Comparison with Previous Schemes

Método: Soxhlet FUNDAMENTO.

Una cantidad previamente homogeneizada y seca, medida o pesada del alimento se somete a una extracción con éter de petróleo o éter etílico, libre de peróxidos o mezcla de ambos. Posteriormente, se realiza la extracción total de la materia grasa libre por soxhlet.

PROCEDIMIENTO.

Preparación de la muestra:

En muestras con mucha humedad homogeneizar y secar a 103 ºC en estufa de aire considerando el tipo de muestra.

 Moler y pasar por tamiz de malla de 1 mm.

 Pesar masa algal 50 g de muestra preparada en el dedal de .extracción o papel filtro previamente pesado y tapado con algodón desgrasado.

Registrar m1.

 Secar el matraz de extracción por 30 min a 103 ºC.  Pesar el matraz de extracción Registrar m1.

36

 Poner el matraz de extracción en el sistema soxhlet el dedal en el tubo de extracción y adicionar el solvente al matraz.

 Extraer la muestra con el solvente por 6 a 8 horas a una velocidad de condensación de 3-6 gotas/seg.

 Una vez terminada la extracción eliminar el solvente por evaporación en baño María bajo campana. Hasta que no se detecte olor a Hexano.

 Secar el matraz con la grasa en estufa a 103°C por 10 min, enfriar en desecados y pesar. Registrar m2.

2.3.9.3 Determinación del contenido de lípidos de la Chlorella vulgaris a partir de la biomasa obtenida en fotobioreactor tubular.

Método: Ramos 2010 modificado. Fundamento.

El método de extracción en base a una solución propanol:hexano que se evaluó en el presente trabajo fue planteado por Ramos como parte de su tesis en la que se busca la maximización del rendimiento de aceite en microalgas. El interés en esta solución se sustenta en la adopción y modificación del método por parte del IMARPE, que, como se mencionó, se encontraba trabajando en la producción de microalgas de alto contenido lipídico. Se asumió que dicha institución apuntaba a este método como el más eficiente después de haber evaluado distintos solventes. Procedimiento.

 En un tubo de ensayo, por cada gramo de biomasa alga se añade 9 mL de solución hexano: isopropanol 3:2 (v/v).

 Se agitó en Vórtex hasta que la biomasa se disperse.

 Se dejó reposar los tubos por 24 horas a 4 °C y protegidos de la luz, de esa manera se favorece la extracción completa de los lípidos.

 En un Vórtex se agita la mezcla por espacio de 1 minuto.  Se centrifuga a 4500 rpm por 20 min.

 Se recupera el extracto con una pipeta Pasteur y se pasa a un nuevo tubo de vidrio de 15 mL.

37

 Se evapora la solución resultante en baño maría a 95 °C, bajo campana de seguridad.

 El contenido de lípidos es determinado gravimétricamente. 2.4. Obtención de Biodiesel.

En la producción de biodiesel se por una reacción con un alcohol (metanol o etanol) para dar como resultado mono alquil ésteres y glicerol. Esta reacción se realiza en presencia de un catalizador básico debido a que éste es el que presenta mejor performance y mayor velocidad de reacción en condiciones moderadas de presión y temperatura. Luego de la reacción, el biodiesel crudo presenta un alto contenido de alquil ésteres, pero además presenta impurezas tales como jabones, catalizador, agua, metales, alcohol y glicerol libre, que deben ser eliminados en posteriores etapas de purificación. El proceso de purificación consiste en lavar el biodiesel resultante de la reacción para eliminar las impurezas presentes. En una primera etapa se utilizan 6 soluciones de ácidos para neutralizar el catalizador, evitar saponificación y formación de emulsiones por acción de los jabones formados en la etapa de transesterificación. El proceso de biodiesel se resumirá en un flujograma mostrado en la figura 2.2.

38

Figura 2.2. Flujograma de producción de biodiesel Fuente: Elaboración propia

Lípidos extraídos (Método Soxhlet) Sedimentación (En peras de decantación) Determinación de acidez Lipidos estraidos Neutralización de

(ácidos grasos libres) >2g KOH/L Si Transesterificación Alcohol + Catalizador (KOH) Glicerina Producción de Biodiesel Lipidos estraidos Lavado/Filtrado Uso No

39 2.4.1. Determinación de la acidez

Índice de Acidez (NTC 218) Este paso fue muy importante para saber qué cantidad de catalizador era necesaria para la reacción. Se necesitó un equipamiento básico de laboratorio para medir pesos y volúmenes exactos.

R-COOH + KOH → R-COOK + H2O Cálculo:

Acidez, como mg de CaCO3/L

Acidez =(AxB) − (CxD)x50.0

mL de muestra Donde:

A= mL utilizados de NaOH, titulador,

B= Normalidad del NaOH,

C= mL utilizados de H2SO4 y

D= normalidad del H2SO4

Procedimiento:

 Tomar 1 mL de muestra de aceite con la pipeta y ponerlo en el matraz.  Diluir con 10 mL de alcohol isopropilico Mezclar bien. Si no se diluye

totalmente, calentar ligeramente.

 Aplicar 5 gotas de fenolftaleína y volver a mezclar  Llenar la bureta con solución de KOH 0,1%.

 Dejar caer la solución de la bureta a la mezcla de aceite y alcohol gota a gota hasta que el color se torne rojo grosella.

 Anotar el gasto de KOH. Llamaremos a este valor X.

 Repetir la prueba un mínimo de tres veces para asegurar que los resultados sean exactos.

40 Significado de la prueba:

 La cantidad X de KOH gastado en la titulación indica la acidez del aceite,causada por la presencia de ácidos grasos libres. Esta es también la cantidad de catalizador necesaria para neutralizar la acidez del aceite, la cual se expresa de esta manera: "X g de KOH / litro de aceite".

 Si X es menor a 2g KOH/litro, entonces se puede hacer la transesterificación directamente. En este caso, la cantidad de catalizador a utilizar sería de 3,5+X por cada litro de aceite que se vaya a procesar.

 Si X es mayor a 2 g KOH/litro, puede haber problemas de formación de jabones, lo cual interferiría en la producción de biodiésel. Se requerirá entonces neutralizar el aceite.

2.4.2. Transesterificación.

Fundamento.

Los ésteres reaccionan con alcoholes en medios ácidos o básicos formando nuevos ésteres sin necesidad de pasar por el ácido carboxílico. Esta reacción al igual que la hidrólisis es reversible y requiere exceso de alcohol para desplazar los equilibrios. Los mecanismos de la transesterificación son equivalentes a los de la hidrólisis,es recomendable emplear exceso de alcohol para con esto favorecer el equilibrio hacia la formación de biodiesel. El producto recuperado se separa por reposo de dos fases para eliminar el glicerol. La mezcla restante, que es el biodiesel.

41 Procedimiento

 Asegurarse que la llaves de entrada y salida del del reactor (T1) estén cerradas (V1, V2)

 Transferir el aceite desde el tanque de almacenamiento hasta el reactor T1, mediante la bomba manual correspondiente (BM1) y la manguera de aceite, y a través de la tapa superior del reactor.

 Encender la resistencia (R1) y la bomba de agitación del reactor y calentar el aceite hasta 60°C con agitación constante.

 Usar un mínimo de 500 mL de lípidos o una cantidad que cubra por completo la resistencia para que esta no se malogre. Una vez lleno el reactor con la cantidad de aceite, taparlo.

 Mezclar en un recipiente de vidrio de 3,5 g el catalizador (potasa cáustica, KOH) con 100 mL de metanol en las proporciones calculadas con el método de la titulación.

 Cuando el aceite llegue a los 60°C, se debe abrir las válvula de entrada que comunican el tanque de metóxido con el reactor (V1 y V2)

 Cuando se haya transferido todo el metóxido al reactor, volver a cerrar ambas válvulas. Dejar la mezcla en agitación por 1 hora manteniendo una temperatura constante, apagar el equipo y dejar reposar 2 horas

 Luego del reposo, se habrán separado dos productos: el biodiésel (arriba) y la glicerina (abajo).

 Drenar primero la glicerina abriendo las válvulas V1. Almacenar la glicerina en una galonera aparte.Cuando el líquido se empiece a aclarar y hacer menos espeso, va empezar a salir una mezcla de glicerina y biodiésel. En este momento, se debe cerrar la válvula que se esté utilizando, esperar unos segundos a que el contenido del reactor se asiente, para volver a abrirla ligeramente, para drenarlo último que quede de glicerina. Luego drenar el biodiésel en una galonera aparte para que luego sea filtrada.

42

Figura 2.3. Proceso de producción de Biodiesel Fuente: Elaboración propia

2.4.3. Filtrado y purificación de biodiesel por filtros de aserrín.

El proceso de lavado dry-washing, “lavado en seco”, que consiste en hacer pasar el biodiesel por columnas que contienen rellenos que retienen las impurezas. Este sistema de purificación de biodiesel comenzó a ponerse en práctica en algunas grandes plantas, que utilizan resinas de intercambio iónico. Posteriormente se vio que la eliminación se producía más por un efecto físico que químico del relleno, por lo que pasó a lavar el combustible con un material sintético absorbe moléculas según el tamaño. Para este filtro se usan silicatos de aluminio y magnesio.

La empresa ALDECO SAC implemento “lavado en seco” de biodiesel a base de la utilización de material celulósico (aserrín) para reemplazar al material sintético habitual, en el proceso de purificación del biodiesel. Dada la utilidad demostrada por el dry-washing y la reducción de costos que representa, y más aún la obtención de resultados satisfactorios.

En el desarrollo del presente trabajo, una vez ya obtenido el biodiesel se hizo pasar el biodiesel con ayuda de una bomba por dos tanques pequeños con un

Leyenda Equipos -BM1 Bomba -R1 Resistencia -V1, V2 Válvulas -T1 Termómetro

43

orificio de entrada en la parte inferior y una de salida en parte superior el cual están llenos de aserrín. El biodiesel se filtra para evitar todo tipo de impurezas. Asegurarse de que el biodiesel no esté demasiado caliente antes del filtrado (la temperatura no debe superar los 60 °C).

 Se abren las válvulas V1, V2, V3 y V4 y se filtra el biodiesel utilizando la Bomba BM1 y BM2. Una vez filtrado está listo para ser utilizado puro o mezclado con diésel.

 Poner una galonera o conectar la salida a un depósito de almacenamiento a la salida del filtro.

El biodiesel crudo pasara por a través de una bomba pequeña por la entrada del filtro del tanque de la parte inferior y saldrá por la salida de parte de superior la cual se recuperara en un recipiente de vidrio y se obtendrá un biodiesel óptimo.

Leyenda

Equipos

 BM1, BM2 : Bomba

 V1, V2, V2, V4 : Válvulas

Figura 2.4. Proceso de filtrado y purificación de biodiesel

Fuente: Elaboración propia

2.4.4. Determinación del rendimiento de biodiesel producido por la microalga

Chlorella vulgaris en fotobioreactor tubular.

El porcentaje de rendimiento estimado nos permitirá saber la cantidad de masa final considerable en la relación a la masa inicial de aceite, es decir la producción

44

se puede lograr a gran escala y su comercialización. Esta determinación se hizo por un balance de materia y energía. Además aunque no consideramos el uso de la glicerina como un sub producto económico no descartamos darle un uso final para mejorar una economía potencial futura; se propone lograr un rendimiento óptimo.

2.4.5. Control de calidad del biodiesel.

2.4.5.1 Determinación aguas y sedimentos.

Método: aguas y sedimentos ASTM

Fundamento.

El análisis de Agua y Sedimentos mide la cantidad de agua libre y los sedimentos presentes en el combustible y se determina después de someter el combustible a centrifugación. Mantener el contenido de agua bajo control puede prevenir varios problemas relacionados con el agua. La contaminación del agua puede corroer los componentes del sistema de combustible y provocar un mayor desgaste. Demasiada agua deteriora la capacidad de los combustibles para lubricar correctamente. Los microorganismos necesitan agua para crecer y, dado que la mayoría del crecimiento microbiano se produce en la interfase agua de combustible, el mantenimiento de sistemas de combustible en seco reducirá en gran medida la probabilidad de contaminación microbiana y sus problemas relacionados. El límite máximo para el agua y los sedimentos es de 0,05% para todos los grados No. 1-D y N ° grados 2-D.

Procedimiento.

 Llenar cada tubo con 50mL de muestra en mezcla perfecta. Luego, añada 50mL del solvente aturado. Lea la cima del menisco en las marcas de 50 mL .Tapone los tubos vigorosamente.

 Retire los tapones y sumerja los tubos en el baño maría a 60°C hasta la marca de 100mL

45

 Ubique los tubos en los lados opuestos dentro de la centrifuga para establecer una condición balanceada; haga girar la maquina durante 10minutos a una velocidad calculada según la norma ASTM.

 Lea y registre el volumen combinado de agua y sedimentos para cada tubo. 2.4.5.2. Determinación de punto e inflamación.

Método: ASTM D-93-73

Fundamento.

El método consiste básicamente en calentar la muestra en forma lenta y constante, agitando continuamente e introducir una pequeña llama al recipiente a intervalos regulares de tiempo. Al punto de inflamación se lo define como la temperatura más baja a la cual la aplicación de la llama de prueba provoca que el vapor sobre la muestra se encienda, bajo condiciones específicas del ensayo.

Procedimiento.

 Preparación de material: limpiar cuidadosamente y secar el vaso y sus accesorios, asegurándose que no queden trazas del disolvente que se utilizó para la limpieza

 Preparación de la muestra: los productos más viscosos pueden calentarse hasta una fluidez razonable, antes de ser ensayados. Sin embargo no deben calentarse más que lo absolutamente necesario y no llegar a una temperatura de 17°C por debajo del puno de inflamación esperado.

 Las muestras con agua, disuelta o libre, se deben deshidratarse con cloruro de calcio o filtrar a través de papel filtro .Si se sospecha que la muestra contaminantes volátiles, se omitirá los tratamientos anteriores.

 Llenar el vaso con la muestra a ensayar, hasta el nivel de referencia marcado en su pared interior. La superficie de la muestra debe estar exenta de burbujas.

46

 Encender la llama de ensayo ajustarlo a un diámetro de aproximadamente de 4nm.Calentar la muestra a una velocidad tal que la temperatura vaya aumentando de razón de 5 a 6 °C/min.

 La presentación de la llama de ensayo se debe hacer cada 1°C para los puntos de inflamación de hasta 110°C .Por encima de 110°C, la presentación de la llama se hará cada 2°C.La primera presentación de la llama de ensayo se hará una temperatura entre 17°C a 28°C por debajo del punto de inflamación esperado.

 Efectuar la presentación de la llama de ensayo de forma que la llama baje hasta el espacio abierto del vaso en 0,5 s, quede en esta posición baja durante un 1s y vuelva rápidamente a su posición inicial .Interrumpir la agitación durante la presentación de la llama de ensayo.

 Registrar como punto de inflamación la temperatura más baja, leída en el termómetro, a la que se manifiesta claramente la inflamación en forma de llamarada momentánea en el interior del vaso.

2.4.5.3. Determinación de densidad

Método: ASTM D 1298-99

Funadamento

La determinación exacta de la densidad o gravedad específica de un combustible o lubricante es necesaria para la conversión del volumen medido de producto a masas o volúmenes a la correspondiente temperatura, durante la venta del producto. Del mismo modo, este parámetro es un factor gobernante al momento de valorar la calidad y el precio de un producto. No obstante, la valoración debe hacerse en combinación con otros parámetros.

Procedimiento.

 Lleve la temperatura de la muestra de manera que esta sea lo suficientemente fluida, pero sin llegar a provocar pérdidas por evaporación.

47

La densidad o gravedad relativa será más exacta a medida que la temperatura de operación sea más próxima a la temperatura de referencia.  Transfiera una porción de la muestra a un recipiente que debe encontrarse

aproximadamente a la misma temperatura de la muestra.

 Sumerja, suavemente, el hidrómetro dentro de la porción de muestra y se espera hasta que deje de moverse. Después de que se alcance el equilibrio térmico, se registran la lectura del hidrómetro y la temperatura.

2.4.5.4. Determinación de cifra cetonica.

Método: ASTM

Fundamento.

El número de cetano de un aceite combustible diésel es determinado por comparación de sus características de combustión en un equipo de prueba con ellos como mezclas de combustibles de referencia de número de cetano conocido por debajo de las condiciones de operación estándar. Este proporciona una medida de las características de ignición del aceite combustible diésel en motores de ignición por compresión. El número de cetano es determinado a velocidad constante en una recámara de pre combustión de tipo compresión del motor de la prueba de ignición.

Ecuación para el cálculo índice de cetano:

IC= 454,74 -1641,416 D + 774,74 D2 IC= 454,74 - 0,554 B + 97,803(Log B)2 Donde:

IC= Índice de cetano

D: densidad a 15°C, en g/mL, determinada a partir de la gravedad a API

48 2.4.5.5. Determinación de Índice Diésel.

Se define el índice de diesel por la relación siguiente:

𝑥 =Punto de anilina en °Fx densidad API 100

Se ha buscado, una relación sencilla entre el número de cetano y la naturaleza química del gasoil; para ello, basta caracterizar el combustible por dos propiedades fácilmente medibles: su densidad, expresada en ºAPI, y su punto de anilina (temperatura de disolución de una mezcla equivolumétrica de gasoil y de anilina pura).

La calidad de la ignición de los combustibles destilados, son caracterizados por parámetros tales como: Índice de cetano o Índice de Diesel.

Este parámetro, coincide apreciablemente con el Índice de cetano. En las proximidades de 45, los dos valores coinciden sensiblemente.

49

CAPITULO III

RESULTADOS Y DISCUSIONES

3.1. Obtención del cultivo puro de Chlorela vulgaris

La cepa pura de Chlorela vulgaris fue identificada y aislada en el Herbariun Areqvipense (HUSA) y corresponde a la especie:

Figura N° 3.1. Taxonomía de Chorella vulgaris Fuente: Herbarium Areqvipense (HUSA)

Universidad Nacional de San Agustín

50

3.2. Diseño e implementación de un sistema de fotobioreactor tubular para la producción de biodiesel.

El sistema de fotobioreactores tubular de 20 cm de alto x 160 cm de largo x 2 mm de espesor uno, a un lado del panel y a 6 cm de la base se colocaron llaves de paso a las cuales se les conectó con una manguera (½ pulgada) de 15 cm de largo para la conexión, tal como se observa en la Figura N° 3.2.

51 TABLA 3.1

EVALUACIÓN Y COMPARACIÓN DEL CRECIMIENTO DE Chlorella vulgaris A

CONDICIONES DE FOTOBIORREACTOR TUBULAR.

TIEMPO DE EVALUACIÓN CRECIMIENTO (Cel./mL) F Significancia P X  S Estandar DIA 7 3103750,00 ± 2813048,59 13,497 0,002 A.S. P<0.01 DIA 14 3452500,00 ± 165456,73 DIA 21 7756250,00 ± 241468,11 DIA 28 9037500,00 ± 166390,91

Se observa en la Tabla 3.1, los promedios del crecimiento del cultivo de Chlorella vulgaris y sus respectivas desviaciones estándar, el cual estuvo a condiciones ambientales en fotobiorreactor tubular hasta las 28 días de evaluación, se detalla también el valor del estadístico de Fisher F= 13,497 de la prueba estadística de comparación de ANOVA, el cual muestra que existe diferencia altamente significativas (A.S.) en el crecimiento de Chlorella vulgaris hasta los 28 días de evaluación.

Los resultados de la Tabla 3.1 mostraron diferencias estadísticas en el crecimiento en relación a los 21 días de evaluación con 7756250 n°celulas/ml y 28 días con 9037500 n°celulas/ ml respectivamente, resultados que concuerdan con lo reportado (Concas, 2013) que realizó experimentos específicos con un cultivo de C. vulgaris, previamente aclimatada lo cual permitió un crecimiento significativo.

52

FIGURA 3.3. COMPARACIÓN DEL CRECIMIENTO DE Chlorella vulgaris A

CONDICIONES DE FOTOBIORREACTOR TUBULAR: La figura muestra la prueba de especificidad de Tukey la cual muestra que el crecimiento de Chlorella vulgaris fue mayor a los 21 y 28 (b) días con 7756250,00 cel./mL y 9037500,00 cel./mL respectivamente.

FIGURA 3.4. CRECIMIENTO DE Chlorella vulgaris A CONDICIONES DE

FOTOBIORREACTOR TUBULAR: La figura muestra un aumento en el crecimiento progresivo de Chlorella vulgaris a condiciones de fotobiorreactor hasta los 28 días de evaluación con un promedio de 9037500,00 cel./mL.

53

En la figura 3.4 se observa como a partir de los 14 dias de crecimiento es un punto de crecimiento exponencial en el cual va aumentando hasta llegar a un punto de estabilidad donde ya deja de seguir creciendo lo cual indica factibilidad del proceso del fotobiorreactor tubular.

3.3. Determinar el crecimiento del cultivo de Chlorella vulgaris

El crecimiento se determinó mediante la densidad celular (N), se evaluó por conteo directo mediante cámara de Neubauer en microscopio óptico a 20X cada 2 días durante 18 días de evaluación.

In document Security Mechanisms for Wireless Sensor Networks (Page 100-104)