Desarrollo de un método para evaluar la conductividad en aceites vegetales y biodiesel

Introducción

El estudio y la determinación de la conductividad
térmica, de ciertos líquidos, en el caso particular
de aceites vegetales y su variación con la temperatura, ha
sido objeto de estudio en varias ocasiones por distintos
investigadores, específicamente en los siglos XIX y XX con
el objetivo de encontrar y establecer rangos máximos y
mínimos de temperaturas en los cuales están
sustancias son capaces de transportar energía, o en los
cuales dicho transporte es restringido. De esta manera es posible
aprovechar los distintos intervalos calóricos, para saber
utilizar dichas sustancias en las condiciones más
adecuadas para un proceso industrial, como por ejemplo
refrigeración en sistemas alimenticios.

Marco
teórico

• Aceites Vegetales

"El aceite vegetal es un compuesto
orgánico obtenido a partir de semillas u
otras partes de las plantas en
cuyos tejidos se acumula como fuente de energía.
Algunos no son aptos para consumo humano, como el de ricino
o algodón. Como todas
las grasas está constituido
por glicerina y tres ácidos grasos"
(1).

• Obtención de Aceite vegetal

"El aceite vegetal se puede obtener mecánica o
químicamente, y generalmente se usa alguna
combinación de ambas técnicas.

Método Mecánico:
las semillas y frutos oleaginosos se someten
a un proceso de prensado. Los residuos de este prensado se
aprovechan como alimento para el ganado, por ser un producto
muy rico en proteínas. Finalmente se somete al aceite
extraído a otro proceso de refinamiento.

Método químico: utiliza disolventes químicos
que resultan más rápidos y baratos, además
de dar mejor rendimiento. El solvente generalmente usado es
el Hexano.

Los aceites hidrogenados se forman a partir
de aceite e hidrógeno. La
combinación de ambos se realiza en caliente y
a presiones elevadas, de modo que el aceite
líquido se transforma engrasas o en una sustancia
semisólida con la que se elaboran las margarinas.
Estos aceites hidrogenados son perniciosos (nocivos) para la
salud, ya que contribuyen al aumento de los niveles
de colesterol en sangre, mucho más que las
grasas vegetales o las animales; debido a su contenido
en ácidos grasos trans. Por tal motivo, muchos
nutricionistas y médicos, están en contra de su uso
en la alimentación" (2).

• Biodiesel

"El biodiésel es un
biocombustible líquido que se obtiene a partir de
lípidos naturales como aceites vegetales o grasas
animales, con o sin uso previo,1 mediante procesos industriales
de esterificación y transesterificación, y que se
aplica en la preparación de sustitutos totales o parciales
del petrodiésel o gasóleo obtenido del
petróleo.El biodiésel puede mezclarse con
gasóleo procedente del refino del petróleo en
diferentes cantidades. Se utilizan notaciones abreviadas
según el porcentaje por volumen de biodiésel en la
mezcla: B100 en caso de utilizar sólo biodiésel, u
otras notaciones como B5, B15, B30 o B50, donde la
numeración indica el porcentaje por volumen de
biodiésel en la mezcla." (3)

• Historia

"El motor diésel no fue
diseñado, en su concepción, ni para utilizar
aceites vegetales ni para utilizar ningún tipo de
biocombustible. En 1990 un pequeño motor a diésel
opero con aceite vegetal en la feria de París. En 1985 se
construyó la primera planta para producir aceite
transesterificado en Austria" (4).

• Reacción de formación de
  biodiesel

"El FAME o metilésteres de
ácidos grasos producto formado a partir de los
triglicéridos contenidos en los aceites vegetales se lo
realiza mediante una trans-esterificación la cual tiene
lugar de la siguiente manera:

Figura 1Reacción de
formación de biodiesel

Fuente:http://www.sefome.gob.mx/foroenergiacolima/Foro%20de%20Energia/pdf16072010/Toscano%20%2816%20Julio%2013%5B1%5D.20%20-%2014.00%29.pdf

Las propiedades físicas, químicas y
funcionales del biodiesel resultante va a depender estrictamente
del origen de la materia prima es decir del aceite vegetal
empleado, del alcohol usado como reactivo y de las condiciones de
reacción en el proceso.

Figura 2Estado inicial de la
formación de biodiesel

fuente:http://www.corpoica.org.co/SitioWeb/Documento/JatrophaContrataciones/CARACTERISTICAACEITECOMOENTENDER.pdf

Figura 3 Estado inicial de la
formación de biodiesel

fuente:http://www.corpoica.org.co/SitioWeb/Documento/JatrophaContrataciones/CARACTERISTICAACEITECOMOENTENDER.pdf

• Estereoquímica de la reacción

"Las grasas y los aceites son
mezclas complejas de diferentes triacilgliceroles, en
consecuencia, sólo se pueden encontrar relaciones
aproximada entre las masas de los reactivos y de los productos de
la reacción.Para ello, es necesario estimar el peso molar
medio de los triacilgliceroles

Figura 4Pesos molares
alcoholes

fuente:http://www.corpoica.org.co/SitioWeb/Documento/JatrophaContrataciones/CARACTERISTICAACEITECOMOENTENDER.pdf

Cálculo del peso molar medio de
los ácidos grasos del aceite de girasol a partir de su
composición en ácidos grasos:

Figura 5Pesos molares ácidos
grasos

fuente:http://www.corpoica.org.co/SitioWeb/Documento/JatrophaContrataciones/CARACTERISTICAACEITECOMOENTENDER.pdf

PM TG= (PMAG– 1) * 3 + 41

PM TG= (281 – 1) * 3 + 41=
881

Peso molar del éster = (ácido
graso-1) + (alcohol-17)

Peso molar del éster = (281) +
(32-17) = 296 " (5)

Figura 6 Tabla de pesos moleculares
para el aceite de girasol

Producción de
biodiesel

Figura 7 diagrama de producción
de biodiesel

fuente:http://www.corpoica.org.co/SitioWeb/Documento/JatrophaContrataciones/CARACTERISTICAACEITECOMOENTENDER.pdf

Conductividad

Conductividad térmica

"La conductividad de una sustancia se define
como "la habilidad o poder de conducir o transmitir calor,
electricidad o sonido". Las unidades son Siemens por metro [S/m]
en sistema de medición SI y micromhos por
centímetro [mmho/cm] en unidades estándar de EE.UU.
Su símbolo es "k" o "s". 

Conductividad térmica: Se define como la
capacidad de una sustancia de transferir la energía
cinética de sus moléculas a otras
moléculas adyacentes o a sustancias con las que no
está en contacto. También se puede definir como la
cantidad de calor que se transmite a través de la unidad
de espesor de un material, cuando la diferencia de temperatura
entre ambas caras es de 1ºC. Es una magnitud intensiva
y se mide en las unidades siguientes a través del
coeficiente de conductividad térmica:

Coeficiente de conductividad
calorífica de aceites vegetales

La conductividad térmica de los aceites grasos y
aceites minerales es relativamente pequeña. A
continuación se muestran valores de algunos aceites a
diferentes temperaturas:

Tabla 3.1.1: Conductividad
Calorífica de aceites vegetales

Figura 8 Conductividad
Calorífica de aceites vegetales

Fuente:
http://tesis.uson.mx/digital/tesis/docs/1261/Capitulo7.pdf,

http://books.google.com.ec/books?id=pOQNOei7mIUC&pg=PA457&lpg=PA457&dq=conductividad+de+aceites+vegetales&source=bl&ots=VbNZEljlQF&sig=YtCQ0iaaMGkRU7-Bw5qzEdN3DZs&hl=es-419&sa=X&ei=3SiKUoOxAYXGkQfu-4CoAg&ved=0CD8Q6AEwAg#v=onepage&q=conductividad%20de%20aceites%20vegetales&f=false

Como se observa en la tabla, al incrementarse la
temperatura la conductividad de los aceites disminuye, ya que
posee una relación inversa frente a la temperatura.
Además los aceites son sustancias de densidad menores que
la del agua, por esta razón su coeficiente térmico
es muy bajo, ya que al ser una propiedad que depende de la
temperatura, si esta aumenta la densidad decrece y por tanto el
coeficiente de conductividad lo hará
también.

Conductividad Eléctrica

"La conductividad eléctrica se
define como la capacidad de una sustancia de conducir la
corriente eléctrica y es lo contrario de la resistencia.
Es una variable que depende de la cantidad de sales disueltas
presentes en un líquido y es inversamente proporcional a
la resistividad del mismo, la unidad de medición utilizada
comúnmente es el Siemens/cm (S/cm) Con métodos
convencionales la medida de la conductividad se obtiene aplicando
un voltaje entre dos electrodos y midiendo la resistencia de la
solución.

Se define como la capacidad de una solución
acuosa para transmitir una corriente eléctrica y es igual
al recíproco de la resistividad de la solución.
Dicha capacidad depende de la presencia de iones; de su
concentración, movilidad y valencia, y de la temperatura
ambiente. Las soluciones de la mayoría de los compuestos
inorgánicos (ej. aniones de cloruro, nitrato, sulfato y
fosfato) son relativamente buenos conductores. Por el contrario,
moléculas de compuestos orgánicos que no se
disocian en soluciones acuosas (ej. aceites, fenoles, alcoholes y
azúcares) son pobres conductores de una corriente
eléctrica. La determinación de la conductividad es
de gran importancia pues da una idea de la cantidad de iones
presentes en la solución así como del número
de micelas y la forma de estas." (7)

"La conductividad depende de la estructura
atómica y molecular del material, por ejemplo
los metales son buenos conductores porque tienen una
estructura con muchos electrones con vínculos
débiles y esto permite su movimiento. La conductividad
también depende de otros factores físicos del
propio material y de la temperatura.

La conductividad es la
relación inversa de la resistividad, por
tanto y su
unidad es el S/m (siemens por metro)
o O-1·m-1. Usualmente la magnitud de la
conductividad (s) es la proporcionalidad entre el campo
eléctrico E y la densidad de corriente
J.

La conductividad eléctrica en medios
líquidos (Disolución), como los aceites vegetales
está relacionada con la presencia de sales en
solución, cuya disociación genera iones positivos y
negativos capaces de transportar la energía
eléctrica si se somete el líquido a
un campo eléctrico. Estos conductores
iónicos se denominan electrolitos o conductores
electrolíticos. Las determinaciones de la conductividad
reciben el nombre de determinaciones
conductométricas y tienen muchas aplicaciones como,
por ejemplo:

• En la electrólisis, ya que
  el consumo de energía eléctrica en este proceso
  depende en gran medida de ella.

• En los estudios de laboratorio para
  determinar el contenido de sales de varias soluciones durante
  la evaporación del agua (por ejemplo en el agua de
  calderas o en la producción de leche
  condensada).

Para determinar las solubilidades de electrólitos
escasamente solubles y para hallar concentraciones
de electrólitos en soluciones por
titulación" (8).

Coeficiente de conductividad
eléctrica en aceites vegetales

"Para los aceites la constante dieléctrica oscila
entre 3 y 3,2 en la mayoría de los casos, sin embargo el
aceite de resino muestra un valor de 4,7.

La conductancia (G, recíproco de resistencia R)
de una solución se mide utilizando dos electrodos
químicamente inertes y fijos espacialmente. La
conductancia de una solución es directamente proporcional
al área superficial del electrodo A, (cm2) e inversamente
proporcional a distancia entre los electrodos L, (cm). La
constante de proporcionalidad, k (conductividad) es una propiedad
característica de la solución localizada entre dos
electrodos.

Las unidades de k son 1/ohm-cm ó mho/cm. La
conductividad se reporta generalmente en micromhos/cm
(&µmho/cm). En el Sistema Internacional de Unidades
(SI), el recíproco del ohm es el siemens (S) y la
conductividad se reporta en milisiemens/metro (mS/m)."
(9)

Electricidad Estática

"El término electricidad estática se
refiere a la acumulación de un exceso de carga
eléctrica en una zona con poca conductividad
eléctrica, un aislante, de manera que la
acumulación de carga persiste. Los materiales con los que
tratamos en nuestra vida diaria están formados por
átomos y moléculas que son eléctricamente
neutros porque tienen el mismo número de cargas positivas
(protones en el núcleo) que de cargas negativas
(electrones alrededor del núcleo). El fenómeno de
la electricidad estática requiere de una separación
sostenida entre las cargas positivas y negativas, a
continuación se muestran las principales causas para que
esto sea posible" (10)

Generación de la electricidad
estática

"El fenómeno de la generación de
electricidad estática se conoce desde hace muchos
años al observar la atracción de trozos de papel
mediante varillas o barras de materiales aislantes después
de haber sido frotadas con una pieza de tela. Para generar
electricidad estática es suficiente el contacto o
fricción y la separación entre dos materiales
generalmente diferentes y no necesariamente aislantes, siendo uno
de ellos mal conductor de la electricidad. Los materiales
conductores permiten el paso de cargas eléctricas,
mientras los aislantes lo obstaculizan. Las cargas
electrostáticas negativas son electrones de los
átomos de los elementos químicos y las positivas
equivalen a la acción de los protones del núcleo
atómico privados de los electrones de la última
capa. Los electrones situados en la superficie de un material
aislante o un conductor aislado no pueden disiparse
fácilmente mientras no tengan una vía conductora a
tierra. Al no poder circular con facilidad dan lugar a la
denominada electricidad estática, a diferencia de la otra
electricidad dinámica que circula por los conductores con
fines de transmisión y utilización de
energía. Los electrones tienen libertad de movimientos de
una molécula a otra en los conductores, pero los protones
son inseparables del átomo y no pueden moverse a menos que
lo haga el propio

átomo. El conjunto de los átomos de los
cuerpos sólidos forman estructuras que mantienen la
posición de dichos átomos entre sí. En
cambio en los líquidos y mucho más en los gases, se
tiene un desplazamiento relativo entre los mismos. Esa es la
razón porque en los sólidos sólo se mueven
los electrones y en los líquidos y gases se pueden mover
electrones y protones. La carga originada por este
fenómeno se llama carga triboeléctrica y una serie
triboeléctrica como la mostrada ayuda a determinar la
polaridad de cada uno de los dos materiales cargados. La magnitud
de la carga electrostática está relacionada con la
posición o distancia relativa entre sí de los
materiales en la serie y su signo está determinado por la
propensión de un material a ceder o ganar electrones que
es lo que en realidad indica tal serie. Así p.e. el
frotamiento de una pieza de vidrio y otra de teflón y su
posterior separación darán lugar a una carga
electrostática negativa sobre la pieza de teflón y
otra de igual magnitud y carga positiva sobre la de vidrio. La
misma experiencia realizada p.e. con poliester y níquel
daría cargas positivas y negativas respectivamente en sus
superficies pero con magnitud menor de la cantidad de carga
eléctrica en culombios

Figura 9 Ejemplos de generación
de cargas electrostáticas

Fuente:http://www.insht.es/InshtWeb/Contenidos/Documentacion/FichasTecnicas/NTP/Ficheros/501a600/ntp_567.pdf

En los líquidos inflamables y combustibles la
generación se da principalmente cuando se mueven en
contacto con otros materiales en procesos de flujo por
conducciones y en operaciones de mezclado, vertido, bombeo,
filtración o agitación. La electricidad
estática se puede acumular en el propio
líquido.

En el flujo de gases el fenómeno se acrecienta
cuando están contaminados con óxidos
metálicos o partículas sólidas y
líquidas. Una corriente de gas en esas condiciones
dirigida contra un objeto conductor cargará este
último excepto en el caso en que esté conectado a
tierra o conectado equipotencialmente con la conducción de
descarga.

En operaciones de manutención y proceso con
polvos y fibras, las descargas electrostáticas causantes
de ignición han ocurrido entre un elemento conductor
aislado y tierra. No se tiene constancia experimental que una
nube de polvo haya tenido ignición por descarga
electrostática provocada en su propio seno. "
(11)

2.2.4. La electricidad estática como
una fuente de ignición efectiva de atmosferas
explosivas

"El proceso generador de cargas más común
se da por contacto o fricción y separación de dos
materiales diferentes en donde Al menos uno de los materiales
debe ser un mal conductor de la electricidad como un aislante o
conductor aislado en nuestro caso el biodiesel por tener una
conductividad muy baja de carga eléctrica, al ser este un
líquido la carga normalmente se genera durante bombeo,
agitación, filtrado, formación de nieblas,
salpicaduras durante el llenado" (12).

2.2.5. Peligros ocasionados por la
electricidad estática

"El peligro más destacable es el de incendio o
explosión de atmósferas explosivas que son las
mezclas de aire con vapores, nieblas, gases o polvos
combustibles. Este peligro puede dar lugar a accidentes en las
operaciones o procesos con esas materias cuando la cantidad de
cargas electrostáticas origina un potencial
eléctrico elevado que puede dar lugar a la descarga
electrostática. Esta descarga electrostática puede
ser el foco de ignición de una atmósfera explosiva,
dependiendo por su parte de la energía que posea y siempre
que ésta sea igual o superior a la energía
mínima de ignición de la atmósfera explosiva
presente. La experiencia

demuestra que chispas insignificantes poseen
energía suficiente para inflamar mezclas de vapores y
gases inflamables con aire. Las atmósferas explosivas de
polvos combustibles necesitan descargas algo mayores. Los valores
mínimos se dan para atmósferas explosivas de
hidrógeno con 0,019 mJ y de disulfuro de carbono con
sólo 0,009 mJ.

Las descargas más potentes son en forma de
chispas y pueden ocurrir desde conductores aislados, que han
tenido un proceso de carga y que se descargan hacia otro
conductor cercano, en cuyo caso la capacidad de ignición
viene determinada por la energía desprendida en
función de la capacidad del condensador eléctrico
formado por los dos conductores, su potencial y la cantidad de
carga eléctrica que acumula según la conocida
fórmula:

W = CV2/2 = QV/2 = Q2/(2C)

Siendo

W = energía desprendida en la descarga en J
(julios)

C = capacidad en F (faradios)

V = potencial eléctrico en V (voltios)

Q = cantidad de electricidad en C (culombios)
"(13)

Parte
experimental

Descripción del equipo y
método

Para determinar la conductividad térmica de
ciertos líquidos, se diseñó un aparato en
función de los parámetros respectivos a medir, el
cual consta físicamente por materiales metálicos y
funciona eléctricamente, con el paso de una corriente
través de la substancia a medir, y los materiales
aledaños. El equipo fue diseñado
prácticamente de la siguiente manera: una capa delgada
horizontal del líquido a medir fue colocada entre dos
bloques de aluminio, donde el bloque superior corresponde al
¨bloque caliente¨ y contiene una bobina de
calefacción y el bloque inferior corresponde al "bloque
frío" y está provisto de aletas radiantes. Para
evitar una pérdida de calor desde el bloque caliente hacia
sus alrededores, se colocó por encima de este una placa de
aluminio como aislante "guarda placa" que posee una bobina de
calentamiento subsidiaria y entre ambos se dejó una fina
capa de separación de aire para amortiguar la salida del
flujo de calor. La corriente que fluye a través de la
bobina subsidiaria fue ajustada posteriormente para evitar una
caída de temperatura a través de la capa de aire,
que pudiera contribuir también a una pequeña
perdida de calor desde ambos lados del bloque caliente. Se
aseguró que la energía suministrada a la bobina
principal de calentamiento fuera transmitida en su totalidad
hacia abajo, pasando a través del líquido de
prueba. El aparato fue completamente contenido en un horno
controlado termostáticamente y se elevó la
temperatura hasta alcanzar el valor apropiado para el
propósito del experimento. Por este medio aislante las
inevitables pérdidas superficiales fueron reducidas de la
mejor manera posible, ya que la temperatura del horno se
encontraba tan solo 10ºC por debajo de la del bloque
caliente.

El aparato se muestra en el siguiente
diagrama:

Figura 10 Diagrama del
equipo

Los bloques de aluminio utilizados son
cilíndricos y con un diámetro de 5 cm, de manera
que el área de la capa de ensayo de líquido posea
alrededor de unos 20 cm cuadrados. Las temperaturas de las caras
de ambos bloques entre los cuales el líquido estaba
retenido fueron medidas, asegurándose que cada bloque de
aluminio sirviese como brazo y el otro que estuviese formado a
base de constantán.

Con el propósito de obtener valores apropiados en
las pruebas de cara de ambos bloques, se realizaron agujeros de
diámetro pequeño desde los lados de cada uno y en
una dirección inclinada hasta alcanzar dichos puntos. A
través de los agujeros se insertaron cables de
constantán, los cuales estaban provistos de delgadas
láminas de vidrio con la finalidad de aislarlos del
aluminio, excepto en las caras reales de los bloques donde fueron
retenidos firmemente por pequeñas pinzas de aluminio. Las
caras reales de los bloques con las parejas en posición
estuvieron posicionadas fijamente con un alto grado de
exactitud.

Alrededor del extremo superior del bloque frío,
se fijó una pequeña galería para mantener el
líquido de prueba durante el ensamblaje y proveer
suficientes excedentes del mismo para asegurar que la
separación entre los bloques frío y caliente
esté siempre llena. La galería utilizada estaba
compuesta obviamente por muy buenos materiales aislantes, es
decir de baja conductividad térmica, puesto que al entrar
en contacto con alguno de los líquidos de prueba, se
podría modificar la temperatura del bloque frío y
producir variaciones indeseables. Además su unión
con el aluminio del bloque debe permanecer en estado
líquido de acuerdo con la temperatura elevada en el
horno.

Después de algunas pruebas, los papeles de
asbesto fueron finalmente escogidos. Estos fueron moldeados
mientras permanecían húmedos y se aseguraron al
bloque de aluminio, por alambre prensado que lo recubría
con un número determinado de vueltas para finalmente ser
colocados en una ranura poca profunda en el lado del bloque
frío.

Posteriormente los papeles de asbesto fueron puestos a
secado y se trataron con barniz de baquelita, calentándose
hasta una temperatura apropiada. El proceso se repitió por
varias veces.

El método de construcción del equipo
resulto completamente óptimo y la galería del
bloque frío fue finalmente equipada con una floja cubierta
de mica. El bloque caliente estuvo formado por dos partes, las
cuales se atornillaban juntas y contenían una rejilla de
calefacción eléctrica de alambre de nicrom
enrollado alrededor de la mica. Para el aislante "guarda placa"
se realizó una construcción similar de la rejilla
eléctrica y el alambre enrollado de la mica del bloque
caliente. La temperatura del bloque caliente podía oscilar
entre aproximadamente 20oC y 200oC (cuando sea posible), y las
fuentes de poder (energía) fueron variadas en un rango
desde 3 a 20 vatios.

Para separar el bloque frio y caliente a una distancia
adecuada, se utilizaron tres láminas cortas de varilla de
vidrio, que descansaban en los lados de ambos bloques de acuerdo
al diámetro de los mismos, de manera interpuesta o
intercalada.

El equipo iba tomando forma y cada parte que lo formaba
estaba correctamente protegida y recubierta o aislada con los
materiales necesarios para la experiencia. Para asegurar
más alguna pérdida entre los bloques, la superficie
del bloque frío para el caso del agua, se encontró
que era más conveniente que sea recubierta utilizando tres
piezas pequeñas de placa de sílice, cementadas por
una traza de barniz de baquelita ya que se observó que las
barras de vidrio tendían a flotar lejos durante el
ensamblaje. Algunas pruebas preliminares habían demostrado
que el espesor del líquido no debería exceder de
0-5 mm, y en consecuencia las experiencias realizadas fueron
dirigidas con espesores que varían entre 0-25 y 0.5 mm.
Dentro de la operación del ensamblaje del aparato, fue de
poca importancia el evitar la formación de burbujas de
aire en la separación de los bloques caliente y
frío. El bloque caliente fue movido gradualmente a una
posición inclinada juntamente con el líquido y
posteriormente llevado cuidadosamente a su posición
original (horizontal) con el objetivo que el aire arrastrado a
medida que el bloque sufre este cambio gradual de posición
se vuelva más y más húmedo por la presencia
del líquido.

Los bloques fueron alineados axialmente por medio de
tornillos de centrado que se retiraron durante el curso de un
experimento. La guarda placa y el bloque caliente estaban
similarmente separados por piezas de separación de vidrio
y una pareja diferencial servía para indicar la
temperatura, aunque sus superficies contaban con el mismo
valor.

El equipo fue rodeado por un cercado de metal, el
espacio intermedio estaba lleno con lana de amianto, y como se
indicó anteriormente fue colocado en el horno
especificado. El horno se calentó eléctricamente y
se colocó un ventilador con el objetivo de circular el
aire dentro del horno y específicamente en la
separación entre el bloque caliente y el guarda placa. De
esta manera se aseguró la uniformidad de la temperatura
alrededor del aparato y su entorno

• Correcciones para el cálculo de la conductividad
  térmica

• Pérdida de calor lateral

A pesar de que las pérdidas de calor del bloque
caliente fueron controladas con el "guarda placa", se
permitió la fuga de calor por los costados del mismo
debido a que el espacio circundante estaba lleno con lana de
amianto y no perjudicaba la temperatura del horno. Esta
pérdida se debió a través de la
conducción por la diferencia de temperatura entre el
bloque caliente y el metal adjunto y no por otros métodos
como la radiación o convección. La magnitud de la
corrección fue determinada experimentalmente por la toma
de observaciones debajo de las condiciones normales cuando la
prueba de líquido fue remplazada por un material de cierta
conductividad entre el bloque caliente y frio.

• Calor transferido a través del líquido en
  la galería

Se determinó que la corrección debe restar
el valor de la fuente de poder, y a su vez debe ser proporcional
a la diferencia de temperatura y a la conductividad del
líquido a medirse. Este valor numéricamente se
lograba obtener cuando la galería estaba llena como en
condiciones normales de experimento y se representa de la
siguiente manera:

Donde:

C1: Corrección 1

K: Conductividad del líquido

Y el # 42 tiene unidades de W/oC

La magnitud de esta corrección solo es
válida siempre y cuando no exceda del 3 por
ciento

Para cada experiencia se utilizó primeramente
como líquido de prueba el agua, para establecer las
condiciones normales de funcionamiento del equipo y según
los valores obtenidos se propuso el factor de
corrección.

• Pérdidas de calor por evaporación

Una posible pérdida de flujo de calor puede
provocarse por la evaporación en la superficie libre del
líquido de prueba cuando se encuentra en la
galería. Para el caso del agua se analizó este
punto, en función de su calor latente de
vaporización y por el hecho que las observaciones
podían ser tomadas más cerca de su punto de
ebullición a diferencia de otros líquidos. Los
resultados mostraron que aún a elevadas temperaturas, se
perdía alrededor de 1 cm3 por hora del líquido, lo
que representa un 5 por ciento en el factor de conversión.
Por esta razón este factor no fue tomado en cuenta para
los demás líquidos, ya que para estos, el factor
era más bajo y el volumen perdido por evaporación
era mucho más bajo que el del agua.

• Pérdidas de calor por el "guarda placa"

Bajo condiciones normales de operación se
encontró posible ajustar la corriente a través del
guarda placa calentador, de manera que la diferencia de
temperatura entre los dos lados de la capa de aire correspondida
a menos de tres micro voltios es de 0,07oC.

• Cálculo de la conductividad
  térmica

• Datos y mediciones

Los siguientes datos fueron obtenidos en el
presente experimento sobre los líquidos mencionados a una
temperatura media de 50oC. En primera instancia fueron realizados
para la glicerina y posteriormente para el aceite de oliva, que
es un ejemplo de aceite vegetal (líquidos a investigar en
este trabajo).

En la parte inferior de la tabla que se
muestra a continuación se indica la nomenclatura de cada
propiedad que la representa y algunas mediciones extras que se
realizaron en los bloques frío y caliente. También
se indican las correcciones realizadas a la fuente de
alimentación, necesarias para utilizar los datos precisos
en el cálculo de la conductividad térmica. La
fuente de alimentación fue realizada sobre el bloque
caliente.

Tabla 3.3.1: Especificaciones
útiles para el cálculo de la
conductividad

Figura 11 Tabla de Especificaciones
útiles para el cálculo de la
conductividad

• Mediciones Termopares:

a) Cara Caliente Termopares: (Tres) 2134,
2132, 2133 mV

b) Cara Fría Termopares (Tres) 1945,
1943,1945 mV

• Correcciones a la fuente de
  alimentación

• Primera experiencia:
  Glicerina

• Pérdida de lado:

Diferencia de temperatura entre el bloque
caliente y la caja metálica 10,53 C

Corrección: 10,53*0,0234 = 0,246
W

• Pérdida por exceso de
  líquido:

Diferencia de temperatura entre el bloque
caliente y frío: 4,40oC

Conductividad aproximada 0,00068

Corrección 0,00068 * 4,40 * 42 =
0,126 W

• Pérdidas por evaporación:
  Nulo

• Corrección de potencia:
  7,574-0,246-0,126 = 7,202 W

• Segunda experiencia: Aceite de
  oliva

• Pérdida de lado:

Diferencia de temperatura entre el bloque
caliente y la caja metálica 11,73 C

Corrección: 11,73*0,0234 = 0,2744
W

• Pérdida por exceso de
  líquido:

Diferencia de temperatura entre el bloque
caliente y frío: 7,60oC

Conductividad aproximada 0,0004

Corrección 0,0004 * 7,6 * 42 =
0,1277 W

• Pérdidas por evaporación:
  Nulo

• Corrección de potencia:
  7,574-0,2744-0,1277 = 7,172 W

• Nomenclatura:

• d: Espesor de la capa de
  ensayo

• A: Área de la capa de
  ensayo

• TCC: Temperatura media equivalente de
  la cara caliente

• TCF: Temperatura media equivalente de
  la cara fría

• ?T: Descenso de la temperatura sobre la
  capa de ensayo

• TL: Temperatura promedio del
  líquido

• I: Intensidad de corriente

• V: Caída de potencial

• W: Potencia suministrada

• W*: Potencia corregida" (14)

• Cálculo de la conductividad térmica a
  50oC

Cálculo para la
glicerina:

Usando la ecuación 2.1 como general
para todos los casos:

Cálculo para el aceite de
oliva:

Según la tabla 3.1.1, el aceite de oliva a 50oC
presenta una conductividad de 0,143 kcal/mhoC y transformando el
valor obtenido a las unidades tabuladas se tiene:

Biocombustibles

4.1. Etanol

4.1.1. Historia

"En 1826 Samuel Morey construye un motor de
combustión interna que fue accionado por una mezcla de
etanol y trementina.

En 1896 Henry Ford construyó su
primer automóvil, el cuadriciclo, para funcionar con
etanol puro

Graham Bell Consideró el etanol como
el combustible del futuro por sus bajas emisiones
atmosféricas

En 1988 Denver, Colorado fue el primer
estado enhacer obligatorio el uso de etanol y combustibles
oxigenados para el invierno para controlar las emisiones de
monóxido de carbonoEl Etanol es utilizado como oxigenante
de la gasolina para controlar así las emisiones de
monóxido de carbono en la combustión de los
automotores (1988) " (15)

4.1.2. Especificaciones del etanol como
biocombustible

fuente:http://www.sefome.gob.mx/foroenergiacolima/Foro%20de%20Energia/pdf16072010/Toscano%20%2816%20Julio%2013%5B1%5D.20%20-%2014.00%29.pdf

4.1.3. Aplicaciones de aceites vegetales en
campos energéticos

Una aplicación interesante de los
aceites vegetales (AV) es la producción
metilésteres de ácidos grasos (FAME),
principalmente para su utilización como biocomustible
(biodiesel), pero también para muchas otras aplicaciones,
desde aislantes líquidos en transformadores y capacitores,
hasta la fabricación de tintas.

4.2. Biodiesel

4.2.1. Propiedades características
del biodiesel

4.2.2. Especificación internacional
del biodiesel

Figura 12 Especificación
internacional del biodiesel

fuente:http://www.sefome.gob.mx/foroenergiacolima/Foro%20de%20Energia/pdf16072010/Toscano%20%2816%20Julio%2013%5B1%5D.20%20-%2014.00%29.pdf

4.2.3. Comparación de algunas
propiedades de los Biodieseles

Figura 13 Comparación de
algunas propiedades de los Biodieseles

fuente:http://www.sefome.gob.mx/foroenergiacolima/Foro%20de%20Energia/pdf16072010/Toscano%20%2816%20Julio%2013%5B1%5D.20%20-%2014.00%29.pdf

4.2.4.Diagrama de flujo de
producción de biodiesel

Figura 14 Diagrama de flujo de
producción de biodieselfuente:
http://grupomontevideo.org/ndca/caenergia/wp-content/uploads/2013/06/M%C3%A9todos-alternativos-para-el-control-de-calidad-del-biodiesel1.pdf

Diesel
UBA

5.1. Acumulación de carga
eléctrica estática de Diesel UBA

Al ser la conductividad de la
mayoría de dieseles UBA (diesel Ultra Bajo en Azufre)
menor a 1 pS/m la carga se acumula en un tanque receptor, esta
acumulación de carga es peligrosa cuando el combustible se
mueve en las líneas, filtros o cuando se lo descarga en
tanques.

"Por concepto la carga se acumula si la
generación excede a la relajación, en el caso del
diesel UBA la carga se disipa totalmente con 3 ciclos de
relajación:

Relajación completa para 1 pS/m = 54
seg

Relajación completa para 100 pS/m =
0.54 seg

API Señaló en 2003 que los
líquidos con una conductividad mayor de 50 pS/m no
acumulan carga estática. El Método recomendado para
su medición es el ASTM D2624-06" (16)

5.2. Propiedades del diesel UBA

Figura 15 Propiedades del Diesel
UBAfuente:http://www.sefome.gob.mx/foroenergiacolima/Foro%20de%20Energia/pdf16072010/Toscano%20%2816%20Julio%2013%5B1%5D.20%20-%2014.00%29.pdf

5.3. Aplicación del Biodiesel como
un aditivo de conductividad en el diesel UBA

Al ser el diesel UBA un combustible
más noble con el ambiente tiene la desventaja de tener una
conductividad eléctrica baja lo cual implica un riesgo en
su manipulación y transporte el biodiesel se lo puede
utilizar como un aditivo en la cinductividad eléctrica del
diesel UBA para que de esta manera aumentar la conductividad y
volver menos peligroso el manejo y la manipulación del
diesel UBA

5.4.. Diesel UBA con contenido de
Biodiesel

Figura 16 Gráfico del diesel
UBA con contenido de
biodieselFuente:http://www.sefome.gob.mx/foroenergiacolima/Foro%20de%20Energia/pdf16072010/Toscano%20%2816%20Julio%2013%5B1%5D.20%20-%2014.00%29.pdf

En el gráfico anterior se observa
como en el mejor de los casos si se toma en cuenta las muestras
de diesel 1, 2 y 3 la concentración volumétrica de
biodiesel para la mezcla a realizar debe de ser en proporciones
superiores a 2.5 % volumen en donde al superar la
especificación de no menor a 50 [ps/m] la
acumulación de carga eléctrica estática se
reducirá por lo tanto el manejo y manipulación del
diesel UBA en mezcla con biodiesel será más
seguro.

5.5 Estudio de trazabilidad de diesel UBA
con Biodiesel