II MATERIALES Y MÉTODOS

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1 II MATERIALES Y MÉTODOS 2.1 Materia Prima El aceite de cártamo linoleico crudo, cosecha 2006, fue obtenido de aceites del mayo S.A. de C.V. Navojoa, Sonora. El aceite de jojoba crudo cosecha 2004, fue proporcionado por la empresa Agroindustrial Internacional S.A. de C.V. Nogales, Sonora. Estas muestras fueron almacenadas a -20 C en recipientes de plástico. 2.2 Determinación de la Calidad del Aceite de Cártamo Linoleico y Aceite de Jojoba Análisis Fisicoquímico Se caracterizaron las muestras de aceite de cártamo y de jojoba de acuerdo a los métodos oficiales y prácticas recomendadas por la AOCS Humedad La determinación de humedad se efectuó en una estufa con vacío, calculando la humedad y material volátil por diferencia de peso de 5 gramos de aceite a una temperatura de 100 C por 6 horas (AOCS, Ca 2d-25). Los valores de humedad en la muestra de aceite nos indican, si hubo un mal procesamiento o mal manejo del aceite que pudieran provocar contaminación con agua. 19

2 b) Color (Lovibond) La medición de color del aceite se realiza por medio de un colorímetro estandarizado llamado tintómetro. Este método se basa en la comparación del color haciendo sombra mediante dos juegos de filtros con los dos colores primarios rojo y amarillo. c) Ácidos Grasos Libres Se determinó mediante el número de miligramos de hidróxido de sodio que fueron necesarios para saponificar los ácidos grasos libres de 1 gramo de muestra del aceite y se expresó como porcentaje de ácido oleico (AOCS, Ca 5a- 40). Este método nos sirve para medir el grado de descomposición de los triacilgliceridos del aceite. d) Valor de Peróxidos Este análisis se realizó para cuantificar los productos primarios de la oxidación del aceite por medio de una titulación con tiosulfato de sodio. El resultado se expresó como mili equivalentes de peróxidos oxidados por el yoduro de potasio en un kilogramo de aceite (AOCS, Cd 8-53). Este método nos determina el grado de oxidación del aceite.

3 e) Valor de p-anisidina Este análisis consiste en una medición colorimétrica en un espectrofotómetro Perkin-Elmer Lambda 2S UV/VIS (350 nm) basada en el desarrollo del color que dio la reacción entre el reactivo de p-anisidina y los compuestos secundarios de la reacción de oxidación (aldehídos, cetonas, alcoholes y ácidos) (AOCS, Cd 19-90). Los compuestos secundarios son los responsables del mal olor y el sabor en los aceites. f) Perfil de Ácidos Grasos Las muestras fueron sometidas a la reacción de saponificación y esterificación de acuerdo al método oficial AOCS Ce 2-66 (AOCS, 1998). Los esteres metílicos fueron analizados en un cromatógrafo Varian 3400, con un detector de ionización de flama (FID) e integrador Varian. Se utilizó una columna capilar con una fase estacionaria de 100% de polisiloxano biscianopropil SP (100 m de longitud x 0.25 mm de diámetro interno) (Supelco, Inc., Bellefonte, PA USA), con el siguiente programa de temperatura para la columna: ºC (4ºC/min), ºC (1ºC/min), ºC (0.5ºC/min). Se utilizó nitrógeno como gas acarreador con un flujo de 20 cm/s, La temperatura del inyector y del detector fue 250ºC. La identificación de los picos se realizó por comparación con los tiempos de retención de los estándares (Sigma Chemical Co., St. Luis MO). En donde se cuantifica y se hace una identificación rápida de la composición de los ácidos grasos, ésta es una de las características químicas más importantes para identificar a los aceites, debido a que cada aceite tiene un perfil característico.

4 2.2.2 Reacción de Transesterificación para Cártamo Linoleico. Esta reacción se desarrolló en un reactor de tres bocas a nivel laboratorio (Figura 3), con una capacidad de 50 ml. Este reactor está conectado a un condensador de reflujo, con agitador magnético y con chaqueta de calentamiento para control de temperatura. En el reactor se colocaron 100 g del aceite, una cantidad adecuada de metanol de 30 g, e hidróxido de sodio de 1 g como catalizador. Cuando se inició la reacción se mantuvo una agitación constante de 300 rpm a una temperatura de 70ºC por 1 h. Después se analizó la calidad de los metilésteres obtenidos (biodiesel). El proceso se repitió para temperatura ambiente Reacción de Transesterificación para Aceite de Jojoba. Esta reacción se desarrolló en el mismo equipo a nivel laboratorio que consta de un reactor de tres bocas (Figura 3). En el reactor se colocó 50 g del aceite, una cantidad adecuada de metanol de 25 g, e hidróxido de sodio de 0.5 g como catalizador. Se mantuvo una agitación constante de 300 rpm a una temperatura de 70 ºC por 4 hr. Después se analizó la calidad de los metilésteres obtenidos (biodiesel). El proceso se repitió a temperatura ambiente. 2.3 Lavado con Agua Destilada Para el análisis de cromatografía de gases el biodiesel crudo se lavo con agua destilada en una proporción 1:1. El proceso se lleva a 125 rpm por 10 min., después las fases de agua y ésteres fueron introducidas a un embudo de separación (Figura 4), para obtener la fase de los metilésteres, tal como lo recomienda, (He y col., 2006).

5 2.4 Métodos de Análisis para los Metilésteres Análisis del Biodiesel por Cromatografía de Gases A los productos de la reacción de transesterificación se les determinó por cromatografía de gases (AOCS, Ce 1h-05), la cuantificación de metilésteres, comprobándose la formación de biodiesel. A este biodiesel se le analizó con los métodos ASTM (Hill, J., y col. 2006), los siguientes parámetros: densidad (D ), viscosidad (D ), contenido de agua (D ) y valor de ácido (indicado por el valor de ph de agua destilada en contacto con el biodiesel, D ). a) Viscosidad Viscosímetro de Cannon-Fenske. Se basa en el tiempo de flujo de una cantidad determinada de un fluido por un tubo capilar. Para determinar su viscosidad se mide el tiempo que tarda en fluir una cantidad determinada como se muestra en la (Figura 5). En este caso es un dispositivo experimental sencillo que permite que el fluido circule con régimen laminar por el interior de un tubo largo y recto, manteniendo en condiciones de temperatura constante, el cual está equipado con un instrumento que permite medir el gradiente de presiones, en puntos del tubo ubicados a cierta distancia de sus extremos (Varela y col., 1990).

6 Figura 3. Diseño del reactor que se utiliza para la reacción de transesterificación. Condensador (1), Reactor de 3 bocas (2), Chaqueta de calentamiento (3), Aceite crudo (4), Metanol (5), Placa de calentamiento (6), Reóstato (7), Mezcla de la reacción y magneto (8), Termómetro (9).

7 BIODIESEL GLICERINA Figura. 4 Embudo de separación del biodiesel y glicerina

8 1) Viscosidad del Aceite de Cártamo Crudo µ = μ 1 / μ 2 =[ρ 1 t 1 ]/[ ρ 2 t 2 ] Donde: ρ, ρ son las densidades de biodiesel y agua respectivamente 1 2 μ, viscosidad del líquido de prueba 1 μ, ρ se conocen de la bibliografía 2 2 t y t, son los tiempos medidos para el biodiesel y el agua 1 2 µ = (0.996) ( ) = g/cms (1)(11.74) 2) Viscosidad del Biodiesel de Cártamo µ = (0.893) (37.71) = 4.49 g/cms (1) (7.51) En la (Figura 6) se puede distinguir el biodiesel y el subproducto que es la glicerina básicamente en el color. 3) Viscosidad del Aceite de Jojoba Crudo µ = (1.068) (212.45) = (1)(11.74)

9 4) Viscosidad del Biodiesel de Jojoba La viscosidad del biodiesel de jojoba no es posible medirla ya que se gelifica a temperatura ambiente, como se puede mostrar en la (Figura 7), teniendo que cambiar las condiciones de temperatura para saber su viscosidad. b) Densidad La densidad es una propiedad física de la materia que describe el grado de compacidad de una sustancia. La densidad describe cuán unidos están los átomos de un elemento o las moléculas de un compuesto. Mientras más unidas están las partículas individuales de una sustancia, más densa es la sustancia. Puesto que las diferentes substancias tienen densidades diferentes, las medidas de la densidad son una vía útil para identificar las substancias. Una forma de medir la densidad es por medio de un picnómetro, el cual se llena de la sustancia, se tapa y se pesa para saber la masa (Day y col., 2002). Esta relación entre masa y volumen de una sustancia es lo que define la propiedad física de la densidad:

10 Figura 5. Viscosímetro Cannon-Fenske

11 GLICERINA 70 C BIODIESEL CÁRTAMO 70 C BIODIESEL CÁRTAMO 70 C Figura 6. Biodiesel y glicerina del aceite de cártamo

12 BIODIESEL DE JOJOBA 70 C Figura 7. Biodiesel de jojoba gelificado

13 1) Densidad para Biodiesel Tabla 2. Pesos del aceite de cártamo Peso (g) Picnómetro 32.1 Aceite de cártamo crudo 62 Biodiesel de cártamo 60 Agua 64 La densidad es igual a la masa sobre el volumen: ρ = m/v ρ biodiesel = (26.8)/ (30) = g/cm 3 ρ Jojoba = ( ) = g/cm 3 ρ cártamo = (29.9)/ (30) = 0.99 g/cm 3 ρ Agua = (31)/ (30) = 1.06 g/cm 3

14 Acidez Se determinó por el método (AOCS, Ca 5a-40) los ácidos grasos libres, y después se multiplicó por el factor de 1.99 para obtener la acidez. d) Contenido de Agua La determinación de humedad fue realizada por el método oficial (AOCS, Ca 2d-25). 2.5 Balance de Materia Las leyes de conservación ocupan un lugar en la ciencia y en la ingeniería. Los enunciados comunes de esas leyes toman la forma de la materia no se crea ni se destruye solo se transforma, la masa de cualquier sistema aislado es constante. Un balance de materia no es más que un conteo del flujo y cambio de masa en el inventario de materiales de un sistema (Himmelblau, 1988). Los balances de materia permiten conocer los caudales y las composiciones de todas las corrientes de un sistema. En un proceso en el que tienen lugar cambios, el balance de materia informa sobre el estado inicial y final del sistema. Los balances se plantean alrededor de un entorno, una determinada región del espacio perfectamente delimitada (Valiente, 1991).

15 Balance de masa Entrada = Salida + Pérdida M 1 = M 2 + M 3 Donde: M 1 = Masa del compuesto que entra al reactor M 2 = Masa del compuesto que sale del reactor M 3 = Masa del compuesto que sale como pérdida. 2.6 Análisis Estadístico Se realizará un análisis de varianza de los resultados de la transesterificación de los dos aceites y se realizará la comparación de medias por la prueba de Tukey HSD con un nivel de significancia de Se utilizó un paquete estadístico Microcal Origin.