Estudio y simulación del proceso de producción de biodiésel: Aplicación a la predicción de las propiedades físicas

• Autores: Manuel García Rodríguez
• Directores de la Tesis: José Luis Sánchez Cebrián (dir. tes.), Alberto Gonzalo Callejo (dir. tes.)
• Lectura: En la Universidad de Zaragoza ( España ) en 2012
• Idioma: español
• Tribunal Calificador de la Tesis: José S. Urieta Navarro (presid.), Jose Angel Peña Llorente (secret.), Manuel García (voc.), Magín Lapuerta Amigo (voc.), Joaquín Quesada Medina (voc.)
• Materias:
  • Matemáticas
    • Ciencia de los ordenadores
      • Simulación
  • Física
    • Termodinámica
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en: Zaguán
• Resumen

  • El Grupo de Procesos Termoquímicos (GPT), perteneciente al Instituto Universitario de Investigación en Ingeniería de Aragón (I3A) de la Universidad de Zaragoza, viene investigando, desde hace casi tres décadas, fundamentalmente en los procesos de pirólisis y gasificación de biomasa, así como en la eliminación de contaminantes en gases de combustión, y la producción de hidrógeno mediante craqueo catalítico y el reformado en fase acuosa de corrientes residuales. La presente tesis doctoral marca el comienzo de una nueva línea de investigación del GPT centrada en la producción de biodiésel a partir de fuentes alternativas de materias primas. El gran número de artículos de investigación, de revisión y patentes que se pueden encontrar actualmente demuestra el gran interés que existe en el biodiésel en nuestros días. Éste es un combustible renovable, que puede mezclarse con el diésel fósil o usarse directamente en motores diésel si cumple unas determinadas condiciones de propiedades y composición, que vienen establecidas en normas como las europeas (EN) o las ASTM en Estados Unidos. El uso de materias primas alternativas, así como alcoholes derivados de fuentes renovables como el etanol, pueden ayudar al biodiésel a convertirse en un sustituto parcial del diesel tradicional sin entrar en competencia con el mercado alimentario ni generar otros problemas derivados de su producción masiva. No obstante, el uso de estas materias primas alternativas no está exento de complejidad técnica ya que tanto algunas partes del proceso de producción como las propiedades finales del biodiésel así producido se ven alteradas y en ocasiones impiden su comercialización al no cumplir con las normas internacionales de calidad. En este contexto, las herramientas de modelado y simulación de procesos ofrecen una vía de investigación que permite estudiar el uso de estas materias primas y su influencia en las propiedades finales. El trabajo desarrollado en esta Tesis Doctoral parte de una amplia revisión bibliográfica en base a la cual se ha llevado a cabo una simulación del proceso de producción de biodiésel. Esta simulación, aunque basada en los mejores modelos cinéticos, termodinámicos y de propiedades físicas disponibles, puso de relieve las posibilidades de mejora en cada uno de estos sectores. El trabajo experimental realizado en el marco de esta tesis ha permitido la generación de una base de datos lo suficientemente amplia para la evaluación y/o mejora de algunos de estos modelos. Se ha producido biodiésel tanto de metanol como de etanol y a partir de una gran variedad de materias primas, lo que ha permitido la recolección de un amplio abanico de composiciones y propiedades físicas. Además y como parte de la fase experimental, se han producido biodiéseles a partir de grasas animales, usando así mismo metanol y etanol como alcoholes. La etapa de lavado del biodiésel, típicamente realizada con agua acidulada, ha sido estudiada mediante el uso del método de diseño de experimentos y analizada con la técnica estadística ANOVA. Los datos obtenidos en la etapa de experimentación han sido tratados y utilizados en la evaluación de modelos de estimación de propiedades críticas de compuestos individuales del biodiesel y de sus mezclas. Modelos teóricos y empíricos de densidad han sido generados y validados, permitiendo así una mejora en la exactitud de los modelos actuales al considerar en los mismos un mayor número de componentes en la mezcla de esteres. La viscosidad cinemática del biodiesel, una importante propiedad que se encuentra normalizada en los estándares internacionales, ha sido modelada usando los datos experimentales, y los modelos obtenidos han sido comparados con modelos ya existentes encontrándose una mejora en la exactitud de las predicciones. Así mismo, otras áreas han despertado el interés del grupo, como la utilización de glicerina en la producción de triacetinas u otros sub-productos de alto valor añadido, habiéndose realizado diferentes trabajos en este sentido, habitualmente en el formato de proyectos de fin de carrera.