Trabajo de investigación para optar el Título Profesional en Ingenierías o Biomédicas, 2019-1
Roberto Jhalver Vega Paulino; Juan Miguel Ravelo Jove; Francisco Javier Roque RodríGuez
Objetivo
Desarrollar un modelo matemático capaz de describir el comportamiento de una columna de adsorción para la purificación de biodiesel
Resumen:
El agotamiento de los combustibles fósiles, problemas medioambientales y el encarecimiento del precio del crudo; ha incentivado la búsqueda de combustibles alternativos. Actualmente el biodiesel es considerado un combustible amigable con el medio ambiente y un buen sustituto del diésel, sin embargo, este requiere cumplir con las especificaciones de calidad de la Norma Técnica Peruana (NTP) 321.125:2008. Este estudio tiene como objetivo el desarrollo de un modelo matemático usando el método de los elementos finitos (MEF), para modelar el comportamiento de una columna (una especie de "tubo cilíndrico" ) de adsorción. Con lo cual se propone la reducción de la glicerina libre, según norma, hasta un 0.020% en peso; para ello dicha columna a base de lignocelulosa (residuo de las madereras, aserrín) realizará la adsorción de la glicerina, siendo este un lavado en seco para el pre-tratamiento del biodiesel. Los resultados obtenidos de las simulaciones serán comparados con los resultados experimentales (bajo nuevos parámetros de operación), para su validación.
Palabras clave
Aceite usado, Biodiesel, Biomasa de lignocelulosa, Adsorción, Lavado en seco, Elementos finitos, UNSA, AREQUIPA
Problema central
*El principal problema del Biodiesel es el "costo de producción", de modo tal que compita con el precio del Diesel, el cual lleva a buscar la optimización: - Del tiempo de transesterificación (sólo como mención). - Una proporción molar eficiente entre el metanol y el aceite (solo como mención). - Temperatura de trabajo la cual se lleva a cabo la transesterificación (sólo como mención). Y el uso de diferentes fuentes de materia prima: - Aceite usado de cocina (Es parte de la solución de la tesis). - Aceite de algas (no comestible) [sólo como mención]. De tal manera que reduzca el precio del biodiesel (Talebian, 2013). * Osinergmin identifica principalmente un problema de factibilidad económica (llamándolo oneroso) y de abastecimiento al mercado interno por lo que promulgo la Ley Nro 28054 (ley de promoción de los biocombustibles). * Las FAO identifica el problema ambiental y social. - Uso de tierras para el cultivo la materias primas de los biocombustibles, el cual genera un conflicto alimentario (incremento del precio de los alimentos) y la deforestación. - Uso del agua (uso tradicional de purificación del biodiesel) el cual genera agua residuales. * En una planta piloto de biodiesel , en la etapa de purificación. Para una columna de adsorción con nuevas dimensiones, el tiempo de saturación de este, está sujeto a prueba y error, por lo que sé hecha a perder dichos equipos, y la cantidad de columnas necesarias para obtener un producto acorde a la NTP 321.125:2008, no está formalizado todavía en empresas de nuestra región.
Hipótesis planteada
*Es posible purificar el biodiesel en una o varias columnas de adsorción a base de biomasa lignocelulósica para alcanzar un contenido máximo de 0.020% de glicerina libre a fin de cumplir la NTP 321.125:2008. *Es posible determinar el tiempo de saturación de cada columna de adsorción usando un modelo matemático que describa el comportamiento de la distribución de las moléculas de la glicerina en la columna de adsorción.
Resultados esperados
- Un (01) artículos científico publicado en revista indizada en la base Scopus o Web of Science, con filiación a la Universidad Nacional de San Agustín de Arequipa (independiente del idioma del artículo)
- Un (01) profesional titulado con la opción: tesis formato artículo.
*Un modelo matemático validado capaz de describir el comportamiento de una columna de adsorción para la purificación de biodiesel; con lo cual se propone la reducción de la glicerina libre, según norma, hasta un 0.020% en peso.
Impactos esperados
1. impacto ambiental
1.1 Reciclaje de aceite usado de cocina
Dado que el biodiesel a purificar, es obtenido del reciclaje de aceite de cocina, evito un conflicto del uso de tierras para producir aceite nuevo
y el reciclaje de dicho material evita un impacto ambiental en la contaminación del agua.
1.2 Reducción de emisiones
El Biodiesel tiene una influencia significativa en la reducción de emisiones del motor tales como hidrocarburos no quemados (68%), particulas (40%), monoxido de carbono (44%), oxido de azufre (100%) e hidrocarburos aromaticos policiclicos (80-90%)~\cite{talebian2013,leduc2009}.
1.3. Purificación del biodiesel via seca
La purificación usual del biodiesel es por la vía húmeda (utilización de agua), generando aguas residuales, mientras que la vía seca, por adsorción por aserrín, evita dicha contaminación.
2. Impacto social
Dado que la principal fuente de materia prima para la producción es el aceite usado de cocina, no existe conflicto con el uso de tierras de cultivos, por lo que se evitaría de este modo, la suba de alimentos por el uso de tierras destinadas a la agricultura.
3 Impacto económico
* El más importante obstáculo en la industrialización y comercialización del biodiesel es su costo de producción (Talebian, 2013, Demirbas, 2009). * Por lo tanto el uso del aceite usado de cocina, reduce su costo de producción en un 60-90% (Talebian, 2013, Canakci, 2003).
* El uso de aserrín (residuo de las madereras), para el pretratamiento de la purificación de del biodiesel reduce el costo de producción.
* La capacidad del biodiesel de ser usado en lugar del petroleo, es una de sus más importantes características (Geyer, 1984).
* Mezclas de 5 (BD5) a 20% (BD20) de biodiesel pueden ser usados en motores diesel existentes sin modificación (Ghorbani, 2011).
* Como se puede usar el biodiesel en motores petroleros existentes; se evita que hacer una conversión o adaptación en el vehículo, para que tenga un grado de aceptación en los consumidores.
4. Impacto académico
*Actualmente en la Escuela Profesional de Ingeniería Química de la UNSA, están intentando producir biodiesel por cavitación hidrodinamica, siendo este método de purificación, una posible opción a ser utilizado en los laboratorios de operaciones unitarias de la UNSA.