Desarrollo y ensayo de nuevos biocombustibles para motores diesel procedentes de diversas semillas oleaginosas y de grasas vegetales usadas

M.P. Dorado

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• Publié le: 01 janvier 2001
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Extrait

UNIVERSIDAD DE CÓRDOBA
ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE INGENIEROS AGRÓNOMOS Y DE MONTES
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA RURAL
TESIS DOCTORAL
DESARROLLO Y ENSAYO DE NUEVOS
BIOCOMBUSTIBLES PARA MOTORES DIESEL
PROCEDENTES DE DIVERSAS SEMILLAS
OLEAGINOSAS Y DE GRASAS VEGETALES
USADAS
BIODIESEL
PRECIO LITROS
ECO-FUEL
María del Pilar Dorado Pérez
CÓRDOBA, 2001Evaristo A. Ballesteros Tribaldo y Fco. Jesús López Giménez, Directores de la Tesis
Doctoral DESARROLLO Y ENSAYO DE NUEVOS BIOCOMBUSTIBLES PARA MOTORES
DIESEL PROCEDENTES DE DIVERSAS SEMILLAS OLEAGINOSAS Y DE GRASAS
VEGETALES USADAS
AUTORIZAN
a su autora, la doctoranda María del Pilar Dorado Pérez, a la presentación de
la misma para la obtención del Grado de Doctor.
Fdo.: Evaristo A. Ballesteros Tribaldo Fdo.: Fco. Jesús López Giménez
Profesor Titular de Universidad Catedrático de Universidad
Dpto. Química Física y Analítica Dpto. de Ingeniería Rural
E.U.P. de Linares E.T.S.I.A.M.
Universidad de Jaén Universidad de Córdoba
Fdo.: María del Pilar Dorado Pérez
Doctoranda
Córdoba a 16 de abril de 2001A vosotros papás,
por haber llevado hasta sus últimas consecuencias
ese deseo tan imperioso de tener una niña
A mis nenes Gabriel, Manolo y Miguel A.,
porque no se puede tener mejores hermanos
A mis renacuajos Guillermo y Leticia,
por haber compartido conmigo la aventura
de vuestros primeros juegos y risas;
y a ti, que aún estás por nacer
como quiera que te llames
A los que ya no estáis,
pero que empezásteis a trabajar en esta Tesis
cuando os enamorásteis y tuvisteis dos preciosos niños,
que también se enamoraron a su vez
y tuvieron ese deseo imperioso de tener una niña,
tantos y tantos años atrásAGRADECIMIENTOS
Un arduo trabajo se esconde tras estas líneas, entretejido con momentos de impotencia y
con otros que sintonizaron una bonita melodía. Absurdo sería atribuirme en exclusiva la
autoría de esta Tesis, que sin el respaldo de una serie de profesionales y el calor de
muchos otros, en igual orden de importancia, nunca habría visto la luz.
Muchas gracias, Evaristo y Jesús. No sólo me habéis brindado el privilegio de disfrutar de
vuestra tutela y vastos conocimientos, de iniciarme en el apasionante mundo de la
investigación, de abrirme las puertas de todo un universo por explorar. Además, me habéis
premiado con vuestra amistad, que vale más que cien sacos de oro.
Muchas gracias a vosotros, papá, mamá, Miguel, Manolo, Pilar, Victoria, Guillermo y Leticia.
Con el apoyo y desvelos de unos, el juego y las risas de otros, y el amor de todos habéis
contribuido a hacerme el trabajo más llevadero. Pero especialmente a ti, Gabriel. ¡Lo
conseguimos! ¿Qué puedo decirte que no sepas ya? ¿Que la enésima generación sigue en
deuda? ¿Que sin la Montaña de la Basura ni Tibu no lo habría logrado? Lo reitero, nunca
podré compensarte lo que has hecho por mí, ni agradecértelo suficiente. ‘Él con circulito’.
Un reconocimiento especial merece la inestimable ayuda proporcionada por REPSOL–YPF,
así como por la Delegación Provincial de la Seguridad Social, en Córdoba, sin los cuales, la
presente Tesis Doctoral se habría visto seriamente limitada.
Mil gracias a todos los organismos y personalidades que han colaborado en la consecución
de esta Tesis Doctoral. Al Departamento AgrarTechnik de la Universidad de Kassel,
Alemania, al Dr. Kimber del Reino Unido, al CIFA de Córdoba, con mención especial a
Víctor Ortiz, su director, y a mis insustituibles Pepe, Juanma y Juan Carlos, a KOIPESOL, a
la E.U.P. de Linares y todo su personal, especialmente a Mariano y a María Luisa, al
Departamento de Ingeniería Rural de la ETSIAM de Córdoba, por todo su apoyo y finalmente
al INTA de Madrid, especialmente a Miguel A. Robledo, Isidro Fraile y Roberto Suárez. Y a
ti, Sebas, porque el último verano a 46 °C a la sombra y sin aire acondicionado, sin ti habría
sido un infierno.
A Paco Luis, mi maestro de vida. Mi porteador de citas mágicas. Mi amigo.
Martin, für Dich. Für Alles. Trotz der gebrochenen Flügel und der unerfüllten Träume. Für
Dich, trotz alledem.
Gracias a todos mis amigos, a los que os debo vuestro apoyo en los momentos difíciles,
vuestro entusiasmo y el privilegio de una amistad única. Mis queridas e insustituibles Mari
Luz y Lola, mi cuentacuentos multicolor, Manena, Ay, San Rafael, San Rafael... gracias,
porque todos habéis contribuido en gran medida con vuestra ayuda, presencia y
animosidad. Perdonad que no os ponga a todos, pero os aseguro que no falta ninguno en mi
corazón.
—i——ii—RESUMEN
Diversos cambios socioeconómicos, medioambientales y políticos han auspiciado un
creciente interés hacia el desarrollo de nuevas formas de energía, alternativas y
renovables, entre las que los biocombustibles para motores Diesel son pieza vertebral. Un
mercado de libre competencia requiere el cese paulatino de las Políticas Agrarias
proteccionistas y la reducción de los excedentes agroalimentarios que las propician. Por
ello, la Política Agrícola Comunitaria, en la UE, exige el barbecho obligatorio de un
porcentaje de las tierras de cultivo, salvo que se destine a fines no alimentarios. El
aprovechamiento de estos terrenos para producir biodiesel se erige como una medida
medioambiental, que evita los riesgos de erosión que sufren los suelos desnudos, a la par
que socioeconómica, ya que contribuye a incrementar la renta de los agricultores y a
generar empleo en zonas rurales marginales. Por otro lado, los vertidos contaminantes a los
acuíferos, entre los que se encuentran los aceites usados en las cocinas, destruyen
irreversiblemente las reservas de agua. Puesto que se trata de residuos tóxicos de difícil
eliminación, su conversión en biodiesel se antoja notablemente atractiva. En este sentido,
en la presente Tesis Doctoral se definen los parámetros óptimos que permiten la conversión
en ésteres metílicos, mediante transesterificación básica, con KOH y metanol, del aceite
procedente de semillas oleaginosas de Brassica carinata y del aceite de desecho, e procesos de fritura. Se observa que las variables que influyen en la
optimación del proceso dependen de la materia prima utilizada, en concreto, del contenido
de ácidos grasos. Por ello, resulta imposible efectuar una alcohólisis básica con aceite
procedente de Brassica carinata con alto contenido de ácido erúcico, mientras que si la
presencia de este ácido se anula, la reacción se produce sin dificultades. La optimación de
los parámetros implicados en la elaboración del biodiesel requiere 1'26% (del peso de
aceite) de KOH, 12% (del peso de aceite) de metanol, una temperatura entre 10 y 50 °C y
agitar durante 1 h, en caso de utilizarse aceites de desecho. Si se pretende obtener el
máximo rendimiento a partir de aceite de Brassica carinata sin ácido erúcico, se precisan
1'48% de KOH y 16% de metanol. La reacción se efectúa entre 20 y 45 °C, durante 30 min.
Los ésteres resultantes precisan purificación adicional, para lo que se han de lavar con
agua destilada. Las propiedades como combustible son adecuadas, en general. Los ensayos
en motores Diesel, efectuados con el biodiesel procedente de aceite usado, proporcionan
resultados satisfactorios, constatándose una leve disminución, del 7% de la potencia al
freno, así como un aumento del consumo específico de combustible, de hasta el 26% en el
caso más desfavorable. La viabilidad económica queda sobradamente avalada por el precio
de los biocombustibles desarrollados, así como por el coste energético que conllevan. Por
ello, se recomienda la utilización de ambas alternativas como sustitutas factibles de los
combustibles de origen fósil que actualmente alimentan a los motores Diesel.
Palabras clave: Biodiesel, ésteres metílicos de aceites, Brassica carinata, aceite de
desecho, energía alternativa, reciclado, transesterificación
—iii—ABSTRACT
Increased environmental concerns, market policies and several socioeconomic aspects are
driving industry to come up with viable alternative fuels from renewable resources that are
environmentally more acceptable. On the other hand, to reduce the food surplus, the EU
Agricultural Policy obliges to leave a percentage of the land as set-aside, where can be
grown, as an exception, only vegetables for non-food purposes. In this way, it can lead to
increase the farmer incomes as well as creating new employment. Currently, fossil fuels are
used in Diesel engines and are essential in industrialized places. In addition, petroleum-
based increases environmental pollution. To solve this problem, transesterified
vegetable oil, grown in set-aside lands can be conside