ARTÍCULO

DE

REFLEXIÓN

COMBUSTIBLES ALTERNATIVOS A PARTIR DE ACEITES USADOS CON TRATAMIENTOS DE LIMPIEZA

Msc, Ing. Emilio Delgado; Msc, Ing. Jaime Parra; Estudiantes; Luisa Aguilar. Daniel Guevara. Jenny Novoa

RESUMEN

COMBUSTIBLES

ALTERNATIVOS

Recuperar el medio ambiente se ha tornado de suma importancia ya que la eliminación de los bosques, contaminación de los ríos y mares, contaminación del aire, hace que la humanidad desaparezca con la naturaleza si no se realizan los cambios adecuados. El aceite usado se encuentra en la lista de los desechos peligrosos ya que al hacer mala disposición contamina tanto las aguas subterráneas como superficiales, afecta la permeabilidad de la tierra y contamina el aire cuando es quemado ya que las emisiones además del CO2 contiene metales pesados y sustancias toxicas y la combustión incompleta genera, dioxinas las cuales son altamente cancerígenas. Por tal razón la recuperación de los aceites usados, previo tratamiento de limpieza, como fuente de energía, constituye un paliativo al medio ambiente, buscando alternativas de procesamiento de residuos peligrosos. Con esto se hace referencia a evitar verter estos residuos en las aguas, suelos y demás fuentes naturales de vida.

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El incremento en el costo del petróleo está viabilizando muchos proyectos energéticos que en el pasado no era posible desarrollarlos. Entre estos obtener energía de los aceites usados del sector automotriz, ya que son una mezcla de hidrocarburos logrados por destilación de crudos de petróleo o por síntesis a partir de productos petroquímicos, que se encuentran degradados y contaminados por lodos, metales y agua. En este proyecto se compara de manera cuantitativa y experimental aceites usados con diferentes grados de limpieza. Por medio del poder calorífico, con el fin de corroborar la viabilidad de aprovechamiento de este residuo como fuente de energía en nuevos procesos.

PALABRAS CLAVE Combustibles alternativos, Reciclaje.

ABSTRACT To recover environment has become of extreme importance because the elimination of the forests, con-

tamination of the rivers and seas, contamination of the air, this cause that the humanity disappears with the nature if the suitable changes are not made. The used oil is in the list of the dangerous remainders since when doing bad disposition contaminates so much the underground waters as superficial, it affects the Earth permeability and it contaminates the air when it is burned since the emissions in addition to CO2 contain heavy metals and toxic substances and the incomplete combustion generates, dioxinas which are highly cancerigenic. For such reason the recovery of used oils, previous treatment of cleaning, like power plant, constitutes a palliative to environment, looking for alternative of processing of dangerous remainders. Of this reference takes control to avoid spilling these remainders in waters, grounds and other natural sources of life. The increase in the cost of petroleum is making many power projects that in the past were not possible to develop them. Between these to obtain energy of used oils of the automotive sector, since they are a hydrocarbon mixture obtained by distillation of crude of petroleum or synthesis from petrochemical products, that are degraded and contaminated by muds, metals and water. In this project one compares of quantitative and experimental way oils used with different degrees from cleaning. By means of the calorific power, with the purpose of corroborating the viability of advantage of this remainder like power plant in new processes.

lación y utilización. Es decir, la materia prima se reutilizara logrando así la mínima cantidad de residuos vertida al medio en forma liquida. (Garavito,1998) Por su elevada capacidad calorífica, el aceite tratado tiene gran potencial para ser empleado como combustible no solo por sus propiedades y características, sino por la necesidad de contar con alternativas energéticas y suministro seguro de energéticos, al liberarlo de los componentes que lo hacen un residuo peligroso. Puede ser utilizado para combustión en hornos, calderas, fundiciones, secadores, calefacción, procesos de fabricación de plastificantes y si se libera de todas las impurezas en motores de combustión interna. La tabla 1. muestra el poder calorífico y el costo del aceite usado tratado así como el de otros combustibles tradicionales. Tabla 1. Comparación del aceite usado tratado frente a otros combustibles tradicionales1.

PRODUCTO

PODER CALORÍFICO (BTU)

PRECIO POR GALÓN

Aceite usado tratado Crudo Rubiales Fuel Oil ACPM Gas (m3) Crudo castilla

103530 150600 152206 142844 35315 14041

2100 4735.95 4862.00 4685 800.00 4689.42

INTRODUCCIÓN La demanda de los aceites usados tratados para ser utilizados como fuente de energía, dependería del costo de los aceites usados ya depurados o limpios, el costo de los combustibles a utilizar si son mezclados y del comportamiento de los consumidores del nuevo combustible. Los tratamientos realizados a los aceites usados, permiten mediante un grado de limpieza aumentar el porcentaje de la base lubricante presente en el aceite original, de manera que resulten aptas para su formu-

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Metodología Existen varios métodos de limpieza de los aceites usados, los cuales buscan obtener material que sea combustible, que no dañe los equipos y cause el menor impacto al medio ambiente, los procesos que se llevaron a cabo en forma experimental y a escala de laboratorio son: •

proceso ácido-arcilla

•

extracción por solvente

•

proceso berk

•

medición comparativa de la capacidad calorífica

COMBUSTIBLES

Alternative fuels, Recycling.

ALTERNATIVOS

KEYWORDS

Fuente LAHCORP S.A.

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PROCEDIMIENTO La descripción de los procedimientos empleados se hace a continuación. Proceso ácido-arcilla La carga de lubricante usado es sometida a una evaporación de aquellos productos ligeros como agua e hidrocarburos del rango de la gasolina. Después de éste paso previo la carga se trata con ácido sulfúrico obteniéndose un rendimiento de 85% aproximadamente en relación con el producto tratado. El resto constituye un desecho aceitoso y ácido. El producto obtenido después del tratamiento ácido es enviado a filtración con arcilla y cal, para mejorar su color y su acidez. En la filtración se obtiene un desecho del 3 al 4 por ciento constituido por una mezcla de aceite ácido y arcilla. El proceso tiene un rendimiento global de 70% en peso. El esquema del proceso se ve en la figura 1.

ALTERNATIVOS

Figura 1. Esquema del proceso ácido-arcilla.

El método consiste en las siguientes operaciones: Evaporación: En aceite se calienta hasta 100oC para permitir la evaporación del contenido de agua. Arriba de 100°C se eliminan otras materias volátiles como gasolina o solventes orgánicos que pueden haberse mezclado con el desecho de aceite. Agitación: Luego de alcanzar la temperatura de 170oC, el aceite debe ser enfriado a una temperatura de aproximadamente 30 a 40oC para permitir la adición del ácido sulfúrico concentrado a una cantidad de un 10% de la cantidad del aceite. La mezcla se agita constantemente durante 3 a 4 horas para permitir la reacción del ácido con las impurezas formando sulfatos. Sedimentación: La mezcla de aceite-ácido se colocara en un recipiente de acero de forma cónica en el extremo inferior donde se mantendrá un día para permitir que los sedimentos insolubles se decanten en el cono del fondo, después, el lodo ácido se extrae y se vierte en recipientes de almacenamiento de aceite para su depósito. Estabilización del pH: La mezcla restante de aceite-ácido transparente se traslada a un recipiente para realizar nuevamente la agitación, en la cual se mezcla el aceite-ácido con ceniza de soda a una temperatura de 170oC. El proceso total demora entre 2 y 4 horas. La cal reacciona con el ácido neutralizando el aceite a un pH 7. Filtración: Al final del tratamiento con cal, es necesaria la filtración del aceite por medio de tierra fuller o diatomacea que permite la retención de impurezas y productos del proceso de degradación para garantizar la purificación del aceite. Extracción por solvente

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Esta técnica es uno de los procesos más económicos y más eficientes en la recuperación de aceites usados. Éste proceso reemplaza el proceso de ácidoarcilla produciendo un lodo orgánico útil en lugar de un lodo toxico. Al final Éste proceso es capaz de remover entre 10-14% del aceite usado como contaminante, lo cual corresponde a la cantidad de aditivos e impurezas que normalmente se encuentran en el aceite usado. El sistema debe tener la capacidad de separar el máximo posible de lodos del aceite usado y al mismo tiempo perder la mínima cantidad de base lubricante en los lodos. Sedimentación: El aceite usado se guarda en un tanque con fondo cónico para permitir la sedimentación de partículas grandes, se deja en el tanque por 3 días

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para homogenizarlo. Adición del solvente: Se adiciona al aceite usado el solvente (se recomienda usar: 2-propanol, MEK o 1-butanol). El proceso consiste en mezclar el aceite usado y el solvente en proporciones adecuadas para asegurar una completa miscibilidad de la base lubricante en el solvente. El solvente debe retener los aditivos y las impurezas orgánicas que normalmente se encuentran en los aceites usados. Agitación: Se agita a 275 rpm durante 15 minutos, estas condiciones aseguran un mezclado adecuado. La mezcla se deja sedimentar por 24 horas, estas impurezas floculan y sedimentan por acción de la gravedad. Lavado: Después de esto se lavan los lodos usando 2-propanol y n-hexano, éste proceso de lavado remueve un 95% del aceite intersticial presente en los lodos. Evaporación: Siguiendo el proceso de lavado los lodos se llevan al horno por 5 minutos a 100oC para evaporar el exceso de solventes. Las perdidas del aceite se calculan como el peso de los lodos húmedos antes de lavarlos menos el peso de los lodos secos sobre el peso del aceite adicionado en la mezcla. Se recupera el solvente por destilación para propósitos de reciclaje. Proceso berk Éste proceso provee una recuperación promedio de la base 95% en peso con una reducción de cenizas del 75%

de oxigeno bajo condiciones controladas. El calor de combustión se encuentra a partir de observaciones de temperatura, antes, durante y después de la combustión. Se hacen las correcciones por transferencia de calor, productos que causan calores de disolución, etc. Generalmente la combustión se efectúa utilizando una camisa de agua que eleva la temperatura conjuntamente para que la prueba sea adiabática. El calor obtenido por este método es el poder calorífico superior o bruto (HHV). La chaqueta de la bomba se muestra en la figura 2.

RESULTADOS Entre las practicas realizadas en laboratorio se desarrollo las técnicas de acido arcilla y la de extracción por solvente, entre los dos se obtuvieron mejores resultados con el proceso de acido arcilla en cuanto a propiedades de color y apariencia, debido a la reacción del acido sulfúrico se genero una superior cantidad de lodos logrando mayor remoción de contaminantes; en el proceso de destilación de solvente se noto que las propiedades como la viscosidad y la densidad son mejores se obtiene un mayor porcentaje

Figura 2. Chaqueta bomba calorimétrica

COMBUSTIBLES

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Evaporación: En este proceso el aceite se calienta hasta 170°C, deteniéndose a 100°C para permitir la evaporación del contenido de agua. Arriba de 100°C se eliminan otras materias volátiles como gasolina o solventes orgánicos que pueden haberse mezclado con el desecho de aceite. Adición del solvente: Se adiciona al aceite usado el solvente 2-propanol-metilcetona-1-butanol con una relación de aceite de 3:1. El solvente debe retener los aditivos y las impurezas orgánicas que normalmente se encuentran en los aceites usados. Sedimentación: Se logra una precipitación de lodos que se consigue con el uso del solvente. Filtración: Al final es necesaria la filtración del aceite por medio de tierra fuller o diatomácea que permite la retención de impurezas y productos del proceso de degradación para garantizar la purificación del aceite. Comparación de poder calorifico El calor de combustión se determina en este método quemando una muestra en una bomba calorimétrica AVANCES Investigación en Ingeniería - 2007 No. 6

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de recuperación de la base lubricante con respecto al aceite inicial que en el proceso de acido arcilla; ambientalmente los lodos que se producen en el proceso de acido arcilla son mas tóxicos que los producidos en el proceso de extracción por solvente. Método acido y arcilla Esta tecnología es la más común para la limpieza de aceites usados. La reacción del aceite y del ácido sulfúrico sirve para disolver o precipitar las sales y las partículas del metal, los compuestos aromáticos, los ácidos orgánicos, los compuestos polares y la suciedad; los cuales forman un lodo. En este proceso se obtiene productos de poca calidad, además produce un impacto al medio ambiente por la producción de un lodo acido si no se controla adecuadamente; así mismo, hay poca producción de base de aceite.

aceites re refinados la densidad de el proceso de re refinación de acido arcilla. En la figura 3 e muestra la toma de densidad. Según los resultados obtenidos se evidencio que la viscosidad de los aceites usados es mayor que la de los aceites tratados, siendo superior en cuanto a los aceites re refinados la viscosidad de el proceso de re refinación de acido arcilla, la figura 4 muestra la toma de viscosidad. Al comparar esta propiedad entre los aceites re refinados se evidencio que se encuentra en un rango mayor el poder calorífico del aceite tratado por el método acido-arcilla con respecto al aceite tratado por extracción de solvente. El aceite tratado tiene características físico-químicas que le permiten un desempeño en sus aplicaciones Figura 3. mediciones de la densidad

Tratamiento extracción solvente

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Esta tecnología permite el proceso del aceite usado en un aceite industrial bajo o combustible industrial ardiente limpio. Los contaminantes, tales como suciedad, plomo, arsénico y otros metales y productos químicos ambientalmente perjudiciales, quitados del aceite usado químicamente, están contenidos en un residuo que se puede utilizar con seguridad como modificante del asfalto.

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Los resultados de las propiedades medidas en el laboratorio son mostrados en la tabla 2, el A.C.P.M es mostrado para comparación. Según los resultados obtenidos se evidencio que la densidad de los aceites usados es mayor que la de los aceites tratados, siendo superior en cuanto a los

Tabla 2. Propiedades de los aceites tratados en laboratorio ACEITE USADO (sin tratar)

ÁCIDO ARCILLA

EXTRACCIÓN POR SOLVENTE

Densidad

0.91 gr/cm3

0.876 gr/cm3

0.868 gr/cm3

Viscosidad

471.4 cp

364.2 cp

344.5 cp

Poder calorífico

10,8633 KJ/gr

11,8847 KJ/gr

10,8887 KJ/gr

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A.C.P.M

27,4979 KJ/gr

Figura. 4 Medición de viscosidad

CONCLUSIONES Una vez conocida la composición química de un aceite usado, se pueden buscar destinos finales adecuados, basados en el tratamiento de este residuo. El método de recuperación a elegir está íntimamente ligado a la composición química de un aceite usado, aunque en algunos casos el factor decisivo es la disposición de infraestructuras adecuadas. Cuanto menor sea la calidad del aceite base en el aceite usado, menor será su valor económico y mayor será el precio y dificultad de su tratamiento. La calidad del aceite tratado es mayor que el aceite sin tratamiento. Se pretende connotar la constante vulnerabilidad que presenta el medio ambiente (e implícitamente la salud humana) frente al aceite usado, el cual es un residuo peligroso que se maneja en volúmenes elevados en el país, es decir, se busca concienciar sobre el impacto negativo que involucra un inadecuado manejo y una incorrecta disposición de este residuo.

BIBLIOGRAFÍA GOODING, Garavito Néstor. Lubricación industrial, Ed. Universidad Nacional Facultad de ingeniería. 1998. BAILEY, Alton. Aceites y grasas industriales. Barcelona, Editorial Reverte. POLITICA AMBIENTAL PARA LA GESTION INTEGRAL DE RESIDUOS O DESECHOS PELIGROSOS. Ministerio del medio ambiente, vivienda y desarrollo territorial. Dirección de desarrollo sectorial sostenible. 2005.

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Entre mayor sea el volumen de los aceites usados sometidos a tecnología de descontaminación y limpieza, a su vez será mayor el beneficio preventivo para la situación medioambiental nacional dada por un aporte de valor agregado para el estado por la “liberación” de recursos naturales no renovables.

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como combustible, ya que su poder calorífico puede llegar a 10 % mas que el aceite sin tratamiento y puede competir con combustibles como el fuel oil o los crudos y sus mínimas emisiones de SOx, NOx, CO2 y CO están muy por debajo de las de estos, lo cual protege el medio ambiente.

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