Resumen

Los combustibles  fósiles  se han convertido en parte esencial de nuestra vida, sin embargo, éste combustible es altamente contaminante, es un recurso no renovable y de precios altos. Es por ello que la ciencia ha buscado alternativas más amigables con el ambiente, una de ellas es el biocombustible que se obtiene a partir de aceites vegetales mediante el proceso químico de transesterificación. 

En este trabajo se sintetizó biocombustible a partir de 4 aceites diferentes: Aceite de coco, eficiente,  pero por su densidad, el proceso es más tardado. Aceite de cocina limpio, de fácil reacción y se obtiene buen rendimiento.  Aceite de cocina reusado, al  igual que con el aceite limpio se obtienen buenos resultados solamente que se tiene que limpiar por método de filtración antes de hacerlo reaccionar. Finalmente se obtuvo aceite de lirios acuáticos por el método de prensado en frío, es tardada la extracción del aceite y se obtuvo muy poco producto por lo que no se logró someterlo a transesterificación para obtener el biocombustible. 

Con base en los anteriores resultados, actualmente se trabaja sobre la propuesta de obtener biocombustible a partir de aceite de cocina usado, con el fin de evitar la contaminación que este producto genera y darle un uso que favorezca nuestro entorno, proponiendo que la cafetería, con la que cuenta nuestro colegio, nos brinde el aceite que se utilice;  lo procesaremos y el biocombustible será empleado como parte del equipo de laboratorio y una vez adaptada la estufa del colegio se sustituirá el gas. Esto es en lo que se está trabajando actualmente.

Pregunta de Investigación

Planteamiento del Problema

Actualmente nuestro planeta sufre un deterioro, muchos son los factores que lo generan, el uso de combustibles para mantener nuestro ritmo de vida es uno de los principales problemas, ¿será posible encontrar alternativas que nos lleven a hacer sustentable el uso de estos combustibles?

Antecedentes

El biodiésel es un biocarburante líquido producido a partir de los aceites vegetales y grasas animales. Las propiedades del biocombustible son prácticamente las mismas que las del diésel. Además, presenta un punto de inflamación superior. Por todo ello, el biocombustible puede mezclarse con el diésel para su uso en motores e incluso sustituirlo totalmente si se adaptan éstos convenientemente. A diferencia de otros combustibles, los biocarburantes o biocombustibles utilizan productos vegetales como materia prima.

Eutrofización

Enriquecimiento de las aguas con nutrientes de manera que la descomposición del exceso de materia orgánica produce una disminución del oxígeno en las aguas profundas.

Aceite como contaminante.

Está demostrado que es uno de los residuos más contaminantes que existen en el planeta. Principalmente por su elevado contenido en metales pesados y su baja biodegradabilidad. Su vertido es capaz de contaminar tanto el suelo como las aguas superficiales y subterráneas, afectando gravemente a la fertilidad del suelo imposibilitando el cultivo. Si los aceites usados se vierten en el mar, los compuestos hidrocarbonados pueden perdurar entre 10 y 15 años flotando sobre las aguas. Sin embargo, este poder contaminante se puede evitar si el aceite usado es extraído, almacenado y tratado adecuadamente. Cada litro de aceite comestible que es tirado al drenaje contamina 1´000,000 de litros de agua.

Técnicas de recuperación de aceites usados

La transformación del aceite usado a energético, requiere la aplicación de un tratamiento tendiente a adecuar las condiciones del aceite a las características propias del proceso de combustión, consistente básicamente en la aplicación de las siguientes etapas: a) extracción de partículas gruesas mediante filtración b) remoción de partículas finas, mediante procesos de sedimentación y centrifugación.

• Regeneración
• Comercialización como combustible sin tratar (fueloil)
• Biodegradación de aceites usados
• Utilización como combustibles alternativos

Aceite vegetal como combustible diésel^[1] También es técnicamente posible emplear aceites vegetales, como el de girasol o el de colza, al tener propiedades muy similares al gasóleo, y por su bajo precio. Ahora bien, el uso de estos combustibles es ilegal en algunos países.

Además, tiene una densidad superior, lo que puede perjudicar y dañar ciertos tipos de bomba de combustible. Es posible que provoque corrosión en manguitos de caucho y conductos metálicos ya que atrae la humedad y es inmiscible (el agua no se puede mezclar con aceite), una fuente probable de problemas. En cambio, el biodiésel no tiene ningún problema legal, ni provoca un escape oloroso. No es lo mismo aceite, que esteres procesados para eliminar el agua, glicerina, etc. Mecánicamente el biodiésel da muchos menos quebraderos de cabeza, está más adaptado para este tipo de uso.

Reacción de transesterificación^[2] para producir biocombustible

La transformación que se llevó a cabo, en este trabajo, es un proceso químico denominado transesterificación, en esta reacción,  se utilizan como reactivos los aceites vegetales y metanol, dicha reacción es catalizada por una base (hidróxido de sodio NaOH), mediante agitación constante y una temperatura de 60°C se desplaza la reacción hacia los productos que son el biocombustible y glicerina.

Tomado de: http://www.madrimasd.org/blogs/energiasalternativas/2009/07/31/122559

Glicerol Como podemos ver, el glicerol es un subproducto del biodiesel. Éste se genera en cantidades considerables en los procesos que dan lugar a la fabricación del biodiesel, Hoy en día, quizás la mayor preocupación se encuentra en intentar dar salida y utilidad a dicho subproducto, pues está creando un cierto impacto medio ambiental, así como afectando económicamente. En este caso, el glicerol como subproducto, sigue sin ser tóxico, ni siquiera irritante, además de ser biodegradable y se puede reciclar pues gracias a sus propiedades físicas y químicas, puede ser convertido en un tipo de disolvente, el cual puede usarse como alternativa a los disolventes de tipo orgánico utilizados normalmente.

^[1] Tomado de: https://www.motorpasion.com/coches-hibridos-alternativos/usar-biodiesel-o-aceite-vegetal-en-vez-de-gasoleo-en-motores-diesel

^[2] La transesterificación esto es el proceso de intercambiar el grupo alcoxi de un alcohol. Estas reacciones son frecuentemente catalizadas mediante la adición de un ácido o una base.

Objetivo

Obtener un biocombustible a partir de diferentes aceites vegetales y demostrar que se puede dar un buen uso, a un producto altamente contaminante, proponiéndolo como alternativa en laboratorios y cafeterías escolares.

Justificación

Los combustibles fósiles son altamente contaminantes, tiene elevados precios y se están agotando por lo que, es necesario buscar nuevas alternativas que sean amigables con el ambiente. Con este biocombustible buscamos darle un mejor uso a aceites de cocina usados (que igualmente son contaminantes) y prevenir la eutrofización ya que, al igual se realizaron pruebas con aceite de lirios acuáticos. 

Hipótesis

Si logramos obtener, con un buen rendimiento, un biocombustible a partir de diferentes aceites, podremos proponer un uso amigable con el medio ambiente y con la economía.

Método (materiales y procedimiento)

1.Reacción de transesterificación.

En estas reacciones, se utilizan como reactivos los diferentes aceites vegetales elegidos y metanol, dicha reacción es catalizada por una base (hidróxido de sodio NaOH), mediante agitación constante y una temperatura de 60°C. Se desplaza la reacción hacia los productos que son el biocombustible y glicerina.

2. Decantación de la mezcla.
3. Lavados del biodiésel.
4. Prueba de combustión.
5. Determinación de rendimiento.
6. Propuesta de estufa.

MATERIALES

• Matraz de Eler Meyer de 1L
• Embudo de separación
• Soporte universal
• Anillo de soporte universal
• 4 vasos de precipitado de 600ml
• Tela de asbesto
• Tripié
• Termómetro
• Agitador magnético
• Mechero Bunsen

SUSTANCIAS QUÍMICAS

• Hidróxido de sodio
• Metanol
• Agua
• Aceites vegetales

PROCEDIMIENTO      FASE 1   1. Mezclar con ayuda de un agitador magnético: Hidróxido de sodio (3gr.) con Metanol (100 ml) en un vaso de precipitado, a esta mezcla se le conoce como metóxido. 2. En un matraz Erlenmeyer  colocar 150 ml. del aceite que se requiera para llevar a cabo la reacción. 3. Nuevamente con la ayuda del agitador magnético, mezclar el aceite con el metóxido y hacerlo reaccionar a una temperatura de 60°C durante 90 minutos.

Colocar la mezcla que se obtiene de la reacción anterior en un embudo de separación y dejar reposar hasta que haya una separación donde arriba se encuentre el biocombustible y abajo la glicerina; el cual es un subproducto de la reacción. 5. Realizar un lavado con agua. Posteriormente hacer un secado a 48º C durante media hora.

Galería Método

Resultados

Se realizaron dos pruebas de combustión con una lámpara de alcohol y se midió el tiempo en el que el biocombustible de consumía.

Prueba de combustión:

• Prueba 1: 29ml. de biocombustible tuvo un rendimiento de 172 minutos.

90.66% fue el rendimiento de 136 ml. de biocombustible

14 ml. de glicerina que representa un porcentaje de 9.34%

Sustento Matemático

Prueba de combustión:

29 ml de biocombustible-172 min.

136 ml de biocombustible -806 min.

El total de biocombustible que se produjo para esta prueba fue 136 ml pero solo se utilizaron 29 ml. Realizamos una regla de 3 para saber cuál sería el porcentaje si se hubieran utilizado 136 ml.

Porcentaje de rendimiento con aceite usado:

150 ml de aceite usado-100%

136 ml de biocombustible-90.66%

Pruebas con diferentes aceites

• Prueba 1: aceite de coco. No se llegó a disolver por completo.
• Prueba 2: aceite de cocina limpio. Se obtuvo una mayor cantidad de biodiesel.
• Prueba 3: aceite de cocina usado. Se obtuvo 136 ml pero tuvimos que limpiarlo mediante el proceso de filtración
• Prueba 4: aceite de lirios. No se lograron las reacciones.

Galería Resultados

Discusión

La obtención de un combustible a partir de diferentes aceites vegetales a través  de una reacción química, es un proceso sencillo y eficiente, ya que se obtienen buenos rendimientos. Las posibilidades de usar el combustible obtenido se vuelven muy grandes pero sobre todo lo consideramos una buena alternativa para darle un uso a un material altamente contaminante como lo es el aceite usado y si además puede ayudar a las comunidades necesitadas de nuestro país, sería un doble logro.

Conclusiones

En el proceso varias pruebas llegaron al mismo resultado, la obtención del biocombustible, sin embargo en la prueba con el aceite de lirios se obtuvo menor cantidad de aceite. Concluimos que el mejor rendimiento se obtiene al utilizar aceite de cocina usado; tomando en cuenta que este aceite contamina al medio ambiente y que con este proceso se le da una utilidad que además puede apoyar la economía, se propone como un sustituto del gas. Actualmente se esta trabajando con pruebas con estufas para que en un futuro se pueda utilizar en cafeterías o en laboratorios, sustituyendo el gas.

La siguiente etapa del proyecto será perfeccionar el método de extracción de aceite de lirios.

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En el texto: (Cricyt.edu.ar, 2017)

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Summary

Nowadays fuels have been transforming an essential part of our lives, mostly fossil fuels. Nevertheless, fuel is extremely polluting, it is a non-renewable source of energy and highly expensive. For that reason, science has been searching for friendlier alternatives with the environment, one of those is the biofuel obtained out of plants through the chemical process of transesterification.

On this work a biofuel was synthesized using different oils for its base: coconut oil, efficient, but because of the density, the process is slower; clean cooking oil, highly reactive and capable of a good performance; used cooking oil, as with clean cooking oil good results can be obtained, but it has to be cleaned for the filtration method before the reaction; finally, water-based hyacinth oil obtained by the cold pressing method. The extraction of the oil is slower in the latter case, and it was obtained in very small amounts and it couldn’t be used in the transesterification process for obtaining a biofuel.

Using the previous results as a reference, we are currently working on a process to obtain a biofuel from used cooking oil. In trying to protect the environment and to avoid the contamination that this product generates and to give it a use that favors our environment, we are suggesting that the cafeteria that is currently operating in our school give us the oil that has been used in cooking meals. We will process it and the biofuel will be used as part of the laboratory  materials and once the stove of the college is adapted, the biofuel will substitute the gas distribution system used now as an energy source for cooking food. We are currently working on this.

Research Question

Problem approach

Today our planet is suffering a deterioration, many are the factors that generate it, the use of fuels to maintain our rhythm of life is one of the main problems, will it be possible to find alternatives that will make us sustainable the use of these fuels?

Background

A biofuel is a liquid fuel obtained through a process involving vegetable oils and grease. The biofuel and the diesel share the same properties. In addition, the biofuel shows a high flash point. Due to all these reasons, the biofuel can be mixed with fuel so as to use them in motors and can totally be replaced if it is well used. Unlike other fuels, biofuels use vegetable products as raw material.

Eutrophication

Water enrichment with nutrients. The decomposition of the excess of organic matter produces a diminution of the oxygen on the deep water.

Oil like pollutant It is demonstrated that oil is one of the more polluting wastes on the planet, mainly because of its high content on heavy metals and their short amount of biodegradability. Their spilled is able to pollute the land as much as water, seriously affecting the land fertility, which makes cultivation impossible. If the used oils are thrown into the sea, the compound hydrocarbons can stay on the water from 10 to 15 years. However, this polluting power can be prevented if the used oil is extracted, collected and adequately addressed.   Each liter of cooking oil that is thrown to the drains pollutes 1´000,000 liters of water.

Techniques of recovery of used oils

The transformation of used oil to an energetic, requires the application of a treatment trend to adjust the conditions of oil to the characteristics own of the process of combustion, basically consisting on the application of the next steps:

1. a) extraction of the thick particles by filtration.
2. b) removal of the fine particles, through processes of sedimentation and centrifugation.

• Regeneration
• Commercialization like gas without treatment (fueloil)
• Biodegradation of used oils
• Utilization like alternative gas

Vegetal oil like diesel^[1]

Technically it is also possible to use vegetable oils, like the sunflower oil or the rape oil since they share properties with diesel oil, and because of their low price. However, the use of these gases is illegal in some countries.

Also, it has high density, which can damage some types of combustion bomb. It is possible that it provokes corrosion on rubber sleeves and metallic conducts since it attacks the

moisture and is immiscible (the water cannot mix with oil), a likely source of problems.

On the other hand, the biofuel does not have any legal problem, nor provokes an

odorous escape. Oils and processed esters are not the same for eliminating  water, glycerin, etc.

Transesterification^[2] reaction to produce biofuel

The transformation, which was carried out in this project, is a chemical process called transesterification. For this reaction, natural oils and methanol are used as reactives. This reaction is catalyzed by a base (sodium hydroxide NaOH), through constant stirring and a temperature of 60°C it moves the reaction to the products that are the biofuel and glycerin.

Taken from: : http://www.madrimasd.org/blogs/energiasalternativas/2009/07/31/122559

 Glycerol

The glycerol is a subproduct of the biofuel. This generates on considerable amounts on the processes that gives place on the fabrication of the biofuel. Nowadays, maybe the higher preoccupation is found on trying to give utility to this subproduct, because it´s creating a certain impact on the environment, as well as affecting economically.

Now, glycerol as subproduct, continues without being toxic, nor irritating, in addition to being biodegradable and it can be recycled due to their physical and chemical properties, it can be transformed on a type of solvent, which can be used like an alternative to solvents of organic type used normally.

^[1] Taken from: : https://www.motorpasion.com/coches-hibridos-alternativos/usar-biodiesel-o-aceite-vegetal-en-vez-de-gasoleo-en-motores-diesel

^[2]  La transesterificación esto es el proceso de intercambiar el grupo alcoxi de un alcohol. Estas reacciones son frecuentemente catalizadas mediante la adición de un ácido o una base.

Objective

To create a biofuel by making tests with different kinds of oils in order to demonstrate which of the oils is more efficent. To make tests with the biofuel on stoves so that, in the future, it can be used instead of gas in rural schools.

Justification

Fuels are extremely polluting, they have high prices and they are running out. Therefore, it is necessary to search new alternatives that can be friendly with the environment. With this biofuel we are looking forward to giving a better use to the used cooking oil, which is equally polluting, and to prevent the eutrophication. 

Hypothesis

If we manage to modify and create a biofuel out of water hyacinth after the results obtained in the experimentation with oil, we will then obtain an economic and ecofriendly with environment.

Method (materials and procedure)

MATERIALS

• Erlenmeyer flask of 1L
• Separation funnel
• Universal support
• Universal support ring
• 4 beakers of 600ml
• Asbestos clothing
• Tripod
• Thermometer
• Magnetic stirrer
• Bunsen lighter

CHEMICALS

• Sodium hydroxide
• Methanol
• Water
• Vegetable oils

METHOD

PHASE 1

1. Mix with a magnetic stirrer: Sodium hydroxide (3 gr.) with methanol(100 ml) on a beaker, this mix is called methoxy.
2. Put in an erlenmeyer flask 150 ml of the oil that requires to carry out the reaction.
3. On the magnetic stirrer mix the oil with the methoxy at a temperature of 60°C during 90 minutes.
4. Put the mix in a separation funnel and let it rest until it has a separation showing the biofuel on the top and the glycering at the bottom; which is the subproduct of the reaction.
5. Wash with water. Dry at 48°C during half an hour.

Method Gallery

Results

Two combustion tests with an alcohol lamp were carried out and we timed up how long it took the biofuel to consume.

Combustion test:

• Test 1: 29ml. of biofuel had a yield of 172 minutes.

90.66% was the yield of 136 ml of biofuel.

14 ml of glycerin that represents a percentage of 9.34%

9. Mathematical support

Test of combustion:

29 ml of biofuel-172 min.

136 ml of biofuel-806 min.

The total of biofuel that was produced for this test was 136 ml but only 29 ml were used.

We made a rule of three to know which the percentage would be if we had used 136 ml.

Yield percentaje of used oil:

150 ml. of used oil-100%

136 ml of biofuel-90.66%

Tests with different oils

• Test 1: coconut oil. Did not fully dissolve.
• Test 2: cooking oil. A higher quantity of biodiesel was obtained.
• Test 3: We obtained 136 ml but we had to purge it by filtration. Test 4: water hyacinth. The reactions were not successful

Tests with stoves

Results Gallery

Discussion

Obtaining a fuel from different vegetable oils through a chemical reaction is a simple and efficient process, as good yields are obtained. The possibilities of using the obtained fuel become very great but above all we consider it a good alternative to give a use to a highly polluting material like the used oil and if in addition it can help to the communities in need of our country, would be a double achievement.

Conclusions

Several tests  showed the same results. However, the test with water hyacinth did not throw the expected results.

In conclusion, it is easier to use used cooking oil because it pollutes the environment, and with this process we can recycle it. Also,  it was easier to obtain.  
Currently we are carrying out tests on stoves so that the oil can be used in cafeterias. Nevertheless, the next stage of the project will be aimed at enhancing the oil extraction from water hyacinth.

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