Control de calidad del biodiesel

CONTROL DE CALIDAD DEL BIODIESEL

CLAUDIA LEIVA BAUTISTA

Contenido

1 Introducción.

1.1 Descripción del problema.

8

1.2 Objetivos de la investigación.

8

1.3 Justificación.

9

1.4 Metodología de la investigación.

9

2. Aspectos generales.

10

2.1 El biodiesel.

10

2.2 Clasificación de los biocombustibles.

19

2.2.1 Biocombustibles de primera generación.

20

2.2.2 Biocombustibles de segunda generación.

21

2.2.3 Biocombustibles de tercera generación.

22

2.2.4 Biocombustibles de cuarta generación.

22

2.3 Ventajas y desventajas del biodiesel.

23

2.3.1 Ventajas.

23

2.3.2 Desventajas.

26

2.4 Subproductos de la producción de biodiesel.

27

2.4.1 Glicerina.

27

2.4.2 Cascarilla de la semilla

27

2.4.3 Torta alimenticia.

28

2.4.4 Peladuras de la semilla

28

2.4.5 Pastas jabonosas

28

2.5 Materias primas e insumos para la producción de biodiesel.

29

2.5.1 Las materias primas que pueden usarse para elaborar biodiesel.

29

2.5.2 Los insumos químicos más comunes para elaborar biodiesel.

29

2.6 Procesos de producción de biodiesel.

29

2.6.1 Proceso A.

30

2.6.2 Proceso B.

30

2.6.3 Proceso C.

30

2.6.4 Proceso D.

30

2.6.5 Proceso E.

31

2.6.6 Proceso F.

31

2.7 Caracterización del biodiesel.

31

2.7.1 Punto de Inflamación.

33

2.7.2 Viscosidad.

33

2.7.3 Densidad.

33

2.7.4 Cenizas Sulfatadas.

33

2.7.5 Azufre.

34

2.7.6 Corrosión a la Lámina de Cobre.

34

2.7.7 Número de Cetano.

35

2.7.8 Valor de Yodo.

35

2.7.9 Punto de Nube.

35

2.7.10 Agua y Sedimentos.

35

2.7.11 Los Sedimentos.

36

2.7.12 Residuo Carbonoso.

36

2.7.13 Destilación.

37

2.7.14 Número Ácido, TAN.

37

2.7.15 Contenido en metales (Sodio, Potasio, Fósforo) y Ácidos grasos libres.

37

2.7.16 Lubricidad.

37

2.7.17 Glicerina Libre.

38

2.7.18 Glicerina Total.

38

2.7.19 Contenido de alcohol.

38

2.7.20 Estabilidad a la Oxidación.

39

2.8 Situación de los biocombustibles a nivel mundial.

39

3. Calidad del biodiesel.

45

3.1 Generalidades.

45

3.2 Variables que influyen en la calidad del biodiesel.

48

3.2.1 La calidad de la materia prima.

48

3.2.2 La composición de los ácidos grasos provenientes de aceites vegetales o grasas animales.

51

3.2.3 El proceso de producción y otros materiales utilizados.

54

3.2.4 Los parámetros post producción.

57

3.3 Comportamiento del biodiesel en motores.

60

3.3.1 La combustión.

60

3.3.2 Características del combustible.

61

3.4 La aplicación del biodiesel en motores de combustión interna.

70

3.5 Desempeño de los motores con biodiesel.

73

4. Normas técnicas.

75

4.1 Aspectos generales.

75

4.2 Normativa Europea para el biodiesel.

77

4.3 Condiciones de las normas para el biodiesel en países de Europa.

79

4.3.1 Austria.

79

4.3.2 República Checa.

79

4.3.3 Francia.

80

4.3.4 Alemania.

81

4.3.5 Italia.

81

4.3.6 Suecia.

81

4.4 Normativas americanas para el biodiesel.

86

4.4.1 Normativa de Estados Unidos.

86

4.4.2 Normativa de Argentina.

88

4.4.3 Normativa de Chile.

90

5. Métodos de análisis.

93

5.1 Mediciones de las propiedades del biodiesel.

93

5.1.1 Gravedad o peso específico.

93

5.1.2 Viscosidad cinemática.

96

5.1.3 Punto de inflamación.

99

5.1.4 Temperatura de destilación.

103

5.1.5 Número de cetano.

107

5.1.6 Punto de enturbiamiento o nube.

112

5.1.7 Punto de escurrimiento o fluidez.

115

5.1.8 Corrosión de la tira de cobre.

116

5.2 Mediciones para la estabilidad del combustible.

118

5.3 Pruebas especiales.

120

5.3.1 Medición del contenido de jabones y catalizador.

121

5.3.2 Medición del grado de contaminación del biodiesel.

125

(contenido de acilglicéridos, gliceroles libres y totales) 5.4 Métodos cromatográficos.

125

5.5 Métodos espectrofotométricos.

129

5.6 Métodos basados en las propiedades físicas.

130

5.7 Métodos químicos vía húmeda.

131

5.8 Métodos complementarios de la norma ASTM D 6751

132

5.8.1 Método: ASTM D 287 – Gravedad API para productos

133

del petróleo y petróleo crudo.

5.8.2 Método: ASTM D 4530 – Residuo de Carbono.

133

5.8.3 Método: ASTM D 6584 – Glicerinas libres.

134

5.8.4 Método: ASTM D 6584 – Glicerinas totales.

135

5.8.5 Método: ASTM D 664 – Determinación del

135

Número Ácido por medio de titulación Potenciométrica.

5.8.6 Método: ASTM D 4951 – Método de prueba estándar para

140

determinar los elementos aditivos en los aceites lubricantes por medio de Espectroscopía Inductiva de Emisión Atómica plasmática.

5.8.7 Método: ASTM D 5453 - Método estándar de prueba para determinar el contenido total de azufre en hidrocarburos ligeros, combustibles de motor y aceites por medio de fluorescencia ultravioleta.

144

5.8.8 Método: ASTM D 874 – Método de prueba estándar para cenizas

149

sulfatadas procedentes de aceites lubricantes y aditivos.

5.8.9 Método: Prueba Estándar ASTM D 2709 para el contenido de agua y

151

sedimento en combustibles destilados.

5.9 Importancia de las pruebas de calidad.

153

6. Costos y rentabilidad del proyecto.

155

6.1 Costo de equipos.

159

6.2 Costo de las instalaciones del laboratorio.

163

6.3 Costo total de la inversión.

166

6.4 Costos de operación.

166

6.5 Rentabilidad.

167

7. Demanda en el control de calidad del biodiesel.

169

Conclusiones.

174

Bibliografía.

175

Anexos.

Anexo 1. Reglamento Técnico Centroamericano.

176

Anexo 2. Normativa Chilena sobre Biocombustibles.

193

Notas.

202

1. Introducción.

1.1 Descripción del problema.

La calidad del biodiesel depende del aceite o grasa de partida y del correcto proceso de fabricación.

Es importante controlar ciertos parámetros para determinar la calidad del biodiesel y si es apto para emplear en motores diesel.

Los valores que superen los límites marcados por la norma provocarían los siguientes problemas en el motor: 

Corrosión.



Depósitos en inyectores, cilindros y válvulas.



Falta de estabilidad del combustible.



Procesos de hidrólisis.



Procesos de polimerización.

1.2 Objetivos de la investigación.

1.2.1 Objetivo general.

Llevar a cabo un análisis técnico y económico para evaluar la factibilidad de implementar un laboratorio de control de calidad del biodiesel en El Salvador.

1.2.2 Objetivos específicos. 

Investigar las diferentes normativas en el control de calidad del biodiesel.



Investigar los diferentes métodos de análisis en el control de calidad del biodiesel.



Investigar sobre los diferentes equipos utilizados en el control de calidad del biodiesel.



Investigar sobre los costos y rentabilidad del proyecto.

1.3 Justificación En el país se está produciendo biodiesel para uso interno y exportación. Es importante que el biodiesel, al igual que otros productos, tenga un control de calidad para cumplir con las

normativas internacionales de calidad del biodiesel. De esta forma las

empresas productoras de biodiesel se aseguran de producir biodiesel de excelente calidad para el consumo interno y para exportación.

Un laboratorio de control de calidad del biodiesel puede ser utilizado para realizar investigación científica sobre el biodiesel y brindar servicio de análisis de calidad del biodiesel a empresas que demanden este servicio.

1.4 Metodología de la investigación.

Búsqueda de información en internet, base de datos EBSCO, bibliotecas, centros de documentación, visitas técnicas a empresas productoras de biodiesel, entrevistas con personas conocedoras del tema, etc.

2. Aspectos generales.

2.1 El biodiesel.

La búsqueda de nuevas energías, que sean económicamente rentables y que además contribuyan a disminuir las emisiones contaminantes, son temas contingentes para todos los gobiernos. En este sentido, el desarrollo de nuevos combustibles ha abierto un nuevo desafío y una posibilidad de independencia energética que un país como el nuestro no puede desaprovechar.

El desarrollo de un programa cuyos objetivos se fundamentan en la conveniencia futura de contar con combustibles provenientes de recursos renovables, y teniendo en cuenta la creciente demanda mundial referida a la protección del medio ambiente, haciendo énfasis entre otros en la reducción de la emisión a la atmósfera de gases contaminantes, son argumentos valederos y de indiscutible solidez como para planificar y desarrollar acciones tendientes a contemplar esta demanda.

La industria del Biodiesel tiene un futuro promisorio en nuestro país dado que se puede obtener a partir de aceites vegetales con un simple proceso de refinamiento. Para este caso una de las principales materias primas requeridas es el aceite de tempate.

Existen muchas razones en todo el mundo para interesarse por el estudio y producción del biodiesel, además de las razones anteriormente mencionadas, es una oportunidad para que los países se diversifiquen de acuerdo a sus recursos naturales, ayuda a

estimular mercados agrícolas y reducir pobreza en áreas rurales proporcionando trabajos para personas de bajos recursos, además es compatible con la infraestructura existente de distribución de diesel por lo tanto no requiere inversiones muy grandes de abastecimiento.

Debido a las razones mencionadas anteriormente y a la gran necesidad de disminuir el consumo de los combustibles fósiles no renovables, se quiere estudiar la posibilidad de obtener otras fuentes de combustibles alternativos como el biodiesel.

El gigante crecimiento de problemas ambientales dados por la contaminación ambiental por el mal empleo de las fuentes energéticas fósiles han dejado huellas que hoy en día se quieren de alguna manera reparar mediante el uso no solo de energías limpias renovables sino intervenir en cada uno de los productos de consumo masivo como son el desarrollo de plásticos verdes con capacidades de biodegradación elevadas y campañas en pro del medio ambiente creando conciencia de la magnitud del daño causado por la irracionalidad en estos temas y generar procesos limpios.

El uso de biocombustibles es una de esas alternativas que están dentro del marco de productos verdes o amigables con el medio ambiente, en cuanto al biodiesel se tienen ventajas como: las emisiones de CO2 que estos generan son fácilmente transformadas por los vegetales, no contiene trazas de azufre, no contiene productos aromáticos y las emisiones de monóxido de carbono durante su combustión en motores diesel es del orden del 50% inferior respecto al petrodiesel. El biodiesel generado esta siendo

empleado en mezclas de biodiesel y petrodiesel en las que el biocombustible hace que mejore las cualidades del combustible fósil en cuanto a biodegradabilidad haciéndola mucho mas rápida y reduciendo emisiones causantes de daños en la atmosfera. Las mezclas del combustible amigable y limpio para motores diesel (B100) son designadas como BXX, donde XX es el porciento por volumen de biodiesel.

El mundo no sería el mismo sin la energía proveniente de los combustibles, de hecho, el desarrollo de las civilizaciones en gran medida depende de ello.

Pero este desarrollo está sustentado en el uso de recursos no renovables como el petróleo, el gas natural y el carbón mineral, y a medida que el consumo de energía aumenta, disminuyen las reservas de estos recursos. Como alternativa surgen los biocombustibles, energías renovables provenientes de grasas animales y aceites vegetales, además amigables con el medio ambiente, ya que disminuyen la emisión de gases, y con ellas, el efecto invernadero.

El biodiesel fue el primer combustible en ser usado cuando Rudolf Diesel presentó su motor en Augsburgo; Alemania, el 10 de Agosto de 1893. Por esta razón, se ha declarado este día como el Día Internacional del Biodiesel. En la Exposición Mundial de París en 1900, Diesel presentó un motor funcionando con aceite de maní. Siendo un visionario, él vaticinó que "el uso de los aceites vegetales puede parecer insignificante hoy, pero estos aceites se pueden volver, en el transcurso del tiempo, tan importantes como los productos del petróleo y la brea del presente". La era moderna del biodiesel se iniciaría con posterioridad a la crisis producida por el aumento del precio del petróleo

en el año 1973 y en instituciones como el Laboratorio Nacional de Energías Renovables de los Estados Unidos de América.

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 éster o aceite de semilla de colza). En Europa, es producido principalmente a partir del aceite de la semilla de canola (también conocida como colza o rapeseed) y el biodiesel, denominado comercialmente como RME (Rapeseed Methyl Ester), el cual es utilizado en las máquinas diesel puro o mezclado con diesel, en proporciones que van desde un 5% hasta un 20%, generalmente. En Alemania y Austria se usa puro para máximo beneficio ambiental. Además de la colza, en los últimos años se ha producido biodiesel a partir de soya, girasol y palma, siendo esta última la principal fuente vegetal utilizada en Malasia para la producción de biodiesel PME y PEE (Palm Methyl Ester y Palm Ethyl Ester).

La mayoría de los países de América Latina, entre ellos Uruguay, Argentina, Brasil, Bolivia, Colombia, Perú y Paraguay, tienen un gran potencial para la producción de la materia prima de los biocarburantes, tanto del etanol como del biodiesel.

Para la década de los noventas, la disponibilidad de grandes extensiones de tierras en descanso en Europa permitió el desarrollo de cultivos energéticos oleaginosos destinados únicamente a la producción de biodiesel. Así se tiene a países de Europa

Central que cultivan y utilizan aceite de colza para la fabricación de biodiesel; y a países de la zona mediterránea, que aprovechan el aceite de girasol (Helianthus agnus) para el mismo fin.

La producción de biocombustibles ha cobrado una centralidad creciente como estrategia alternativa al uso de combustibles fósiles, por ejemplo, los derivados del petróleo, que amenazan con acabarse. Investigadores de la Facultad de Farmacia y Bioquímica de la Universidad de Buenos Aires estudian qué procesos enzimáticos resultan más económicos para elaborar biodiesel a partir de aceite de microalgas.

¿Qué son los biocombustibles?

Desde una perspectiva etimológica, serían los combustibles de origen biológico, pero esta definición incluiría el petróleo, ya que este procede de restos fósiles que existen desde hace millones de años. Una mejor definición seria que son los combustibles de origen biológico obtenidos de manera renovable a partir de restos orgánicos. Los biocombustibles constituyen la primera fuente de energía que conoció la humanidad.

Entre los diferentes tipos de biocombustibles están el biogás, bioetanol y el biodiesel.

Este último combustible alternativo para motores diesel es el que está ganando mayor atención en América, especialmente Estados Unidos, después de lograr un gran nivel de éxito en Europa. Sus principales ventajas le permiten resaltar como uno de los combustibles más renovables existentes, es no tóxico y biodegradable. Además se

puede usar directamente en la mayoría de motores diesel sin necesidad de modificaciones extensas.

¿Qué es el biodiesel?

Biodiesel se define como los ésteres mono-alquílicos de los ácidos grasos de cadena larga procedentes de los aceites vegetales o grasas animales. En simples términos, biodiesel es el producto que se obtiene cuando un aceite vegetal reacciona químicamente con un alcohol produciendo ésteres mono-alquílicos de ácidos grasos.

Se requieren catalizadores como el hidróxido de sodio o potasio. El glicerol es uno de los co-productos de la reacción química.

Históricamente el término biodiesel se ha empleado para referirse a toda clase de combustibles alternativos como: Aceites vegetales, mezcla de aceites vegetales con gasóleo, micro emulsiones de aceites vegetales, productos de pirólisis de aceites vegetales, ésteres metílicos y etílicos preparados a partir de aceites vegetales o grasa de animales. Sin embargo, con la creciente producción y desarrollo de los ésteres metílicos y etílicos, como combustible, el término biodiesel se refiere cada vez más a dichos ésteres.

Los aceites vegetales de los que se obtiene el combustible biodiesel pueden ser aceites vírgenes o previamente usados y se utilizan fuentes diversas, más comúnmente: aceite de colza, aceite de soja, aceite de palma, aceite de maní, aceite de canola,

aceite alimenticio usado o grasas animales. Aunque existe la posibilidad de utilizar cualquier aceite disponible.

El empleo del biodiesel puede ser puro, designado como B100 o mezclado con el combustible diesel, designado como BXX, donde XX representa el porcentaje de biodiesel en la mezcla. La proporción más frecuente es B20, que representa un 20% de biodiesel y un 80% de diesel.

La reacción básica en la producción de biodiesel se muestra en la siguiente figura :

Figura 2.1 Reacción de transesterificación para la producción de biodiesel.

Fuente: Van Gerpen, 2004.

De acuerdo a la figura anterior, el biodiesel es un combustible obtenido por la reacción de transesterificación de un triglicérido, proveniente de aceites vegetales o grasas animales, con un alcohol, típicamente metanol o etanol, utilizando hidróxido

de sodio o de potasio como catalizador. Los productos obtenidos son el metil ester (biodiesel) y la glicerina.

El biodiesel es adecuado para ser utilizado en motores diesel, ya sea puro o en mezclas con gasoil en cualquier proporción.

Se obtiene de fuentes renovable de energía, es no tóxico, seguro de manejar y almacenar, es menos irritante, de aroma agradable, menos ruidoso y alarga la vida del motor.

El Biodiesel presenta

propiedades similares al Diesel obtenido de la refinación

del petróleo o Petrodiesel. Puede ser utilizado en cualquier motor diesel, sin que sea necesario algún tipo de modificación. Es posible, incluso, mezclar ambos en cualquier proporción sin problemas.

Desde el punto de vista de inflamabilidad y toxicidad, el biodiesel es más seguro que el diesel proveniente del petróleo; además es biodegradable, ya que el biodiesel está formado por cadenas hidrocarbonadas que forman ésteres con dos átomos de oxígeno, lo que lo hace biológicamente activo; a diferencia del diesel convencional que no es biodegradable, ya que está formado por una mezcla de alcanos, alcanos ramificados, cicloalcanos e hidrocarburos aromáticos, los cuales son difíciles de degradar.

Zhang, mostró que el biodiesel derivado del aceite de colza y de soya, posee una biodegradabilidad de 88,49% en 28 días. En cuanto a las características lubricantes,

éstas se mejoran al adicionar biodiesel al petrodiesel, el combustible lubrica algunas partes móviles de las bombas diesel y de los inyectores.

La combustión del biodiesel es generalmente más eficiente en cuanto a su relación estequiométrica aire/combustibles; adicionalmente el biodiesel presenta un balance energético positivo. El balance energético para un combustible renovable es la cantidad de energía necesaria para producir el biocombustible, comparado con la energía liberada por éste cuando se quema; en el estudio realizado por los departamentos de agricultura y energía de los Estados Unidos, mostró que por cada unidad de energía necesaria para producir biodiesel a partir de aceite de soya, se ganan 3,24 unidades de energía.

El biodiesel, al ser producido a partir de aceites vegetales o grasas de cualquier origen, o sea recursos renovables, produce una ventaja neta en lo que se refiere al ciclo de carbono, no produciendo acumulación del mismo en el ambiente, dado que lo que se genera al usarlo como combustible, se reutiliza durante el ciclo vegetativo de la oleaginosa empleada.

Este combustible se ha estado usando en diferentes partes del mundo desde hace varios años. La necesidad de no depender fuertemente de los derivados del petróleo, motivó que se considerara el uso de los combustibles obtenidos por recursos renovables como una alternativa. Los vaivenes en la producción, distribución, y costos del petróleo, y por lo tanto sus derivados, motivan el creciente interés en los

biocombustibles, como el bioetanol y el biodiesel. presentan

una

enorme

petróleo,

cual

es

el

ventaja respecto de notablemente

los

Adicionalmente, estos últimos combustibles derivados del

inferior impacto ambiental, debido a la

prácticamente nula producción neta de los gases de efecto invernadero (dióxido de carbono).

El alto costo del petróleo, la tendencia a que siga aumentando o manteniéndose en niveles elevados y la disminución de las reservas han afectado la seguridad energética mundial. Los países no productores de petróleo se han visto forzados a gastar una parte significativa de sus presupuestos en la importación de combustibles de origen fósil. Esto, sumado a la creciente preocupación por el calentamiento global, causado en gran medida por la liberación de gases provenientes de la quema de combustibles fósiles, ha despertado un gran interés en la utilización de fuentes de energía renovables. Una de estas fuentes la constituyen los biocombustibles producidos a partir de biomasa.

El aceite de soja es la materia prima más popular en los Estados Unidos. La soja es uno de los principales cultivos en Estados Unidos y los subsidios del gobierno se encuentran accesibles para hacer la economía del combustible atractiva para los consumidores que necesitan o quieren utilizar combustible de fuentes no fósiles. En Europa la mayoría del biodiesel se produce del aceite de colza.

2.2 Clasificación de los biocombustibles.

Hoy en día existe una variedad de combustibles alternos que pueden sustituir a los productos derivados del petróleo. De igual manera, para cada uno de estos biocombustibles hay diferentes procesos de producción así como también materias primas que requerirán de un nivel tecnológico y por tanto de mayores costos de producción.

Según las fuentes de producción para la elaboración de biocombustibles, estos se pueden clasificar en: Biocombustibles de primera generación.

Biocombustibles de segunda generación.

Biocombustibles de tercera generación.

Biocombustibles de cuarta generación.

2.2.1 Biocombustibles de primera generación.

Los combustibles de primera generación son los biocombustibles hechos a partir de azúcar,

almidón,

aceite

vegetal,

o

grasas

animales

empleando

tecnologías

convencionales. Las materias primas base para la producción de los biocombustibles de primera generación generalmente son semillas o granos tales como el trigo, de donde se extraen los almidones que se fermentan en el bioetanol, o semillas de girasol, que son exprimidas para extraer aceites vegetales que pueden ser usados para la producción de biodiesel.

El biodiesel es el ejemplo más común de biocombustible de primera generación en Europa. Aunque para considerarse de primera generación debe de proceder

exclusivamente de aceites vegetales de diferentes semillas, así como de grasas recicladas de restaurantes. El proceso de producción empleado para este biodiesel es una combinación entre la extracción usando prensado en frio y una posterior transesterificacion.

2.2.2 Biocombustibles de segunda generación.

Los partidarios de los biocombustibles afirman que una solución más viable es incrementar el apoyo político e industrial. El actual gravamen respecto a la sustentabilidad de la primera generación de biocombustibles es enteramente insatisfactorio, en términos económicos y ambientales. Un biocombustible no es igual que otro. Por estos hechos, se han implementado los biocombustibles de segunda generación procedentes de fuentes diferentes a los cultivos alimenticios mencionados en los biocombustibles de primera generación. Aquí se incluyen los biocombustibles celulósicos. Los procesos de producción de los biocombustibles de segunda generación pueden usar una variedad de materias primas, tales como desperdicios biomasicos, los tallos de trigo, maíz, madera, y ciertos cultivos biomasicos energéticos. Los biocombustibles de segunda generación emplean tecnología para biomasa liquida, incluyendo los biocombustibles celulósicos de fuentes diferentes a los cultivos de alimentos. Muchos de los biocombustibles de segunda generación están en vías de desarrollo, tales como el biohidrogeno, biometanol, dimetilfurano, diesel Fischer Tropsch, diesel biohidrógeno, mezclas de alcoholes y diesel procedente de la madera.

También el biodiesel es considerado como biocombustible de segunda generación, pero sólo si es un híbrido entre el biodiesel de primera y segunda generación proveniente exclusivamente de grasas y aceites vegetales. De lo contrario, se considerará de primera generación. El proceso producción empleado para este tipo de biodiesel es la hidrogenación (refinación).

2.2.3 Biocombustibles de tercera generación.

Los combustibles a base de algas, también llamados alga-aceites o biocombustibles de tercera generación, son biocombustibles, tal y como su nombre lo dice, provenientes de las algas como materia prima. La producción de biocombustibles por medio de algas requieren pocos insumos y produce altos rendimiento (30 veces más energía por acre que los cultivos de tierra), además el alga-aceite es 100% biodegradable. Por esta razón y los altos precios de los combustibles fósiles (procedentes del petróleo), hay un gran interés en la alga-cultura (cultivo de algas).

Tanto los biocombustibles de segunda y tercera generación se conocen también como “biocombustibles avanzados”.

2.2.4 Biocombustibles de cuarta generación.

Por otro lado, se está desarrollando un nuevo tipo de biocombustibles llamados biocombustibles de cuarta generación que se basan en la conversión de los aceites vegetales y biodiesel puro en gasolina. Esto se está tratando de lograr por medio de microorganismos que modifican genéticamente las materias primas. Otra materia

prima empleada en la ingeniería genética para producir biocombustibles de cuarta generación es el dióxido de carbono, el cual planea desarrollar a una escala industrial la compañía de Craig Venter llamada Genómica Sintética.

2.3 Ventajas y desventajas del biodiesel.

2.3.1 Ventajas.

El biodiesel tiene mayor lubricidad que el diesel de origen fósil, por lo que extiende la vida útil de los motores.

Es más seguro de transportar y almacenar, ya que tiene un punto de inflamación 100 grados centígrados mayor que el diesel fósil. El biodiesel podría explotar a una temperatura de 150 grados centígrados.

El biodiesel se degrada de 4 a 5 veces más rápido que el diesel fósil y puede ser usado como solvente para limpiar derrames de diesel fósil.

El biodiesel permite al productor agrícola a autoabastecerse de combustible; además, su producción promueve la inclusión de los habitantes menos favorecidos del sector rural, debido a que no requiere altos niveles de inversión.

Prácticamente no contiene azufre, por lo que no genera dióxido de azufre, un gas que contribuye en forma significativa a la contaminación ambiental. El Consejo Internacional de Transporte Limpio está considerando al azufre como el “plomo” del próximo siglo. Actualmente en todas partes las legislaciones están exigiendo disminuir el contenido de azufre del diesel, de manera que este sea Low sulpher

diesel o LSD (diesel de bajo contenido de azufre). El LSD tiene un menor grado de lubricidad que el diesel, por lo que es más necesario adicionarle biodiesel.

El biodiesel no contamina fuentes de agua superficial ni acuíferos subterráneos.

En la producción del biodiesel se obtiene harina de alto contenido en proteína para la ganadería, procedente de los restos de las cáscaras de semillas. Lo mencionado anteriormente es cierto cuando las semillas no contienen principios tóxicos.

Reduce en gran medida los humos visibles durante el arranque.

Es aproximadamente diez veces menos tóxico que la sal común de mesa.

Por la similitud de sus propiedades con el combustible diesel no es necesario hacer modificaciones a los motores.

Se trata de un combustible 100% vegetal y 100% biodegradable, es una energía renovable e inagotable, no genera residuos tóxicos ni peligrosos.

Cumple con el protocolo de Kioto, ya que reduce en un alto porcentaje la contaminación atmosférica.

Las emisiones de CO2 son entre un 20 y un 80% menos que las producidas por los combustibles derivados del petróleo tanto en el ciclo biológico en su producción como en el uso. Asimismo, se reducen las emisiones de dióxido de azufre en casi 100%.

Por otra parte, la combustión de Biodiesel disminuye en 90% la cantidad de hidrocarburos totales no quemados, y entre 75-90% en los hidrocarburos aromáticos.

No contiene ni benceno, ni otras sustancias aromáticas cancerígenas (Hidrocarburos aromáticos policíclicos). El Biodiesel, como combustible vegetal no contiene ninguna sustancia nociva, ni perjudicial para la salud, a diferencia de los hidrocarburos, que tienen componentes aromáticos y bencenos (cancerígenos). La no-emisión de estas

sustancias contaminantes disminuye el riesgo de enfermedades respiratorias y alergias.

Con los aceites vegetales, se contribuye de manera significativa al suministro energético

sostenible,

lo

que permite reducir la

dependencia

del petróleo,

incrementando la seguridad y diversidad en los suministros, así como el desarrollo socioeconómico del área rural (producción de oleaginosas con fines energéticos).

El uso de biodiesel puede extender la vida útil de motores porque posee un alto poder lubricante y protege el motor reduciendo su desgaste así como sus gastos de mantenimiento. También es importante destacar el poder detergente del biodiesel, que mantiene limpios los sistemas de conducción e inyección del circuito de combustible de los motores.

La plantación de semillas oleaginosas para la creación de biodiesel conlleva grandes ventajas para el sector agrícola, incluso para las tierras improductivas, ya que pueden reaprovecharse para la plantación de semillas oleaginosas. Asimismo, colabora en el fomento y desarrollo de cultivos autóctonos como el girasol.

El transporte del biodiesel es más seguro debido a que es biodegradable. En caso de derrame de este combustible en aguas de ríos y mares, la contaminación es menor que los combustibles fósiles.

No es una mercancía peligrosa ya que su punto de inflamación por encima de 110º C y su almacenamiento y manipulación son seguras.

Por su composición vegetal, es inocuo con el medio, es neutro con el efecto invernadero, y es totalmente compatible para ser usado en cualquier motor diesel, sea cual sea su antigüedad y estado.

Se puede almacenar y manejar de la misma forma que cualquier combustible diesel convencional.

2.3.2 Desventajas.

El biodiésel presenta problemas de fluidez y congelamiento a bajas temperaturas (menos a cero grados centígrados), especialmente el que se produce de palma africana.

Los costos de la materia prima son elevados y guardan relación con el precio internacional del petróleo. Dichos costos representan el 70 por ciento de los costos totales del biodiesel, por lo que este actualmente es un producto relativamente costoso.

Por su alto poder solvente, se recomienda almacenar el biodiesel en tanques limpios; si esto no se hace, los motores podrían ser contaminados con impurezas provenientes de los tanques.

El contenido energético del biodiesel es algo menor que el del diesel (12 por ciento menor en peso u 8 por ciento en volumen), por lo que su consumo es ligeramente mayor.

El biodiesel de baja calidad (con un bajo número de cetano) puede incrementar las emisiones de óxidos de nitrógeno, pero si el número de cetano es mayor que 68, las emisiones de óxidos de nitrógeno serían iguales o menores que las provenientes del diesel fósil.

Se debe cambiar el aceite con más frecuencia porque se diluye en el cárter.

Necesita aditivos para arrancar el motor a bajas temperaturas.

La presencia de potasio y sodio pueden causar la precipitación de jabones obstruyendo los filtros. Estos se presentan en el biodiesel debido a un defectuoso proceso de lavado en su producción.

Posee menor estabilidad a la oxidación que el diesel debido a que posee dobles enlaces y oxígeno en su molécula. Esto es importante a la hora de almacenar durante mucho tiempo el biodiesel.

2.4 Subproductos de la producción de biodiesel.

Los principales subproductos del proceso para obtener biodiesel son: 

Glicerina o glicerol



Cascarilla de la semilla



Torta alimenticia



Peladura de la semilla



Pastas jabonosas

2.4.1 Glicerina.

La glicerina es un subproducto de elevado valor económico, cuando su nivel de pureza es alto se utiliza mayoritariamente en la industria cosmética y farmacéutica, pero el exceso de oferta causado por la proliferación de plantas de biodiesel ha provocado un descenso de su cotización en los mercados, esto provoca un encarecimiento del proceso por la pérdida de rendimiento de los subproductos.

2.4.2 Cascarilla de la semilla

Es utilizada como combustible para los hornos de secado. La cascarilla no requiere de un tratamiento especial para ser utilizada, aunque debe ser tomado en cuenta que no debe estar húmeda.

2.4.3 Torta alimenticia.

La torta que sobra de la extracción del aceite (residuo del prensado), es uno de los subproductos de gran interés. El interés de este subproducto radica en su contenido de proteínas, que es de un 50 por ciento, aunque la torta se debe someter a un tratamiento para eliminar compuestos tóxicos que contiene, sin estas toxinas la torta se puede utilizar para la elaboración de alimentos para ganado. Es así como la comercialización de dicho subproducto disminuye los costos del proceso de extracción.

2.4.4 Peladuras de la semilla De estos desperdicios se pueden obtener, a través de procesos biológicos y naturales, fuentes de biogás y fertilizantes, para este uso la peladura no se somete a un tratamiento previo.

2.4.5 Pastas jabonosas Existirá una gran cantidad de pastas jabonosas si se utiliza materias primas como los aceites reciclados de restaurantes y grasas animales. Por el contrario, habrá poca cantidad, si se utiliza como materia prima los aceites vegetales refinados. Con un buen lavado en el proceso se puede eliminar la mayor parte de este subproducto.

2.5 Materias primas e insumos para la producción de biodiesel.

2.5.1 Las materias primas que pueden usarse para elaborar biodiesel Las materias primas que pueden utilizarse para la producción de biodiesel son las siguientes:

Aceites vegetales o grasas animales. Entre los aceites vegetales se encuentran el aceite de maíz, aceite de canola, aceite de colza y cualquier variedad de su familia, aceite de algodón, aceite de palma, aceite de tempate y aceite de mostaza, aceites usado de restaurantes tales como aceites de frituras, grasas flotantes de las plantas de tratamiento de aguas residuales, entre otros. Mientras que entre las grasas animales podemos mencionar la manteca de cerdo y cebo de vacas.

2.5.2 Los insumos químicos más comunes para elaborar biodiesel Los insumos químicos más comunes que pueden usarse para elaborar biodiesel son: 

Metanol



Hidróxido de sodio



Ácido sulfúrico

2.6 Procesos de producción de biodiesel.

A continuación se presenta una breve descripción de los diferentes procesos de producción del biodiesel existentes a nivel industrial.

2.6.1 Proceso A. Proceso batch, catalizador básico (ya sea hidróxido de sodio o hidróxido de potasio) cargado en una proporción de 0.3 – 1.5 por ciento de la carga total, temperatura. promedio de operación de 65 grados centígrados, con proporción de alcoholtriglicérido 6:1, conversiones de 85 – 94 por ciento (es alcanzable un 95 por ciento de conversión al utilizar dos etapas, con remoción de glicerol entre etapas), tiempo de reacción de entre 20– 60 minutos.

2.6.2 Proceso B. Proceso batch, catalizador ácido (ácido sulfúrico o ácido fosfórico), utilizado en casos en los cuales se tiene una gran cantidad de ácidos grasos libres presentes en la materia prima (por arriba del 2 por ciento), una relación alta de alcohol a ácidos grasos libres es requerida, usualmente entre 20:1 y 40:1, rendimientos de aproximadamente 99 por ciento.

2.6.3 Proceso C. Proceso continuo, catalizador básico, reactores CSRT en línea, se puede alcanzar una conversión de 98 %, consumo energético considerable ya que exige un sistema de agitación que asegure la composición uniforme a lo largo de cada reactor (esto tiene el efecto de incrementar la dispersión del producto glicerol en la fase éster, lo que se traduce en que el tiempo requerido para la separación de fases es extendido).

2.6.4 Proceso D.

Proceso continuo, catalizador básico, reactor en pistón (requiere mayor espacio, se requieren pequeños tiempos de residencia de 6 – 10 minutos, la conversión puede alcanzar el 100 por ciento, se trabaja a altas temperaturas y presión para mantener elevada la tasa de reacción.

2.6.5 Proceso E. Proceso

no

catalizado,

utiliza

un

co-solvente

para

solubilizar

el

metanol

(tetrahidrofurano), tiempo de reacción de aproximadamente 5 – 10 minutos, temperatura baja de aproximadamente 30 grados centígrados.

2.6.6 Proceso F. Proceso

no

catalizado,

condiciones

super

críticas

(350

a

400

grados

centígrados y mayor a 50 atmósferas ó 1200 psi), tiempo de reacción de aproximadamente 4 minutos, una alta relación de alcohol a aceite 42:1.

2.7 Caracterización del biodiesel.

Las propiedades del BD (biodiesel) comercial dependen tanto del proceso de fabricación como de la naturaleza de los lípidos a partir de los cuales se ha producido.

El BD en función de la naturaleza de la fuente, animal o vegetal, proporcionará unas características particulares al nuevo combustible.

Los aceites vegetales y las grasas son recursos renovables que en nuestra sociedad juegan un papel importante en la producción de combustibles alternativos, como por ejemplo Biodiesel. Debido a que la alta viscosidad de estos aceites tiende a

causar problemas si se los usa directamente en motores diesel, se los hace reaccionar químicamente con alcoholes de cadena corta (metanol o etanol) mediante una reacción de transesterificación. Los mono-ésteres resultantes tienen viscosidades próximas al del diesel derivado del petróleo; esta mezcla de mono- ésteres es conocida como Biodiesel.

A continuación se presenta las propiedades más usuales a evaluar en todo tipo de biodiesel, independientemente de su procedencia (materia prima):

Cuadro 2.1 Propiedades más comunes del biodiesel comercial.

PROPIEDADES TÍPICAS DEL BIODISEL Ensayo ASTM Método Obtenido Límites Densidad D1298 0.893 0.875 – 0.9 g/ml Corrosión al cobre D130 1b Número 3 máximo Viscosidad Cinemática, 40°C D445 5.15 1.9 - 6.0 mm2 /s Punto de Inflamación

D92

152

D93 * mayor centígrados

130

grados

Numero de Cetano Numero de Neutralización Glicerina Libre Glicerina Total Fósforo Azufre

D613 D664 D6584 D6584 D4951 D5453

>49 0.14 ** ** ** **

47minutos 0.80 máximo mg KOH/g 0.020 porcentaje masa 0.240 porcentaje masa 0.001 máx. porcentaje masa 0.05 máximo (500) porcentaje masa (ppm)

Fuente: Van Gerpen, 2004. * Se intenta que el punto de inflamación del Biodiesel tenga un valor mínimo de 100°C. Se han encontrado valores típicos por encima de 160 grados centígrados.

Debido a la alta volatilidad que se registra en valores cercanos a los 100 grados

centígrados con el método ASTM D93, se ha establecido en 130 grados centígrados para asegurar un valor real de 100 grados centígrados como mínimo. Se están investigando mejoras y alternativas al método ASTM D93. Una vez que se completen estas investigaciones, se podrá reconsiderar el valor mínimo como 100 grados centígrados.

2.7.1 Punto de Inflamación.

Este parámetro generalmente se determina para satisfacer temas legales de seguridad. También es útil para conocer si existe una cantidad excesiva de alcohol no reaccionado en el proceso de obtención.

2.7.2 Viscosidad.

Debe poseer una viscosidad mínima para evitar pérdidas de potencia debidas a las fugas en la bomba de inyección y en el inyector. Además, le da características de lubricidad al sistema de combustible. Por la otra parte también se limita la viscosidad máxima por consideraciones de diseño y tamaño de los motores, y en las características del sistema de inyección.

2.7.3 Densidad.

Da idea del contenido en energía del combustible. Mayores densidades indican mayor energía térmica y una economía de combustible.

2.7.4 Cenizas Sulfatadas.

Los materiales que forman cenizas en un Biodiesel se pueden presentar de tres formas: Sólidos abrasivos, Jabones metálicos solubles, Catalizadores no eliminados en el proceso.

Tanto los sólidos abrasivos como los catalizadores no eliminados favorecen al desgaste del inyector, bomba de inyección, pistón y anillos, además de contribuir a la formación de depósitos en el motor.

Los jabones metálicos solubles tienen un efecto menor en el desgaste pero pueden afectar más a la colmatación de filtros y depósitos en el motor.

2.7.5 Azufre.

Contribuye al desgaste del motor y a la aparición de depósitos que varían considerablemente en importancia condiciones

de

funcionamiento

dependiendo del

en

gran

medida

de

las

motor. También pueden afectar al

funcionamiento del sistema de control de emisiones y a límites medioambientales.

2.7.6 Corrosión a la Lámina de Cobre.

Mediante la comprobación del desgaste de una lámina de cobre se puede observar si existen en el sistema compuestos corrosivos y/o presencia de ácidos que puedan atacar al cobre u aleaciones de cobre como el bronce que forman parte del sistema de combustible.

2.7.7 Número de Cetano.

Es una medida de la calidad de ignición de un combustible e influye en las emisiones de humo y en la calidad de la combustión. El número de cetano depende del diseño y tamaño del motor, de las variaciones de la carga y velocidad y condiciones de arranque y atmosféricas. Un bajo número de cetano conlleva a ruidos en el motor, prolongando el retraso de la ignición y aumentando el peso molecular de las emisiones.

2.7.8 Valor de Yodo.

Indica la tendencia a la oxidación de un biodiesel porque da idea del grado de instauraciones que poseen sus ésteres.

2.7.9 Punto de Nube.

Indica la temperatura a la cual empiezan a precipitar ciertos compuestos del combustible (parafinas, materia insaponificable, entre otros). Es una medida muy importante a tener en cuenta cuando se usa el motor en climas fríos. El valor debe ser definido por el usuario, ya que depende del clima en el cual el motor se utilice.

2.7.10 Agua y Sedimentos.

El Agua se puede formar por condensación en el tanque de almacenamiento. La presencia de agua y sólidos de desgaste normalmente pueden colmatar filtros y darle al combustible unas propiedades de lubricidad menores. El biodiesel puede absorber hasta 40 veces más agua que el diesel.

El agua puede provocar dos problemas en el motor: Corrosión en los componentes del motor, generalmente herrumbre. El agua se acidifica y acaba atacando a los tanques de almacenamiento.

Contribuye al crecimiento de microorganismos. Forman lodos y limos que pueden colmatar los filtros. Además, algunos de estos microorganismos pueden convertir el azufre que posea el combustible en ácido sulfúrico, que corroe la superficie metálica del tanque.

El agua se puede presentar en el tanque de dos formas: Disuelta en el combustible. La cantidad de agua depende de la solubilidad de esta en el biodiesel.

Separada de la fase de combustible en forma libre. La cantidad de esta depende de cómo se manipule y transporte el combustible.

2.7.11 Los Sedimentos Pueden ser debidos principalmente a un mal proceso de purificación del combustible o contaminación. Afectan principalmente a la temperatura de cristalización y al Número de Cetano.

2.7.12 Residuo Carbonoso.

Da una idea de la tendencia del combustible a formar depósitos carbonosos. Se aproxima a la tendencia del motor a formar depósitos. Normalmente para el Diesel se suele utilizar el 10 por ciento que queda en la destilación, pero debido a que el

Biodiesel tiene un perfil muy diferente de destilación (en un pequeño rango de temperaturas se destila todo la muestra ya que posee una distribución de moléculas diferentes muy pequeña), se debe utilizar el 100 por ciento de la muestra.

También se puede obtener información, a parte de la contaminación (glicerina libre y total), de la calidad de la purificación del biodiesel cuando se fabrica.

2.7.13 Destilación.

Indica la temperatura máxima a la que se debe evaporar el combustible a unas condiciones de presión y temperatura de 360 grados centígrados tiene que estar el 90 por ciento destilado, según la norma ASTM D1160.

2.7.14 Número Ácido, TAN. Determina el nivel de ácidos grasos, ó generados por degradación, que se presentan en el combustible. Si posee un alto grado de acidez se formaran una cantidad importante de depósitos y también se producirá mayor corrosión en el sistema.

2.7.15 Contenido en metales (Sodio, Potasio, Fósforo) y Ácidos grasos libres.

Contribuyen al aumento del residuo carbonoso de manera notable y también a las cenizas, generando residuos inorgánicos parcialmente quemados. Además, también se pueden formar jabones que colmatan los filtros del combustible.

2.7.16 Lubricidad.

Es la cualidad de un líquido para proporcionar una lubricación adecuada para prevenir el desgaste entre dos superficies en movimiento. Los combustibles con un contenido bajo en azufre o baja viscosidad tienden a tener una lubricidad menor.

2.7.17 Glicerina Libre.

Determina el nivel de glicerina no enlazada presente en el Biodiesel. Su presencia normalmente se debe a una mala purificación del biodiesel. Niveles altos pueden causar problemas de depósitos en el inyector, así como colmatación de filtros. Pueden dañar los sistemas de inyección debido a los compuestos inorgánicos y jabones que se acumulan en la glicerina. Si la cantidad de glicerina es superior al 0.5 por ciento esta puede afectar al contenido del residuo carbonoso.

2.7.18 Glicerina Total.

Determina el nivel de glicerina enlazada y no enlazada presente en el combustible.

Niveles bajos significan que se he producido un alto grado de conversión en el aceite o grasa, y se han formado gran cantidad de mono-ésteres. Niveles altos de mono, di y triglicéridos pueden provocar la colmatación de los filtros, depósitos carbonosos en los inyectores y pueden afectar adversamente a las propiedades a bajas temperaturas.

Esto es debido a que al poseer temperaturas de ebullición superiores provocan que la combustión sea bastante peor. Además, aumentan la viscosidad del biodiesel.

2.7.19 Contenido de alcohol.

Puede provocar problemas de lubricidad y en el Número de Cetano. Desde el punto de vista de la seguridad el Punto de Inflamación disminuye. Por otro lado, junto a la presencia de alcohol puede venir asociada glicerina disuelta en este con los consiguientes problemas antes comentados.

2.7.20 Estabilidad a la Oxidación.

Se determina la vida de almacenamiento y la degradación potencial de un combustible durante su almacenamiento.

La

oxidación

de

un

combustible

suele

venir

acompañada de la formación de gomas solubles e insolubles que pueden actuar de la siguiente manera:

Gomas insolubles: Problemas de colmatación de filtros.

Gomas solubles: Formación de depósitos en la punta del inyector y fallos en las boquillas de los inyectores.

Además, dicha estabilidad a la oxidación se puede ver alterada por los diversos contaminantes que pueden estar presentes en el biodiesel.

2.8 Situación de los biocombustibles a nivel mundial.

La disminución de las reservas de petróleo en el mundo, los altos precios de la energía y la gran demanda energética que se viene presentando a nivel mundial, ha incentivado un gran interés por la producción de biocombustibles, tanto así que estos, han ingresado en una nueva era de crecimiento a escala global.

Algunos gobiernos que impulsan medidas a favor de los biocombustibles procuran también promover nuevos mercados para sus productos agrícolas. En otros casos se promueve también la reducción en las emisiones de gases de efecto invernadero (GEI), ya que el transporte es responsable por el 25% de estas emisiones provenientes del sector energético a escala global y este porcentaje está aumentando.

El carácter no renovable de los combustibles fósiles y las perspectivas de agotamiento de las reservas en el mediano plazo, unido al crecimiento permanente y sostenido de la demanda –que está impulsada especialmente por China y EE.UU– generan una situación compleja para conciliar esa creciente demanda con un recurso que se encarecerá invariablemente durante los próximos años. En el corto plazo, además, los acontecimientos políticos internacionales influyen fuertemente en el nivel de extracción de petróleo en los principales países con reservas, lo que afecta en forma inmediata a los precios y a los costos de la producción agrícola, industrial y de servicios. La inestabilidad política en muchos de los principales países exportadores de petróleo coloca en primer plano la necesidad de depender cada vez más de un suministro seguro de combustibles.

Es en este contexto, que se genera un fuerte interés en renovar el impulso en el uso de diferentes biocombustibles, siendo el etanol y el biodiesel los que generan mayor interés.

En líneas generales, la producción de los biocombustibles, a diferencia de los fósiles, es posible de realizarse a menores escalas y de un modo más descentralizado, no dejando de ser un negocio rentable para el productor. El biodiesel, en particular, que puede ser obtenido de una gran variedad de vegetales, ha tenido un desarrollo en base a muchas instalaciones pequeñas y dispersas.

Desde esta perspectiva se puede decir que el mercado de los biocombustibles a nivel global está asegurado ya que existen grandes oportunidades para el desarrollo de la industria de los biocombustibles, basadas

en la exportación a los mercados

internacionales como el europeo debido a que es una tradición el consumo de combustibles diferentes a los derivados del petróleo en esta región, además que, su crecimiento en la producción de biodiesel esta muy limitado por el espacio geográfico debido a que tendrían que destinar gran parte de su suelo agrícola para la siembra de materias primas en la producción de los biocombustibles, así, dejan a Latinoamérica una oportunidad sin precedentes para construir participación de mercado en el viejo continente.

Existe una creciente preocupación y protesta ambiental acerca de la sostenibilidad de los biocombustibles, que merece atenderse a la mayor brevedad para que el remedio no sea peor que la enfermedad. Los ambientalistas han señalado que en algunos países se está tumbando selva y bosque nativo para sembrar biocombustibles y que además están compitiendo con los cultivos de alimentos; la seguridad agroalimentaria y la equidad aparecen como gran preocupación puesto que a medida que algunos

productos de la canasta familiar entrar a ser parte de las plantas para biocombustibles tales como el azúcar y el maíz sus precios suben significativamente. El caso del azúcar en Colombia, cuyo precio subió el 26% en el 2006 y del maíz en los Estados unidos en un 40% al popularizarse el etanol en la gasolina. Si no atendemos estos aspectos, nos esperan similares fenómenos en la yuca, el banano y otros.

Lo anterior deja claro que si queremos contribuir efectivamente a la lucha contra el cambio climático hacia una sociedad más sostenible en lo ambiental, en lo social y en lo económico, se requiere una clara posición acerca de la sostenibilidad ambiental y social de los biocombustibles, que consta de seis grandes criterios:

No competir con alimentos. Las plantas u otras especies vivas, por ejemplo, algas, que se usen para la producción de los biocombustibles no pueden ni deben competir con los alimentos. La experiencia del azúcar y del maíz en el caso del etanol y posiblemente de la palma africana en el caso del biodiesel revelan que la gente pobre sufrirá consecuencias importantes en el precio de su canasta familiar; igualmente, la confiabilidad de suministro de biocombustibles siempre estará en entredicho puesto que la presión ciudadana será latente. En la medida en la cual se suban los precios de los alimentos, la misma seguridad del suministro de los biocombustibles se verá afectada.

No privilegiar monocultivos. En segundo lugar, la visión de monocultivo debe dar paso a una estrategia de policultivos, que además de brindar más productos, permitan

aprovechar las simbiosis existentes en la naturaleza; Se trata entonces de identificar, probar y promover estrategias que abarcan desde combinaciones de dos o más plantas hasta esquemas agrosilvopastoriles, más sofisticados basados en la agroecología. De esta manera, los campesinos podrían disponer de mayores recursos para su calidad de la vida y la sociedad de más productos a su disposición.

A provechar y recuperar territorios marginales o degradados. Las áreas que se asignen para los cultivos de biocombustibles deberían ser áreas marginales para la producción de alimentos o para otros usos de mayor valor agregado para la sociedad o incluso hayan sido degradadas por otras actividades humanas; tal es el caso de regiones de minería de oro en las cuales podrían florecer especies como la Jatropha. De esta manera se lograría la recuperación ambiental asociada a la producción del biodiesel.

No afectar Zonas Protegidas. Los cultivos de biocombustibles no deben afectar los bosques, las selvas, los parques naturales y reservas de la biodiversidad; se perdería toda la contribución ambiental en el momento en el cual se afecten estos territorios.

Debemos usar los terrenos que ya han sido usados en otras actividades, teniendo en cuenta que si es necesario restituir áreas de protección debe hacerse.

Construir Modelos Sociales incluyentes. Los cultivos de biocombustibles no pueden ser una versión nueva de la exclusión social y política rural. Los cultivos de biocombustibles deben ser instrumento eficaz de inclusión y convivencia en regiones en las cuales se conviertan en actividad importante o determinante. Fenómenos de

intimidación y despojo asociados a algunos casos de siembra de palma africana no son ni deben ser el modelo a seguir; por el contrario, los cultivos de biocombustibles deben ser la oportunidad de reconciliación mediante alianzas sui generis en las cuales quepan tanto los desplazados como los reinsertados, con la participación de otros actores sociales como las universidades para garantizar su existencia y vigencia.

Apostar a paradigmas productivos alternativos. Se trata igualmente de lograr modificar el “paradigma petrolero”, consistente en grandes enclaves de extracción, exploración y oleoductos que recorren miles de kilómetros para abastecer cada vehículo. Sería ideal que en muchas regiones se asocien los productores locales y formen empresas locales o municipales que abastezcan sus mercados naturales de sus regiones de influencia.

Para ello es necesario desarrollar tecnología apropiada que permita instalar sistemas pequeños y medianos de extracción y conversión a etanol o biodiesel en regiones campesinas. Las regiones deben buscar estos esquemas y el estado central apoyarlas.

De esta manera, podrían combinarse los combustibles fósiles con los biocombustibles en diferentes proporciones en las distintas regiones, de acuerdo tanto a su disponibilidad como a las mezclas aconsejables (a nivel del mar podría contarse con una proporción mucho más alta de biodiesel por ejemplo); todos los actores de la cadena productiva podrían ser asociados del producto final, de tal manera que el valor agregado sea compartido de mejor manera por todos.

La producción mundial de biocombustibles ha estado tradicionalmente basada en la extracción de aceites vegetales de los cultivos de Colza, Soya, Girasol y Ricino, de los

cuales los tres primeros compiten con alimentos; sin embargo en años recientes la Jatropha curcas (tempate), ha cobrado una gran importancia, ya que es una de las especies vegetales con mayor contenido de aceite (55%) y de ella se obtiene un biodiesel de gran calidad. Este cultivo tiene un rendimiento aproximado de 2500 kilogramos/hectárea, un rendimiento de 1,478 Litros de aceite/Hectárea y un factor de conversión a biodiesel del 0,96, que permite una producción aproximada de 1,419 Litros de biodiesel/hectárea. El cultivo de Jatropha ha sido investigado en diferentes lugares del mundo, principalmente en la India. En Latinoamérica, se han iniciado programas en Nicaragua en conjunto con el Gobierno de Austria, programa que fracaso. México ha venido sembrando áreas para preservar la semilla en conjunto con la Universidad de Hohenheim de Alemania, en Belice existen proyectos de 250 hectáreas con proyecciones de crecimiento y en Guatemala desde finales del año 2002 se han realizado investigaciones para incorporar la Jatropha como un cultivo agronómicamente manejado. Adicionalmente la Jatropha es un cultivo que es una excelente opción de reforestación, que puede contribuir a la conservación de suelos evitando la erosión, constituyéndose en una alternativa para suelos marginales y en riesgo de desertificación.

3. Calidad del biodiesel.

3.1 Generalidades.

La calidad del biodiesel es fundamental para el rendimiento y aceptación en el mercado mundial. Obstrucciones en el filtro, pobre fluidez en frío, y daños al motor por alto contenido de agua, entre otras razones podrían ocurrir si la calidad del biodiesel no reúne los límites necesarios respecto sustancias contaminantes y residuales de las reacciones participantes para su elaboración.

El primer efecto causado por la mala calidad del biodiesel, se observa en los motores de los usuarios y de ahí un efecto en cadena produce resultados negativos en otras áreas. De tal manera que el primer tópico a mencionar respecto a la importancia de la calidad del biodiesel se centra en la relación motor/combustible.

Para que un combustible originado de una fuente renovable de origen vegetal o animal (como lo es el biodiesel) pueda utilizarse válidamente, cualquiera que sea el tipo de motor considerado, se deben dar determinadas condiciones a saber:



I mpliquen la menor cantidad de modificaciones a los motores en uso.



N o ocasione una significativa reducción de la potencia o limitaciones en las condiciones de empleo.



G uarde una relación entre el consumo y la prestación de las máquinas equivalente o similar a la lograda con el actual gas-oil (diesel derivado del petróleo).



R equiera bajas inversiones en el proceso de sustitución.



P ueda estar disponible en un corto plazo.



G arantice un balance energético con saldo positivo.



L legue al

mercado con un

precio que

sea

competitivo con el

del

combustible al que sustituye.

La calidad del biodiesel dependerá del tipo de proceso que se ocupe así como de la maquinaria que se compre para su producción, entre otros.

En los países europeos donde ya se han instalado plantas productoras de biodiesel, como Alemania y Austria, se tomaron en cuenta ciertos criterios para saber cuál sería el proceso más conveniente que produjera una calidad aceptable pero al mismo tiempo una disponibilidad tecnológica para producir el combustible.

Por otra parte, el buen control de la producción debe estar presente en cada una de las etapas en la planta para que el producto terminado sea lo más puro posible.

A continuación se menciona cada una de las etapas, que a groso modo representan el proceso de producción de biodiesel en donde se debe tomar en cuenta la calidad de dicho bio-combustible:



Recepción y almacenamiento de la materia prima.



Preparación de materia prima.



Separación y lavado del metil-éster.



Secado del biodiesel.



Refinado del biodiesel.

3.2 Variables que influyen en la calidad del biodiesel.

Generalmente, la calidad del combustible biodiesel puede ser influenciada por varios factores:



La calidad de la materia prima.



La composición de los ácidos grasos provenientes de aceites vegetales o grasas animales.



El proceso de producción y otros materiales que se utilizan en éste.



Los parámetros post-producción.

3.2.1 La calidad de la materia prima Como regla general, mientras más puros sean los triglicéridos en la materia prima, será más fácil convertirla en biodiesel y su costo será más alto. Por otro lado, entre más barata sea la materia prima será más difícil y costoso convertirla en biodiesel.

Las materias primas pueden contener diferentes tipos de contaminantes tales como agua, ácidos grasos libres, partículas sólidas y fosfolípidos. Cada uno de estos contaminantes tiene el potencial para alterar la calidad de biodiesel.



Agua

Es realmente importante separar el agua del proceso de producción del biodiesel. Si bien la mayoría de procesos pueden tolerar hasta 1 por ciento de agua, incluso este bajo nivel incrementaría la producción de jabones y afectaría significativamente la reacción de transesterificación del biodiesel. El agua se puede remover por diferentes métodos. Uno de estos métodos es agregar calor para romper la emulsión entre el agua y

el aceite y que se dividan completamente en dos fases. El método de

centrifugación es otra opción para la remoción.

El aceite de soja crudo contiene normalmente alrededor de 0.3 por ciento de agua.

Esta cantidad puede ser removida fácilmente mediante un proceso de vaporización inmediata. La grasa amarilla (y generalmente la grasa café) contienen alrededor de 0.5 por ciento de agua porque se le ha removido previamente durante etapas del proceso. Los residuos de grasas de restaurantes y trampas de grasas pueden tener alto contenido de agua por lo que deben de ser siempre analizadas.

El agua no solo altera el proceso de transesterificación sino que también repercute en los costos de las materias primas porque habrá mayor cantidad de agua a remover.

A mayor contenido de agua en las muestras de aceite o grasa, menor será el contenido de lípidos en ella.



Sólidos.

La materia prima debe filtrarse siempre para asegurar que partículas sólidas no entren al sistema de procesamiento del biodiesel. Esto es típico que suceda con productos reciclados, por ejemplo las trampas de grasa, por lo que se deben ocupar filtros muy finos (filtros de 10 micrómetros) para removerlas, aunque el producto terminado se filtrará con uno de 5 micrómetros.



Ácidos grasos libres.

Los efectos de los ácidos grasos libres en el proceso de producción del biodiesel han sido un tema de polémica. Los ácidos grasos libres desactivan la catálisis del proceso, forman jabones y producen agua cuando son transformados en ésteres, sin embargo no

afectan

la

acidez

del

biodiesel

como

producto

terminado.

Según

las

especificaciones de la norma ASTM para el total de glicerol, el contenido de ácidos graso libres debe ser de 0.2 a 0.3 por ciento (si se utiliza un catalizador alcalino normal en el proceso).



Fósforo.

El aceite de soja crudo contiene entre 600 a 900 ppm de fósforo en forma de fosfolípidos o gomas. Este material se debe remover porque la norma ASTM permite que el biodiesel posea un contenido máximo de 10 ppm de compuestos fosfatados.

Afortunadamente, el típico proceso de producción del biodiesel elimina el fósforo, el cual es transferido hacia la fracción de glicerol o removido por medio del agua de lavado.



Azufre.

Una de las mejores ventajas que presenta el biodiesel es que contiene bajos niveles de azufre. La EPA ordenó en el año 2006 que los niveles de azufre en el combustible diesel (derivado del petróleo) se encuentren entre 15 ppm a 500 ppm. El biodiesel se encuentra debajo de estos valores. Sin embargo, algunas muestras de biodiesel procedentes de materias primas tales como grasas amarillas y grasas animales han demostrado que los niveles de azufre son de 40 a 50 ppm. Aún no se ha comprendido totalmente de donde proviene el contenido de azufre en estas grasas, pero podría ser de conservantes alimenticios, proteínas, el pelo del cuero de animales y en ciertos casos donde se procesan las aves de corral, de las patas de pollos. Se necesita más investigaciones para cubrir las dudas en esta área.



Valor de yodo.

El valor de Yodo es un método bastante común y simple el cual sirve como indicador del grado de saturación de los aceites. Aunque el grado de saturación no parece afectar significativamente al proceso de transesterificación, sí altera las propiedades del biodiesel. Las grasas saturadas le dan al biodiesel una mayor estabilidad oxidativa, un mayor número de cetano pero pobres propiedades a bajas temperaturas. El biodiesel proveniente de grasas saturadas parece gelatina a temperatura ambiente en comparación a los aceites vegetales.

3.2.2 La composición de los ácidos grasos provenientes de aceites vegetales o grasas animales.



Ácido graso.

Un ácido graso es una molécula orgánica formada por una larga cadena hidrocarbonada, de número par de átomos de carbono, en cuyo extremo hay un grupo carboxilo. Cada átomo de carbono se une al siguiente y al precedente por medio de un enlace covalente sencillo. Al átomo de su extremo le quedan libres tres enlaces que son ocupados por átomos de hidrógeno. Los demás átomos tienen libres dos enlaces, que son ocupados igualmente por átomos de hidrógeno.

Los ácidos grasos más comunes (y sus respectivos métil ésteres) se presentan en la Tabla siguiente. Existe una variedad de ácidos grasos, pero los mencionados aquí comprenden la mayoría de los que figuran en el procesamiento del biodiesel.

Cuadro 3.1 Fórmula, peso molecular y propiedades de los ácidos grasos y sus respectivos metil ésteres.

Acido graso/

Fórmula

Acrónimo

Metil éster

Peso

Punto de

Número

molecular

fusión

de cetano

Ácido palmítico/

C16H32O2 C16:0

256.428

palmitato de metilo

C17H34O2

270.457

Acido esteárico/

C18H36O2 C18:0

284.481

(grados 63 - 64 74.5 centígrados 30.5 ) 70 86.9

estearato de metilo

C19H38O2

298.511

39

Acido oleico/

C18H34O2 C18:1

282.465

16 - 20

oleato de metilo

C19H36O2

296.495

47.2 55

Acido linoleico/

C18H32O2 C18:2

280.450

-5 - 35

28.5

linoleato de metilo

C19H34O2

294.479

Acido linolénico/

C18H30O2 C18:3

278.434

-11

20.6

linolenato de metilo

C19H32O2

292.463

-52 / -57

22.7

42.2

Fuente: Van Gerpen, 2004.

En e l c u a d r o a n t e r i o r se mencionan dos propiedades muy importantes de los compuestos grasos del combustible (el punto de fusión y el número de cetano), los cuales varían dependiendo de la estructura química de los ácidos grasos o ésteres. A mayor longitud de la cadena y/o aumento de la saturación, mayor es el número de cetano. Ocurre la misma tendencia con el punto de fusión. Por lo tanto, la composición de los ácidos grasos es el factor más influyente en las propiedades del biodiesel. En consecuencia, los métodos analíticos para su determinación son absolutamente necesarios.

Los ésteres metílicos se derivan ya sea de un aceite o una grasa provenientes de la reacción de transesterificación. El mayor componente de los aceites vegetales y grasa animales son los triacilglicéridos (el glicerol de los ácidos grasos).

La principal razón por la que ocurre la reacción de transesterificación es porque la viscosidad de los aceites vegetales o grasas animales es de un orden de magnitud mayor que su respectivo éster metílico (biodiesel). La elevada viscosidad de los triacilglicéridos da

lugar

a

problemas operacionales, tales como depósitos en el

motor. El etanol, propanol e iso-propanol son alcoholes que se podrían ocupar para producir biodiesel, sin embargo el metanol es el más barato de todos y por tanto el más común de usar. Ciertos métodos analíticos se tendrán que modificar si se ocupa otro tipo de alcohol que no sea metanol.

Aparte de los acilgliceroles, restos de alcohol (metanol) y catalizadores (hidróxido de sodio o potasio) contaminan el producto final (biodiesel) al igual que materiales no grasos que se encuentran normalmente en los aceites y grasas.

Los gliceroles o glicerinas libres y totales también contaminan. Los libres, son los restos de glicerol que quedan luego de la purificación del biodiesel; los totales, resultan de los tres acilgliceroles en combinación con los libres. Los valores límite que figuran en la norma ASTM, D 6751 son: 0.02 por ciento (peso) de gliceroles libres y 0.24 por ciento de gliceroles totales. Los métodos analíticos que miden los parámetros de éstos se dividen en tres categorías: métodos cromatográficos, métodos espectroscópicos y métodos basados en propiedades físicas. Los dos primeros se pueden combinar y se conoce como “métodos de guiones”. Este término proviene de la unión de los dos nombres de los métodos por medio de un guión. Se hablará detalladamente de cada uno más adelante.

3.2.3 El proceso de producción y otros materiales que se utilizan en éste.

En la reacción de transesterificación los triglicéridos se convierten en diglicéridos que luego se convierten en monoglicéridos y finalmente en glicerol. En cada etapa se

produce una molécula de éster metílico de un ácido graso. Si la reacción es incompleta habrá una mezcla de triglicéridos, diglicéridos y monoglíceridos como residuos. Cada uno de estos compuestos aún posee una molécula de glicerol que no han liberado. Estos compuestos se denominan “gliceroles vinculados”. Los gliceroles vinculados más los gliceroles libres forman los gliceroles totales. A continuación se representa la reacción por etapas.

Triglicérido → Diglicérido → Monoglicérido → Glicerol ↓

↓

↓

metil éster metil éster metil éster

La norma ASTM exige que el contenido de gliceroles totales sea menor al 0.24 por ciento del producto final. Se ocupa un cromatógrafo de gases para medir el contenido de éstos, tal como se describe en la norma ASTM D 6584. El método del cromatógrafo de líquidos de alto rendimiento (HPLC, por sus siglas en inglés) y el descrito en el método oficial AOCS (Sociedad Americana de Químicos Petroleros, por su significado en español), específicamente Ca 14-56 (método iodo- métrico para gliceroles libres, totales y combinados) también se suelen usar. Para todas las técnicas mencionadas se necesitan el adecuado equipo de laboratorio altamente entrenado para el análisis de las muestras.



Gliceroles libres.

y personal

Los gliceroles son insolubles en el biodiesel por lo que es fácil eliminar la mayoría por centrifugación o precipitación. Parte del glicerol permanece suspendido en forma de gotas y otras pequeñas cantidades se mezclan en el biodiesel (gliceroles libres). La mayor parte de glicerol se debería remover durante el proceso de lavado con agua. En el agua de lavado es raro encontrar glicerol libre, sobre todo si es agua caliente. Durante la destilación del biodiesel se suele arrastrar glicerol libre y si se encuentra en cantidades excesivas suele causar problemas en los tanques de almacenamiento, ya que se forma una mezcla bastante viscosa que puede tapar los filtros y alterar la combustión en el motor.



Alcohol y catalizador residual.

Ya que el metanol y catalizador alcalino (hidróxido de sodio) son solubles en la fase polar del glicerol, la mayor parte se elimina al removerse el glicerol del biodiesel. A pesar de esto, aún podría quedar de 2 a 3 por ciento del alcohol en el producto terminado, que constituye el 40 por ciento de exceso de metanol en la reacción. Ese porcentaje se recupera calentando el biodiesel. Cualquier remanente de metanol luego del calentamiento se deberá remover por el proceso de lavado. El nivel de alcohol admisible se especifica en normas Europeas, pero no es incluido en la norma ASTM. Las pruebas realizadas han demostrado que tan solo 1 por ciento de metanol en el biodiesel puede reducir la temperatura de inflamación de 170 grados centígrados hasta 40 grados centígrados. Esta reducción presenta un peligro potencial para la seguridad ya que el biodiesel se tendría que tratar como gasolina, que posee una baja

temperatura de inflamación, por lo que la norma ASTM exige un contenido de alcohol menor a 0.1 por ciento y un valor de temperatura de inflamación de 130 grados centígrados. El alcohol restante no afectará a la eficiencia del motor ya que la cantidad será muy pequeña.

Con respecto al contenido del catalizador en el biodiesel, la norma ASTM no exige un valor específico, sin embargo éste se verá limitado por el contenido de cenizas sulfatadas. De tal forma que, a mayor cantidad de cenizas mayor será los niveles de desgaste abrasivo y depósitos en el motor.

3.2.4 Los parámetros post producción.



Agua y sedimentos.

El agua y sedimentos son dos contaminantes que deben removerse del biodiesel.

El agua se puede presentar de dos formas, como agua disuelta o como gotas suspendidas. A pesar que el biodiesel es insoluble en agua, éste presenta mayor contenido de agua que el combustible diesel. El biodiesel posee hasta 1500 ppm de agua disuelta, mientras que el diesel posee un máximo de 50 ppm. El límite permisivo de agua es de 500 ppm tanto para la norma ASTM D 975 (diesel) como para la ASTM D 6751 (biodiesel). La cantidad de agua suspendida para el diesel es bastante baja.

El biodiesel se debe mantener seco, sin embargo es difícil debido a que muchos tanques de almacenamiento para diesel poseen agua en la parte inferior debido al proceso de condensación.

El agua suspendida contribuye a la corrosión de las piezas de montaje en el sistema de inyección.

Los sedimentos se encuentran en forma de óxidos suspendidos y partículas sucias o pueden proceder como compuestos insolubles que se forman en la oxidación del biodiesel. La sustitución de combustible a biodiesel incrementa el contenido de sedimentos que provienen de las paredes en los tanques de almacenamiento que trabajaban anteriormente con diesel. Sus propiedades disolventes pueden aflojar los sedimentos y tapar los filtros.



Estabilidad de almacenamiento.

La estabilidad de almacenamiento se refiere a la capacidad del combustible para resistir

cambios

químicos

(oxidación

por

el

aire)

durante

un

período

de

almacenamiento.

La composición de los ácidos grasos es un factor determinante para conocer la estabilidad del biodiesel en presencia de oxígeno. A mayor insaturación de los ácidos grasos menor estabilidad oxidativa, por ejemplo el ácido linoleico (C18:2) y linolénico (C18:3). La presencia de ciertos metales (incluyendo el material con el que

se diseña los contenedores) y la luz puede acelerar el proceso de oxidación y el agua puede provocar la hidrólisis de los ésteres a ácidos grasos libres de cadena larga aumentando así, el contenido de ácidos en el producto terminado. Como resultado de la oxidación aparecen hidroperóxidos y éstos a su vez producen ácidos grasos de cadena corta y aldehídos. En virtud de las condiciones adecuadas los hidroperóxidos podrían polimerizarse. Por lo tanto, el proceso de oxidación denota un incremento en el contenido de ácidos y viscosidad además de un oscurecimiento (amarillo a café) y olor a pintura del biodiesel.

Actualmente, no existen métodos para medir la estabilidad del biodiesel. Las técnicas propias para derivados del petróleo (ASTM D 2274) son incompatibles con el biodiesel.

El índice de estabilidad de aceites y el aparato Rancimat son dos procedimientos más adecuados para evaluar la estabilidad del biodiesel, comúnmente utilizados en la industria de aceites y grasas. Sin embargo, las industrias motoras no han experimentado con estas pruebas, por lo que no poseen valores estándar.

Asimismo, los diferentes métodos rápidos de prueba no se han enfocado en los problemas actuales de los motores. Si los valores de la viscosidad, contenido de ácidos y sedimentos exceden los exigidos por la norma ASTM, entonces el biodiesel no se deberá ocupar como combustible alterno para automóviles.

El BHT y TBHQ (t butil-hidroquinona) son aditivos en la industria de alimentos y se ha comprobado que mejoran la estabilidad de almacenamiento del biodiesel. El biodiesel producido a partir de aceite soja contiene antioxidantes (tocoferoles o

vitamina E) que lo protegen contra la oxidación. Un gran porcentaje de tocoferoles se pierde en la refinación del aceite previo a la producción de biodiesel.

Todo combustible, ya sea derivado del petróleo o biomasa, que se almacene por más de 6 meses debe ser tratado con aditivos antioxidantes.

3.3 Comportamiento del biodiesel en motores.

3.3.1 La combustión.

La combustión del diesel es el proceso que ocurre cuando el combustible hidrocarbonado, con capacidad de auto-ignición, se inyecta en un volumen de aire que se ha comprimido a presión y temperatura elevada dentro del cilindro del motor.

La ignición no es inmediata. Hay un período de tiempo denominado “retraso de encendido” en el cual el combustible se caliente, vaporiza y se mezcla con el aire para provocar reacciones de pre-combustión que producen radicales necesarios para la auto-ignición. Al conjunto de acciones de calentamiento, vaporización y mezcla se les conoce como procesos de retraso físicos

y a las reacciones previas a la combustión

como procesos de retraso químicos, los cuales a menudo ocurren simultáneamente.

Después

de

un

tiempo

prudencial,

la

ignición

se

propagará

rápido

y

espontáneamente, comenzando en las zonas en donde la relación estequiométrica aire/combustible sea la adecuada. El aumento de temperatura y presión en el cilindro cesará hasta que se agote la mezcla aire/combustible que se formó durante el “retraso de encendido”. Este proceso se denomina combustión de pre-mezclado.

El combustible restante en el núcleo de aspersión es demasiado abundante aún para quemarse, por lo que se reduce la combustión. La relación que existe entre el aire entrante y la mezcla aire/combustible permite controlar la combustión. Este proceso se denomina control de mezclado ó difusión de quemado.

3.3.2 Características del combustible.



El combustible debe encenderse en el motor.

El grado de auto-ignición del diesel se mide mediante el número de cetanos (ASTM D 613). A mayor número de cetanos menor “retraso de encendido” y menor cantidad de combustión de pre- mezclado, porque el tiempo de preparación del combustible para la combustión será corto. El número de cetano ha sido un tema de debate en los últimos años, porque no refleja con precisión las condiciones de ignición en motores turbo-cargados modernos, en particular con combustibles alternos.



El combustible debe liberar energía.

El contenido de energía de un combustible se caracteriza por la cantidad de calor que libera cuando se quema y los productos se enfrían a condiciones ambientales.

Esto se define como la entalpía de combustión o calor de combustión. El proceso de combustión produce agua y energía y será diferente dependiendo del estado en que se presente el agua (líquido o vapor). En el primer caso, si toda el agua en los gases de escape es líquida, el calor extraído tendrá un valor calórico superior o valor calórico bruto. En el segundo caso, si toda el agua es vapor, el calor extraído tendrá un

valor calórico inferior o valor calórico neto. Ya que los motores no poseen la habilidad de condensar agua de los gases de escape, el uso más común para medir el contenido de energía de los combustibles es el valor calórico neto.

El contenido energético del combustible no se controla durante el proceso de fabricación. El valor calórico del diesel dependerá del proceso de refinación, la época del año y la fuente de la materia prima. Más allá de estas diferencias, el valor calórico

dependerá de

la

composición del combustible. De tal manera que, a

mayor contenido de compuestos aromáticos mayor contenido de energía por galón y menor contenido de energía por libra. Su alta densidad compensa el poco contenido energético. Esto es de especial interés para los motores diesel porque el combustible es medido en el motor volumétricamente. Un combustible con poco contenido energético por galón hará que el motor tenga menos potencia.

El biodiesel no contiene compuestos aromáticos sino ácidos grasos con diferentes grados de insaturación. A mayor grado de insaturación menor contenido energético, lo que equivale decir, a mayor contenido de saturación mayor contenido energético.

A continuación se presenta en el cuadro, el contenido energético de dos tipos de combustible, uno derivado del petróleo y otro de biomasa:

Cuadro 3.2 Contenido calórico del diesel y biodiesel.

COMBUSTIBLE

Btu/lb

Btu/gal

Número 2 Diesel 18,300 129,050 Biodiesel (soja) 16,000 118,170 DIFERENCIA (%) 12.5% menos 8% menos Fuente: elaboración propia.

Tal como se observa claramente en el cuadro anterior, el biodiesel posee un menor valor calórico que el combustible Número 2 Diesel. En base másica, el nivel de energía es 12.5 por ciento menor. Ya que el biodiesel es más denso que el diesel, el contenido energético es solamente 8 por ciento menor (en base al volumen) y en ciertos casos inferior a este valor pues una mayor viscosidad del biodiesel reducirá la cantidad de combustible que se sale al pasar por los émbolos en la bomba de inyección.

Pruebas realizadas han demostrado que la eficiencia real de convertir energía en potencia es la misma para el biodiesel y el diesel.

El parámetro más utilizado para medir la economía de los motores es el BSFC (Consumo Específico de Combustible por Frenado). Para el caso del biodiesel será 12.5 por ciento mayor que el diesel.

El BSFC es similar a la eficiencia, pues ambos miden cuánto combustible se necesitará para hacer cierta cantidad de trabajo. A menor BSFC mayor eficiencia del motor. Sin embargo, no proporciona información acerca de la cantidad de energía disponible en el combustible, por lo que no puede utilizarse para comparar la calidad del quemado de

combustibles en diferentes motores. El prefijo “frenado” se refiere a que el potencial se mide directamente en el eje de rendimiento del motor (árbol de levas).

La eficiencia térmica del combustible, se define como la relación de la potencia producida por el motor y la energía del combustible consumido, que depende del valor calórico inferior del combustible.

El valor calórico inferior se puede medir por calorimetría o se estima por ecuaciones basadas en la composición del combustible.



El combustible debe proporcionar una gran cantidad de energía por galón.

La densidad del combustible no es en sí, un parámetro importante para los motores diesel, pero se relaciona con el contenido energético del combustible. Como primera aproximación, todos los hidrocarburos poseen el mismo contenido de energía por libra.

La diferencia entre combustibles radica entonces, en sus densidades. A mayor densidad mayor contenido energético por galón y debido a que el diesel se vende volumétricamente, a mayor densidad mayor potencia. Como se dijo anteriormente, el biodiesel posee una densidad más elevada que el diesel (0.87-0.88 g/cc comparado con 0.84-0.85 g/cc para el diesel Número 2 y 0.81-0.815 g/cc para el diesel Número 1), por tanto posee un contenido de energía por galón más alto, lo cual se transforma en una de sus mejores ventajas ante el diesel.



El combustible no debe restringir la operatividad del motor a bajas temperaturas.

El diesel contiene pequeñas cantidades de hidrocarburos de cadena larga, llamados ceras, que cristalizan a temperaturas dentro del rango de funcionamiento normal del motor. Si la temperatura es lo suficientemente baja, estos cristales de cera se aglomerarán y taparán los filtros

alterando la operación del motor. A muy bajas

temperaturas el combustible se solidificaría.

Aditivos derivados del petróleo, conocidos como PPD (Pour Point Depressants, que significa Depresores del Punto de Fluidez) se utilizan para inhibir la aglomeración de los cristales de cera, reduciendo así la temperatura a la cual se tapan los filtros. Es muy común agregar Diesel Número 1 al Diesel Número 2 para reducir este punto, ya que las ceras del primer combustible diluyen las ceras del segundo.

Para determinar el punto de nube y el punto de fluidez de los combustibles, se utiliza la norma ASTM D 2500 y D 97, respectivamente. Además, hay pruebas que miden la tendencia de un combustible a tapar filtros.



El combustible no debe contribuir a la corrosión.

Muchas piezas en el sistema de inyección de

motores Diesel están hechas de

acero con alto contenido de Carbono, por lo tanto son propensos a la corrosión en contacto con el agua. Los daños causados por el agua son la causa principal de la falla prematura de los sistemas de inyección. La mayoría de motores Diesel están equipados con separadores de agua que producen pequeñas gotas de agua que se agrupan hasta

que son lo suficientemente grandes para ser removidas del combustible. Los combustibles Diesel que poseen cantidades significativas de agua en el sistema de inyección pueden provocar daños irreversibles en los motores en un corto período de tiempo.

El contenido total de agua y sedimentos en el Diesel, según la norma ASTM D 2709, es de 0.05 por ciento. Este método emplea un centrifugador para acumular toda el agua y sedimentos.

Los compuestos de azufre en el diesel también corroen los motores. El Cobre se suele utilizar como indicador de este tipo de corrosión. La norma ASTM D 130 emplea finas tiras de Cobre sumergidas en el combustible para identificar su tendencia a corroer los metales.



El combustible no debe contener sedimentos.

Los filtros de los motores Diesel están diseñados para atrapar partículas mayores a 10 micrómetros de tamaño. Algunos motores actuales incluso han equipado con filtros que capturan partículas de hasta 2 micrómetros, los cuales deberían retener materiales extraños de entrar al sistema de inyección. No obstante, cuando los combustibles se exponen a altas temperaturas y al aire (oxígeno), pueden sufrir cambios químicos y producir compuestos que son insolubles en estos, tales como depósitos de barniz (sustancias resinosas) y sedimentos que pueden obstruir orificios y cubrir piezas en movimiento provocando un atascamiento. Varios procedimientos de

prueba se han desarrollado en un intento para medir la tendencia del diesel a producir estos sedimentos, entre ellos está la norma ASTM D 2274, pero ninguna ha ganado la aceptación necesaria para incluirse en las especificaciones del combustible diesel (ASTM D 975).

Cuando se quema el diesel se debería convertir completamente en dióxido de carbono y vapor de agua. Los materiales inorgánicas presentes en el diesel producen cenizas que pueden ser abrasivas y contribuir al desgaste entre los pistones y cilindros. La norma ASTM D 482 determina el contenido de cenizas que existen en el diesel. La norma ASTM D 6751 requiere usar el procedimiento ASTM D 874. Este método mide

el

contenido

de

cenizas

sulfatadas, específicamente cenizas de sodio y

potasio. Estos dos metales son, posiblemente, la principal fuente de cenizas en el biodiesel.

Si el combustible se expone a altas temperaturas en ausencia de oxígeno se da el proceso de pirólisis, produciendo residuos ricos en carbono. Si bien esto no debería ocurrir en el cilindro en condiciones normales de operación del motor, algunos sistemas de inyección tienen el potencial de crear una región dentro de la boquilla (entrada del sistema de inyección la cual puede acumular y restringir el funcionamiento de las piezas móviles. Diversos procedimientos de prueba, tales como la norma ASTM D 189, D 524, y D 4530, predicen la tendencia de un combustible a formar depósitos de carbono dentro de los cilindros. Lamentablemente, es muy difícil de reproducir

dentro de los cilindros de un automóvil las mismas condiciones que en la prueba, por lo que la correlación de estos procedimientos en los motores actuales está restringida.

Ciertas piezas muy cercanas al sistema de inyección son sensibles a altos pesos de cargas, por lo que se necesitan lubricar para evitar un rápido desgaste de ellas. Todos los sistemas de inyección de los motores diesel dependen del combustible en sí para proporcionar dicha lubricación. A pesar que no hay un conocimiento claro, se sabe que al utilizar refinadores para reducir el contenido de azufre del diesel, la capacidad de éste para proveer la lubricación necesaria disminuye. La propiedad que caracteriza la capacidad del combustible para lubricar se llama lubricidad. Varios ensayos se utilizan habitualmente para medir la lubricidad, pero no han sido aceptados como parte de las especificaciones de la norma ASTM para el diesel.



El combustible no debería provocar contaminación excesiva.

Bajo circunstancias ideales, todo el contenido de carbono e hidrógeno en el diesel se debería de quemar

para

producir

dióxido

de

carbono

y

vapor

de

agua,

respectivamente. Sin embargo, en presencia de azufre también se producirá dióxido de azufre y trióxido de azufre, los cuales pueden reaccionar con el vapor de agua para formar ácido sulfúrico y otros compuestos sulfatados y estos últimos pueden formar partículas en los gases de combustión y acrecentar los niveles de contaminación ambiental. En 1993, la EPA exigió que el diesel debiera contener como máximo 500 ppm de azufre, por lo que se reduciría los niveles de azufre en un factor de 10. En 2006, la EPA exigió nuevamente la reducción de contenido de azufre a 15 ppm, lo que eliminaría por completo la presencia de partículas de azufre en los gases de

combustión y permitiría la introducción de procesos pos-tratamiento catalíticos en los motores diesel, pues el azufre es un poderoso veneno para los catalizadores y restringe las opciones disponibles para controlar las emisiones producidas por los motores.

Los compuestos aromáticos son una clase de hidrocarburos que se caracterizan porque poseen una estructura química bastante estable. Generalmente, están presentes en el diesel a niveles entre 30 a 35 por ciento. La ventaja de los compuestos aromáticos radica en que aportan mayor energía por galón de combustible. La desventaja es que se cree que contribuyen al aumento de las emisiones óxidos de nitrógeno y partículas en la atmósfera y disminuyen el número de cetanos. A principios de los noventas, CARB (California Air Resources Board, que significa Junta Californiana de Información sobre el Aire) estableció una norma que restringió el contenido de compuestos aromáticos al 10% para el combustible diesel que se vendía en California. Más tarde CARB, permitió que el contenido de compuestos aromáticos fuese mayor solo si los productores de combustibles podrían demostrar que sus productos igualaban o disminuían las emisiones de los combustibles con bajo contenido de hidrocarburos aromáticos.

El biodiesel no contiene compuestos aromáticos. Además el biodiesel proveniente de la mayoría de aceites vegetales como la soja posee niveles bajos o nulos de azufre. Sin embargo, se han comprobado que el biodiesel proveniente de las grasas animales posee niveles significativos de azufre.



El combustible debería ser seguro.

Los usuarios de los motores diesel están acostumbrados a tratar a dicho combustible como un material no inflamable. La volatilidad del diesel Número 1 y Número 2 son los suficientemente bajos que la mezcla aire-vapor sobre el combustible está por debajo del límite de inflamabilidad. La propiedad que caracteriza este comportamiento es el punto de inflamación, que se define como la temperatura a la que el combustible despedirá el vapor necesario para producir una mezcla inflamable. Esta temperatura se encuentre entre los 125 a los 150 grados Fahrenheit para el diesel y debajo de -40 grados Fahrenheit para la gasolina. Esto ha sido de gran preocupación para las mezclas de etanol con gasóleo ya que el alcohol reduce el punto de inflamación del combustible a tal grado que posteriormente será tratado como si fuera gasolina.

3.4 La aplicación del biodiesel en motores de combustión interna.

Las alternativas de uso del biodiesel se centran básicamente en: Adaptar los motores para el empleo de ésteres metílicos como combustible. 

Adaptar las características del biodiesel a los requerimientos de los motores.

Los primeros estudios sistemáticos del empleo de los esteres de aceites vegetales “BIODIESEL” en motores se remontan a 1952 por Meurier. Sus conclusiones fueron:



Los esteres de aceite vegetal poseen una buena potencia para su mezcla o reemplazo del gasóleo.



Los metil y etil ésteres son efectivos en la eliminación de los problemas de inyectores y motores de inyección directa.



Las viscosidades obtenidas por los metil, etil y butil esteres son similares al gasóleo y significativamente menores a los aceites vegetales de origen.

Los ésteres de los aceites presentan características muy similares al gasóleo y se pueden emplear en las mismas condiciones de operación.

Los ensayos de larga duración de biodiesel (reservando este término a los metil esteres de aceite de colza y girasol) efectuados en laboratorios Europeos Vellguth 1982 y Schrottmeier 1988 y con grandes flotas de tractores han arrojado como conclusión que el uso prolongado por un año no produjo incrementos en el desgaste o depósitos de carbono y por lo tanto serían aptos para su uso a gran escala.

La serie de ensayos realizados por el Instituto de Ingeniería Rural de Argentina (INTA), en sus laboratorios centrales con tractores de última generación como en laboratorios móviles sobre tractores de diferente edad, estado y forma de uso arrojaron que el uso de este combustible puro solo reduce la potencia y par motor en un 3 a 4 por ciento con incrementos en el consumo horario y específico que no superan el 10 por ciento. En proporciones menores en mezclas estas diferencias pasan a ser mucho menores.

Del conjunto de estudios técnicos y científicos también surgieron los siguientes problemas y sus soluciones:



Dilución de los aceites lubricantes: Este es el mayor problema del uso prolongado de biodiesel. El metil-éster de la colza supera los aros de los pistones llegando al cárter. Pueden luego surgir problemas en la inadecuada lubricación de la superficie del pistón y formación de gomas. El período de uso, el diseño de la cámara de combustión, el patrón de inyección y su calibración influyen en el grado de dilución del aceite. Por lo general reduciendo el cambio de aceite a 150 horas es suficiente para evitar daños y deterioros en los motores.



Compatibilidad de materiales. Algunas pinturas empleadas en tractores pueden ser diluidas por el metil-éster del aceite de colza. A pesar de que el deterioro no implica ninguna merma en la prestación de los equipos ni riesgo alguno puede ser fuente de posibles reclamos y es solucionable empleando pinturas adecuadas como las acrílicas.



Rendimiento invernal: Por debajo de los 0 grados se pueden presentar problemas en el suministro de biodiesel desde el tanque al motor. Esto puede ser fácilmente mejorado incrementando la proporción de metanol del 1 al 2 por ciento en el proceso de transesterificación. Esto puede reducir el punto de inflamación por debajo de 55 grados aumentando los riesgos. El agregado de otros aditivos permite el uso del biodiesel hasta temperaturas de 10 grados bajo cero.

3.5 Desempeño de los motores con biodiesel.

A continuación se mostrará un resumen de todos los factores que afectan el desempeño y funcionamiento de los motores diesel al utilizarse biodiesel (B100) además de otros que no se habían mencionado anteriormente.

El desempeño del motor diesel se evalúa en base a las siguientes características: 

Facilidad de arranque



Desarrollo de potencia



Nivel de ruido



Economía del combustible



Desgaste (lubricidad)



Operatividad a baja temperatura



Duración del filtro



Emisiones de escape

El funcionamiento del motor, evaluado según las características anteriormente mencionadas, depende de: 

El diseño del motor



El combustible

Problemas potenciales del motor operado con biodiesel puro o con mezclas de alto contenido:



Taponamiento y obstrucción de filtros.



Bloque de toberas y orificios de inyección y de conductos, pasajes y drenajes del sistema de alimentación de combustible.



Aumento de la presión de inyección con excesiva caída de presión.



Pegado y rotura de anillos de pistón.



Formación de depósitos sobre inyectores, pistones y ranuras de pistón.



Atascamiento de la bomba de combustible por viscosidades altas.



Escasez de alimentación de combustible al motor (caída de potencia) por viscosidades altas.



Desgaste acelerado de válvulas, agujas y pistones de la bomba de inyección y de los inyectores.



Corrosión de metales.



Degradación severa del aceite lubricantes: disminución inicial de viscosidad, seguida de un aumento después de varias horas. Disminución del número básico y aumento del número ácido.



Remoción de suciedades incrustadas en el tanque y en el sistema de alimentación de combustible.



Problemas de arranque y operación en frío.



Hinchamiento, endurecimiento

y

fragilización

de

elastómeros

tuberías, juntas), recubrimientos de cables eléctricos y pegamentos.

Causas atribuibles a las propiedades del biodiesel: 

Formación de depósitos por exceso de metales formadores de cenizas.

(sellos,



Abrasión por cenizas.



Formación de sedimentos por polimerización o cristalización de moléculas pesadas.



Cristalización y gelificación a bajas temperaturas.



Oxidación, polimerización y degradación a ácidos, aldehídos y cetonas.



Hidrólisis de los ésteres con formación de ácidos libres.



Acumulación de agua, crecimiento microbiano y formación de lodos asociados.



Baja volatilidad del combustible.

Limitación de algunas propiedades físicas/operativas: 

Viscosidad



Número de cetano



Corrosividad



Formación de residuos carbonosos



Punto de inflamación



Propiedades en frío.

4. Normas técnicas.

4.1 Aspectos generales.

Las especificaciones para el biodiesel han sido implementadas en varios países alrededor del mundo, más notablemente en los Estados Unidos, a través de la norma ASTM (Sociedad Americana de Pruebas y Material), y en Europa a través de la norma CEN (Comité Europeo para la Normalización). Los comités más importantes de estos grupos que supervisan el desarrollo de las especificaciones del combustible, incluyendo normas para el biodiesel, están comprometidos con los fabricantes de automóviles y motores, refinerías, productores de biocombustibles, entidades gubernamentales y otros usuarios del combustibles que por medio de consensos acuerdan sobre las especificaciones que ayudan a asegurar una buena calidad de los combustibles para la seguridad y operación satisfactoria de los vehículos y motores.

En los Estados Unidos, las especificaciones de la norma ASTM se encuentran en la ASTM D 6751; para la Unión Europeo, la norma es la EN (Norma Europea) 14214.

Las especificaciones ASTM definen al biodiesel como un combustible compuesto de ésteres mono-alquílicos de cadena larga de ácidos grasos derivados de aceites vegetales o de grasas animales. Los aceites vegetales crudos y las grasas animales que no han sido procesadas, no reúnen las especificaciones del biodiesel. Hay que tener en cuenta que la norma ASTM no es una ley en sí; sin embargo, las especificaciones ASTM es para mezclas de biodiesel en petro-diesel, y muy poco para especificaciones del B100 como un combustible puro, aunque suele ocuparse también para éste último por muchos productores. Varios estados adoptan la norma

ASTM y la trasponen como una ley. En lo que respecta a las especificaciones del biodiesel, solo unos pocos estados lo han hecho en la actualidad, por ejemplo Minnesota.

En Europa, la norma EN 14214 establece las especificaciones para los ésteres metílicos de los ácidos grasos para los combustibles diesel. En contraste con la norma ASTM 6751, el B100 que reúne estos estándares se puede emplear para biodiesel puro en motores (si el motor ha sido adaptado para operar como B100) o en combinación de biodiesel en diesel para producir una mezcla de acuerdo con la norma EN 590, las especificaciones de la norma EN. Las mezclas con un 5 por ciento de ésteres metílicos de ácidos grasos se permiten en combustibles diesel definidos por la norma EN 590, la cual permite que el B5 se considere como un combustible diesel estándar. La norma EN 14214, es más restrictiva y sólo se aplica a los ésteres monoalquílicos producidos con metanol, es decir, éster metílicos de ácidos grasos. El contenido mínimo de ésteres se especifica de 96.5 por ciento. La adición de componentes que no son ésteres metílicos de ácidos grasos (diferentes a los aditivos) no se permiten.

4.2 Normativa Europea para el biodiesel.

Los motores de la industria automotriz se han utilizado por un siglo. Durante este período de tiempo los motores y combustibles han evolucionado paralelamente. Más de mil millones de motores de combustión interna operan a nivel mundial. Esta historia de éxito se fundamenta en un sistema simple: las normas otorgan la misma calidad

para los combustibles a lo largo de un mismo país. El combustible tiene que cumplir con estrictas exigencias técnicas y ambientales, así como requisitos de seguridad. El cliente no se involucra en este proceso. (Uno debe ser consciente, sin embargo que la fiable operación de los motores no solamente es influenciada por el combustible, sino también por el motor en sí, su lubricación y mantenimiento).

Las normas podrían ser una barrera para desarrollos futuros. La presentación de

nuevas exigencias relacionadas con aspectos sociales y ambientales podría

dificultar la situación. La condición de la técnica es fija, no habrá competencia con respecto a la calidad. La calidad es determinada por los líderes del mercado, que son los que más se benefician de la norma establecida.

Francia presentó de una manera perfecta los biocombustibles. El diesel con 5 por ciento de ésteres metílicos como aditivo se puso a prueba en laboratorios y en una gran flota de vehículos. Los ésteres metílicos mejoran la lubricidad, así como el contenido de oxígeno mejora la combustión. No se encontraron diferencias en el rendimiento de los motores y ningún ajuste fue necesario para satisfacer las especificaciones de la norma europea para el diesel. Una prueba exhaustiva en los surtidores de gasolina confirmó los resultados. Los ésteres metílicos a partir del aceite de colza deben cumplir con los criterios de calidad establecidos por un mandato ministerial, el cual se habrá de presentar previamente ante el gubernamento competente. El combustible diesel con 5 por ciento de ésteres metílicos a partir del

aceite de colza fue recientemente definido. Desde entonces, ha sido posible la venta de esta mezcla de combustibles.

4.3 Condiciones de las normas para el biodiesel en países de Europa.

4.3.1 Austria Los debates acerca de los aceites vegetales como combustible para motores diesel comenzaron después de la crisis energética de 1973 como consecuencia de la necesidad de garantizar el suministro de energía para la agricultura. Después de probar con diferentes mezclas de combustibles fósiles diesel y aceites vegetales, la transesterificación de éstos últimos fue considerada por el Instituto Federal de Ingeniería Agrícola. Entre 1980 y 1990 varias investigaciones de proyectos se llevaron a cabo, para estudiar la producción y utilidad de los ésteres metílicos a partir del aceite de colza como combustible, principalmente para los tractores.

En 1990, un grupo de trabajo se formó en el Instituto de Normalización de Austria. En 1991, la primera norma mundial para los ésteres metílicos del aceite de colza (ÖNORM C1 190) fue publicada. Esta norma preliminar fue publicada nuevamente con algunas modificaciones el 1 de Enero de 1995. Además una norma para ésteres metílicos de ácidos grasos, se elaboró de forma general y posteriormente, se publicó con el nombre de ÖNORM C1 191, el 1 de Noviembre de 1996.

4.3.2 República Checa.

La investigación sobre el biodiesel se inició en 1990 con ensayos a largo plazo, en tractores de uso para la agricultura. Los trabajos para la estandarización se realizaron en estrecha cooperación con los fabricantes de motores y el Ministerio de Transporte.

La norma para los ésteres metílicos de ácidos grasos, a partir del aceite de colza (CSN 65507) se publicó en 1994.

Generalmente, el biodiesel se utiliza en mezclas de 30 por ciento de biodiesel y 70 por ciento de combustibles derivados del petróleo (diesel). Se estima que este tipo de mezcla de combustibles podría ascender el uso del diesel hasta un 10 por ciento en la República Checa. En la actualidad, la cantidad total de biodiesel que se produce es de 60,000 toneladas al año, en este país.

4.3.3 Francia.

En Francia, las primeras actividades comenzaron en 1988, en experimentos con flotas cautivas utilizando mezclas de 20 por ciento de ésteres metílicos y 80 por ciento de diesel. Un programa conjunto se estableció con el objetivo de ofrecer ésteres metílicos de aceite de colza en el mercado general del diesel. Un requisito básico para dicha mezcla de combustible es que podría utilizarse de la misma manera que los combustibles fósiles puros. Como resultado de estas consideraciones, Francia decidió utilizar biodiesel en mezclas de 5 por ciento, para que no fuera necesario realizar ajuste a los motores o a los procedimientos de distribución que se requieren.

El 31 de Diciembre de 1993, los criterios de calidad fueron publicados por primera vez por la orden Ministerial Francesa. El 1 de Abril de 1995, la nueva norma para combustibles diesel EN 590, se convirtió en una ley francesa (NF EN 590).

4.3.4 Alemania.

En Alemania, un grupo de trabajadores han terminado un anteproyecto para una norma. Los requisitos y métodos de análisis se tomaron de la norma de los combustibles derivados del petróleo. Solamente, unos pocos parámetros fueron adaptados. Como algunos métodos no se han estandarizado hasta el momento, no se han definido las restricciones de éstos. El anteproyecto fue publicado como la norma DIN V 51606, en Junio de 1994. El grupo de trabajo está terminando dicha labor. La norma previa tiene que ser transformada en una completa norma aprobada dentro de los próximos 3 años (hasta Junio de 1997).

4.3.5 Italia.

La producción industrial de biodiesel comenzó en 1991. La comercialización del biodiesel era gratuita hasta finales de 1993. El 31 de Diciembre de 1993, un decreto ministerial sobre los impuestos por consumo se publicó. En Junio de 1994, se estableció el primer importe libre de impuestos, que fue de 125000 toneladas.

Se desarrolló una especificación para el biodiesel que se publicó en Mayo de 1993. La labor se concentró en los métodos de análisis, restricciones y pruebas a los motores.

4.3.6 Suecia

Hacia 1990 los ésteres metílicos del aceite de colza se comenzaron a utilizar, no solo en mezclas de 20 a 50 por ciento, sino también de forma pura. Aunque en Suecia, la producción y utilidad del biodiesel es baja, un grupo de fabricantes de motores, compañías productoras de aceites y productores de biodiesel comenzaron a trabajar sobre una norma para dicho combustible. El grupo tomó como ejemplo las normas ya existentes en Europa y trataron de seguir los estándares y recomendaciones impuestos en ellos. Los requerimientos específicos de cada país, tales como operatividad en invierno y el contenido de azufre, deben ser tomados en cuenta.

En los cuadros mostrados a continuación se presentan las diferentes normas del biodiesel en los principales países que las aplican.

Cuadro 4.1 Normas de Calidad del biodiesel existentes en Europa

Norma/Especificación

Unidad

Fecha Densidad

Viscosidad

Punto de inflamación CFPP*

Punto de fluencia

Austria

Austria

Alemania

ÖNORM C1

ÖNORM Cl

DIN V

01/01/95 190

01/01/96 191

Junio, 1994 51606

15°C

g/cm3

0.87 - 0.89

0.85 - 0.89

0.875 - 0.90

20°C

g/cm3

-

-

-

20°C

mm2/s

6.5 - 8.0

-

-

40°C

mm2/s

-

3.5 - 5.0

3.5 - 5.0

°C

≥ 100

≥ 100

≥ 100

Verano °C

≤0

≤0

≤0

Invierno °C

≤ -15

≤ -15

≤ -20

Verano °C

-

-

-

Invierno °C

-

-

-

% masa

≤ 0.02

≤ 0.02

≤ 0.01

100% 4) % masa

≤ 0.05

≤ 0.05

-

100% 5) % masa

-

-

≤ 0.3

Azufre total CCR**

Cenizas sulfatadas

% masa

≤ 0.02

≤ 0.02

-

Cenizas (oxidación)

% masa

-

-

≤ 0.01

Contenido de agua

mg/kg

1)

2)

≤ 300

Impurezas totales

mg/kg

2)

2)

≤ 20

-

-

1

≥ 48

≥ 48

≥ 49

Corrosión (Cobre)

3h/50°C

No. de Cetano

-

No de neutralización

mgKOH/g ≤ 0.80

≤ 0.80

≤ 0.50

Estabilidad oxidativa

g/cm3

-

-

-

Contenido de metanol

% masa

≤ 0.20

≤ 0.20

≤ 0.30

No. de Saponificación

mgKOH/g -

-

-

Contenido de ésteres

% masa

-

-

Triglicéridos

% masa -

-

≤ 0.10

Diglicéridos

% masa -

-

≤ 0.10

Monoglicéridos

% masa -

-

≤ 0.80

Límite de gliceroles

% masa -

-

-

Gliceroles libres

% masa ≤ 0.02

≤ 0.02

≤ 0.02

Gliceroles totales

% masa ≤ 0.24

≤ 0.24

≤ 0.25

-

≤ 120 6)

≤ 115

No. de Iodo

-

Fósforo

mg/kg

≤ 20

≤ 20

≤ 10

Metales alcalinos

mg/kg

-

-

-

Contenido calórico

kJ/kg

-

-

-

Fuente: Avelar, 2008.

Cuadro 4.2 Normas de Calidad del biodiesel existentes en Europa Italia Norma/Especificación

Unidad

Fecha Densidad

Viscosidad

Punto de fluencia

Diario Oficial CSN 656507

23/04/93

20/12/93

Nov., 1994

g/cm3

0.86 - 0.90

-

-

20°C

g/cm3

-

-

0.855

20°C

mm2/s

-

-

6.5 - 9.0 0.885

40°C

mm2/s

3.5 - 5.0

-

-

°C

≥ 100

-

≥ 56

Verano °C

≤0

-

≤ -5

Invierno °C

≤ -15

-

≤ -15

Verano °C

-

-

≤ -8

Invierno °C

-

-

≤ -20

-

≤ 0.02

100% 4) % masa -

-

-

100% 5) % masa ≤ 0.50

-

≤ 0.30

% masa ≤ 0.01

Azufre total CCR**

CUNA

Rep. Checa

15°C

Punto de inflamación CFPP*

Francia

Cenizas sulfatadas

% masa -

-

-

Cenizas (oxidación)

% masa -

-

≤ 0.02

Contenido de agua

mg/kg

≤ 700

≤ 200

≤ 1000

Impurezas totales

mg/kg

-

-

-

-

1

-

-

≥ 48

Corrosión (Cobre)

3h/50°C

No. de Cetano

-

No de neutralización

mgKOH/g ≤ 0.50

≤ 1.0

≤ 0.50

Estabilidad oxidativa

g/cm3

-

-

Contenido de metanol

% masa ≤ 0.20

≤ 0.10

≤ 0.30

-

-

No. de Saponificación

mgKOH/g ≥ 170

-

-

Contenido de ésteres

% masa ≥ 98

≥ 96.5

-

Triglicéridos

% masa ≤ 0.10

-

-

Diglicéridos

% masa ≤ 0.20

-

-

Monoglicéridos

% masa ≤ 0.08

≤ 0.08

-

Límite de gliceroles

% masa -

-

≤ 0.24

Gliceroles libres

% masa ≤ 0.05

-

≤ 0.02

Gliceroles totales

% masa -

≤ 0.25

-

-

-

-

No. de Iodo Fósforo

mg/kg

≤ 10

≤ 10

Metales alcalinos

mg/kg

-

≤5

-

Contenido calórico

kJ/kg

-

-

37100 3)

Fuente: Avelar, 2008.

* Cold Filter Plug Point (Punto de taponamiento de filtro en frío)

** Conradson Carbon Residue (Residuo de Carbono por el aparato Conradson)

1) Libre de aguas separadas 2) Libre de sustancias sólidas 3) Infomativa 4) del 100% 5) del 10% de residuos por destilación, a una presión reducida de 1.33 Pa.

6) Contenido de ácido linoleico (C18:3) y unas 3 veces más o más ácidos insaturados ≤ 15% en Masa.

4.4 Normativas americanas para el biodiesel.

4.4.1 Normativa de Estados Unidos Las actividades con el biodiesel en Estados Unidos comenzaron en 1992. Con los proveedores más próximos en línea, las especificaciones se hicieron más relevantes.

La Sociedad Americana de Ingenieros Agrónomos desarrolló una práctica ingenieril para el biodiesel (presentada en 1996). La “Junta Nacional de Biodiesel”, que está patrocinada por los agricultores de semillas de soja, da prioridad al desarrollo de las especificaciones del biodiesel en cooperación con la ASTM. La fuerza operante de la norma ASTM elaboró el primer borrador de la norma en 1997.

Tal como se observó en previas normativas internacionales, en el caso de Europa existen normas tanto a nivel de cada país como de Unión Europea. Mientras que en Estados Unidos es la ASTM quien establece los rangos y normas de calidad para el biodiesel; la ASTM ha establecido las normas para el B100 que se utilizará ya sea en forma pura o en mezclas (de B20 a niveles menores de concentración).

La ASTM especifica los parámetros o estándares de calidad para el B100, con el código ASTM D6751-03, aunque esta norma aún no ha sido aprobada por una parte de los fabricantes, es aceptada y usada a nivel internacional.

A continuaci贸n se presenta los principales est谩ndares de calidad para B100 y B20 respectivamente que aparecen en la norma ASTM D6751-03:

Cuadro 4.3 Normas de calidad para biodiesel (B100)

Fuente: Avelar, 2008.

Cuadro 4.4 Normas de calidad para biodiesel (B20)

Fuente: Avelar, 2008.

Estas normas dirigen su enfoque hacia la obtención de un producto que además de contar con estándares de calidad que garanticen un mejor funcionamiento del motor, también garantice un producto seguro para el que lo usa y que al ser utilizado en los motores se han reducido sus emisiones contaminantes, es decir, un producto rentable y amigable al ambiente.

4.4.2 Normativa de Argentina

En el campo de la normalización la Argentina ya cuenta con una definición oficial de Biodiesel contenida en la resolución 129/2001 de Julio del 2001 limitando por el momento el concepto de biodiesel a toda mezcla de ésteres de ácidos grasos de origen vegetal. En el cuadro se exponen los parámetros y normas de ensayo empleadas en la determinación de los parámetros básicos del combustible.

Cuadro 4.5 Norma Argentina

Fuente: Avelar, 2008.

La resolución específica también que se podrá vender puro o en mezclas al 20 por ciento de biodiesel y en 80 por ciento de gasóleo, lo que se denominará B-20.

Los surtidores deberán estar claramente identificados y las empresas productoras y comercializadoras registradas cumpliendo con todas las normas de seguridad vigentes para el traslado, distribución y despacho de combustibles. Este es un aspecto que se debe tener muy en cuenta para evitar la distribución de combustibles de otros orígenes o adulterados con el nombre de Biodiesel.

Con el objetivo de ajustar más la definición y caracterización de este producto también se contó con la participación de productores, universidades como la INTA y las petroleras en el Instituto Argentino de Normalización de la norma IRAM 6151-1 que fija los requisitos y parámetros en forma más extensa en función de las experiencias Europeas y Norteamericanas en esta materia.

4.4.3 Normativa de Chile Las especificaciones de

calidad

que deberá

cumplir el biodiesel para

su

comercialización como producto puro y uso en mezclas con petróleo diesel, son las siguientes:

Cuadro 4.6 Normativa de Chile Propiedad

Unidad de medida

Valor propuesto Min. 0,860

Densidad a 15°C

g/cm3

Método de ensayo NCh 822 o NCh 2395

Máx. 0,900 Min. 3,5

NCh 1950

2

mm /s Viscosidad a 40°C (cST=centiStokes) Máx. 5,0 Min. 130 (i)

NCh 69

Punto de inflamación °C Min. 120 (ii) Punto de

°C

Máx. -1

NCh 1983

escurrimiento Punto de Enturbiamiento

ASTM D 2500 °C

Informar

Ppm

Máx. 50

(Niebla) Azufre total Residuos de Carbono Conradson (CCR) al

NCh 1896 EN ISO 10370

% masa

Máx. 0,05

ASTM D 4530

Min. 50

NCh 1987

100% Numero de Cetano Contenido de ceniza

ISO 3987 % masa

Máx. 0,02

% volumen

Máx. 0,05

sulfatada Agua y sedimentos Corrosión de la

NCh 1982 NCh 70

grado de lámina de cobre ( 3

Máx. Nº 2 corrosión

horas, 50°C) Valor de

EN 14104 mg KOH/g

neutralización (valor

Máx. 0,5 muestra

de acido mg KOH/g) Contenido de ester

% masa

Min. 96,5

EN 14103

Numero de Yodo

g yodo/100 g

Máx. 120

EN 14111

Acido linolénico -

EN 14103 % masa

Metil Ester

Máx. 12

Contenido de

EN 14110 % masa

Máx. 0,20

Metanol (v) EN 14105 Glicerina Libre

% masa

Máx. 0,02 EN 14106

Glicerina total

% masa

Máx. 0,25

EN 14105

Monoglicéridos

% masa

informar

EN 14105

Diglicéridos

% masa

informar

EN 14105

Triglicéridos

% masa

informar

EN 14105 EN 14107

Fósforo

mg/kg

Máx. 10 ASTM D 5185

Contenido de

EN 14108 mg/kg

Máx. 5

alcalinos (Na+K)

EN 14109

Contenido de

ASTM D 5185 mg/kg

Máx. 5

Metales (Ca+Mg) Estabilidad a la

EN 14112 Horas

Min. 6

oxidación a 110 ºC Fuente: Legislación Chilena sobre biocombustibles, 2007.

5. Métodos de análisis.

5.1 Mediciones de las propiedades del biodiesel.

La evolución de los motores de combustión interna durante el último siglo ha sido el resultado del arduo perfeccionamiento del diseño de los motores y propiedades del combustible. Como tal, los motores se han desarrollado para utilizar las propiedades de los combustibles que se encontraron disponibles. La sustitución de los combustibles actuales con nuevas formulaciones exige la comprensión de las propiedades críticas del combustible para asegurar que los nuevos puedan ser utilizados. A continuación se presentan algunas de las propiedades más importantes tales como, el peso específico, viscosidad cinemática, punto de inflamación, punto de ebullición (prueba de destilación), número de cetano, punto de nube, punto de fluencia y corrosión de tira de Cobre. De igual manera se explicará brevemente las pruebas de calidad respectivas ocupando la norma ASTM D6751 para combustibles biodiesel puros (B100).

5.1.1 Gravedad o peso específico.

La gravedad específica es una medida relativa de la densidad de una sustancia. Se define como la relación entre la densidad de la sustancia, ρ, y la densidad de referencia, ρ ref. La ecuación para la gravedad específica es (SG, por sus siglas en inglés):

SG = ρ / ρref

La densidad de referencia más comúnmente utilizada es la densidad del agua a 4 grados centígrados, que corresponde a la densidad de referencia de 1 g/cc. La gravedad o peso específico del diesel Número 2 es de aproximadamente de 0.85, mientras que la densidad típica del biodiesel es de 0.88, lo cual significa que el biodiesel es más denso que el c ombustible diesel. La Figura siguiente muestra un hidrómetro para medir la gravedad específica, el cual es el instrumento más común para determinar dicha propiedad.

Figura 5.1 Hidrómetro para medir la gravedad específica.

Fuente: Van Gerpen, 2004.

Método: ASTM D 1298 – Densidad, densidad relativa (gravedad específica), o gravedad de petróleo crudo y productos líquidos de petróleo por el método del hidrómetro.

Requisito: densidad a 15 °C.

Este método de prueba abarca la determinación en laboratorios de la densidad, densidad relativa (gravedad específica), o gravedad API del petróleo crudo, productos del petróleo, o mezclas de petróleo y productos no petroleros que

normalmente se manipulan en forma líquida y que poseen una presión de vapor Reid de 101.325 kPa (14.696 psi) o menor, empleando un hidrómetro de vidrio.

Los valores se miden en un hidrómetro, ya sea en la temperatura de referencia o en otra temperatura conveniente, y corregir las lecturas de la temperatura de referencia por medio de las Tablas de Medición del Petróleo.

Los valores determinados como densidad, densidad relativa, o gravedad API se pueden convertir en valores equivalentes con otras unidades como temperaturas de referencia alternas, por medio de las Tablas de Medición del Petróleo.

5.1.2 Viscosidad cinemática.

Para definir la viscosidad cinemática, es necesario comenzar con definir el concepto de viscosidad. En simples términos, la viscosidad, que también se conoce como viscosidad dinámica (η), es la facilidad con que un fluido

puede fluir. La propia

intuición permite corroborar que, por ejemplo, la miel es más viscosa que el agua. Por otro lado, existe una definición hidrodinámica de la viscosidad, la cual dice que, técnicamente es la relación entre la tensión cortante y la tasa de cambio de la tensión de un fluido. En contraste, la viscosidad cinemática de un fluido (ν) es la resistencia al flujo de un fluido por gravedad. Por lo tanto, la viscosidad cinemática de un fluido se relación con la viscosidad dinámica a través de la densidad (ρ), es decir:

ν=η/ρ

El procedimiento estándar para medir

la viscosidad cinemática en el diesel o

biodiesel se encuentra en la norma ASTM D 445. El resumen del método de ensayo tal como se presenta en esta norma es el siguiente: “El tiempo se mide para un volumen fijo de un líquido que fluye bajo gravedad, a través del capilar de un viscosímetro calibrado por medio de un cabezal de conducción reproducible y a una temperatura controlada conocida”. La repetitividad de la prueba es de 0.5-1.0 por ciento, mientras que la reproducibilidad es de 1-2 por ciento. La prueba es llevada a cabo por lo general, midiendo el tiempo necesario para que un volumen de líquido fluya bajo gravedad a través de un tubo capilar calibrado de vidrio. La viscosidad cinemática es igual al producto de este tiempo por la calibración respectiva del tubo. La Figura siguiente muestra un Cannon Fenske de tubo capilar de vidrio el cual se utilizada comúnmente según la norma ASTM D 445.

El biodiesel es más viscoso que el diesel Número 2, pero sólo por una pequeña cantidad. Dependiendo de la materia prima y de la cantidad de oxidación, la viscosidad del biodiesel varía entre 4.0 y 6.2, mientras que para el diesel Número 2 sus valores suelen fluctuar entre 2.4 y 2.6.

Figura 5.2 Viscosímetro Cannon Fenske con tubo capilar

Fuente: Van Gerpen, 2004.

Método: ASTM D 445 – Viscosidad Cinemática, 40 grados centígrados.

Requisitos: 1.9 a 6.0 mm2/s

La viscosidad cinemática: “es la resistencia a fluir de un fluido bajo gravedad”. La viscosidad cinemática es equivalente a la viscosidad dinámica / densidad. La viscosidad cinemática es una especificación básica de diseño para los inyectores

combustibles empleados para motores diesel. Por lo que a mayor viscosidad, los inyectores no funcionarán adecuadamente.

Viscosidad dinámica – “razón entre la tensión cortante aplicada y la tasa de cambio cortante de un líquido.”

Densidad – “es la masa por unidad de volumen de una sustancia a una temperatura específica.”

La viscosidad del biodiesel se puede predecir más o menos 15 por ciento, empleando la composición de los ésteres determinados por la norma ASTM D 6584. El aparato con el que se opera para medir la viscosidad por medio de la norma ASTM D 445 no es indispensable para un laboratorio de Control de Calidad, pero es muy útil como un método de ensayo rápido para estimar el grado de conversión de la reacción de transesterificación en un reactor por tandas.

5.1.3 Punto de inflamación Una propiedad clave para determinar la inflamabilidad de un combustible es el punto de inflamación. El punto de inflamación es la más baja temperatura a la cual una fuente de ignición provocará que los vapores de una muestra se enciendan. Por lo tanto, es una medida de la tendencia de una muestra a formar una mezcla inflamable con el aire. Como observación se puede mencionar que, el valor del punto de inflamación se utiliza para la clasificación de sustancias inflamables y materiales

combustibles necesarios para la seguridad y el transporte marítimo. El procedimiento estándar para medir el punto de inflamación

del diesel y biodiesel es la norma

ASTM D 93. El punto de inflamación se determina calentando una muestra de combustible en un tanque de mezclado y pasando una llama sobre la superficie del líquido. Si la temperatura es igual o mayor al punto de inflamación, el vapor se incendiará observándose una chispa como resultado. El destello antes mencionado, no tiene que ser necesariamente prolongado. A veces se le designa “punto de incendio” a la temperatura del combustible a la cual produce suficiente vapor para mantener una llama continua.

L o s equipos presentados en las Figuras 5.3 y 5.4 se utilizan para medir la temperatura de inflamación. La Figura 5 .3 muestra la taza de la prueba para el aparato. La taza está llena de combustible y se calienta con un calentador externo. El agitador garantiza que la temperatura del combustible sea uniforme. Se mantiene abierta una pequeña flama

desde un suministro externo de gas natural.

Periódicamente, el mezclador se detiene y la flama es pivotada hasta una abertura en la parte superior de la taza para ver si los vapores de combustible se incendian. La fuente de ignición se muestra en esta posición en la Figura 5.3. Cuando el punto de inflamación se ha alcanzado, ocurrirá un pequeño destello que a

veces es

acompañado por el sonido de una pequeña explosión. De vez en cuando, el destello puede llegar a extinguir la llama de la fuente de ignición. La Figura 5.4 muestra la prueba de la taza con su fuente de calor y un escudo térmico que garantiza

calentamiento uniforme. La repetitividad de la prueba se encuentra alrededor de los 2 grados centígrados y la reproducibilidad es de 5 grados centígrados.

Figura 5.3. Taza de prueba según la norma ASTM D 93 para medir el punto de inflamación.

Fuente: Van Gerpen, 2004.

Figura 5.4 Aparato Pensky-Martens para medir el punto de inflamación según la norma ASTM D93

Fuente: Van Gerpen, 2004.

Método: ASTM D 93 – punto de inflamación, taza cerrada.

Requisitos: 130 grados centígrados / minuto.

El punto de inflamación se define como “la temperatura más baja ajustada a una presión barométrica de 101.3 kPa (760 mm Hg), a la cual se aplica una fuente de ignición que produce los vapores de una especie para encenderse bajo condiciones específicas de prueba. Esta prueba, en parte, es una medida del contenido de alcohol residual existente en el B100.

El punto de inflamación es un factor determinante para calcular la inflamabilidad de los materiales. El típico punto de inflamación de los ésteres metílicos puros es mayor a 200 grados centígrados, clasificándolo por tanto, como un compuesto “no inflamable”.

Sin embargo, durante la producción y purificación del biodiesel, no todo el metanol se puede remover, haciendo al combustible inflamable.

y más peligroso de manipular y almacenar si el punto de inflamación cae debajo de los 130 grados centígrados. El exceso de metanol en el combustible puede afectar también los sellos del motor y los elastómeros y corroe los componentes metálicos.

Generalmente, un laboratorio de Control de Calidad debería incluir un dispositivo para calcular el punto de inflamación y de esta manera controlar dicha propiedad, cada vez que se detecte un exceso de niveles de alcohol en la muestra.

5.1.4 Temperatura de destilación.

Una propiedad relacionada con el punto de inflamación es el punto de ebullición, que es la temperatura a la cual un líquido pasa al estado gaseoso. Para una sustancia pura, el punto de ebullición es un mismo valor siempre. Sin embargo, para una

mezcla de hidrocarburos que se encuentran en el combustible diesel, hay un rango de valores del punto de ebullición para las diferentes especies química constituyentes.

La prueba de destilación se utiliza para determinar el rango de valores característicos de una muestra de hidrocarburos. Como es de esperarse, las características de la destilación, es decir, el rango de los valores para el punto de ebullición, tienen un efecto importante sobre el rendimiento, almacenamiento y seguridad de los combustibles. Los valores restrictivos para la destilación se incluyen, generalmente, en las especificaciones de los productos del petróleo debido al número de especies químicas que se encuentran presentes en éstos.

El procedimiento estándar para

medir el rango de valores del punto de ebullición para combustibles diesel es la “prueba de destilación”, presente en la norma ASTM D 86. El aparato utilizado para la destilación simple en esta prueba se muestra en la Figura siguiente.

Figura 5.5 Aparato de destilación según la norma ASTM D 86

Fuente: Van Gerpen, 2004.

Para ejecutar la prueba, un simple proceso de destilación por tandas se lleva a cabo para una muestra del combustible y se recogen los datos obtenidos de puntos de ebullición. Estos datos incluyen el punto de ebullición inicial y la temperatura de ebullición correspondiente a los incrementos de volumen del combustible destilado (5%, 10%, 20%, etc.).

Lamentablemente, la temperatura de ebullición de los compuestos del biodiesel es tan alta a presiones atmosféricas que los compuestos pueden descomponerse (proceso de fracturación o “cracking”) durante la prueba de destilación. Cuando esto sucede, la información procedente de la prueba ya no corresponde al combustible original. Las pruebas de destilación relacionadas con la norma ASTM D 86 no son adecuadas para el biodiesel. La norma ASTM D 6751 requiere de una prueba de destilación, sin embargo se recomienda utilizar la norma ASTM D 1160, la cual se lleva a cabo por destilación a vacío. El equipo utilizado para la prueba a vacío se presenta en la Figura siguiente. Si bien, esta prueba permitirá que el biodiesel se destile sin descomponerse, el procedimiento especificado en la técnica para llevar la destilación de nuevo a condiciones de presión atmosférica, es solamente válido para los productos derivados del petróleo y se debe utilizar con mucha precaución para la prueba con el biodiesel.

Figura 5.6 Aparato para la destilación a vacío según la norma ASTM D 86

Fuente: Van Gerpen, 2004.

Método: ASTM D 1160 – Punto final por destilación a vacío.

Requisitos: 360 grados centígrados máximo, a 90% de líquido destilado

La prueba del punto final por destilación a vacío “se refiere a la determinación, a presiones bajas, del rango de puntos de ebullición para productos del petróleo que pueden ser parcial o totalmente vaporizados a una temperatura máxima del líquido de 400 grados centígrados.”

Las fracciones de petróleo tienen decenas de cientos de compuestos individuales mezclados juntos. Las curvas de destilación se emplean para caracterizar la compleja composición química de una fuente de aceite crudo, en términos de la temperatura de ebullición de sus compuestos constituyentes.

En el B100 hay, a lo mucho, diez diferentes ésteres presentes, y se pueden identificar utilizando un cromatógrafo de gases o de líquidos. El mismo tipo de cromatógrafo que determina la cantidad de gliceroles libres y totales puede determinar la composición de los ésteres metílicos en el B100. Esta composición permite el cálculo del punto T90 para el combustible, sin tener que realizar las pruebas para cada tanda de producto. Es poco probable que los productores de biodiesel tengan una razón para ejecutar esta prueba, salvo para certificar el cumplimiento de la norma ASTM.

5.1.5 Número de cetano El Número de Cetano es quizá, la medida que mejor describe las características de ignición del diesel y biodiesel, ya que se relaciona directamente con la capacidad de ignición del combustible en los motores por compresión. El número de Cetano es al diesel y biodiesel, como el número de Octano es a la gasolina.

El Número de Cetano (NC) es el requisito principal para optimizar la relación motor/combustible. Los refinadores, comercializadores y fabricantes de motores utilizan el NC para describir al diesel. No obstante, el NC es realmente un valor resultante de una prueba específica de la norma ASTM D 613.

El NC es una prueba que se realiza en los motores. Se basa en un motor especial producido por la compañía de motores Waukesha, similar a los motores de pruebas de Octano empleados para valorar la gasolina. El motor diesel es un solo cilindro de inyección indirecta. La cámara de combustión se muestra en la Figura siguiente. La velocidad del motor se fija a 900 rpm

y mientras que el motor es aspirado, la

temperatura del aire de entrada se mantiene a una temperatura de 150 grados Fahrenheit. En la prueba se logra un cuidadoso ajuste de relación combustible/aire y de la tasa de compresión, para producir una demora de encendido estándar (el período comprendido entre el inicio de la inyección del combustible y el comienzo de la combustión) de 13 grados durante el funcionamiento de las prueba. Luego, el motor se cambia para operar con mezclas de dos diferentes combustibles de referencia. Distintas mezcla se ponen a prueba hasta que se encuentra una formulación para restablecer la demora de encendido a 13 grados. Las referencias principales son el n-cetano (n-hexadecano), el cual posee un Número de Cetano de 100 y el heptametilnonano (HMN), que tiene un Número de Cetano de 15. Cuando la demora de encendido es restaurada a 13 grados, el Número de Cetano se calcula por la siguiente ecuación:

Número de Cetano = % n-cetano + 0.15 (% HMN)

Dado que el precio de los principales combustibles de referencia para la prueba es bastante alto, la mayoría de pruebas comerciales del Número de Cetano se realizan con combustibles de referencia secundarios previamente calibrados para conocer

los valores del NC. “Phillips Petroleum” (petróleos Phillips, por su significado en español) proveen este tipo de combustibles secundarios de referencia.

Es importante señalar que si se realiza una mezcla 50/50 de combustibles con Número de Cetano de 40 y 50, respectivamente, la mezcla probablemente no tendrá un Número de Cetano de 45. Este fenómeno se debe al hecho que el Número de Cetano de mezclas de combustibles no es directamente proporcional al Número de Cetano de sus constituyentes. El Número de Cetano del biodiesel suele ser mayor al del diesel normal. Cuando se agrega el biodiesel a cualquier tipo de diesel, normalmente, aumenta el Número de Cetano de la mezcla resultante. Para el diesel, la repetitividad de la prueba del Número de Cetano es de 1 NC y la reproducibilidad es de 4 NC.

Índice de Cetano (Norma ASTM D 976 o D 4737). El índice de Cetano es una cantidad calculada que tiene por objeto lograr una aproximación al valor del Número de Cetano.

Es mucho más barato de aplicar que el método en el que se aplica el motor especial para determinar el NC, pero su precisión está limitada al tipo de combustible en el que está basada la ecuación. Para combustibles que poseen aditivos especiales para mejorar el Cetano y para combustibles alternativos no derivados del petróleo, no es recomendable este método ya que no proporciona resultados precisos a la prueba.

Dos métodos de la norma ASTM se encuentran disponibles para calcular el Índice de Cetano.

Figura 5.7 Cámara de combustión del motor para la prueba del Número de Cetano (Método de prueba según la norma ASTM D 613 para calcular el Número de Cetano del combustible diesel).

Fuente: Van Gerpen, 2004.

La norma ASTM D 976 proporciona la siguiente ecuación empírica para calcular el Índice de Cetano:

Índice de Cetano = 454.74 - 1641.416D + 774.74D250 – 0.554T+ 97.803 [log10 (T)] 2 50

Donde:

D: densidad del combustible a 15 grados centígrados (g/mL) T50: la temperatura correspondiente al punto de 50% de la curva de destilación (ºC).

La norma ASTM D 4737 proporciona el Índice de Cetano de acuerdo a las siguientes cuatro variables:

2

Índice de Cetano = 45.2 + 0.0892*(T10N) + 0.131*(T50N) + 0.0523*(T90N) + 0.901B*(T50N) - 0.420*(T90N) + 4.9x10-4*(T10N) 2 - 4.9x10-4*(T90N)+ 107*B + 60*B2

Donde: T10N = T10 - 215 T50N = T50 - 260 T90N = T90 - 310

Cuando T10, T50 y T90 son las temperaturas a 10%, 50% y 90% de volumen destilado Respectivamente (ºC)

B = [exponencial (-3.5DN)] - 1 Cuando DN = densidad a 15 ° C (kg / litro) - 0,85

Método: ASTM D 613 – Número de Cetano Requisitos: 47 min

El número de cetano es “una medida del rendimiento de la ignición de un combustible diesel que se obtiene al comparar éste por combustibles de referencia en pruebas de motor estandarizados.” El Cetano para los motores diesel es análogo al índice de Octano en un motor de ignición por chispa – es una medida de qué tan fácil el combustible encenderá en el motor.

Para el B100, el Número de Cetano rara vez causa problemas, ya que todos los ácidos grasos del los ésteres metílicos comunes poseen Números de Cetano cerca o debajo de 47. El Número de Cetano puede predecir ± 10% utilizando la composición de los ésteres. Es muy improbable que los productores individuales de biodiesel ejecuten alguna vez, pruebas sobre dicho terreno porque el equipo es sumamente caro.

5.1.6 Punto de enturbiamiento o nube.

Una propiedad de los combustibles, particularmente relevante para la operatividad del diesel a bajas temperaturas, es el punto de enturbiamiento. El punto de enturbiamiento es la temperatura a la cual aparece una turbidez debido a que se forman cristales de cera en el líquido por enfriamiento. Por lo tanto, indica la temperatura más baja a la que un combustible es útil bajo determinadas aplicaciones. Si un combustible diesel se opera a temperaturas debajo del punto de enturbiamiento puede ocasionar obstrucción de filtros debido a los cristales de cera.

Tal como se describe en la normas ASTM D 2500, el punto de enturbiamiento se determina por inspección visual, ya que se puede observar un enturbiamiento o una “neblina” en la muestra de combustible que se analice durante el enfriamiento que se

realiza bajo condiciones controladas. El aparato que se emplea para esta prueba se presenta en la Figura 5.8. El punto de enturbiamiento o nube es una propiedad muy importante del biodiesel ya que este tipo de combustible suele tener puntos de enturbiamiento mayores que los combustibles derivados del petróleo, es decir, que los cristales se comienzan a formar a temperaturas más altas que las del diesel, por ejemplo. Este rasgo tiene sus implicaciones en el uso del biodiesel en climas fríos.

Un procedimiento alterno para medir el punto de enturbiamiento del diesel y biodiesel es la norma ASTM D 5773. A continuación se presenta un resumen del procedimiento: Paso 1) la muestra se enfría en un dispositivo Peltier a una velocidad constante, paso 2) la muestra es constantemente monitoreada por un detector óptico, y paso 3) la temperatura que corresponde a la primera formación

de

enturbiamiento

del

combustible es registrada. La repetitividad del punto de enturbiamiento es < 0.5 °C y la reproducibilidad es < 2.6 °C.

Figura 5.8 Aparato para medir el punto de enturbiamiento

Fuente: Van Gerpen, 2004.

Método: ASTM D 2500 – Punto de nube. Requisitos: Reportar en °C al cliente.

El punto de nube es “la temperatura a la cual una nube de los primeros cristales de cera aparecen en un líquido cuando éste se enfría bajo condiciones pre-establecidas en dicho método de prueba.” El punto de nube es un factor crítico ya que el rendimiento para todos los combustibles diesel disminuye en climas fríos.

La composición química de algunas materias químicas del biodiesel le proporciona ventajas al B100 pues aumenta el punto de nube, lo cual es deseable para muchos

usuarios del biodiesel. El punto de nube, sin embargo, es otro parámetro que puede predecir ± 5% respecto a la composición de los ésteres metílicos, pero algunos productores se les aconsejan equiparse correctamente para realizar esta prueba. Ya que los ésteres metílicos saturados son los primeros en precipitar, la cantidad de dichos ésteres tales como, palmitato de metilo y estearato de metilo, son los factores determinantes del punto de nube.

Los productores de biodiesel pueden modificar el punto de nube de dos maneras distintas. Una es a través del uso de aditivos que retardan la formación de cristales sólidos en el B100 por varios mecanismos. El punto de nube puede también ser modificado por mezclas de materias primas que poseen ácidos grasos altamente saturados con otras materias primas que poseen ácidos grasos poco saturados. El resultado neto es un punto de nube mucho más bajo para la mezcla.

5.1.7 Punto de escurrimiento o fluidez.

Una segunda medida de importancia para determinar el rendimiento del diesel y biodiesel a bajas temperaturas es el punto de escurrimiento o fluidez. El punto de escurrimiento es la temperatura más baja a la cual una muestra de combustible fluirá.

Por lo tanto, el punto de escurrimiento indica la temperatura más baja a que un combustible es útil para determinadas aplicaciones. El punto de escurrimiento también tiene ciertas implicaciones en el manejo de los combustibles durante clima frío. El procedimiento estándar para medir el punto de escurrimiento

de un combustible

se describe en la normas ASTM D 97. A continuación se presenta el resumen de la

norma; Paso 1) la muestra se enfría en un ritmo determinado de tiempo, Paso 2) la muestra es examinada a intervalos de 3 °C para analizar su fluidez, y Paso 3) se toma el dato de la temperatura más baja a la que se observar movibilidad en la muestra. La repetitividad de la prueba del punto de escurrimiento es < 3 °C y la reproducibilidad de la prueba es < 6 °C.

Método: ASTM D97 Punto de fluidez.

Este método de prueba se pretende emplear para cualquier tipo de aceites del petróleo. Un procedimiento apropiado para aceites negros, reservas cilíndricas, y aceites combustibles sin destilar.

Esta norma involucra materiales peligrosos, operaciones y equipo. Esta norma no pretende enfocarse en los problemas de seguridad en el uso de los combustibles. Es responsabilidad del usuario que este estándar establezca las prácticas de seguridad y salud convenientes y al mismo tiempo, determinar la aplicabilidad de los límites regulatorios para su uso.

El resumen de la prueba consiste en que, después de un calentamiento preliminar, la muestra se enfría a un rango específico y luego se examina a intervalos de 3 °C para analizar las características de fluidez. La temperatura más baja a la cual el movimiento del aceite se observe se registrará como el punto de fluidez o escurrimiento del combustible.

5.1.8 Corrosión de la tira de cobre.

Muchos de los compuestos del diesel pueden ser corrosivos. La corrosividad de un combustible se mide por medio de una prueba conocida como corrosión de la tira de Cobre, la cual se describe en la norma ASTM D 130. El Cobre y los compuestos de cobre tienden a ser particularmente susceptibles al ataque químico. La corrosividad de un combustible influye en su almacenamiento y empleo. Las tiras de Cobre pulidas se introducen en la muestra del combustible por 3 horas a una temperatura de 50 °C. Luego, las tiras se lavan en un disolvente y se comparan con la tabla descriptiva de la prueba (Tabla 3.1). Los resultados de la prueba se presentan numéricamente seguidos de una letra. Por ejemplo, una tira que se observa ligeramente empañada, con un color anaranjado-oscuro se designa como “1b”.

Tabla 5.1 Clasificación de la tira de Cobre.

CLASIFICACIÓN 1

2

3

DESIGNACIÓN Levemente empañado

DESCRIPCIÓN a. Anaranjado claro, parecido

b. Anaranjado oscuro a las tiras pulidas originales Moderadamente empañado a. Rojo clarete b. Lavanda c. Multicolor con azul lavanda o plateado, o ambos, revertido con rojo clarete d. Platinado e. Color latón u Oro Oscuramente empañado a. Magenta pálido en tira color latón

b. Multicolor con rojo y verde (tipo pavo real), pero sin tono grisáceo 4

Corrosión

a. Negro transparente, gris oscuro o café con verde pavo real que apenas se nota b. Grafito o negro opaco c. Brillante o negro azabache

Fuente: Avelar, 2008.

Método: ASTM D 130 – Corrosión de la tira de cobre

Requisitos: No. 3, máx

La corrosión de la tira de cobre se emplea “para la detección de grado de corrosión del cobre de combustibles y solventes.” Esta prueba monitorea la presencia de ácidos en el combustible.

Para el B100, las fuentes más probables para que la prueba falle sería un contenido excesivo de ácidos grasos libres, los cuales se determinan de acuerdo a una especificación adicional. Los productores pueden optar por ejecutar esta prueba periódicamente, pero la determinación del número de ácido (D 664) es la medida más importante de Control de Calidad para calcular el contenido de éstos en el biodiesel.

5.2 Mediciones para la estabilidad del combustible.

Todos los combustibles están sujetos a la degradación con el paso del tiempo cuando se almacenan. Esta degradación puede ocurrir debido a la acción microbiana, la penetración del agua, oxidación por el aire, etc. Esta norma y los métodos de prueba para determinar la estabilidad de almacenamiento para el B100 se encuentran todavía en etapas de desarrollo dentro del estándar ASTM. En general, los siguientes parámetros cambiarán y se podrán usar para determinar si el combustible no debería ser empleado: número de ácido, agua y sedimentos, y viscosidad. Para las pruebas respectivas de los parámetros anteriores no se deberían ocupar combustibles viejos.

La Figura 5.9 forma parte del aparato que se emplea en la norma ASTM D 2274 para medir la oxidación de los combustibles cuando se almacenan. Según la D 2274, el oxígeno se burbujea a través del combustible durante 16 horas a una temperatura de 95 °C. Luego, el combustible se filtra para medir la cantidad de cualquier sustancia insoluble que se forme.

Figura 5.9 Cristalería utilizada según la norma ASTM D 2274

Fuente: Van Gerpen, 2004.

Referente a este tema, a continuación, se presenta los métodos de medición de pruebas especiales realizadas al biodiesel, tales como el contenido de jabones, el contenido del catalizador empleado en la reacción de transesterificación y el contenido de gliceroles.

5.3 Pruebas especiales.

5.3.1 Medición del contenido de jabones y catalizador La producción de biodiesel utilizando un catalizador alcalino siempre produce una cierta cantidad de jabones. Existirá mayor contenido de jabones si se utiliza como materia prima grasas animales o residuos de grasas recicladas de restaurantes y menor si se utiliza aceites vegetales refinados.

Luego de finalizar la reacción de transesterificación, los restos del catalizador y jabones tienden a concentrarse en la fase de glicerol. Sin embargo, una pequeña cantidad de jabones y del catalizador se quedan en la fase de biodiesel. Durante este proceso de desarrollo, puede ser útil conocer la cantidad de jabón formado, donde reside el catalizador y que tan efectivo es el proceso de lavado en la remoción de estos compuestos.

Se emplea un simple proceso de titulación para medir el contenido de jabones y del catalizador. El procedimiento básico consiste en titular una muestra de la fase a analizar, ya sea glicerol, éster, agua de lavado, etc., con una solución de HCl a una concentración de 0.1 N empleando fenolftaleína para llegar a dicho punto. Esto proporciona una estimación del contenido del catalizador. Posteriormente, se añaden unas cuantas gotas de azul de bromo-fenol (tipo de indicador) y se produce un cambio de color del indicador. Esto da una estimación de la cantidad de jabones presentes.

En la primera titulación, el HCl (ácido clorhídrico) neutraliza el catalizador alcalino, de modo que cuando la fenolftaleína indica que la solución se ha convertido a neutra,

entonces todo el contenido del catalizador se ha medido. Luego, si la titulación continúa, el HCl, el cual es un ácido fuerte, comienza a romper las moléculas del jabón para producir ácidos grasos libres y sales. Cuando el pH llega alrededor de 4.6, cuando el azul de bromo-fenol cambia de color, indica que el HCl ha desintegrado el contenido de jabones por completo. Es aquí cuando ocurre un descenso del pH, por lo que se ha de donar protones.

El siguiente procedimiento es una versión modificada del método AOCS (American Oil Chemist’s Society, que significa Sociedad Química Americana de Petroleros) para jabones presentes en el petróleo.

1. Disolver una muestra en 100 mL de acetona que contiene 2% de agua destilada. La cantidad de la muestra dependerá la cantidad prevista de jabón y del catalizador. Utilizar. 0.5 gramos de muestra para glicerol crudo, 5 gramos de muestra para éster metílico sin lavar y 100 gramos de muestra para éster metílico lavado.

2. Añadir 2 mL del indicador fenolftaleína (en alcohol isopropílico).

Titular con ácido hidroclorídico a una concentración de 0.01 N hasta que se logre el cambio de color de la fenolftaleína (de rojo a transparente). Esto indica que se ha neutralizado el catalizador libre

en la

muestra. Se

deberá designar esta

cantidad de solución como “A”.

4. Añadir 1 mL del indicador azul de bromo-fenol (0.4% en agua). Este indicador cambio de color alrededor de un pH = 4.5.

Titular hasta que el bromo-fenol cambie de color azul a amarillo. Esto indica que el pH es lo suficientemente bajo para que todo el jabón se desintegre y se produzcan ácidos grasos libres y sales. El ácido fuerte que se añade (ácido clorhídrico) es fuertemente atraído por los iones metálicos (liberados en la degradación del jabón) más que por la cadena de ácidos grasos. Por lo tanto, los iones metálicos se combinan con los iones Cloro del ácido clorhídrico para producir NaCl (Cloruro de Sodio), y el hidrógeno liberado del ácido clorhídrico convierte la cadena de ácidos grasos en ácidos grasos libres. A esta cantidad de la solución se le designa como “B”.

Ahora, la cantidad de HCl agregada durante la primera titulación denota cuanta cantidad del catalizador hay en la muestra y la cantidad agregada durante la segunda titulación denota la cantidad de jabón existente.

Si se toman los mL de HCl de la primera titulación se podrán hacer los siguientes cálculos:

[“A” mL de 0.1 N HCl] * [1 litro / 1000mL] * [0.1 moles de HCl / litro] * [1 mol de KOH / moles de HCl]

* [56.1 g / moles de KOH] / [gramos de la muestra] = gramos de KOH / gramos de la muestra ó lo que es lo mismo: (A * 0.1 * 56.1) / (1000 * W) = gramos de catalizador KOH / gramos de la muestra

Esto da la cantidad que hay de catalizador libre en la muestra, donde se asume que el catalizador empleado es el KOH (hidróxido de Sodio), aunque se puede sustituir el peso molecular de la fórmula anterior por el peso de otro catalizador (KOH= 56.1, NaOH= 40, NaOCH3= 54).

Si se toma los mL de HCl de la segunda titulación, se podrán hacer los siguientes cálculos:

[“B” mL adicionales de 0.1 N HCl añadidos] * [1 litro / 1000mL] * [0.1 moles de HCl / litro] * [1 mol de jabón / moles de HCl] * [320.56 g / moles de jabón] / [gramos de la muestra] = gramos de jabón (por ejemplo, oleato de Sodio) por gramo de la muestra ó:

(B * 0.1 * 320.56) / (1000 * W) = gramos de jabón (por ejemplo, oleato de Potasio) / gramos de la muestra.

Estos resultados a menudo se expresan en ppm (partes por millón), por lo que este número debe multiplicarse por un millón. En este cálculo se asume que el jabón es oleato de Potasio. Cuando se emplea catalizadores de Sodio, el peso molecular del oleato de Sodio será de 304.4 g/mol. El ácido oleico es un compuesto presente en el aceite de soja aunque la mayoría de las veces se prefiere utilizar el aceite de colza.

Cuando el contenido del catalizador y jabón son pequeños, es preferible usar muestras sin preparar. Luego se prepara un segundo beaker que contenga una

solución de acetano-agua sin agregar ninguna muestra. Posteriormente, se titula la muestra sin preparar al mismo tiempo que la solución y se restan los resultados de éstos.

5.3.2 Medición del grado de contaminación del biodiesel (contenido de acilglicéridos, gliceroles libres y totales) Tal como se dijo en el presente trabajo, los métodos analíticos para determinar la cantidad de acilglicéridos, gliceroles libres y totales se dividen en tres tipos: 1) métodos cromatográficos, 2) métodos espectroscópicos y 3) métodos basados en propiedades físicas. A continuación se explicará en qué consisten cada uno de ellos.

5.4 Métodos cromatográficos Los métodos cromatográficos se emplean para separar mezclas de compuestos, basándose en sus propiedades físicas. Los principales métodos cromatográficos son: a) la cromatografía de gases (GC, por sus siglas en inglés) y b) la cromatografía de líquidos (LC, por sus siglas en inglés) conocida algunas veces también como cromatografía de líquidos de alta resolución (HPLC, por sus siglas en inglés).

Para el GC, la mezcla se separa, primordialmente, por medio del punto de ebullición y la estructura (la cual imparte una característica denominada polaridad) de los compuestos individuales. Para llevar a cabo un análisis de GC, la muestra se disuelve en un solvente orgánico a bajas concentraciones y luego se inyecta al cromatógrafo de gases. En ciertas ocasiones, la muestra tiene que proceder de un reactivo

específico con el fin de obtener buenos resultados en el procedimiento con el aparato.

Este es el caso del biodiesel. El glicerol y los monos y diacilglicéridos poseen grupos hidroxilos libres, provocando que en estos compuestos una ineficiencia en el GC. El reactivo

utilizado

para

con

el

biodiesel

(reactivo

de

sílica)

mejora

su

desempeño considerablemente, además de proveer una mejor resolución entre los compuestos que poseen propiedades similares.

Después de inyectarse al GC, la muestra se separa en una columna. Dicha columna es larga y muy delgada (tipo capilar) y contiene un material que permite que los componentes de la muestra interactúen dependiendo de sus estructuras (polaridad) mientras se calientan. El solvente y el reactivo específico sobrante (si se aplica dicho reactivo) que se usa para preparar la muestra, son los primeros materiales en salir del GC y se registran por medio de un detector. Cuando el detector rastrea un material saliendo de la columna en un determinado tiempo de retención (es decir, el tiempo después que los compuestos salen de la columna), se observará un señal en forma de pico en el cromatógrafo. A menudo, el valor de la señal en forma de pico será en amplitud directamente proporcional a la cantidad de material que la provoca. Esto representa la utilidad del GC con respecto a cuantificar la cantidad de componentes en una mezcla.

Tal como se dijo, la estructura (polaridad) de los respectivos componentes y sus puntos de ebullición, son los principales factores que determinan el tiempo de

retención. La mayor parte de las veces, las moléculas más grandes poseerán mayores tiempos de retención en el GC.

Con frecuencia se emplean normas para el método GC. Existen compuestos conocidos que indican cuando ciertas sustancias de naturaleza específica anticipan la salida de estos últimos. Por lo tanto, son muy útiles para establecer la naturaleza de los compuestos presentes en la mezcla.

Para el biodiesel, el GC representa la base de la norma ASTM D 6584, la cual es el método prescrito para medir el contenido de gliceroles libres y totales. Dicho método determina la cantidad de glicerol (en sus diversas formas), mono y diacilglicéridos (ambos también en sus diversas formas), triacilglicéridos y ésteres metílicos en una muestra de biodiesel. Los gliceroles son los primeros compuestos en entrar al GC, posteriormente lo hacen los ésteres metílicos y los monoacilglicéridos, diacilglicéridos y triacilglicéridos. Si bien, muchos compuestos se pueden separar por medio del GC, algunos de ellos coinciden en los tiempos de salida como es el caso de las mezclas complejas (ver el cromatógrafo de la norma ASTM D 6584), especialmente cuando son componentes mayores con propiedades similares. Por otro lado, para determinar la cantidad de contaminantes del biodiesel, no se necesita conocer químicamente la estructura de los ácidos grasos participantes para producir ésteres metílicos. Todo lo que se requiere es saber la cantidad total de contaminantes específicos.

Los detalles de la preparación de las muestras y el procedimiento para llevar a cabo la prueba con el GC se detallan en la norma ASTM D 6584. Los manuales proporcionados por los fabricantes de GC facilitan la información de cómo deben operarse dichos equipos.

Los cromatógrafos líquidos (LC) separan mezclas basándose en la solubilidad de sus componentes en un solvente (o mezcla de solventes), mientras pasan a través de una columna (similar al GC). A menudo, esto se lleva a cabo en un cuarto a temperatura normal. Dado que los compuestos semejantes poseen solubilidades similares e interacciones materiales dentro de la columna, las mezclas complejas que contienen diferentes compuestos se separan por su clase y no necesariamente su

tipo.

Existen

modificaciones

del

LC

para

mejorar

este

por

aspecto

anteriormente mencionado, pero que no son de interés en este tema. Para el caso del biodiesel, por ejemplo, el palmitato de metilo y el estearato de metilo (ambas largas cadenas

saturadas

de

ésteres

metílicos)

saldrán

de

la

columna

del

LC

simultáneamente, la mayoría de las veces. Muchos de los términos, tales como “detector”, “tiempo de retención”, etc. se emplean también para los métodos con LC y poseen el mismo significado al igual que para el GC.

El LC puede ser tan adecuado de usar así como el GC para determinar los contaminantes en el biodiesel por medio de la cantidad total de ésteres metílicos. Los gliceroles libres se pueden detectar en ácidos grasos de ésteres metílicos gracias a la norma AOCS (American Oil Chemists’ Society,

por

su

significado en

inglés),

específicamente la Práctica Recomendada Ca 14b-96 titulada “Cuantificación de Glicerina Libre en Glicéridos y Ácidos Grasos de Ésteres Metílicos Seleccionados empleando el HPLC con Detector de Dispersión de Luz Láser”. Sin embargo, ésta no se incluye en la norma ASTM D 6751.

5.5 Métodos espectrofotométricos En contraste con los métodos cromatográficos, los métodos espectrofotométricos analizan la muestra intacta al mismo tiempo, es decir, las impurezas contribuyen a los resultados y por tanto, deben ser tomadas en consideración. No obstante, cuando se acoplan los métodos espectrofotométricos

con

los

cromatrográficos,

las

incertidumbres que se presentan en la utilización de este último se eliminan.

La razón es que los compuestos (puros) poseen su respectivo y único espectro.

Esta información se relaciona directamente con la estructura del componente. Los métodos cromatográficos solamente detectan si el compuesto está siendo extraído de otro y no detectan su “identidad” o estructura. La identidad o estructura necesita ser establecida a través del empleo de normas, en la medida de lo posible. De este modo, utilizando un método espectrofotométrico de detención en combinación con un método cromatográfico produce resultados más detallados. De cualquier manera, los resultados representan costos de instrumentación adicionales además de mayor conocimiento para la interpretación de los datos.

El método más común en combinación con el cromatográfico es la espectroscopía de masas (MS, por si siglas en inglés). El espectro que presenta el método MS registra

cómo el compuesto se rompe en fragmentos por medio de energía (generalmente se aplica un haz o rayo de electrones).

La forma en que un compuesto se divide en fragmentos se caracteriza por su estructura. Cualquier discusión respecto a este punto va más allá del ámbito de aplicación de los presentes tópicos. Cabe señalar, sin embargo, que el método GCMS, es decir la combinación del cromatógrafo de gases con el espectrofotómetro de masas, es actualmente el más utilizado en las técnicas analíticas de guión en la química orgánica. La espectroscopía de masas puede combinarse también con el método LC, dando a lugar al método LC-MS.

Recientemente, se han empleado métodos espectrofotométricos específicos para analizar el biodiesel, tales como el de Resonancia Magnética (NMR, por si siglas en inglés) y el Infrarrojo Cercano (NIR, por sus siglas en inglés). En ambos métodos, ciertos picos característicos para los triacilglicéridos y los ésteres metílicos indican en los espectros que tan eficiente ha sido la conversión de estos dos compuestos en la producción del biodiesel. El método NIR es relativamente fácil de usar y puede proporcionar el respectivo espectro en menos de un minuto. Una de las ventajas de estos métodos específicos es que no se necesita realizar la degradación previa de la muestra.

5.6 Métodos basados en las propiedades físicas

La diferencia de viscosidad que existe entre el aceite vegetal original y su correspondiente éster metílico puede servir para monitorear el progreso de la reacción de transesterificación. De lo contrario, los métodos basados en propiedades físicas no

proporcionan

mucha

información analítica detallada así como las otras dos

categorías de métodos mencionadas. También parece que las otras propiedades pueden ser idóneas de una manera similar a la viscosidad.

5.7 Métodos químicos vía húmeda Perfil de los ácidos grasos. El perfil de los ácidos grasos solamente puede ser determinado de manera primitiva por medio de métodos químicos en vía húmeda.

Entre los métodos químicos en vía húmeda se pueden mencionar: el valor de Yodo y el valor de saponificación. El valor de Yodo se basa en la adición teórica de Yodo a los dobles enlaces de los compuestos grasos. El valor de Yodo es un método indicador de la cantidad total de compuestos grasos insaturados que existen en una muestra. De otra manera, no proporciona ninguna información ni de la naturaleza de los compuestos no insaturados, es decir, de los compuestos saturados. El valor de la saponificación se relaciona con el peso molecular de la muestra de compuestos grasos.

Es

probablemente mejor utilizar el valor de Yodo y saponificación

conjuntamente para cada muestra. Existen varios métodos químicos vía húmeda para cada uno, con sus respectivas ventajas y limitaciones. Ninguno de estos valores se encuentra en la norma ASTM D 6751.

Existen muchos métodos químicos vía húmeda en la AOCS para determinar el contenido de gliceroles, por ejemplo, el Método Oficial AOCS Ca 14-56 se titula “Método Yodométrico de Ácido Periódico para Gliceroles Totales, Libres y Combinados”. El método LC, mencionado anteriormente es el más recomendado para este análisis. Otros métodos se encargan de determinar el contenido de gliceroles en productos específicos o bajo circunstancias específicas y no son aplicables.

Generalmente, los métodos químicos vía húmeda se están reemplazando hoy en día por métodos cromatográficos más sofisticados, métodos espectrofotométricos o métodos de guión porque los resultados proporcionados por ellos son mejores. Los métodos químicos vía húmeda requieren que la muestra se prepare de una manera compleja por lo que su análisis conlleva mucho tiempo.

5.8 Métodos complementarios de la norma ASTM D 6751 En el transcurso de esta investigación se han mencionado las propiedades del biodiesel, así como los factores que afectan la calidad del biodiesel, además de métodos de pruebas ASTM para las respectivas principales mediciones de éste. Por lo que como complemento de los análisis a nivel de un laboratorio de Calidad de biodiesel es indispensable mencionar un poco de cada uno de estas mediciones implícitas en las normas ya expuestas. A continuación se presenta la lista de normas:

5.8.1 Método: ASTM D 287 – Gravedad API para productos del petróleo y petróleo crudo.

Requisitos: Gravedad API a 15.56 °C (60 °F).

Este método de prueba abarca la determinación de la gravedad API por medio de un hidrómetro de vidrio empleado para productos del petróleo y petróleo crudo que se manipulan normalmente en forma líquida y que poseen una presión de vapor Reid (Método de prueba D 323) de 26 psi (180 kPa) o menos. Las gravedades se determinan a 60 °F (15.56 °C), o se convierten los valores a 60°F, por medio de tablas estándares. Estas tablas no se puede aplicar para compuestos que no sean hidrocarburos o esencialmente hidrocarburos puros, tales como los compuestos aromáticos.

La versión internacional de este método de prueba se describe en el método de prueba ASTM D1298.

Los valores fijos reportados en pulgadas o libras van a ser considerados como los estándares. Los valores proporcionados en paréntesis son conversiones matemáticas a las unidades SI, que son solo datos indicativos y no son considerados como valores estándares.

5.8.2 Método: ASTM D 4530 – Residuo de Carbono

Requisitos: 0.050 p/p % máximo

“En los productos del petróleo, la parte que queda después que una muestra ha sido sujeta a la descomposición térmica…” se designa como residuo de carbono. El residuo de carbono es una medida de cuanto carbón residual permanece después de ocurrida la combustión. La prueba básicamente involucra el calentamiento del combustible a altas temperaturas en ausencia de oxígeno. La mayoría del combustible se vaporizará y fuga, pero una porción puede descomponerse y pirolizarse produciendo depósitos de carbón duro. Este es particularmente importante para el caso de los motores diesel debido a la posibilidad de obstrucción de residuos de carbono en los inyectores del combustible.

La causa más común de causar excesos de residuos de carbono en el B100 es el alto contenido de glicerinas totales. Las glicerinas o gliceroles totales también se miden directamente empleando la norma ASTM D 6584, por lo que generalmente esta medición no es crítica para los productores de biodiesel.

5.8.3 Método: ASTM D 6584 – Glicerinas libres Requisitos: 0.020 p/p %

Como una simple definición, los gliceroles libre son los gliceroles presentes como moléculas en el combustible. Los gliceroles libres son el resultado de la separación incompleta de los ésteres y gliceroles como productos después de la reacción de

transesterificación. Esto ocurre, en la mayoría de las veces, por un mal lavado con agua o por otras cuestiones que no separan eficientemente el glicerol del biodiesel.

Los gliceroles libres son una fuente de depósitos de carbono para los motores y esto sucede cuando se da una combustión incompleta. Como ya se aclaró anteriormente los términos “glicerina” y “gliceroles” incluyendo “glicerín” (muy poco empleado) se utilizan indistintamente, pues son sinónimos.

5.8.4 Método: ASTM D 6584 – Glicerinas totales Requisitos: 0.240 p/p %

Los gliceroles totales “son la suma de los gliceroles libres y los gliceroles enlazados.”

Los gliceroles enlazados “son el porcentaje de moléculas de gliceroles mono, di y triacilglicéridos.” El alto contenido de gliceroles totales indica una reacción de esterificación incompleta y predice exceso de depósitos de carbono en el motor. La prueba para los gliceroles libres y totales, según la norma ASTM D 6584, se debe realizar rutinariamente pues es la medición clave para los programas de control de calidad de los productores.

5.8.5 Método: ASTM D 664 – Determinación del Número Ácido por medio de titulación Potenciométrica.

Requisitos: 0.80 mg de KOH/g por muestra de biodiesel

Alcance – Este método de prueba abarca los procedimientos para determinar los constituyentes ácidos en los productos derivados del petróleo y lubricantes que son solubles en mezclas de tolueno e isopropanol. En el B100 (biodiesel), el número ácido es una medida del contenido de ácidos grasos libres. Los ácidos grasos libres pueden conducir a la corrosión y son un síntoma del agua en el combustible o de oxidación de éste.

Discusión – Este método de prueba determina la cantidad de base que se necesita para titular un muestra desde su lectura inicial hasta una lectura correspondiente a la solución buffer básica o hasta un punto de inflexión tal y como se especifica en el método de prueba. Esta cantidad se reporta como el número ácido fuerte. Las causas y efectos de los ácidos fuertes y de otros ácidos pueden ser muy diferentes. Por lo tanto, este método de prueba diferencia y reporta los dos valores. Ya que el biodiesel contiene solamente ácidos débiles, esta distinción no es relevante. Un método alternativo que es más simple de ejecutar y además proporciona resultados similares es el Método Oficial Cd 3a-63 de la Asociación Americana de Aceites Químicos. Este método utiliza fenolftaleína como indicador para determinar la neutralidad de la muestra. Sin embargo, dado que no se incluye en la norma ASTM D 6751, se debería emplear solamente para el desarrollo de procesos, y no para verificar la calidad del producto.

Resumen del método de prueba – La muestra se disuelve en una mezcla de tolueno e isopropanol que contiene una pequeña cantidad de agua. La muestra se titula

potenciométricamente con hidróxido de potasio alcohólico. Las lecturas del medidor se grafican versus los volúmenes respectivos de la solución titulada y los punto finales se toman indicando las inflexiones en la curva resultante.

Terminología – El número ácido es la cantidad de base, expresada en miligramos de KOH (hidróxido de sodio) por gramos de muestra, necesaria para titular ésta hasta un punto final específico.

Aparato – Las especificaciones precisas se muestran en la norma para el potenciómetro, electrodos, mezclador, bureta, beaker para titular y la titulación base a emplearse. También, en la norma se proporcionan las especificaciones del aparato para el tipo de titulación automática, como un buen sustituto en el método de prueba.

Procedimiento para el número ácido y el número ácido fuerte – Se agregan volúmenes pequeños de KOH a las muestras en solución alcohólica mientras que los electrodos miden el potencial en mV (mili Voltios). Luego se grafica una curva del volumen de KOH versus el potencial respectivo.

En la norma se detalla el procedimiento para los métodos de titulación manuales y automáticos, incluyendo la preparación la muestra de solvente con la que se calibra.

Cálculos – Las curvas del potencial de los electrodos se grafican al igual que el volumen de KOH que se requiere para titular la muestra. Los puntos finales

(inflexiones) se escogen como los puntos en la que la curva se hace más vertical. Se proporciona también el procedimiento para calcular dicho punto para curvas que no poseen un aparente punto de inflexión. La Figura siguiente es un ejemplo de las curvas de titulación que se generan empleando este método.

Figura 5.10. Curva de titulación según la Norma ASTM D 664

Fuente: Van Gerpen, 2004.

Curva A – Calibración por el solvente titulado con un volumen de 125 mL.

Curva B – 10 g. de aceite de cárter usado, más 125 mL de solvente titulado. Dado que ninguna de las inflexiones son evidentes, los puntos finales se escogen por las lecturas de los metros que se obtienen de las dos soluciones buffer no acuosas.

Curva C – 10 g. de aceite que contiene un ácido débil, más 125 mL de solvente titulado. El punto final se escoge como el punto en el cual la curva se vuelve más vertical.

Curva D – 10 g. de aceite que contiene ácidos débiles y fuertes, más 125 mL de solvente titulado. Los puntos finales se escogen como los puntos en los cuales la curva se vuelve más vertical.

El número ácido = 56.1M(A-B)/W

Donde M = es la concentración de KOH (moles/L) A = volumen de KOH empleado para buscar el punto final correspondiente a la solución buffer básica (mL).

B = volumen correspondiente a A para una muestra de calibración (mL).

W = masa de la muestra (g).

El número ácido fuerte = 56.1(CM + Dm)/W

Donde C = es el volumen de KOH empleado para encontrar el punto final correspondiente a la solución buffer acidificada (mL) D = volumen de HCl empleado para encontrar el punto final correspondiente a C (mL) m = concentración de HCl (moles/L)

El número ácido y el número ácido fuerte se reportan de la siguiente manera:

Número ácido (Método de Prueba D664) = resultado Número ácido fuerte (Método de prueba D 664) = resultado

5.8.6 Método: ASTM D 4951 – Método de prueba estándar para determinar los elementos aditivos en los aceites lubricantes por medio de Espectroscopía Inductiva de Emisión Atómica plasmática.

Requisitos: 0.001 p/p % de Fósforo.

Alcance – Este método de prueba abarca la determinación cuantitativa de Bario, Boro, Calcio, Cobre, Magnesio, Fósforo, Azufre y Cinc en aceites lubricantes y paquetes de aditivos.

Los paquetes de aditivos son mezclas de aditivos individuales, que actúan como detergentes, antioxidantes, agentes anti-desgaste, etc. Muchos aditivos contienen uno o más elementos que abarcan la prueba, los cuales se desarrollaron para analizar los aditivos de aceites y reunir de esta manera las especificaciones industriales. En el

proceso del biodiesel, la prueba se emplea, principalmente, para determinar el contenido de Fósforo. La presencia de Fósforo se debe a la refinación incompleta de los aceites vegetales o huesos y proteínas restante del proceso de renderizado en la recuperación de las grasas animales.

Esta prueba también se emplea para determinar la presencia de azufre si el instrumento empleado puede operar a una longitud de onda de 180 nm (nanómetros). Sin embargo, este método de prueba no se recomienda para determinar el contenido de azufre si las especificaciones del biodiesel B100 no son las de la norma ASTM D 6751. Este método de prueba (D 5453) se discutirá más adelante.

Resumen del método – Una muestra se diluye (de 1% a 5% de masa de aceite en un solvente) con una mezcla de xilenos y keroseno. Un patrón interno se incluye para el caso del solvente además de patrones de calibración. Las soluciones se llevan se llevan a cabo por medio del ICP (Espectroscopía Inductiva Atómica). Las concentraciones de los elementos presentes se determinan al comparar las intensidades de las emisiones de la muestra con las del estándar.

Aparatos – El instrumento principal a emplear es un espectrómetro de emisión atómica que se encuentra equipado con una antorcha plasma de cuarzo acoplado inductivamente y un generador r-f para formar el plasma. También se necesita una balanza analítica

y contenedores para la solución. El equipo adicional incluye una

bomba peristáltica, un dispensador de solvente y un homogenizador vórtex y

ultrasónico. La mezcla de xileno, o-xileno, o keroseno se ocupan con solventes. El aceite base (U.S.P. aceite blanco o el aceite base lubricante libre de analitos) se necesita para la solución interna estándar (varios estándares internos existen hoy en día). La solución de calibración estándar que contiene concentraciones de elementos a determinar se prepara de acuerdo a la norma ASTM D 4307.

El Fósforo es el único elemento de interés cuando se aplica este método para las especificaciones de producción del biodiesel.

Muestreo – El objetivo del muestreo es obtener una muestra que sea representativa de la cantidad total. Las muestras de laboratorio se recomiendan tomarlas de acuerdo a la norma ASTM D 4057, la cual provee los procedimientos para muestrear productos del petróleo de una amplia variedad de contenedores. La técnica específica de muestreo puede afectar la precisión de esta prueba.

Preparación del aparato – Las recomendaciones para la operación del espectrómetro de emisión atómica, la fuente de excitación ICP y la bomba peristáltica se proporcionan detalladamente en esta norma. Existen distintos tipos de instrumentos adecuados, por lo que la recomendación es seguir las instrucciones de los fabricantes en relación con el funcionamiento de la unidad ICP.

Preparación de las muestras de análisis – Los procedimientos para el pesaje y disolución de la muestra de aceite a analizar se proporcionan detalladamente en dicha norma.

Preparación de los patrones de calibración – Los usuarios se dan la libertad para determinar la identidad y concentración de los patrones de calibración. Se proporcionan directrices para la preparación de la solución y se sugieren chequeos de los instrumentos estándares.

Normalización interna – Esta sección del método de prueba esboza los requisitos empleados en la normalización interna.

Calibración – Se presenta en esta sección un amplio debate de las curvas de calibración y la aplicación de las normas internas a las curvas resultantes de la espectrometría ICP. Luego de una compensación para las normas internas, la curva de calibración viene siendo una gráfica de la intensidad de la emisión por el analito versus la concentración del analito.

Análisis – La muestras deberían ser analizadas empleando el mismo procedimiento de las normas de calibración. Se debería llevar a cabo un chequeo de la instrumentación estándar después de cada cinco muestras analizadas para garantizar que la instrumentación todavía se encuentra calibrada.

Aseguramiento de la Calidad – Se necesita un QA/QC para esta norma. Cuando los protocolos QA/QC se hayan establecido en esta prueba, éstas podrán ser seguidas. Si no existen los protocolos QA/QC, se deberá emplear normas especiales, las cuales discuten temas tales como el uso de las tablas de control de calidad para determinar si el procedimiento se hizo bajo control estadístico.

Cálculo: C = S(W 1+W 2+W 3)/W 1 Donde C = a la concentración de analito en la muestras (% masa) S = a la concentración de analito en la muestra analizada (% masa) W 1 = masa de la muestra (g) W 2 = masa del diluyente (g) W 3 = masa del aceite base (g)

Generalmente, el software realiza este cálculo automáticamente

Reporte – El informe del % de masa se presenta con tres cifras significativas.

5.8.7 Método: ASTM D 5453 - Método estándar de prueba para determinar el contenido total de azufre en hidrocarburos ligeros, combustibles de motor y aceites por medio de fluorescencia ultravioleta Requisitos: 0.05 % p/p

Alcance – Este método de prueba abarca la determinación del contenido total de Azufre en hidrocarburos líquidos. Se aplica para sustancias como la nafta, destilados, aceites, gasolina, diesel, biodiesel y combustibles para reactores.

Algunos procesos catalíticos empleados en la refinación del petróleo y químicos pueden ser venenosos cuando se presentan trazas de azufre. Las materias primas para producir biodiesel generalmente poseen pequeñas cantidades de azufre., pero esta prueba es un indicador del grado de contaminación del material proteínico y/o catalizadores pos-proceso o materiales para neutralización del proceso.

Resumen del método – La muestra se inserta en un tubo de combustión a alta temperatura donde el azufre se oxida a dióxido de azufre en una atmósfera rica en oxígeno. Los gases de combustión de la muestra se exponen, posteriormente a luz ultravioleta. El dióxido de azufre se excita, lo cual provoca la emisión de fluorescencia mientras regresa a su estado estable. La fluorescencia se detecta por un tubo fotomultiplicador y la señal resultante mide la cantidad de azufre que contiene la muestra.

Aparato – Las piezas principales del equipo incluyen un tubo de combustión de cuarzo y un detector fluorescente ultravioleta. La muestra que entra al sistema puede también ser un medio de entrada al sistema o un diseño de inyección directa. Otra necesidad para esta prueba es un horno capaz de mantener una temperatura

suficientemente alta (1075 ± 25 °C) para pirolizar toda la muestra y oxidar el azufre en dióxido de azufre.

También se requiere un tubo secador o un secador impermeable para remover el vapor de agua que se produce en el tubo pirolizador. El agua debe ser removida antes de que se mida la fluorescencia por el detector. El método de prueba permite de emplear un analizador auto- calibrado.

Reactivos – Se utiliza oxígeno de alta pureza en el tubo pirolizador. Los solventes tales como tolueno, sileno, iso-octano se necesitan para preparan los patrones y diluir la muestra. Un compuesto que contenga azufre tales como el dibenzoltiofeno, sulfuro de butilo, o benzoltiofeno se emplean como patrones de calibración.

Las muestras, que representan las muestras de interés, se emplean para chequear la validez del proceso de análisis.

Muestreo – El objetivo del muestreo es obtener una muestra que sea representativa de la cantidad total. Las muestras de laboratorio deben tomarse de acuerdo con la norma ASTM D 4057, la cual establece los procedimientos para la toma de muestras de productos petrolíferos de una amplia variedad de contenedores. La técnica específica de muestreo puede afectar la precisión de esta prueba.

Preparación del aparato – En esta sección del método de prueba estándar se analiza las condiciones típicas de funcionamiento, incluyendo el rango de entrada de la muestra, la temperatura del horno, el caudal de oxígeno y el rango del caudal del gas de transporte.

Calibración y estandarización – En esta sección de la norma se proporciona el procedimiento para preparar una curva de calibración. Se tratan tres diferentes sugerencias para la preparación de la curva de calibración, basado en la concentración previa de Azufre en la muestra. Una vez más, se proporcionan los procedimientos para la inyección directa y para el transporte de entrada al aparato.

Procedimiento – El procedimiento permite, ya sea por dilución gravimétrica o volumétrica

de las muestras, la inyección directa de entrada o por transporte de

entrega en la entrada del aparato. Se requiere repetir la calibración del instrumento antes del re-análisis de la muestra. Además, cada muestra a analizar debe medirse tres veces para posteriormente calcular el resultado promedio.

Cálculo – Se aceptan cualquiera de los analizadores calibrados utilizando una curva estándar o un analizador auto-calibrado de rutina. El contenido de azufre puede calcularse usando ya sea la masa o el volumen de la muestra para cualquier tipo de analizador que se emplee.

Usando un analizador con una curva estándar:

(Utilizando la masa de la muestra);

Azufre (ppm) = (I-Y)/SMKg

I = detector de respuesta integrado (cuentas) S = pendiente de la curva estándar (cuentas/μg de azufre) M = masa de la muestra a analizar (g) Kg = factor de dilución gravimétrica; masa de la muestra/ masa de la muestra + el solvente (g/g)

(Utilizando el volumen de la muestra)

Azufre (ppm) = (I-1000Y)/SVKv

V = volumen de la muestra a analizar Kv = factor de dilución volumétrico; masa de la muestra/ volumen de la muestra + el solvente (g/mL)

Usando el analizador de auto-calibrado:

(Utilizando la masa de la muestra)

Azufre (ppm) = 1000G/MKg

G = azufre encontrado en la muestra a analizar (μg) M = masa de la solución muestra inyectada (mg) (Utilizando el volumen de la muestra) Azufre (ppm) = 1000G/VD D = densidad de la muestra en la solución (mg/ μL) V = volumen de la solución muestra inyectada (μL)

Control de calidad – La información necesaria para la realización del procedimiento de la prueba se logra analizando un control de calidad de la muestra. Cuando existe el

protocolo QA/QC, el apéndice desglosado en esta norma se puede emplear. Dicho apéndice, en resumen, discute el uso de las tablas de control de calidad para determinar si el procedimiento se encuentra bajo control estadístico.

5.8.8 Método: ASTM D 874 – Método de prueba estándar para cenizas sulfatadas procedentes de aceites lubricantes y aditivos Requisitos: 0.02% masa (% p/p)

Alcance – Este método de prueba determina la cantidad de ceniza mineral que queda después que se quema un combustible. Para el biodiesel, esta prueba es un indicador importante de la cantidad de residual de metales presentes en el combustible que podrían derivarse del empleo de catalizadores en el proceso de esterificación. La cantidad mínima de cenizas sulfatadas para esta prueba es de 0.0005% masa.

Terminología – Las cenizas sulfatadas son el residuo luego de que la muestra se ha carbonizado, que posteriormente se trata con ácido sulfúrico y se calienta a un peso específico constante.

Resumen del método de prueba – La muestra se enciende y se quema hasta que solamente queden las cenizas y el carbón. Luego ésta se enfría y el residuo es tratado con ácido sulfúrico, para posteriormente calentarse a una temperatura de 775 °C hasta que se oxide por completo el carbón. Después la ceniza se enfría, es tratada de nuevo con ácido sulfúrico, y se caliente a 775°C a un peso constante.

Aparato – Para el método de prueba es necesario un horno capaz de mantener la temperatura a 775 ± 25 °C hasta que se evapore todo el contenido en el crisol. Se recomienda un volumen de 50 ó 100 mL en el crisol para las muestras que contengan más de 0.02% (p/p) de cenizas sulfatadas. Se recomienda un volumen de 120 a 150 mL para muestras que contengan menos de 0,02% (p/p) de cenizas sulfatadas.

Reactivos concentrado

–

En y

los

reactivos

necesarios

se

incluyen

el

ácido

sulfúrico

50% (volumen) de ácido sulfúrico en agua. Se necesita también,

isopropanol y tolueno si es que la muestra contiene suficiente humedad para producir espuma y poco material del crisol.

Muestreo – Se recomienda seguir las instrucciones de la Norma ASTM D507.

Procedimiento – Los pasos generales necesarios para esta prueba son: Preparar la muestra en el crisol, calentándola a 775 °C por al menos 10 minutos, luego enfriarla, para finalmente pesarla; Pesar la muestra a ser determinada; Calentar la muestra a una llama constante, haciendo arder la muestra hasta que no haya más humos y vapores; Si la muestra tiene suficiente humedad como para crear espuma, se desecha la muestra, y se sigue los procedimientos proporcionados para reducir el contenido de humedad antes de comenzar todo el procedimiento anteriormente explicado;

Enfriar la muestra, añadir agua y ácido sulfúrico y calentar hasta que ya no se produzcan más humos Posteriormente, se coloca el crisol en un horno y se calienta a

775 °C hasta que se complete la oxidación del carbón. Finalmente, continuar el

enfriamiento, acidificación y el proceso de calentamiento hasta que los pesos respectivos no difieran en más de 1 mg.

5.8.9 Método: Prueba Estándar ASTM D 2709 para el contenido de agua y sedimento en combustibles destilados.

Requisitos: 0.05% (volumen)

Alcance – Este método de prueba abarca la determinación del volumen de agua libre y sedimentos presentes en combustibles semi-destilados que poseen viscosidades de 1 a 4.1 mm2/s y densidades de 770 a 900 kg/m 3, a una temperatura de 40 °C. Esta prueba mide el grado de limpieza del combustible. Para el biodiesel B100 es particularmente importante esta prueba, porque el agua puede reaccionar con los ésteres y producir ácidos grasos libres, que pueden facilitar el crecimiento microbiano en los tanques de almacenamiento.

Resumen del método de prueba – Una muestra de combustible de 100 mL sin diluir se centrifuga en un tubo graduado de 0.005 mL. Después de la centrifugación, el volumen de agua y sedimentos, se lee cerca del valor de 0.005 mL localizado en

la punta extrema del tubo y el número marcado se registra como el porcentaje volumétrico de agua y sedimentos por centrifugación.

Aparato – La centrifugación puede ser controlada para proporcionar una fuerza centrífuga relativa (rcf, por sus siglas en inglés) de 800 ± 60 en los extremos del tubo.

Existe una tabla que proporciona la relación entre el diámetro de centrifugación y las revoluciones por minuto (rpm) del rcf. En esta norma se mencionan especificaciones y consejos de los suministradores de equipos para tubos de centrifugación.

Muestreo – Se recomienda seguir las instrucciones de muestreo de la Norma ASTM D 4057. La muestra, para una prueba de laboratorio, será normalmente una alícuota representativa de una muestra de mayor cantidad, ya sea total o parcial según las especificaciones de la prueba.

Procedimiento – Se sacude una muestra de 100 mL. que luego se vierte en un tubo de centrifugación donde se gira a 800 ± 60 rcf por 10 minutos. El volumen total de agua y sedimentos presentes en el fondo del tubo se registra del valor más cercano a 0.005 mL.

Reporte – Se reporte el volumen total de agua y sedimentos que se lee del tubo, como el porcentaje que presenta de la muestra total, ya que se previamente se han ocupado 100 mL. de ella. Los resultados que sean menores a 0.005% se reportarán ya sea como 0 o como 0.005% (volumen).

En resumen, en este apartado se analizó todos los métodos de prueba más relevantes para analizar la calidad del biodiesel B100. No se trató de dar una descripción detallada ni de sustituir los

estándares mencionados por

los

más

recientes, simplemente se dio una idea de cómo funcionan éstos para una mayor comprensión de lo que implica montar un laboratorio de calidad de biodiesel y las pruebas y equipos mínimos necesarios para obtener buenos resultados.

5.9 Importancia de las pruebas de calidad En el apartado anterior así como en el resto del trabajo, se menciona implícitamente la relevancia de cada una de las pruebas de calidad, dependiendo de la propiedad que se mida; sin embargo, a continuación se presenta una tabla que explica brevemente la importancia de las pruebas de calidad de cada una de las propiedades del biodiesel según la norma ASTM D 6751.

Tabla 5.2. Especificaciones de la norma ASTM D 6751 y su importancia PROPIEDAD IMPORTANCIA Gravedad o peso específico Mide la facilidad con la que se pueden separar ciertos componentes del biodiesel, ejemplo: el agua Viscosidad cinemática

Fijar el nivel de viscosidad ligeramente arriba del diesel convencional para una combustión satisfactoria del biodiesel Punto de inflamación Indica el contenido de alcohol en el biodiesel que puede corroer componentes metálicos, además mide la inflamabilidad de los materiales que contiene y el nivel de seguridad del combustible.

Temperatura de destilación Asegurarse que el combustible no esté contaminado con materiales de alto punto de ebullición tales como aceites usados de motor

Número de Cetano

Básicamente proporciona un buen funcionamiento del motor.

Punto de enturbiamiento o Permite el buen funcionamiento del motor en climas fríos Además indica la calidad de la combustión. nube y éste varía dependiendo del tipo de materia prima de donde se produce el biodiesel Punto de escurrimiento o Indica el nivel de calidad del combustible durante climas fluidez fríos, Corrosión de la tira de cobre Indica las dificultades con los componentes de bronce y así como el grado de fluidez de éste.

Cobre Estabilidad del combustible Indica la existencia de acción microbiana, contenido de de los vehículos agua y oxidación por el ingreso de exceso de aire Gliceroles libres y totales

Prevenir problemas de operatividad en climas fríos, incrustaciones en filtros, depósitos en el motor y problemas en los tanques de almacenamiento

Gravedad API

Indica que tan pesado o liviano es el biodiesel en comparación con el agua.

Residuo de carbono Número ácido

Indica la tendencia de formar depósitos en el motor Prevenir depósitos en el sistema y alargar la vida de las

Contenido de fósforo

bombas y filtros del vehículo Prevenir el daño del catalizador empleado para la conversión en el proceso de transesterificación, además de prevenir la formación de gomas (fosfolípidos)

Azufre total

Indica el nivel de contaminación del biodiesel por materiales proteínicos o por el catalizador empleado.

Con ello, se puede controlar los gases de combustión del sistema

Cenizas sulfatadas

Indica la cantidad de metales residuales en el biodiesel provenientes del catalizador empleado en el proceso de transesterificación. Con ello, se puede prevenir los depósitos en el inyector y daños en la cámara de combustión del vehículo Respecto al agua, se puede prevenir la corrosión y la proliferación de microorganismos. Respecto a los sedimentos, se puede prevenir la obstrucción del filtro y la formación de depósitos en los inyectores del vehículo

Agua y sedimentos

Fuente: Reglamento Técnico Centroamericano RTCA 75.02.03:06 2006.

6. Costos y rentabilidad del proyecto.

Para obtener los precios de compra de los equipos se debe definir primeramente cuales de las propiedades del biodiesel B100 son esenciales para una adecuada evaluación de las muestras de éste. Para tomar esta decisión, se investigó cuales eran las especificaciones del biodiesel B100 predominantes según reglamentos centroamericanos. Existe un documento aprobado como Reglamento Técnico Centroamericano, RTCA 75.02.43:06, llamado BIOCOMBUSTIBLES. BIODIESEL (B100)

Y

SUS

MEZCLAS

CON

ACEITE

COMBUSTIBLE

DIESEL.

ESPECIFICACIONES, encargado por el Subgrupo de Medidas de Normalización y el Subgrupo de Hidrocarburos de la Región Centroamericana. Dicho reglamento es una adaptación de las especificaciones que aparecen en las normas ASTM D 6751, las cuales se explicaron en apartados anteriores y de las normas y EN 14214 (Normativa Europea).

En la tabla siguiente se especifican las características físico-químicas exigidas para el biodiesel B100 según el reglamento técnico Centroamericano.

Tabla 6.1. Especificación de calidad para el biodiesel (B100) Características Contenido de ésteres Contenido de metanol o etanol

Unidades % masa % masa

Método de análisis EN 14103A EN 14110B

Valores 96.5 mín.

0.20 máx.

Gravedad API a 15.56 °C (60 °F) o Densidad a ° API 15 °C Kg/m3

ASTM D 287 Reportar

Estabilidad a la oxidación, 110 °C

h

EN 14112C

Punto de inflamación (“Flash point”) Agua y sedimentos

h (% volumen)

ASTM D 93 130 mín.

ASTM D 2709 0.050 máx.

Viscosidad cinemática a 40 °C Ceniza sulfatada

mm2/s % masa

ASTM D 445 1.9 – 6.5D ASTM D 874 0.020 máx.

Corrosión tira de cobre, 3 h, 50 °C Número de cetano Punto de enturbiamientoE Residuo de carbónF

----------°C % masa

ASTM D 130 N° 3 máx.

ASTM D 613 47 mín.

ASTM D 2500 Reportar ASTM D 4530 0.050 máx.

Número ácido Glicerina libre

mg KOH/ g ASTM D 664 0.50 máx. % masa ASTM D 6584 0.020 máx.

Glicerina total

% masa

ASTM D 6584 0.240 máx.

Temperatura de destilación, temperatura equivalente atmosférico, 90% recuperado

°C

ASTM D 1160 360 máx.

ASTM D 1298 6 mín.

Fuente: Reglamento Técnico Centroamericano, 2006.

A Contenido en éster s/n UNE EN 14103: cuantifica los metil ésteres de un biodiesel, en donde su valor mínimo será de 96.5 % (p/p) y se medirá por medio de la cromatografía de gases.

El porcentaje p/p de éster depende de:

-

Aceite o grasa de partida (materia insaponificable, agua, ácidos grasos libres)

-

Proceso de transesterificación

Los valores inferiores a 96.5% indican:

-

Reacción incompleta

-

Presencia de aceite

Los valores inferiores a 96.5% provocan:

-

Viscosidad alta

-

Disminución del efecto spray

-

Peor combustión

-

Aumento de carbonilla

B Contenido en metanol s/n UNE EN 14110: el máximo contenido en metanol debe ser de 0.20% masa (p/p) y dicha cantidad se determina mediante (Espacio

de

cabezal)-

Cromatografía

de

gases.

Este

el Head Space

contenido

depende

exclusivamente del proceso de producción del biodiesel. Los valores de metanol indican que no se ha eliminado correctamente durante el proceso.

Los restos de metanol en el biodiesel provocan:

-

Baja temperatura de inflamación, viscosidad y densidad

-

Corrosión en piezas de aluminio y cinc

C Estabilidad a la oxidación s/n UNE EN 14112: el tiempo mínimo para esta prueba es de 6 horas, utilizando un equipo normalizado.

El valor de estabilidad a la oxidación depende de:

-

Materia prima

-

Proceso de producción

Un valor bajo de estabilidad a la oxidación indica:

-

Aceite de partida degradado

-

Degradación del biodiesel en el proceso

Un tiempo inferior de estabilidad a la oxidación no aseguraría la estabilidad del biodiesel durante su almacenaje y distribución. Se permite el uso de aditivos para mejorar este parámetro, tal y como se explicó en apartados pasados.

D El límite superior de viscosidad cinemática de 6.5 mm 2/s, es más alto que el del Diesel base petróleo y debe ser tomado en cuenta cuando sea utilizado para mezcla.

E El punto de enturbiamiento de Biodiesel es generalmente más alto que el del Diesel base petróleo y debe ser tomado en cuenta cuando sea utilizado para mezcla.

F El residuo de carbón debe ser obtenido del 100% de la muestra.

6.1 Costo de equipos

Se dispone del costo de los equipos para el año 2009.1 A partir de estos datos se calculó el costo de los equipos para el 2011. En la tabla siguiente se muestra los datos correspondientes al año antes mencionado.

Tabla 6.2. Costo de equipos en el 2009.

Costo en Equipo

2009

HPLC

$52,000

Termo-hidrómetro

$45.23

Hidrómetro

$28.63

Aparato para la estabilidad a la $15,397.40 oxidación Aparato

para

el

punto

de $13,494.39

inflamación Centrifugador

$4,562.85

Viscosímetro

$22,321.09

Horno

$7,866.37

Aparato

para

la

corrosión en $6,528.14

cobre Aparato para el número de cetano Aparato

para

el

punto

$25,695.20 de $6,883.20

enturbiamiento Aparato para el residuo de carbono

$9,239.89

Titulador potenciométrico

$3,055.39

Destilador de vacío

$8,678.06

Fuente: Avelar, 2008.

Para el cálculo de los costos de compra de equipos se utilizaron los índices de CEIP (Chemical Engineering Plant Cost Index (Índice de Costo de Plantas en Ingeniería Química).

Para obtener los índices del año 20092 y 20113, se extrapolaron los datos de índices CEPCI disponibles (del año 1995 al 2000). La extrapolación se realizó con una regresión lineal de los datos.

Tabla 6.3. Valores de Índices CEPCI año

CEPCI

año

CEPCI

1995

381.1

2001

394.3

1996

381.7

2002

395.6

1997

386.5

2003

402

1998

389.5

2004

444.2

1999

390.6

2005

468.2

2000

394.1

2006

499.6

Fuente: Chemical Engineering Economic Indicators; 2007.

Figura 6.1. Gráfico de Valores de índices de costos para equipo.

Fuente: elaboración propia.

De la gráfica anterior linear se obtuvo un índice CEPCI de 486.87 para el año 2009 y 504.83 para el año 2011. Dichos índices se utilizaron en la siguiente ecuación:

Cn = Co (valor del índice en el presente/valor del índice en el momento de la compra original)

Donde: Cn = costo del equipo ha ser estimado (costo actual)

Co = costo conocido del equipo existente (costo viejo) C2011 = C2009 (504.83/486.87)

A continuación se muestran los costos calculados para el equipo del laboratorio de calidad de biodiesel empleando la ecuación anterior:

Tabla 6.4. Costos de equipos para el 2011.

Costo en 2009 Equipo

(Co )

Costo en 2011 (Cn )

HPLC

$52,000

$53,918.21

Termo-hidrómetro Hidrómetro Aparato para la estabilidad a la Aparato para el punto de oxidación Centrifugador inflamación Viscosímetro Horno Aparato para la corrosión en cobre Aparato para el número de cetano Aparato para el punto de

$45.23 $28.63 $15,397.40 $13,494.39 $4,562.85 $22,321.09 $7,866.37 $6,528.14 $25,695.20 $6,883.20

$46.90 $29.69 $15,965.39 $13,992.18 $4,731.17 $23,144.49 $8,156.55 $6,768.95 $26,643.06 $7,137.11

Aparato para el residuo de carbono

$9,239.89

$9,580.74

Titulador potenciométrico

$3,055.39

$3,168.10

Destilador de vacío

$8,678.06

$8,998.18

Total

$175,796.00

$182,280.72

enturbiamiento

Fuente: elaboración propia

6.2 Costo de las instalaciones del laboratorio.

En la tabla mostrada a continuación, se detalla el rango porcentual para la estimación del costo de las instalaciones del laboratorio, a partir del costo de los equipos ($182,280.72).

Tabla 6.5. Porcentajes para la estimación de la inversión a partir del costo de los equipos.

Laboratorio

Rango (%)

Instalación, incluyendo aislamiento y pintura

25 -55

Instrumentación y control, instalados

6-30

Tuberías instaladas

10-80

Equipo eléctrico y materiales, instalados

10-40

Servicios auxiliares

10-70 Fuente: Avelar; 2008

A continuación se detalla cada rubro indicado en la tabla anterior.

Instalación, incluyendo aislamiento y pintura En el supuesto que este rubro se estime por separado, debe hacerse una aclaración especial para el caso de equipos importados. En muchos casos el costo de instalación comprenderá el pago de algún personal extranjero calificado. Ello resulta conveniente,

en primer término, por la experiencia que dicho personal tiene y además, porque muchas veces los proveedores de equipos sólo se harán responsables de su garantía si esos equipos han sido montados por su propio personal o por técnicos autorizados por ellos.

Instrumentación y control, instalados Este rubro incluye todos los equipos auxiliares e instrumentos para control y registro de las distintas variables participantes en las pruebas a realizar con los respectivos equipos del laboratorio.

Tuberías, instaladas Se refiere a todo el sistema de tuberías que se requiere para el funcionamiento del laboratorio.

Equipo eléctrico y materiales, instalados El costo de las instalaciones eléctricas consiste principalmente en mano de obra y materiales necesarios para suministrar potencia e iluminación a los equipos para las pruebas.

Servicios auxiliares La definición más aceptada para los servicios auxiliares incluye todas las estructuras, equipos y servicios que no participan directamente en los análisis de prueba realizados. Normalmente incluyen las instalaciones para suministrar vapor, agua,

electricidad, aire comprimido y combustibles. También suelen adicionarse las instalaciones para tratamiento de efluentes, protección contra incendio, etc.

Para el cálculo del costo de las instalaciones del laboratorio, se obtuvo el promedio de los valores porcentuales mínimo y máximo, correspondientes al costo de los equipos.

Este valor promedio se multiplicó por el costo de los equipos ($182,280.72). Los datos generados de esta forma se detallan en la última columna de la tabla siguiente. La sumatoria de los datos muestra que el costo de las instalaciones del laboratorio asciende a $306,231.61.

Tabla 6.6 Costo de las instalaciones del laboratorio Rango % Mínimo Máximo Promedio

Costo $

Instalaciones del laboratorio % Instalación, incluyendo aislamiento y 25

55

40

pintura

$72,912.29

Instrumentación y control, instalados 6

30

18

$32,810.53

Tuberías instaladas

10

80

45

$82,026.32

materiales, 10

40

25

Equipo

eléctrico

y

instalados Servicios auxiliares

$45,570.18 10

70

Total

40

$72,912.29 $306,231.61

Fuente: elaboración propia

6.3 Costo total de la inversión.

En la tabla siguiente se muestra la inversión total, que es la suma del costo de los equipos e instalaciones, la cual asciende a $488,512.33.

Cuadro 6.7 Inversión total Costo de equipos

$182,280.72

Costo de instalaciones

$306,231.61

Total

$488,512.33 Fuente: elaboración propia

6.4 Costos de operación.

Los costos de operación son los gastos necesarios para que se realicen los análisis de calidad del biodiesel a los clientes que lo soliciten.

Los costos de operación o de elaboración de las pruebas se pueden dividir en dos grandes categorías: COSTOS DIRECTOS O VARIABLES, que son proporcionales a la elaboración de las pruebas, como los materiales empleados, y los COSTOS INDIRECTOS, también llamados FIJOS que son independientes de la elaboración de las pruebas, como los gastos de certificación del laboratorio.

En la tabla siguiente se detalla los costos de operación anuales, tanto variables como fijos.

Tabla 6.8 Costos de operación por año.

COSTOS VARIABLES 1 Mano de obra Directa 2 Mantenimiento (4% de la Inversión Total) 3 Servicios 3.1 Energía eléctrica 3.2 Agua 4 Suministros (6% de Mano de Obra Directa) 5 Certificaciones COSTOS VARIABLES TOTALES COSTOS FIJOS 1 Impuestos (2% de Inversión Total) 2 Seguros (1% de Inversión Total) COSTOS FIJOS TOTALES COSTOS TOTALES Fuente: Avelar, 2008.

% Costo / Año 29.59 $10,169.60 32.94 $11,321.25 4.51 0.23 1.78 6.26

$1,550.60 $78.00 $610.18 $2,151.618 $25,881.25 % Costo / Año 16.47 $5,660.62 8.23 $2,830.31 $8,490.93 100.00 $34,372.18

6.5 Rentabilidad.

El proyecto será rentable sólo si los ingresos anuales por elaboración de pruebas son iguales o mayores a los $68,000.00 (Avelar, 2008). A partir de este dato y conociendo que los costos de operación anuales ascienden a $34,372.18, se calculó el ingreso de efectivo resultando en $33,627.82 que es igual a la ganancia neta, debido a que la depreciación es cero porque se consideró la compra de equipo nuevo. A la ganancia neta se le resto el impuesto sobre la renta (10%) obteniendo una ganancia después de impuestos igual a $30,265.04. En el cuadro siguiente se muestra lo anteriormente explicado.

Cuadro 6.9 Flujo neto de efectivo (FEN) o ganancia después de impuestos Ingresos (+)

$68,000.00

Costos de operación (-)

-$34,372.18

Ingreso de efectivo (=)

$33,627.82

Depreciación (+)

$0.00

Ganancia neta (=)

$33,627.82

Impuesto sobre la renta (-10%)

-$3,362.78

Ganancia

después

impuestos

de $30,265.04

Fuente: elaboración propia

Conociendo el flujo neto de efectivo (FEN) igual a $30,265.04 y la inversión total igual a $488,512.33, se calculó la FEN acumulada. Este cálculo indica en cuantos años se recupera la inversión y se produce cuando la FEN acumulada cambia de signo negativo a positivo. Si el proyecto inicia en el 2011 se recupera la inversión en el 2028, es decir, 17 años después. En el cuadro siguiente se muestra lo explicado antes.

Cuadro 6.10 Flujo neto de efectivo (FEN) FEN Año

FEN

acumulada

2011

-$488,512.33

-$488,512.33

2012

$30,265.04

-$458,247.29

2013

$30,265.04

-$427,982.25

2014

$30,265.04

-$397,717.21

2015

$30,265.04

-$367,452.18

2016

$30,265.04

-$337,187.14

2017

$30,265.04

-$306,922.10

2018

$30,265.04

-$276,657.06

2019

$30,265.04

-$246,392.02

2020

$30,265.04

-$216,126.99

2021

$30,265.04

-$185,861.95

2022

$30,265.04

-$155,596.91

2023

$30,265.04

-$125,331.87

2024

$30,265.04

-$95,066.83

2025

$30,265.04

-$64,801.80

2026

$30,265.04

-$34,536.76

2027

$30,265.04

-$4,271.72

2028

$30,265.04

$25,993.32

Fuente: elaboraci贸n propia

7. Demanda en el control de calidad del biodiesel.

En El Salvador existen varios productores de biodiesel a partir de diversos aceites vegetales. Estos productores en algún momento podrían necesitar o demandar la realización de análisis para el control de calidad del biodiesel que producen, principalmente, si su mercado objetivo está en el extranjero, se verán obligados a cumplir con normas internacionales de calidad.

En el cuadro siguiente se detallan las empresas que se dedican a la elaboración del biocombustible, el volumen de producción, las materias primas utilizadas, los subproductos generados, la situación operativa actual y el año en que iniciaron sus operaciones.

En total son nueve empresas productoras de biodiesel, de las cuales, cinco están en operación, dos no están operando y dos están desmontadas.

Cuadro 7.1. PLANTAS DE PRODUCCIÓN DE BIODIESEL EN EL SALVADOR Empresa

ADEL MORAZAN

Producción

Materias

Subpro-

Situación

Inició

primas

ductos

actual

operación

528 gal

Semilla

Torta,

biodiesel/dia

de

glicerina.

Tempate.

parada

2008

Empresa

Producción

Materias

Subpro-

Situación

Inició

primas

ductos

actual

operación

LEVY

5,000 gal

Aceite de Glicerina.

En

PORTILLO

biodiesel/dia

coco.

operación

GUIBAR

10,000 gal

Aceites

biodiesel/dia

de

Glicerina.

En

2006

2005

operación

palma, soya, girasol.

ECOENERGÍA

36,000 gal

Grasa de

Glicerina.

Opera

biodiesel/dia

pollo,

según

aceite de

disponibili

palma,

dad de

reciclado

materia

, aceite

prima

2005

usado.

CENTA

5,283 gal

Aceites

Torta,

En

biodiesel/dia

de

glicerina.

operación

palma, higuerillo

2009

Empresa

Producción

Materias

Subpro-

Situación

Inició

primas

ductos

actual

operación

y tempate.

ECOSEASALT

100 gal

Aceite

biodiesel/dia

usado.

5,000 gal

Aceite

biodiesel/dia

usado.

INVERSIONES

67 gal

Aceite

ANDRÓMEDA

biodiesel/dia

usado y

FEDECOES

grasas animales .

Glicerina.

En

2008

operación Glicerina.

parada

Glicerina.

Desmonta da

2007

Empresa

Producción

Materias

Subpro-

Situación

Inició

primas

ductos

actual

operación

FUNDACIÓN

801 gal

Aceite

ECOMUNDO

biodiesel/dia

usado.

Glicerina.

Fuente: elaboración propia.

Desmonta da

2007

Conclusiones 

Es factible implementar un laboratorio de control de calidad del biodiesel en El Salvador, dado que existen varias empresas privadas y una institución estatal, que se encuentran produciendo biodiesel y podrían requerir realizar análisis de calidad. Si las empresas tiene como mercado objetivo a países extranjeros, para exportar su producto tienen que cumplir con normas internacionales de calidad para lograr ser competitivos en el mercado global actual.



Un laboratorio de control de calidad del biodiesel, podría ser utilizado en la universidad con fines de investigación científica en el área de biocombustibles.

Además, podría ser utilizado para proporcionar servicios a la empresa privada, instituciones de gobierno tanto a nivel nacional, regional e internacional. Para esto tendría que certificarse el laboratorio con un sistema de calidad internacional.



De acuerdo al análisis económico, para implementar un laboratorio de control de calidad del biodiesel, se requiere de una inversión total igual a $488,512.33. Los costos de operación anuales ascienden a $34,372.18. Para que el proyecto sea rentable se requiere que los ingresos anuales, por elaboración de análisis de calidad, sean iguales o mayores a los $68,000.00. La inversión se recupera 17 años después de iniciar el proyecto.

Bibliografía.

Avelar, C. (2008). Estudio de evaluación y diseño para la implementación de un laboratorio de calidad especializado en biodiesel. El Salvador: Universidad Centroamericana José Simeón Cañas.

Comisión Nacional de Energía. (2007). Legislación Chilena sobre Biocombustibles.

Chile: Oficina de imprenta.

Díaz, C. (2006). Control de calidad del biodiesel de aceite de algodón. Argentina: Universidad Nacional del Nordeste.

Giraldo, L., Rojas, F. (2005). Diseño de un laboratorio de combustibles y lubricantes en la Universidad Nacional de Colombia. Colombia: Universidad Nacional de Colombia.

Machuca, L. (2007). Desarrollo de Biodiesel en El Salvador. El Salvador: Universidad Centroamericana José Simeón Cañas.

Querini, C. (2011). Biodiesel: producción y control de calidad. Santa Fe: Instituto de Investigaciones en Catálisis y Petroquímica (INCAPE) – (Fac. Ing. Química-UNL, CONICET).

Van Gerpen, J., Shanks, B., & Pruszko, R. (2004). Biodiesel Analytical Methods.

U.S.A.: National Renewable Energy Laboratory.

Van Gerpen, J., Shanks, B., & Pruszko, R. (2004). Biodiesel Production Technology.

U.S.A.: National Renewable Energy Laboratory.

Consejo de Ministros de Integración Económica (COMIECO). (2006). Reglamento Técnico Centroamericano RTCA 75.02.43:06. Biocombustibles, biodiesel (B100) y sus mezclas con aceite combustible diesel. Costa Rica.

Anexo 1 Reglamento TĂŠcnico Centroamericano

REGLAMENTO

RTCA 75.02.43:06

TÉCNICO CENTROAMERICANO

CR- Noviembre 2006 ________________________________________________________________

BIOCOMBUSTIBLES. BIODIESEL (B100) Y SUS MEZCLAS CON ACEITE COMBUSTIBLE DIESEL. ESPECIFICACIONES.

________________________________________________________________

CORRESPONDENCIA:

Este

reglamento

es

una

adaptación

de

las

especificaciones que aparecen en las normas ASTM D 6751-06e1 y EN 14214:2003.

ICS 75.160.20 RTCA 75.02.43:06 ________________________________________________________________

Reglamento Técnico Centroamericano, editado por: 

Comisión Guatemalteca de Normas, COGUANOR



Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología, CONACYT



Ministerio de Fomento, Industria y Comercio, MIFIC



Secretaría de Industria y Comercio, SIC



Ministerio de Economía, Industria y Comercio, MEIC

________________________________________________________________

INFORME Los respectivos Comités Técnicos de Normalización o Reglamentación Técnica a través de los Entes de Normalización o Reglamentación Técnica de los países Centroamericanos y sus sucesores, son los organismos encargados de realizar el

estudio o la adopción de los Reglamentos Técnicos. Esta conformado por representantes de los sectores Académico, Consumidor, Empresa Privada y Gobierno.

Este documento fue aprobado como Reglamento Técnico Centroamericano, RTCA 75.02.43:06, BIOCOMBUSTIBLES. BIODIESEL (B100) Y SUS MEZCLAS CON ACEITE COMBUSTIBLE DIESEL. ESPECIFICACIONES, por el Subgrupo de Medidas de Normalización y el Subgrupo de Hidrocarburos de la Región Centroamericana. La oficialización de este reglamento técnico, conlleva la ratificación por una resolución del Consejo de Ministros de Integración Económica (COMIECO).

MIEMBROS PARTICIPANTES DEL SUBGRUPO DE HIDROCARBUROS 02

Por Guatemala Ministerio de Energía y Minas

Por El Salvador Ministerio de Economía

Por Nicaragua Instituto Nicaragüense de Energía.

Por Honduras Secretaria de Industria y Comercio

Por Costa Rica Ministerio de Ambiente y Energía

1.

OBJETO

Especificar las características físico químicas que debe de cumplir el Biodiesel (B100) para ser utilizado como carburante en los Estados Parte de la Unión Aduanera Centroamericana.

2.

CAMPO DE APLICACIÓN

Se aplica al Biodiesel (B100) para ser utilizado como combustible, en motores diesel diseñados o adaptados para utilizarlo en forma pura, o como componente de mezcla con el Aceite Combustible Diesel especificado en el RTCA 75.02.17:06.

3.

DEFINICIONES

3.1

API (Gravedad API): Es una función especial de la densidad relativa (gravedad

específica) a 15,56 C/15,56 C (60 F/60 F), definida ésta como la relación de la masa de un volumen igual de agua pura a la misma temperatura. La gravedad API se calcula así:

Gravedad API (API) = (141,5 / d15,56 C / 15,56 C) - 131,5

Donde:

d15,56 C / 15,56 C: Densidad relativa a 15,56 C / 15,56 C

3.2

Biodiesel: Es toda mezcla de mono-alquil ésteres de ácidos grasos,

provenientes de aceites o grasas de origen vegetal o animal, designado como B100.

También conocido como FAME (“Fatty acid methyl esters”-Esteres metílicos de ácido

graso).

3.3

Cenizas Sulfatadas: Residuo remanente después de que la muestra ha sido

carbonizada y subsecuentemente tratada con ácido sulfúrico y calentada hasta sequedad y peso constante.

3.4

Densidad: Razón masa/volumen medida a una determinada temperatura cuya

unidad de medida es kg/m3.

3.5

Ésteres: Son los productos de la reacción entre un ácido graso y un alcohol.

3.6

Glicerina Libre: Es la cantidad de glicerina remanente en el combustible.

3.7

Glicerina Total: Es la suma de la glicerina libre y la porción de glicerina de un

aceite o grasa que no ha reaccionado o que ha reaccionado parcialmente.

3.8

Número de cetano: Es la fracción de volumen (% volumen) de n-hexadecano

(cetano) en mezcla con 1-metil-naftaleno, que produce un combustible con la misma calidad de ignición que una muestra. Físicamente el número de cetano representa el retardo de la ignición, es decir un mayor número de cetano implica un menor retardo de la autoignición del combustible.

3.9

Número ácido: Valor que expresa la acidez de una sustancia, equivalente al

número de miligramos de hidróxido de potasio necesarios para neutralizar los ácidos presentes en un gramo de substancia.

3.10

Mezcla de biodiesel (BXX): Es la mezcla del biodiesel (B100) con Aceite

Combustible Diesel, denominada como BXX, en donde XX representa la fracción de volumen (% volumen) de biodiesel presente en la mezcla.

3.11 Punto de enturbamiento: Es la menor temperatura en que se observa niebla o turbidez en la muestra, indicando el inicio de la cristalización de la misma, cuando es sometida a enfriamiento continuo.

3.12 Punto de inflamación ("Flash point"): Es la menor temperatura a la cual el producto se vaporiza en cantidad suficiente para formar con el aire una mezcla capaz de inflamarse instantáneamente cuando se le acerca una llama.

3.13

Viscosidad absoluta: Es la medida de la resistencia de una sustancia al fluir o

la fuerza por unidad de área requerida para mantener el fluido a una velocidad constante en un espacio considerado, expresada en mm 2/s.

3.14 Viscosidad cinemática: Es el cociente de la viscosidad absoluta entre la densidad o el tiempo necesario para que un volumen dado de sustancia recorra una longitud dada.

4.

SÍMBOLOS Y ABREVIATURAS

4.1

API: "American Petroleum Institute" (Instituto Americano de Petróleo).

4.2

ºAPI: Grados API (Gravedad API).

4.3

ASTM: "American Society for Testing and Materials" (Sociedad Americana para Pruebas y Materiales).

4.4

ºC / ºF: Grado Celsius / Grado Fahrenheit.

4.5

EN: European Norm (Norma Europea).

4.6

h: hora (s).

4.7

kg/m3: kilogramo por metro cúbico.

4.8

máx. : máximo

4.9

mg KOH/g: miligramos de hidróxido de potasio por gramo de muestra.

4.10

mín.: mínimo.

4.11

mm2/s: milímetro cuadrado por segundo.

4.12

mg/kg: miligramos por kilogramo de muestra.

4.13

UOP: “Universal Oil Products” (Productos Universales de Petróleo).

5.

ENTE NACIONAL COMPETENTE

En Guatemala: Ministerio de Energía y Minas; en El Salvador: Dirección de Hidrocarburos y Minas del Ministerio de Economía; en Honduras: Secretaría de Industria y Comercio; en Nicaragua: Dirección General de Hidrocarburos del Instituto Nicaragüense de Energía; en Costa Rica: Ministerio de Ambiente y Energía; dichas funciones podrán ser ejercidas por sus sucesores o por las entidades a quienes en el futuro, según la legislación nacional se les asigne específicamente estas funciones.

6.

USO DE B100 Y RELACIÓN DE MEZCLA

Cada Estado Parte de la Unión Aduanera Centroamericana, tendrá la potestad de definir si utiliza el Biodiesel (B100) en motores diesel diseñados o adaptados para utilizarlo en forma pura, como componente de mezcla con Aceite Combustible Diesel o ambos.

El producto de la relación de mezcla de hasta un 5 de fracción de volumen

(%

volumen) de Biodiesel (B100) con Aceite Combustible Diesel, debe cumplir con las especificaciones del “RTCA 75.02.17:06. Productos de Petróleo. Aceite Combustible Diesel. Especificaciones”.

Mezclas con porcentajes superiores al 5 de fracción de volumen (% volumen) de B100 con Aceite Combustible Diesel, deben ser autorizadas por el ente nacional competente de cada Estado Parte de la Unión Aduanera Centroamericana.

7.

CARACTERÍSTICAS

En la tabla siguiente se especifican las características físico-químicas exigidas para el Biodiesel (B100):

Tabla 1 Especificación de calidad para el Biodiesel (B100) A

Método de Características

Unidades Análisis

Aditivos

Contenido de ésteres

------

-----

fracción

de

masa

(% EN 14103

Valores Reportar B

96,5 mín.

masa)

fracción

de

masa

(%

Contenido de metanol o etanol

EN 14110 masa)

Gravedad API a 15,56 ºC (60 ºF) ºAPI o Densidad a 15 ºC

0,20 máx.

ASTM D-287 Reportar

kg/m3

ASTM D-1298

Estabilidad a la oxidación, 110 ºC h

EN 14112

Punto de inflamación

ASTM D 93 ºC

6,0 mín.

130,0 mín.

(“Flash point”)

fracción

de ASTM D 2709

Agua y sedimentos

volumen

0,050 máx.

(% volumen)

ASTM D 445 Viscosidad cinemática a 40 °C.

2

1,9 – 6.5C

mm /s

fracción

de ASTM D 874

Ceniza sulfatada

masa

(%

0,020 máx.

masa)

Contenido de azufre totalD

mg/kg

ASTM D 5453

15 máx.

--------

ASTM D 130

N° 3 máx.

Número de cetano

-------

ASTM D 613

47 mín.

Punto de enturbamientoE

ºC

ASTM D 2500

Reportar

Residuo de carbónF

fracción

de

masa

(%

Corrosión tira de cobre, 3 h, 50 °C

ASTM D 4530 0,050 máx.

masa)

Número ácido

mg KOH / g

fracción

ASTM D 664

0,50 máx.

de ASTM D 6584

Glicerina libre

masa

(%

0,020 máx.

masa)

fracción

de

masa

(%

ASTM D 6584 Glicerina total

0,240 máx.

masa)

Contenido de fósforo

fracción

de

masa

(% ASTM D 4951

0,001 máx.

masa)

Temperatura

de

temperatura

destilación, equivalente ºC

ASTM D 1160

360 máx.

mg/kg

UOP 391

5 máx.

mg/kg

EN 14538

5 máx.

atmosférica, 90% recuperado Sodio

(Na)

y

potasio

(K)

combinados Calcio (Ca) y magnesio (Mg) combinados

A

Si para cumplir condiciones especiales de operación de equipos que requieran, por razones técnicas, especificaciones de calidad diferentes a las indicadas en esta tabla,

el Ente Nacional Competente podrá autorizar mediante resolución

razonada, la

modificación de las mismas.

B

La información que se debe presentar para cada aditivo que se agregó a este

producto es la siguiente: 

Hoja de Datos de Seguridad del Material (“Material Safety Data Sheet”)



Proporción agregada del aditivo (mezcla)



Propiedad del producto que el aditivo genera o mejora en el mismo, ejemplo: antioxidante, biocida, etc.; Para una completa información sobre contaminación microbiana referirse a la Guía ASTM D 6469.

Esta información debe ser proporcionada al Ente Nacional Competente, cada vez que se cambia el aditivo.

C

El límite superior de viscosidad cinemática de 6.5 mm2/s, es más alto que el del Diesel base petróleo y debe ser tomado en cuenta cuando sea utilizado para mezcla.

D

El B100 es esencialmente libre de azufre.

E

El punto de enturbamiento de Biodiesel es generalmente más alto que el del Diesel base petróleo y debe ser tomado en cuenta cuando sea utilizado para mezcla.

F

El residuo de carbón debe ser obtenido del 100% de la muestra.

Nota 1: Los métodos ASTM, EN y UOP indicados en la tabla son los aprobados como métodos árbitros. Otros métodos aplicables se indican en el numeral 9.

Nota 2: Para los casos de Reportar se debe indicar el resultado obtenido de acuerdo al método.

Nota 3: Los resultados se deben reportar con el número de cifras decimales que indica cada método y no necesariamente con el número de decimales que aparecen en esta tabla de especificaciones.

Precaución: La generación y disipación de electricidad estática puede crear problemas en el manejo de aceites combustibles destilados con los cuales puede ser mezclado el Biodiesel.

8.

MUESTREO

Para la toma de muestras se debe utilizar la última edición vigente de la norma ASTM siguiente:

ASTM D 4057: “Standard Practice for Manual Sampling of Petroleum and Petroleum Products”. Práctica Estándar para Muestreo Manual de Petróleo y Productos de Petróleo.

9.

MÉTODOS DE ENSAYO

Para los ensayos se debe utilizar la última edición vigente de las siguientes Normas ASTM, EN y UOP en idioma de origen.

La traducción y el uso de éstas será

responsabilidad del usuario, y serán aceptadas en tanto no sean homologadas y/o no existan Normas o Reglamentos Técnicos Centroamericanos.

ASTM D 93: “Standard Test Method for Flash Point by Pensky-Martens Closed Cup Tester”. Método de Prueba Estándar para Punto de Inflamación por el Probador Pensky-Martens de Copa Cerrada.

ASTM D 130: “Standard Test Method for Detection of Cooper Corrosion from Petroleum Products by the Cooper Strip Tarnish Test”. Método de Prueba Estándar para Detección de Corrosión en Cobre de Productos de Petróleo por la Prueba de Empañamiento de la Tira de Cobre.

ASTM D 189: “Standard Test Method for Conradson Carbon Residue of Petroleum Products”. Método de Prueba Estándar para Residuo de Carbón Conradson de Productos de Petróleo.

ASTM D 287: “Standard Test Method for API Gravity of Crude Petroleum and Petroleum Products”. Método de Prueba Estándar para Gravedad API del Petróleo Crudo y Productos del Petróleo.

ASTM D 445: “Standard Test Method for Kinematic Viscosity of Transparent and Opaque Liquids (and the Calculation of Dynamic Viscosity)”. Método de Prueba Estándar para Viscosidad Cinemática de Líquidos Transparentes y Opacos (y el Cálculo de la Viscosidad Dinámica).

ASTM D 524: “Standard Test Method for Ramsbotton Carbon Residue of Petroleum Products”. Método de Prueba Estándar para Residuo de Carbón Ramsbottom de Productos de Petróleo.

ASTM D 613: “Standard Test Method for Cetane Number of Diesel Fuel Oil”. Método de Prueba Estándar para Número de Cetano de Aceite Combustible Diesel.

ASTM D 664: “Standard Test Method for Acid Number of Petroleum Products by Potentiometric Titration”. Método de Prueba Estándar para Número Ácido de Productos

de Petróleo por Titulación Potenciométrica.

ASTM D 874: “Standard Test Method for Sulfated Ash from Lubricant Oils and Additives”. Método de Prueba Estándar para Cenizas Sulfatadas provenientes de Aditivos y Aceites Lubricantes.

ASTM D 974: “Standard Test Method for Acid and Base Number by Color-Indicator Titration”. Método de Prueba Estándar para Número Ácido y Básico por Titulación Color-Indicador.

ASTM D 1160: “Standard Test Method for Distillation of Petroleum Products at Reduced Pressure”. Método de Prueba Estándar para Destilación de Productos de Petróleo a Presión Reducida.

ASTM D 1298: “Standard Practice for Density, Relative Density (Specific Gravity) or API Gravity of Crude Petroleum and Liquid Petroleum Products by Hydrometer Method”.

Método de Prueba Estándar para Densidad, Densidad Relativa (Gravedad Específica), o Gravedad API de Petróleo Crudo y Productos Líquidos de Petróleo por el Método del Hidrómetro.

ASTM D 1796: “Standard Test Method for Water and Sediments in Fuel Oils by the Centrifuge Method (Laboratory Procedure)”. Método de Prueba Estándar para Agua y Sedimentos en Aceites Combustibles por el Método de la Centrífuga (Procedimiento de Laboratorio).

ASTM D 2500: “Standard Test Method for Cloud Point of Petroleum Products”. Método de Prueba Estándar para Punto de Enturbamiento de Aceites de Petróleo.

ASTM D 2709: “Standard Test Method for Water and Sediment in Middle Distillate Fuels

by Centrifuge”. Método de Prueba Estándar para Agua y Sedimento en Combustibles Destilados Medios por Centrifugación.

ASTM D 3117: “Standard Test Method for Wax Appearance Point of Distillate Fuels”.

Método de Prueba Estándar para Punto de Aparición de Cera en Combustibles Destilados.

ASTM D 3242: “Standard Test Method for Acidity in Aviation Turbine Fuel”. Método de Prueba Estándar para Acidez en Combustible para Turbina de Avión.

ASTM D 3828: “Standard Test Method for Flash Point by Small Scale Closed Tester”.

Método de Prueba Estándar para Punto de Inflamación por Medio del Equipo de Copa Cerrada de Escala Reducida.

ASTM D 4057: “Standard Practice for Manual Sampling of Petroleum and Petroleum Products”. Práctica Estándar para Muestreo Manual de Petróleo y Productos de Petróleo.

ASTM D 4177: “Standard Practice for Automatic Sampling of Petroleum and Petroleum Products”. Práctica Estándar para Muestreo Automático de Petróleo y Productos de Petróleo.

ASTM D 4530: “Standard Test Method for Determination of Carbon Residue (Micro Method)”. Método de Prueba Estándar para Determinación de Residuo de Carbón (Método Micro).

ASTM D 4951: “Standard Test Method for Determination of Additive Elements in Lubricating Oils by Inductively Coupled Plasma Atomic Emission”. Método de Prueba Estándar para la Determinación de Elementos Aditivos en Aceites Lubricantes por Emisión de Plasma Atómico Inductivado Acoplado.

ASTM D 5453: “Standard Test Method for Determination of Total Sulfur in Light Hydrocarbons, Motor Fuels and Oils by Ultraviolet Fluorescence”. Método de Prueba Estándar para Determinación de Azufre Total en Hidrocarburos Livianos, Combustibles de Motor y Aceites por Fluorescencia Ultravioleta.

ASTM D 6450: “Standard Test Method for Flash Point by Continuously Closed Cup (CCCFP) Tester”. Método de Prueba Estándar para Punto de Inflamación por el Probador de Copa Cerrada Continuo (CCCFP).

ASTM D 6584: “Standard Test Method for Determination of Free and Total Glycerine in B-100 Biodiesel Methyl Esters by Gas Chromatography”. Método de Prueba Estándar para la Determinación de Glicerina Libre y Total en Biodiesel B-100 de Ésteres Metílicos por Cromatografía de Gases.

EN 14103: “Fat and oil derivatives – Fatty Acid Metil esters (FAME) – Determination of ester and linolenic acid metil ester contents”. Derivados de grasa y aceite - Ésteres metílicos de ácido graso – Determinación de contenidos de éster y de éster metílico del acido linolénico.

EN 14110: “Fat and oil derivatives – Fatty Acid Metil esters (FAME) – Determination of methanol content”. Derivados de grasa y aceite - Ésteres metílicos de ácido graso – Determinación del contenido de metanol.

EN 14112: “Fat and oil derivatives – Fatty Acid Metil esters (FAME) – Determination of oxidation stability (accelerated oxidation test)”. Derivados de grasa y aceite - Ésteres metílicos de ácido graso- – Determinación de la estabilidad a la oxidación (prueba de oxidación acelerada).

EN 14538: “Fat and oil derivatives – Fatty Acid Metil esters (FAME) – Determination of Ca and Mg content by optical emission spectral analysis with inductively coupled plasma (ICP OES)”. Derivados de grasa y aceite - Ésteres metílicos de ácido graso – Determinación del contenido de Ca y Mg por análisis de emisión espectral óptica con plasma inductivado acoplado.

UOP 391: “Trace Metals in Petroleum Products or Organics by AAS (Atomic Absorption Spectrophtometry)”. Metales traza en Productos del Petróleo u Orgánicos por AAS (Espectrofotometría de Absorción Atómica).

10.

ACTUALIZACIÓN Y REVISIÓN DEL REGLAMENTO

Este Reglamento Técnico será revisado y actualizado al año contado a partir de su entrada en vigencia, posteriormente cada dos (2) años salvo que, a solicitud debidamente justificada,

se requiera la revisión y actualización antes del periodo

señalado.

11.

VIGILANCIA Y VERIFICACIÓN

Corresponde la vigilancia y verificación de la aplicación y cumplimiento del presente Reglamento Técnico Centroamericano al Ministerio de Energía y Minas de Guatemala; a la Dirección de Hidrocarburos y Minas del Ministerio de Economía de El Salvador; a la Secretaría de Industria y Comercio de Honduras; a la Dirección General de

Hidrocarburos del Instituto Nicaragüense de Energía de Nicaragua y, al Ministerio de Ambiente y Energía de Costa Rica, y en todos los casos a sus sucesores o entidades que en el futuro se les asigne específicamente estas funciones.

12.

NORMAS QUE DEBEN CONSULTARSE

Para la elaboración de este reglamento se consultaron las normas ASTM y EN siguientes:

ASTM D 6469: “Guide for Microbial Contamination in Fuels and Fuel Systems”. Guía para Contaminación Microbiana en Combustibles y Sistemas de Combustible.

ASTM D 6751-06e1: "Standard Specification for Biodiesel Fuel (B100) Blend Stock for Middle Distillate Fuels". Especificación Estándar para Combustible Biodiesel (B100) destinado para Mezcla con Combustibles Destilados Medios.

EN 14214-2003: “Automotive fuels – Fatty acid methyl esters (FAME) for diesel engines – Requirements and test methods”. Combustibles de automóviles - Ésteres metílicos de ácido graso (FAME) para motores diesel – Requerimientos y métodos de prueba.

-

Fin del reglamento –

Anexo 2.

Normativa Chilena sobre Biocombustibles.

Propuesta de Decreto APRUEBA DEFINICIONES, ESPECIFICACIONES DE CALIDAD, PARA LA PRODUCCIÓN, IMPORTACION, TRANSPORTE, ALMACENAMIENTO, DISTRIBUCIÓN Y COMERCIALIZACIÓN, DE BIOETANOL Y BIODIESEL

DECRETO N° __________

SANTIAGO, __________

VISTOS: 1. Lo informado por la Comisión Nacional de Energía en su Oficio Ord. Nº _________, de _______ de abril de 2007; 2. Lo establecido en la Resolución Nº 520, de 1996, de la Contraloría General de la República; 3. Lo dispuesto en el Decreto Nº 174, del Ministerio

de

Economía,

Fomento

y

Reconstrucción, de 2001; 4. Lo dispuesto en los artículos 2º, 3º y 4º del Decreto Ley Nº 2.224, de 1978, que crea la Comisión Nacional de Energía; 5. Lo dispuesto en los artículos 2º y 3º de la Ley Nº 18.410, que crea la Superintendencia de Electricidad y Combustibles; y

6. Lo dispuesto en el inciso 2º del artículo 35 de la Constitución Política de la República.

CONSIDERANDO: 1. La

necesidad

de

incorporar

nuevos

combustibles para diversificar la matriz energética del país; 2. Reducir la dependencia del petróleo, fuente de los combustibles fósiles; 3.

El

marco

regulatorio

vigente

de

los

combustibles en Chile, conforme al cual se exige el cumplimiento de especificaciones de calidad tanto para los productos nacionales como por los importados; y 4. La necesidad de regular el marco aplicable para los nuevos combustibles líquidos de origen biológico.

DECRETO: ARTÍCULO PRIMERO.para

la

importación,

Apruébanse las siguientes definiciones y especificaciones producción,

almacenamiento,

transporte,

distribución

y

comercialización de bioetanol y biodiesel, como productos puros.

TÍTULO I

Del Bioetanol

Artículo 1°. Para los efectos del presente decreto, bioetanol es todo combustible líquido compuesto por alcohol etílico anhidro desnaturalizado, obtenido por la destilación del producto de fermentación de materia primas vegetales ricas en azúcares, almidones o lignocelulosa.

Artículo 2°. El proceso de desnaturalización del alcohol etílico deberá realizarse con gasolina automotriz, que cumpla con las especificaciones chilenas vigentes, según la reglamentación para alcoholes etílicos del Servicio Agrícola y Ganadero.

Artículo 3°. Las especificaciones de calidad para bioetanol deberán ser cumplidas por los productos nacionales e importados.

Artículo 4º. Las especificaciones de calidad que deberá cumplir el bioetanol para su comercialización como producto puro y uso en mezclas con gasolina en motores de ignición por chispa para uso automotriz, son las siguientes:

Propiedad

Unidad

de Valor propuesto

Método de Ensayo

medida Etanol

% v/v

mín. 92,1

ASTM D 5501

Metanol

% v/v

máx. 0,5

ASTM D 5501

Goma Lavada

mg/100 ml

máx. 5,0

NCh 1844 ASTM

Contenido de agua

% v/v

E

203

ó

máx. 1,0 ASTM E 1064 mín.1,96

Contenido

de % v/v

-

Desnaturalizador máx. 5,0 ASTM D 512 Cloro Inorgánico

ppm (mg/l)

máx. 40 (32)

(método

C

modificado) ASTM D 1688 Cobre

mg/Kg.

máx. 0,1

(método

A

modificado) Acidez

(como

ácido % masa (mg/l) máx. 0,007 (56)

ASTM D 1613

acético) (i) mín.

6,5

pHe

ASTM D 6423 máx. 9,0

Azufre

Ppm

máx. 30

NCh 1896

Sulfatos

Ppm

máx 4

ASTM D 4806

Visualmente libre de sedimentos y material Apariencia

suspendido. Brillante y claro

a

temperatura

ambiente o 21ºC (la

Inspección visual a temperatura ambiente

mayor de ambas)

Artículo 5.- El bioetanol se podrá mezclar hasta en un 5% en volumen con gasolina automotriz.

TÍTULO II

Del Biodiesel

Artículo 6°.- Para los efectos del presente decreto, biodiesel es todo combustible líquido compuesto por una mezcla de ésteres alquílicos obtenidos mediante la reacción química de transesterificación o conversión de ácidos grasos a ésteres metílicos o ésteres etílicos. A partir de aceites vegetales, grasa animal o el aceite comestible usado.

Artículo 7º.- Las especificaciones de calidad para biodiesel deberán ser cumplidas por los productos nacionales e importados.

Artículo 8º.- Las especificaciones de calidad que deberá cumplir el biodiesel para su comercialización como producto puro y uso en mezclas con petróleo diesel, son las siguientes:

Propiedad

Unidad

de Valor propuesto

Método de ensayo

medida Min. Densidad a 15°C

0,860

NCh 822 o

g/cm3 NCh 2395 Máx. 0,900

Min.

3,5

2

mm /s

NCh 1950

Viscosidad a 40°C (cST=centiStokes) Máx. 5,0 Min.

130

Punto de inflamación °C

(i)

NCh 69

Min. 120 (ii) Punto

de °C

Máx. -1

NCh 1983

escurrimiento Punto

de

Enturbiamiento

ASTM D 2500 °C

Informar

Ppm

Máx. 50

(Niebla)

Azufre total Residuos de Carbono

NCh 1896

EN ISO 10370

Conradson (CCR) al % masa

Máx. 0,05 ASTM D 4530

100%

Numero de Cetano

Min. 50

Contenido de ceniza % masa

Máx. 0,02

% volumen

Máx. 0,05

NCh 1987

ISO 3987

sulfatada

Agua y sedimentos Corrosión

de

la grado

NCh 70

de

lámina de cobre ( 3

NCh 1982

Máx. Nº 2 corrosión

horas, 50°C) Valor

de mg

neutralización

(valor

EN 14104

KOH/g Máx. 0,5

muestra de acido mg KOH/g) Contenido de ester

% masa

Min. 96,5

EN 14103

Numero de Yodo Acido

linolénico

g yodo/100 g

Máx. 120

% masa

Máx. 12

% masa

Máx. 0,20

% masa

Máx. 0,02

-

EN 14111

EN 14103

Metil Ester Contenido

de

EN 14110

Metanol (v)

EN 14105 Glicerina Libre

EN 14106 Glicerina total

% masa

Máx. 0,25

EN 14105

Monoglicéridos

% masa

informar

EN 14105

Diglicéridos

% masa

informar

EN 14105

Triglicéridos

% masa

informar

EN 14105

EN 14107 Fósforo

mg/kg

Máx. 10 ASTM D 5185

Contenido

EN 14108

de mg/kg

Máx. 5

alcalinos (Na+K)

Contenido

EN 14109 de mg/kg

Máx. 5

Horas

Min. 6

ASTM D 5185

Metales (Ca+Mg) Estabilidad

a

la

EN 14112

oxidación a 110 ºC

Artículo 9º.- Se deberá informar a la Superintendencia de Electricidad y Combustibles en el caso que se utilice etanol en el proceso productivo de biodiesel, junto con el método de ensayo utilizado para determinar el contenido de etanol en el producto final.

ARTICULO SEGUNDO La mezclas de bioetanol y biodiesel con los respectivos combustibles fósiles deberán realizarse en instalaciones inscritas en la Superintendencia de Electricidad y Combustibles, que cumplan con la normativa de seguridad vigente.

ARTICULO TERCERO Modificase el artículo primero del Decreto Exento Nº 174 de abril de 2001 del Ministerio de Economía, Fomento y Reconstrucción en el siguiente sentido:

Donde Dice: “Prohíbese asimismo la mezcla de petróleo diesel con otros combustibles líquidos realizados con igual objeto.”

Debe decir: “Prohíbese asimismo la mezcla de petróleo diesel con otros combustibles líquidos realizados con igual objeto, con excepción de su mezcla con el biodiesel el cual se podrá mezclar hasta en un 5% en volumen con petróleo diesel.”

DISPOSICIONES TRANSITORIAS

Artículo

primero

transitorio.-

La

Superintendencia

de

Electricidad

y

Combustibles, establecerá, dentro del año siguiente al de la publicación del presente decreto en el Diario Oficial, un método de ensayo alternativo para el número de cetano, parámetro descrito en el artículo 8º del presente decreto.

Así mismo, el método de ensayo para la determinación del desnaturalizante deberá ser definido por la Superintendencia de Electricidad y Combustibles en el plazo de 60 días a partir de la publicación del presente decreto.

Artículo segundo transitorio.- La Superintendecia de Electricidad y Combustible establecerá el procedimiento, en un plazo de 60 días, para la inscripción de las instalaciones y las personas naturales y jurídicas que realicen las actividades de producción, importación, almacenamiento, transporte, distribución, mezcla y comercialización de biocombustibles

ANÓTESE, TÓMESE RAZÓN Y PUBLÍQUESE

ALEJANDRO FERREIRO YAZIGI

207

MINISTRO DE ECONOMÍA, FOMENTO Y RECONSTRUCCIÓN

208

Notas 1

Avelar, 2008.

2

Los costos disponibles para el 2009 sirven como base para el cรกlculo de los

costos para el 2011.

3

Los costos para el 2011 que se necesitan calcular.