UNIVERSIDAD NACIONAL DE CÓRDOBA FACULTAD DE CIENCIAS AGROPECUARIAS ÁREA DE CONSOLIDACIÓN DE CULTIVOS EXTENSIVOS

Elaboración de Biodiesel a partir de aceite crudo de soja

Alumnos:

Chiariotti, Javier Raúl Rinaldi, Sebastián Villaluce, Bruno Eloy

Tutor:

Ing. Agr. Darré, Carlos

2011 1

ÍNDICE INTRODUCCIÓN………………………………………………………………….…….4 ¿QUÉ ES EL BIODIESEL? ………………..………………..……………………..…..5 ¿Cómo se hace? ………………..………………..………………………..…....5 Proceso químico………………..………………..………………..…………..…6 Proceso de transesterificación insumo – producto…………………………..6 LEGISLACIÓN………………..………………..………………..………………….……7 ¿Donde se puede usar? ………………..………………..……………………..8 Los principales aspectos de la ley………………..……………………..……..8 La aplicación de la ley trae como beneficios………………..……..….….…..8 SITUACIÓN MUNDIAL………………..………………..………………..……………..10 Estados Unidos………………..………………..………………..……………...11 Europa………………..………………..………………..……………………......11 ARGENTINA Y EL MUNDO………………..………………..……………………..…..12 Reseña Histórica: biocombustibles en Argentina……………………….…...13 MERCADOS INTERNACIONALES………………..………………..…………….…..18 Argentina consolidó su posición como 5° productor del mundo en 2009....19 GenRen: un mercado nuevo para productores de biocombustibles……….21 Exportaciones………………..………………..……………………………..…..23 Retenciones………………..………………..……………………………...…....23 MATERIA PRIMA....……………..………………..…………………....…………...…..23 Variabilidad en el contenido de proteína y aceite………………..……..……24 INDUSTRIALIZACION………………..………………..………………..………….…..25 Extracción de aceite………………..………………..…………………………..25 Extrusado - prensado, una manera eficiente de extraer aceite…....25 El proceso de extrusado………………..…………………...…..25 El proceso de prensado………………..………………………..26 Ensayo de potencia……………………………………………………………..29 EXPERIENCIAS PROPIAS DEL GRUPO EN PRODUCIÓN DE BIODIESEL…...30 Experimento en laboratorio N° 1………………..……………………….……..30 Experimento en laboratorio N° 2………………..……………………….……..32 2

PRUEBA DEL BIODIESEL EN TRACTOR………………..…………………...……..34 Funcionamiento………………..………………..………………..……...……...35 AGRADECIMIENTOS………………..………………..………………..……………....36 BIBLIOGRAFÍA………………..………………..………………..………………….…..37

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INTRODUCCIÓN Este trabajo está orientado a la obtención de Biodiesel a partir de aceite crudo de soja. El uso de biodiesel tiene muchas ventajas ecológicas, es un recurso renovable, es bio-degradable, es menos contaminante que el gasoil mineral, reduce partículas (smog) en más de un 50% y las emisiones de CO2, principal responsable del “efecto invernadero” y que produce el calentamiento global del planeta, también está libre de sulfuro, benceno y aromatizantes potencialmente cancerígenos. Para la obtención de biodiesel se utiliza, en nuestro país, aceite crudo de soja debido a que es la principal fuente de aceite que se puede encontrar en Argentina en cantidad a lo largo del año, manteniendo características de calidad constante. La producción de biodiesel está creciendo en Argentina a ritmos muy elevados (2250% en el período 2006-2011) debido a la gran demanda que posee este producto a nivel nacional y mundial. Nuestro país cuenta con políticas de estado que incentivan el desarrollo de nuevas plantas de producción a través de subsidios, incentivos y principalmente obligando a que el gasoil sea cortado cada vez con un mayor porcentaje de biodiesel, actualmente es del 7% (B7). A su vez la Argentina tiene disponibilidad de capitales y tecnología a nivel nacional que permiten una gran producción teniendo una gran competitividad con respecto a otros países, ya que cuentan con el principal insumo a bajo costo que es el aceite, además de vías fluviales que permiten la rápida salida de la producción al menor costo posible de transporte, entre otras cosas. Por todos estos motivos consideramos que la producción de biodiesel va a seguir aumentando y con ello la importancia que va a ir tomando en la economía Argentina. Es por ello que queremos llevar a la práctica la experiencia para evaluar la complejidad del proceso y explicar de ese modo porque está en auge dentro del contexto de mercado nacional e internacional de los últimos años.

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¿QUÉ ES EL BIODIESEL? Es un combustible sustituto total o parcial del gasoil de combustión limpia, no tóxico y biodegradable elaborado a partir de recursos naturales y renovables, siendo los aceites vegetales nuevos o usados y grasas animales las materias primas utilizadas en su fabricación. Su concepto nace en 1895 cuando Rudolf Diesel desarrolló el primer motor diesel usando aceite de maní como combustible. Años más tarde, en 1980, se comenzaron a realizar estudios para la utilización de los ésteres de los ácidos grasos como combustible. El biodiesel es el éster (metílico o etílico) de un ácido graso de origen vegetal. Se puede utilizar cualquier aceite, siendo más empleados los de soja, colza, girasol, maní, etc. “El uso de los aceites vegetales como combustible y fuente energética podrá ser insignificante hoy, pero con el curso del tiempo será tan importante como el petróleo y el carbón.” Rudolph Diesel (1858-1913) ¿Cómo se hace? La reacción más utilizada en la industria para la producción de biodiesel es la transesterificación. En esta reacción los triglicéridos reaccionan con un alcohol (metanol o etanol) para dar como resultado mono alquil ésteres y glicerol. Esta reacción se realiza en presencia de un catalizador básico debido a que éste es el que presenta mejor performance y mayor velocidad de reacción en condiciones moderadas de presión y temperatura. Luego de la reacción, el biodiesel crudo presenta un alto contenido de alquil ésteres, pero además presenta impurezas tales como jabones, catalizador, agua, metales, alcohol y glicerol libre, que deben ser eliminados en posteriores etapas de purificación. El proceso de purificación consiste en lavar el biodiesel resultante de la reacción para eliminar las impurezas presentes. En una primera etapa se utilizan 5

soluciones de ácidos para neutralizar el catalizador, evitar saponificación y formación de emulsiones por acción de los jabones formados en la etapa de transesterificación. La segunda etapa es para eliminar el ácido remanente de la primera etapa de lavado y terminar de extraer impurezas. Se han desarrollado también adsorbentes sólidos de diferente naturaleza, como los silicatos y resinas de intercambio iónico.

Proceso químico

Proceso de transesterificación insumo – producto

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LEGISLACIÓN La Ley nº 26.093 del Régimen de Regulación y Promoción para la Producción y usos Sustentables de Biocombustibles, fue aprobada 19 de abril de 2006 y promulgada el 12 de mayo de 2006. Se considera como biocombustible a un combustible sustituto del gasoil de combustión limpia, no tóxico y biodegradable elaborado a partir de recursos naturales y renovables, la materia prima son los aceites vegetales nuevos o usados y grasas animales.

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¿Donde se puede usar? En todo vehículo diesel, sin necesidad de modificación alguna. 

Automóviles



Colectivos



Camiones



Embarcaciones



Trenes



Aviones

Puede ser mezclado con gasoil o puro (B100).

Los principales aspectos de la ley son: Art. 5: Solo podrán producir biocombustibles las plantas habilitadas a dichos efectos, para su habilitación deberán cumplir con las normas de calidad y su producción sustentable (tratamiento de efluentes y control de residuos). Art. 9: Aquellas instalaciones que hayan sido aprobadas para el fin específico de realizar mezclas, deberán adquirir los productos definidos en el art. 5, exclusivamente a las plantas habilitadas a ese efecto. Art 7 y 8: Todo combustible líquido caracterizado como gasoil y nafta y que se comercialice dentro del territorio nacional deberá ser mezclado por las instalaciones aprobadas con biodiesel y bioetanol en un porcentaje del 5% como mínimo.

La aplicación de la ley trae como beneficios:  Eximición del IVA y del impuesto a las Ganancias (adquisición bienes de capital y obras de infraestructura)  Exención impuesto a los combustibles líquidos y gaseosos  Exención tasa de gasoil  Tasa de Infraestructura Hídrica

También establece la estabilidad fiscal por 15 años. Además, siempre y cuando su capital mayoritario pertenezca al Estado y/o productores agropecuarios 8

y/o cooperativas de productores agropecuarios, corresponderá la liberación de IVA por 15 años en las compras de materias primas, insumos y bienes de uso, y en las ventas de biocombustibles y subproductos de su proceso industrial.

Los Beneficios promocionales son para las siguientes personas jurídicas o no que cumplan con los siguientes requisitos:  Quienes se instalen en el territorio de la Nación Argentina  Sean Sociedades comerciales (privadas Públicas o mixtas)  Hayan sido aprobadas por la autoridad de aplicación (normas de calidad y tratamiento de efluentes)  Accedido al cupo fiscal

La ley priorizará los proyectos en función de los siguientes criterios:  Promoción de la pequeña y mediana empresa  Promoción de productores agropecuarios  Promoción de economías regionales

Gráfico 1: Asignación inicial de cupo nacional de biodiesel

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SITUACIÓN MUNDIAL Gráfico 2: Evolución de la producción mundial de aceite vegetal desde el año 1995 al 2008

Gráfico 3: Composición mundial de la oferta de aceite vegetal por cultivo

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Estados Unidos A pesar del crecimiento que ha experimentado el sector, expertos en biodiesel en Estados Unidos consideran que la capacidad de producción es muy pequeña para alcanzar la demanda existente. La cantidad de soja y colza disponible como materia prima para esta industria representa apenas el 2% del consumo anual. El Consejo Nacional de Biodiesel se ha propuesto como meta llegar a 3.790 millones de litros para el 2015, y las empresas no solo aspiran a cubrir esa demanda interna, sino también a exportar. Pero la producción en EE.UU. no podrá responder a la creciente demanda del biocombustible, por lo que se requiere mayor producción y nuevos proveedores de materia prima, lo que podría significar la expansión de la frontera agrícola en el Tercer Mundo. Aún si el uso de biocombustibles cumpliera con los pronósticos más optimistas, EE.UU. seguiría dependiendo del petróleo extranjero.

Europa En Europa, el biocombustible de mayor uso es el biodiesel. Este es producido principalmente a partir del aceite de la semilla de colza (43% de aceite) y, en los últimos años, a partir de soja, girasol y palma. La política agrícola común de la Unión Europea incluye pagos especiales y reglas para el uso de la tierra para la producción de cultivos dedicados a los biocombustibles. En relación al uso del suelo, los agricultores europeos puedes destinar el 10%

de

su

propiedad

para

sembrar

semillas

oleaginosas

destinadas

exclusivamente a uso no alimenticio, pues hay un memorando de entendimiento entre Estados Unidos y la Unión Europea, a través del cual se limita la producción Europea de semillas oleaginosas. La directiva Europea que regula los impuestos a los productores energéticos y a la electricidad ha establecido una reducción del 50% de los mismos a los biocombustibles que van a ser utilizados en transporte.

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ARGENTINA Y EL MUNDO En Argentina el 52% de la energía eléctrica se produce en centrales térmicas, que funcionan a gas o diesel, el 43% en usinas hidroeléctricas y apenas el 4% es energía nuclear. El 1% restante es de otras fuentes, entre ellas la energía eólica. Cuadro 1: Matriz energética Nacional Carbón mineral

0,84 %

Petróleo

40,20 %

Gas natural

43,63 %

Nuclear

1,61 %

Hidráulica

6,04 %

Leña

1,07 %

Bagazo

1,06 %

Otros primarios

2,49 %

El biocombustible que más se promociona es el biodiesel. Para cubrir la demanda de biodiesel a base de aceite de soja en el transporte automotor de cargas, y para un combustible que sólo posea un 20% (B20) de este componente, se estimó que deberían molerse unas 9,7 millones de toneladas de grano de soja. En el caso de cubrir la demanda de este combustible en el sector agropecuario, se requerirían unas 3,7 millones de toneladas adicionales. En el caso hipotético de querer cubrir el 100% de la demanda de gasoil mediante mezcla de B20 en el sector transporte automotor y agropecuario, implicaría unas 13,4 millones de toneladas.

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Gráfico 4: Distribución del uso del Gasoil en Argentina

Reseña Histórica: biocombustibles en Argentina En 2006 se publicó la Ley de Biocombustibles 26.093, cuyo enfoque era el desarrollo

de

un

mercado

de

biocombustibles

para

consumo

interno,

estableciéndose cortes obligatorios de B5 de biodiesel y E5 de etanol a partir del 1º de enero de 2010. Sin embargo, la industria mundial de biocombustibles ya había nacido, y los grandes centros de consumo como Europa y los EE.UU. habían establecido metas ambiciosas y concretas para el uso de biocombustibles en sus matrices energéticas.

El sector privado argentino, liderado por las grandes aceiteras,

vislumbró esta oportunidad a tiempo y se convirtió en una de las primeras industrias a nivel mundial en construir plantas grandes de tipo “world class” de biodiesel con tecnología extranjera cuyo enfoque era el mercado de exportación, principalmente Europa. La ley 26.093 fue reglamentada tardíamente (a fines de 2007) con el Decreto 109/07, cuando ya había varias plantas funcionando. La resolución que regula los aspectos de seguridad, por ejemplo, no se publicó hasta fines del 2008, 13

cuando la capacidad instalada nacional ya hacía de Argentina una potencia internacional. Esta reglamentación, junto con las resoluciones 266/08; 1296/08; 6/10; y 7/10, establecieron el marco regulatorio para el biodiesel. Gráfico 5: Evolución de la capacidad productiva de biodiesel en argentina

Gráfico 6: Distribución geográfica de la capacidad instalada en 2011

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Gráfico 7: Distribución de capacidad instalada por categoría de productor

Vemos que los pequeños independientes mantienen una posición fuerte en el mercado nacional ampliado a B7. El grafico lo muestra claramente: a pesar de tener solamente el 20% del total de capacidad instalada en el país, representan el 43% del total del cupo nacional, lo cual le permite a las grandes aceiteras seguir enfocadas a los mercados de exportación.

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Cuadro 2: Evolución de la capacidad instalada de biodiesel, 2006 al 2011 por empresa productora en Argentina

Estas nuevas plantas tendrán el efecto de retomar la tendencia alcista del tamaño promedio de las plantas productoras en nuestro país, llegando a 118.600 toneladas de capacidad promedio por planta en 2011. Como se ve en el cuadro 2, el tamaño promedio en la Argentina ha estado creciendo consistentemente desde su nacimiento en el 2006, cuando ninguna de las cinco plantas productoras tenían una capacidad mayor a las 48.000 toneladas, y el promedio era de 26.000 toneladas/año; estas llegaron a su apogeo en el 2009 con un promedio mayor a 130.400 toneladas/año. El tamaño promedio cayó un 18% en el 2010 con la incorporación de seis plantas PyMES, ninguna de las cuales tienen una capacidad mayor a 50.000 toneladas y representa el efecto del comienzo del corte obligatorio nacional.

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Gráfico 8: Evolución del tamaño promedio de las plantas de biodiesel en la Argentina

Aun así, la industria argentina de biodiesel es reconocida por sus economías de escala, tamaño y consecuente eficiencia, ciertamente cuando se la compara con las industrias de otros países líderes en producción. Por ejemplo, la Unión Europea tiene 245 plantas instaladas con una capacidad total de 21,9 millones de toneladas/año, o sea un tamaño promedio por planta de 89.400 toneladas, aunque el promedio viene subiendo de 66.300 toneladas desde el 2008. España, el sexto productor del mundo con 53 plantas, tiene un promedio de 77.360 toneladas/planta.

Y Estados Unidos cayó al tercer puesto mundial de

producción en 2009. Tiene con sus 151 plantas una capacidad total de 7 millones de toneladas, con un promedio de apenas 46.400 toneladas/planta. La industria estadounidense de biodiesel se está desmantelando y re-estableciéndose, según proyecciones del Environmental Protection Agency, que prevé que para el año 2022 el número total de plantas productoras bajará de 151 a solamente 35, pero con una capacidad promedio de 100.000 toneladas/año. Más cerca de casa, Brasil, con una capacidad instalada de 4,44 millones de toneladas distribuidas entre sus 63 plantas autorizadas en todo el país, tiene un promedio de aproximadamente 70.500 toneladas capacidad/planta. 17

Gráfico 9: Comparativo del tamaño promedio de plantas de biodiesel en el mundo en el año 2010

Aquí tenemos una vez más una indicación del éxito de la industria argentina de biodiesel.

Como se ha establecido en estudios anteriores, la industria

argentina de biodiesel está segmentada en tres clases o castas. Las “Grandes Aceiteras” tienen plantas con un tamaño promedio de 231.400 toneladas/año; los “Grandes

Independientes”

de

200.000

toneladas/año;

Independientes” de apenas 35.600 toneladas/año. segmentos

más

grandes

(representadas

por

y

los

“Pequeños

Como vemos, estos dos solamente

nueve

plantas

productoras) claramente tienen ventajas de escala, a las cuales se les puede agregar proximidad a la materia prima y a puertos de embarcación; están perfectamente preparadas para exportar su producto. Los argumentos utilizados por otros países reclamando que la Argentina tiene acceso a beneficios especiales no reconocen esta tremenda eficiencia ni las retenciones que deben pagar las exportaciones de biodiesel.

MERCADOS INTERNACIONALES Los mercados internacionales siguen creciendo, aunque la capacidad instalada globalmente continúa creciendo más rápidamente aún. Esto solamente 18

puede resultar en más conflictos comerciales entre países al continuar creciendo la presión de obtener un retorno adecuado a una inversión.

Argentina consolidó su posición como 5° productor del mundo en 2009 Por segundo año consecutivo, Alemania, lejos el mayor productor de biodiesel del mundo, redujo su producción en 2009, esta vez en un 10% comparado con el 2008, llegando a un total de 2,5 millones de toneladas. Francia continúa siendo uno de los mercados más eficientes del mundo en términos de biodiesel, con un mercado sólido y uno de los índices de producción (como porcentaje de capacidad instalada) más altos del mundo. Su producción creció un 8% a casi dos millones de toneladas y subió de tercer a segundo productor del mundo, quitándole el espacio de segundo a los EEUU, quien lo mantenía desde el 2006. El gran perdedor del año fue la industria de los Estados Unidos, que perdió una batalla legal con Europa, efectivamente cerrándole la puerta a los productores mas grandes a ese mercado, junto con la eliminación del subsidio de casi un dólar por galón de biodiesel producido (unos $300 dólares la tonelada), sin el cual estas plantas no tienen márgenes para mantenerse económicamente viables. Estados Unidos cayó de segundo productor del mundo al tercero con 1,68 millones de toneladas producidas en 2009. Y aunque el subsidio se re-instaló en diciembre del 2010, muchas plantas ya habían declarado la quiebra y es improbable que la industria de este país retome la fortaleza de años atrás. Brasil continuó como cuarto productor con 1,4 millones de toneladas en 2009 y subió al tercer puesto mundial en 2010, reflejando el crecimiento sólido del mercado nacional de biodiesel en ese país. Aún no exporta biodiesel, en función del tamaño de sus plantas y de su gran distribución geográfica, además de estar lejos de los puertos de embarque. Es difícil pensar que Brasil pueda llegar a ser un exportador importante de biodiesel. La Argentina mantuvo el quinto puesto del mundo en 2009 y subió al cuarto lugar en 2010. La producción nacional subió un 31% a 1,2 millones de toneladas en 2009 y ya somos miembros del “club de los millonarios”, países que producen 19

más de un millón de toneladas por año de biodiesel. Es importante notar la inercia mayor de nuestro mercado: mientras que en el 2008 la producción del número uno, Alemania, era tres veces la de la Argentina, en 2009 es de solamente el doble, o sea una reducción en la brecha importantísima. Cuadro 3: Ranking mundial de producción de biodiesel en 2009

Esta inercia continuó en el 2010. Estados Unidos, por ejemplo, ya produce menor cantidad que Brasil y Argentina en cada mes del 2010 a la fecha; sin embargo, con la reinstalación del subsidio federal que se dio en diciembre 2010, su producción aumentará de nuevo, pero queda por ver cuántas plantas volverán a producir. A su vez, la producción de Brasil sigue constante. A diferencia de estos mercados, la Argentina sigue aumentando su producción: mientras que los mercados de exportación ya tienen solidez y consistencia, el mercado nacional comenzó exitosamente con un B5 en Abril 2010 y fue aumentado a un B7 en Julio, aunque por separado hubo meses sin definición de precios, lo cual afectó negativamente a la industria.

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Gráfico 10: Evolución de la producción de biodiesel total en 2010 de Argentina, Brasil y Estados Unidos

Cuadro 4: Evolución de la Argentina como productor mundial de biodiesel, 2007-2010

GenRen: un mercado nuevo para productores de biocombustibles La licitación del gobierno nacional para generar 1.015 megawatts (MW) a partir de fuentes renovables como la eólica, solar, biomasa, geotérmica, mini21

hidroeléctrica y biogás recientemente también emergió como un nuevo mercado para los productores de biodiesel del país. La licitación original buscaba oferentes por un total de 150 MW generados a partir de equipos térmicos que funcionaran con biodiesel (en vez de gasoil o gas natural), buscando generar energía renovable.

El mercado ofreció siete

propuestas privadas por un total de 155 MW a ENARSA; de éstas, el gobierno aceptó cuatro de ellas por un total de 110 MW de energía térmica a partir de biodiesel. Estos cuatro proyectos requerirán de un total estimado de casi 150.000 toneladas/año de biodiesel para generar los 110 MW, abriendo una puerta nueva a productores de todas las castas del país, y también ayuda a explicar la nueva ola de interés en construcción de capacidad adicional. En este punto se abre un enorme potencial, dado que la instalación de estos equipos es relativamente rápida y sencilla; una vez conectados a la red de distribución eléctrica, la generación es instantánea, y a diferencia de la energía eólica que requiere de viento o la solar que requiere sol, esta puede brindarse a demanda. De esta manera la industria nacional de biodiesel ahora tiene tres mercados, a saber:

Gráfico 11: Posibilidad de comercialización que brinda el GENREN

Es importante hacer notar que en el 2010 no se consumieron las 150.000 toneladas de biodiesel para GenRen dado que las plantas generadoras de 22

electricidad a biodiesel no se han comprado o instalado aún. Asimismo, el consumo de biodiesel para el corte fue de unas 600.000 toneladas debido a que el corte no comenzó hasta Abril, no fue ampliado a B7 hasta Agosto, y perdió inercia con el desacuerdo de precios. Esto nos deja claro que el volumen exportado fue de aproximadamente 1,3 millones de toneladas, lo cual nos impulsó al cuarto lugar del mundo entre los productores globales.

Exportaciones - En 2007 se exportaron 170.000 Tn. - En 2008 se exportaron más de 700.000 Tn. - En 2009 se exportaron 1,2 millones de Tn. - En 2010 se exportaron 1,3 millones de Tn. Retenciones La alícuota de renciones al Biodiesel estuvo establecida en 14% hasta 2010, siendo actualmente del 27%. Este porcentaje es menor al que tributa el aceite de soja (32%) y el grano tal cual (35%).

MATERIA PRIMA El porcentaje de proteína en la semilla de soja es de un 40% aproximadamente y el de aceite fluctúa alrededor del 21% en la mayoría de los cultivares. Estos 2 componentes constituyen cerca del 61% del peso seco de la semilla, conteniendo además un 34% de carbohidratos. La proteína tiene un excelente balance de aminoácidos que en comparación con otras proteínas vegetales, pero es de menor calidad que la proteína animal. El aceite de soja es rico en ácidos grasos esenciales, conteniendo alrededor del 85% de ácidos grasos insaturados, siendo los principales, oleico, linoleico y linolénico (varía entre el 0,3 y 12,1 % dando la calidad del aceite). El acido linolénico tiene 3 dobles ligaduras y es fácilmente oxidable, dando un sabor desagradable y baja estabilidad en los aceites en el almacenaje. En el 23

proceso de hidrogenación se eliminan doble estas ligaduras y mejora la estabilidad de los mismos. La enzima lipoxigenasa presente en el grano juega un rol importante en la oxidación de lípidos y proteínas durante el procesamiento y almacenaje, produciendo un sabor amargo, rancio, que afecta la calidad del aceite y los productos alimenticios. Tratamientos de calor durante el proceso inactivan esta enzima, sin embargo alta temperatura y humedad también desnaturalizan e insolubilizan las principales proteínas de la soja, limitando su uso en la industria alimenticia. El grano de soja posee además factores antinutritivos, tales como los inhibidores de tripsina, hemaglutininas, saponinas, isoflava-glicosidos y factores antivitamínicos que se inactivan o destruyen también por medio de un tratamiento térmico adecuado, que implica control de tiempo, temperatura y humedad. El mismo es de primordial importancia en la elaboración de harina de soja de máxima calidad nutritiva, produciendo a la vez una marcada mejoría en las características de sabor. Conociendo estas características del grano y los procesos físicos que ocurren en el prensado a partir del cual obtenemos el aceite para elaborar el biodiesel, podremos determinar los pasos a tener en cuenta en la elaboración de una harina proteica de buena calidad, que es el principal subproducto del extrusado del grano de soja.

Variabilidad en el contenido de proteína y aceite El contenido de proteína y aceite puede estar influenciado por el genotipo y las condiciones de suelo y clima de cada lugar en particular. Se encontró que la proteína puede variar entre 30 y 46% y el aceite entre 12 y 24%. El efecto de temperaturas mínimas y máximas, y el atraso en la fecha de siembra están relacionados al contenido de aceite. La incidencia de la temperatura en el aceite es más evidente 20 o 30 días antes de la madurez.

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Se reporta una correlación positiva entre proteínas y aceite y la temperatura media acumulada en el ciclo. Actualmente se torna relevante orientar el mejoramiento genético hacia la obtención de cultivares de mayor cantidad y calidad de aceites y proteínas, para competir a través del ofrecimiento al mercado de un producto de valor diferenciado. La soja argentina es de muy buena calidad industrial, medida por el contenido de proteínas y aceite presente en el grano. Ambos parámetros varían según la latitud, observándose en el norte una tendencia a mayor contenido de aceite y menor contenido de proteína que en la zona central.

INDUSTRIALIZACION Extracción de aceite Extrusado - prensado, una manera eficiente de extraer aceite El sistema de extrusado-prensado es el tratamiento mecánico mas eficiente y productivo para la extracción de aceite de semillas con alto contenido graso como la soja, girasol, colza, canola, etc. través de un proceso previo de calentado de la soja, para luego pasar por las prensas, el sistema de extrusado logra una eficiencia bruta de entre el 70-80% de la cantidad del aceite contenido en la semilla (21%). En el caso de la soja, de cada una tonelada procesada, se extrae entre 130 y 150 litros, dependiendo de varios factores. El sistema de extrusado – prensado consta de dos partes bien definidas. a) El proceso de extrusado b) El proceso de prensado

El proceso de extrusado La base del proceso de extrusado consiste en aplicar al grano altas temperaturas (132 a 145 grados centígrados) en breves periodos de tiempo (20 a 60 segundos). A grandes rasgos, el proceso tiene 3 etapas: 25



El ingreso del grano a la extrusora



Su paso a través de un tornillo con una configuración especifica



Salir a presión por un orificio final Durante este proceso, el grano es sometido a una presión de 35 a 40 atm y

friccionado contra las paredes del tornillo, generando las altas temperaturas necesarias para desactivar factores anti-nutrientes tales como la ureasa, la tripsina, la quimiotripsina, etc.

El proceso de prensado El grano, ya extrusado y convertido en una masa homogénea, es transportado hacia las prensas, donde, presionado por el tornillo de las mismas, libera su contenido de aceite. En el caso de la soja la eficiencia de extracción varía en el rango del 13% al 15%. El grano, ya pasado por las prensas, es denominado expeller. En el caso de la soja, este expeller contiene entre un 8% y 6% de aceite. Su valor proteico, gracias al proceso de extrusado, va del 40 al 43%. En el caso de descascarar la soja antes de su entrada a la extrusora, puede llegar a un 47% de proteínas. La condición óptima para ingresar la soja a la extrusora es: 

Una humedad del 13,5%



Preferentemente que tenga un proceso de pre-limpieza El porcentaje de extracción va del 13% al 15% para la soja y 37 a 41% para

el girasol.

Cuadro 5: Análisis de aceite de primer prensado

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Gráfico 12: Esquema de producción de Biodiesel

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Cuadro 6: Normas de calidad del Biodiesel

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Ensayo de potencia En una experiencia realizada en Alta Gracia, Córdoba se procedió a ensayar biodiesel de soja combinando dos diferentes calidades de gasoil. Para las pruebas se utilizo un vehículo Toyota Hilux 4x4 2009 3.0 lts turbocargado montado sobre un dinamómetro de rolos. Todas las mediciones se ejecutaron en cantidades suficientes como para asegurar el valor consistente de las mismas, fueros posteriormente tratadas estadísticamente. Dentro de las proporciones de biodiesel ensayadas las mezclas no afectan los valores de potencia, par máximo y consumo en niveles perceptibles por un conductor normal (Variaciones menores del 3%) En general tienden a reducirse los valores de humos de escape y de hidrocarburos incombustos. El tipo de combustible base (GO) afecta los resultados y no se observa linealidad en los cambios acorde con las proporciones de biodiesel.

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EXPERIENCIAS PROPIAS DEL GRUPO EN PRODUCIÓN DE BIODIESEL

Experimento en laboratorio N° 1 Se realizó en el laboratorio de la cátedra de Química Orgánica a cargo del Profesor Dr. Celso Camusso la primera experiencia para elaborar biodiesel a partir de aceite crudo de soja de primer prensado. El experimento se realizó de la siguiente manera: Se usaron los siguientes ingredientes: Para la elaboración de biodiesel se necesita por cada litro de aceite: -

200 ml de alcohol

-

4 gr de Na (OH)

-

0,2 ml Ac. fosfórico

-

200 ml de agua destilada Fotografía Nº 1

Los pasos a seguir para la elaboración de biodiesel son: 1) Mezcla de alcohol con Na (OH) (calentar si es necesario) 2) Calentar el aceite a 110 °C 3) Bajar la temperatura del aceite a 50 °C a baño maría 4) Agitar durante 30 minutos con una batidora el aceite y agregar lentamente el alcohol con Na (OH). 5) Dejar enfriar y reposar (en un decantador)

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6) Lavado: por cada litro de biodiesel, 200 ml de agua destilada + 0,2 ml de ac. fosfórico. 7) Mezclarlo con el biodiesel durante 15 a 20 minutos y removerlo 8) Repetir hasta que el agua salga transparente (limpia) (realizarlo en el decantador) 9) Calentar el biodiesel durante 5 minutos a 110°c para evaporar el agua. Materiales -

Termómetro

-

Batidora

-

2 recipientes (baño maría)

-

Decantador

-

Hornalla

-

Pipeta

-

Probeta o vaso de precipitado

-

Recipiente (para el alcohol antes de mezclarlo con el biodiesel, en lo posible de metal)

-

Varilla de metal o vidrio para batir.

Después de realizar estos pasos (hasta el 4 inclusive), el día 17/10/11 se dejó reposar 24 horas para que se produzca la decantación de las distintas fases de los compuestos. El día 18/10/11 se volvió al laboratorio y se observó que no se produjo la separación de las fases; no se observó ningún cambio. El Profesor Celso Camusso tomo una muestra y le agregó agua formándose en la misma una capa abundante de jabón, esto mismo se hizo con todo el compuesto y se produjo la misma reacción. El día 1/11 se le agregó agua a los compuestos y se formó una espesa capa de jabón en la parte superior del recipiente y en la inferior una capa de glicerina, sin la formación de biodiesel.

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Fotografía Nº 2

Reestudiando los pasos de la elaboración del biodiesel tratamos de determinar el problema que ocasionó la excesiva producción de jabón; recurriendo a distintas bibliografías y con la ayuda y asesoramiento del Profesor Camusso suponemos que la posible falla se puede adjudicar al PH del aceite crudo o bien al alcohol utilizado (etanol en lugar de metanol que es el alcohol recomendado para esta reacción).

Experimento en laboratorio N° 2 En este caso reemplazamos el alcohol etanol precursor de la reacción por metanol, asignándole la posible causa de la falla del experimento Nº1 al etanol. El experimento fue llevado a cabo los días 2 y 3 de Noviembre.

El experimento contó con los siguientes elementos: 

1067 gr de aceite crudo de soja



503 gr de metanol



10 gr de hidróxido de Sodio

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Los pasos para la realización fueron los siguientes: Se mezclaron todos los compuestos sobre un recipiente y se mantuvieron a 60 ºC en baño maría durante 2 horas en agitación para que se produzca una buena mezcla y acción de los compuestos. Una vez que se dejó en reposo se observó que se hallaban 3 fases dentro del recipiente. Una fase que se encontraba en el fondo y ocupaba alrededor de la tercera parte del total de la solución, esta fase corresponde a la glicerina que sedimento debido al mayor peso específico que tiene con respectos a los demás compuestos. En la fase media se encontraba el biodiesel mezclado con partes menores de glicerina, jabones y otros compuestos. En la fase superior se determinó la presencia de jabones y pequeñas partículas que se encontraban asociadas a varios compuestos y se encontraban flotando y dispersas en la solución. Consultamos al Profesor Celso Camusso y este determinó que las mismas podrían ser consecuencia de una mayor concentración de hidróxido de sodio que la recomendada. Fotografía Nº 3

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Se dejó reposar y se le realizaron lavados sucesivos con agua destilada. En cada lavado la separación del agua, jabones y demás compuestos que se encuentran mezclados con el biodiesel se separaron por medio de decantación. Fotografía Nº 4

PRUEBA DEL BIODIESEL EN TRACTOR Con las intenciones de probar en un motor diesel el funcionamiento del Biodiesel obtenido en el experimento Nº2, es que recurrimos a la Cátedra de Maquinaria Agrícola de la FCA y con la predisposición del Ing. Agr. M. Sc. Cosiansi Jorge Francisco, jefe de dicha Cátedra, el cual nos facilitó para la prueba un tractor Fiat Someca. Para realizar el experimento se necesitaron hacer algunas modificaciones en el tractor: 

Hacer un “tanque” de reserva del combustible aparte del existente en el tractor, el cual se sujetó con alambre al lado del tanque original. Fue realizado con una botella plástica de gaseosa de 2,1/4 litros, la cual se cortó en la base y se invirtió dejándole la tapa puesta en el pico en la cual se conectó la manguera que iba hacia la bomba inyectora. 34



Fue necesario modificar la llegada del retorno que viene de la bomba inyectora hacia la botella, en lugar de que regrese al tanque con el fín de que no se mezcle el Biodiesel puro con el Gasoil del tanque.



Debido a que contábamos con sólo un poco más de un litro de biodiesel para hacer dos pruebas en el tractor, debimos realizar un puente para evitar el paso por los filtros, ya que los mismos deben llenarse de biodiesel antes de que el mismo circule. Fotografía Nº 5

Funcionamiento Para probar el funcionamiento del tractor fue necesario primero ponerlo en marcha con gasoil ya que hacía unos meses que se encontraba sin funcionamiento. Para esto se necesito la ayuda de otro tractor New Holland que hiciera puente entre las baterías de los tractores y permitiera el arranque. Una vez encendido y viendo el funcionamiento del tractor, se dejo unos 5 minutos con gasoil para que el motor del tractor calentara bien. Luego se esperó a que se consumiera el gasoil que había en el nuevo tanque y se le agregó el biodiesel. A simple vista no se notó ningún cambio en el funcionamiento del motor del tractor con respecto al funcionamiento que venía llevando con gasoil. Si se pudo notar un olor a “fritura” en el ambiente que adjudicamos a la combustión del biodiesel. 35

AGRADECIMIENTOS

Agradecemos la colaboración de las siguientes personas y empresas que contribuyeron en la elaboración de este trabajo: 

Ing. Agr. Darré; Carlos

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Dr. Camusso; Celso

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Ing. Agr. M. Sc. Cosiansi, Jorge Francisco

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Técnico de la cátedra de maquinaria Jorge

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Grupo In-Ba-Cor

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BIBLIOGRAFÍA 

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Darré, Carlos. 2011. Clase Biodiesel. Área consolidación. UNC.

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Garibaldi, Alberto P. Ensayo de combustible biodiesel sobre vehículo en dinamómetro de rolos. Mercosoja 2011.

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