Semillero de Investigación en Biocombustibles, Energía y Protección del Medio Ambiente BEPMA

Academia Articulación BEPMA Sector Productivo

ARTICULACIÓN ECOPETROL SEB ICP INEM BEPMA

Convenio de Cooperación Tecnológica 007 DE 2006 ECOPETROL S.A. ICP – INEM “Custodio García Rovira” de Bucaramanga 2006-2010 Convenio de Cooperación Tecnológica ECOPETROL S.A. ICP – INEM “Custodio García Rovira” de Bucaramanga Semillero de Investigación en Biocombustibles, Energía y Protección del Medio Ambiente BEPMA 2006-2010 4

Desarrollar el proyecto de investigación Objeto Desarrollar el proyecto de investigación Convenio de Cooperación Tecnológica ECOPETROL S.A. ICP – INEM “Custodio García Rovira” de Bucaramanga Semillero de Investigación en Biocombustibles, Energía y Protección del Medio Ambiente BEPMA 2006-2010 5

Obtención de un biocombustible a través de la transesterificación de los aceites de Palma, Higuerilla y Jatropha Curcas con etanol Convenio de Cooperación Tecnológica ECOPETROL S.A. ICP – INEM “Custodio García Rovira” de Bucaramanga Semillero de Investigación en Biocombustibles, Energía y Protección del Medio Ambiente BEPMA 2006-2010 6

“Desarrollar y probar un modelo tecnológico Objetivo General: “Desarrollar y probar un modelo tecnológico para la producción de biodiesel a pequeña escala a partir de la transesterificación de los aceites de Palma, Higuerilla y Jatropha Curcas con Etanol para la provisión de energía limpia en el Departamento de Santander” Convenio de Cooperación Tecnológica ECOPETROL S.A. ICP – INEM “Custodio García Rovira” de Bucaramanga Semillero de Investigación en Biocombustibles, Energía y Protección del Medio Ambiente BEPMA 2006-2010 7

Objetivos Específicos 1.-Establecer un modelo de investigación para el área de biocombustibles 2.- Experimentar el diseño preliminar de producción del etilester a partir de la transesterificación de losAceite de Palma, Higuerilla y Jatropha Curcas con Etanol 3.- Optimizar la producción de etilester por descarte de variables 4.- Caracterizar las muestras de etilester de acuerdo a las normas ASTM 5.- Producir biodiesel a partir de muestras certificadas por ECOPETROL -ICP Objetivos Específicos Convenio de Cooperación Tecnológica ECOPETROL S.A. ICP – INEM “Custodio García Rovira” de Bucaramanga Semillero de Investigación en Biocombustibles, Energía y Protección del Medio Ambiente BEPMA 2006-2010 8

BEPMA una estrategia efectiva de aprendizaje significativo para un mundo globalizado

Problema ¿Cuáles son las condiciones ideales que maximizan la conversión en la reacción de transesterificación del aceite de palma RBD con etanol? Problema Convenio de Cooperación Tecnológica ECOPETROL S.A. ICP – INEM “Custodio García Rovira” de Bucaramanga Semillero de Investigación en Biocombustibles, Energía y Protección del Medio Ambiente BEPMA 2006-2010 18

HIPOTESIS Convenio de Cooperación Tecnológica ECOPETROL S.A. ICP – INEM “Custodio García Rovira” de Bucaramanga Semillero de Investigación en Biocombustibles, Energía y Protección del Medio Ambiente BEPMA 2006-2010 Las condiciones ideales para lograr una alta conversión en la producción de etilester por transesterificación de los aceites con etanol dependen de la concentración del catalizador y la temperatura empleada durante la transesterificación 19

Demostrar la verdad o falsedad de FASE EXPERIMENTAL Objetivo Demostrar la verdad o falsedad de la hipótesis Convenio de Cooperación Tecnológica ECOPETROL S.A. ICP – INEM “Custodio García Rovira” de Bucaramanga Semillero de Investigación en Biocombustibles, Energía y Protección del Medio Ambiente BEPMA 2006-2010 20

METODOLOGIA La investigación es de tipo experimental debido a que en las actividades que se realizan no solo se identifican las características que se estudian sino que se controlan, se alteran o manipulan algunas variables de proceso con el fin de observar los resultados al tiempo que procura evitar que otros factores intervengan en la observación. Convenio de Cooperación Tecnológica ECOPETROL S.A. ICP – INEM “Custodio García Rovira” de Bucaramanga Semillero de Investigación en Biocombustibles, Energía y Protección del Medio Ambiente BEPMA 2006-2010 21

1.- Relación etanol/aceite 2.- Concentración del catalizador VARIABLES Variables de entrada: 1.- Relación etanol/aceite 2.- Concentración del catalizador Variable de salida o de respuesta La conversión Convenio de Cooperación Tecnológica ECOPETROL S.A. ICP – INEM “Custodio García Rovira” de Bucaramanga Semillero de Investigación en Biocombustibles, Energía y Protección del Medio Ambiente BEPMA 2006-2010 22

Factores constantes 1.- Tipo de aceite 2.- Tipo de alcohol 3.- Presión 4.- Velocidad de agitación

Diseño experimental Durante el desarrollo del proyecto estudiamos la reacción de transesterificación a través de un experimento controlado en el cual se mide la influencia que tienen las variables de entrada en la variable de salida. Convenio de Cooperación Tecnológica ECOPETROL S.A. ICP – INEM “Custodio García Rovira” de Bucaramanga Semillero de Investigación en Biocombustibles, Energía y Protección del Medio Ambiente BEPMA 2006-2010 24

las posibles combinaciones de los niveles de los DISEÑO FACTORIAL Utilizamos un diseño el cual se investigan todas las posibles combinaciones de los niveles de los factores en cada ensayo o replica del experimento FACTOR Cada una de las variables de entrada NIVELES DE LOS FACTORES Los valores que toman esas variables. Convenio de Cooperación Tecnológica ECOPETROL S.A. ICP – INEM “Custodio García Rovira” de Bucaramanga Semillero de Investigación en Biocombustibles, Energía y Protección del Medio Ambiente BEPMA 2006-2010 25

Para cada factor se han escogido tres niveles El valor de estos niveles se obtuvo teniendo en cuenta lo reportado en la bibliografía investigada. Convenio de Cooperación Tecnológica ECOPETROL S.A. ICP – INEM “Custodio García Rovira” de Bucaramanga Semillero de Investigación en Biocombustibles, Energía y Protección del Medio Ambiente BEPMA 2006-2010 FACTORES NIVELES Relación molar etanol/aceite 3:1 6:1 9:1 Concentración de catalizador 0.5% 1.0% 1.5% 26

Dado que tenemos 2 factores y 3 niveles, el tipo de diseño factorial = 32 donde 3 = número de niveles por factor 2 = número de factores. Convenio de Cooperación Tecnológica ECOPETROL S.A. ICP – INEM “Custodio García Rovira” de Bucaramanga Semillero de Investigación en Biocombustibles, Energía y Protección del Medio Ambiente BEPMA 2006-2010 27

Las combinaciones que se producen al cruzar cada uno de los niveles de los factores reciben el nombre de tratamientos Convenio de Cooperación Tecnológica ECOPETROL S.A. ICP – INEM “Custodio García Rovira” de Bucaramanga Semillero de Investigación en Biocombustibles, Energía y Protección del Medio Ambiente BEPMA 2006-2010 28

Los tratamientos que se producen al cruzar los niveles son 32 = 9 Considerando la variable temperatura cada tratamiento se hace por triplicado 9 x 3 = 27 tratamientos Considerando la variable tiempo cada 27 x 3 = 81 tratamientos

y con el fin de que el experimento sea aleatorizado, el orden cronológico en que se realizara será determinado al azar. A cada tratamiento se le determinará la conversión (variable de salida), valor que será registrado para luego realizar el análisis estadístico propio de un diseño factorial 32 Convenio de Cooperación Tecnológica ECOPETROL S.A. ICP – INEM “Custodio García Rovira” de Bucaramanga Semillero de Investigación en Biocombustibles, Energía y Protección del Medio Ambiente BEPMA 2006-2010 30

Interventor: Ing. Erika Guzmán Docente Responsable: Jorge García Convenio de Cooperación Tecnológica No.07 de 2006 ECOPETROL S.A. – SEB - INEM “Custodio García Rovira de Bucaramanga” Proyecto: “Obtención de un biocombustible a través de la transesterificación del Aceite de Palma RBD con etanol” Interventor: Ing. Erika Guzmán Docente Responsable: Jorge García Fase No. I Masa de Aceite de Palma RBD: 455 gramos Tiempo: 15 minutos No Fecha Relación Molar a/e Catalizador % oC Agitación r.p.m. Etilester Glicerina Conversión 01 3:1 0,5 60 400 02 6.1 03 9:1 Convenio de Cooperación Tecnológica ECOPETROL S.A. ICP – INEM “Custodio García Rovira” de Bucaramanga Semillero de Investigación en Biocombustibles, Energía y Protección del Medio Ambiente BEPMA 2006-2010 31

Fase Experimental

INSUMOS PRODUCTO PROCESO

Endospermio o Almendra Exocarpio Endospermio o Almendra Estigma Endocarpio o cuesco Mesocarpo o pulpa

Del mesocarpio del fruto se extrae el aceite de palma (palm oil) EELAEIS GUINEENSIS Del mesocarpio del fruto se extrae el aceite de palma (palm oil) De la almendra se extrae el aceite de palmiste (Kernel oil) y la harina (palm kernel)

El procedimiento más empleado para obtener ésteres grasos consiste en una reacción de transesterificación, esta es resultado de tres reacciones reversibles consecutivas: 1.- Transesterificación parcial del triglicérido para formar el diglicérido. 2.- Transesterificación parcial del diglicérido para formar el monoglicérido. 3.-Transesterificación parcial del monoglicérido para formar el éster y glicerina. 36

Reacción de transesterificación general FA G G A A FA FA Catalizador 3 + + 3 FA Biodiesel Glicerina Aceite Vegetal Etanol Bajo condiciones normales, esta reacción ocurre muy despacio, para que la reacción sea más rápida, se usa calor y un catalizador. La reacción puede ser catalizada por un ácido o una base, pero se puede alcanzar una reacción mucho más rápida usando una base 37 37

Después de la reacción se obtiene Una fase rica en ésteres (no polar) Una fase rica en glicerina, etanol y catalizador (polar) Separación en embudo de decantación Lavado Secado Filtrado Cromatografía de gases

RESULTADOS

Obtención de un biocombustible a través de la transesterificación del Aceite Crudo de Palma con etanol. Materia Prima= Aceite Crudo de Palma Procedencia del Aceite = Palmeras de Puerto Wilches S.A

Presión Atmosférica Mayo 27 de 2009 Materia Prima=Aceite de Palma RBD Procedencia del Aceite = Saceites S.A. Volumen de Aceite = 200 ml Relación Molar aceite/etanol = 1:6.5 Concentración del Catalizador = 0.5% Tiempo de Residencia = 60 minutos Temperatura = 75 OC Agitación = 400 rpm Presión Atmosférica Mayo 27 de 2009

RESULTADOS Análisis Unidades Especificación Biodiesel Muestra11 200393828 Replica Bio Muestra 11 200393829 Biodiesl Muestra 20 200393830 Glicerina Libre % Masa 0,02 0,0063 0,0014 0,3386 Monoglicéridos 0,8 1,9213 1,8085 3,4584 Diglicéridos 0,2 0,5929 0,5892 0,8846 Triglicéridos 1,6908 1,6813 1,2029 Glicerina Total 0,25 0,7689 0,7332 1,4919 Alcohol en B100 0.2 Máximo 0,0085 0,0086 0,0084 FAMES TOTALES 96.5 mínimo 96,5565 95,2867 94,5948

El conocimiento de una técnica que nos permite obtener un combustible limpio, como lo exige el mundo y que está en la lucha contra el calentamiento global.

Resultados Institucionales 1.- La creación, puesta en marcha y mantenimiento de un Semillero de Investigación en un colegio de educación media 2.- La articulación con el sector productivo 3.- La formación y fundamentación de jóvenes investigadores en el área de biocombustibles 4.- La creación, puesta en marcha y sostenimiento de una Planta Piloto que genera información y conocimiento acerca de la tecnología de producción de biodiesel por transesterificación de aceites con etanol

5.- El reconocimiento de Colciencias como grupo de Investigación 6.- La presentación de artículos en revistas indexadas 7.- La realización de conferencias ante público especializado en el tema de biodiesel 8.- La presentación de ponencias en congresos de carácter nacional e internacional sobre los resultados del proyecto

Conclusiones

El estudio de las variables consideradas en el proceso de reacción nos permite interpretar: 1.- La presencia de agua y ácidos grasos libres, afectan negativamente la reacción pues generan emulsificación de la glicerina sobre la fase orgánica. También generan hidrólisis de los triglicéridos y formación de jabones en el medio, dificultando la separación. Se recomienda que las materias primas estén libres de agua y tengan un valor ácido menor a 2 mg KOH/g. 2.- La relación alcohol/aceite influye de manera importante en la formación de los ésteres, pues a medida que crece, la cantidad de intermedios (mono y diglicéridos) disminuye, alcanzando la mejor conversión cuando la relación es 6,5/1 molar; por encima de este valor no hay cambios notables. 3.- La temperatura de reacción influye de manera positiva en la velocidad de reacción, aunque, para periodos de reacción prolongados la cantidad final de ésteres producidos tiende a ser la misma a cualquier temperatura. Lo más usual es que la temperatura de reacción sea la de ebullición del alcohol empleado. 4.- Cuando la catálisis es alcalina, los catalizadores más efectivos son los alcóxidos de sodio, pero por su elevado costo son poco requeridos industrialmente; al comparar el KOH y el NaOH, es mejor el último dado que su peso molecular es menor, de manera tal que una menor cantidad logrará el mismo efecto. 5.- La literatura recomienda emplear cantidades de catalizador entre 1% y 1,5% (w/w) respecto de la materia prima oleosa para lograr mejores conversiones, pero a través de nuestra experiencia observamos que manejar dichas concentraciones es muy delicado ya que pueden provocar la formación de jabones, la gelatinización o la emulsificación de la mezcla. Encontramos mejores resultados cuando la proporción de catalizador utilizada está entre 0.45% y 0,70% (w/w) respecto de la materia prima oleosa. 47

Referencias Bibliográficas Básicas *VAN GERPEN, J., CLEMENTS, D., KNOTHE, G. et al., “Biodiesel Production Technology, August 2002–January 2004”,Colorado National Renewable Energy Laboratory. [online] EEUU. jul 2004. [citado 24 abril 2006]. Disponible en la World Wide Web: http://www.doe.gov/bridge. *SRIVASTAVA, A., PRASAD, R. Triglycerides-based Diesel fuels. En: Renewable and Sustainable Energy Reviews [online] abril 2000. [citado oct 2005] p. 111-133. Disponible en la World Wide Web: http:// www.sciencedirect.com.

Muchas Gracias

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