SÍNTESIS DE BIODIESEL A PARTIR DE ACEITE EXTRAÍDO CON CO2

SUPERCRÍTICO DE SEMILLA DE MANGO (MANGIFERA INDICA)

Proyecto de grado

por:

LUISDOMINGO GUZMAN JULIO

Presentado a la Facultad de Ingeniería de la

Universidad de los Andes

En el cumplimiento parcial de los requisitos para el grado de

INGENIERO QUÍMICO

Diciembre 2019

Departamento de Ingeniería Química

Síntesis de biodiesel a partir de aceite extraído con co2 supercrítico de semilla de mango

(Mangifera Indica)

Copyright © 2019 Luisdomingo Guzman Julio

INDICE FIGURAS

Ilustración 1.Diagrama transversal del Mango ............................................................................. 9

Ilustración 2. Reacción de Transesterificación ........................................................................... 13

Ilustración 3.Diagrama sistema de extracción de fluidos supercríticos mv-10 de Waters ............ 15

Ilustración 4.Resultados de rendimiento promedio para cosolventes utilizados. .......................... 21

Ilustración 5.Rendimientos obtención Biodiesel ......................................................................... 22

Ilustración 6. Triglicérido insaturado C55H98O6 ....................................................................... 23

Ilustración 7.Aceite extraído más cosolvente ............................................................................. 34

Ilustración 8.Aceite separado del cosolvente .............................................................................. 34

Ilustración 9.Fases reacción transesterificación .......................................................................... 35

Ilustración 10.Determinacion Índice de Yodo ........................................................................... 35

Ilustración 11.Determinacion Punto de Nube y Fluidez .............................................................. 36

Ilustración 12.Determinación Índice de Saponificación .............................................................. 36

INDICE TABLAS

Tabla 1.Resultados Ácidos grasos Semilla de Mango Keitt(Nadeem, Imran, & Khalique, 2016).11

Tabla 2.Comparación de los rendimientos en catálisis alcalina, catálisis ácida y metanol

supercrítico(Kusdiana & Saka, 2004)......................................................................................... 13

Tabla 3.Condiciones Extracción supercrítica.............................................................................. 15

Tabla 4. Condiciones de Reacción ............................................................................................. 15

Tabla 5.Resultados Humedad y solidos Totales ......................................................................... 20

Tabla 6.Propiedades combustibles ............................................................................................. 24

Tabla 7.Estandares internacionales para Biodiesel ..................................................................... 25

Tabla A. 1Porcentaje de aceite recuperado isopropanol. ............................................................. 32

Tabla A. 2.Porcentaje de aceite recuperado etanol...................................................................... 32

ABSTRACT

Biodiesel synthesis from Mango Kernel oil extracted with supercritical Carbon Dioxide

(Mangifera Indica) (December 2019)

Luisdomingo Guzman Julio, Universidad de los Andes, Colombia

Advisor: Rocío Sierra Ramírez, Ph.D.

Co-advisor: Daniel David Durán Aranguren, M.Eng

Currently, on the planet, large quantities of fruit waste are generated per year as a result of the

industrial and artisanal activity of food manufacturing companies. In the case of a particular fruit:

Mango, the seed represents 11-25% of the total weight of the fruit and in Colombia more than

200,000 tons of mango are produced per year, which generates up to 50,000 tons of discarded seeds.

For this reason, and taking advantage of the opportunity to generate value-added products from

wastes such as this, the use of mango seed oil for the generation of biodiesel is proposed in this

document, which is a notable alternative to diesel fuel, derived from the oil used, since it can be

generated by domestic natural resources such as seed oil, coconuts and even recycled cooking oil.

The optimal supercritical extraction conditions worked with mango seed oil were 40 ° C, 300 Bar,

4 ml / min of CO2 flow and 1 ml / min of cosolvent flow (Isopropanol and ethanol). This work

shows that the average supercritical CO2 extraction yield of Keitt mango seed was 13.41% and

6.29% with isopropanol and ethanol as cosolvent respectively. Triplicate catalyzed

Transesterification reactions were analyzed with NaOH as catalyst with a catalyst ratio: 0.1: 1 oil,

Methanol: oil ratio of 1: 7, 60 ° C reaction temperature and reaction time of 90 min, finding reaction

yields of 87.94% and 68.45% for the oil extracted with cosolvent Isopropanol and ethanol,

respectively. A test and analysis process were carried out to determine the physical properties of

the product, density of 857.5 kg / m3, the cloud point of 27.6 ° C, pour point of 17.8 ° C, the

saponification index of 116.41 mg of KOH / g, iodine index of 45.68 mg I / g and a cetane number

of 36.07. Thus, evaluating the synthesis of Biodiesel from the oil extracted in question.

RESUMEN

Síntesis de biodiesel a partir de aceite extraído con CO2 supercrítico de semilla de mango

(Mangifera Indica) (Diciembre, 2019)

Luisdomingo Guzman Julio, Universidad de los Andes, Colombia

Asesor: Rocío Sierra Ramírez, PhD.

Coasesor: Daniel David Durán Aranguren, M. Eng

Actualmente, en el planeta, son generadas grandes cantidades de desechos de frutas al año como

resultado de la actividad industrial y artesanal de empresas manufacturas de alimentos. En el caso

de una fruta en particular: El mango, la semilla representa del 11- 25 % del peso total de la fruta y

en Colombia se producen más de 200.000 toneladas de mango al año, lo cual generaría hasta 50.000

toneladas de semillas desechadas. Por tal razón, y aprovechando la oportunidad de generar

productos de valor agregado a partir de desechos como éste, se plantea en este documento el

aprovechamiento del aceite de semilla de mango para la generación de Biodiesel, el cual es una

alternativa notable al combustible diésel, derivado del petróleo ampliamente utilizado, ya que puede

ser generado por recursos naturales domésticos como el aceite de semillas, los cocos e incluso el

aceite de cocina reciclado. Las condiciones de extracción supercríticas optimas trabajadas con el

aceite de semilla de mango fueron 40 °C, 300 Bar, 4 ml/min de flujo de CO2 y 1 ml/min de flujo de

cosolvente (Isopropanol y etanol). En este trabajo se evidencia que el rendimiento promedio de

extracción supercrítica con CO2 de semilla de mango Keitt, fue 13.41% y 6.29% con isopropanol

y etanol como cosolvente respectivamente. Se realizaron reacciones de Transesterificación

catalizada por triplicado con NaOH como catalizador con una relación catalizador:aceite 0.1:1,

relación Metanol: aceite de 1:7 ,60 °C de temperatura de reacción y tiempo de reacción de 90 min,

encontrando rendimientos de reacción de 87.94 % y 68.45 % para el aceite extraído con cosolvente

Isopropanol y etanol, respectivamente. Se llevaron a cabo pruebas y análisis para determinar las

propiedades físicas del producto, densidad de 857.5 kg / m3, punto de enturbiamiento de 27.6 °C,

punto de fluidez de 17.8 °C, índice de saponificación de de 116.41 mg KOH/g, índice de yodo de

45.68 mg I/g y un índice de cetano de 36.07. Evaluando así la síntesis de Biodiesel a partir del

aceite extraído en cuestión.

1. INTRODUCCIÓN

Por miles de años, la contaminación en el planeta se ha atribuido a acciones que muchos han

considerado como insignificantes pero que, a largo plazo, han resultado letales y devastadoras. El

uso excesivo de los recursos naturales, la falta de educación ambiental y las actividades

antropogénicas son algunas de éstas, tan graves y discretas, que han generado la insostenibilidad

del planeta. Sin embargo, hoy en día una de las acciones que más ha generado insostenibilidad para

el planeta y sus ecosistemas ha sido la disposición final inadecuada de residuos. La acumulación

de los desechos y la disposición inadecuada de éstos ha traído consigo consecuencias en la salud y

en el ambiente, y ha ocasionado que empeore cada vez más la calidad de vida de las personas. 9.76

toneladas de desechos de fruta son desechadas al año en Colombia, las cuales hacen parte de los

750 millones de desechos de fruta de empresas que trabajan en el mercado de jugos, pulpa,

mermelada y enlatados por todo el mundo (DNP, 2019)

El mango (Mangifera indica L.) es una de las frutas más cultivadas en las regiones tropical y

subtropical en el planeta. India es el mayor productor de mango con más del 50% del mercado

mundial (Pariona, 2018). Aproximadamente el 20% del fruto es procesado para la creación de

productos alimenticios a base de éste y, además, del 35% a 60% de la masa del mango son

subproductos que constan de la semilla y cáscara principalmente (Larrauri, Rupérez, Borroto, &

Saura-Calixto, 1996). En Colombia, el departamento del Tolima es el principal productor de mango

con más de 7000 hectáreas de cultivo y 90000 toneladas de producción al año, así que,

contabilizando, se estarían generando más de 63000 mil toneladas de desechos únicamente en este

departamento.

Por otra parte, dado que en la actualidad las reservas de combustibles fósiles continúan

disminuyendo y los nuevos descubrimientos y alternativas no están a la altura de la demanda, se ha

fomentado la investigación de otros sustitutos renovables, tales como los biocombustibles, entre

los cuales el más utilizado es el biodiesel, el cual busca presentarse como alternativa a estas reservas

que van en descenso.

La problemática entre la disminución de las reservas de combustibles fósiles y el conflicto

presentado con el aumento en la generación de desechos de frutas en el planeta presenta una

estrecha relación y oportunidad de aprovechamiento, ya que la abundancia de residuos de mango

puede presentarse como una vía de rescate y por medio del aceite extraído de la semilla que esta

fruta posee podría ayudar, a través de una reacción de transesterificación, a la obtención de un

biocombustible y así suplir ambas problemáticas.

Una reacción de transesterificación permite la obtención de biodiesel y de glicerina, como producto

secundario, que se produce gracias a esta reacción, a partir de un aceite vegetal con un alcohol de

cadena corta (metanol, principalmente), mediante la presencia de un catalizador básico o ácido,

como los hidróxidos, que son los principalmente usados a nivel mundial.(Patel & Shah, 2015)Otros

estudios han demostrado las ventajas de la implementación de la reacción de transesterificación con

metanol supercrítico no catalizada con hidróxidos de aceite vegetal, obteniendo mayores

rendimientos con este método, además la posibilidad de una mejor separación y lavado del

biodiesel, debido a que no se encuentra catalizador disuelto en las fases.

2. OBJETIVOS

2.1 Objetivo general

Evaluar la obtención de Biodiesel, a partir de aceite extraído con CO2 supercrítico de semilla de

Mango (Mangifera Indica), identificando rendimientos para su obtención y propiedades físicas de

este.

2.2 Objetivos específicos

• Evaluar el rendimiento del aceite de mango por extracción supercrítica con CO2 con etanol

e isopropanol.

• Evaluar la reacción de transesterificación con metanol catalizada con NaOH del aceite de

Mango a condiciones de temperatura, relación catalizador:aceite y relación Metanol:aceite

consultadas en la literatura.

• Caracterización física del producto obtenido, evaluando punto de fluidez, punto de

enturbiamiento, densidad, índice de saponificación, índice de yodo e índice de cetano.

3. MARCO TEÓRICO

3.1.Semilla de Mango: Propiedades y estudios Previos

El mango es una fruta de la zona intertropical, con pulpa jugosa y carnosa, perteneciente a las frutas

de varias especies de árboles del género Mangifera, cultivadas principalmente por su fruto

comestible. El mango es nativo del sur de Asia, debido a esto proviene su nombre científico

Mangifera Indica, puesto que su origen data en el país de India.

Este fruto ha sido distribuido a nivel mundial para convertirse en una de los frutos más cultivados

del trópico.(Morton, 1987)

Ilustración 1.Diagrama transversal del Mango

Estudios composicionales muestran que la semilla de mango contiene: proteína cruda 6,39%,

humedad 44,8%, grasa cruda 10,70 %,cenizas 2,4% y fibra 2.38%.(Chaparro Acuña et al., 2015)

Además, estudios han demostrado la capacidad nutricional de la semilla de mango, el cual se

presenta compuesto con alta capacidad antioxidante, lípidos y grasas que presentan características

químicas y físicas importantes, las cuales han sido estudiadas como un remplazo a la manteca de

cacao debido a su punto de fusión muy bajo, el cual al contacto con el cuerpo humano se funde

parecido al comportamiento del chocolate.(Bustamante, 2018)Adicionalmente, presenta un alto

contenido proteico, lo cual hace a la semilla de mango una opción para la creación de harinas

alimenticias con alta capacidad nutricional para el consumo humano o animal.

3.2.Métodos de extracción de aceite de semillas

Uno de los métodos más usados en la actualidad para extracción de aceite de semillas es el método

Soxhlet. El método Soxhlet consiste en una extracción sólido-líquido y se usa cuando el compuesto

deseado para extraer es soluble en el solvente, siendo en este caso el aceite de semilla. La gran

mayoría de compuesto de interés a extraer seria de tipo graso, por lo que se necesita escoger un

solvente que sea afín, que normalmente deberían ser solventes orgánicos, ya sea, polares o no

polares. De esta forma, el solvente arrastra el componente deseado en varias ocasiones, pues existe

un reflujo de solvente. Posteriormente, el solvente es recuperado por evaporación y luego

condensación, o simplemente desechado.

Este método presenta algunas ventajas tales como que el rendimiento es alto, puesto que se maneja

una temperatura de ebullición del solvente a presión atmosférica, lo que maximiza la solubilidad

del aceite en el solvente al estar éste en un estado saturado. Sin embargo, también presenta ciertas

desventajas. En primer lugar, es un proceso lento (es necesario una extracción de más de 5 horas

para obtener un bien rendimiento) donde se requiere gran cantidad de solvente, importante separar

luego lo que podría generar pérdidas.(Soxhlet, 1878)

Estudios previos muestran la acción del solvente y tiempo de extracción sobre el rendimiento de

extracción de la semilla de mango por medio de extracción Soxhlet con etanol y hexano. Se

encontró que el rendimiento es dependiente del tiempo, obteniendo mayor rendimiento con

extracciones de 8 horas. El mayor rendimiento encontrado para cada uno de estos solventes hexano

y etanol registraron valores promedio de 13.06 %y 8.22%, respectivamente.(Ca, Ro, Pl, & Rachel,

2018) Este promedio es más bajo que los valores observados para otra variedad de M. indica en

anteriores estudios (Science Laboratory Technology/ Osun State Polytechnic, Iree & Esther, 2013),

que oscilaron entre 14 % y 25%.

3.3.Extracción supercrítica con CO2

La extracción de fluido supercrítico (SFE) es el proceso de separar un componente de una matriz

sólida utilizando fluidos supercríticos como solvente de extracción. La SFE se puede usar como un

paso de preparación de muestra para fines analíticos, o en una escala mayor para quitar material no

deseado de un producto o recolectar un producto deseado como en este caso el aceite de semilla.

Estos aceites esenciales extraídos usualmente necesitan la acción de un cosolvente para arrastrar

completamente los componentes de la muestra como el Isopropanol y Etanol. Usualmente, esta

elección depende de la polaridad de los componentes que se deseen extraer de la muestra. El dióxido

de carbono (CO2) es el fluido supercrítico más utilizado debido a la propiedad como solvente que

este alcanza en su punto crítico. Las condiciones de extracción para dióxido de carbono supercrítico

están por encima de la temperatura crítica de 31 ° C y la presión crítica de 74 bar.(Tsuchiya,

Sekiguchi, & Hirano, 2013) La selectividad del CO2 puede ser modificando, cambiando la presión

y la temperatura de extracción. Al aumentar la temperatura se reduce la densidad y

consecuentemente se reduce la efectividad del CO2 como solvente. A diferencia de la temperatura,

la presión es el parámetro predominante en la extracción con fluido supercrítico y el que más afecta

la selectividad del CO2 supercrítico.

El equipo de extracción debe contener cuatro partes fundamentales para su funcionamiento, una

bomba para el CO2 desde un tanque presurizado, una celda de presión para contener la muestra, un

medio para mantener la presión en el sistema y un recipiente colector. Se deben ajustar previamente

los parámetros deseados de temperatura, presión, flujo de cosolvente y flujo de CO2, para el proceso

de extracción. El CO2 junto con el cosolvente, bombea a una zona de calentamiento donde actúa un

intercambiador de calor, que calienta a una temperatura por encima condiciones supercríticas.

Luego pasa al recipiente de extracción, donde se difunde rápidamente en la matriz sólida y disuelve

el material a extraer. El material disuelto es barrido desde la celda de extracción hacia un separador

a menor presión, y el material extraído se deposita. El CO2 es liberado finalmente de los canales del

extractor al remover el recipiente de la muestra.

Los CO2 supercrítico posee baja viscosidad y su difusividad es relativamente alta. Debido a esto,

puede difundirse mucho mejor sobre las muestras de extracción y proporcionar tasas de extracción

más rápidas de entre 45 minutos y 1 hora, en comparación con el uso de otros métodos como el

Soxhlet el cual se necesitan de entre 4 y 7 horas de extracción. Por otro lado, el rendimiento de la

extracción aumenta con el tiempo de extracción. Específicamente para este proceso, se obtienen

tiempos de extracción más bajos y rendimientos más altos, aumentando así, la eficiencia del

proceso. (Lv, Chi, Zhao, Zhang, & Mu, 2019)

3.4.Composición aceite de semilla de Mango

Estudios por cromatografía de gases muestran la composición de los ácidos grasos encontrados en

el aceite extraído de semilla de mango. Los triglicéridos pueden variar dependiendo de la especie

del mango a trabajar.

Tabla 1.Resultados Ácidos grasos Semilla de Mango Keitt(Nadeem, Imran, & Khalique, 2016)

Porcentajes

Ácido

Graso

Aceite semilla

de Mango

Aceite

Mantequill

a

Aceite de

palma

Aceite de

girasol

Oleína de

palma

Estearina

de palma

C4:0 - 3.7 - - - -

C6:0 - 2.3 - - - -

C8:0 - 1.3 - - - -

C10:0 - 3.1 - - - -

C12:0 - 4.4 0.2 - 0.1 0.58

C14:0 - 12.3 1.1 - 1.24 1.85

C16:0 7.32 31 44.7 6.42 37.9 73.8

C18:0 37.2 8.8 4.2 1.77 4.11 5.6

C18:1 45.49 23.8 39.2 47.25 43.9 15.6

C18:2 5.48 2.2 9.5 48.14 13.4 3.2

C18:3 0.4 - 0.5 0.08 0.45 0.12

C20:0 2.48 - 0.4 - 0.38 0.6

C22:0 0.45 - - - - -

C24:0 0.4 - - - - -

Fahimdanesh y Bahrami informaron que el aceite de semilla de mango tiene un punto de

fusión de 30 ° C, un índice de yodo 55, 42-44% de ácidos grasos insaturados y 52-56% de

ácidos grasos saturados. El ácido oleico fue el principal ácido graso en el aceite, el cual

representa alrededor del 45%, seguido del ácido esteárico con alrededor de 37%. Esto

demuestra el estado sólido presente del aceite a temperatura ambiente. Además, se

contienen en menores proporciones ácidos grasos como el palmítico, linoleico, linolénico,

araquidico, behenico, y lignocerico.(M.M., Ashoush, & Nabih, 2012).

3.5.Transesterificación

La transesterificación o alcohólisis es el intercambio del grupo orgánico de un alcohol con el un

éster, es este caso en forma de triglicérido, en un proceso similar a la hidrólisis, con la excepción

de que se utiliza alcohol en lugar de agua. El biodiesel puede ser producido por la transesterificación

de los aceites con alcoholes de cadena corta, tales como metanol. La reacción de transesterificación

se lleva a cabo en presencia de un catalizador adecuado tal como un álcali o ácido. La glicerina o

glicerol es el único subproducto producido. El biodiesel es bastante similar al combustible diesel

convencional en sus características principales por esto el origen de su nombre.(Meher, Vidya

Sagar, & Naik, 2006)

La transesterificación de aceites vegetales con un alcohol simple ha sido durante la historia el

método preferido para la producción de biodiesel. En general hay dos métodos de

transesterificación donde la reacción usa un catalizador y el otra sin el uso de este.

Una reacción análoga a la transesterificación seria la reacción de saponificación, la cual puede

ocurrir cuando en el aceite se encuentran trazas de agua y acidos grasos libres, en este caso, el

catalizador alcalino que se utiliza reacciona con los ácidos grasos libres para formar jabón. Esta

reacción es indeseable porque se reduce el rendimiento del biodiesel y se dificulta la separación de

los ésteres metílicos de la glicerina. El agua originada a partir de los aceites y grasas o formada

durante la reacción de saponificación, retarda la reacción de transesterificación a través de la

reacción de hidrólisis. Se pueden hidrolizar los triglicéridos a diglicéridos y formar más acidos

grasos libres. (Leung, Wu, & Leung, 2010)

3.5.1. Transesterificación catalizada por Álcali

El proceso de transesterificación catalizada se cataliza por alcóxidos de metales alcalinos y los

hidróxidos tanto como con los carbonatos de sodio o potasio. Los catalizadores alcalinos muestran

un alto rendimiento para la obtención de esteres metílicos con una alta calidad. Los triglicéridos

son fácilmente transesterificados en presencia de un catalizador alcalino a presión atmosférica y a

una temperatura aproximada de 60-70 ºC con un exceso de metanol. A menudo requieren al menos

varias horas para asegurar que la reacción de transesterificación catalizada por álcali (NaOH o

KOH) sea completa. Además, la eliminación de estos catalizadores es técnicamente difícil y lleva

un costo extra para el producto final.

Ilustración 2. Reacción de Transesterificación

3.5.2. Transesterificación Supercrítica

Es posible realizar las reacciones de transesterificación de manera no catalítica con el uso de

metanol a condiciones supercríticas. Este método ha demostrado ser bastante prometedor, ya que

brinda grandes rendimientos de obtención de biodiesel a tiempos muy bajos. El tratamiento

supercrítico a 350 ºC, 43 MPa y 240 s con una relación molar de 42:1 metanol: aceite es la condición

óptima para la transesterificación de aceite de colza a combustible biodiesel. Una de las ventajas

de este método sobre los demás es que los ácidos grasos libres presentes en el aceite pueden ser

esterificados simultáneamente en el disolvente supercrítico.(Balat & Balat, 2008)

Tabla 2.Comparación de los rendimientos en catálisis alcalina, catálisis ácida y metanol supercrítico(Kusdiana & Saka,

2004)

Rendimiento esteres metílicos

Material Contenido

FFA (%)

Contenido de

agua (%)

Catálisis

alcalina

Catálisis

acida

Metanol

supercrítico

Aceite de Colza 2 0.02 97 98.4 98.5

Aceite de palma 5.3 2.1 94.4 97.8 98.9

Aceite para fritura 5.6 0.2 94.1 97.8 96.9

Aceite de palma

desechado

>20 >61 - - 95.8

Según los datos presentados en la tabla 2, para el aceite de colza existe un mayor valor de

rendimiento de obtención de esteres metílicos por transesterificación supercrítica. Es ligeramente

mayor que el obtenido por catálisis alcalina y ácida. Además, este método es interesante para la

obtención de biodiesel a partir de aceites desechados y bastantes usados, que presenten gran

porcentaje de agua e impurezas y por lo tanto mayor concentración de acidos grados libres (FFA),

ya que, al no tener catalizador disuelto, los ácidos grasos libres no pueden reaccionar con el álcali

en una reacción de saponificación, la cual no es deseada en estos casos.(Kusdiana & Saka, 2004)

4. METODOLOGÍA

4.1.Obtención de muestras

El Mango Keitt fue obtenido en el mercado de la ciudad de Cartagena de Indias, y luego

transportada a la ciudad de Bogotá para su preparación. La semilla del fruto fue separada

mecánicamente removiendo completamente la pulpa para dejar solamente la capa del pericarpio de

la semilla.

4.2.Preparación de muestras

En primera instancia, se procedió a secar las muestras en un horno convectivo a 45 Grados

centígrados por 72 horas, como establece el método NREL(Sluiter, 2008) para retirar la mayor

cantidad de humedad posible de éstas. Luego, se procedió a retirar la cascarilla o pericarpio seco

de la semilla con una mayor facilidad, dada la poca humedad presente. Posteriormente, se procedió

a moler la semilla de mango en un molino de cuchilla con el fin de disminuir el tamaño de partícula

y así extraer el aceite con mayor facilidad. Luego, se tamizó la harina de mango obtenida, a un

tamaño de partícula de 500 µm, el cual es permitido usar en la extracción supercrítica, la cual

establece un tamaño de partícula mayor a 100 µm.

4.3.Determinación de solidos Totales

En este punto, se procedió a determinar la humedad y los sólidos totales de las muestras de semilla

de mango por el método establecido por NERL (National Renewable Energy Laboratory), conocido

protocolo sobre la determinación de sólidos totales en una biomasa y los sólidos totales disueltos

en muestras líquidas de proceso(Sluiter, 2008). Inicialmente, se colocan crisoles vacíos en un horno

de convección forzada para su secado a una temperatura 105 °C durante 4 horas. Luego, se dejan

enfriar los crisoles en un desecador y se pesan en una balanza. Posteriormente, se agregó 1 gramo

de muestra a los crisoles por triplicado, y éstas fueron secadas en el horno a 105 °C durante otras 4

horas más. Acto seguido, se dejan enfriar los crisoles con la muestra en un desecador para luego

obtener su peso en una balanza y ser comparado con el peso anterior.

𝑃𝑒𝑠𝑜𝑐𝑟𝑖𝑠𝑜𝑙 𝑠𝑒𝑐𝑜+𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎 𝑠𝑒𝑐𝑎 − 𝑃𝑒𝑠𝑜𝑐𝑟𝑖𝑠𝑜𝑙 𝑠𝑒𝑐𝑜

% 𝐻𝑢𝑚𝑒𝑑𝑎𝑑 = 100 − ( 𝑥 100) 𝐸𝑐. 1

𝑀𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎𝑐𝑜𝑚𝑜 𝑟𝑒𝑐𝑖𝑏𝑖𝑑𝑎

𝑃𝑒𝑠𝑜𝑐𝑟𝑖𝑠𝑜𝑙 𝑠𝑒𝑐𝑜+𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎 𝑠𝑒𝑐𝑎 − 𝑃𝑒𝑠𝑜𝑐𝑟𝑖𝑠𝑜𝑙 𝑠𝑒𝑐𝑜

% 𝑆𝑜𝑙𝑖𝑑𝑜𝑠 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙𝑒𝑠 = ( 𝑥 100) 𝐸𝑐. 2

𝑀𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎𝑐𝑜𝑚𝑜 𝑟𝑒𝑐𝑖𝑏𝑖𝑑𝑎

4.4.Extracción supercrítica con CO2

Se utiliza el equipo, el cual permite la extracción de la grasa de la muestra por medio de CO2 en

condiciones supercríticas.

El sistema consta de un intercambiador de calor, que permite fijar una temperatura deseada; el

módulo de entrega de fluido para pasar a través de la muestra, bomba de CO2, el regulador de

presión y el módulo de recolección, el cual cuenta con 12 espacios independientes. Estos sistemas

permiten que la extracción se ajuste a los requerimientos que la persona desee, dependiendo de las

características y tipo de extractos que se quieran obtener, ya que variables tales como la

temperatura, presión, flujo de ajuste, flujo de solvente y flujo de dióxido de carbono pueden ser

modificadas.

Ilustración 3.Diagrama sistema de extracción de fluidos supercríticos mv-10 de Waters

En la experimentación se depositaron 7 gramos de semilla de mango seca, molida y tamizada en

los recipientes de extracción. Se establecieron condiciones de presión, temperatura, flujo de CO2 y

flujo de cosolvente óptimos para el caso de la semilla de mango, expuestos en estudios previos

acerca del tema. (Carreno & Barrera, 2018) Además, se utilizaron un tiempo estático y uno

dinámico. El tiempo estático permite que el extractor alcance las condiciones de presión y

Temperatura especificas sin el paso de solvente a través de la muestra, esto permite que la muestra

se acondicione previamente antes de empezar la etapa de extracción o dinámica.

Esta metodología permite una mejor extracción de aceite de la muestra. Las condiciones para la

extracción de aceite se muestran en la tabla 3 a continuación.

Tabla 3. Condiciones Extracción supercrítica.

Condiciones

Temperatura 40 C

Presión 300 Bar

Flujo CO2 4 ml/Min

Flujo Cosolvente 1 ml/Min

Se utilizó Isopropanol y etanol como cosolventes, y se realizó un diseño experimental con 10

réplicas en cada caso, con corridas de 1 hora por muestra. Lo que se catalogaría como un diseño

experimental Anova One Way. Después de finalizar todas las extracciones, se calcula la cantidad

de aceite recuperado con respecto a la muestra inicial solida seca y se procede a encontrar las

condiciones que mejoran la extracción. Se hacen uso de las siguientes ecuaciones:

𝑃𝑒𝑠𝑜𝐴𝑐𝑒𝑖𝑡𝑒(𝑔) = (𝑃𝑒𝑠𝑜𝑇𝑢𝑏𝑜 𝑓𝑎𝑙𝑐𝑜𝑛+ 𝐴𝑐𝑒𝑖𝑡𝑒 − 𝑃𝑒𝑠𝑜𝑇𝑢𝑏𝑜 𝑓𝑎𝑙𝑐𝑜𝑛 𝑠𝑒𝑐𝑜) 𝐸𝑐. 3

𝑀𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎 𝑆𝑒𝑚𝑖𝑙𝑙𝑎𝑠𝑒𝑐𝑎(𝑔) = 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑠𝑒𝑚𝑖𝑙𝑙𝑎𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 − (𝐻𝑢𝑚𝑒𝑑𝑎𝑑 ∗ 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑠𝑒𝑚𝑖𝑙𝑙𝑎𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙

100 ) 𝐸𝑐. 4

%𝑅𝑒𝑐𝑢𝑝𝑒𝑟𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 = 𝑃𝑒𝑠𝑜𝐴𝑐𝑒𝑖𝑡𝑒 ∗ 100

𝑀𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎 𝑆𝑒𝑚𝑖𝑙𝑙𝑎𝑠𝑒𝑐𝑎 𝐸𝑐. 5

4.5.Obtención de Biodiesel

Luego de la extracción del aceite de semilla de mango se procedió a la realización de la

transesterificación con metanol y NaOH como catalizador. Se hizo reaccionar 2 gramos de aceite

extraído por triplicado con cada uno de los solventes utilizados para así evaluar el rendimiento de

obtención de biodiesel. Las condiciones de la reacción son las siguientes:

Tabla 4. Condiciones de Reacción

Condiciones

Alcohol Metanol

Relación Aceite: Alcohol 1:7

Catalizador NaOH

Relación Aceite: Catalizador 1:0.1

Temperatura Reacción 60 ℃

Tiempo Reacción 1.5 h

Agitación Constante

Se disolvió en primer lugar el NaOH en el metanol, y se llevó a temperatura y agitación constante

para luego incorporar el aceite a reaccionar. Al finalizar, la reacción se realizó la separación de las

fases de Biodiesel y glicerina, por medio de decantación, y así calcular el rendimiento de obtención

del Biocombustible con la masa de cada una de las fases. La siguiente ecuación fue utilizada:

𝑅𝑒𝑛𝑑𝑖𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 % =𝑀𝑎𝑠𝑎 𝐵𝑖𝑜𝑑𝑖𝑒𝑠𝑒𝑙

𝑀𝑎𝑠𝑎 𝐴𝑐𝑒𝑖𝑡𝑒 𝐸𝑐. 6

Se lavó la fase de Biodiesel con agua destilada, luego se calentó a 100 ℃ para eliminar trazas de agua y metanol para finalmente obtener el producto final puro.

4.6 Caracterización del biodiesel

Se realizaron los métodos necesarios para la medición de las propiedades del Biodiesel obtenido

como densidad, punto de nube, punto de fluidez, índice de saponificación, índice de yodo e Indice

de Cetano.

4.6.1. Determinación punto de enturbiamiento o Nube (Cloud Point)

Se realizó la medición del punto de enturbiamiento en base al método manual de la ASTM D5773

(American Society for Testing and Materials)(D02 Committee, 2017) el cual consiste en enfriar el

líquido hasta que se formen cristales de parafina de aspecto blancuzco. En ese instante y

temperatura se habrá alcanzado el punto de enturbiamiento. En este caso se debe calentar primero

la muestra, ya que el Biodiesel de aceite de mango conserva propiedades similares a éste, por lo

tanto, tiene un alto punto de fusión, así que se deja enfriar naturalmente La muestra es vertida

primero en una probeta y se pone un termómetro donde el extremo del termómetro que mide la

temperatura se pone al fondo del líquido. Entonces, se somete a un enfriamiento lento a temperatura

ambiente hasta llegar al punto de enturbiamiento. En cada 1 °C de bajada, se inspecciona la muestra

para comprobar el enturbiamiento.

4.6.2. Determinación punto de Fluidez (Pour Point)

Se realizó la medición del punto de enturbiamiento en base al método manual de la ASTM D97

(American Society for Testing and Materials)(D02 Committee, 2015). La muestra se enfría dentro

de un baño de enfriamiento para permitir la formación de cristales de cera de parafina. Se estima

estar que la muestra este a aproximadamente 9 ° C por encima del punto de fluidez esperado, y por

cada 3 ° C de bajada, el recipiente de prueba se retira y se inclina unos grados para verificar el

movimiento del fluido. Cuando la muestra no fluye cuando está inclinada, el recipiente se pone

totalmente horizontal durante 5 segundos. Si no fluye, se agregan 3°C a la temperatura

correspondiente y el resultado es la temperatura del punto de fluidez. Adicionalmente, es útil tener

en cuenta que la falta de flujo en el punto de fluidez también puede deberse al efecto de la viscosidad

o temperatura de la muestra. Por lo tanto, el punto de fluidez puede dar una visión engañosa de las

propiedades de manejo del aceite. También se pueden realizar pruebas adicionales de fluidez. Se

puede observar un rango aproximado de punto de fluidez desde el punto de fluidez superior e

inferior de la muestra.

4.6.3. Determinación de Densidad

La densidad del Biodiesel fue medida por medio de gravimetría y el uso de una pobreta, ya que no

es posible el uso de un densímetro o un picnómetro debido a la cantidad de muestra obtenida. En

primer lugar, se pesa la probeta vacía en una balanza para registrar su masa, luego se añade

alrededor de 2 ml de muestra y se registra su masa. Se aplica la siguiente ecuación para la

estimación de un valor de densidad aproximado.

𝜌 =𝑀𝑎𝑠𝑎 𝐵𝑖𝑜𝑑𝑖𝑒𝑠𝑒𝑙(𝑔)

𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝐵𝑖𝑜𝑑𝑖𝑒𝑠𝑒𝑙(𝑚𝑙) 𝐸𝑐. 7

4.6.4. Determinación de índice de saponificación

El índice de saponificación determina el número de miligramos de hidróxido de potasio requeridos

para saponificar un gramo de grasa en las condiciones establecidas del método. Con base al método

ASTM D5558 (D31 Committee, 1995)se determina el valor número del índice de saponificación.

Se realiza soluciones 0.5 M de KOH en etanol y de HCL en agua destilada. A una muestra de 2

gramos de biodiesel se agregan 20 ml de la solución de KOH y se agita por 30 min, lo mismo se

realiza con el blanco de únicamente solución básica. Se añade fenolftaleína y se titula ambas

soluciones con la solución de HCL hasta que ocurra el cambio de tonalidad de las soluciones, Se

tomas los volúmenes gastados y se aplica la siguiente ecuación:

𝐼𝑆 =(𝑣0 − 𝑣1) ∗ 𝑐 ∗ 56.1

𝑚 𝐸𝑐. 8

Donde 𝑣0 y 𝑣1 es el volumen en ml de solución HCl gastado en el blanco y la muestra

respectivamente, 𝑐 es la concentración de la solución de HCl y 𝑚 es la masa de biodiesel utilizada.

4.6.5. Determinación de índice de yodo

El índice de yodo determina los gramos de yodo necesarios para reaccionar con 100 gramos de una

sustancia, generalmente una grasa. Esto permite determinar el grado de instauración en la muestra

en forma de dobles enlaces. En este caso es utilizado el método ASTM D5554-15(D31 Committee,

2015) o también conocido como método de Wijs, el cual consiste en primeramente pesar 0.4 gramos

de muestra, en este caso biodiesel, agregar como solvente 10 ml cloroformo, y 25 ml del reactivo

de Wijs (solución con aproximadamente 0.2N de monocloruro de yodo en ácido acético glacial),

se realiza a su vez una réplica como blanco sin la muestra. Se deja reposar las soluciones en ausencia

de luz por 30 min a temperatura ambiente. Se le añaden 20 ml de una solución al 10% de yoduro

potásico y 100 ml de agua destilada. Se titula finalmente en la solución blanco y de muestra con

tiosulfato de sodio 0.1 N. Se contabiliza el volumen utilizado y se aplica la siguiente formula.

𝐼𝑉 =12.69 ∗ 𝐶 ∗ (𝑣0 − 𝑣1)

𝑚 𝐸𝑐. 9

Donde 𝑣0 y 𝑣1 es el volumen en ml de solución de tiosulfito de sodio gastado en el blanco y la

muestra respectivamente, 𝑐 es la concentración de la solución de tiosulfato de sodio y 𝑚 es la masa

de biodiesel utilizada.

4.6.6. Determinación de Índice de cetano

En la determinación del índice o número de cetano, se utiliza una correlación experimental para

estimación de índices de cetano de ésteres metílicos de aceite vegetal, a partir de los índices de

saponificación y yodo (Krisnangkura, 1986). El rango de los valores calculados cubre todos los

números de cetano de ésteres metílicos de aceite determinados experimentalmente. Este fue

aplicado a cada metil ester de ácido graso individual de C8 a C24.La siguiente ecuación es utilizada

para el cálculo del índice de cetano.

𝐶𝑁 = 46.5 + (5.458

𝐼𝑆) − (0.225 ∗ 𝐼𝑉) 𝐸𝑐. 10

5. RESULTADOS Y DISCUSIÓN

5.1. Determinación de sólidos totales

Los resultados de humedad de la semilla de mango, luego de su secado y molienda, son calculados

para comprobar el requisito para la utilización de la muestra en el equipo de extracción supercrítica

con CO2, el cual establece que solo es permitido una humedad menor al 10%. Los resultados de

humedad son los siguientes:

Tabla 5.Resultados Humedad y solidos Totales

Humedad Solidos totales

Promedio 8.28+0.5% 91.72+0.5%

Se obtiene que el porcentaje de humedad y sólidos totales de la muestra que es utilizada para realizar

las extracciones es de 8.28 ± 0.5 y 91.72 ± 0.5 respectivamente. De esta manera, es posible obtener

la cantidad de materia seca que se tiene de la muestra para determinar el porcentaje de recuperación

con respecto a ésta.

5.2. Rendimiento de la extracción supercrítica

Al realizar los diferentes experimentos, se calcularon los porcentajes de recuperación para cada una

de las extracciones realizadas con isopropanol y etanol. Los resultados detallados se muestran en

la tabla 1 del anexo 1.

En cuanto a los valores obtenidos, es posible afirmar que son los esperados puesto que son muy

cercanos a los obtenidos en estudios previos realizados con la semilla de mango, utilizando

extracción supercrítica con CO2 y su contraparte en soxhlet de 11.29% a 443 Bar, 72.2 ºC y flujo

de CO2 de 3.4 ml/min. Incluso, en este estudio se obtuvieron algunos porcentajes mayores a los

antes mostrados, probablemente debido al cambio de las condiciones de extracción y la variedad

de mango utilizada. En el caso de la Temperatura, estudios demuestran que al disminuir la

temperatura mejora la capacidad de extracción. En cambio, al aumentar la presión el rendimiento

mejora a su vez. Adicionalmente, el uso de un cosolvente mejora considerablemente el rendimiento

de la extracción, ya que se pueden arrastrar muchos más componentes afines a este que el CO2 no

puede. En este estudio, se encontró un valor máximo de 19 % de rendimiento con cosolvente

Isopropanol a las condiciones previamente mencionadas.

Ilustración 4.Resultados de rendimiento promedio para cosolventes utilizados.

Es aceptable que se encuentren mayores rendimientos con isopropanol como cosolvente debido a

sus propiedades químicas de sus enlaces y su polaridad. La polaridad de los enlaces se debe a la

electronegatividad de cada átomo. Ésta se define como la capacidad que posee cada átomo dentro

de la molécula para atraer pares de electrones. Cuanto mayor sea la diferencia de electronegatividad

de dos átomos enlazados, mayor será la polaridad del enlace entre ambos. Los átomos con distinta

electronegatividad presentan la densidad electrónica desplazada hacia el átomo más

electronegativo. Ambos, etanol e Isopropanol, son disolventes polares de tipo protico, es decir,

pueden formar puentes de hidrógeno con los solutos(Kier, 1981). Sin embargo, el isopropanol es

más bien de una polaridad intermedia en comparado con el Etanol de polaridad alta. Estudios han

demostrado que se encuentran mayores rendimientos en extracción de lípidos de semilla con

disolventes con polaridad intermedia. Esto probablemente sea debido a que los lípidos contenidos

en la muestra presentan triglicéridos con naturalezas anfifilicas que contienden componentes

polares y no polares a su vez.(Tir, Dutta, & Badjah-Hadj-Ahmed, 2012)

Con respecto al aceite obtenido, éste presenta una viscosidad altísima, siendo sólido a temperatura

ambiente en la ciudad de Bogotá-Colombia. Eso se debe principalmente a que los ácidos grasos

presentes en el aceite son de cadena larga y bastante saturados, lo que genera que la estructura del

lípido sea más compacta y por la tanto más sólida a temperatura ambiente. Por esto, a temperatura

de Bogotá se puede considerar grasa de mango en vez de un aceite. La química de los aceites y

grasas es una extensión de la de los acidos grasos, por esto las propiedades físicas y químicas se

mantienen al extrapolarse hacia las grasas y aceites.

Isopropanol E tanol

0

5

10

15

20

Extracción C O 2 Supercrítico

Cosolvente

5.3. Rendimiento de reacción de transesterificación

Al realizar los diferentes experimentos, se calcularon los porcentajes de obtención de biodiesel para

cada uno de los aceites obtenidos a partir de las extracciones realizadas con cosolvente isopropanol

y etanol. Los resultados detallados se muestran en la tabla 3 del anexo 1.

Ilustración 5.Rendimientos obtención Biodiesel

En la ilustración 5 se puede apreciar que se obtiene un mayor rendimiento de reacción con la grasa

obtenida con el isopropanol. En la reacción de transesterificación reaccionan los triglicéridos

presentes en los lípidos con el metanol y el catalizador disuelto en éste. Teniendo en cuenta esto y

sabiendo que se utilizaron las mismas relaciones de metanol y catalizar con respecto al aceite, se

puede inferir que el aceite extraído con isopropanol presenta una concentración más alta de

triglicéridos. Los triglicéridos presentan 3 cadenas de acidos grados conectados al grupo ester de la

molécula. Estos ácidos grados pueden ser iguales o diferentes. En la naturaleza, la mayoría de los

triglicéridos presentan 3 cadenas diferentes, como el mostrado en la ilustración 6, sin embargo,

cuando se presenta moléculas bastante saturadas, se presentan homotrigliceridos como la estearina,

proveniente de ácido esteárico con cadena de 17 átomos de carbono.

Se puede ver que del lado izquierdo de la molécula es de naturaleza hidrofílica debido a la

concentración de oxígeno, lo que hace este lado polar, y del lado derecho donde se presentan las

cadenas largas de acidos grados presentando naturaleza hidrofóbica, lo que brinda a su vez una no

polaridad pronunciada. Por esto, las características del cosolvente son importantes para obtener una

composición deseada en el aceite. Por esto, para la extracción optima los triglicéridos, el uso de

solvente con polaridad intermedia como el isopropanol permite obtener un mayor rendimiento en

la reacción de transesterificación. El etanol como cosolvente se arrastra consigo muchos mas

componentes de la semilla a parte de los lípidos, como los carotenos, polifenoles y azucares. Esto

interfiere en la reacción de transesterificación, lo cual genera una menor conversión hacia los

esteres metílicos.

Isopropanol Etanol

0

25

50

75

100

Sintesis de Biodiesel

Aceite Extraido

Ilustración 6. Triglicérido insaturado C55H98O6

5.4. Caracterización Biodiesel obtenido

En primer lugar, se obtuvo un valor de densidad de 857.5 kg / m3 para el biodiesel obtenido. Este

valor es cercano al obtenido del biodiesel generado de aceite de mango brasilero del noreste de

Brasil con un valor de 850 kg / m3(27 °C).(Damilano et al., 2017). Este valor encontrado se

encuentra en el rango establecido por la norma técnica para el uso del combustible en Colombia.

Es importante establecer la temperatura a la que se realiza la medición, ya que la densidad es una

propiedad que varía con la temperatura. Esta medición se realiza a temperatura ambiente de Bogotá

de alrededor de 15 C, por lo que esta densidad podría variar si se realiza a otras condiciones. La

densidad refleja las propiedades de los compuestos químicos (metilésteres) componentes del

biodiesel, además de proporcionar información acerca del contenido de energía del combustible, es

decir, mayores densidades indican mayor energía térmica y una mejor economía de combustible.

El valor obtenido es muy cercano a los rangos de los estándares internacionales, entrando en el

rango establecido por la ASTM mostrando en la tabla 6.

Con respecto al punto de enturbiamiento o cloud point, se obtuvo un valor de 27.6 °C, lo cual es

bastante alto, comparado con los valores obtenidos para biodiesel generados a partir de otros aceites

vegetales como el aceite de palma, el cual se ha encontrado un valor de 13 °C.(Ali & Tay, 2013)

Esto se debe principalmente a que el biodiesel conserva casi las mismas propiedades del aceite del

que proviene, por lo tanto, este tiene un punto de fusión bastante elevado y a temperatura ambiente

en Bogotá es sólido, y consecuentemente se encuentra un punto de enturbiamiento bastante alto. El

rendimiento de temperatura de flujo en frío de un combustible se realiza mediante los puntos de

nube y de fluidez. Estas propiedades son importantes porque muestra el comportamiento del

biodiesel bajo una configuración climática especificada. No hay un requisito específico para el

punto de nube máxima de biodiesel, pero el punto de nube debería ser proporcionado siempre al

cliente para evitar posibles problemas futuros. Las propiedades de flujo en frío necesarias para el

biodiésel dependen de dónde se está utilizando y qué época del año en que se utiliza el combustible,

ya que existe la posibilidad de causar taponamiento debido a que se está solidificando fracción del

combustible.

Además, el máximo de temperatura del punto de nube debe ser igual o inferior a la ambiente

temperatura en el área geográfica y la mínima en las estaciones. En este estudio, se encontró un

punto de fluidez de 17.9° C, el cual es como el punto de nube, bastante bajo comparado con otros

biocombustibles, los cuales presentan valores muy bajos. En este caso, al bajar la temperatura por

debajo del punto de entubamiento se llegará a un punto donde el biodiesel deja de fluir, esto

afectaría también el rendimiento del combustible del motor debido a que este no podría fluir en lo

absoluto por las inmediaciones del motor a cierta temperatura.

En la tabla 6 se muestran estas propiedades para otros tipos de combustibles en estudios previos,

los cuales presentan valores bastante alejados con los obtenidos en este estudio. En el caso del

Diesel convencional usado ampliamente a nivel mundial se presentan temperaturas por muy por

debajo de 0°C para el punto de enturbiamiento y fluidez, lo que facilita su uso en casi la totalidad

de las configuraciones climáticas presentada y una gran eficiencia en el motor. (Loganathan, 2011)

Por esta razón se recomienda investigar la posibilidad del uso del biodiesel obtenido de aceite de

semilla de mango Keitt en mezclas con otros combustibles convencionales como el Diesel que

contengan propiedades anticongelantes, que permitan su uso global a cualquier condición climática.

Tabla 6. Propiedades Combustibles .(Loganathan, 2011)

Propiedad Este

Estudio

Palma

BD

Palm

BHD(Estearina)

Palm

BHD(Isomerized)

Diesel Soya

BD

Cloud Point °

C

27.6 15 20 4 -6 0

Pour Point °

C

17.2 12.5 20 5 -30 -9

En cuanto al índice de saponificación, se encontró un valor de 116.41 mg KOH/g, quiere decir que

esa es la cantidad necesaria en miligramos de KOH para saponificar completamente 1 gramo de

grasa, que en este caso sería el biodiesel. El índice de saponificación permite medir la cantidad de

acidos grasos libres en la muestra, lo que se relaciona directamente con el peso molecular promedio

de esta. Los ácidos grasos de cadena larga que se encuentran en las grasas tienen un bajo índice de

saponificación porque tienen un número relativamente menor de grupos funcionales carboxílicos

por unidad de masa de grasa en comparación con los ácidos grasos de cadena corta. Si se requieren

más moles de base para saponificar N gramos de grasa, entonces hay más moles de grasa y la

longitud de la cadena es relativamente pequeña. (“Saponification Value—An overview |

ScienceDirect Topics”, 2019). Esto se puede verificar de mejor manera mirando el perfil de acidos

grados de la muestra, ya que se presentan gran concentración acidos grasos de cadena larga de más

de 12 carbonos como el ácido oleico y esteárico con 18 átomos de carbono, y por consecuente se

presenta un valor de índice de saponificación relativamente bajo, en comparación con los generados

de otros aceites vegetales como canola 170-190, castor 166-187 y Coco 242-263(Bart, Palmeri, &

Cavallaro, 2010).Los cuales probablemente serian mejor para la industrial jabonera.

El índice de yodo obtenido experimentalmente para el biodiesel fue de 45.68 mg I/g. Esto significa

cuantos miligramos de yodo reaccionan por un gramo de muestra. En comparación con valores de

yodo para biodiesel de aceite de mango brasilero con un valor de 36, lo cual es bastante cercano se

encuentra dentro del estándar de la EN 14214 con un valor recomendado de máximo 120 por lo que

por debajo de este número, se presenta un biocombustible de buena calidad para su uso.(DIN

ESTANDARS, 2019)

Biodiesel con altos índices de yodo contienen más de los ácidos grasos altamente insaturados, como

se había mencionado anteriormente, que son propensos a reacciones de degradación rápida como

la autooxidación o la polimerización. Particularmente, durante su calentamiento, estas reacciones

son forzadas por las altas temperaturas y el oxígeno disuelto que está presente en el aire. Los aceites

con un índice de yodo superior a 115 se consideran aceites secantes, lo cual significa un aceite que

se endurece en una película polimerizada, resistente y sólida después de la exposición al aire, una

secuencia de reacción que se acelera por las temperaturas elevadas. Estos son usados ampliamente

en el ambito de las pinturas. (Tiefenbacher, 2017) El índice de yodo indica la tendencia a la

oxidación del biocombustible, ya que a partir de éste se puede tener idea acerca del grado de

insaturación de sus metil ésteres y depende fundamentalmente de la naturaleza del aceite o grasa

usado como materia prima. Este parámetro influye directamente en la calidad final del biodiesel

obtenido, puesto que altos valores de índice de yodo en la materia prima de partida pueden

traducirse en una menor estabilidad oxidativa, contribuyendo a la formación de gomas por

polimerización en el motor y a la disminución en la lubricidad del mismo.(Saraf & Thomas,

2007).En este caso, teniendo un índice de yodo tan bajo obtenido en el Biodiesel de mango Keitt,

se presenta un biocombustible bastante estable frente a la autooxidación , y puede ser almacenado

sin ningún problema por largos períodos, sin presentar problemas en condiciones herméticas.

Realizando el cálculo se obtuvo un valor de índice o número de cetano igual a 36.07. El número de

cetano de un combustible de motor Diesel es indicativo de sus características de ignición. Cuanto

mayor sea el número de cetano, mejor son sus propiedades de ignición; es una función inversa del

retraso del encendido de un combustible, el período de tiempo entre el inicio del encendido y el

primer aumento de presión identificable durante la combustión del Biodiesel. En un motor Diesel

en particular, los combustibles con índices de cetano más altos tienen períodos de retardo de

ignición más cortos que los combustibles con índices de cetano más bajos. (Bhatia, 2014) El índice

de cetano solo se usa para los aceites Diesel destilados livianos y juega un rol similar que el índice

en octano en la gasolina y puede generar lo que se conoce comúnmente como ‘Golpeteo Diesel’.

(Benavides, Benjumea, & Pashova, 2007)

El valor obtenido es menor que el mínimo permitido por los estándares internacionales, como

muestra la tabla 6, con un valor inferior de índice de cetano de 47. Esto nos indica que el Biodiesel

de aceite de mango Keitt obtenido tiene bastante retraso en la ignición, por lo que se reafirma la

posibilidad de realizar mezclas de este biocombustible con combustible Diesel para mejorar la

ignición del motor y obtener un índice de cetano mayor en la mezcla. También ayudaría a establecer

un equilibrio en las emisiones al medio, costos de producción y rendimiento en climas fríos. Valores

de Índice de saponificación, Cloud point, Pour point no se tienen referencia en los estándares

internacionales ASTM y EN, por lo que solo son tomadas las referencias para su comparación y

analisis.

Tabla 7. Estándares internacionales para Biodiesel

Estandartes Biodiesel

Propiedad ASTM D6751 EN 14214

Densidad 850-900

kg/M3

860-890

Kg/M3

Índice de yodo - 120 Max

Índice de cetano 47 min 51 in

6. CONCLUSIONES

El isopropanol como cosolvente en la extracción supercrítica con CO2 fue el que obtuvo el mayor

rendimiento de obtención de lípidos de la semilla de Mango Keitt con un valor 13.41% en promedio

de las 10 réplicas realizadas. Se aprovecho la polaridad intermedia que tiene el Isopropanol para la

extracción de los lípidos de carácter polar y no polar que presentan los acidos grasos presentes en

los triglicéridos del aceite de mango.

Así mismo, se determinó los rendimientos de la reacción de transesterificación realizada con el

aceite de mango obteniendo mejor rendimiento con un valor promedio de 87.94% para el aceite

extraído cosolvente isopropanol. Lo que nos indica que este aceite tiene una mayor concentración

de triglicéridos presentes, los cuales reaccionan con el metanol junto con el catalizador presente.

Esto debido a dualidad de polaridad que presentan las moléculas de acidos grados presentes en los

triglicéridos.

La caracterización realizada al producto obtenido, arrojo valores cercanos a los consultados en la

literatura. En términos de densidad de encontró un valor dentro de los estándares internacionales

para Biodiesel. Las propiedades de punto de nube o entubamiento y punto de fluidez mostraron

valores bastante altos, debido a las propiedades del aceite del que provienen. Esto nos indica la

imposibilidad de usar este biocombustible en climas fríos o con estaciones pronunciadas, por la

posibilidad de generar taponamiento o obstrucciones en el sistema del motor, al tener tan alta

viscosidad y punto de fusión. El índice de cetano encontrado está por debajo de los estándares

también, por lo que se recomienda su mezcla con Diesel en concentraciones B10 o B20 para un

correcto funcionamiento y evitar los problemas anteriores.

Como trabajo futuro, se podrían realizar pruebas físicas de ignición para la determinación de

propiedades importantes como capacidad calorífica y punto de Flash. Además, se plantea la

reacción de transesterificación supercrítica como una muy buena alternativa a la transesterificación

catalítica, puesto que, se obtienen muy altos rendimientos sin la necesidad de utilizar catalizadores

alcalinos, lo que beneficiaria en la competencia de la reacción, por la imposibilidad de que ocurriese

una reacción de saponificación secundaria, y además en su respectiva separación, ya que no se

presentaría catalizador disuelto en la mezcla, y se realizaría un lavado y separación más sencilla.

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8. ANEXOS

Anexo 1.Rendimiento extracción supercrítica

Tabla A. 1Porcentaje de aceite recuperado isopropanol.

Isopropanol

Muest

ra

Peso

muestra

seca(g)

Peso

Falcon(

g)

Peso balon

+ muestra

(g)

Peso Falcon +

Aceite

Extraido(g)

Masa

Aceite de

Mango(g)

Rendimiento

(%)

1 6.429606

478

13.026

5

47.1226 14.3729 1.3464 20.941

2 6.420434

429

13.033

4

42.3619 14.1414 1.108 17.257

3 6.420434

429

13.003

4

43.1321 14.0781 1.0747 16.739

4 6.420434

429

13.017

6

42.6823 13.5153 0.4977 7.752

5 6.411262

38

13.020

8

42.0598 14.0022 0.9814 15.307

6 6.420434

429

12.989

7

40.9702 13.3427 0.353 5.498

7 6.927204

918

13.003

4

42.6718 13.5228 0.5194 7.498

8 6.420434

429

13.001

2

42.6748 13.3028 0.3016 4.698

9 6.420434

429

13.019

4

41.541 13.5558 0.5364 8.355

10 6.420434

429

12.980

3

44.9819 13.2143 0.234 3.645

Tabla A. 2.Porcentaje de aceite recuperado etanol.

Etanol

Muest

ra

Peso

muestra

seca(g)

Peso

Falcon(

g)

Peso balon

+ muestra

(g)

Peso Falcon +

Aceite

Extraido(g)

Masa

Aceite de

Mango(g)

Rendimiento

(%)

1 6.429606

478

13.057

9

43.1579 13.4593 0.4014 6.243

2 6.420434

429

12.989

9

44.1480 13.4272 0.4373 6.811

3 6.429606

478

12.997

7

40.148 13.4223 0.4246 6.604

4 6.420434

429

13.002

3

43.4617 13.2423 0.24 3.738

5 6.420434

429

13.019

4

43.8054 13.6171 0.5977 9.309

6 6.420434

429

13.000

8

43.3359 13.4721 0.4713 7.341

7 6.420434

429

12.817

5

43.0856 13.1928 0.3753 5.845

8 6.420434

429

13.015

8

42.2037 13.3892 0.3734 5.816

9 6.420434

429

13.016

7

50.642 13.5182 0.5015 7.811

10 6.420434

429

13.035

5

53.5642 13.2527 0.2172 3.383

Anexo 2. Equipo extracción supercrítica utilizado

Ilustración 7.Equipo extracción supercrítica utilizado

Anexo 3. Procedimientos de Laboratorio

Ilustración 7.Aceite extraído más cosolvente

Ilustración 8.Aceite separado del cosolvente

Ilustración 9.Fases reacción transesterificación

Tabla A3. Rendimientos triplicado Reacción Transesterificación

Isopropanol Etanol

1 94.26 73.98

2 79.69 67.45

3

89.88

64.78

Ilustración 10.Determinacion Índice de Yodo

Ilustración 11.Determinacion Punto de Nube y Fluidez

Ilustración 12.Determinación Índice de Saponificación