- 1 -

TRABAJO PROFESIONAL

COMO REQUISITO PARA OBTENER EL TITULO DE:

INGENIERO QUÍMICO

QUE PRESENTA:

DÀNAE PRISCILA JIMÈNEZ CRUZ

CON EL TEMA:

“CARACTERIZACION DEL BIODIESEL

OBTENIDO A PARTIR DE ACEITE DE

MICROALGAS”

MEDIANTE:

OPCION X

(MEMORIAS DE RESIDENCIA)

TUXTLA GUTIERREZ, CHIAPAS MAYO 2011

- 2 -

INDICE

AGRADECIMIENTOS

RESUMEN 1

CAPITULO I 2

INTRODUCCION 3

1.1. DEFINICION DEL PROBLEMA

1.2. JUSTIFICACION

1.3. OBJETIVOS

1.4. ALCANCES Y LIMITACIONES

CAPITULO II 5

CAPITULO III 15

CAPITULO IV 20

CONCLUCION Y RECOMENDACIONES 40

BIBLIOGRAFIAS 41

ANEXOS 42

- 3 -

AGRADECIMIENTO

A DIOS, POR DARME LA VIDA

A MI FAMILIA POR AYUDARME CON MIS ESTUDIOS

A MI ABUELITA POR QUE HASTA EL ULTIMO DIA DE

TU VIDA ME BRINDO SU APOYO.

A MIS PROFESORES

GRACIAS

- 4 -

RESUMEN

La problemática de nuestra sociedad el día de hoy es la sobre explotación del

medio ambiente y recursos naturales y uno de esos recursos es el petróleo,

que en nuestro país ya está llegando a una etapa que nos podemos quedarnos

sin este preciado recurso, ya que nos sirve para la elaboración de diesel,

parafinas, etc..

Ante la demanda de estos productos, se elaboran otras alternativas, en este

caso tocaremos a las microalgas para la elaboración del biodiesel, ya que las

caracterizaremos, para determinar si es sustentable, utilizaremos métodos

conocidos, como la filtración, secado, extracción y destilación simple. En estos

métodos obtuvimos resultados como saber cuando el alga produce más aceite

y cuando no se obtiene y por la poca cantidad sale lo que le denominamos

cera.

Por último, podemos concluir que es muy posible la elaboración de diesel de

microalgas, ya que teniendo una buena infraestructura, producción y un buen

cuidado de la misma.

CAPITULO I

INTRODUCCIÒN

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Las microalgas son protistas fotosintéticos. En general son los más eficientes conversores de energía solar debido a su sencilla estructura celular. Además al estar suspendidas en agua, tienen un mejor acceso al CO2 y otros nutrientes. Se encuentran ampliamente distribuidas en la biósfera adaptadas a una gran cantidad de condiciones.

Las microalgas pueden ser utilizadas para obtener biocombustible, alimento y productos farmacéuticos de alto valor agregado. Las microalgas también pueden proveer diversos tipos de combustibles renovables como: metano (producto de la digestión anaerobia), biodiesel (derivado del aceite de microalga) y biohidrogeno además de otros compuestos de alto valor agregado como el omega 3.

El biodiesel es un biocombustible liquido que se obtiene a partir de lípidos naturales como aceites vegetales o grasas animales, con o sin uso previo, mediante procesos industriales de esterificación y transterificacion y que se aplica en la preparación de sustitutos totales o parciales del petrodiesel o gasóleo obtenido del petróleo. Pocos se ha investigado con respecto al biodiesel obtenido de aceite de microalgas, sin embargo reportes previos señalan que las microalgas tienen mayor contenido de aceite que otras semillas utilizadas para producir biodiesel.

COMPARACION DE ALGUNOS BIODIESEL

COSECHA PRODUCCION DE

ACEITE (L/Ha

L Y AREA

NECESARIA

(MHa)a

% DENTRO DEL

AREAa

MAIZ 172 1540 846

SOJA 446 594 326

CANOLA 1190 223 122

JATROPHA 1892 140 77

COCO 2609 99 54

PALMA 5950 45 24

MICROALGAB 136900 2 1.1

- 6 -

a Para uso del 50% de las necesidades de combustible de transporte de Estados Unidos.b 70% aceite de biomasa, c 30% de aceite de biomasa. Sin embargo queda la dificultad de separar el aceite.

1.1. DEFINICION DEL PROBLEMA

Se pretende obtener aceite de microalgas, para la elaboración de biodiesel, y checar el si el cultivo de biomasa de las microalgas en qué estado es el ideal para poder extraer el aceite de dichas. Esta alternativa dicha las bibliografías que se consideran en este documento nos señala que tiene mucho mas aceite

MICROALGAC 58700 4.5 2.5

- 7 -

que cualquier otra semilla o fruto con que se está extrayendo actualmente el aceite.

1.2. JUSTIFICACION

Para poder hacer un escalamiento a nivel industrial es necesario conocer el

contenido de aceite, nuestra propuesta es hacer biodiesel a partir de aceite de

alga, ya que el biodiesel es un combustible natural no deja contaminantes

como los derivados del petróleo y con esto reducimos la contaminación, así

también dando empleo a un sector de la población.

1.3. OBJETIVO GENERAL Y ESPECIFICO

OBJETIVO GENERAL: Evaluar las principales propiedades del

aceite de microalgas y del biodiesel obtenido del mismo.

OBJETIVO ESPECIFICO: Conocer el método de cultivo del

microalga, para obtener el mayor rendimiento del lípido que

contiene.

1.4. ALCANCES Y LIMITACIONES

Una limitación fue que no se tenía el aceite del microalga, para poder

caracterizarlo, así que nos propusimos a investigar, para la extracción del

aceite. Uno de los alcances es que se pudo obtener dicho aceite, la limitación

fue que lo obtenido fue muy poco para realizar una caracterización, solo se

pudo hacer pruebas a escala, como índice de refracción, saponificación, de los

cuales se hizo a micro escala, por la cantidad obtenida. Se observo cuando el

alga llegaba en un punto de su ciclo que desprendía mas aceite y cuando

obteníamos cera. Otra limitación por ser un nuevo proyecto en nuestro Estado.

CAPITULO II

FUNDAMENTO TEORICO

- 8 -

Aspectos que debe de contar el cuidado de la MICROALGA.

Granjas para Cultivo de Micro-Algas: Es posible obtener bio-aceite y biodiesel mediante el cultivo micro-algas en granjas. Se requieren micro-algas con alto contenido de aceite y de desarrollo rápido. Al contrario de los cultivos terrestres, las microalgas no requieren suelos agrícolas, y su producción de biomasa por unidad de superficie, es hasta 100 veces mayor que la de cultivos agrícolas. El tamaño de las granjas para cultivo de micro-algas se mide por la superficie que ocupan los estanques. La profundidad de los estanques debe permitir el ingreso de luz solar.

Regiones: En regiones templadas y cálidas, así como en desiertos y costas donde los suelos no son adecuados para producción de alimentos, pueden cultivarse micro-algas en estanques poco profundos para que la luz pueda penetrar. Así mismo, los micro-algas pueden cultivarse en foto-reactores que se mencionarán en este documento.

Estanques: Los estanques se diseñan de tal manera que dentro ellos sea posible hacer circular agua y nutrientes constantemente, alrededor y conjuntamente con las micro-algas. De tal manera las microalgas se mantienen suspendidas en el agua y, con frecuencia regular, son traídas a la superficie. Es decir, el agua y los nutrientes para las microalgas son suministrados constantemente. El agua que contiene algas es recibida al otro lado del estanque. Es necesario un sistema de "cosecha" para separar el agua de las algas que contienen aceite natural.

Aguas Residuales y Agua de Mar: Las granjas para cultivo de micro-algas pueden ser diseñadas y construidas para utilizar aguas residuales provenientes de municipalidades y sector agropecuario. De este modo podría propiciarse la expansión de estas granjas. Es posible extraer nutrientes de las algas para producción de fertilizantes que contengan nitrógeno y fósforo. Al utilizar aguas residuales en el cultivo de micro-algas, se crea la cadena de reciclaje: Fertilizantes-Alimentos-Residuos-Fertilizantes. Al utilizar agua de mar en los estanques se evita el costo de desalinización. Pero usar este tipo de agua puede conducir a problemas como acumulación de sales en los estanques. Habrá que tomar en cuenta también la evaporación. Hay soluciones para estos problemas. En regiones costeras, los estanques podrían colindar con los océanos para utilizar el agua mar.

Tomado de: http://www.tecnologiaparatodos.org/bajar/algas2-2008.pdf

TIPOS DE CULTIVO

A continuación se pondrán las imágenes de los medios de cultivo de

las algas encontradas en diferentes bibliografías:

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http://cci-calidad.blogspot.com/2009/10/biorreactor-para-microalgas.html

GREEN HOUSE

- 10 -

http://www.domotica.us/Cultivo_de_algas

http://bo.globedia.com/tag/biocombustible

- 11 -

CARACTERÍSTICAS DE LAS ALGAS

(MATERIA PRIMA)

LAS ALGAS: Las algas forman parte de nuestra vida cotidiana. Aunque es muy difícil sobrevivir sin ellas, estas y sus diversos derivados, nuestra vida sería muy distinta sin faltaran. Sin darnos cuenta, todo el tiempo estamos en contacto con algún derivado de las algas. Forman parte de nuestra vida en alimentos, fármacos y a hasta en pintura y en nuestra ropa. Las algas son fuente de muchos productos útiles. Tal es el caso de los ficoloides o hidrocoloides polisacáridos, que son unos polisacáridos complejos obtenidos de las algas de las divisiones Phaeophyceae (feofitas) y Rhodophyceae (rodófitas) , que forman sustancias coloidales cuando son dispersados en agua. Los polisacáridos recuperados de algas, más importantes son: los alginatos, el agar, la laminarina, fucoidina, galactanos, y la carragenina, que tienen diversos usos. Pero entre estos polisacáridos destacan los alginatos y el agar. El ácido algínico en una poliurodina compleja, compuesta de ácido manurónico y ácido gulurónico con enlaces b -1,4. Los alginatos son sales de ácido algínico que pueden ser formadas con metales ligeros como Na, K, Mg o Fe (ferroso), que forman sales solubles en agua, dando así, alta viscosidad, por lo que pueden ser usados como emulsionantes.

- 12 -

COMPOSICION GENERAL:

Las composiciones generales de las microalgas se representan a continuación:

Proteínas 55-70 % Minerales 7-13 %

Carbohidratos 15-25 % Humedad 3-7 %

Lípidos (*) 4-47 % Fibras 4-7 %

(*) Dependiendo del tipo de algas

CONTENIDOS EN 10 GRAMOS

VITAMINAS MINERALES

Vit A (B-caroteno)

14 mg Vit B12 320 mcg Calcio 100 mg

Zinc 300 mcg

Vit E 1,00 mg

Inositol 6,40 mg Fósforo 80 mg Cobre 120 mcg

Vit B1 0,35 mg

Acido Fólico 1 mg Magnesio 40 mg Manganeso 500 mcg

Vit B2 0,40 mg

Biotina 0,50 mcg

Hierro 15 mg Germanio 60 mcg

Vit B3 1,40 mg

Ac.Pantoténico 10 mcg Sodio 90 mg Selenio 10 mcg

Vit B6 80 mcg

Vit C 300 mg Potasio 140 mg

AMINO-ACIDOS

Alanina 470 mg Isoleucina 350 mg Serina 320 mg

Arginina 430 mg Leucina 540 mg Treonina 320 mg

- 13 -

Ac. Aspártico 610 mg Lisina 290 mg Triptófano 90 mg

Cisteína 60 mg Metionina 140 mg Tirosina 300 mg

Ac. Glutámico 910 mg Fenilalanina 280 mg Valina 400 mg

Glicina 320 mg Prolina 270 mg Histidina 100 mg

ENZIMAS ACTIVAS

SOD 1.500 unidades

ACIDOS GRASOS ESENCIALES

Linoleico 80 mg

Gammalinolénico 100 mg

http://www.oilfox.com.ar/biodiesel.htm#arriba

PORQUE UTILIZAR BIODIESEL DE MICROALGAS:

Actualmente el biodiesel es producido de una variedad de materias primas:

• Aceites vegetales.

• Aceites usados de cocina.

• Grasas animales.

QUE NOS OFRECE LAS MICROALGAS:

Microalgas: alto contenido de aceite y producción rápida de biomasa.

El mayor componente de la fuente lipidica de biodiesel son las moléculas de

triacilgliceridos.

QUE NOS OFRECE LOS ACEITES VEGETALES:

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Aceites vegetales: Soya, canola, maní, maíz, girasol, semillas de algodón, lino

y palma.

Desventaja: Producción a gran escala del cultivo como materia prima,

provocar un aumento de precios de los alimentos en todo el mundo y de los

productos básicos.

QUE NOS OFRECE LOS ACEITES ANIMALES:

Grasas animales: Una ventaja económica porque a menudo ofrecen un precio

favorable para la conversión a biodiesel.

Residuos de aceites de comida: Requieren de un pre-procesamiento para

asegurar una calidad de biodiesel, ya que presentan impurezas Complicado y

costoso.

DIAGRAMA DE PROCESO PARA

ELABORAR BIODIESEL A PARTIR DE

MICROALGAS.

PRODUCCION BIOMASA

RECUPERACION BIOMASA

AGUA +

NUTRIENTES

LUZ CO2

AGUA + NUTRIENTES

EXTRACCION LIPÌDICA

TRANSTERIFICACION

PASTA DE BIOMASA

MICROALGA

PASTA LIBRE DE LIPIDOS

ACEITE

ALCOHOL

GLICEROL

BIODIESEL

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PROCESO DE EXTRACCIÓN DE ACEITES Y

PRODUCCIÓN DE BIODIESEL.

La acumulación de lípidos en algas se produce durante periodos de stress

ambiental, incluyendo crecimiento en medios con bajas condiciones de

nutrientes. Para inducir stress en cultivos de para producción de biodiésel una

de las estrategias disminuir la ración de compuestos nitrogenados o inducir

como variaciones en la temperatura, el ph, inanición. etc. Algunos estudios

sugieren que la enzima Acetil-CoA carboxilasa puede estar involucrada en la

producción de ácidos grasos, por lo que a través de la manipulación genética

del gen que la codifica podría aumentarse la producción de lípidos a través del

incremento de la actividad de la enzima.

La extracción del aceite de las algas básicamente es extraer el alga de su

medio de cultivo (a través de algún proceso de separación adecuado) y luego

usar las algas húmedas para extraer el aceite. Existen tres métodos bien

conocidos de extracción de aceites de algas

1. Expeller/press: las algas luego de ser secadas mantienen su contenido de

aceite, entonces son prensada con una prensa de aceite. A veces se utiliza una

combinación de prensa y solventes de extracción.

2. Método del solvente de hexano: Este es uno de los solventes de extracción

favoritos ya que no es muy caro. Una vez que el aceite es extraído con una

prensa se utiliza el ciclohexano para extraer el contenido remanente del alga.

Luego por destilación se separa el ciclohexano del aceite

3. Extracción supercrítica del fluido: es un método capaz de extraer el 100 %

del aceite, pero necesita un alto equipamiento. El CO2 es licuado hasta el

punto de tener las propiedades de un liquido y un gas, entonces este fluido

licuado actúa como un solvente de extracción para el aceite algal.

Existen otros métodos de extracción mucho menos utilizados como la

extracción enzimática, el shock osmótico y la extracción a través de

ultrasonido.

El proceso de producción de biodiesel se basa en la reacción de

transesterificación del aceite . Los aceites están compuestos principalmente por

moléculas denominadas triglicéridos, las cuales se componen de tres cadenas

de ácidos grasos unidas a una molécula de glicerol. La transesterificación

consiste en reemplazar el glicerol por un alcohol simple, como el metanol o el

etanol, de forma que se produzcan ésteres metílicos o etílicos de ácidos

- 16 -

grasos. Este proceso permite disminuir la viscosidad del aceite, la cual es

principalmente ocasionada por la presencia de glicerina en la molécula. La alta

viscosidad del aceite impide su uso directo en motores diesel, desventaja que

se supera mediante este proceso. Para lograr la reacción se requieren

temperaturas entre 40 y 60ºC, así como la presencia de un catalizador, que

puede ser la sosa o potasa cáustica.

SUB-PRODUCTO BIOGAS

El biogás es un gas que se genera en medios naturales o en dispositivos

específicos, por las reacciones de biodegradación de la materia orgánica,

mediante la acción de microorganismos (bacterias metanogénicas, etc.), y otros

factores, en ausencia de oxígeno (esto es, en un ambiente anaeróbico).

Ejemplo de generación de biogás con residuos de algas

- 17 -

FORMULA DE LA PRODUCCION DEL BIODIESEL DE

MICROALGA

CAPITULO III

PROCEDIMIENTO Y DESCRIPCION DE ACTIVIDADES

REALIZADAS

En este tiempo se realizó diferentes pruebas, ya que no contábamos con el

aceite se tuvo que extraer el aceite para realizar las pruebas correspondientes

en las cuales utilizamos la filtración, para separar el agua de las algas. En

primera instancia utilizamos un papel filtro y embudo a falta de bomba de

presión, una vez obtenida la bomba se filtro de esta manera y fue más rápido

este proceso.

• FILTRACION:

La filtración es un proceso de separación de fases de un sistema

heterogéneo, que consiste en pasar una mezcla a través de un medio poroso o

filtro, donde se retiene de la mayor parte de los componentes sólidos de la

mezcla.

- 18 -

Luego que hubimos filtrado el alga, se cuantifico, para luego colocarla en el

horno a temperatura constante de 70 grados por un día, para eliminar la

humedad que tenía el alga. Al salir del horno se cuantifico para ver la pérdida

de humedad que elimino el alga. En la imagen que se observa en la siguiente

página es el alga una vez seca y salida del horno.

• SECADO

- 19 -

El secado es un método de conservación de alimentos consistente en extraer

el agua de estos, lo que evita la proliferación de microorganismos y la

putrefacción. El secado de alimentos mediante el sol y el viento para evitar su

deterioro ha sido conocido desde tiempos antiguos. El agua suele eliminarse

por evaporación (secado al aire, al sol, ahumado o al viento) pero, en el caso

de la liofilización, los alimentos se congelan en primer lugar y luego se elimina

el agua por sublimación.

Una vez seca el alga, se utilizo la extracción por equipo soxhlet, se peso el

cartucho vacio, y se cuantifico cuanta alga para el cartucho y se peso en

conjunto y con el tapón de algodón que se le puso, se espero hasta que llegara

la temperatura de ebullición del solvente que en este caso utilizamos hexano.

• EXTRACCIONES CON EQUIPO SOXHLET

Se define como la acción de separar con un líquido una fracción específica de una muestra, dejando el resto lo más íntegro posible. Se pueden realizar desde los tres estados de la materia, y se llaman de la siguiente manera: 1) Extracción sólido – líquido; 2) extracción líquido – líquido y 3) extracción gas – líquido.

- 20 -

La primera es la más utilizada y es sobre la que trata este escrito de la extracción con el equipo Soxhlet. Como ejemplo se pueden citar todas las obtenciones de principios activos de los tejidos vegetales. La segunda tiene usos especialmente en química analítica cuando se extrae el producto de una reacción efectuada en fase líquida con un solvente específico para separar uno o algunos de los componentes. Por último un ejemplo de la tercera, gas – líquido, que ordinariamente se llama ‘lavado de gases’, es el burbujeo por una fase líquida de un gas que se quiere lavar o purificar. Ante la pregunta de la necesidad de usar un aparato bastante complejo y costoso para extraer un sólido con un solvente, algo que pareciera tan sencillo de hacer agregando el solvente a la muestra y luego filtrar y listo, hay que contestar lo siguiente. El proceso de extracción de la mayoría de las sustancias tiene muy baja eficiencia, es decir una vez que se agrega el solvente, lo que está en contacto íntimo con lo extraíble se satura enseguida, por lo que hay que filtrar y volver a tratar con solvente fresco. Eso implica gran cantidad y mucha manipulación del solvente aparte de la atención personalizada que la operación requiere. Como muchas veces lo que se quiere recuperar es el extracto y no la muestra extraída, habrá que evaporar todo el solvente para recuperarlo. Por otro lado estas tareas debieran realizarse en una campana espaciosa dado que los solventes se suene utilizar calientes, es decir con una alta tensión de vapor. Lo que hace el extractor Soxhlet es realizar un sinfin de extracciones de manera automática, con el mismo solvente que se evapora y condensa llegando siempre de manera pura al material.

OPERACIÓN DEL EQUIPO:

La extracción Soxhlet se fundamenta en las siguientes etapas: 1) colocación del solvente en un balón. 2) ebullición del solvente que se evapora hasta un condensador a reflujo. 3) el condensado cae sobre un recipiente que contiene un cartucho poroso con la muestra en su interior. 4) ascenso del nivel del solvente cubriendo el cartucho hasta un punto en que se produce el reflujo que vuelve el solvente con el

Figura Nº 1 Extracción con Soxhlet en el momento en que se Produce el sifonamiento del solvente

- 21 -

material extraído al balón. 5) Se vuelve a producir este proceso la cantidad de veces necesaria para que la muestra quede agotada. Lo extraído se va concentrando en el balón del solvente.

Una vez extraído el aceite, se tuvo que separar, ya que estaba en presencia

todavía del hexano, así que la operación más sencilla fue utilizar la destilación

simple, como se sabía la temperatura de ebullición del hexano que es de 69

grados.

• DESTILACION:

La destilación es una de las principales técnicas para separar mezclas de líquidos. La separación se fundamenta en la diferencia de la presión de vapor de los diferentes componentes de la mezcla. Al calentar la mezcla los componentes se evaporan para condensarse posteriormente y durante el proceso el vapor se enriquece con los componentes más volátiles.

- 22 -

CAPITULO IV

RESULTADOS:

PRIMER FILTRADO (1ª MUESTRA):

ALGA SECA=2.21 grs. Que ya se tenía RECIPIENTE: 13.7 (charola de aluminio). ALGA SEMI-SECA=164.98 - RECIPIENTE grs. En la mufla me da la cantidad de 39.58grs – RECIPIENTE. TOTAL DE ALGA SECA OBTENIDA ES: 2.21 + 39.58 - RECIPIENTE =41.79 grs. – 13.7grs = 28.09 grs.

PRIMERA EXTRACCION (1ª MUESTRA):

PESAMOS 15 grs DE ALGA SECA Y AGREGAMOS 150 ml DE HEXANO. HORA DE INICIO DE LA EXTRACCION 5:00. LA TEMPERATURA DEL HEXANO SE MANTUVO CTE. EN 70° C HABIENDO ALCANZADO SU PUNTO DE EBULLICION.

REFLUJO TIEMPO

1 5:50

2 6:27

3 6:34

4 6:40

5 6:45

6 6:49

7 6:53

8 6:57

9 7:01

10 7:05

11 7:09

12 7:17

13 7:21

14 7:26

15 7:30

16 7:34

17 7:38

18 7:42

19 7:45

20 7:49

21 (ULTIMA) 7:54

- 23 -

GRAFICA. Nº 1 (1ª EXTRACCION):

SE OBTUVO 114 ml. DE HEXANO Y ACEITE. EN LA DESTILACION SE OBTUVO: 76 ml. DE HEXANO Y 1.5 ml DE ACEITE (CON PERDIDAS DE HEXANO).

SEGUNDA EXTRACCION (1ª MUESTRA)

PESO DEL ALGA= 14grs. TOTAL= CARTUCHO + ALGODÓN + ALGA= 15.3 grs. 150 ml DE HEXANO, TEMPERATURA DE 65 °C CTE. AL 1ER REFLUJO HORA DE INICIO 2:15 DE LA EXTRACCION

REFLUJO TIEMPO

1 3:38

2 3:45

3 3:51

4 4:10

5 4:21

6 4:26

7 4:30

8 4:34

9 4:39

10 4:44

11 4:58

12 (ULTIMA) 5:09

SE OBTUVO 120 ml DE HEXANO Y ACEITE.

00:00

01:12

02:24

03:36

04:48

06:00

07:12

08:24

0 5 10 15 20 25

TIEM

PO

REFLUJO

- 24 -

GRAFICA Nº 2 (2ª EXTRACCION):

SEGUNDA FASE DE FILTRADO (2ª MUESTRA)

ALGA HUMEDA + RECIPIENTE= 431.26 grs. RECIPIENTE= 12.06 grs. PESO ORIGINAL DEL ALGA= 431.26 - 12.06=418.66 grs. PESO SECO DEL ALGA ES 93.2 – EL RECIPIENTE= 80.6 grs.

TERCERA FASE DE FILTRADO (2ª MUESTRA) PESO TOTAL (PLATO Y ALGA)= 851.12 grs. PESO DEL RECIPIENTE=12.06 grs PESO DEL ALGA= 838.52 grs. PESO SECO DEL ALGA ES 607.4 grs – RECIPIENTE= 594.8 grs.

CUARTA FASE DE FILTRADO (2ª MUESTRA) PESO TOTAL (PLATO Y ALGA)=2353.86 grs SIN RECIPIENTE= 2341.26 grs

TERCERA EXTRACCION (2ª MUESTRA)

PESO DEL CARTUCHO=1.5GRS PESO DEL ALGA + CARTUCHO= 39.1 GRS. PESO DEL ALGA + CARTUCHO + ALGODÓN= 40.5 GRS. VOLUMEN DE HEXANO=150 ML HORA DE INICIO DE LA EXTRACION= 9:30 A.M. TEMPERATURA=65°C

00:00

01:12

02:24

03:36

04:48

06:00

0 2 4 6 8 10 12 14

TíEM

PO

REFLUJO

- 25 -

3A

REFLUJO TIEMPO

1 10:18

2 10:21

3 10:23

4 10:25

5 10:26

6 10:28

7 10:30

8 10:31

9 10:33

10 10:34

11 10:36

12 10:37

13 10:39

14 10:41

15 10:43

16 10:45

17 10:49

18 ULTIMA 10:56

VOLUMEN OBTENIDO HEXANO Y ACEITE=90ML GRAFICA Nº3 (3ª EXTRACCION):

EN ESTA MISMA CARGA SE EXTRAJO DOS VECES DE NUEVO YA QUE TENIA UN COLOR OBSCURO. SE LE AGRGO UN VOLUMEN DE HEXANO= 160ML CON LA MISMA CARGA TIEMPO DE INICIO= 11:49. 3B

10:12

10:19

10:26

10:33

10:40

10:48

10:55

11:02

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

TIEM

PO

REFLUJO

- 26 -

REFLUJO TIEMPO

1 12:12

2 12:16

3 12:18

4 12:21

5 12:23

6 12:25

7 12:26

8 12:28

9 12:30

10 12:31

11 12:33

12 12:34

13 12:35

14 12:37

15 12:38

16 12:39

17 12:41

18 12:42

19 12:43

20 12:47

21 12:49

22 12:51

23 12:53

24 12:55

25 12:57

26 1:01

27 (ULTIMA)

1:05

EL VOLUMEN DE HEXANO Y ACEITE OBTENIDOS= 153ML.

GRAFICA Nº4

12:07

12:14

12:21

12:28

12:36

12:43

12:50

12:57

13:04

13:12

0 5 10 15 20 25 30

TIEM

PO

REFLUJO

- 27 -

VOLUMEN DE HEXANO= 152ML, TIEMPO DE INICIO= 1:38

3C

REFLUJO TIEMPO

1 2:03

2 2:05

3 2:07

4 2:09

5 2:11

6 2:13

7 2:15

8 2:17

9 2:19

10 2:21

11 2:23

12 2:26

13 2:28

14 2:30

15 2:31

16 2:32

17 2:33

18 2:35

19 2:36

20 2:38

21 2:40

22 2:42

23 2:43

24 2:44

25 2:45

26 2:46

27 2:47

- 28 -

GRAFICA Nº 5

VOLUMEN DE HEXANO Y ACEITE OBTENIDO=140ML VOLUMEN TOTAL DE ESTA EXTRACION EN RELACION HEXANO Y ACEITE= 90+ 153+140=383ML

CUARTA EXTRACCION (2ª- MUESTRA)

PESO DEL CARTUCHO=0.7 GRS PESO DEL ALGA + CARTUCHO= 38.1 GRS PESO DEL ALGA + CARTUCHO +ALGODÓN=38.5 GRS VOLUMEN DE HEXANO=170ML HORA DE INICIO DE LA EXTRACCION=12:55 AM

REFLUJO TIEMPO

1 1:21

2 1:35

3 1:40

4 1:45

5 1:49

6 1:51

7 1:54

8 1:56

9 1:58

10 2:01

11 2:03

12 2:05

13 2:07

14 2:09

15 2:12

00:00

00:28

00:57

01:26

01:55

02:24

02:52

03:21

0 5 10 15 20 25 30

TIEM

PO

REFLUJO

- 29 -

16 2:14

17 2:16

18 2:18

19 2:20

20 2:22

21 2:24

22 2:28

23 2:30

24 2:32

25 2:34

26 2:37

27 2:38

28 2:40

29 2:41

30 2:43

31 2:45

32 2:47

33 2:49

34 2:51

35 2:54

36 2:57

37 3:01

38 3:03

39 3:07

40 3:09

VOLUMEN DE HEXANO Y ACEITE= 124ML

GRAFICA Nº 6

VOLUMEN TOTAL DE LA 2ª, 3ª Y 4ª EXTRACION= 120+383+124=627ml

UTILIZAMOS LA SEGUNDA, TERCERA Y CUARTA EXTRACCION PARA

DESTILAR Y SE OBTUVO 7ML DE ACEITE DE ALGA. EL HEXANO

RECUPERADO LO REUTILIZAMOS.

QUINTA EXTRACION (2ª MUESTRA)

00:00

00:28

00:57

01:26

01:55

02:24

02:52

03:21

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45

TIEM

PO

REFLUJO

- 30 -

PESO DEL ALGA= 14GRS. PESO ALGODÓN + CARTUCHO + ALGA= 15.03GRS. VOLUMEN DE HEXANO= 150ML TEMPERATURA= 65°C HORA DE INICIO= 2:15PM

REFLUJO TIEMPO

1 3:38

2 3:45

3 3:51

4 4:10

5 4:21

6 4:26

7 4:30

8 4:34

9 4:39

10 4:44

11 4:58

12 5:09

VOLUMEN DE HEXANO Y ACEITE= 120ML

GRAFICA Nº 7

SEXTA EXTRACCION (2ª MUESTRA)

PESO CARTUCHO= 1.4GRS PESO CARTUCHO + ALGA SECA= 30.8 GRS. PESO CARTUCHO + ALGA SECA + ALGODÓN= 32.1GRS VOLUMEN DE HEXANO= 200ML HORA DE INICIO= 2:19

00:00

01:12

02:24

03:36

04:48

06:00

0 2 4 6 8 10 12 14

TIEM

PO

REFLUJO

- 31 -

REFLUJO TIEMPO

1 2:56

2 2:59

3 3:02

4 3:04

5 3:07

6 3:09

7 3:11

8 3:13

9 3:15

10 3:17

11 3:19

12 3:21

13 3:22

14 3:24

15 3:26

16 3:28

17 3:30

18 3:31

19 3:32

20 3:34

21 3:35

22 3:36

23 3:37

24 3:38

25 3:39

26 3:40

27 3:41

28 3:42

29 3:43

30 3:44

31 3:45

32 3:46

33 3:47

34 3:48

35 3:49

36 3:50

37 3:51

38 3:52

39 3:53

40 3:54

41 3:55

42 3:56

43 3:57

44 3:58

45 3:59

46 4:00

47 4:02

- 32 -

48 4:04

49 4:09

50 4:11

GRAFICA Nº 8

VOLUMEN DE HEXANO Y ACEITE= 149ML DEL MISMO CARTUCHO SE UTILIZO UN VOLUMEN DE HEXANO=170ML HORA DE INICIO= 12:20

REFLUJO TIEMPO

1 12:52

2 12:55

3 12:58

4 1:00

5 1:03

6 1:05

7 1:07

8 1:10

9 1:11

10 1:13

11 1:15

12 1:17

13 1:19

14 1:21

15 1:23

16 1:25

17 1:27

18 1:29

19 1:30

20 1:33

00:00

00:28

00:57

01:26

01:55

02:24

02:52

03:21

03:50

04:19

04:48

0 10 20 30 40 50 60

TIEM

PO

REFLUJO

- 33 -

21 1:35

22 1:38

23 1:39

24 1:43

25 1:44

26 1:45

27 1:46

28 1:47

29 1:48

30 1:49

31 1:50

32 1:51

GRAFICA Nº 9

VOLUMEN DE HEXANO Y ACEITE OBTENIDO= 164ML

12:43

12:50

12:57

13:04

13:12

13:19

13:26

13:33

13:40

13:48

13:55

0 5 10 15 20 25 30 35

TIEM

PO

REFLUJO

- 34 -

REVISION DEL pH

MUESTRA 1= TRAIDA EN NOVIEMBRE DEL 2009. MUESTRA 2= TRAIDA EL 9 DE FEBRERO DEL 2010 DE ARRIAGA, CHIAPAS.

pH

DIA MUESTRA 1 MUESTRA 2

9/FEB/10 8.46 7.86

18/FEB/10 9 8

26/FEB/10 9 9

01/MAR/10 9 8

05/MAR/10 9 9

08/MAR/10 9 9

24/MAYO/10 8 8

04/JUNIO/10 8 8

PESOS DE LOS CARTUCHOS AL FINALIZAR LA EXTRACCION:

1.- 32GRS

2.- 15.5GRS

3.-18.8GRS

4.-37.5GRS

5.- 30GRS

HACIENDO UN TOTAL DE 247.5GRS DE ALGA SECA que se utilizó para

extracción. Y se obtuvo 10 ml de aceite de alga.

- 35 -

INDICE DE SAPONIFICACION.

DIAGRAMA DE FLUJO:

RESULTADOS: • PESE: 0.5ml de aceite, ya que se conto con poca muestra. • Se midió. 5ml de KOH • TIEMPO 30 min, Se dejo enfriar y se titulo con HCL o.5N mas la

fenolftaleína (1ml). • Se gasto de HCL en la titulación= 25+16.4=41.4ml.

OBSERVACIONES: No hubo cambio alguno, donde se presenciara un cambio, para decir que se saponifico, se observo la formación de grumos de grasas alrededor de la mezcla, los triglicéridos son de cadenas muy largas y es posible que no sea tan fácil de romperlas. Se realizo una segunda prueba y en esta se logro ver unos grumos jabonosos dentro de la mezcla. Es posible que algun reactivo estuviese caducado, ya que en esta segunda prueba fue con material nuevo.

Pesar alrededor de

2,5 ml de muestra

Pipetear 25 ml de la solución de

KOH

Conectar condensador y

hervir hasta que la grasa

este completamente saponificada (aprox 30min)

Enfriar y titular con HCl 0,5 N usando

fenolftaleína (1 ml) como indicador

Correr un blanco junto con las muestras usando la

misma pipeta para medir la solución de KOH

- 36 -

INDICE DE REFRACCION

DIAGRAMA DE FLUJO:

RESULTADOS:

DEL ACEITE DE ALGA OBTENIDO NOS DIO 45°BRIX

OBSERVACIONES:

La primera muestra que se tomo no dio lectura ya que estaba demasiado

concentrada, así que se diluyo 3:1 en su forma original, de esta forma nos dio

esa lectura que tenemos en los resultados.

Determinar el indice de refraccion (n) con

instrumento adecuado .

Leer los aceites a 20 °C o 25 °C y las grasas a 40 °C.

Limpiar los prismas con algodon mojado

en tolueno. Anotar resultados.

- 37 -

Información de la microalga traída de Arriaga, Chiapas.

El bote de microalgas tiene un policultivo, que se inoculo en el estanque,

contiene: Chlorella capsulata, nannochloropsis oculata, phaeodactylum

tricornutum, isochrisys sp.. Las tres primeras se compraron en CIBNOR y la

última ya era utilizada por el laboratorio de acuacultura de SEPESCA como

alimento para larvas de camarón. Por lo cual las especies se sometieron a un

proceso de adaptación. Una vez adaptadas se inoculo en el estanque de 10

toneladas de agua, con una densidad de 2.5 millones de células por mililitro

(policultivo). En 13 dias, después de la inoculación se llego a tener 7 millones

de células por mililitro, después el cultivo cayo. Se mantenía en movimiento el

agua para evitar la precipitación de las algas. Se les alimentaban una vez por

semana, con 50 Kg de Nutrilake, que es rico en fosforo y se utiliza como

promotor del bentos. Se tenía una hectárea del cultivo a una profundidad de

metro y medio. Se realizaban las siguientes mediciones de los parámetros

fisicoquímicos:

Salinidad: 32 partes por mil

Temperatura promedio: 26 grados Centígrados

Oxigeno disuelto promedio: 4.33 miligramos por litro

pH promedio: 9

Cabe señalar que cuando el cultivo se cayó oxigeno descendido prácticamente

a 0, el pH se volvió más acido (4), la salinidad no cambio, al menos no

significativamente ni la temperatura.

- 38 -

ANALISIS ECONOMICO

TANQUE AL AIRE LIBRE

Los siguientes datos y formulas fueron obtenidos de la literatura de la universidad de Utha:Sustainable Energy Research Center.

PRODUCCION MAXIMA TEORICA:

PCL, MAX= 43L/M2-YR (45,600 GAL/ACRE-YR)

VARIABLES VALOR OPTIMO

fCL EL LIPIDO DE MICROALGA DE MASAS SECA CONTENIDA LA FRACCION

0.60/0.72

α COEFICIENTE DE ABSORSION LIGERO DE MICROALGAS 1

τ EFICACIA DE TRANSMISION LIGERA A MICROALGAS 0.40

η EFICACIA DE USO DE TIERRA 0.98

ES IRRADIACION SOLAR TOTAL 12,000 KJ/M2-YR

εa EFICACIA DE CONVENCION DE LUZ DEL SOL A ENERGIA QUIMICA 0.22

εenv PERDIDAS DEBIDO A CONDICIONES DE SUB-OPTIMAS AMBIENTALES

1.0

εph EFICACIA FOTOSINTETICA 0.27

εopt EFICACIA DE DISTRIBUCION LIGERA OPTICA 0.96

ΕL CONTENIDO DE ENERGIA DE LIPIDOS 38 KJ/G

Εpnc CONTENIDO DE ENERGIA DE PROTEINAS E HIDRATOS DE CARBONO

17 KJ/G

IS INTENSIDAD DE SATURACION PAR 200 µMOL/M2-S

II INTENSIDAD DE LUZ DISTRIBUIDA DENTRO DEL PHOTOREACTOR 200 µMOL/M2-S

DATOS DEL TANQUE AL AIRE LIBRE

UNIDADES NOMBRE ESTANQUE

BIOREACTORES

PCL GAL/ACRE-YR Precio de producción de lípidos

utilizables para biodiesel de

microalgas

4,200

ES Kw/m2-dia Luz sola irradiante 220

up Fracción de fotones capturados y

utilizados por microalgas

0.52

- 39 -

τ Eficacia de transmisión ligera de

microalgas

0.32

£a Eficacia de conversión de luz del

sol a biomasa

0.079

FCL El lípido de microalga de masa seco

cont. La fracción

0.51

α Coeficiente de absorción ligero de

microalgas

1

CPAR Fracción de la luz del sol que es la

radiación fotosintética

0.43

η Eficacia de uso de tierra 0.98

ρCL Kg/L Densidad del lípido de microalga 0.88

Obtendremos el precio de producción de la microalga (Pa)

Con la siguiente formula de lípidos que se pueden obtener biodiesel (1) la

despejaremos y sustituiremos los datos de las tablas:

( )( )

(1)

Despejamos y sustituimos datos:

(

)

( )( )

( ⁄ )(

⁄ )

El precio de la producción de la microalga es

Luego se obtiene la eficacia de la distribución ligera óptico ( ) con la formula

de la eficacia de transmisión de luz del sol a las microalgas:

( )( )( )( )

Sustituimos, para luego, despejar los valores obtenidos:

( )( )( )( )

- 40 -

La eficiencia es de 0.76 y el valor optimo para esta eficiencia es del 0.96, lo que

quiere decir es que esta dentro del estándar de la producción máxima teórica.

Ahora realizaremos el cálculo del precio de producción de microalgas en

tanques cerrados:

DATOS DEL TANQUE CERRADO

UNIDADES NOMBRE BIOREACTORES

CONCENTRADO

PCL GAL/ACRE-YR Precio de producción de lípidos

utilizables para biodiesel de

microalgas

9,300

ES Kw/m2-dia Luz sola irradiante 323

up Fracción de fotones capturados y

utilizados por microalgas

1

τ Eficacia de transmisión ligera de

microalgas

0.20

£a Eficacia de conversión de luz del

sol a biomasa

0.079

FCL El lípido de microalga de masa seco

cont. La fracción

0.51

α Coeficiente de absorción ligero de

microalgas

1

CPAR Fracción de la luz del sol que es la

radiación fotosintética

0.43

η Eficacia de uso de tierra 0.98

ρCL Kg/L Densidad del lípido de microalga 0.88

Obtendremos el precio de producción de la microalga (Pa) en un tanque

cerrado ò concentrado

Con la siguiente formula de lípidos que se pueden obtener biodiesel (1) la

despejaremos y sustituiremos los datos de las tablas:

( )( )

(1)

Despejamos y sustituimos datos:

- 41 -

(

)

( )( )

( ⁄ ) (

⁄ )

El precio de la producción de la microalga es

en un tanque

cerrado.

Luego se obtiene la eficacia de la distribución ligera óptico ( ) con la formula

de la eficacia de transmisión de luz del sol a las microalgas:

( )( )( )( )

Sustituimos, para luego, despejar los valores obtenidos:

( )( )( )( )

La eficiencia es de 0.47 y el valor optimo para esta eficiencia es del 0.96, lo que

quiere decir es que esta debajo del valor estándar de la producción máxima

teórica.

Podemos concluir que en el estanque abierto es menor el precio de producción

de microalgas que en un estanque cerrado ya que es más caro.

- 42 -

CAPITULO V

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

La producción de biodiesel a partir de algas se encuentra aun en una fase de

experimentación. En algunos países como: Argentina, Australia, Alemania y

China llevan más tiempo investigando en este campo.

Se pudo comprobar que en realidad se obtenía aceite de las microalgas, pero

el rendimiento fue muy poco ya que de un 100% de hexano y aceite en la

destilación se obtenía un 96% de hexano y un 4% de aceite.

También cabe redactar que muchos de los instrumentos de laboratorio no se

encontraban o teníamos la necesidad de prestar con otros laboratorios, pero

por corto tiempo ya que también lo necesitaban, así que en el corto tiempo se

pudo obtener un aproximado de 10ml de aceite de alga, de una cantidad de

247.5 grs. Así que no se pudo realizar la trasnterificacion del aceite, pero se

pudo realizar algunos análisis ya mencionados en los resultados.

Se realizaron las pruebas de saponificación, en las cuales en la primera corrida

no arrojaron buenos resultados, ya que no se saponifico, sino que solo soltaron

unas gotas de grasa en el liquido final del experimento.

Se pudo observar que de las algas que pasaban del horno tenía un color verde

se obtenía más cantidad de aceite que de las de las algas de color café ya que

estas se obtenían un cera amarillenta.

Se experimentó también, hacer de otro modo la extracción del aceite,

poniéndola en un autoclave y luego pasarlo a un filtro-prensa, pero no dio

buenos resultados, solo se obtuvo un color negrasio con unas burbujas de

grasa en la parte de arriba del alga, y todavía había excesos de agua en las

microalgas.

- 43 -

BIBLIOGRAFIA

www.cenunez.com.ar

http://www.oilfox.com.ar/biodiesel.htm#arriba

Department of Energy’s Aquatic Species Program—Biodiesel from Algae

www.biodiesel.com.ar

www.cemitec.com

MICROBIOLOGIA APLICADA (Manual de Laboratorio

Handbook of Microalgal Culture: Biotechnology and Applied Phycology

Biofuelsproduction from Microalgae after heterotrophic growth

Manufacture of bio-diesel fuel from micro-algae "Agromodvita"

SRL, Republic Moldova, Chishinau

http://www.tecnologiaparatodos.org/bajar/algas2-2008.pdf

Universidad de Utha:Sustainable Energy Research Center.pdf

- 44 -

ANEXOS

GLOSARIO DE TERMINOS Bioetanol: Etanol generado a partir de la biomasa o de una fracción biodegradable de residuos. Biodiésel: éster metílico generado a partir de un aceite vegetal, algas o animal de calidad similar al gasóleo. Biogás: combustible gaseoso generado a partir de la biomasa de vegetales y/o a partir de la fracción biodegradable de los residuos Biometanol: metanol generado a partir de la biomasa de vegetales. Biodimetiléter: dimetiléter generado a partir de la biomasa de vegetales. BioMTBE (metil ter-butil éter) : combustible generado a partir del biometanol. Biocarburantes sintéticos: hidrocarburos sintéticos o sus mezclas, generados a partir de la biomasa vegetal. Aceite vegetal puro: obtenido a partir de plantas oleaginosas mediante presión, extracción u otros procedimientos comparables, crudos o refinados, pero sin modificación química.

- 45 -

FOTOS

• BIOREACTORES (ITTG)

- 46 -

ALGA SECAS PRESENTANDO 2 CLASES (1.-VIVA=VERDE, 2.- LA

PRODUCCION SE EMPEZO A CAER=CAFÉ).

UTILIZACION DEL EQUIPO DE EXTRACCION

- 47 -

- 48 -

RESULTADOS DE LA EXTRACCION:

- 49 -

RESULTADO DE LA DESTILACION SIMPLE (ACEITE DE

MICROALGA).

- 50 -

ACEITE DE MICROALGAS

- 51 -

RECIPIENTES A LA FECHA DE ENERO 201

- 52 -

- 53 -

- 54 -

AUTO-CLAVE: LO QUE SE OBTUVO DE 15 LB/121C/0.23AT

- 55 -