laboratory.[online] EEUU. jul 2004. [citado 24 abril 2006]. Disponible en la World Wide Web: http://www.doe.gov/bridge.
*SRIVASTAVA, A., PRASAD, R. Triglycerides-based Diesel fuels. En: Renewable and Sustainable Energy Reviews [online] abril 2000. [citado oct 2005] p. 111-133. Disponible en la World Wide Web: http:// www.sciencedirect.com.
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Muchas Gracias
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