Introducción
El ser humano, a medida que va desarrollando nuevas tecnologías, ha tenido que desarrollar nuevos combustibles para poder hacer funcionar dichas maquinarias. En el siglo XVIII con la Revolución Industrial el carbón recobró una nueva función para darle movilidad a las grandes maquinarias y por consiguiente las industrias, el libre mercado fomentó la cultura de la innovación tecnológica haciendo equipos cada vez más funcionales y eficaces, lo que nos lleva a los inicios del siglo XX con el boom del petróleo, esta industria que consiste en la extracción de hidrocarburos que se encuentran a profundidades bajo suelos son los que se usan actualmente para el trabajo de motores en carros, motos, aviones, entre otros. En contraparte, los niveles de contaminación a nivel se evidencia en constante crecimiento, por lo que se encuentra una relación proporcional entre progreso tecnológico y contaminación. Para mitigar los contaminantes que se están generando de manera global distintas investigaciones han apuntado a nueva tendencias y prácticas menos perjudiciales, sin embargo, el uso de hidrocarburos se ha vuelto una necesidad inalienable en el día a día, por lo que han emergido alguna soluciones como lo es el biocombustible. En este caso se hablará del alcohol carburante, producto derivado de fuentes biológicas como el maíz, caña de azúcar o como se trabajará en el presente documento residuos de cáscara y fibra de limón y naranja. El producto mencionado anteriormente ha sido una alternativa al uso parcial de combustibles fósiles, ya que posibilita hacer una solución entre hidrocarburo y bioetanol. De manera somera, la producción de biocombustible a partir de productos orgánicos se da por un proceso de fermentación por medio de la transformación de azúcares y ácidos para conseguir alcohol, para purificar los lixiviados producidos en la fermentación es necesario separar el alcohol de otras sustancias como lo es el agua, para ellos es necesario hacer una destilación simple.
Materiales
Biomasa (Naranja y limón fermentado)
Mechero
Balón de destilación
Pesa
Vaso de precipitado
Termómetro
2 Soportes universales
2 Nuez
3 abrazaderas
Adaptador de tres vías
Trípode
Malla
Condensador
Matraz
Gorro
Gafas de seguridad
Guantes quirúrgicos
Bata
Bayetilla
Objetivos
General
- Obtener bioetanol a partir de cáscaras de naranja y limón utilizando el proceso de destilación simple para comprender la importancia de este biocombustible renovable.
Específicos
- Comprender cómo se realiza la fermentación de las cáscaras de naranjas y limones para producir bioetanol.
- Aplicar los pasos básicos del proceso de destilación simple para separar el bioetanol de la mezcla fermentada.
- Reconocer la relevancia del bioetanol como una alternativa sostenible a los combustibles fósiles, especialmente cuando se produce a partir de residuos agrícolas como las cáscaras de naranja y limón.
Marco teórico
Biomasa: La biomasa es una fuente de energía verde que puede contribuir a reducir la huella de carbono, ya que es neutra en emisiones de CO₂ y no incrementa el efecto invernadero. Esta misma se obtiene a partir de materia orgánica, de origen vegetal o animal.
La obtención de energía a partir de la biomasa se puede realizarse a través de varios métodos, dependiendo del tipo de material y el uso final de la energía. Algunos de los métodos más comunes incluyen:
Combustión directa: La forma más sencilla de aprovechamiento, donde la biomasa se quema directamente para producir calor.
Gasificación: Consiste en transformar la biomasa en un gas combustible (gas de síntesis) mediante su calentamiento a altas temperaturas en presencia de una cantidad limitada de oxígeno.
Fermentación: Es un proceso biológico que convierte los azúcares presentes en la biomasa en alcohol (etanol). Este método es comúnmente utilizado para producir biocombustibles líquidos
Digestión anaeróbica: Se utiliza para tratar residuos orgánicos, especialmente excrementos de animales y residuos urbanos, en un ambiente sin oxígeno. Este proceso produce biogás, una mezcla de metano y dióxido de carbono, que puede ser utilizado como combustible.
Pirólisis: Es el calentamiento de la biomasa en ausencia de oxígeno, lo que produce una mezcla de gases, líquidos (bio-aceite) y carbón (biochar).
Destilación simple: Es un procedimiento en el que los vapores producidos de un líquido son llevados directamente a un condensador, dentro del cual baja la temperatura de los vapores y se produce su condensación.
Se usa para separar un componente volátil de los componentes no volátiles presentes en un líquido. También se emplea para la separación de dos líquidos presentes en una disolución con puntos de ebullición muy diferentes.
Metodología
Preparación de la materia prima:
Para la producción de la biomasa se hizo uso de limón y naranja obtenido en la plaza de mercado Corabastos en Bogotá, dicha materia se encontraba en los puntos de desechos y también en el suelo en los puntos de descarga en dicho punto de comercio, en un intento previo cáscaras de naranja se habían recolectado en puntos de producción de jugo de naranja en la zona barrial de Escocia en la localización de Bosa.
Las cáscaras de naranja inicialmente se habían cortado a tamaños aproximados de 5 cm² con un peso de 469,56 g por una semana, sin embargo, esto no produjo lixiviado ni, por lo tanto, una fermentación significativa. Dado lo anterior se trató una biomasa complementaria, la cual se usó las cáscaras iniciales de naranja, nuevas naranjas y limones, estos tres elementos fueron pasados por licuadora para volver la materia los más fina posible, posterior a ello se adiciona vinagre y levadura, en la tabla 1 se ven en qué proporciones de los elementos usados. La mezcla se dispuso en un recipiente de vidrio, el cual cuenta con tapa para mantener una fermentación anaeróbica; sin embargo, como el fermento genera gases y por consiguiente presión dentro del recipiente, este se ha abierto dos veces para reducir dicha presión. La biomasa se puso a fermentar el 22/3/2024 y se espera dar uso el 5/4/2024 (dos semanas). El recipiente se deja en temperatura ambiente ≈16°C con exposición a 12 horas de luz natural y 12 horas de oscuridad.
Fuente propia
1- Corta las cáscaras de naranja y limón en trozos pequeños y colócalas en un matraz Erlenmeyer
2-Agrega agua, azúcar y levadura a las cáscaras en proporciones adecuadas.
3-Tapona el matraz con un tapón para permitir la liberación de gases.
4-Deja que la solución fermente durante varios días en un lugar cálido y oscuro hasta que la fermentación esté completa.
5-Tomar el fermento y pasarlo por un colador para que en otro recipiente caiga el líquido sin residuos
6- Tomaremos un vaso precipitado y lo pondremos en la balanza para pesar sin el líquido, luego llenamos el vaso precipitado con el líquido y lo pesamos.
Destilación:
1- verter la solución fermentada en el balón de destilación, esta debe quedar un poco menos de la mitad del balón para que sed pueda generar correctamente el proceso.
2-Coloca el balón de destilación en la placa calefactora o sobre un mechero.
3-Coloca el termómetro en el balón de destilación de manera que la punta esté sumergida en la solución, pero sin tocar el fondo.
4-Calienta suavemente la solución hasta que comience a hervir.
5-Observa la temperatura en el termómetro. La temperatura se mantendrá constante mientras haya líquido en el matraz.
6-El Gas pasará por el condensador, lo que hará que se condense y pase ha estado líquido
7-Recolecta el destilado en un matraz limpio a medida que se condensa. El primer destilado será agua, así que deséchalo.
8-Continúa recolectando el destilado a medida que la temperatura aumenta. El bioetanol se evapora antes que el agua.
9-Detenga la destilación cuando la temperatura cambie drásticamente o si el matraz de destilación está casi vacío.
10-Mide la cantidad de bioetanol recolectado.
Analisis
- La la pinza y la nuez se fijan a la rejilla del laboratorio, en el la mesa o campana extractora.
- El matraz de fondo redondo se coloca sobre una placa de calefacción, ajustando una pinza al cuello y a la rejilla.
- Se monta la columna vigreux en el cuello del matraz de fondo redondo y se asegura con una pinza y nuez a la rejilla.
- Se coloca la cabeza de destilación sobre la columna vigreux, con un termómetro con su adaptador regulando la altura del bulbo.
- Con otra pinza y nuez al enrejado se ajusta el refrigerante recto a la cabeza de destilación, y los extremos del condensador que unen la cabeza y cola de destilación se aseguran con dos clips (uno a cada extremo).
- Se conectan las tomas de agua del refrigerante de manera que el agua fluya desde la extremo inferior hacia la cabeza de destilación (extremo superior).
- Coloque un Erlenmeyer como colector debajo del adaptador de destilación, la altura se puede regular con el uso de un elevador.
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