EVALUACIÓN Y CARACTERIZACIÓN DE UN CATALIZADOR …

EVALUACIÓN Y CARACTERIZACIÓN DE UN CATALIZADOR

HETEROGÉNEO COMERCIAL EN LA REACCIÓN DE TRANSESTERIFICACIÓN DE ACEITE DE PALMA CRUDO HÍBRIDO CON

METANOL PARA LA OBTENCIÓN DE BIODIESEL

Proyecto de Grado

Autor:

JORGE ANDRES VALENCIA

Asesor:

MIGUEL ANGEL MOLANO

UNIVERSIDAD DE LOS ANDES

FACULTAD DE INGENIERÍA

DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA QUÍMICA

BOGOTA

2006

i

TABLA DE CONTENIDO

1 INTRODUCCION......................................................................................................... 1

2 OBJETIVOS ................................................................................................................. 3

2.1 OBJETIVOS GENERALES................................................................................. 3

2.2 OBJETIVOS ESPECIFICOS .............................................................................. 3

3 MARCO TEORICO ..................................................................................................... 4

3.1 GENERALIDADES DE LA REACCION DE TRANSESTERIFICACION.... 4

3.2 CATALISIS HETEREOGENEA......................................................................... 6

3.2.1 Catálisis Básica..................................................................................... 7

3.3 PRODUCTOS DE LA REACCION DE TRANSESTERIFICACION ............ 8

4 DISEÑO EXPERIMENTAL ......................................................................................10

4.1 CATALIZADOR HETEREOGENEO OXIDO DE CALCIO ..........................10

4.1.1 Calcinación...............................................................................................10

4.1.2 Caracterización .......................................................................................12

4.2 CARACTERIZACION DEL ACEITE DE PALMA CRUDO HIBRIDO ........14

4.2.1 Índice de Acidez....................................................................................14

4.2.2 Índice de Saponificación......................................................................16

4.2.3 Índice de Yodo.......................................................................................17

4.2.4 Porcentaje de Humedad......................................................................18

4.3 DISEÑO EXPERIMENTAL PARA LA REACCION DE

TRANSESTERIFICACIÓN...........................................................................................19

5 RESULTADOS...........................................................................................................23

5.1 RESULTADOS DE LA CARACTERIZACIÓN DEL CATALIZADOR.........23

5.2 RESULTADOS DE LA CARACTERIZACIÓN DEL ACEITE ......................23

5.3 RESULTADOS DEL DISEÑO EXPERIMENTAL .........................................24

6 ANALISIS DE RESULTADOS.................................................................................25

7 CONCLUSIONES Y SUGERENCIAS....................................................................31

8 NOMENCLATURA....................................................................................................33

ii

9 BIBLIOGRAFÍA..........................................................................................................34

10 ANEXOS .....................................................................................................................36

iii

ÍNDICE DE FIGURAS

Figura 1. Reacciones consecutivas en la transesterificación de triglicéridos. .......... 4

Figura 2. Mecanismo de Reacción Catálisis Básica...................................................... 8

Figura 3. Montaje completo para la reacción de transesterificación.........................19

Figura 4. Equipo y montaje para la destilacion de metanol. ......................................21

Figura 5. Montaje para realizar la filtracion al vacio ....................................................21

Figura 6. Montaje para la microfiltracion.......................................................................22

Figura 7. Comportamiento del catalizador adicionado Vs la cantidad de biodiesel

obtenido .............................................................................................................................29

iv

ÍNDICE DE TABLAS

Tabla 1. Resulatado del tamizado del oxido de calcio................................................11

Tabla 2. Cantidad Calcinada de cada catalizador.......................................................11

Tabla 3. %Catalizador adicionado co sus respectivas replicas.................................20

Tabla 4. % De catalizador adicionado en grs...............................................................20

Tabla 5. Resultados caracterizacion catalizador..........................................................23

Tabla 6. Resultados caracterizacion aceite de palma ...............................................23

Tabla 7. Concentracion de biodiesel producido por la cantidad de catalizador

adicionado..........................................................................................................................24

Tabla 8. Resultados de concentracion en base a la cantidad de catalizador

adicionado..........................................................................................................................24

Tabla 9. Analisis estadistico de las 8 muestras............................................................27

Tabla 10. Analisis estadistico sin la muestra 2.............................................................27

Tabla 11. Resultados de la prueba T-Student sin la muestra 2 ................................28

Tabla 12. Resultado de la prueba T-Student sin la muestra 2 y la muestra 7 ........29

Tabla 13. Analisis estadistico anova..............................................................................30

1

1. INTRODUCCION

Dado el nuevo interés y preocupación mundial por el medio ambiente y que hoy

en día es mayor la necesidad de reducir las emisiones tóxicas de nuestras

acciones (manufacturas, transporte, alimentos etc.), para la conservación de

nuestro planeta, nos hemos visto en la necesidad de desarrollar y estudiar la

aplicación de mejores tecnologías y productos para la producción de

combustibles fósiles y así reducir su impacto ambiental.

Cada vez los controles sobre las cantidades de emisiones resultantes de los

procesos de combustión son más exigentes y esto no es solo para las

sustancias nocivas sino también para aquellas que alteran los ciclos naturales,

por tal razón se han desarrollado de un tiempo para acá la producción de

biocombustibles, la cual por sus orígenes nos permite desarrollar fuentes de

energía menos tóxicas que las químicas y que a su vez poseen un alto índice de

reducción en las emisiones tóxicas y protección de los ciclos naturales.

Los biocombustibles, “producto que se obtiene de materias primas de origen

agropecuario, agroindustrial o de otra forma de biomasa”1, son una fuente de

energía la cual preserva los ciclos naturales por ser de orígenes animales o

vegetales en su mayoría y a su vez tienen un índice de emanaciones tóxicas de

combustión menor que el de los combustibles fósiles.

El desarrollo en la producción de biodiesel hoy en día ha adquirido gran interés

por ser de origen animal o vegetal y por su impacto en el medio ambiente.

1 PhD José Luís Calle M araví, UNALM Javier Coello Guevara, ITDG Paul a Castro Pareja, UNALM Mirtha Nazario

Ramírez, UNALM Fernando Acosta Bedoya “OPCION ES PARA LA PRODUCCIÓN DE BIODIESEL A PEQUEÑA

ESCALA EN EL PERÚ”, ITDG – UNALM CONCYTEC

2

Los factores anteriores junto con el hecho de que los recursos en combustibles

fósiles no son infinitos, nos lleva a la búsqueda y sustitución total o parcial de los

combustibles de automoción actuales.

Así mismo porque la producción de este tipo de combustibles puede tener

buenos impactos económicos en los países productores.

Dado que la reacción de transesterificación lo que busca es bajar la viscosidad

de los aceites para hacerlos más funcionales y en vista de que los factores que

afectan la reacción de transesterificación son varios, se ha desarrollado centros

de estudio para poder encontrar las mejores condiciones en la reacción de

transesterificación que permitan obtener un aceite, que se asemeje a los

actuales y que a su vez no haya que modificar los motores para su utilización, lo

cual en un momento dado puede hacer su conversión total a este tipo de

productos sin ningún tipo de cambio en los motores.

Adicional a esto, este trabajo es una continuación del trabajo realizado por

Gustavo Charry donde lo que se hace es realizar una base experimental la cual

nos da una base de comparación del comportamiento de un mismo catalizador

trabajado a condiciones de catalizadores homogéneos y heterogéneos.

3

2. OBJETIVOS

2.1 OBJETIVO GENERAL

Realizar un estudio cuantitativo de un catalizador heterogéneo básico (CaO), el

cual permita determinar su rendimiento en la reacción de transesterificación para

la obtención de biodiesel (ésteres metílicos).

2.2 OBJETIVOS ESPECIFICOS

• Realizar una revisión bibliográfica exhaustiva acerca de la reacción de

transesterificación hecha por medio de una catálisis heterogénea básica.

• Preparar el catalizador de óxido de calcio, a partir de la calcinación de

óxido de calcio comercial.

• Caracterizar el catalizador obtenido por los métodos más apropiados

(BET).

• Caracterizar el aceite de palma crudo híbrido (índice de yodo, acidez,

saponificación y porcentaje de humedad).

• Mediante un análisis cromatográfico de los ésteres metílicos obtenidos,

evaluar el catalizador en la reacción propuesta teniendo como variable

respuesta la conversión del aceite de palma a ésteres metílicos

4

3. MARCO TEORICO

3.1 GENERALIDADES DE LA REACCION DE TRANSESTERIFICACION

La reacción de transesterificación es característica de los ésteres, en la cual reaccionan con ácidos grasos, alcoholes u otros ésteres con el intercambio de los grupos ácidos. La transesterificación de un aceite o una grasa es una reacción de sustitución (se desplaza un alcohol presente en el éster por otro alcohol), donde los triglicéridos presentes reaccionan con alcohol, para formar ésteres y como subproducto glicerol. Como se ve en la figura 1, la reacción consiste en 3 reacciones reversibles consecutivas. En la primera reacción los triglicéridos se convierten a diglicéridos, luego se convierten a monoglicéridos y finalmente se forma la glicerina, formando en cada reacción una molécula de éster.

Figura 1. Reacciones consecutiv as en la transesterificación de triglicéridos2. Se adiciona un exceso de alcohol logrando que el equilibrio se desplace hacia el lado de los productos. La estequeometría de la reacción es 3:1 alcohol/triglicérido, pero se usa una relación 6:1 alcohol/triglicérido para incrementar el rendimiento de los productos. Se usa catalizadores básicos, ácidos o enzimáticos para aumentar la velocidad de reacción. Las reacciones catalíticas básicas son más usadas industrialmente debido a que la velocidad de reacción es mayor que las reacciones catalizadas por ácidos. Además no existen problemas de corrosión en los equipos, como si lo pueden presentan los ácidos. Los catalizadores básicos mas usados son NaOH, KOH, carbonatos y sus respectivos alcóxidos de potasio y sodio. El hidróxido de sodio es el más usado por su disponibilidad y bajo precio. La catálisis ácida tiene rendimientos altos en la formación de ésteres, pero la reacción es muy lenta y requiriere temperaturas

2 Imagen tomada de: Fukuda H, Kondo A, Noda H (2001). Biodiesel Fuel Production by Transesterification of Oils. Journal of Bioscience and Bioengineering. Vol 92. No. 5. pp 405-416.

5

superiores a los 100°C y más de 3 horas para alcanzar la conversión completa. Generalmente se usan alcoholes simples en la transesterificación de aceites como metanol, etanol, propanol y butanol. Metanol es el más usado comercialmente debido a su naturaleza física y química (es de cadena corta y es un compuesto polar). Sin embargo el etanol esta siendo considerado debido a que es una fuente renovable y no posee la misma toxicidad que el metanol. Cuando la reacción tiene altos niveles de conversión, la mezcla de productos forma dos fases líquidas y una fase sólida si se usa un catalizador sólido. La fase inferior de la mezcla consiste en glicerina, alcohol y el catalizador (si se encuentra en fase líquida). La fase superior de la mezcla consiste en éster, alcohol, trazas de glicerina y catalizador líquido. Si la reacción no tiene una conversión alta, los triglicéridos sin reaccionar y la glicerina se pueden solidificar y precipitarse en el fondo de esta fase. Para relaciones molares mayores a 5.67 de metanol: aceite se han reportado dificultades en la separación de la glicerina y el metanol [Ref 11]. La velocidad de reacción aumenta cuando se incrementa la temperatura. Sin embargo la temperatura máxima de transesterificación no puede ser mayor al punto de ebullición de los reactivos a la presión en la que se encuentren, ya que la reacción ocurre en fase líquida. Típicas concentraciones de catalizadores homogéneos están entre 0.5 y 1.5%(w/w) respecto al peso del aceite [Ref 27]. Se ha comparado el uso de aceite vegetal crudo y refinado para la transesterificación, encontrando que el rendimiento de ésteres metílicos se redujo de 98% para el aceite refinado al 86% para el aceite crudo. Esta diferencia se atribuyó a la mayor cantidad de ácidos grasos libres presentes en el aceite vegetal crudo, también podría ser por la presencia de fosfolípidos, ya que serían una fuente de destrucción del catalizador. Además se ha encontrado que componentes de fósforo en el aceite reduce el rendimiento entre un 3 y 5% para niveles de fósforo mayor a las 50 ppm, dificultando la separación entre la glicerina y los ésteres [Ref 9]. Es posible realizar la reacción de transesterificación sin catalizador. La temperatura debe estar entre 300°C y 350°C y la relación molar de alimentación metanol/aceite es de 42:1. La reacción solo requiere 120 segundos, pero la pureza del producto tiene que ser completamente caracterizada ya que puede formar compuestos que no son ésteres metílicos [Ref 9]. La velocidad de reacción es alta entre un rango de

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temperaturas de 300°C y 500°C, pero a temperaturas superiores de 400°C existe degradación térmica de las sustancias [Ref 11]. Las grandes velocidades de reacción con metanol supercrítico se deben a su naturaleza hidrofóbica, donde los triglicéridos no polares se pueden disolver muy bien en el metanol supercrítico para formar una mezcla de una sola fase alcohol-aceite. Por lo contrario el metanol líquido es un solvente polar y tiene puentes de hidrógeno entre OH oxígenos y OH hidrógenos para formar clústeres de metanol disminuyendo la velocidad de reacción [Ref 8]. Se ha desarrollado un método para aumentar la velocidad de reacción de la transesterificación. La reacción en las primeras etapas está limitada por la baja solubilidad del alcohol, especialmente del metanol en el aceite. Por eso se pensó en adicionar un cosolvente a la mezcla de reacción, para crear una sola fase y disminuir los problemas asociados a la transferencia de masa. Esto acelera considerablemente la reacción completándola en unos minutos. Uno de los problemas principales de este método es la recuperación y recirculación del cosolvente, pero esto puede ser solucionado usando un cosolvente con punto de ebullición cercano al del alcohol usado. También existe otro problema debido a la toxicidad del cosolvente usado, ya que los que se han propuesto son el tetrahidrofurano y metíl terciario butil éter [Ref 9]. La catálisis enzimática se realiza generalmente con lipasas, pero se deben tener ciertas condiciones específicas para mantener la actividad del catalizador. Las enzimas más usadas son las hidrolíticas debido a su fácil disponibilidad y su fácil manejo. Son estables, no necesitan co-enzimas y son totalmente tolerables a solventes orgánicos [Ref 11]3

3.2 CATALISIS HETEREOGENEA

En la catálisis heterogénea, existen dos fases y una superficie de contacto. La reacción se lleva a cabo en esta superficie de contacto y el fluido es una reserva de moléculas por transformar o que ya reaccionaron. Los catalizadores, los reactivos y los productos se encuentran en fases diferentes. Generalmente el catalizador es un sólido, y los reactantes y productos se encuentran en fase líquida o como vapor. En este tipo de catálisis el fenómeno catalítico está

3 Charry Parra, Gustavo “Transesterificación de aceite de pal ma con metanol por catálisis heterogénea usando CaO y Fe2O3 como catalizador es”, director: Vargas Solano Edgar Mauricio, Bogotá, Uniandes , 2005, p.13-16

7

relacionado estrechamente con las propiedades de superficie del catalizador [14]. En este tipo de catálisis los catalizadores son sólidos inorgánicos, tales como óxidos metálicos, sulfuros o cloruros, o sólidos orgánicos tales como polímeros modificados [13]. Las ventajas que presenta este tipo de catálisis son [13]: • Fácil separación del catalizador de los productos y reactivos. • Eliminación de problemas de corrosión y tratamientos de desechos líquidos. Entre las desventajas presentadas por la catálisis heterogénea están [13]: • Difícil control de la temperatura para reacciones muy exotérmicas, • Limitaciones de transferencia de masa de reactantes y productos. • Requerimientos de altas resistencias mecánicas para el catalizador. Para que el fenómeno catalítico ocurra, es necesaria una interacción entre el catalizador y el sistema reactivos – productos sin afectar la naturaleza química del catalizador, excepto en la superficie, es decir, la interacción entre el catalizador y el o los reactivos se debe llevar a cabo en la superficie del primero y no involucrar su estructura interna, relacionando así, la catálisis heterogénea con la adsorción de moléculas de una fase líquida o gaseosa en la superficie de un sólido.4

3.2.1 Catálisis básica

El mecanismo de reacción se muestra en la figura 3. Como primer paso ocurre la reacción del alcohol con el catalizador básico produciendo un alcóxido y el catalizador protonado. Luego ocurre un ataque nucleofílico por parte del alcóxido al grupo carbonilo del triglicérido formando un compuesto tetraédrico intermedio, del cual se forma una molécula de éster alquílico y una molécula de diglicérido aniónico. Como último paso se regenera el catalizador desprotonándose y regenerándose para poder reaccionar con otra molécula de alcohol y comenzar otro ciclo catalítico. Los diglicéridos y

4 Barrera Díaz, Deicy “Evaluaci ón de las propiedades de superficie del oxi do de zinc y su actividad catalítica en la transesterificación de aceite de pal ma con metanol”, director Molanao Miguel Ángel, Moreno Juna Carlos, Camar go Gabriel, Bogotá, Uniandes 2006, p 23

8

monoglicéridos se convierten a ésteres alquílicos y glicerina por el mismo mecanismo [Ref 23].5

Figura 2. Mecanismo de Reacción Catálisis Básica6

3.3 PRODUCTOS DE LA REACCION DE TRANSESTERIFICACION

Después de la transesterificación de los aceites, existe una mezcla de ésteres alquílicos, glicerina, alcohol, catalizador y tri-di-y monoglicéridos. Si la reacción alcanza una buena conversión, la presencia de di-monoglicéridos es mínima. Se reconoce fácilmente ya que los monoglicéridos producen turbidez (cristales) en la mezcla de ésteres. Si se usa un catalizador heterogéneo este es retirado por filtración al vacío dejando libre la mezcla pos reacción. La glicerina y los ésteres alquílicos son insolubles y se separan por diferencia de densidades con o sin la presencia del alcohol. Esta separación generalmente ocurre rápidamente si la formación de jabones es baja y puede ser finalizada por un tanque de separación o una centrífuga. Cuando el nivel de ácidos grasos libres es mayor al 5%, los jabones inhiben la separación entre los ésteres y la glicerina, formando emulsiones durante el lavado con agua [Ref 9].

5 Charry Parra, Gustavo “Transesterificación de aceite de pal ma con metanol por catálisis heterogénea usando CaO y Fe2O3 como catalizador es”, director: Vargas Solano Edgar Mauricio, Bogotá, Uniandes , 2005, p.21 6 Imagen tomada de: Schuchardt U, Sercheli R, Vargas R.M.(1998).Transesterificati on of Vegetable Oils: a Revi ew. Journal of Brazilian Chemis t Society, Vol 9, No. 1, pp 199-210.

9

La separación de los ésteres de la glicerina puede realizarse en presencia de alcohol o sin él, ya que el exceso de alcohol tiende a solubilizar las fases haciendo lento el proceso. Debido al carácter reversible de la reacción, se recomienda mejor en la presencia de alcohol. La fase éster se lleva a una destilación flash, donde se recupera el alcohol y se obtienen los ésteres con el catalizador homogéneo y la glicerina remanente. Luego se adiciona ácido o base, según el tipo de catalizador homogéneo utilizado para eliminar cualquier residuo presente en la fase. Después se realiza un lavado con agua para retirar la glicerina dispersa en gotas, las sales y el alcohol remanente encareciendo el proceso de separación [Ref 19]. La neutralización del catalizador antes del lavado con agua se realiza para minimizar la cantidad de agua requerida para el lavado y para evitar la formación de emulsiones cuando se adiciona agua a la fase éster. Por último el agua remanente en los ésteres alquílicos es retirada por una destilación flash al vacío. La glicerina obtenida contiene algo del exceso del alcohol, catalizador homogéneo y jabones. Para purificarla, se adiciona ácido para romper los jabones formados en ácidos grasos libres y sales. Los ácidos grasos libres son insolubles en la glicerina, y se posicionan en la parte superior de la fase donde son retirados. Las sales presentes en la glicerina pueden ser precipitadas y retiradas. El alcohol remanente es removido por un proceso flash al vacío u otro tipo de evaporador [Ref9].7


10

4. DISEÑO EXPERIMENTAL

La metodología que se utilizó se basa en el trabajo de Gustavo Charry8, el cual

propone ciertas aplicaciones con el catalizador óxido de calcio. Se trabajó con

un tipo de materia prima diferente, aceite de palma crudo híbrido, y se midió su

variable de respuesta en otras condiciones por lo que la caracterización de las

materias primas se lleva a cabo de la misma forma en que él las realizó y se

varia es las condiciones de operación y las cantidades alimentadas.

Se preparó y caracterizó el aceite de palma y el catalizador para la reacción de

transesterificación. Se desarrolló una base experimental la cual permitió llevar a

cabo un análisis comparativo con los resultados anteriores. Se realizó una serie

de pruebas cuantitativas de los productos con el fin de emitir un mejor análisis

de este catalizador en base a su desempeño en la reacción de

transesterificación.

4.1 CATALIZADOR HETEREOGENEO OXIDO DE CALCIO

4.1.1 Calcinación

Generalmente la calcinación de un catalizador se realiza para obtener una estructura bien determinada de los agentes activos, además de mejorar la textura de la superficie y de los volúmenes de poro. Durante la calcinación del catalizador ocurren algunas transformaciones químicas y físico-químicas. Por ejemplo se crea una textura macroporosa debido a la descomposición o volatilización de sustancias que se encontraban en el sólido en el momento de su formación. También pueden ocurrir reacciones de síntesis térmica con o sin la eliminación de componentes volátiles seguida por la modificación de su estructura y en consecuencia su textura en la síntesis de productos [Ref 13].

8 Transesterificación de aceite de palma con metanol por catálisis heterogénea usando CaO y Fe2O3 como catalizadores

/ Gustavo C harry Parra ; director: Edgar Mauricio Vargas Sol ano.

11

Específicamente en la calcinación de un componente cristalino ocurre dos etapas consecutivas de transformación: la descomposición del sólido precursor, seguida de la sinterización-cristalización del producto poroso. La descomposición del sólido es la etapa decisiva ya que se crean los poros y la textura por la pérdida de moléculas complejas como el agua. Las nuevas estructuras empiezan a aparecer las cuales son estructuras precarias, en cuanto se aumenta la temperatura se van organizando, definiéndose la estructura del catalizador [Ref 13]. Antes de la calcinación [el catalizador CaO fue tamizado, debido a su grado comercial poseía impurezas] como piedras provenientes del proceso de extracción de los mismos. El tamiz adecuado tenía un número de malla 50, con una abertura de orificio de 300 micrómetros. Asegurándose así que los catalizadores poseían diámetros iguales o cercanamente inferiores a 300 micrómetros. [En la tabla 1 se muestra el resultado del tamizado].

Tabla 1. Resultado del tamizado del oxido de calcio Malla 30 Malla 40 Malla 50 Malla 100 Malla 200 Fondo

600 µm 425 µm 300 µm 149 µm 75 µm

Muestra 1 0 0 0 0,6 41,2 58,2

Muestra 2 0 0 0 0,2 45,6 54,2

Muestra 3 0 0 0 0,4 39,5 60,1

Muestra 4 0 0 0 0,3 42,5 57,2

Muestra 5 0 0 0 0,5 43,4 56,1

En la Tabla 2 se muestra la cantidad calcinada de cada catalizador. La calcinación se realizó a 550 °C y un tiempo de 4 horas en una mufla. Estas condiciones fueron escogidas porque Leclercq et al. [Ref 14] obtuvieron buenos resultados en la transesterificación de aceites vegetales calcinando catalizadores heterogéneos básicos a esta temperatura, para incrementar su actividad catalítica.9

Tabla 1. Cantidad Calcinada de cada catalizador.

CATALIZADOR CANTIDAD CALCINADA (g)

Cao 10

Cao 10


12

4.1.2 Caracterización

La catálisis heterogénea es un fenómeno de superficie, por lo cual el catalizador debe tener la superficie activa más larga posible para cualquier cantidad dada. Esa área debe ser topográficamente arreglada para optimizar la distribución de poro y facilitar la adsorción de los reactivos y la desorción de los productos, es decir debe limitar los fenómenos difusionales al máximo. Para determinar la textura de un catalizador en polvo generalmente se halla su área específica total y la distribución de poro en la cual la difusión intragranular depende. Conocer la distribución de poro es esencial para la interpretación cinética de los resultados experimentales cuando las restricciones internas de difusión son una evidencia. La distribución de poro puede obtenerse por la isoterma de absorción-desorción para el nitrógeno [Ref 13]. La superficie específica es la suma de la superficie exterior más la interior del catalizador. La superficie interior está formada por las paredes de los poros y/o fallas que se tenga y generalmente es mucho mayor que el área externa. La teoría B.E.T es la mejor y más simple determinación de la superficie específica. El método está basado en la adsorción física de un gas inerte a temperatura constante, generalmente es nitrógeno a la temperatura que es líquido. El principio es determinar el punto en el cual una capa monomolecular de gas cubre la superficie del catalizador [Ref 26]. Las suposiciones en la que se basa la técnica son: La adsorción se produce en capas superpuestas de moléculas; no hay heterogeneidad superficial o sea no hay adsorción preferente en ningún punto de la superficie; las moléculas adsorbidas no interactúan entre sí; se supone un mecanismo determinado para la primera capa y otro distinto para las demás. Los calores desarrollados por el fenómeno desde la segunda capa en adelante, son iguales entre sí e iguales al calor de condensación, mientras que en la primera capa se desarrolla un calor de adsorción. Se llega a la siguiente expresión isotérmica [Ref 26]:

smmS PP

cvc

cVPPvP

*)1(1

)(−

+=−

Ecuación 1.

13

Donde: v: Volumen total de gas adsorbido sobre la superficie del adsorbente a temperatura y presión estándar. vm: Volumen de gas adsorbido cuando la superficie está cubierta con una capa monomolecular. P: Presión Parcial del adsorbato. Ps: Presión de saturación del adsorbato a la temperatura que se produce la adsorción.

)( 1

* RTEE L

ecteC−

= Ecuación 2.

E1: Calor de adsorción en la primera capa EL: Calor de condensación R: Constante de los gases T: Temperatura absoluta La ecuación 1 responde perfectamente a una recta cuando se grafica

)( PPvP

S − Vs

sPP

dentro del rango de presiones relativas (P/Ps) 0.05 y

0.30. La ecuación es lineal debido a que para cualquier sistema dado vm y C son constantes. Donde:

CvC

m

)1( −=α (pendiente) y

Cvm

1=β (Intercepto con el eje y),

reemplazando: βα +

=1

mv Donde α y β se pueden hallar

gráficamente. Para determinar la superficie específica es necesario determinar el valor vm, el cual se explicó con anterioridad. Ya determinado este parámetro se puede hallar la superficie cubierta por una monocapa de gas:

)/(*)/(

)/()()( 203

03

2 moleculaAmolcmV

molmoleculasNcmvmSm

m σ=

Ecuación 3.

14

Donde: Vm: Volumen molar en (cm3/mol) N0: Número de Avogadro (6.03*1023 moléculas/mol) σ: Sección de superficie ocupada por una molécula adsorbida (A0^2/molécula). En la actualidad el nitrógeno es casi universalmente utilizado como adsorbato y valores de este se encuentran tabulados en función de la temperatura. La superficie específica se expresa como:

WS

gmSg =)/( 2

Ecuación 4. Donde: W: Peso (g) de la muestra ensayada.10

Ahora conociendo como funciona el método de la prueba B.E.T. estas pruebas

se mandaron a realizar en el laboratorio del departamento de química dándonos

unas gráficas con sus respectivos resultados. Anexo 1

4.2 CARACTERIZACION DEL ACEITE DE PALMA CRUDO HIBRIDO

Generalmente se acostumbra a determinar las constantes analíticas del aceite o de la mezcla por medio de pruebas físicas y químicas (…) [con los métodos químicos] se pueden hallar el índice de acidez, saponificación, humedad entre otros. A continuación se encuentra una breve descripción de las pruebas realizadas para la caracterización del [Aceite de palma crudo hibrido] 4.2.1 Índice de acidez

El índice de acidez son los miligramos de KOH necesarios para saturar los ácidos grasos libres contenidos en un gramo de muestra. Es el resultado de la titulación con una solución alcalina en presencia

10 Charry Parra, Gus tavo “Transesterificación de aceite de pal ma con metanol por catálisis heterogénea usando CaO y

Fe2O3 como catalizador es”, director: Vargas Solano Edgar Mauricio, Bogotá, Uniandes , 2005, p.36-39

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de Fenolftaleína. El procedimiento escogido es según la norma colombiana ICONTEC 218: 1. Se prepara la solución de NaOH para la titulación con 100 ml de NaOH 1M y se disuelve con un litro de agua destilada. 2. Se estandariza la solución de NaOH preparada titulándola con Biftalato de potasio, usando como indicador la fenolftaleína. 3. [Luego se pesa en un matraz una porción de muestra]. 4. En un segundo matraz se calienta 50 ml de etanol a ebullición y se adiciona como indicador fenolftaleína o azul de bromotimol. Mientras la temperatura del etanol esta aún sobre 70°C se neutraliza cuidadosamente con una solución de hidróxido de sodio o potasio. El punto final de la titulación se alcanza cuando la adición de una gota de álcali produce un cambio ligero de color. 5. Se agrega etanol neutralizado a la porción de ensayo en el primer matraz y se mezcla muy bien. Se lleva el contenido a ebullición y se titula con la solución de hidróxido de potasio o sodio hasta que ocurra el cambio de color. 6. Se determina el índice de acidez según:

mCVV

Ia*´)(1.56 −

=

Ecuación 5. V: Volumen en mililitros de la solución volumétrica normalizada de hidróxido de potasio o de sodio usada para la titulación de la muestra de aceite. V´: Volumen en mililitros de la solución El método de determinación consiste en saponificar completamente una cantidad de la muestra por ensayar, con un exceso de solución alcohólica de hidróxido de potasio, para luego valorarla con ácido clorhídrico 0.5 N. El índice de saponificación es inversamente proporcional a los pesos moleculares promedio de los ácidos grasos presentes. El procedimiento escogido es según la norma colombiana ICONTEC 335: volumétrica normalizada de hidróxido de potasio o de sodio usada para la titulación del etanol. C: Concentración en moles por litro, de la solución volumétrica normalizada de hidróxido de potasio o sodio. m: Masa en gramos de la porción de ensayo.

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4.2.2 Índice de saponificación

Es el número de miligramos de KOH requeridos para saponificar un gramo de aceite o grasa. Su principal uso es para determinar el peso molecular del aceite. En el procedimiento debe usarse el alcohol más puro posible para preparar el KOH, debido a que el alcohol comercial contiene una cantidad apreciable de aldehídos, los cuales en presencia de potasa forman una resina aldehídica amarilla que se oscurece gradualmente dificultando la percepción del punto final.

1. Preparar la solución de hidróxido de potasio 0.5 M. Para esto se hace refluir 1 litro de etanol con 8 g de hidróxido de potasio en ebullición durante 1 hora. Luego se destila inmediatamente. Se disuelve la cantidad requerida de hidróxido de potasio en el destilado. Se deja en reposo varios días luego se decanta el líquido. 2. [Se pesan 2 g en un matraz cónico].

3. Se añade a la muestra con una pipeta 25 ml de la solución etanólica de hidróxido de potasio. Se conecta el condensador de reflujo al matraz y se coloca este sobre la plancha de calentamiento. Se calienta hasta ebullición agitando ligeramente por 1 o 2 horas. 4. Se estandariza la solución de HCL con una solución de hidróxido de sodio 1 M. Usando como indicador para la titulación fenolftaleína. 5. Se añaden a la solución caliente 3 gotas de fenolftaleína o azul de bromotimol. Se titula con la solución de HCL estandarizada hasta desaparezca el color de la solución. 6. Se realiza un ensayo en blanco siguiendo el procedimiento anterior con 25 ml de solución etanólica de hidróxido de potasio pero omitiendo la porción de aceite de ensayo. 7. Se determina el índice de saponificación según:

mcVVo

Is1.56**)( 1−

=

Ecuación 6. Vo: Volumen en mililitros de la solución volumétrica normalizada de ácido clorhídrico usada para la titulación del ensayo en blanco. V1: Volumen en mililitros de la solución volumétrica normalizada de ácido clorhídrico usada para la titulación de la muestra.

17

c: Concentración en moles por litro, de la solución volumétrica normalizada de ácido clorhídrico. m: Masa en gramos de la porción de ensayo. 4.2.3 Índice de yodo Es el número de gramos de yodo absorbidos por 100 gramos de aceite. El punto final se registra por la desaparición del complejo azul del yodo con el almidón. El yodo se adiciona a los dobles enlaces presentes en los ácidos insaturados bajo ciertas condiciones. El método consiste en la dilución de la porción de aceite en un solvente y la adición del reactivo de Hanus. Después de un tiempo específico, se adiciona yoduro de potasio y agua y se titula la liberación de yoduro con una solución de Tiosulfato. El procedimiento escogido es según la norma colombiana ICONTEC 283: 1. [ Se pesa 0.2 gr de la muestra en un matraz aforado]. 2. Se adiciona 20 ml del solvente (Cloroformo) y luego se adiciona con una pipeta de 25 ml el reactivo de Hanus y se mantiene en un lugar oscuro durante 30 minutos agitando el matraz cada 5 minutos. 3. Se prepara un blanco con el solvente y el reactivo de Hanus pero omitiendo la porción de aceite. 4. Al final del tiempo de reacción se adicionan 20 ml de yoduro de potasio y 100 ml de agua destilada. 5. Se titula con una solución normalizada de Tiosulfato de Sodio de 0.1N hasta obtener una coloración amarilla producida por casi la desaparición del yoduro identificando dos fases. 6. Se adicionan 4 ml de la solución de almidón del 15% y se continúa la titulación hasta que el color azul desaparezca después de la agitación vigorosa. 7. Paralelamente se lleva a cabo la determinación empleando el blanco en las mismas condiciones. 8. Se determina el índice de Yodo según:

mVVc

IV)(**69.12

. 21 −=

Ecuación 7.

18

c: Concentración en moles por litro, de la solución de tiosulfato de sodio. V1: Volumen en mililitros de la solución de tiosulfato de sodio empleado para el ensayo blanco. V2: Volumen en mililitros de la solución de tiosulfato de sodio usado para la determinación de la muestra. m: Masa en gramos de la porción de ensayo. 4.2.4 Porcentaje de humedad El método de Karl Fischer para determinar la cantidad de agua en una muestra consiste en una titulación electroquímica de los productos obtenidos por la reacción entre el reactivo de Karl Fischer y el agua presente en la muestra. El reactivo de Karl Fischer consiste en yodo, dióxido de sulfuro, una base, y un solvente (en nuestro caso es una mezcla 30% cloroformo y 70% metanol). En la titulación la muestra es adicionada en una solución electrolítica (el reactivo de Karl Fischer). La oxidación electrolítica causa la producción de yodo, de acuerdo con la ley de Faraday, el yodo es producido en proporción de la cantidad de electricidad. Esto significa que se puede determinar la cantidad de agua presente por la cantidad de Culombios necesarios para la oxidación electrolítica, 1mg de Agua = 10.71 Culombios. Procedimiento: 1. Determinar el titulo del equipo. 2. [Recoger en una jeringa 3 ml aproximadamente del aceite y pesarlo]. 3. Adicionar una pequeña cantidad de la muestra al equipo de Karl Fischer. 4. Pesar la jeringa de nuevo con la cantidad remanente de muestra y hallar la cantidad adicionada al equipo. 5. Determinar el porcentaje de humedad de la muestra como:

WTituloV

wwH cherliqKarlFis *)/(% =

Ecuación 8. VliqKarlFisher: Volumen en mililitros del reactivo de Karl Fischer usado en la titulación. W: Masa en gramos de la porción de ensayo.11

11 Charry Parra, Gus tavo “Transesterificación de aceite de pal ma con metanol por catálisis heterogénea usando CaO y Fe2O3 como catalizador es”, director: Vargas Solano Edgar Mauricio, Bogotá, Uniandes , 2005, p.39-46

19

4.3 DISEÑO EXPERIMENTAL PARA LA REACCION DE TRANSESTERIFICACION

La reacción de transesterificación se llevo a cabo en un reactor de vidrio

enchaquetado de 250ml con tres boquillas, el montaje realizado es como se

muestra en la figura 3.

Figura 3. Montaje completo para la reacción de transesterificación.

El calentamiento del reactor se realiza a través de un baño Termostatado marca

THERMO HAAKE DC 10, el rango de calentamiento es de 20°C a 90°C, el

fluido es agua desionizada la cual recircula un flujo a través del reactor el cual

mantiene la temperatura del mismo constante, el sistema de agitación se lleva a

cabo por medio de un agitador mecánico es marca CAFRAMO, con un rango de

agitación de 40 hasta 2000 r.p.m. y el impeller utilizado fue el de paleta móvil

20

Las condiciones de operación del reactor son:

Temperatura: 50oC

Tiempo de reacción: 3 horas

Presión: Atmosférica

Velocidad de agitación: 500rpm

Las cantidades alimentadas al reactor son:

Relación metanol/aceite: 25:1

Aceite: 75grs

Metanol: 85ml

Para la cantidad de catalizador adicionado al reactor se procedió a trabajar con

cinco porcentajes de catalizador y se desarrollo una serie de réplicas en tres de

estos porcentajes como se indica en la tabla 3. En la tabla 4 se muestran las

cantidades de gramos adicionados en el reactor

Tabla 3. %Catalizador adicionado con sus respectivas replicas.

%CATALIZADOR REPLICA

1% X

1.5%

2.0% X

2.5%

3.0% X

Tabla 4. % De catalizador adicionado.

ACEITE (g) CATALIZADOR

(%)g

75 (1)-0.75

75 (1.5)-1.125

75 (2)-1.5

75 (2.5)-1.875

75 (3)-2.5

Después de realizada la reacción de transesterificación se procedió a realizar el

proceso de purificación del biodiesel el cual consta de los siguientes pasos:

21

1 Retirar el metanol de la mezcla por medio de una destilación la cual es

realizada en el rotovapor Buchi R-114. El montaje de este equipo se muestra en

la figura 4

Figura 4. Equipo y montaje para la destilación del metanol

2. Se procedió a realizar una filtración al vacío, en el laboratorio de Química, en

una bomba de alta presión para retirar el catalizador de la mezcla. Figura 5.

Figura 5. Montaje para realizar la filtración al vacío, tomado de la página de internet: http://es.wikipedia.org/wiki/Imagen:Embudo_B%C3%BCchner.jpeg, consultada en julio 2006

22

3 Se procedió a realizar una microfiltración de el biodiesel para obtener unas

muestras más puras para la elaboración de la cromatografía de gases, esta

micro filtración se llevo a cabo con Micro filtros de 0.2 µm. Figura 6

Figura 6. Montaje para la micro filtración

Por último se evaluaron las muestras de biodiesel obtenidas, por medio de un

análisis cromatografico realizado por el laboratorio de Química, para así poder

determinar cuantitativamente la cantidad de biodiesel producido. En el anexo 2

se encuentran las gráficas obtenidas de la cromatografía.

23

5. RESULTADOS Y ANALISIS

5.1 RESULTADOS DE LA CARACTERIZACIÓN DEL CATALIZADOR

Tabla 5. Resultados caracterización catalizador

5.2 RESULTADOS DE LA CARACTERIZACIÓN DEL ACEITE DE PALMA

Tabla 6. Resultados caracterización del aceite de palma

CATALIZADOR

Área superficial (m2/g) 23.6

Volumen del poro (cm3/g) 0.017

Tamaño de poro (Amstrong) 2.77E+01

ACEITE DE PALMA HIBRIDO

Índice de Yodo (grs. I2/100grs. Aceite) 69.98

Porcentaje de Acidez 2.23

Porcentaje de Humedad (w/w) 0.124

Índice de Saponificación (mg KOH/grs. Aceite) 194

Peso Molecular Aceite (gr/grmol) 867.52

24

5.3 RESULTADOS DEL DISEÑO EXPERIMENTAL

A continuación en la tabla 7 se presentan los resultados de concentración

obtenidos a partir del análisis de las gráficas del anexo 2

Tabla 7. Concentración de biodiesel producido por la cantidad de catalizador adicionado

Tabla 8. Resultados de rendimiento en base a la cantidad de catalizador adicionado

En el anexo 3 se presentó un modelo de cómo se llevaron a cabo los cálculos

para la cuantificación del rendimiento de producción de biodiesel.

% Catalizador %p/v (g/100ml)

Muestra 3 1% 3.90%

Muestra 4 1% 3.09%

Muestra 9 1.5% 3.12%

Muestra 1 2% 6.90%

Muestra 2 2% 79.32%

Muestra 10 2.5% 6.55%

Muestra 7 3% 34.65%

Muestra 8 3% 15.43%

% Catalizador P/V (g/ml) Volumen (ml) Peso (g) % Ren.

Muestra 3 1% 0.04 30.00 1.17 1.74

Muestra 4 1% 0.03 40.00 1.24 1.84

Muestra 9 1.50% 0.03 35.00 1.09 1.63

Muestra 1 2% 0.07 40.00 2.76 4.12

Muestra 2 2% 0.79 35.00 27.76 41.40

Muestra 10 2.50% 0.07 37.00 2.42 3.61

Muestra 7 3% 0.35 40.00 13.86 20.67

Muestra 8 3% 0.15 30.00 4.63 6.90

25

6. ANALISIS DE RESULTADOS

Como se pudo observar en las tablas anteriores, aunque si hay una producción

de biodiesel, esta es mínima. Esto se debe a que las condiciones de operación

(presión, temperatura y tiempo de reacción) son parecidas a las que se trabajan

los catalizadores homogéneos, y se experimentó con un catalizador

heterogéneo. Los estudios encontrados, Riveros12, Galen13, Martínez14,

Barrera15, muestran que para el uso de catalizadores heterogéneos se trabaja a

mayor presión y temperatura.

También se observó en estos estudios que el área superficial del catalizador es

relativamente pequeña en comparación con otros catalizadores heterogéneos

utilizados. El tiempo de reacción es relativamente corto bajo estas condiciones

de operación lo cual no da un márgen de operación alto para llevar a cabo la

reacción. Así mismo se observó que la cantidad de relación Metanol/aceite, bajo

estas condiciones de operación es baja.

Realizando un análisis estadístico se observó que:

La cuantificación de la fuerza de la relación lineal entre dos variables cuantitativas, se estudia por medio del cálculo del coeficiente de

12 Riveros Santamaría, Lina Marcela “Transesterificaci ón del aceite de pal ma con metanol por medio de una catálisis heterogénea empleando un catalizador áci do”, director: Mol ano ,Miguel Angel, Bogotá, Uniandes 2006

13 Galen J. Suppes, Mohanprasad A. Dasari, Eric J. Doskocil, Pratik J. Mankidy, Michael J. Goff, “Transesterification of

soybean oil with zeolite and metal catalysts”,Department of Chemical Engi neering, W2028 Engi neering Bldg. East,

University of Missouri, Columbia, MO 65211, USA R eceived 9 April 2003; received in revised for m 28 July 2003; accepted 29 July 2003

14 Martínez Álvarez , Diana Marcela “Evaluación de la transesterificación en fase homogénea de aceite de pal ma con

metanol empleando catalizadores áci dos y básicos”, director: Molano Miguel Ángel, Bogotá Uniandes, 2005

15 Barrera Díaz, D eicy, “Eval uación de l as pr opiedades de superficie del oxido de zinc y su actividad catalítica en l a

transesterificación de aceite de pal ma con metanol”, Directores: Molano, Miguel Ángel, Mor eno, Juan Carlos, Camargo,

Gabriel, Bogotá Uniandes 2006

26

correlación de Pearson. Dicho coeficiente oscila entre –1 y +1. Un valor de –1 indica una relación lineal o línea recta positiva perfecta. Una correlación próxima a cero indica que no hay relación lineal entre las dos variables.

El realizar la representación gráfica de los datos para demostrar la relación entre el valor del coeficiente de correlación y la forma de la gráfica es fundamental ya que existen relaciones no lineales.

El coeficiente de correlación posee las siguientes características:

a. El valor del coeficiente de correlación es independiente de cualquier unidad usada para medir las variables.

b. El valor del coeficiente de correlación se altera de forma importante ante la presencia de un valor extremo, como sucede con la desviación típica. Ante estas situaciones conviene realizar una transformación de datos que cambia la escala de medición y modera el efecto de valores extremos (como la transformación logarítmica).

c. El coeficiente de correlación mide solo la relación con una línea recta. Dos variables pueden tener una relación curvilínea fuerte, a pesar de que su correlación sea pequeña. Por tanto cuando analicemos las relaciones entre dos variables debemos representarlas gráficamente y, posteriormente, calcular el coeficiente de correlación.

d. El coeficiente de correlación no se debe extrapolar más allá del rango de valores observado de las variables a estudio ya que la relación existente entre X e Y puede cambiar fuera de dicho rango.

e. La correlación no implica causalidad. La causalidad es un juicio de valor que requiere más información que un simple valor cuantitativo de un coeficiente de correlación.

El coeficiente de correlación de Pearson (r) puede calcularse en cualquier grupo de datos, sin embargo la validez del test de hipótesis sobre la correlación entre las variables requiere en sentido estricto: a) que las dos variables procedan de una muestra aleatoria de individuos. b) que al menos una de las variables tenga una distribución normal en la población de la cual la muestra procede.16

16 www.fisterra.com/mbe/inves tiga/var_cuantitativas/var_cuantitativas.htm consultado en nov 3 del 2006

27

Se realizó una prueba estadística para determinar la correlación entre las

variables % de catalizador y % de rendimiento. El resultado inicial de la totalidad

de la muestra dio como resultado r = 0.3159. Puesto que está cercano a 0 no se

puede afirmar que existe dependencia entre las dos variables. Por tanto se

analizó estadísticamente la variable rendimiento donde se obtuvo los resultados

de la tabla 7.

Tabla 9 Análisis Estadístico de las 8 muestras

% Rendimiento

Desv. Std. 14.088

Media 10.239

Limite Inf. (3.849)

Limite Sup. 24.326

Al observar el resultado de la muestra 2 se encontró que está muy alejado del

límite superior hallado para esta variable, se puede afirmar que la muestra 2 se

encuentra fuera del rango permisible para la variable % rendimiento, es una

anomalía en la medición y para efectos de determinar la correlación de la

muestra se puede excluir.

Sin la muestra 2 las estadísticas de la variable % de rendimiento son las

siguientes:

Tabla 10 Análisis Estadístico sin la muestra 2

% Rendimiento (sin muestra 2) Desv. Std. 6.825

Media 5.787

Limite Inf. (1.038)

Limite Sup. 12.612

28

El coeficiente de correlación de la muestra, descartando la muestra 2 es 0.70436

al acercarse a 1 denota dependencia de las variables, aunque no se puede

afirmar del todo que existe una fuerte correlación. Para determinar la

confiabilidad estadística de este valor se realizó una prueba T-Student con una

confiabilidad del 90% y 5 grados de libertad.

Tabla 11 Resultados de la prueba T-Student sin la muestra 2.

Error Std 0.317450062

T Test 2.01500

Resultado 0.639661875

Al ser el coeficiente de correlación mayor al resultado de la prueba podemos

asegurar que con un 90% de confiabilidad y 5 grados de libertad que las

variables están correlacionadas.

Gráficamente se observa claramente una agrupación de datos, sin embargo la

muestra 7 aún se encuentra lejos del grupo, el valor del % de rendimiento para

esta muestra es poco mas de dos veces la desviación estándar, y se puede

descartar igualmente.

29

Figura 7 Comportamiento del catalizador adicionado contra la cantidad de biodiesel obtenido.

% Catalizador vs Rendimiento

0.00%

1.00%

2.00%

3.00%

4.00%

5.00%

6.00%

7.00%

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45Rendimiento

% C

atal

izad

or

Este cluster de datos estacor relacionado de manerapositiva, por tanto se puedeafirmar que a mayor % decatalizador se obtiene unmayor rendimiento. Estas son desviaciones de la muestra, son

puntos que al incluir los en el analis is, hacenque el resultado muestre independencia entrelas variables, para efectos de la pruebaestadistica son descartables según el analis ispresentado.

Muestra 7

Muestra 2

El valor del coeficiente de correlación sin la muestra 2 y sin la muestra 7 es

0.9086, en este análisis se obtuvo un resultado que nos muestra una fuerte

correlación positiva entre las variables. De nuevo se realizó una prueba T-

Student para garantizar la confiabilidad estadística del resultado, pero esta vez

con un porcentaje de confiabilidad del 98% y 4 grados de libertad.

Tabla 12 Resultados de la prueba T-Student sin la muestra 2 y la muestra 7.

Error Std 0.208848465

T Test 3.74700

Resultado 0.7825552

30

Al ser el coeficiente de correlación mayor al resultado de la prueba podemos

asegurar que con un 98% de confiabilidad y 4 grados de libertad que las

variables están correlacionadas.

Más allá de este análisis se realizo una prueba ANOVA, tabla 13, con el tercer

grupo de datos que es donde se descarta la muestra 2 y la muestra 7, con la

siguiente hipótesis:

El % de catalizador adicionado no afecta el % de rendimiento.

Debido a que el F experimental es mayor al F crítico se puede afirmar que el

modelo es significante.

Sin embargo se observa que el lack of fit también es significante, dando lugar así

a no poder afirmar que la hipótesis sea totalmente nula.

Tabla 13. Análisis Estadístico Anova

En el anexo 4 se presenta un complemento del análisis de varianza.

31

7. CONCLUSIONES Y SUGERENCIAS.

Se puede decir que el desempeño del catalizador utilizado es deficiente bajo

estas condiciones de operación.

Se observó que el catalizador heterogéneo al ser insoluble en el medio de

reacción genera la posibilidad de ser separado fácilmente, permitiendo así el

proceso de purificación de biodiesel.

Se puede observar que el modelo obtenido por el análisis anova no sirve porque

la falta de ajuste de datos es significante, dando así una incertidumbre para

garantizar que si hay una fuerte relación entre la cantidad de catalizador

adicionado y la producción de biodiesel.

Aunque el índice de acidez del aceite de palma está un poco alto, este no es un

factor influyente en la producción de biodiesel ya que se recomienda un índice

de acidez menor 1 mg KOH/aceité para la transesterificación de aceites vegetales

[Ref 15].

Se sugiere realizar este mismo experimento con un número mayor de

repeticiones del análisis cromatográfico del biodiesel y volver a realizar el

análisis estadístico con el fin de obtener una serie de datos que permitan

obtener una mayor certeza sobre los resultados obtenidos

Se sugiere estudiar a fondo las técnicas para incrementar el área del catalizador

con el fin de poder obtener un mejor desempeño del mismo ya que aunque este

a reportado buenos resultados con una mayor área se podría obtener un mejor

rendimiento.

Se sugiere realizar este mismo estudio pero a acondiciones de mayor presión,

temperatura, tiempos de reacción y menores relaciones molares.

32

Se sugiere trabajar sobre la obtención del peso molecular del biodiesel

producido con el fin de obtener una mayor confianza sobre los resultados

obtenidos.

33

8. NOMENCLATURA

Cte: Constate.

S: Superficie cubierta por una monocapa de gas.

Sg: Superfície específica.

Ia: Índice de Acidez.

Is: Índice de Saponificación.

V.I: Índice de Yodo.

PM: Peso Molecular.

ME: Ésteres Metílicos.

µm: micrometros.

34

9. BIBLIOGRAFIA

1. Albis, Alberto R. Parra, Julián A. Sánchez Francisco J. “Transesterificación del

aceite de palma con metanol por catálisis heterogénea”. Programa de

investigación Dpto. de Ing. química. Universidad Nacional, Bogotá.

2. Le Page J.F. (1987). Applied Heterogeneous Catalysis. Design, Manufacture

and Use of Solid Catalyst. Editions Technip, Paris, Francia.

3. Komers K, Stloukal R, Machek J, Skopal F. “Biodiesel from rapeseed oil,

methanol and KOH 3. Analysis of composition of actual reaction mixture”, Eur J

Lipid Sci Technol 2001.

4. Charry Parra, Gustavo “Transesterificación de aceite de palma con metanol

por catálisis heterogénea usando CaO y Fe2O3 como catalizadores”, director:

Vargas Solano Edgar Mauricio, Bogotá, Uniandes, 2005

5. Darnoko D, Cheryan M. “Kinetics of palm oil transesterification in a batch

reactor”, JAOCS 2000.

6.www.fisterra.com/mbe/investiga/var_cuantitativas/var_cuantitativas.htm

consultado en nov 3 del 2006

7. Riveros Santamaría, Lina Marcela “Transesterificación del aceite de palma

con metanol por medio de una catálisis heterogénea empleando un catalizador

ácido”, director: Molano, Miguel Ángel, Bogotá, Uniandes 2006

8. Galen J. Suppes, Mohanprasad A. Dasari, Eric J. Doskocil, Pratik J. Mankidy,

Michael J. Goff, “Transesterification of soybean oil with zeolite and metal

catalysts”,Department of Chemical Engineering, W2028 Engineering Bldg. East,

University of Missouri, Columbia, MO 65211, USA

35

Received 9 April 2003; received in revised form 28 July 2003; accepted 29 July

2003

9. Fukuda H, Kondo A, Noda H.(2001). Biodiesel Fuel Production by

Transesterification of Oils. Journal of Bioscience and Bioengineering. Vol 92. No.

5. pp 405-416.

10. Gerpen J.V. (2005). Biodiesel Processing and Production. Fuel Processing

Technology. Vol 86. pp1097-1107.

11. Gryglewicz S. (1999). Rapaseed Oil Methyl Esters Preparation Using

Heterogeneous Catalyst. Biosource Technology, 70, pp 249-253.

12. Martínez Álvarez, Diana Marcela “Evaluación de la transesterificación en

fase homogénea de aceite de palma con metanol empleando catalizadores

ácidos y básicos”, director: Molano Miguel Ángel, Bogotá Uniandes, 2005

13. Barrera Díaz, Deicy, “Evaluación de las propiedades de superficie del oxido

de zinc y su actividad catalítica en la transesterificación de aceite de palma con

metanol”, Directores: Molano, Miguel Ángel, Moreno, Juan Carlos, Camargo,

Gabriel, Bogotá Uniandes 2006

14. Álvarez Morales, Javier Edilberto “Montaje de la producción de esteres

etílicos a partir de aceite de palma a nivel laboratorio y evaluación del montaje

desarrollado”, director: Molano, Miguel Ángel, Bogotá Uniandes, 2006.

15. Narváez P.C, Sanchez F.J, Torres J.A (2004). Producción de Biodiesel:

Variables asociadas al proceso de transformación. Bogotá. Universidad Nacional

de Colombia. Facultad de Ingeniería.

36

10. ANEXOS

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