Aquí poderás atopar o "caderno de bitácora" do grupo de traballo creado no curso 2013-2014 no CPI de San Sadurniño co obxectivo de transformar aceite usado de cociña en biodiesel.
Despois de quentar ben as últimas fraccións da pota co biodiesel chegamos a illar unha masa total de 15,25 kg. Como partimos de 16,1 kg de aceite usado (no que se presupón un peso molecular medio duns 880g/mol), temos uns 18,3 moles de aceite, que terían que render, segundo a estequiometría da reacción, o triplo de moles de biodiesel (de peso molecular medio duns 295 g/mol), é dicir 16177 g. Isto supón 15,25/16,177 x 100 = 95% de rendemento.
A calidade do biodiesel producido podémola estimar por:
Aspecto: é bo. Transparente, bastante cristalino, cor similar ao da mel.
Densidade: determinouse o seu valor por medida directa co hidrómetro, obtendo un valor de 882g/L.
Este valor contrastouse co obtido na pesada dun matraz aforado de 100mL, obtendo unha coincidencia case total, xa que os 100mL de biodiesel pesaron 88,1 g (147,5 g -59,4 g do matraz baleiro) é dicir, densidade 881 g/L. Este valor queda perfectamente dentro do marco legal establecido polas normas europeas e americanas (entre 860 e 900 g/L)
Viscosidade: empregouse o dispositivo de Cannon-Fenske para tomar medidas a 20ºC e a 40ºC. A 20ºC o tempo de paso entre marcas foi de 607 s. Como a cosntante do aparello a esa temperatura é de 0,01405, obtemos unha viscosidade cinemática de 8,5 cSt. A 40ºC o tempo medido en dous ensaios diferentes foi de 388 s e 378 s respectivamente. Tomando a media dos resultados e a constante do aparello a 40ºC (0,01403) obtemos un valor de 5,4 cSt para a viscosidade cinemática. Este valor queda un pouco por riba do establecido nas normas Europeas que fixan o máximo en 5 cSt pero entra ben nos valores esixidos nas americanas.
Visto o aspecto do producto final e os valores de viscosidade e densidade obtidos podemos pensar que a calidade do biodiesel producido é ACEPTABLE.
Para concluír esta experiencia educativa só nos queda realizar o acto final que perseguiamos: alimentar unha máquina co combustible producido. Pero isto queda para despois das vacacións de Semana Santa. Botaremos parte na caldeira do colexio, tal como tiñamos como obxectivo, pero tamén intentaremos facer andar un vehículo co resto do biodiesel para probar que isto vai en serio, e a calidade do biodiesel producido é axeitada para alimentar un coche.
Digamos que a película está concluída, pero só falta o epílogo...
Despois de lavar o biodiesel varias veces con auga quente chegou o momento de quedarse coa fase orgánica e quentala para eliminarlle os restos de auga que puidese conter...parecía a parte máis sinxela pero presentou algñun problemiña...
o pasado xoves 3 de marzo puxémonos a quentar na pota de inox con billa co biodiesel producido.
A medida que quecía iamos comprobando que se formaba algunha burbulla que denotaba o paso da auga á fase vapor...tamén notamos que o medio se volvía máis transparente
Chegamos a 115ºC e aí o deixamos 15 minutos crendo que era suficiente para evaporar toda a auga:
Pero a nosa sorpresa foi que despois de deixalo repousar co tello posto durante un par de horas xa vimos que condensara moita auga na súa parte interna e o medio estaba moi pouco transparente.
Hoxe luns atopámonos con este aspecto:
Mirade máis de preto...non se ve nin o fondo:
Así que decidimos volver a quentar pero durante máis tempo. Incluso chegamos a uns 140ºC e foi sorprendente a cantidade de vapor desprendida (¿auga? ¿que senón?).
Co biodiesel aínda quente, sobre uns 90ºC procedemos ao seu trasvase. Era evidente que o medio era máis transparente deixando ver no fondo un residuo negruzco sólido que poderían ser sales sódicas procedentes do xabón formado paralelamente
Procedemos logo ao paso da pota ao bidón de polietileno de alta densidade
Ao final metemos uns 13 kg de biodiesel no bidón
Pero deixamos un marxe de seguridade na pota para ver que aspecto ten mañá.
O aspecto, máis transparente, axuda a ver no fondo eses restos dos que falabamos antes
Hoxe tocaba rematar de lavar o biodiesel obtido.
Ao chegar ao laboratorio atopámonos co bidón no que claramente se vían as dúas fases acuosa e orgánica moi ben definidas
En canto ao pH pasa unha cousa estraña...usando o pHmetro non damos baixado de valor 9 e pico, nin sequera neste último lavado
Pero facendo uso das tiras indicadoras vemos que é practicamente neutro, e iso que probamos varios tipos...
Como xa son moitos lavados decidimos rematar aquí.
Para que o trasvase fose máis simple inclinamos un pouco o bidón e purgamos parte da auga, de tal xeito que ao volver a poñer o bidón vertical o nivel acuoso quedase un par de centímetros por debaixo da billa. Esperamos uns minutos a que repousase ben e así todo o que saíra pola billa sería principalmente biodiesel
Iniciamos o trasvase á pota onde remataremos quentando o biodiesel para secalo
O aspecto que presentaba o biodiesel era, de todos os xeitos, un pouco turbio aínda:
Cando rematamos o trasvase o bidón quedou así:
Como se pode comprobar aínda queda máis dun litro de biodiesel no bidón, pero para proceder ao seu illamento usamos métodos máis precisos a pequena escala: funil de decantación. Coa axudo dun de medio litro fumos illando e xuntando diversas fraccións de biodiesel, e puidemos comprobar unha cousa: a turbidez débese á presencia de restos de auga que conteñen xabón. Quedou de manifesto cando quentamos esas fraccións pequenas no microondas...na parte inferior acumulábase un resíduo coma este:
O cal no dí que o quecemento final ao que temos que someter o biodiesel será crucial para obter un producto de calidade. A pota con bila cremos que nos vai vir moi ben porque despois de quentar o biodiesel a máis de 100ºC durante uns minutos e despois deixar repousar, os xabóns esperamos que se acumulen por debaixo do nivel da billa e non saian coa fracción de biodiesel. Xa veremos.
Na parte final do proceso quédanos lavar ben os mais de 16 kg obtidos de biodiesel. Para iso botamos sobre el, uns 5 L de auga quente a 60ºC e esperamos.
A montaxe era a seguinte
Onte deixamos xa feito o primeiro e hoxe comprobamos o pH las primeiras augas de lavado
Alto, 9,84, como esperábamos.
No resto da mañá procedemos a baleirar un par de veces máis a fase acuosa, esperando unha hora entre lavado e lavado. O mellor é que a separación de fases sempre se observa polas paredes do bidón moi clara. Non hai emulsións, as augas saen bastante limpas, sen escumas, pero verdosas, e iso é bo sinal.
Os pH foron diminuíndo pero non moito...
No segundo 9,46
E no terceiro 9,22
Mañá intentaremos rematar o lavado e poñer a secar o biodiesel.
Por outra banda tamén separamos os último restos de biodiesel da glicerina e quedounos sobre 1,9 L nas botellas...Intentaremos quentalo para quitarlle o metanol que poida conter e darlle un uso á glicerina (¿fabricación de xabón?)
Hoxe luns chegamos ao laboratorio para ver como lle sentara o repouso de 3 días á nosa reacción con 16,1 kg de aceite usado...e a verdade, non parecía ter mala pinta.
O primeiro que vimos, non obstante, foi unha pequena perda de líquido pola billa do noso reactor. Non foi nada importante pero tenos que poñer en alerta en posteriores probas para encaixar mellor esas conexións.
Unha visual sobre o reactor permítenos comprobar que na súa base hai unha parte máis escura (¿glicerina?) e temos a agradable sorpresa de comprobar que as cantidades empregadas na reacción de aceite e metanol foron casualmente as mellores que podiamos ter neste reactor porque deron lugar a unha cantidade de glicerina que quedou xusto por debaixo da billa. Isto vainos facilitar moitísmo o proceso de separación de fases...
Mirade o aspecto do reactor: a glicerina constitúe apenas a base do mesmo...
Despois de abrir a billa e botar o contido nun vaso de precipitados confirmamos que sae todo biodiesel
¡¡¡é magnifíco que a glicerina quede por debaixo da billa!!!
Xa tiñamos preparada una bomba de succión manual para sacar o biodiesel pola parte superior pero cambiamos os plans: só será necesario abrir a billa e recoller o biodiesel noutro bidón para o seu posterior lavado con auga.
Non obstante preocupábanos unha cousa antes de seguir: ¿saliría a reacción ben ou non?. Para comprobar iso tomamos unha alícuota do suposto biodiesel, duns 100 mL e mesturámolos con auga nun funil de decantación?. Despois de axitar ben comprobamos que, tras media hora, podemos observar o biodiesel enriba e a auga leitosa debaixo. Aparecen bastantes xabóns pero a separación de fases é bastante clara. Isto é un bo sinal...Por outra banda collemos outra alícuota de biodiesel (uns 100 mL) e para comprobar que a reacción fora completa mesturámola con 0,5 g de NaOH en 30mL de metanol. Quentamos a uns 55ºC e esperamos máis de media hora...¡non aparece ningunha fase nova¡ nin rastro de glicerina...sinal evidente que non hai aceite no noso producto: ¡é todo biodiesel¡.
Procedemos logo ao trasvase ao bidón novo. Aquí o vídeo do momento:
E algunha fotiño
Xa máis de preto, pódese apreciar mellor a escuridade da glicerina da parte inferior, e o biodiesel, máis cristalino, saíndo pola billa:
Unha vez trasvasado o biodiesel, sacamos a glicerina do bidón pola billa e pola parte superior e recollémola en 3 botellas de plástico transparente de litro. A separación co biodiesel residual era tan clara que cunha xeringa e cunha pipeta puidemos optimizar mellor o rendemento da reacción engadindo ao bidón estas fraccións mínimas de biodiesel:
O seguinte paso e o lavado do biodiesel obtido con auga quente...seguramente quedan restos de sosa e metanol nel que fan que o pH sexa alto. Na alícuota que sometemos a lavado puidemos comprobar este aspecto pois mirade o pH que presentaba a fase acuosa do primeiro lavado: ¡¡9,64!! moi básico. Desde logo haberá que lavar con auga para deixar o Biodiesel neutro.
Ao final saberemos a calidade do producto obtido e o rendemento obtido, pero todo parece indicar que a reacción transcorreu cunha efectividade excelente porque estequiométricamente partimos de 16,1 kg de aceite. Se supoñemos un peso molecular medio de 880 g/ mol para ese aceite, partiamos duns 18,3 moles, os cales teríamos que formar 3 moles de moléculas de biodiesel, ou sexa 54,9 moles. O peso molecular medio deste biodiesel está arredor dos 295 g/mol, o cal se traduce en 16,1 kg de biodiesel. Tamén se terían que producir os mesmos moles de glicerina que de aceite (18,3). Como o peso molecular e densidade desta é de 92g/mol e 1,26 g/mL, respectivamente, obteriamos 1,4L de glicerina. Vendo o contido das botellas de plaśtico transparente parece que estamos perante uns 2 litros de glicerina mesturada co metanol en exceso empregado na reacción (en total engadimos un exceso duns 1,26 L de metanol pero parte xa se evaporou durante o transcurso da reacción). Sometendo esta glicerina residual a quecemento a máis de 65ºC, eliminarémoslle o metanol e saberemos máis exactamente o que se formou...pero visto o biodiesel obtido e glicerina que parece que temos, o rendemento parece rondar o 100%.
Hoxe luns rematamos engadindo sobre eses 18L de biodiesel contidos no bidón de polietileno de alta densidade, uns 5 L de agua quente a uns 60ºC. Mesturamos ben para que haxa un bo contacto entre fases e deixamos repousar ata o día seguinte. Seguimos constatando de novo que pola billa deste novo bidón tamén se perde algún mL que outro de biodiesel.
Practicamente concluída a serie de probas que levamos a cabo cos rapaces decidímonos a poñer a reaccionar unha cantidade apreciable de aceite. O noso obxectivo será poñer a funcionar un vehículo, unha máquina, xa veremos...
Agora xa temos máis claro como hai que levar a cabo o proceso así que empezamos:
Durante varios días estivemos filtrando moitos clakis de aceite. Era só para quitarlle o máis gordo pero a verdade é que desta volta o aceite xa chega ao colexio bastante limpo.
O seguinte paso consistía en lavar todo ese aceite cunha extracción con auga quente, o cal fixemos en varios recipientes de plástico.
A continuación xuntamos todas as fraccións de aceite lavado nunha pota grande de cociña
4. E quentamos a mais de 100ºC para asegurarnos de que non queda nin o máis mínimo rastro de auga, a cal interfire moi negativamente na reacción. Durante unha hora rexistramos a temperatura cunha sonda termométrica e chegamos a medir preto dos 190ºC
5. Xa deixamos arrefriar retirando do lume, pero a verdade é que o aceite tarda moito tempo en facelo.
Máis dunha hora despois aínda estaba a 132ºC...
6. Cando estaba algo máis frío pasámolo á pota con billa que temos para a reacción a macroescala, a cal pesa baleira 9,4 kg. Co aceite no seu interior o peso ascende a 25,6 kg o cal nos di que dispoñemos de 16,2 kg para levar a cabo a reacción. Realmente, ao final, empregamos 16,1kg, pois deixamos sobre 100 ml para caracterizalo. Neste aceite realizamos as probas de densidade e acidez.
7. Para a densidade empregamos un hidrómetro, o cal nos deu un valor de 915 g/L.
8. Para a determinación da acidez libre deste aceite procedemos a valoralo con NaOH ao 0,1%. As probas leváronse a cabo tomando 1 ou 2 mL de aceite, disolvéndoos en 10 mL de isopropanol e engadindo un par de gotas de disolución alcohólica de fenolftaleina. Fixéronse valoracións con sosa fresca e con sosa preparada había 3 semanas sen atopar diferencias salientables. Das 5 probas, en dúas gastáronse 0,7 mL, noutra 0,9 mL, nunha cuarta proba 0,8 mL e na última 0,75 mL. En definitiva uns 0,8 mL de media. Isto implica que o aceite non contén unha gran cantidade de ácidos libres e que para a nosa reacción precisamos 3,5 + 0,8 g = 4,3 g de sosa por litro de aceite usado. Como imos necesitar metanol nunha proporción molar 1:5 ao final, como partimos de 16,1kg (17,6 L), precisamos 3,5L de metanol e uns 75,7 g de sosa.
9. O venres 28 de marzo procedemos a levar a cabo a reacción. O primeiro era quentar o aceite de partida para situar a súa temperatura sobre os 55-60ºC, franxa na que a reacción parece que sae cos mellores resultados. Pero neste proceso a temperatura disparóusenos ata os 120ºC e iso retrasounos moito porque foi bastante longo e dificil baixarlle de novo a temperatura. Incluso tivemos que meter o bidón na cámara frigorífica...pero a iso das 12 e media da mañá puxémonso en marcha. Xa antes trasvasaramos o aceite ao bidón de reacción, que é de polietileno de alta densidade e dispón dunha billa para baleirar o contido pola parte inferior. Aproveitamos para facelo en 6 adicións e así poder ir marcando os niveis correspondentes a determinadas cantidades de aceite (medidas en masa sobre unha balanza de baño). Así, digamos que calibramos o noso aparello de medida.
10. A iso das 13:00h a temperatura rondaba os 56ºC, ideal para empezar a reacción. Preparamos o sistema de axitación (taladradora + mesturador de pinturas) e o metóxido. Este fómolo preparando os dous días anteriores en catro tandas de 1 litro de metanol e 21,5 gramos de sosa cada unha (a última, evidentemente de 0,5 L e 11,2 g de sosa). Fixémolo nun matraz aforado de 1L porque así dispoñiamos de axitación magnética que nos simplificaba moito o proceso xa que a disolución da sosa en metanol é lenta. Mediante este sistema en media hora tiñamos cada litro preparado. Ademáis ao ir adicionando de litro en litro puidemos tamén facer marcas no bidón de polietileno de alta densidade para calibralo.
11. Sobre as 13:15 h engadimos a disolución de metóxido sódico sobre o aceite a 56ºC, poñemos a funcionar o sistema de axitación, forramos o bidón cun plástico de burbullas con papel de aluminio entre as súas capas e esperamos 90 minutos. Tamén puxemos o bidón sobre un círculo de porexpan a modo de illante para evitar que escapase a calor rápidamente.
12. Desde o primerio momento pódese ver que o medio se volve negro, supoñemos debido á glicerina que se empeza a producir e que a temperatura baixa constantemente. Á media hora era de 40ºC; á hora era duns 36ºC, para rematar nuns 34ºC. Poñer o bidón a carón dunha ventá aberta nun día frío (12ºC exteriores) parece que axudou a esta baixada...pero era obrigado facelo así por culpa dos vapores de metanol que puidesen saír do bidón, os cales son tóxicos e inflamables. Ademáis este descenso non supón maior problema; ralentiza algo o proceso. Pero xa demos un amplo marxe de 90 minutos para a súa realización (na bibliografía falan de que con 45 minutos a 55ºC son suficientes...). Cando apagamos a axitación a iso das 14:45h supoñemos que a transesterificación completouse totalmente. Deixamos repousando toda a fin de semana. Xa aos 15 minutos de repouso se intúe que a parte superior está algo máis clara. Esperamos que o luns vexamos dúas capas claramente diferenciadas: a clara do biodiesel enriba e a negra da glicerina debaixo.
13. O único problema que detectamos ese día foi unha lixeira perda de medio de reacción pola billa, a cal disolveu un pouco do porexpan inferior. Solucionouse apretando algo máis a billa que debido á calor do medio debeu quedar algo frouxo. Foron moi pouco mL. Nada importante.
Aquí vos deixo un vídeo para que vexades como é o reactor
