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Revista de Tecnología e Innovación
Artículo
Marzo 2015 Vol.2 No.2 174-179
Optimización del rendimiento de Biodiesel utilizando catalizadores con precursor
de Cobre (Cu) y Oxido de Silicio (SiO2)
AVELINO-ROSAS, Roberto†, GONZALES-DIAZ,
MALDONADO-SUAREZ, Pedro
Yolanda,
JUAREZ-CORTES,
Erik
&
Universidad Tecnológica de Tecamachalco
Recibido 17 de Enero, 2015; Aceptado 11 de Marzo, 2015
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Resumen
Abstract.
Debido a la preocupación mundial por la escasez del
petróleo y por la disminución del cambio climático
global. Este proyecto tiene como fin la fabricación del
biodiesel a partir de aceite de reúso como combustible
incorporándole un catalizador Cu como precursor
soportado en SiO2. El biodiesel es un combustible
biodegradable, no tóxico, que se produce a partir de los
aceites vegetales por medio de la transesterificación de
los triglicéridos (grasas) con metanol. Para que las
reacciones químicas de la obtención del biodiesel sean
óptimas, utilizando aceite de reúso como materia prima y
metanol en una proporción molar de 2:1, ya que la
conversión de los triglicéridos en ácidos grasos es elevada
y el tiempo de reacción es corto. La utilización del
biodiesel permite la reducción equilibrada de gases
de efecto invernadero generados por la utilización de
combustibles fósiles. Por lo tanto, la sustitución parcial o
total de biodiesel en los motores diésel producirá una
fuerte disminución en el calentamiento global del planeta.
Due to the global concern about the shortage of oil and
the reduction of global climate change. This project
aims at making biodiesel from oil reuse as fuel
incorporating Cu as a catalyst precursor supported on
SiO2. Biodiesel is a non-toxic biodegradable fuel
which is produced from vegetable oils by the
transesterification of triglycerides (fats) with
methanol. For chemical reactions to obtain biodiesel
are optimal, using reuse oil feedstock and methanol in
a molar ratio of 2: 1, since the conversion of
triglycerides to fatty acids is high and the reaction time
is short . The use of biodiesel allows the balanced
reduction of greenhouse gases generated by the
burning of fossil fuels. Therefore, the partial or total
replacement of biodiesel in diesel engines produce a
sharp decline in global warming.
Fotodetector,
Caracterización,
impedancia, ancho de banda
Trans-
Photodetector,
Transimpedance,
Characterization,
Bandwidth
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Citación: AVELINO-ROSAS, Roberto, GONZALES-DIAZ, Yolanda, JUAREZ-CORTES, Erik & MALDONADOSUAREZ, Pedro. Optimización del rendimiento de Biodiesel utilizando catalizadores con precursor de Cobre (Cu) y Oxido
de Silicio (SiO2). Revista de Tecnología e Innovación 2015, 2-2:174-179
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† Investigador contribuyendo como primer autor.
© ECORFAN-Bolivia
www.ecorfan.org/bolivia
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Artículo
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Marzo 2015 Vol.2 No.2 174-179
Introducción
Objetivo
La investigación y desarrollo de combustibles
alternos en los últimos años ha puesto énfasis
en mejorar el rendimiento
y los costos de
obtención de biocombustibles que permita la
incorporación al mercado en mayor cantidad,
esto ha ocasionado mejoras en las técnicas de
obtención de biocombustibles con el objetivo
de optimizar el rendimiento, una de las técnicas
que se describen en este proyecto es la
utilización de aceite vegetal usado y
catalizadores que utilizan como elemento
precursor al Cobre (Cu), soportado por Oxido
de Silicio (SiO2).Actualmente, los distintos
tipos de combustibles en base a la biomasa,
están recibiendo extrema atención en la
preservación, mejora y el cuidado del medio
ambiente, así también, por la cada vez más
cerca culminación de los hidrocarburos
derivados del petróleo.
Explorar los efectos del uso de un catalizador
dopado con metales de transición en distintos
porcentajes a base de cobre por ser considerado
como un metal seminoble, favorece el
aglomeramiento del catalizador ocasionando
que sea separado fácilmente del biodiesel
después de la reacción. El Cu favorece el
rendimiento en la fabricación del biodiesel y
mantienen su actividad catalítica.
Los biocombustibles se presentan de
forma sólida, líquida o gaseosa para el sector de
transporte, y son producidos a través de la
biomasa como materia prima básica. Los
biocombustibles pueden producirse de distintas
fuentes biológicas, que son renovables,
sostenibles, de carbono biodegradable, neutral
para el ciclo de la vida y respetuosos con el
medio
ambiente.
Muchos
de
los
biocombustibles tienen opciones muy atractivas
para el futuro del sector del transporte como el
biodiesel,
bioetanol,
biometanol
y
biohidrógeno.
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Metodología
Se propone una técnica de elaboración de
biodiesel la cual muestra resultados que
cumplen con la calidad del biodiesel, según las
normas internacionales, proponiendo lo
siguiente:
- La búsqueda y optimización de un catalizador
que haga eficiente la producción del biodiesel.
- Poseer un sistema menos contaminante.
- Procesar cualquier tipo de aceite de desecho.
- Facilidad en la limpieza de residuos.
- Tener una baja relación de costo / actividad.
Técnica de impregnación
-
Se coloca la cantidad de soporte en un
vaso de precipitado (5.0 g).
-
Se adiciona la sal precursora de Cu
requerido.
-
Se agita para homogenizar.
-
Se evapora a 70 C durante 24 horas.
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-
Se calcina en una mufla a 800 C durante
4 horas.
Figura 2 Catalizador, antes y despues de entrar a la
mufla
Figura 1 SiO2 como soporte y Cu (NO3)2 como
precursor
Cálculos para la preparación del catalizador
Se prepararon catalizadores al 10% y 20% de
cobre soportados en SiO2 los cálculos son los
siguientes:
Características del Sistema de reacción
Las pruebas para la obtención del biodiesel
fueron llevadas a cabo utilizando un reactor de
vidrio sellado herméticamente.
Figura 3 Reactor para la obtención del biodiesel.
Para el método de impregnación se realizó
lo siguiente:
-
Pesar 5 g de SiO2 más la sal precursora
con el peso correspondiente según el
porcentaje de esta más agua hasta cubrir
el catalizador
-
Incrementar la temperatura lentamente a
80 °C hasta evaporar totalmente el agua.
-
Secado del catalizador en una mufla
para realizar el proceso de calcinación y
activación a una temperatura de 800 C
durante 4 horas.
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Proceso de recolección de la materia prima
Para este trabajo se investigación se contó con
el apoyo de una Marisquería del Municipio de
San Hipólito, Puebla, donde me proporcionaron
el aceite de desecho y de ahí se desarrollaron
todas las pruebas.
Figura 6 Proceso de esterificación
Operación de decantación y separación
Figura 4 Materia prima para biodiesel
Operación de filtrado
El aceite usado contiene una gran cantidad de
residuos sólidos del proceso de freír los
múltiples productos alimenticios, por lo tanto es
indispensable que exista la operación de
filtración para retener estas partículas de gran
tamaño. Esto se realizó con un simple embudo
coladera y un trapo de algodón, como se
muestra en la imagen siguiente.
Después que se llevó a cabo el proceso de
esterificación, se pasa el producto a un embudo
de separación para que durante 24 horas,
posteriormente realicemos la separación del
alcohol metílico del aceite, donde el segundo
queda en la parte de abajo.
Figura 7 Proceso de decantación y separación
Eliminación del agua
En el aceite esterificado. Para ello calentamos
la mezcla sobre la parrilla y el reactor abierto,
en un tiempo aproximado de 2 hrs hasta que se
evapore toda el agua.
Figura 5 Proceso de filtrado
Proceso de esterificación.
Este proceso se llevó a cabo dentro del reactor
herméticamente cerrado, donde se incorporó
aceite usado, metanol y el catalizador, dando
inicio a este proceso. Se controlaron las
condiciones de temperatura, agitación
y tiempo.
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Figura 8 Aceite esterificado sin agua
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Proceso de transesterificación
Dentro del reactor agregamos 100 ml de aceite
esterificado más metóxido junto Con el
catalizador, esta mezcla se coloca sobre la
parrilla de calentamiento con agitación
constante a una temperatura de 65 °C durante
una hora.
Figura 10 Biodiesel
Separación
Resultados
Se pasa toda la emulsión a un embudo de
separación, en donde ahora, todo el producto de
la esterificación se divide en el Biodiesel (que
se encuentra en la parte superior del embudo) y
en metanol, hidróxido, glicerol, sal, etc. en la
parte inferior.
Se observaron diferencias en donde aparecieron
los picos en 1743, 1377, 1159, 1033 y 871 cm 1 en el aceite se trasladó a 1742, 1361, 1170,
1015 y 880 cm -1 en el biodiesel,
respectivamente. Por lo tanto, la desaparición
de los picos a 1464, 1097 y 965 cm -1 a partir
del espectro del aceite y aparición de nuevos
picos en la muestra de biodiesel a 1435 cm -1 y
1195 cm -1 muestran claramente la conversión
del aceite en biodiesel. Además, la ausencia
de un pico ancho en el 3100-3500 cm -1
región, relacionada con la deformación axial
característica de grupos OH, sugiere que el
biodiesel sintetizado posee bajos contenidos de
agua como el apoyo de las otras técnicas.
Figura 9 Separación de Biodiesel y residuos
Sistema de neutralización y lavado
Se prepara una mezcla de 250 ml de agua a una
temperatura de 80 °C con 5 ml de ácido acético.
Se agita durante 20 min dentro del reactor.
Operación de evaporación
En el recipiente se calienta a temperatura de
evaporación del agua durante aproximadamente
dos horas y finalmente obtenemos el biodiesel
puro.
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La actividad catalítica utilizando
catalizador de 20%Cu/SiO2 esto podría ser
debido a la presencia de la fuerza óptima de los
sitios ácidos y básicos activos presentes en el
catalizador para formar especies altamente
reactivas para la reacción de transesterificación.
Por otra parte, sin la formación de jabón se
encontró durante el transcurso de la reacción
como la esterificación simultánea de ácidos
grasos libres y la transesterificación de los
triglicéridos se llevó a cabo con éxito.
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Conclusiones
B.W.L. Jang Catal Today 47(1999)103.
El biodiesel es un combustible alternativo
compuesto principalmente de esteres de ácidos
grasos de alquilo mono-derivados de aceites
vegetales o grasas animales, que pueden ser
quemados en un encendido por compresión. El
biodiesel tiene muchas ventajas técnicas
importantes en comparación con el diésel de
petróleo incluyendo lubricidad superior,
inherente, baja toxicidad, alto punto de
inflamación, muy bajo o insignificante
contenido de azufre y las emisiones de gases de
escape de las especies más regulados.
Evaluación Catalítica
Con el fin de fabricar un biodiesel de calidad se
realizaron las pruebas fisicoquímicas, estas se
llevaron a cabo después de la reacción de
esterificación y transesterificación en presencia
de un catalizador de 20%Cu/SiO2, los
resultados se muestran en la tabla.
Lee, J. H., and Trimm D. L, (1995). Catalytic
combustion of methane. Fuel Processing
Technology 42 (2-3): 339–359
R.F. Hicks, C. Christiani, P. Forzatti, Catal.
Special. Period. Rep. 13(1997)85.
P. Briot, M. Primet, Appl. Catal. 69(1991)301.
P.L. Haack, K. Otto, Catal. Lett. 34 (1995)31.
C.A. Mueller, M. Maciejewski, R.A. Koeppel,
A. Baiker, Catal 47(1999)245.
H. Widjaja, K. Sekizawa. K. Eguchi, H. Arai,
Catal. Today 35(1997)197.
F.H. Ribeiro, M. Chow, R.A. Dalla Betta, J.
Catal. 146(1994)537.
T.R. Baldwin,
66(1990)337.
R.
Burch,
Appl.
Catal.
SmH. Oh, P.J. Mitchell, R.M. Siewert, J. Catal.
146(1994)537.
Tabla 1
Referencias
R. Burch, F.J. Urbano, Appl. Catal. A. 124
(1995)121.
J.N. Carstens, S.C. Su, A:T: Bell, J. Catal. 176
(1998)136.
("Resumen para responsables de políticas" por
el IPCC: Clima Change 2007: The Physical
Science Basis. Contribución del Grupo de
Trabajo I al Cuarto Informe de Evaluación del
Grupo Intergubernamental de Expertos sobre el
Cambio Climático Cambiar. http://ipccg1.ucar.edu/wg1/Report/AR4WG1_Print_SPM.
pdf de julio 2009 ).
J.c MacCarty y col. Catal. Today 47 (1999)
ISSN-2410-3993
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