CONSTRUYE TU PROPIO GENERADOR DE BIODIESEL (Criterios de Ingeniería - 3ª Parte)

En esta ocasión trataremos el tema de los sistemas de calentamiento para nuestro reactor y las múltiples alternativas que tenemos para este objeto. La primera propuesta, como recordaremos, utilizaba una fuente de calor externa (cocina o primus); esta alternativa es factible sólo a nivel demostrativo (muy pequeño volumen) mas no de producción. La alternativa racional, sea cual fuere el diseño de nuestro reactor, es una fuente de calor interna, esto es, el calor debe ir directamente de su fuente hacia el proceso de transesterificación.
Si nos ha entusiasmado por ejemplo la idea de un reactor artesanal a partir de un depósito vacio como este balde de lubricantes por ejemplo:

Podemos instalarle un calentador de inmersión y asegurarlo con masilla epóxica como se muestra en las figuras siguientes pero los riesgos de accidentes son altísimos. Una precaución básica por ejemplo es la de tener siempre sumergido el calentador en el aceite.

Si se opta por un diseño formal (tanques de acero inoxidable), hemos de instalar el calentador o la resistencia convenientemente, de modo que haya aislamiento térmico y eléctrico para evitar accidentes y reducir pérdidas. Aquí puede verse el modelo ideal de instalación para una resistencia, según su fabricante:

Y aquí puede verse la forma correcta como ha de instalarse un calentador de inmersión, también según especificaciones de catálogo.



¿COMO CALCULAR LA POTENCIA DEL CALENTADOR?

Para este objeto, consideraremos que todo el fluido del reactor es glicerina (subproducto mayoritario de la transesterificación) que calentaremos desde una temperatura ambiente (20°C = 293K) hasta 50°C (323K).
La energía específica por mol se calcula mediante la primera ley de la termodinámica:

Donde A = 132,145; B = 8,6007 (E-1); C = 1,9745(E-3) ; D = 1,8068 (E-6)

Integrando la expresión dentro de los límites de temperatura dados tenemos:

∆Ĥ = 7875,18 Joule/mol,

y dado que para la glicerina M = 92,095 g / mol , dividiendo lo primero entre esta última cantidad obtenemos:

∆H = 85,5115 J/gr.

La densidad de un líquido, a una temperatura T se calcula (en gr/ml) mediante la expresión:

Donde A = 0,34908; B = 0,24902 ; T = 323 K(50°C); Tc (temperatura crítica)= 723 K

Remplazando nuestros datos en la expresión indicada ρ = 1,242 gr/ml = 1242 gr/lt

Luego tendremos:

Energía requerida = (85,5115 J/g)(1242 g/l) = 106205,283 J/Lt.

Luego, para un barril de 50 Lts. se requieren: E = 5310264,15 J.

Se sabe que P(potencia en Watts) = Joule/segundo, entonces: segundos = Joule / watts

De este modo, si usamos un calentador de 1000 W para 50 litros emplearemos:

t = 5310264,15 J/ 1000 W = 5310,26415 segundos ≈ 1,48 hrs.

El consumo de energía eléctrica será de 1000W x 1,48 hrs = 1 Kw x 1,48 hr. = 1,4751 Kw-hr.

Si usamos un calentador de 4000 W, para esos mismos 50 litros:

t = 5310264,15 J/ 4000 W = 1327,6 segundos ≈ 0,3688 hrs ≈ 22 minutos.

El consumo de energía eléctrica 4Kw x 0,3688 hrs = 1,4752 Kw – hr

Como puede observarse, un calentador eléctrico de mayor potencia, no implica un consumo mayor de energía eléctrica, y para mejor, el tiempo de calentamiento se reduce.

Si se desea hacer cálculos de manera más práctica (incluyendo las pérdidas) podemos recorrer a las siguientes expresiones (en unidades inglesas)

1. Energia de calentamiento (BTU) = Peso de líquido a calentar (lbs) × el calor específico del líquido(Cp) × el cambio de temperatura (°F) dividido por 3412 (BtuH/kW). Previamente divida el resultado por el tiempo de calentamiento (hr).

2. Pérdidas de la superficie del tanque = área de la Superficie del tanque (pies cuadrados) × factor de pérdida (BtuH/sq ft/F) × el cambio de temperatura (°F) dividido por 3412 (BtuH/kW). Duplicar esta pérdida debido a la agitación.

3. Agregados nuevos al tanque = Peso de Líquidos o sustancias agregados cada hora (lb) × el calor específico de la sustancia agregada (Cp) × la diferencia de temperatura de la solución agregada para bajar la temperatura (F) dividido por 3412 (BtuH/kW).

4. Pérdidas en las paredes laterales = área externa del tanque (en pies cuadrados)× el factor de pérdida de pared lateral [BtuH/sq/ ft/F] × el cambio de temperatura (°F) dividido por 3412 [BtuH/kW]).

(Si se observa detalladamente nos estamos basando en las ecuaciones de Calor y la ley de Fourier)

El coeficiente de pérdidas se calcula dividiendo el coeficiente de conductividad del material del tanque (Acero inoxidable = 26 BTU/hr pie °F) por el espesor del tanque (en pies).

La suma de las potencias (ya en Kw) de calentamiento (1 + 2) y las de operación (3 + 4 ) se comparan, y se elegirá la mayor como potencia de diseño para el calentador.



AHORRO DE ENERGIA EN EL SISTEMA DE CALENTAMIENTO:

¿Es necesario tener encendido el calentador durante todo el tiempo de trabajo?, verdaderamente no lo es. Lo que se necesita es mantener una temperatura uniforme (50°C) y mantener dicha temperatura durante el proceso, y dado que disponemos de termómetros para estar controlando la temperatura en el reactor, lo ideal sería encender el calentador sólo para elevar la temperatura y cuando ésta empiece a descender hasta un nivel mínimo aceptable, manteniéndolo apagado el resto del tiempo. He aquí entonces una alternativa racional de ahorro de energía eléctrica, se trata de un circuito electrónico experimental que “enciende y apaga automáticamente” a nuestro calentador porque está dotado de un sensor de temperatura y puede funcionar con fuente (rectificador conectado al sistema eléctrico de todo el equipo) o batería de 12 V. Veamos el circuito (si el esquema no está muy visible, escríbeme para enviártelo):

Este circuito está basado en un amplificador operacional (tipo CA741) que puede ser reemplazado por un LF356 (Es el CI-1) para tener mayor estabilidad.
Como elemento sensor de temperatura utiliza un diodo tipo LM335. El potenciómetro P1 nos ayudará a calibrar la temperatura mínima de referencia y el LED D2 nos informará que el circuito está funcionando.
Esta es la lista completa de componentes:
 CI-1 LF 386 – Amplificador operacional con entradas FET
 CI-2 CD4093BP – Integrado CMOS
 Q1 y Q3 – BC548 – Transistor NPN de uso general.
 Q2 – BC558 – Transistor PNP de uso general.
 D1 – LM335 – Diodo sensor de temperatura.
 D2 – Diodo LED de 5mm color verde.
 D3 – Diodo 1N4148 Diodo de uso general.
 P1 – Potenciómetro de 5 K Ohm
 R1 – 10 K Ohm
 R2 – 29 K Ohm
 R3 – 12 K Ohm
 R4 – 10 K Ohm
 R5 – 10 K Ohm a 3,3 M Ohm (a experimentar)
 R6 – 1 K Ohm
 R7 – 4,7 M Ohm.
 R8 – 10 K Ohm
 R9 – 10 K Ohm
 R10 – 1 K Ohm
 R11 – 3K3 Ohm
 C1 – 470 nF - Cerámico x 50 V
 C2 – 330 nF - Cerámico x 50 V
 Relé de 12 V para circuitos impresos.

Con esto doy por concluido el presente artículo, gracias nuevamente por la atención brindada. Toda crítica bien intencionada o sugerencia es, como siempre, bienvenida.. Nos vemos el mes siguiente con los “mecanismos de agitación”.

COSTRUYE TU PROPIO GENERADOR DE BIODIESEL (Criterios de Ingeniería - 2ª parte)

Una vez definido el diseño de los tanques, se tiene otro factor no menos importante para llevar a cabo nuestro “generador de biodiesel”, se trata de la estructura de soporte para el proyecto y a la que muchas veces no se le toma muy en serio si se trabaja empíricamente.

Veamos el caso de este “Generador de fondo cónico”, construido a partir de un barril petrolero de 200 litros y que está soportado por 4 tubos estructurales ligados con travesaños.

Modelaremos las patas como “columnas” , haremos un poquito de cálculos basándonos en la teoría respectiva y llegaremos a una interesante conclusión:

Definimos el coeficiente de esbeltez de la siguiente forma:

Como trabajamos con acero estructural, tendremos aproximadamente:
E (Módulo de Young) = 200 GPa ; σy (Esfuerzo de fluencia) = 250 MPa
Reemplazamos este dato en la expresión de arriba tenemos Ce = 116,7

La Relación de Esbeltez se define = L/r, donde “L” es la longitud efectiva y “r” el radio de giro de la sección geométrica, definido a su vez por:
“I” es el momento de inercia de la sección transversal y “A” el área de la misma.

Ahora bien, la carga admisible en columnas de acero está regida por las especificaciones puntuales de la AISC (American Institute of Steel Constructions), las cuales indican:

a) ) Si L/r está entre Ce (116, 7 en nuestro caso) y 200

b) ) Si L/r es menor de Ce (116,7)

Donde F.S. es el factor de seguridad:

El tubo estructural utilizado es de 1” de diámetro y aproximadamente 1 mm de pared. Así tenemos: (Todos estos datos pueden obtenerse del Manual de la AISC)

Suponiendo que nuestras patitas tengan una altura de 1,5m, estaríamos en el caso “a” dado que L/r = 172,99 y la carga admisible sería de 2741,507 N ≈ 779 kg por pata.

Si las patitas tienen una altura más modesta, digamos 80 cm, estaríamos en el caso “b” dado que L/r = 92,262 <>

Nuestro factor de seguridad F.S. ≈ 1,9

Por ende nuestra carga admisible aumenta a 8373,54 N ≈ 853 Kg por pata.

El barril lleno puede pesar hasta 200 kg (50 Kg soporta cada una de las 4 patas aproximadamente) y ello nos hace pensar que hubieren sido suficientes 3 patas en vez de 4 asumidas empíricamente. Esta es la conclusión más importante.

Por todo lo expuesto, quedamos convencidos entonces de la importancia en optimizar también el diseño de las estructuras de soporte, ya no sólo con respecto al número de columnas, vigas o travesaños, sino también el de seleccionar la sección geométrica de dimensiones más convenientes para los perfiles que han de utilizarse.

El manual de construcciones de acero de la AISC es una herramienta valiosísima como referencia para cualquier estructura de soporte hecha de acero. Aquí dejo el link desde donde podrá descargarse.

http://my.opera.com/montane76/blog/manual-of-steel-construction-aisc-lrfd

Otro aspecto importante es el de la soldadura, si bien el manual AISC nos brinda ciertos alcances, viene al caso indicar que para espesores de plancha de acero de 6 mm ó menos, el espesor mínimo de los cordones es de 3mm, mientras que para espesores de entre 6 y 8 mm (Es muy raro requerir un espesor mayor de planchas y perfiles en proyectos pequeños), el espesor de soldadura mínimo es de 5 mm. Estos datos se ajustan a otra especificación importante, correspondiente a la AWS (American Welding Society).

Este artículo será uno de los pequeños pero su importancia es fundamental. El próximo estará referido a los sistemas de calentamiento.

CONSTRUYE TU PROPIO GENERADOR DE BIODIESEL (Criterios de Ingeniería – 1° parte)

La primera propuesta ha sido netamente experimental, ahora vayamos mejorando nuestro reactor de acuerdo con la cantidad requerida de combustible en nuestras necesidades diarias. Empezaremos pues, esta serie de tópicos destinados a incrementar rendimientos utilizando verdaderos criterios de ingeniería. El primero será relativo al diseño de los tanques de proceso y lavados. Una introducción se hace necesaria.
Los modelos de reactores que abajo pueden apreciarse fueron desarrollados en la Universidad Agraria, forman parte del proyecto discutido en este blog hace dos meses. He aquí la primera propuesta, que está destinada al ámbito urbano y serviría (como bien mencionamos) para reciclar aceites usados en los restaurantes.

El tanque superior (donde se procesa el metóxido) tiene una capacidad de 15 litros mientras que el tanque inferior (el reactor propiamente dicho) es de 60 litros y están realizados en acero inoxidable.
La segunda propuesta está dirigida al sector rural ,de manera más precisa (pero desatinada) a las comunidades aisladas de nuestra Amazonía, he aquí el reactor:
En este caso se ha adaptado un barril de acero de 50 litros para éste propósito, y , desde luego, sin modificaciones como puede observarse.

La primera propuesta posee la ventaja fundamental del “fondo cónico” en los recipientes. Dicha característica permite aprovechar la ventaja de la presión hidrostática, que, aunada a la reducción del área de salida, incrementa la “velocidad de descarga” y de este modo puede gobernarse adecuadamente la evacuación tanto de la glicerina como la del biodiesel resultantes del proceso.

¿Y cuál es el ángulo adecuado?, el fondo plano no nos garantiza un completo vaciado del depósito, y mucho más si consideramos que estamos trabajando con líquidos altamente viscosos. Esto mismo se dá al utilizar un ángulo de cono muy pequeño.
Utilizando las ecuaciones básicas de Bernoulli y la de continuidad de flujo se obtiene el siguiente resultado:
Tomemos por ejemplo el caso de que deseáramos adaptar un típico barril petrolero de 50 galones (≈13 litros) como reactor para producir nuestro biodiesel.
Sus dimensiones aproximadas son r1=11,375” ≈ 0,289 m ; H ≈ 90cm =0,9m.
Supongamos que simplemente le practicamos un orificio de ½ pulgada de diámetro, luego tenemos un radio r2 = ¼ “ ≈ 0,00635 m
Reemplazando entonces los datos geométricos de nuestro barril en la ecuación y variamos el ángulo entre 30° y 75°. Obtenemos entonces:
No obstante lo burdo que podría resultar este modelo matemático (no estamos tomando en cuenta la viscosidad), nos da una pequeña idea de la importancia de este asunto.
Puede leerse en algunos artículos relativos a la construcción de reactores que “a mayor profundidad del cono se obtendrán mejores resultados” y se recomienda un “ángulo de cono” de entre 45° y 52° según el volumen de la parte recta del cilindro. Evidentemente que podemos usar un ángulo mayor, pero reduciendo la altura “H” de la parte recta del tanque.

¿Cuál es el espesor adecuado del acero inoxidable para los tanques de proceso y de lavado?.

Los artículos y documentos que encontraremos “navegando por ahí” nos recomiendan un rango de entre 1,3 y 2mm correspondiendo este último numerito para un máximo de 200 litros.
Nosotros recomendaremos de manera especial la norma API (American Petroleum Institute) 650 para tanques de almacenamiento que establece:

H (altura) y D (diámetro) están en pies (simplemente dividimos por 0,3048 para convertir nuestros metros).
Ge (gravedad específica del fluido) podremos asumirlo igual a 1.26 (glicerina muy viscosa).
Este resultado es para tanques cuyo diámetro sea inferior a 50 pies (15 metros). Es muy raro que requiramos de diámetros mayores.
Así , reemplazando los datos de nuestro barril petrolero (H = 0,9m y D = 0,571m) requeriremos una plancha de acero inoxidable de t = 0,068” ≈ 1,7 mm si deseamos construirle un fondo cónico o bien para construir un nuevo tanque.

DIMENSIONES PARA EL REACTOR

La relación de volúmenes entre el tanque reactor y el de metóxido debe ser aproximadamente de 10/3 (según los cálculos experimentales en nuestro artículo anterior). Aquí los amantes de la geometría tienen una bonita oportunidad de aplicar diligentemente sus conocimientos.
El volumen deseado es decidido de antemano, bien podría diseñarse y construirse completamente el reactor, como también podría adaptarse un barril de acero (tal fue el caso del proyecto de la UNALM), pero es necesario agregar un fondo cónico por las razones ya expuestas.
Suponiendo que estamos en el primer caso. El volumen de la parte de nuestros tanques lo calculamos usando V1 = π (D al cuadrado)H y la parte cónica V2 = (1/12 )π (D al cuadrado) h (h = altura de la parte cónica). No tenemos más que jugar con valores para D y H (en metros).
El volumen final de nuestro recipiente se estimará entonces con V = V1 + V2, haciendo la conversión de unidades respectiva (metros cúbicos a litros o galones).
Para tener en cuenta: 1 metro cúbico = 1000 lts. = 264,18 galones USA
No tenemos más que jugar con valores para D y H, de acuerdo al volumen final deseado V. La altura “h”, como vimos, dependiente del ángulo α, ya que h = (D/2)tanα , pero, en la práctica dicho ángulo es difícil de obtener “exactamente como lo queremos”.
He aquí cómo se desarrolla la parte cilíndrica en la plancha de acero, Para nuestros fines es suficiente redondear el π = 3,14.. Su perímetro será: P1 = πD

Para la parte cónica es necesario haber decidido el ángulo α, con el cual calcularemos “h” pues lo que requerimos realmente es la “generatriz del cono” que designaremos como “hi” y será calculado con nuestro teorema de Pitágoras:

Ahora desarrollamos nuestro conito de la siguiente manera. Con radio “hi” trazamos un círculo sobre la plancha de acero. Este círculo tendrá un perímetro P2 = 2πhi.
La diferencia de perímetros P2 – P1 nos dará como resultado el arco “ab”, que a su vez nos servirá para calcular el angulo β, base del desarrollo del cono.

Para quien conoce de éstos menesteres es muy sencillo este procedimiento, pero para quien no tiene mucha práctica debe entrenarse primero con pedazos de cartón.
Las planchas cortadas y roladas deberán soldarse. Aquí vamos a dar el ejemplo de cómo procederemos en el caso de que decidamos introducir un fondo cónico en nuestro barril petrolero de 50 galones, ya conocemos las dimensiones básicas.

Si no tenemos un compás bastante grande, se puede improvisar uno con un clavo, un rotulador y cordel que no se deforme al tirar, o mejor, alambre fino. Enrollar uno de los extremos del alambre en el clavo, y el otro en el rotulador, cerca de la punta en ambos casos, con la longitud del alambre entre ellos igual al radio del círculo; es un poco difícil conseguir la distancia exacta. Sujetar el clavo a algo para mantener el alambre tirante y enrollar o desenrollar un poco del rotulador. Hacer una pequeña muesca en el centro de la chapa donde pueda encajar la punta del clavo. Dibujar el círculo con cuidado, manteniendo el rotulador y el clavo totalmente verticales.
Si no es factible o es muy costoso el rolado puede probarse doblar la chapa con forma curva empleando un rodillo. Un buen motivo para hacer el agujero de la válvula al principio es que así el rodillo puede atravesar el agujero y es más cómodo. Prueba con un segmento de tubo de acero de diámetro 2 cm y medio metro, o más, de largo.

Lo próximo será el análisis de elementos estructurales para todo nuestro equipo y que será materia del siguiente artículo. Por la atención brindada, muchísimas gracias y ¡hasta el mes que viene!.

CONSTRUYE TU PROPIO GENERADOR DE BIODIESEL (PRIMERA PROPUESTA)

Empezaremos esta serie dedicada a dar ideas precisas para proyectar y construir nuestro propio reactor o generador de biodiesel. Esta primera propuesta nos servirá para irnos entrenando en la producción de dicho biocombustible, para tener una idea cabal de “¿cómo es que se hace?” y “¿qué se debería hacer para optimizar el proceso?”. Puede ser también interesante como trabajo demostrativo experimental.Este mini-reactor es fácil de hacer con pocos materiales, casi todos de la cocina, y unas pocas herramientas. Es efectivo y seguro, hermético, sin salpicaduras ni fugas de gases calientes. Sirve para pruebas de 1 ó 2 litros y para procesos de una etapa o de dos. Tiene control de la agitación y de la temperatura, y además es portátil.

Materiales
*Un bidón transparente de tres litros de HDPE (polietileno de gran densidad), con dos tapas (una encajada a presión y otra enroscada encima). Como no son muy “comunes” esos bidones puedes adaptarle éste sistema a un bidón simple de dos litros.
*Olla para fideos. Tiene dos partes (una olla dentro de otra); la pieza interior está llena de agujeros como un colador. Esta puede sustituirse ventajosamente (si no encontramos ese tipo de olla) con dos ollas o recipientes metálicos (una más pequeña que la otra ,obviamente, y a la que se agujereará como colador en su base inferior).
*Llave para bujías;
*Varilla de acero(diámetro 6mm ó ¼ “) para el agitador.
*Hornillo de gas portátil o cocinilla eléctrica o un primus a kerosene.
*Dos botellas de medio litro de plástico PET.
*Tubo de plástico rígido de diámetro 4mm (1/8") y 6mm (1/4").
*Tubo de plástico flexible de diámetro 6mm (1/4").
*Trozo de madera para fijar agitador en la tapa.
*Termómetro para controlar temperaturas.
*Varios: resina epóxica o masilla, silicona.
Para la agitación:
*Taladradora eléctrica portátil (Si puedes darte el lujo o si puedes rebobinar el motor de una malograda). Lo más racional es utilizar un motor reductor de corriente continua, al que con un poquito de ingenio acoplarás el agitador.
*Abrazadera de plástico para la taladradora o el motor;
*Estructura de soporte para la taladradora o el motor;

El agitador es, como se indicó, una varilla de acero de 6 mm a la cual se le practicará una ranura en un extremo y una pieza plana de acero encajada en la ranura. El eje entra a medida pon un agujero en la mayor de las dos tapas del bidón.
En caso de utilizar un motor simple o reductor en lugar de la taladradora, he aquí una sugerencia de cómo debe acoplarse con el agitador
La tapa está atravesada por un casquillo de madera dura con un agujero de 6mm para que pase el eje del agitador. El agujero debe ser del tamaño justo para que pase el eje. Calienta una varilla del mismo diámetro que el eje y pásala con cuidado através del agujero; que no esté demasiado caliente, lo justo para tostar el interior del agujero sin llegar a carbonizarlo. Pon unas gotas de biodiesel para lubricar.

Recorta en la tapa un cuadrado del tamaño del casquillo de madera. Haz dos ranuras poco profundas en cada una de las cuatro caras de la pieza, justo encima y debajo de donde se va a ajustar la tapa. Encaja la madera en la tapa y sella la unión por las dos caras con masilla epóxica, rellenando también las ranuras. Cuando la resina endurezca cubre las juntas con silicona.

Calentamos el aceite en un recipiente aparte hasta una temperatura de 50°C (que se controlan con el termómetro) y lo vertemos dentro del bidón.Introduce el agitador en el reactor. Inserta la tapa con el taco de madera por el otro extremo del eje del agitador y enróscala con firmeza. Llena las dos botellas de medio litro con agua a la temperatura de proceso, o a una temperatura inferior. Pon el reactor dentro de la olla. Para que el bidón no se mueva ponle una una botella a cada lado. Añade agua caliente a la olla hasta que quede al mismo nivel que el aceite. Regula el fuego para ajustar la temperatura del agua a la del proceso y luego apágalo.Pon la taladradora en su soporte, sujétala al eje del agitador, y ponla en marcha.

El Metóxido:

El reactivo fundamental para la preparación de biodiesel es el Metóxido de Sodio que se prepara a base de alcohol etílico o metílico y soda cáustica o lejía en una proporción de 10/1 respectivamente. La lejía cumple la función de “catalizador” de la mezcla, ésto es, el “acelerador” del proceso químico.La mezcla de la lejía con el metanol produce una reacción exotérmica, que desprende calor. Es peligroso y difícil de mezclar, y la mezcla tiene que completarse totalmente antes de poder usarla; toda la lejía tiene que estar disuelta. Esta es una manera sencilla y segura de hacerlo. El problema es que hay que hacerlo con mucho tiempo de adelanto, pero es fácil calcular los tiempos. ¡TOMAR TODAS LAS PRECAUCIONES cuando se manipule metanol, lejía o metóxido de sodio! Utilizar un recipiente resistente y denso, hecho de HDPE, normalmente marcado en el fondo con la marca internacional "2" dentro de un triángulo. Debe tener una tapa que se ajuste a presión y otra tapa que se enrrosque encima. Poner dentro el metanol y añadir después la lejía. Si estás usando cantidades grandes es mejor que no eches toda la lejía de una vez, sino poco a poco, agitando el recipiente cada vez que añadas lejía (primero cierralo bien). Después de echarla toda vuelve a tapar y agita durante unos segundos. Hazlo unas cuantas veces más, cada pocas horas (al menos entre cuatro y seis veces en total). Se disolverá totalmente en 24 horas, o un poco más. Para fines de cálculo puede utilizarse esta proporción según la cantidad de biodiesel que vayamos a preparar: 78% aceite, 20% alcohol, 2% lejía.
Mezclamos el metóxido en bidones de HDPE que tienen un tapón encajado a presión con una tapa enrroscada encima. Taladra dos agujeros en una tapa y fija dos segmentos cortos de tubo de plástico, o de cobre, de diámetro 4mm (1/8"), unidos a la tapa con masilla epoxi. A uno, por la parte de dentro, ponle un pedazo de tubo de plástico rígido de diámetro 6mm (1/4"), que llegue casi al fondo de la botella. Al otro, en la parte de fuera, únele un segmento de tubo de plástico flexible de diámetro 6mm (1/4"). Fija un tercer segmento de tubo de cobre a la tapa pequeña del reactor.Para transvasar el metóxido al reactor (cuando el metóxido esté frío), sustituye el tapón y la tapa normal por la tapa modificada en el párrafo anterior, apretando bien.

Unimos el extremo libre del tubo flexible al tubo que atraviesa la tapa pequeña del reactor. Ahora, con cuidado, eleva el bidón del metóxido por encima del reactor y dale la vuelta. Entra aire por el tubo abierto que llega hasta el fondo (que ahora es la parte más alta); el metóxido fluye por el tubo flexible y atrtavés de la tapa del reactor hasta caer sobre el aceite.Cuando no quede metóxido en el bidón, dejalo de pie sobre la mesa, junto al reactor. El vapor de metanol que no se condense en el reactor se condensará en el bidón y podrás reutilizarlo.

Controlamos la temperatura con un termómetro y calentamos cuando sea necesario. Esto es bastante seguro, incluso usando gas y con la traladradora en marcha, porque no sale vapor de metanol durante el proceso. A tempratura ambiente sólo hay que corregir la temperatura de la mezcla un par de veces cada hora.




El recipiente de HDPE es translúcido en vez de transparente, pero se puede ver cómo se desarrolla la reacción, y los cambios de viscosidad y color del aceite.

El proceso de agitación debe realizarse por 2 horas en promedio (independientemente de las RPM con las que se esté trabajando). Cuando termine la reacción desconecta la taladradora o motor y tumba el reactor sobre un lado para el reposo, con la tapa pequeña abajo. Después, para drenar la glicerina, simplemente sostenlo inclinado sobre un cubo y afloja la tapa pequeña; aprietala cuando empiece a salir el biodiesel. Es necesario indicar que el proceso de “reposo” debe ser de 8 horas en promedio.

El biodiesel es, como se observa en la figura, el líquido de color ámbar situado entre la tapa pequeña y el asa; el resto es glicerina sucia. Aproximadamente se obtiene un 10% de producto final sobre un 100% de materia prima.
Finalmente el producto obtenido ha de ser “purificado” pues nada nos garantiza su calidad y limpieza.
El biodiesel se mezcla con agua (en proporción 50%-50%) tres veces, dejándose en cada una reposar por espacio de 30 mins. (el agua con impurezas se irá al fondo) para que se separen ámbos líquidos.
El agua que “por casualidad” quede en nuestro biodiesel se evaporará calentándolo a una temperatura de 60°C aproximadamente. Recomiendo probarlo haciéndolo arder humedeciendo con él un pedacito de algodón.

Todos los tiempos y proporciones así como las diversas recomendaciones indicadas para la obtención de biodiesel en este reactor, se corroborarán o afinarán con un poquito de práctica.

Ahora nuestro objetivo será optimizar el proceso a fin de obtener una mayor cantidad de biodiesel, para lo cual hemos de emplear recipientes más grandes (pueden seguirse utilizando reciclados pero el ideal es que sean de acero inoxidable, dimensionados adecuadamente), perfeccionar el mecanismo de agitación, la fuente de calor debe ser interna y no externa para mejorar la eficiencia térmica. Utilizaremos además bombas, tuberías y accesorios hidráulicos para comunicar entre sí a los recipientes y evitar la manipulación que puede ser riesgosa e innecesaria para el operario. Todo esto será materia de nuestros siguientes artículos.

(Fuentes de Referencia:http://journeytoforever.org/ ; http://www.biodieselcommunity.org/ )

CONSTRUYE TU PROPIO GENERADOR DE BIODIESEL (INTRODUCCION)

No se puede hablar de biodiesel sin hacer mención de los biocombustibles en general, ¿y por qué se ha vuelto un tema tan popular el referido a los biocombustibles?, en primer lugar obviamente es debido a que ya el petróleo alcanzó la cúspide de su cantidad ofertada (no hay más de lo que ya se encontró) mucho antes de lo esperado y este recurso, como es bien sabido, inició una considerable subida en su precio internacional en los últimos años, y otras fuentes de energía primaria en estudio o en pequeña escala (hidrógeno,baterias de li-ion, celdas de combustible, etc.) revelaron no estar disponibles en corto plazo, al menos el necesario para tomarle la posta al petroleo cuando se agote del todo y traiga muchos problemas. Por ello las grandes potencias se interesaron en los biocombustibles, y si bien con la crisis económica actual el precio del petróleo virtualmente "se vino abajo", éste ya se encuentra remontando nuevamente y por ello retoma interés con mucho vigor.
Según Wikipedia:
"Los biocombustibles más usados y desarrollados son el bioetanol y el biodiésel.
El bioetanol, también llamado etanol de biomasa, se obtiene a partir de maíz, sorgo, caña de azúcar, remolacha o de algunos cereales como trigo o cebada. En 2006, Estados Unidos fue el principal productor de bioetanol (36% de la producción mundial), Brasil representa el 33,3%, China el 7,5%, la India el 3,7%, Francia el 1,9% y Alemania el 1,5%. La producción total de 2006 alcanzó 55 mil millones de litros.
El biodiésel, se fabrica a partir de aceites vegetales, que pueden ser ya usados o sin usar. En este último caso se suele usar raps, canola, soja o jatrofa, los cuales son cultivados para este propósito. El principal productor de biodiésel en el mundo es Alemania, que concentra el 63% de la producción. Le sigue Francia con el 17%, Estados Unidos con el 10%, Italia con el 7% y Austria con el 3%.
Otras alternativas como son el Biopropanol y Biobutanol son menos populares."

Nuestro interés en este artículo y algunos subsiguientes será el biodiesel y cómo podemos construir nuestro propio generador de ese combustible, dado que puede convertirse en una interesante fuente, no sólo de autoempleo sinó también de autoabastecimiento energético, producir nuestra propia energía eléctrica a partir de él, puede ser incluso base para la formación de pequeñas empresas en ese rubro y que aún no estan muy difundidas en nuestro medio.

El biodiesel no sólo puede obtenerse a partir de grasas vegetales, sinó también animales. Queda entonces como propuesta el salvar del colesterol y la grasa acumulada a miles de compatriotas en sus organismos por medio de liposucciones masivas por ejemplo...es una idea. La Universidad Agraria hace algunos años lanzó la idea de utilizar o "reciclar" el aceite "viejo" de todos los restaurantes y fast-foods de Lima para fabricar biodiesel y otorgar a cambio una certificación; era una idea interesante, pero todos fuimos testigos de cómo se encareció el aceite vegetal entre el año y el anteaño pasado , y claro, ¿Qué restaurante estaría interesado en renovar más periódicamente su aceite de frituras en esta forma?, por ello es que lanzo la iniciativa que propuse más arriba.

¿Y cómo es que se fabrica el biodiesel a partir del aceite?, veamos el esquema:

Biodiesel es realmente muy simple de hacer. Se hace químicamente alterando la estructura molecular de cualquier aceite orgánico con el uso de un catalizador químico y de un alcohol.
A hacer esto, el aceite se calienta simplemente a una temperatura señalada (para ayudar con la reacción química) y entonces una mezcla del catalizador y de un alcohol se agrega al aceite. El aceite, el catalizador, y la mezcla del alcohol se mezclan por un período. Si es acertada, la reacción química entre el aceite, el alcohol, y el catalizador habrán analizado el aceite en varias capas. La capa superior será biodiesel, químicamente llamado un éster, la capa siguiente puede contener el jabón, y la capa inferior será glicerina.
Una vez que hayan ocurrido los niveles de capas, se eliminan la glicerina y el jabón. El biodiesel entonces se lava con rociador de agua y con una bomba de aire (como las que se usan en los acuarios), o ambos. El lavado se hace para quitar cualquier jabón adicional, el alcohol, u otras impurezas en el biodiesel.
Después de que se lave, entonces se seca para quitar cualquier agua. Después se filtra comúnmente a través de los filtros de combustible y entonces esta listo para ser utilizado. (fuente: biodieselcommunity.org).

En las próximas entregas veremos cómo se puede construir nuestra planta generadora, también se darán criterios de diseño para hacerla más eficiente.

CONTROL DE VELOCIDAD DE MOTORES DE CORRIENTE ALTERNA (III PARTE)

Concluiré esta serie de artículos referidos al control de velocidad para motores de CA haciendo ahora mención de los métodos utilizados para los motores industriales llamados “variadores de frecuencia” o “Controles de Estado Sólido” y que someramente se les describió en el primer artículo, ahora daremos una idea más clara de sus principios de funcionamiento. Es necesario indicar que los circuitos involucrados son bastante más complejos. Los motores pueden ser, en este caso, monofásicos o trifásicos pero el común denominador en los sistemas de control son los famosos “tiristores” o SCR’s .
En el artículo previo se pudo observar la influencia del TRIAC sobre la onda de corriente alterna; el SCR tiene un efecto similar, con la diferencia de que las ondas “negativas” desaparecen, tal como ocurre en los “rectificadores” convencionales basados en diodos. Un tiristor se puede considerar como un interruptor extrarrápido, que puede permitir el paso de una parte de las semiondas de una corriente alterna solamente, como vemos en la figura siguiente:

Según el tipo de corriente alterna (trifásica o monofásica) los “rectificadores” basados en tiristores pueden ser:

Monofásicos: Se construyen rectificadores a tiristores, para circuitos monofásicos, ya sean de media onda o de onda completa, y se suelen emplear para el control de velocidad de pequeños motores, como es el caso de los que accionan máquinas herramientas, electrodomésticos, incluso se emplean actualmente para el control de las herramientas manuales, utilizadas hoy en día tanto en el campo profesional, como para simples labores de bricolaje. En la figura de abajo vemos dos esquemas de rectificadores monofásicos a tiristores, el primero de media onda y el segundo de onda completa, ambos conectados a un motor de corriente continua M, cuya velocidad puede ser regulada, variando el instante en que se producen los impulsos de puerta del tiristor y por tanto, la tensión aplicada al motor

Como podrá observarse, es un motor de corriente contínua o universal.
No obstante éste sistema, en corriente monofásica, podría ser reemplazado ventajosamente por alguno de los dos circuitos indicados en los artículos previos.

Trifásicos: Que son los motores de los que no se hizo alusión en los artículos previos y que a su vez se subdividen en dos:

Rectificadores trifásicos semi-controlados con tiristores.

Este es el circuito más utilizado para grandes y medias potencias. Como podemos ver, lleva tres diodos y tres tiristores. Funciona practicamente igual que si llevará solamente diodos, lo único reseñable es que llevan un circuito de control del disparo de los tiristores adicional. Los circuitos de control van montados en placas de circuito impreso, y en la actualidad se emplean con pequeños microprocesadores para poder añadirles más funciones, además del control del disparo de los tiristores. Algunas de éstas funciones pueden ser: detección de averías, de selección, de registro, etc.

Rectificadores trifásicos controlados con tiristores.

En cambio, este otro circuito de tiristores se utiliza bastante poco. Resulta mucho más caro que el semi-controlado, no solamente en lo referente al número de tiristores, sino al sistema de control que requiere.

En los dos circuitos, la protección se realiza exactamente igual que si de diodos se tratara. Y recordar, si un rectificador lleva tiristores, es porque se quiere tener un control, normalmente de un motor, algo que no se puede hacer con diodos.

¿Y cómo gobiernan en corriente contínua a los motores de corriente alterna?, nos falta aún una etapa que es la de "ondulación", esto es, volver la corriente contínua en alterna pero con frecuencia "ajustable", es precisamente la corriente contínua quien hace la "magia" de "regular la velocidad del motor". Este "ondulador" también está basado en tiristores. Ver el esquema:

El capacitor de "filtro" tiene, en este caso, una función similar al de las "fuentes de corriente contínua" o "eliminadores de pila", y es la de "suavizar" las semiondas en la forma siguiente:

Aquí vemos el caso del control para un motor síncrono:

Ya se indicó que estos sistemas de control son bastante costosos, pero, a largo plazo podrían ser rentables. Es cuestión de hacer el estudio respectivo según sea el caso.

Tienen también otras ventajas potenciales, asi podemos mencionar lo siguiente:

-Permite arranques suaves, progresivos y sin saltos.
-Controla la aceleración y el frenado progresivo.
-Limita la corriente de arranque.
-Permite el control de rampas de aceleración y deceleración regulables en el tiempo.
-Consigue un ahorro de energía cuando el motor funcione parcialmente cargado, con acción directa sobre el factor de potencia
-Puede detectar y controlar la falta de fase a la entrada y salida de un equipo. Protege al motor.
-Puede controlarse directamente a través de un autómata o microprocesador.
-Se obtiene un mayor rendimiento del motor.
-Nos permite ver las variables (tensión, frecuencia, r.p.m, etc…). Si se usa un display, claro está

No la desventaja del costo, estos sistemas de control tienen aplicaciones en maquinaria industrial tal como es el caso de:

• Transportadoras. Controlan y sincronizan la velocidad de producción de acuerdo al tipo de producto que se transporta, para dosificar, para evitar ruidos y golpes en transporte de botellas y envases, para arrancar suavemente y evitar la caída del producto que se transporta, etc.
• Bombas y ventiladores centrífugos. Controlan el caudal, uso en sistemas de presión constante y volumen variable. En este caso se obtiene un gran ahorro de energía porque el consumo varía con el cubo de la velocidad, o sea que para la mitad de la velocidad, el consumo es la octava parte de la nominal.
• Bombas de desplazamiento positivo. Control de caudal y dosificación con precisión, controlando la velocidad. Por ejemplo en bombas de tornillo, bombas de engranajes. Para transporte de pulpa de fruta, pasta, concentrados mineros, aditivos químicos, chocolates, miel, barro, etc.
• Ascensores y elevadores. Para arranque y parada suaves manteniendo la cupla del motor constante, y diferentes velocidades para aplicaciones distintas.
• Extrusoras. Se obtiene una gran variación de velocidades y control total de de la cupla del motor.
• Centrífugas. Se consigue un arranque suave evitando picos de corriente y velocidades de resonancia.
• Prensas mecánicas y balancines. Se consiguen arranques suaves y mediante velocidades bajas en el inicio de la tarea, se evitan los desperdicios de materiales.
• Máquinas textiles. Para distintos tipos de materiales, inclusive para telas que no tienen un tejido simétrico se pueden obtener velocidades del tipo random para conseguir telas especiales.
• Compresores de aire. Se obtienen arranques suaves con máxima cupla y menor consumo de energía en el arranque.
• Pozos petrolíferos. Se usan para bombas de extracción con velocidades de acuerdo a las necesidades del pozo.

Con esto doy por concluido el tema referente al control de velocidad para motores de C.A. Agradezco muy efusivamente al amigo Francisco Villalta por su comentario que practicamente me comprometió con esta tercera entrega. También agradezco los demás comentarios vertidos y doy la bienvenida a los nuevos participantes de este pequeño blog. Hasta una próxima entrega. Cordialísimos saludos.

CONTROL DE VELOCIDAD PARA MOTORES DE CORRIENTE ALTERNA (II PARTE)

El primer artículo describió dos formas diferentes de llevar a cabo el control de velocidad para un motor de corriente alterna sin necesidad de rectificar la onda senoidal (conversìón a corriente contínua), que es la que puede apreciarse abajo y, naturalmente, la mayoria de nosotros conoce:

En el caso de optar por los "variadores de frecuencia", lo que hacemos es hacer "más estrecha" cada cresta de la onda, ya que el tiemplo de un ciclo se reduce, algo así como esto: Si se usa en cambio un circuito de control basado en triacs, como los dimmers que se describieron, la onda senoidal inicial se "recorta" y tendría alguna de estas formas:

¿Y cuál es la influencia de todo ello en los motores?, en el primer caso ya se vio la dependencia del rpm del motor respecto de la frecuencia, mientras que para el segundo caso se "interrumpe la alimentación del motor" por un pequeñísimo intervalo de tiempo en forma intermitente.

Veamos ahora otro método interesante de control que también está basado en un circuito y es obviamente mucho más económico que un variador de frecuencia:
A cominezos de los años 90, la poderosa firma alemana TELEFUNKEN introduce una familia de circuitos integrados destinados precisamente al control de velocidad para motores, me refiero a la gama U2XX B, de la cual se puede citar un ejemplo interesante, el U208 B. La misma firma proporciona (en la hoja de datos del Circuito Integrado) detalles referentes al circuito con el que funciona:

Se muestra entonces el circuito de base para controlar la velocidad de motores en máquinas. Todos los resistores son de valores entre 1.5 y 2 watts (los valores de cada componente son visibles, y si no lo están, aquí puedes descargar la hoja de datos de este integrado: http://www.datasheetarchive.com/U208B-datasheet.html). Hay muchísimos otros integrados en esta familia (como indiqué más arriba), están el U 209 B, 210 B, 211 B, etc. y sus hojas de datos con sus respectivos circuitos están disponibles en la red, pero, mi deseo era simplemente ilustrar el uso de estos componentes como alternativa para el control de velocidad en motores de C.A. con un ejemplo útil. Todo comentario a estos artículos, cualquier pregunta o sugerencia son bienvenidos. Hasta la próxima oportunidad.