Resumen: El presente trabajo tuvo como objetivo obtener hidróxido de calcio a partir de las cáscaras de
huevo y utilizarlo como catalizador en la transesterificación de aceite de primera generación y evaluar este
compuesto con otros catalizadores como hidróxido de sodio e hidróxido de calcio de grado reactivo. Se realizó
un proceso de selección y tratamiento de las cáscaras de huevo. Los principales resultados muestran que el
hidróxido de calcio de grado reactivo tiene mayor eficacia que el hidróxido obtenido a partir de las cáscaras de
huevo, mientras que el hidróxido de sodio demostró ser muy superior en comparación a los demás
catalizadores evaluados en el estudio.
Palabras clave: Catalizadores heterogéneos, metanol, hidróxido de calcio, carbonato de calcio.
Eficacia del hidróxido de calcio como catalizador
en la transesterificación de aceite de primera
generación
ISSN-E: 2697-3650
Minerva Journal
Mendoza E. et al. Eficacia del hidróxido de calcio como catalizador en la transesterificación de aceite de primera generación
Mendoza Bustamante Héctor M.
https://orcid.org/0009-0002-7294-8848
hmendoza7736@utm.edu.ec
Universidad Técnica de Manabí
Portoviejo-Ecuador
198
Recibido (22/08/2023), Aceptado (23/10/2023)
Vol.4, Special Issue 2023, (pp. 198-209)
Segundo Alcides García M.
https://orcid.org/0000-0002-8152-3406
segundo.garcia@utm.edu.ec
Universidad Técnica de Manabí
Portoviejo-Ecuador
Abstract.- The present work aimed to evaluate the effectiveness of Ca(OH)2 obtained from eggshells as a
catalyst in the transesterification of first-generation oil compared to catalysts such as Na(OH) and Ca(OH)2.GR.
The eggshells were subjected to thermal treatment in a muffle furnace with temperature intervals to reduce
CaCO3 to CaO. Once the calcium oxide was obtained, it was mixed with distilled water, which evaporated over
time due to the exothermic reaction of CaO conversion to produce Ca(OH)2. The results showed that
Ca(OH)2.GR has greater efficacy than Ca(OH)2 obtained from eggshells, while Na(OH) proved superior to the
other catalysts used in the study
Keywords: Heterogeneous catalysts, methanol, calcium hydroxide, calcium carbonate.
Efficacy of calcium hydroxide as a catalyst in the transesterification of first generation oil.
https://doi.org/10.47460/minerva.v2023iSpecial.144
Cevallos Cedeño Ramón E.
https://orcid.org/0000-0002-8583-4674
ramon.cevallos@utm.edu.ec
Departamento Procesos Químicos,
Alimentos y Biotecnología.
Universidad Técnica de Manabí
Portoviejo-Ecuador
Gonzalo Oswaldo García Vinces.
https://orcid.org/0000-0001-9819-7451
gonzalo.garcia@utm.edu.ec
Universidad Técnica de Manabí
Portoviejo-Ecuador
ISSN-E: 2697-3650
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I. INTRODUCCIÓN
En la actualidad, la crisis energética mundial y el agotamiento de las fuentes de combustibles fósiles en el
planeta ha motivado al ser humano a explorar alternativas diferentes a los derivados del petróleo que
permitan cumplir la demanda energética y lidiar con el progresivo aumento del precio del crudo; al mismo
tiempo, el uso desmedido de estos recursos ha ocasionado una creciente contaminación ambiental debido a
las acumulaciones de emisiones de gases de efecto invernadero que estas generan. En este sentido, las
energías como renovables como la energía solar, eólica y de biocombustibles parecen ser las mejores
alternativas para solucionar los problemas energéticos del futuro inmediato. Entre los biocombustibles, el
más estudiado es el biodiesel, en virtud de su capacidad para sustituir directamente al diésel fósil o
petrodiésel en motores convencionales tanto en soluciones puras como mezcladas; químicamente, el
biodiesel es una mezcla de metil-ésteres de ácidos grasos de cadena larga derivado de aceites vegetales
(frescos o usados) y grasas animales [1]. Resulta importante saber que la producción de biodiesel, implica
una reacción de transesterificación, cuya reacción se lleva a cabo con catalizadores homogéneos (ácidos o
bases) así como también con catalizadores heterogéneos (ácidos, bases o enzimas), en el que convierten los
triacilglicéridos de ácidos grasos en alquil ésteres usando alcohol de cadena corta (metanol o etanol). Por lo
general, los catalizadores que más se usan son los alcalinos homogéneos; entre ellos el hidróxido de potasio
(KOH), el hidróxido de sodio (NaOH), y en menor medida el hidróxido de calcio (Ca(OH)2,), ya que
proporcionan una mayor velocidad de reacción en comparación con los catalizadores ácidos [2].
Por otro lado, los catalizadores heterogéneos, que incluyen catalizadores ácidos, básicos y enzimas, ofrecen
ventajas adicionales en términos de facilidad de separación del biodiesel y el catalizador. Aunque su
velocidad de reacción puede ser menor en comparación con los catalizadores homogéneos, su capacidad de
reciclaje y su menor impacto ambiental los convierten en opciones atractivas. La elección del catalizador
adecuado depende de factores como la disponibilidad de materias primas, el costo, la sostenibilidad y la
eficiencia en el proceso de producción de biodiesel.
En este trabajo se ha aprovechado el hidróxido de calcio presente en las cáscaras de huevo para la
generación de un catalizador, de manera que pueda ser empleado en la transesterificación de aceite de
primera generación, para luego compararlo con los catalizadores de hidróxido de sodio y de hidróxido de
calcio en grado reactivo. La intención principal es verificar la eficacia de los compuestos para intentar
proponer una alternativa ambiental. Las cáscaras de huevo poseen un alto contenido de calcio, sin embargo,
no suelen ser aprovechadas. Estas se encuentran en el grupo de la biocerámica, constando de una fase
orgánica y otra inorgánica. Compuesta por 1,6% de agua, 95,1 % de minerales, de los cuales 93,6%
corresponden a carbonato de calcio en forma de calcita, 0,8% de carbonato de magnesio y 0,73% de fosfato
tricálcico, y finalmente 3,3% de materia orgánica [2], [3].
II. DESARROLLO
Los catalizadores son sustancias que participan en una reacción química sin ser consumidos en el proceso
y sin modificar permanentemente su estructura química. Su función principal es acelerar la velocidad de una
reacción química, permitiendo que ocurra a una velocidad mayor de la que lo haría en ausencia de este.
Además, facilitan la formación de productos al disminuir la energía de activación requerida para que la
reacción tenga lugar. Esto hace que las reacciones químicas sean más eficientes y, a menudo, más selectivas.
Existen dos tipos principales de catalizadores: catalizadores homogéneos y catalizadores heterogéneos.
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Los catalizadores homogéneos se encuentran en la misma fase que los reactivos y productos de la
reacción. Por lo general, son compuestos químicos que se disuelven en los reactivos y participan
directamente en la reacción. Ejemplos comunes de catalizadores homogéneos incluyen ácidos, bases y
complejos metálicos. Estos catalizadores a menudo proporcionan una alta velocidad de reacción, pero a
veces pueden ser más difíciles de separar de los productos y pueden requerir procesos adicionales de
purificación.
En el caso de los catalizadores heterogéneos, se encuentran en una fase diferente a la de los reactivos y
productos. Por lo general, son sólidos que se utilizan en forma de partículas, superficies o estructuras
porosas. Los catalizadores heterogéneos son comunes en procesos industriales, como la catálisis de
hidrotratamiento en la refinación de petróleo, donde los sólidos catalíticos facilitan la eliminación de
impurezas y la conversión de compuestos no deseados en productos útiles. Estos catalizadores son más
fáciles de separar de los productos y suelen ser más sostenibles.
Los catalizadores son fundamentales en la industria química y en numerosas aplicaciones científicas y
tecnológicas. Contribuyen a la eficiencia de procesos químicos, reducen costos y mejoran la selectividad de
las reacciones, lo que los convierte en componentes esenciales en campos que van desde la producción de
químicos y biocombustibles hasta la síntesis de medicamentos y la purificación de agua. Además, los
catalizadores juegan un papel importante en la búsqueda de soluciones sostenibles y respetuosas con el
medio ambiente al permitir reacciones más limpias y eficientes.
A. Transesterificación
La transesterificación, consiste en la reacción de un triglicérido con un alcohol para formar ésteres y
glicerol. Las ecuaciones (1) a la (3) muestran una forma más simplificada de la reacción de
transesterificación de un triacilglicérido en donde estos se convierten en diglicéridos, monoglicéridos y por
último a glicerol, produciendo en cada etapa una mol de alquil éster [3], la reacción estequiométrica entre el
alcohol y el aceite es 3:1; sin embargo, dado el carácter reversible de las reacciones, algunos autores [4]
mencionan que una relación 6:1 conlleva a que, desde el inicio, la reacción se desplace hacia la derecha
(productos) y el sistema se constituya por un medio bifásico, puesto que el alcohol no se solubilice en los
triglicéridos en proporciones molares mayores de 6:1 [5].
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B. Catalizadores
Se utilizaron 3 catalizadores diferentes , GR, obtenido de la cascara de huevo. Para la obtención de se
lavaron 1000g de cáscaras de huevos con abundante agua para la remoción de residuos como la yema,
clara entre otros [6]; acto seguido fueron secados en un horno por 2 horas a una temperatura de 100°C,
posteriormente se trituro y finalmente se dejó secar en una mufla con escalas de temperaturas de 400°C -
850°C y un intervalo de tiempo de 2h – 6h para determinar la cantidad de óxido de calcio. Mediante
titulación con ácido clorhídrico al 0,1 N y fenolftaleína se determinó el porcentaje de pureza empleando la
siguiente ecuación:
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Establecida la cantidad de óxido de calcio, se procedió a mezclar con agua destilada suficiente para obtener
el hidróxido de calcio tal y como se muestra en la ecuación:
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III. METODOLOGÍA
La muestra utilizada se obtuvo de diferentes locales dedicados a actividades comerciales de la ciudad de
Portoviejo. Los catalizadores utilizados en el ensayo fueron: NaOH, Ca(OH)2 y el hidróxido de calcio reactivo.
Todos los catalizadores estuvieron en una concentración del 1%. Para su preparación, se usó 1g de cada
catalizador diluido en 21.75 ml de metanol para la posterior transesterificación. Se realizo un pretratamiento
a las cascaras de huevo con abundante agua hervida para remover impurezas, luego se procedió a secarlas
con ayuda de un horno por un tiempo de e horas a 100°C, posteriormente la muestra obtenida fue triturada,
este micro polvo se calcino en una mufla a temperaturas de 450°C y 850°C por un tiempo de 4 horas. La
muestra obtenida se sometió a titulación con ácido clorhídrico al 0,1N y 4 a 5 gotas del indicador
(fenolftaleína) para determinar el porcentaje de pureza empleando la ecuación (6)
Donde: V = Volumen del ácido clorhídrico consumido, N = Normalidad del ácido clorhídrico, mEq CaO =
miliEquivalente químico del óxido de calcio, m CaO = masa del CaO obtenido.
Establecida la cantidad de óxido de calcio, se procedió a mezclar con agua suficiente para obtener el
hidróxido de calcio tal y como se muestra en la ecuación:
C. Aceite de Primera generación
Se realizó una caracterización al aceite vegetal obteniendo biodiesel y se analizó la eficacia de los
catalizadores; los análisis realizados fueron físico-químicos según lo establece la norma ASTM D 445 y INEN
35, INEN 38, INEN 39 para la caracterización de aceite y Norma ASTM D6751-08 para el biodiesel obtenido.
Se procedió a colocar 4 gotas del indicador (fenolftaleína) en 5 g de aceite vegetal contenidos en un matraz
de 250 ml cuya muestra se tituló con una solución estandarizada de K(OH) al 0.1N empleando una bureta de
25 ml con llave de paso de teflón hasta lograr que la muestra cambie de color; esto debido a la
neutralización de la disolución (8).
En donde: B = K(OH) consumido en la titulación, N = Normalidad del hidróxido de potasio al 0.1N, Meq =
Mili equivalente químico del ácido graso predominante en la muestra (ácido linoleico), P = Peso de la
muestra (aceite).
Una vez obtenido el porcentaje de ácidos grasos, se empleó la expresión (9) para calcular el índice de
acidez.
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D. Densidad
En cuanto al cálculo de la densidad, se utilizó la técnica de la picnometría; primeramente, se pesaron los
picnómetros y se calibró el instrumento de medición; luego se llenaron los picnómetros hasta el límite
permitido con la muestra de interés y después se pesaron empleando una balanza analítica. El valor
obtenido se dividió para 25 que es el volumen del picnómetro obteniendo la densidad en unidades de g/ml,
el cual es preciso convertirlo en .
E. Índice de peróxido
Se necesitaron soluciones de ácido acético-cloroformo (3:2 volumen-volumen), yoduro de potasio (IK),
tiosulfato de sodio y un indicador de almidón para conocer el índice de peróxido tanto para el
aceite como para el biodiesel. Para ello, se procedió a pesar 5 g de etanol y 0,5 g del aceite vegetal en un
matraz de Erlenmeyer de 250 ml con tapón de vidrio. Seguidamente, se añadieron 30 ml de la solución
preparada de ácido acético-cloroformo con agitación leve hasta disolver la muestra; posteriormente, se
añadieron 0,5 ml de la solución de yoduro de potasio (IK), con la ayuda de una pipeta volumétrica con
agitación constante dejando reposar en un lugar con poca luz durante 1 minuto. Transcurrido este tiempo,
se añadieron 30 ml de agua destilada y se tituló con tiosulfato de sodio hasta que la coloración amarilla de
yodo desaparezca; para finalizar, se añadió 2 gotas de la solución de almidón y se tituló nuevamente con el
propósito que la coloración azul desaparezca. El cálculo para determinar el índice de peróxido se realizó
mediante la siguiente ecuación (10).
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Para determinar el índice de yodo, se prepararon soluciones de yoduro de potasio (IK), tetracloruro de
carbono ( ), solución de Wijs y la solución indicadora de almidón. Para empezar, se pesaron 0,13-0,15 g de
la muestra en un matraz Erlenmeyer de 250 ml; seguidamente, se añadieron 20 ml de cloroformo para diluir
todo el aceite vegetal; de la misma forma, se añadieron 15 ml del reactivo de Wijs agitando de manera
uniforme el matraz y evitando contacto con la luz mediante papel aluminio. Además, se preparó un blanco
con el disolvente y reactivo, pero sin la muestra problema. Por otro lado, se mantuvieron los matraces con
poca luz durante 1 hora; transcurrido este tiempo, se añadieron 20 ml de solución de IK y 50 ml de agua
destilada a cada matraz. Para terminar, se utilizó tiosulfato de sodio para titular hasta que el color amarillo
producido por el yodo haya cambiado a amarillo tenue; luego, se añadió una pizca de almidón y se continuó
con la titulación hasta que desaparezca el color azul (11).
Donde: V1 = Volumen de titulación del blanco en ml, V2 = Volumen de titulación de la muestra en ml, N =
Normalidad del tiosulfato de sodio.
G. Viscosidad
Respecto a la cuantificación de la viscosidad de la muestra, se utilizó el viscosímetro de Ostwald, calentador
eléctrico (Bosch Tronic 6000 T ES 100-5,) cronómetro, termómetro digital y agua destilada. La viscosidad
absoluta o dinámica (µ), se representa en unidades del Sistema Internacional: pascal por segundo (Pa·s) en el
Sistema Cegesimal; para un fluido Newtoniano se refiere al cociente de esfuerzo cortante y gradiente de
velocidad al cual es sometido. Para conocer la viscosidad de la muestra, primero se obtuvo la viscosidad
dinámica mediante la ecuación (12).
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Donde: µ= Viscosidad dinámica, ρ = Densidad, t= Tiempo
Después de que se calculó la viscosidad dinámica, se empleó la ecuación para determinar la viscosidad
cinemática: φ = μ/ρ. Donde: φ = Viscosidad cinemática, μ = Viscosidad dinámica, ρ = Densidad.
H. Humedad
Para el cálculo de la humedad, se taró y pesó la cápsula de porcelana; inmediatamente, se colocó la
muestra en la cápsula pesada y luego se la llevó a la estufa de secado (ED- BINDER 115) durante 1 hora a
temperatura de 100 °C; una vez transcurrido ese tiempo, se retiró la muestra y se pesó nuevamente la
muestra. Se empleó la ecuación (13).
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Donde: M1 = Masa de la muestra inicial, M2 = Masa de la muestra final.
I. Transesterificación alcalina
Para la reacción de transesterificación, se aplicó una relación molar de aceite: metanol, igual a 1:6, donde
primero se agregaron 100 g de aceite de primera generación en un matraz de 500 ml; posteriormente, se
procedió a calentar la muestra en una plancha de calentamiento con ayuda de una pastilla de agitación
hasta lograr una temperatura de 60 °C. Alcanzada dicha temperatura, se colocaron los diferentes
catalizadores con su respectivo tiempo de operación (45 minutos).
J. Variables de operación
Para el caso del metanol es importante indicar que su temperatura de ebullición fue de 64,7 °C; en base a
lo mencionado, se usó solamente la temperatura de 60 °C, ya que, si se usa una temperatura mayor a la
establecida podría afectar el proceso como tal originando reacciones secundarias o de saponificación. La
agitación se controló en la placa de calentamiento (THERMO SCIENTIFIC – 88880002) con la una velocidad a
600 rpm. Se analizó la variable del tipo de alcohol que fue metanol, ya que dentro de sus propiedades se
encontró que fue el alcohol de cadena más corta y que este es polar, además de ser bastante económico.
El tiempo de reacción se fijó en 2 horas. Para la separación del biodiesel obtenido y la glicerina, se empleó
el método de decantación, el cual consistió en la separación de los metil ésteres y la glicerina a través de las
diferencias de densidades en un embudo de decantación; cabe señalar, que para una mejor separación es
primordial dejar reposar por 1 hora. Finalmente, se realizó un lavado y secado, con la finalidad de obtener un
biodiesel sin impurezas. Se lavó el mismo con agua destilada a 40 °C utilizando un embudo de decantación y
llenando 1/3 de dicha agua en el biodiesel agitándolo suavemente y dejando reposar aproximadamente por
2 horas. Esta técnica se llevó a cabo 5 veces en cada muestra. De inmediato, se procedió a colocar el
biodiesel en la estufa de secado a 100 °C durante 1 hora para reducir las cantidades de agua presentes.
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IV. RESULTADOS
En la tabla 1 se observa el número de muestras y el tiempo de secado al que fueron expuestas las
cáscaras de huevo secas, obteniendo con ello un porcentaje de pureza respecto al óxido de calcio (CaO) y
posterior hidróxido de calcio (Ca (OH)2).
Tabla 1. Efecto de la temperatura y tiempo de secado en la obtención de hidróxido de calcio por cáscara de
huevo.
El porcentaje mayor en el experimento 2 podría ser debido a que la temperatura de calcinación que se
utilizó fue de 850 °C, que permite que el carbonato de calcio se descomponga en óxido de calcio y en
dióxido de carbono. Es importante señalar que entre mayor sea el tiempo de calcinación mayor actividad
catalítica y degradación térmica presentará el carbonato de calcio CaCO3. Por otra parte, la muestra que
consiguió mayor peso en gramos de hidróxido de calcio fue la misma muestra 2, puesto que, al utilizar la
ecuación estequiométrica (2) se obtuvo la cantidad de NaOH que se produjo al mezclar ambos reactivos.
A. Caracterización de la muestra
En la tabla 2, se muestran los parámetros de análisis fisicoquímicos realizados al aceite de primera
generación previo a su transesterificación.
Tabla 2. Parámetros de caracterización de la muestra inicial de aceite vegetal.
B. Resultados de los análisis al biodiesel obtenido (60 °C)
En la tabla 3 se presentan los resultados de los análisis fisicoquímicos posterior a la obtención del
biodiesel aplicando los tres tipos de catalizadores.
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Tabla 3. Parámetros de caracterización de la muestra inicial de aceite vegetal.
En la tabla 4 se exponen las normas ASTM D6751-08 para determinar la calidad del biodiesel, se expone
una comparación con el biodiesel con el Ca (OH)2 utilizado como catalizador.
Tabla 4. Norma ASTM D-6751 utilizada para la determinación de las propiedades y calidad del biodiesel
(Precisión de ±0,1).
Tomando como referencia la norma NTE INEN 38, el índice de acidez de la muestra inicial fue de 0,27, un
valor relativamente bajo para permitir la catálisis básica en la reacción de transesterificación, valores
similares se reportan en la referencia [9], que establece un límite de 0,6 mg KOH/g de aceite de soya. Otros
autores señalan que el índice de acidez determina los ácidos grasos libres que tiene cada aceite, por
consiguiente, entre menor número de ácidos grasos tenga el aceite, es mejor, ya que estos pueden
reaccionar con el catalizador (metanol) para formar jabón [7].
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En cuanto a la densidad de la muestra caracterizada, se consideró la metodología descrita en la norma
INEN 35 teniendo como resultado un valor de 912 kg/m3, siendo los resultados similares y por tanto se
puede evidenciar en la investigación de la referencia [21], en la cual se utilizó aceite de soja proveniente de
actividades domésticas (frituras). Esto se debe principalmente a que el aceite estuvo en condiciones de
almacenamiento óptimas, evitando así que se vea afectado por condiciones externas. Por otra parte,
siguiendo la metodología establecida en la norma ASTM D 445, la viscosidad cinemática obtenida del aceite
vegetal fue de 32,8 mm2/s, valores similares podemos encontrar en otras investigaciones que señalan una
viscosidad de 32,4 mm2/s y en el estudio de la referencia con aceite de soja con un valor de 30,85 mm2/s.
Por tal motivo, dicho valor no presentó un problema en la transesterificación.
Finalmente, la humedad obtenida en el aceite vegetal mediante el método que indica la norma INEN 39
fue relativamente muy bajo (<1%), en consecuencia, otros autores afirman que las bajas concentraciones
tanto de alcoholes y agua, favorece la viabilidad de la alcoholisis del aceite vegetal, por esta razón, es
importante que el aceite que se va a transesterificar no presente este problema porque favorece el
proceso de saponificación.
Los resultados que se muestran en la figura 2, indican que el índice de acidez del biodiesel alcanzó una
media de 0,32, 0,39 y 0,37, para cada catalizador usado permitiendo estar dentro del rango establecido por
la norma ASTM D-6751 (valor permisible máximo de 0,50 mgKOH/g de aceite). Cabe señalar que, en este
parámetro, tanto el biodiesel en el que se utilizó Ca(OH)2 obtenido de cáscaras de huevo, y el de grado
reactivo presentaron valores de índice de acidez mayores que el obtenido con NaOH, esto se da por la
basicidad del calcio que es inferior a los metales de la primera familia. Se puede señalar que esta
propiedad se eleva con la degradación del combustible o se asocia a depósitos en el sistema de
combustible, también reduce la vida de la bomba de suministro y filtros, por consiguiente, se recomienda
almacenar el biodiesel en condiciones óptimas (humedad y temperatura).
Fig. 1. Norma ASTM D-6751 utilizada para la determinación de las
propiedades y calidad del biodiesel (Precisión de ±0,1).
En cuanto a los resultados de la densidad de los biodiesel obtenidos con diferentes catalizadores, estos
estuvieron dentro de la norma ASTM D-6751, mostrados en la figura 3 la cual establece un rango entre
860-900 kg/m3, sin embargo, de los tres catalizadores usados, el hidróxido de calcio es el que menor valor
presenta, esto se debe a su baja actividad catalítica en comparación del NaOH que son mucho más
solubles y producen una mayor efectividad de transesterificación. La densidad de un biodiesel depende
mucho del contenido en ésteres y de la cantidad de alcohol a utilizarse, debido a que, si no se usa una
correcta proporción de alcohol, además de generarse biodiesel también se produce una reacción
reversible, ocasionando inconvenientes en los sistemas de inyección, bombas e inyectores y combustiones
incompletas.
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Fig. 2. Densidad del biodiesel obtenido con diferentes catalizadores.
Se evidencia que el aceite transesterificado con NaOH muestra el valor más bajo, de hecho, se da por el
ion metálico (catión) que tiene menor afinidad en comparación con los metales alcalinos lo que produce
una baja solubilidad en el proceso. La viscosidad, es una de las propiedades más importantes, puesto que,
afecta en gran parte a la atomización del combustible en la inyección de este en la cámara de combustión
y, con ello, a la formación de depósitos en el motor. Al respecto, otras investigaciones afirman que la
viscosidad cinemática como el índice de cetano del biodiesel no depende del proceso de producción sino
del aceite de origen lo que concuerda con lo descrito en la referencia, el cual afirma que la viscosidad y el
índice de cetano del biodiesel aumentan con el tamaño de la cadena carbónica, así como del nivel de
instauración del aceite de origen y el que proviene de un aceite insaturado tiene un valor medio.
Fig. 3. Viscosidad cinemática del biodiesel obtenido con diferentes
catalizadores.
La figura 4 refleja la humedad obtenida de las muestras de biodiesel con los diversos catalizadores a 60
°C y un tiempo de reacción de 45 minutos, las cuales fueron 0,022%, 0,039% y 0,030%, respectivamente,
que estuvieron dentro de la norma ASTM D-6751 que especifica un límite máximo de 0,05% para agua y
sedimentos. Es importante señalar que, si se sobrepasa esta cantidad, puede tener lugar la acumulación de
esta en el fondo de los tanques de almacenamiento, lo que promueve el crecimiento de microorganismos
que degradan el biodiesel reduciendo su capacidad de almacenamiento y afectan el funcionamiento del
motor, puesto que los lodos generados pueden provocar obstrucción de los filtros y las líneas por las que
pasa el combustible. En el trabajo de la referencia se afirma que todo esto se da a causa de que los éteres
metílicos son más higroscópicos que los combustibles a base de petróleo y durante el almacenamiento son
expuestos a un mayor contenido de humedad hasta alcanzar concentraciones más altas. La presencia de
humedad en el aceite provoca la formación de jabón de manera excesiva, consume catalizador y reduce la
eficacia de estos. La bibliografía ha reportado que el exceso de humedad puede ser eliminado mediante un
tratamiento térmico en un reactor o también en un horno.
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Fig. 4. Humedad del biodiesel obtenido con diferentes
catalizadores.
En la bibliografía se ha expuesto que el CaO obtenido por calcinación de CaCO3 a 900 °C ha mostrado
una actividad mucho mayor en comparación con otros utilizados tales como Ca (OH)2, que ha sido utilizado
utilizado como catalizador en las tres muestras de aceite vegetal a transesterificar. Los resultados de los
análisis fisicoquímicos exponen una leve variación entre los parámetros analizados con la aplicación de
cada catalizador. Sin embargo, la muestra de biodiesel en la que los resultados fueron más significativos
fue en la que se utilizó Hidróxido de Sodio (NaOH).
En investigaciones recientes se afirma que el NaOH es más efectivo que el metóxido de sodio debido a
que una pequeña cantidad de agua se produce mezclando NaOH y MeOH. El NaOH también se prefiere
para catalizar las transesterificaciones dado que es más económico. Sin embargo, en relación con el
comportamiento de los catalizadores en general, este autor indica que la utilización de la potasa (KOH)
como catalizador para biodiesel es más eficaz ya que es más soluble que la soda (NaOH) requiriendo
menor tiempo de conversión, la segunda muestra con resultados significativos fue el Ca (OH)2 GR. Varios
autores emplearon aceite puro de soya, metanol y CaO, Ca (OH)2 y CaCO3, como catalizadores para la
producción de biodiesel, y demostraron que después de 1 h de reacción se obtuvo el 93%, 12% y 0% de
conversión para los tres catalizadores, respectivamente. Lo anterior demuestra que de acuerdo con los
espectros de difracción de rayos X la calcita es inactiva en la producción de biodiesel y que en el intervalo
de los 100-300 °C el catalizador activo es el Ca (OH)2.
El resultado menos significativo se obtuvo con el Ca(OH)2 pese a que los análisis arrojaron que el
biodiesel estuvo dentro de los parámetros ASTM D6751-08, en algunas investigaciones se afirma que en la
mayoría de ensayos utilizan CaO puro o CaO obtenido por descomposición térmica de sales de calcio
disponibles comercialmente tales como carbonato de calcio, acetato de calcio, oxalato de calcio y nitrato de
calcio. Todos los autores coinciden con la obtención de buenos rendimientos de FAME (Ésteres metílicos de
ácidos grasos) trabajando con temperaturas relativamente bajas, entre los 50 °C y 80 °C. No obstante, el
principal inconveniente presentado por el óxido de calcio es que requiere una activación térmica con el fin
de eliminar el CO2 y humedad adsorbida. Esto implica trabajar bajo condiciones de vacío o condiciones de
flujo de nitrógeno con el fin de evitar su carbonatación. El uso del CaO ha sido estudiado ampliamente, se
han reportado buenos rendimientos a temperaturas entre 50 y 80 °C. En el año 2010 se analizó el efecto
del agua y el CO2 en el deterioro del catalizador en contacto con la atmósfera. Se encontró que la
superficie del CaO resultó envenenada por dicho contacto, pudiendo reactivarse luego de un tratamiento
térmico.
Mendoza E. et al. Eficacia del hidróxido de calcio como catalizador en la transesterificación de aceite de primera generación
Minerva Journal
ISSN-E: 2697-3650
209
Vol.4, Special Issue 2023, (pp. 198-209)
CONCLUSIONES
La muestra de biodiesel en la que se aplicó el NaOH como catalizador tuvo resultados sobresalientes por
encima de los otros dos catalizadores en los parámetros fisicoquímicos, esto debido a que los catalizadores
homogéneos proporcionan una alta conversión al biodiesel; no obstante, no son recuperables al medio
ambiente y el tratamiento de lavado debe ser minucioso. En el caso de la cáscara de huevo, el buen
rendimiento dentro de la muestra de biodiesel transesterificada se confiere a que durante la calcinación
del CaO se disperse en el sistema binario base-ácido y por consiguiente el catalizador presenta mayor
basicidad.
Se recomienda realizar un estudio cinético de transesterificación con otros tipos de catalizadores
heterogéneos como el CaO y CaO3 y un estudio profundo con técnicas de espectrofotometría y HPLC.
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Mendoza E. et al. Eficacia del hidróxido de calcio como catalizador en la transesterificación de aceite de primera generación
