ESTUDIO DE LA ESTABILIDAD DEL BIODIESEL OBTENIDO A PARTIR DE ACEITE DE HIGUERILLA (RICINUS COMMUNIS L.) Presentado por: PAULA XIMENA PARDO GÜECHÁ UNIVERSIDAD LIBRE DE COLOMBIA FACULTAD DE INGENIERÍA DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA AMBIENTAL BOGOTÁ, D.C. Directora: LUISA FERNANDA NAVARRETE RODRÍGUEZ

INTRODUCCIÓN  Los biocombustibles surgen como alternativa energética.  Entre las materias primas más utilizadas se encuentran aceites vegetales, el aceite de cocina o las grasas animales.  El aceite de higuerilla, se destaca ya que es biodegradable fácil de manejar y con un menor impacto ambiental.  La estabilidad a la oxidación, es un importante criterio de calidad para el biodiésel, a partir del almacenamiento, teniendo en cuenta factores como la temperatura y el biocombustible en contacto con aire y luz.

DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA El biodiésel tiende a degradarse rápidamente con el paso del tiempo. Las principal ruta de degradación es la oxidación; reacción que se produce por la exposición del biocombustible a condiciones oxidantes propias del almacenamiento entre las que se encuentran disponibilidad de oxígeno, exposición a la luz y temperaturas elevadas. Los productos que se obtienen como consecuencia se precipitan y pueden tapar los filtros en los motores, generando altas emisiones (NOx, CO x, etc.).

JUSTIFICACIÓN El biodiesel presenta baja toxicidad para los seres vivos, se degrada fácilmente, y genera pocas emisiones frente al diésel; evaluación aprobada por la EPA. Colombia se enfoca hacia la producción a gran escala del biodiésel, por tanto se plantea la necesidad de realizar un estudio estableciendo condiciones adecuadas de almacenamiento que permitan prolongar la vida útil del biodiésel, certificando que se cumple con las características de calidad. El aceite de higuerilla no se usa dentro de la ingesta diaria del ser humano y/o animal. El biodiésel al degradarse se convierte en un problema, puesto que se afecta su calidad, haciendo que el tiempo de vida útil sea más corta.

OBJETIVOS Estudiar la estabilidad del biodiésel de higuerilla (Ricinus Communis L.) bajo condiciones oxidativas, teniendo en cuenta especificaciones de calidad. Evaluar el efecto de la temperatura sobre propiedades físicas como densidad, viscosidad, contaminación total y propiedades químicas como índices de yodo y acidez del biodiésel de higuerilla. Correlacionar el comportamiento de algunas propiedades físicas y químicas del biodiésel con la estabilidad del mismo bajo condiciones de estudio. Determinar condiciones adecuadas que permitan preservar la vida útil del biocombustible.

MARCO REFERENCIAL Alternativa interesante para ser utilizado en la preparación de sustitutos totales o parciales del petrodiésel o gasóleo obtenido del petróleo BIODIÉSEL Estudios realizados proponen al aceite de ricino como materia prima promisoria para la producción de biodiesel, ya que la química del aceite se centra en su alto contenido (87-97%) de ácido ricinoleico. BIODIÉSEL DE HIGUERILLA Se refiere a la vida útil que tiene el biocombustible a través del tiempo. Autooxidación: Se produce a temperatura ambiente. Oxidación térmica: Es el proceso acelerado de degradación a temperaturas elevadas. ESTABILIDAD OXIDATIVA

MARCO LEGAL REGULACIÓN SOBRE BIOCOMBUSTIBLES  Se encuentran: ASTM D6751, ASTM D y EN (norma europea) REGULACIÓN Y NORMATIVIDAD COLOMBIANA  NTC, aunque cabe resaltar que la normatividad que se deriva principalmente de la normatividad ASTM.

METODOLOGÍA Reacción de transesterificación Materia PrimaCaracterización Estudio de Estabilidad Diseño experimental y Análisis estadístico Caracterización física y química Poder calorífico Espectrofotometría FTIR Obtención del biodiésel

EVALUACIÓN EFECTO DE LA TEMPERATURA  Caracterización química  Caracterización física

CORRELACIÓN PROPIEDADES FÍSICAS Y QUÍMICAS - ESTABILIDAD  Estudio de estabilidad acelerada, se llevo a cabo en tiempos de almacenamiento de 0, 30, 48, 72 y 96 horas. DETERMINACIÓN CONDICIONES ADECUADAS DE ALMACENAMIENTO QUE PRESERVAN VIDA ÚTIL DEL BIODIÉSEL  Se aplicó un diseño experimental factorial 2 3.

RESULTADOS  Resultados promedio de la caracterización física y química ParámetroNTCASTMBiodiésel Densidad 15-25°C (g/mL) 0, ,930Máx. 0,960,9309 Contaminación Total (mg/kg) ≤ 24-2,0858 Índice de acidez (mg de KOH/g) ≤ 0,5Máx. 0,80,8199 Índice de yodo (g de yodo/100g) ≤ – 9782,5386 Índice de peróxidos (meq/kg) --1,4447

CARACTERIZACIÓN FÍSICA  Densidad Experimento # 3 ausencia de aire, presencia de luz y temperatura de 80°C.  Viscosidad Experimentos # 4, 7 y 8 exposición a la luz

CARACTERIZACIÓN FÍSICA  Contaminación Total - Experimento # 5 presencia de aire, ausencia de luz y temperatura a 80°C. - Experimento # 1, ausencia de luz y aire temperatura de 80°C.

CARACTERIZACIÓN QUÍMICA  Índice de Yodo Experimento # 6 temperatura de 100 °C, ausencia de luz y presencia de aire  Índice de acidez - Experimento # 6 - Experimento # 1 ausencia de luz y aire temperatura de 80°C - Experimento # 5 presencia de aire, ausencia de luz y temperatura a 80°C.

CARACTERIZACIÓN QUÍMICA – ESPECTROFOTOMETRÍA FTIR  Índice de Peróxidos - Experimento # 3 ausencia de aire presencia de luz temperatura de 80°C - Experimento # 5 ausencia de luz presencia de aire temperatura de 80°C ZONALONGITUD DE ONDADESCRIPCIÓN A3473 cm -1 vibraciones correspondientes a hidroperóxidos B cm -1 peróxidos de alquilo y arilo C cm -1 hidroperóxidos trans de ésteres presentes con productos primarios oxidados

Cal/grMuestra #0Muestra #5Biodiésel Calor de Combustión PODER CALORÍFICO  La diferencia del poder calorífico de las muestras seleccionadas con respecto al valor registrado en literatura, se podría atribuir a la materia prima empleada, lo cual van a modificar la calidad del biocombustible.  La diferencia entre muestras se reduce a un 0,75%, lo cual se da por el aumento del grado de acidez del biodiésel y se atribuye también a las condiciones oxidantes de la muestra # 5 (sin luz, con aire y a 80 °C).

ANÁLISIS ESTADÍSTICO  Con el análisis de componentes principales (PCA), se pretendió establecer correlación entre las variables, creando así un modelo simplificado por experimento, que se presenta tomando como criterio de correlación el porcentaje acumulado mayor al 90 %.

 Para cada experimento se establecieron las variables que tienen o guardan algún tipo de relación positiva, negativa y nula. Para ello se tuvo en cuenta variables con valor mayor a 0,3.  Las correlaciones del PC1, permiten explicar el modelo en términos de unas variables específicas y el PC2 en términos de las variables que no fueron considerados en el PC1. ExperimentoPC’s Correlación PC1PC2PC3 1 Alta (+)Y, A, tAC, A NulaCY, V, tV, t Alta (-)VC,Y

 Las variables seleccionadas presentan correlación en cada experimento, planteando así un modelo simplificado (lineal) para cada experimento.  Esto permitió establecer que las variables que tienen mayor incidencia son el Índice de yodo y Viscosidad, mientras que las de menor afectación son la acidez y la contaminación.

Contorno del experimento #1

Acidez, viscosidad y yodo Viscosidad vs acidez vs tiempo mayor solapamiento en experimento # 1.  Viscosidad vs acidez vs tiempo mayor solapamiento en experimento # 1  Las condiciones iniciales se mantienen durante las primeras 20 horas de calentamiento mayoritariamente para el experimento # 1.  Bajo las condiciones del experimento # 1, los valores iniciales de acidez, viscosidad e índice de yodo se mantienen a lo largo del calentamiento.

CONCLUSIONES  La temperatura modifica las propiedades químicas del biodiesel de higuerilla, en especial el índice de acidez, hecho que puede significar un biocombustible con mayores emisiones contaminantes, igualmente altera ligeramente las propiedades físicas cuando la temperatura pasa de 80 a 100 °C.  La presencia de aire resulta ser factor importante en el incremento de la concentración de peróxidos en biocombustible, hecho que se evidencia a través del aumento en intensidades de bandas en los espectros FTIR de las muestras seleccionadas al azar.

CONCLUSIONES  La correlación del comportamiento de las propiedades físicas y químicas evaluadas, con los resultados del análisis de PCA, se puede establecer que índice de yodo y viscosidad son las propiedades que más se afectan el estudio de estabilidad del biocombustible.  Las condiciones de almacenamiento que permiten preservar por mayor tiempo las características físicas y químicas del biodiesel de higuerilla, implican ausencia de aire, luz y una temperatura de 80 °C, condiciones que se representan en el experimento # 1.

RECOMENDACIONES  Evaluar la estabilidad del biodiesel por un tiempo de almacenamiento más prolongado y con diferencias de temperaturas más marcadas.  Realizar análisis cromatográfico con el propósito de establecer estabilidad en términos de composición FAMES  Llevar a cabo una comparación entre materiales de recipientes de almacenamiento con las mismas condiciones del presente estudio de estabilidad.

Revistas:  Fuel Processing Technology, (2009)  Energy & Fuels, Vol 21, (2007)  Energy 53, (2013)  Renewable and Sustainable Energy Reviews, ( )  Low Carbon Economy, Scientific research, Edición 2, (2011)  Chapter 3 - Infrared Spectrometry, (2004)  National Renewable Energy Laboratory, (2004) Trabajos de grado:  Benavides et.al. (2007).  Benjumea et.al. (2010).  Coha et.al. (2009).  Navarrete. (2009).  Orihuela. (2011).  Quezada. (2007)  Sánchez et.al. (2012).  Velásquez. (2007). REFERENCIAS