caracterización de biodiesel a par2r de su perfil de...

Caracterización de biodiesel a par2r de su perfil de ácidos grasos

Jaime Armendáriz Velázquez

Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica, Universidad Autónoma de Nuevo León

Laboratorios de Inves2gación e Innovación en Tecnología Energé2ca

Área de Ciencia de los Combus2bles

13 de Noviembre de 2017

Contenido

•  Introducción

•  ObtencióndelaMateriaPrimayprocesodeTransesterificación.

•  Análisisdecalidaddelasmateriasprimas:PerfilesdeácidosGrasos.

•  PropiedadesQuímicas,FísicasyTermodinámicasdelbiodieselresultante

2

Introducción

• MateriaPrimadelBiodiesel:AceitesVegetales

• Compuestasprincipalmenteportresdiferentesácidosgrasos:•  Saturados•  Monoinsaturados•  Poliinsaturados

•  TodoslosÁcidosGrasosdelosaceitesvegetalesseencuentranenmodoCis

3

ObtencióndelaMateriaPrima•  ProduccióndeBiodieseldePrimeraGeneración.

•  PrimerPaso:ProduccióndelaMateriaPrima.

4

ObtencióndelaMateriaPrima•  PurificacióndelAceiteCrudo

•  Desgomado:H2PO4(10%v/v)

•  Neutralizado:KOH

•  Clarificado:TierrasDiatomeas(mix,5%)-CarbónAc[vado(1%)

5

Transesterificación

6

AnálisisdeCalidaddelasMateriasPrimas•  Contenidodeme[lésteres(EN14103).

•  El contenido de me[l ésteres (% FAME) se mideusando cromatogra_a de gases (CG) con unacolumna de composición polar como faseestacionaria.

•  Los me[l ésteres se separan de acuerdo a lalongituddesuscadenas(can[daddeC)yelnúmerodedoblesenlaces.

•  La norma estandarizada EN 14103 considera losésteres contenidos entre el miristato (C14:0) y elme[lésterdelácidonervónico(C24:1).

7

AnálisisdeCalidaddelasMateriasPrimas•  Se u[liza me[l heptadecanoato (99.5% de pureza)comopatróninterno.

•  Un biodiesel de calidad debe tener mínimo uncontenido deme[lésteres del 96.5% p/p cuando espuro.

•  Un bajo contenido de me[lésteres indica unascondicionesdereacciónnoapropiadas,olapresenciade contaminantes tales como alcohol residual,glicéridos,glicerol,metalesocomponentesmenorescomo tocoferoles, fosfolípidos, esteril glucósidos(fitoesteroles),clorofilas,grasassolubles,vitaminasehidrocarburos (alcanos, escualenos, carotenos ehidrocarburospolicíclicospolicarbonados)

8

AnálisisdeCalidaddelasMateriasPrimas•  Deigualmanera,tambiénesposibledeterminarelcontenidodeácidolinolénico(C18:3).

•  Este ácido insaturado está limitado por lasespecificaciones hasta un máximo de 12% p/pdebido a que causa baja estabilidad oxida[va ydepósitosenelmotor.

•  De igual manera, sólo admite un máximo deme[lésterespoliinsaturados (≥4doblesenlaces)de1.0%p/p.

•  Las normas ASTM no [enen una especificaciónequivalente.

9

AnálisisdeCalidaddelasMateriasPrimas

10

AnálisisdeCalidaddelasMateriasPrimas

11

AnálisisdeCalidaddelasMateriasPrimas

12

Densidad

13

• 𝜌15°=847.712+ 274.883 𝑑𝑒+950(𝑜−2)+312.149/1.307+𝑐 •  Donde:

•  c:NúmerodeÁtomosdeCarbonodelÁcido.• de:NúmerodeDoblesenlacesdelÁcido.• O:NúmerodeÁtomosdeOxigenodelÁcido.

• Parámetroimportantedebidoaquedeterminaenengranmedidaelcomportamientodelbio-combus[ble.

Densidad

14

ÍndicedeYodo

15

•  𝐼𝑌= 3𝑃𝑀↓𝐼↓2   𝑑𝑒/𝑃𝑀↓𝐴𝑐𝑒𝑖𝑡𝑒  • Donde:• 3𝑃𝑀↓𝐼↓2   :PesoMoleculardelI2(253.8089𝑔/𝑚𝑜𝑙 ).•  𝑃𝑀↓𝐴𝑐𝑒𝑖𝑡𝑒 :PesoMoleculardelAceite.• de:Doblesenlacespresentes.

• Parámetroimportante,relacionadoconlavidadeanaqueldelbiocombus[ble;suestabilidadhidrolí[cayoxida[va.

ÍndicedeYodo

16

127.19

117.57

132.51

146.29

86.44

0 20 40 60 80 100 120 140 160

MAIZ

CANOLA

SOYA

CARTAMO

RICINO

IndicedeYodo(gI2/100gdeaceite)

NumerodeCetano

17

• 𝑁𝐶=𝐴+(𝐵+𝐶.𝑑𝑒+𝐷. 𝑑𝑒↑2 )𝑐+𝐸. 𝑐↑2 {█A=−12.157+6.130(𝑚−1) B=7.965−0.324(𝑚−1) C=−1.785+0.263(𝑚−1) D=0.235−0.107(𝑚−1) E=−0.099   •  Donde:•  𝑐:Numerodeátomosdecarbonodelácido.•  𝑑𝑒:Numerodedoblesenlacesdelácido.• 𝑚:Numerodecarbonosdelalcoholempleadoenlatransesterificación

•  Elnúmerodecetanoesunparámetroimportantequemidelacalidaddelaignicióndelcombus[ble,midiendoel[empoderetraso([empotranscurridoentrelainyeccióndelcombus[bleyelcomienzodelacombus[ón)

NumerodeCetano

18

DosadoEstequiométrico

19

•  𝐹↓𝑒 = 𝑚↓𝑓 /𝑚↓𝑎  |↓𝑒 = 𝑃𝑀↓𝑓 /𝑃𝑀↓𝑎  . 𝑛↓𝑓 /𝑛↓𝑎  |↓𝑒 = 𝑃𝑀↓𝑓 /𝑃𝑀↓𝑎  . 𝑋↓𝑂↓2  /𝑐+ ℎ/4 + 𝑜/2  • Donde:•  𝑃𝑀↓𝑎 :PesoMoleculardelaireseco, 𝑃𝑀↓𝑎 =28.9646𝑘𝑔/𝑘𝑚𝑜𝑙 •  𝑋↓𝑂↓2  :FracciónmolardeO2enelaire, 𝑋↓𝑂↓2  =0.2095

•  Es importante el cálculo del Dosado Estequiométrico debido a quemuestra la relación entre biodiesel y aire necesarios para que elprocesodecombus[ónpuedallevarseacabo.

Contenido

20

11.4

11.6

11.8

12

12.2

12.4

12.6

DOSA

DOESTEQ

UIOMETRICO

(KGA/

KGF) Maiz

CanolaSoyaCartamoRicino

Caracterización de biodiesel a par2r de su perfil de ácidos grasos

Jaime Armendáriz Velázquez

Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica, Universidad Autónoma de Nuevo León

Laboratorios de Inves2gación e Innovación en Tecnología Energé2ca

Área de Ciencia de los Combus2bles

13 de Noviembre de 2017