Biodiesel
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El documento describe el biodiesel, incluyendo su definición, historia, materias primas, proceso de elaboración, ventajas y desventajas. El biodiesel se obtiene a través de un proceso de transesterificación de aceites vegetales o grasas animales con metanol o etanol. Puede usarse puro o mezclado con diesel de petróleo en motores diesel, reduciendo las emisiones contaminantes y dependencia de combustibles fósiles.
![Universidad Acción Pro Educación y Cultura<br />(APEC)<br />El biodiesel<br />Materia:<br />Lab. Física mecánica<br />Nombre:<br />David Levy Pérez 2009-1877<br />Profesor:<br />Ramón Montero<br />Fecha:<br />12/11/2010<br />Introducción<br /> El transporte en automotores, la generación de energía eléctrica y los procesos industriales tienen un efecto negativo sobre el medio ambiente, especialmente en las grandes ciudades. Esto es debido a las emisiones de dióxido de azufre, de dióxido de carbono y de monóxido de carbono que estos expelen al aire, al utilizar derivados del petróleo como fuente de energía. Por este motivo se ha generado la necesidad de llevar a cabo acciones que contribuyan a disminuir estas emisiones y conservar el medio ambiente. <br /> Junto con otras fuentes alternativas de energía, el biodiesel y los demás biocombustibles representan un gran potencial para la disminución de contaminantes en el aire y, al vez, una forma de salir de la dependencia de fuentes enérgicas no renovables. Se llaman biocombustibles a todos aquellos combustibles líquidos obtenidos a partir de productos biomásicos que se utilizan principalmente en motores de combustión interno, pero también en calderas de calefacción. <br /> Este trabajo abarcará lo que es el biodiesel, sus materias primas, su obtención, sus ventajas y desventajas, y su comparación con los combustibles convencionales. <br />Definición del diesel<br /> El gasóleo, también denominado gasoil o diesel, es un líquido de color blancuzco o verdoso y de densidad sobre 850 kg/m3, compuesto fundamentalmente por parafinas y utilizado principalmente como combustible en motores diesel y en calefacción. Su poder calorífico es de 8.800 kcal/kg.<br /> El gasóleo tiene aproximadamente un 18 por ciento más energía por unidad de volumen que la gasolina, lo que, sumado a la mayor eficiencia de los motores diesel, contribuye a que su rendimiento sea mayor.<br /> Cuando es obtenido de la destilación del petróleo se denomina petrodiesel y cuando es obtenido a partir de aceites vegetales se denomina biodiesel.<br />El biodiesel<br /> El biodiesel es un biocombustible líquido con una densidad de 880 kg/m3 que se obtiene a partir de grasas animales o aceites vegetales como la soja, el coco, el aguacate, etc. Se obtiene mediante un proceso llamado transesterificación de triglicéridos (aceite). El termino quot;
bioquot;
se refiere a su naturaleza renovable y quot;
dieselquot;
se refiere a su uso de motores de este tipo. El biodiesel posee las mismas propiedades del combustible diesel que son empleados por automóviles, camiones, ómnibus, etc. Y puede ser usado en cualquier motor diesel de forma pura o mezclado con el diesel. <br />Historia<br /> El aceite vegetal, cuyas propiedades para la impulsión de motores se conocen desde la invención del motor diesel gracias a los trabajos de Rudolf Diesel, ya se destinaba a la combustión en motores de ciclo diesel convencionales o adaptados.<br /> La transesterificación de los aceites vegetales fue desarrollada en 1853 por los científicos E. Duffy y J. Patrick, muchos años antes de que el primer motor diesel funcionase. El primer modelo de Rudolf Diesel, un monocilíndrico de hierro de 3 metros con un volante en la base funcionó por vez primera en Augusta (Alemania), el 10 de agosto de 1893. En conmemoración de dicho evento, el 10 de agosto se ha declarado quot;
Día Internacional del Biodieselquot;
. Diesel presentó su motor en la Exposición Mundial de París de 1898. Este motor es un ejemplo de la visión de Diesel, ya que era alimentado por aceite de cacahuete, un biocombustible, aunque no estrictamente biodiesel, puesto que no era transesterificado. <br /> Diesel quería que el uso de un combustible obtenido de la biomasa fuese el verdadero futuro de su motor. En un discurso de 1912, dice: “el uso de aceites vegetales para el combustible de los motores puede parecer insignificante hoy, pero tales aceites pueden convertirse, con el paso del tiempo, importantes en cuanto a sustitutos del petróleo y el carbón de nuestros días”. <br /> Durante los años veinte, los fabricantes de motores diesel adaptaron sus propulsores a la menor viscosidad del combustible fósil (gasóleo) frente al aceite vegetal. La industria petrolera amplió así su nicho en el mercado de los carburantes porque su producto era más económico de producir que la alternativa extraída de la biomasa. El resultado fue, por muchos años, la casi completa desaparición de producción de combustibles a partir de biomasa. <br /> Durante la segunda guerra mundial, y ante la escasez de combustibles fósiles, se destacó la investigación realizada por Otto y Vivacqua en el Brasil, sobre diesel de origen vegetal, pero fue hasta el año de 1970, que el biodiesel se desarrolló de forma significativa a raíz de la crisis energética que se sucedía en el momento, y al elevado costo del petróleo. Las primeras pruebas técnicas con biodiesel se llevaron a cabo en 1982 en Austria y Alemania, pero solo hasta el año de 1985 en Silberberg (Austria), se construyó la primera planta piloto productora de RME (Rapeseed Methyl Ester - metil éstero aceite de semilla de colza). <br /> Entre 1978 y 1996, el National Renewable Energy Laboratory (NREL) estadounidense ha experimentado el uso de algas como fuente de biodiesel, dentro del Aquatic Species Program.<br /> En septiembre de 2005 Minesota fue el primer estado en obligar a que el diesel comercializado contenga al menos un 2% de biodiesel.<br /> Hoy en día países como Alemania, Austria, Canadá, Estados Unidos, Francia, Italia, Malasia y Suecia son pioneros en la producción, ensayo y uso de biodiesel en automóviles. <br /> <br />Materias primas<br /> La fuente de aceite vegetal suele ser aceite de colza, ya que es una especie con alto contenido de aceite, que se adapta bien a los climas fríos. Sin embargo existen otras fuentes, tales como la palma, la jatropha curcas, el aguacate, el coco, el girasol, etc. También se pueden utilizar aceites usados (por ejemplo, aceites de fritura), en cuyo caso la materia prima es muy barata y, además, se reciclan lo que en otro caso serían residuos.<br /> Otra materia prima utilizada es la grasa animal, la cual produce mayores problemas en el proceso de fabricación, aunque el producto final es de igual calidad que el biodiésel de aceite, exceptuando su punto de solidificación.<br />Kg de aceite por 100kg de semilla<br />Colza46.00Coco57.00Semilla de Algodón15.00Maní41.50Mostaza35.00Canola42.00Maiz6.50Palma (hueso)36.00Palma (fruto)20.00Colza37.00Sésamo50.00Soya18.50Jatropha15.00Girasol48.00<br />Elaboración<br /> El proceso de producción de biodiésel se basa en la reacción de transesterificación del aceite.<br /> Los aceites están compuestos principalmente por moléculas denominadas triglicéridos, las cuales se componen de tres cadenas de ácidos grasos unidas a una molécula de glicerol. La transesterificación consiste en reemplazar el glicerol por un alcohol simple, como el metanol o el etanol, de forma que se produzcan ésteres metílicos o etílicos de ácidos grasos. Este proceso permite disminuir la viscosidad del aceite, la cual es principalmente ocasionada por la presencia de glicerina en la molécula. <br /> La alta viscosidad del aceite impide su uso directo en motores diésel, desventaja que se supera mediante este proceso. Para lograr la reacción se requieren temperaturas entre 40 y 60ºC, así como la presencia de un catalizador, que puede ser la soda o potasa cáustica.<br /> Se dice que para la elaboración de Biodiesel se debe seguir la siguiente quot;
recetaquot;
: 1 lt de aceite vegetal (normalmente bajo en agua (2% max) de lo contrario se obtendra jabon). 200 ml de Metanol. 3.4 gr de Sosa Caustica (NaOH) (Hidroxido de sodio).<br /> Se debe mezclar primero el metanol con la soda caustica para generar Metoxido de sodio. <br /> Una vez que se obtiene el metoxido, mezclar con el aceite vegetal, levantar su temperatura a 55 °C y mezclar por un espacio de 1 hr. <br /> Dejar reposar y en aproximadamente 3 hrs se lograrán los resultados esperados. Una capa ligera de aceite transparente arriba y una capa densa y obscura de glicerina abajo.<br />Procesos industriales<br /> En la actualidad existen diversos procesos industriales mediante los cuales se pueden obtener biodiésel. Los más importantes son los siguientes:<br />1. Proceso base-base, mediante el cual se utiliza como catalizador un hidróxido. Este hidróxido puede ser hidróxido de sodio (soda cáustica) o hidróxido de potasio (potasa cáustica).<br />2. Proceso ácido-base. Este proceso consiste en hacer primero una esterificación ácida y luego seguir el proceso normal (base-base), se usa generalmente para aceites con alto índice de acidez.<br />3. Procesos supercríticos. En este proceso ya no es necesario la presencia de catalizador, simplemente se hacen a presiones elevadas en las que el aceite y el alcohol reaccionan sin necesidad de que un agente externo, como el hidróxido, actúe en la reacción.<br />4. Procesos enzimáticos. En la actualidad se están investigando algunas enzimas que puedan servir como aceleradores de la reacción aceite-alcohol. Este proceso no se usa en la actualidad debido a su alto coste, el cual impide que se produzca biodiésel en grandes cantidades.<br />5. Método de reacción Ultrasónica. En el método reacción ultrasónica, las ondas ultrasónicas causan que la mezcla produzca y colapse burbujas constantemente. Esta cavitación proporciona simultáneamente la mezcla y el calor necesarios para llevar a cabo el proceso de transesterificación. Así, utilizando un reactor ultrasónico para la producción del biodiesel, se reduce drásticamente el tiempo, temperatura y energía necesaria para la reacción. Y no sólo reduce el tiempo de proceso sino también de separación. De ahí que el proceso de transesterificación puede correr en línea en lugar de utilizar el lento método de procesamiento por lotes. Los dispositivos ultrasónicos de escala industrial permiten el procesamiento de varios miles de barriles por día. Especialmente durante el último año el uso del equipo ultrasónico aumentaba significativamente a causa de sus ventajas económicas.<br />Modo de uso del biodiesel<br /> El biodiesel puede mezclarse con gasóleo procedente del refino de petróleo en diferentes cantidades. Las mezclas de biodiesel y diesel convencional constituyen la más habitual forma de usar biodiesel. Gran parte del mundo utiliza un sistema conocido como la quot;
Bquot;
factor que indique la cantidad de biodiesel en cualquier mezcla de combustible: el combustible que contiene 20% de biodiesel tiene la etiqueta B20, mientras que el biodiesel puro se denomina B100. Las mezclas de biodiesel con 80 por ciento 20 por ciento de diesel de petróleo (B80) en general se puede utilizar en motores diesel sin modificar. El biodiesel también puede ser utilizado en su forma pura (B100), pero pueden requerir algunas modificaciones del motor para evitar problemas de mantenimiento y rendimiento. <br /> El biodiesel tiene diferentes propiedades disolventes que el petrodiesel y podría degradar las juntas de caucho natural y las mangueras en los vehículos (en su mayoría vehículos fabricados antes de 1992). El biodiesel se ha sabido romper los depósitos de residuos en las líneas de combustible, donde se ha utilizado el petrodiesel. Como resultado, los filtros de combustible pueden ser obstruidos con partículas si una transición rápida de biodiesel puro se hace. Por lo tanto, se recomienda cambiar los filtros de combustible en los motores y calentadores poco después de primero de cambiar a una mezcla de biodiesel.<br />Ventajas del biodiesel <br /> La utilización del biodiesel puede ofrecer gran número de ventajas tanto al medio ambiente como al vehículo que lo utiliza. Entre ellas se encuentra:<br />,[object Object]](https://image.slidesharecdn.com/biodiesel-101210212856-phpapp02/85/biodiesel-1-320.jpg)
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Biodiesel
- 2. Supone un ahorro entre el 25% y el 80% de las emisiones de CO2 (el principal gas invernadero) producidas por los derivados del petróleo.
- 3. Al no tener compuestos de azufre, no los elimina como gases de combustión (lluvia ácida).
- 4. No contiene productos aromáticos (benceno y derivados) siendo conocida la elevada toxicidad de los mismos para la salud.
- 5. Es diez veces menos tóxico que la sal de cocina.
- 6. La producción de biodiesel supone una alternativa de uso del suelo que evita los fenómenos de erosión y desertificación a los que pueden quedar expuestas aquellas tierras agrícolas que, por razones de mercado, están siendo abandonadas por los agricultores.
- 7. Por su mayor índice de cetano y lubricidad reduce el desgaste en la bomba de inyección y en las toberas.
- 8. Los olores de la combustión del biodiesel son aromas de palomitas de maíz o papas fritas.
- 10. Se genera una ligera pérdida de potencia y un leve incremento del consumo debido a un poder calorífico menor que el de los gasóleos, aunque el rendimiento de la combustión es algo superior.
- 11. A bajas temperaturas puede llegar a solidificarse y producir obstrucciones en los conductos.
- 12. Es incompatible con algunos materiales ya que en estado puro puede llegar a dañar por ejemplo el caucho y algunas pinturas.
- 13. el biodiesel que es un producto hidrófilo y degradable, por lo cual es necesaria una planificación exacta de su producción y expedición. El producto se degrada notoriamente más rápido que el petrodiesel.
- 18. Las algas presentan una tasa de crecimiento mucho mayor.
- 19. La producción de aceites a partir de algas es 200 veces mayor que en plantas. Por lo que también es mayor la producción de biodiesel.
- 20. Posee un alto rendimiento y por lo tanto un bajo costo.
- 22. Fotobiorreactores tubulares en forma horizontal: Son tubos de acrílico en el que se hace circular en forma horizontal medio de cultivo mas algas para que están no precipiten y todas reciban la misma cantidad de luz y nutrientes.
- 23. Columna vertical de burbujas: Se genera circulación del medio con algas en una columna vertical a través del flujo de gases como dióxido de carbono. Se ilumina a través de tubos de luz a lo largo del tubo, cuyo objetivo es disminuir el costo del cultivo de algas a gran escala y hacerlo mas simple.
- 25. Método del solvente de hexano: Este es uno de los solventes de extracción favoritos ya que no es muy caro. Una vez que el aceite es extraído con una prensa se utiliza el ciclohexano para extraer el contenido remanente del alga. Luego por destilación se separa el ciclohexano del aceite.
- 27. Biogasolina: puede ser producida a partir de algas, pero se investigo poco acerca de este tipo de producción y hay poca información.