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TRANSESTERIFICACIÓN DE ACEITES DE FRITURA MEZCLADOS CON ACEITES REFINADOS PARA MEJORAR EL CONTENIDO DE ÉSTER DEL BIODIESEL Laboratorio de Grasas y Aceites Departamento de Ciencia y Tecnología de los Alimentos Facultad de Química, Universidad de la República Montevideo, Uruguay. XV Congreso Latinoamericano y Exhibición sobre Grasas y Aceites. Santiago de Chile, 20-23 de Agosto de 2013. Ignacio Vieitez , Nicolás Callejas, Bruno Irigaray, Iván Jachmanián y María A. Grompone, Uso de aceites de fritura de descarte para la elaboración de Biodiesel materia prima económica actualmente constituye un residuo se trata de un material no apto para consumo humano la utilización de aceites usados implica una buena gestión y uso de residuos. Ventajas: Durante el proceso de fritura el aceite está sometido a condiciones que producen varios procesos de deterioro siendo los más importantes: hidróliticos (debido al contacto a alta temperatura con la humedad de los alimentos), oxidativos (por exposición al oxígeno del aire y a alta temperatura) y térmicos Como resultado de estos procesos se generan numerosos compuestos que se incorporan al aceite y cuya concentración se incrementa gradualmente con el tiempo. Desventajas: Alteración Variable Compuestos Oxidativa aire monómeros, dímeros y polímeros oxidados, compuestos volátiles Térmica temperatura dímeros y polímeros, monómeros cíclicos, compuestos oxidados, isómeros trans Hidrolítica humedad ácidos grasos libres, diglicéridos y monoglicéridos DETERMINACIÓN DE COMPUESTOS POLARES (Método Oficial 2.507 IUPAC) Legislación: Máximo 25% Diferencias de peso molecular entre los compuestos de alteración DETERMINACIÓN DE POLÍMEROS (Método Oficial 2.508 IUPAC) Cromatografía de Exclusión Molecular de Alta Eficacia (HPSEC) Legislación: Máximo 10% Nuevos compuestos formados durante el proceso de fritura: Los compuestos formados tienen mayor polaridad que los triglicéridos (Triglicéridos poliméricos, Triglicéridos diméricos Triglicéridos oxidados Diglicéridos, Ácidos grasos) ANTECEDENTES Caracterización de los aceites de fritura de descarte obtenidos en Uruguay. Estudio de la eficiencia del proceso convencional de transesterificación (catálisis química) en los aceites de fritura de descarte.

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TRANSESTERIFICACIÓN DE ACEITES DE FRITURA MEZCLADOS CON

ACEITES REFINADOS PARA MEJORAR EL CONTENIDO DE ÉSTER

DEL BIODIESEL

Laboratorio de Grasas y AceitesDepartamento de Ciencia y Tecnología de los Alimentos

Facultad de Química, Universidad de la RepúblicaMontevideo, Uruguay.

XV Congreso Latinoamericano y Exhibición sobre Grasas y Aceites.

Santiago de Chile, 20-23 de Agosto de 2013.

Ignacio Vieitez , Nicolás Callejas, Bruno Irigaray, Iván Jachmanián y María A. Grompone,

Uso de aceites de fritura de descarte para la elaboración de Biodiesel

materia prima económica

actualmente constituye un residuo

se trata de un material no apto para consumo humano

la utilización de aceites usados implica una buena gestión y

uso de residuos.

Ventajas:

Durante el proceso de fritura el aceite está sometido a condiciones que producen varios procesos de deterioro siendo los más importantes:

hidróliticos (debido al contacto a alta temperatura con la

humedad de los alimentos),

oxidativos (por exposición al oxígeno del aire y a alta

temperatura) y

térmicos

Como resultado de estos procesos se generan numerosos compuestos que se incorporan al aceite y cuya concentración se incrementa gradualmente con el tiempo.

Desventajas:Alteración Variable Compuestos

Oxidativa aire monómeros, dímeros y polímeros oxidados , compuestos volátiles

Térmica temperatura dímeros y polímeros , monómeros cíclicos , compuestos oxidados, isómeros trans

Hidrolítica humedad ácidos grasos libres, diglicéridos y monoglicéridos

DETERMINACIÓN DE COMPUESTOS POLARES (Método Oficial 2.507 IU PAC)Legislación: Máximo 25%

Diferencias de peso molecular entre los compuestos de alteración

DETERMINACIÓN DE POLÍMEROS (Método Oficial 2.508 IUPAC)Cromatografía de Exclusión Molecular de Alta Eficacia (HPSEC)Legislación: Máximo 10%

Nuevos compuestos formados durante el proceso de fr itura:

Los compuestos formados tienen mayor polaridad que los triglicéridos

(Triglicéridos poliméricos, Triglicéridos diméricos Triglicéridos oxidadosDiglicéridos, Ácidos grasos)

ANTECEDENTES

Caracterización de los aceites de fritura de descarte obtenidos en Uruguay.

Estudio de la eficiencia del proceso convencional de transesterificación (catálisis química) en los aceites de fritura de descarte.

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Materiales

24 muestras de aceites de fritura de descarte

(ADF) obtenidas en restaurantes, bares,

supermercados, panaderías y locales de comidas

rápidas al momento de su descarte.

A cada muestra se le asignó una letra como

código.

Origen: aceite de arroz (RBO), aceite de girasol

(SFO) y aceite de girasol de alto oleico (HO-SFO).

0

1

2

3

4

5

6

7

8

K I G N M A Q L S B F T R Ñ V H U J O W P E D C

% ACIDEZ

Porcentaje de ácidos grasos libres en los ADF

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

L U N C K H A S I Q D P T G E R J M F Ñ V O B W

COMPUESTOS POLARES

Porcentaje de compuestos polares en los ADF

66% deberían haber sido descartadas

Porcentaje de polímeros en los ADF

0

2

4

6

8

10

12

14

16

U C N L P D H K A E S T I Q J R G B O V F M Ñ W

POLIMEROS

% Acidez % de Polares % Polímeros

Menos 2% 2 Menos 25% A Menos de 5% I

de 2 a 5% 3 Más de 25% B De 5 a 10% II

Más de 5%4 Más de 10% III

Clasificación de los ADF

A los aceites refinados se les asignó el código 1 para cada parámetro

Transesterificación

El proceso de Transesterificación fue realizado con:• ADF previamente acondicionados (filtrados, secados, centrifugados),

• Reacción en batch,

• relación molar metanol/aceite: 6:1,

• catalizador: 1.5% de KOH,

• temperatura: 65ºC,

• tiempo de reacción: 90 min.

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Resultados

Determinación del Contenido de éster(por GC con estándar interno)

Muestra (origen) Categoría Contenido de éster (%)SFO, RBO, HO-SFO Refinados 97.6K (SFO) 2AI 91,4

I (RBO) 2AI 89.0

N (RBO) 2AI 92,3

A (HO-SFO) 2AI 95,7L (RBO) 2AI 91,6

G (SFO) 2BII 86,8

M (RBO) 2BII 84.0

Q (SFO) 2BII 83,9

E (RBO) 3BI 81,4

Ñ (RBO) 3BII 81,5

Observaciones

� A diferencia del Contenido de éster obtenido con los aceites refinados, con los ADF el Contenido de éster fue inferior a 96.5%.

� A mayor grado de deterioro de los ADF, menor Contenido de éster.

Modificaciones al proceso convencional:

- 2 pasos catálisis básica

- Catálisis ácida + catálisis básica

ALTERNATIVAS PARA LA CONVERSIÓN A BIODIESEL

2 pasos transesterificación (catálisis básica)

95,7

92,391,6 91,4

89,0

86,8

84,0

87,9

81,4

96,5

94,293,9

92,7

91,8

88,8

84,7

89,3

82,5

80

82

84

86

88

90

92

94

96

98

A N L K I G M H E

Con

teni

do d

e és

ter

(%)

Reacción en 1 etapa Reacción en 2 etapas

2 pasos transesterificación (catálisis acida + básica)

91,6

84,0

87,9

81,4

94,5

85,1

91,2

84,9

80

82

84

86

88

90

92

94

96

98

L M H E

Co

nten

ido

de é

ster

(%

)

Catalisis Basica (1 etapa) Catalisis Acida + Basica

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OBJETIVO

Estudiar la eficiencia del proceso convencional de transesterificación química de mezclas, en diferentes proporciones, de aceites de fritura de descarte (ADF) con aceites refinados y su efecto sobre el Contenido de Ester del producto.

Los aceites de fritura de descarte N e I (ambos de arroz), se adicionaron en diferentesproporciones a un aceite de arroz refinado paradeterminar su incidencia.

Mezclas Aceite refinado/ADF

4.924.10.7ADF-N

Acidez (%) Polares (%) Polímeros (%)

ADF-I 1.3 16.7 0.9

MEZCLAS

RBO ADF

99 1

95 5

90 10

80 2085.0

87.5

90.0

92.5

95.0

97.5

100.0

100% RBO 100% ADF

Mezclas RBO-ADF-I

Con

teni

do d

e E

ster

(%

)

Contenido de éster en las mezclas RBO/ADF-I

RBO/ADF-I

97.9%

89.0%

85.0

87.5

90.0

92.5

95.0

97.5

100.0

100% RBO RBO/ADF 99/1 RBO/ADF 95/5 RBO/ADF 90/10 100% A DF

Mezclas RBO-ADF-I

Con

teni

do d

e E

ster

(%

)

Contenido de éster en las mezclas RBO/ADF-I

RBO/ADF-I

85.0

87.5

90.0

92.5

95.0

97.5

100.0

100% RBO RBO/ADF 99/1 RBO/ADF 95/5 RBO/ADF 90/10 RBO/AD F 80/20 100% ADF

Mezclas RBO-ADF-I

Con

teni

do d

e E

ster

(%

)

Contenido de éster en las mezclas RBO/ADF-I

RBO/ADF-I

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4.924.10.7ADF-N

Acidez (%) Polares (%) Polímeros (%)

ADF-I 1.3 16.7 0.9

MEZCLAS

RBO ADF

99 1

95 5

90 10

80 20

85.0

87.5

90.0

92.5

95.0

97.5

100.0

100% RBO RBO/ADF 99/1 RBO/ADF 95/5 RBO/ADF 90/10 RBO/AD F 80/20

Mezclas RBO-ADF-N

Con

teni

do d

e E

ster

(%

)

Contenido de éster en las mezclas RBO/ADF-N

RBO/ADF-N

Observaciones

� La Acidez, y el contenido de compuestos polares y polímeros son determinantes en la eficiencia de la transesterificación.

� La adición de hasta un 10% de ADF a un aceite refinado permitiría superar el 96.5% de conversión requerido en las normativas.

Aceites de fritura de descarte A (de girasol), Con bajo porcentaje de acidez y polares.

Mezclas Aceite refinado/ADF

85,0

87,5

90,0

92,5

95,0

97,5

100,0

100% SFO SFO/WFO 90/10 SFO/WFO 80/20 SFO/WFO 70/30

Mezclas RBO-ADF-A

Con

teni

do d

e E

ster

(%

)

Contenido de éster en las mezclas RBO/ADF-A

RBO/ADF-A

Observaciones

� La incorporación de ADF a aceites refinados es una alternativa válida para su conversión a biodiesel.

� Los parámetros de calidad del ADF al momento de descarte (acidez y compuestos polares) determinaran el máximo porcentaje admisible para estos en dicha mezcla.

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Aceites de fritura de descarte M (de arroz), Con alto porcentaje de acidez y polares 1.3% acidez y 33% polares.

Mezclas Aceite refinado/ADF

80.0

82.5

85.0

87.5

90.0

92.5

95.0

97.5

100.0

100% RBO RBO/ADF 90/10 RBO/ADF 80/20 100% ADF

Mezclas RBO-ADF-M

Con

teni

do d

e E

ster

(%

)

Contenido de éster en las mezclas RBO/ADF-M

RBO/ADF-M

Conclusiones

Tanto los compuestos polares como la acidez son los principales parámetros determinantes de la eficiencia de la transesterificación por catálisis química de los ADF.

Método convencional: el mayor contenido de éster obtenido a partir de un ADF fue de 95.7%.

Conclusiones

Adición hasta un 30% de ADF a un aceite refinado permitiría superar el 96.5% de conversión si el ADF tiene baja acidez y bajo contenido de compuestos polares.

Si el ADF presenta un contenido de compuestos polares próximo al 25% o una acidez entre 1-2%, la adición hasta un 10%a un aceite refinado permitiría superar el 96.5% de conversión.

Conclusiones

Estos resultados demuestran que el mezclado en proporciones adecuadas permite una dilución de los productos de descomposición provenientes de los ADF, de manera de que el biodiesel alcance el mínimo contenido de éster exigido por las normativas.

E-mail: [email protected]

MUCHAS GRACIAS