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TECNOCIENCIA CHIHUAHUA, Vol. XV (1) e 755 (2021)
https://vocero.uach.mx/index.php/tecnociencia
ISSN-e: 2683-3360
Artículo Científico
Síntesis quimioenzimática de ésteres metílicos de
ácidos grasos a partir de aceite residual y cálculo de
sus parámetros fisicoquímicos
Chemoenzymatic synthesis of fatty acid methyl esters from residual oil
and its physicochemical parameters calculation
*Correspondencia: dchavezf@uach.mx (David Chávez Flores)
DOI: https://doi.org/10.54167/tecnociencia.v15i1.755
Recibido: 19 de enero de 2021; Aceptado: 20 de abril de 2021
Publicado por la Universidad Autónoma de Chihuahua, a través de la Dirección de Investigación y Posgrado.
Resumen
Mediante el desarrollo de un diseño factorial 2k se evaluó la temperatura y concentración del
catalizador en la reacción para la obtención de ésteres metílicos de ácidos grasos utilizando aceite
residual como sustrato metanol como aceptor de acilo Candida antarctica Lipasa B como catalizador
y tamices moleculares como agente secante. Los datos experimentales se analizaron con un análisis
de varianza. Las relaciones óptimas de catalizador-temperatura se determinaron a 13% -30 ° C,
14,5% -34 ° C y 14% -35 ° C. No se detectó ningún efecto de los tamices moleculares en el
rendimiento de la reacción. Por el contrario, se registró para la acidez del producto, que mostró
una disminución significativa, de 0,79 a 0,40 mg KOH / g. Aplicando las reglas de mezcla, se
calcularon las propiedades fisicoquímicas de los esteres etílicos de ácidos grasos (densidad,
gravedad API, viscosidad cinemática, punto de enturbiamiento, presión de vapor, índice de cetano
y capacidad calorífica). Los resultados establecieron que el biocombustible es apto para uso
comercial y cumple con las regulaciones para biocombustibles: ASTM D6751 y EN-14214. Se
determinó que el terc-butanol es el disolvente óptimo para la recuperación y reutilización de la
lipasa.
Keywords: ésteres, combustibles, aceite, residual, biodiesel, biocatálisis, ácidos grasos
Abstract
By the development of a 2k factorial design, the temperature and catalyst concentration were
evaluated in the reaction for obtaining fatty acid methyl esters using residual oil as substrate,
methanol as acyl acceptor, Candida antarctica Lipase B as catalyst and molecular sieves as drying
agent. Experimental data was analyzed with an analysis of variance. Optimal catalyst-temperature
Alejandro Sustaita-Rodriguez1, Martha Graciela Ruiz-Gutiérrez1, Víctor Hugo Ramos-
Sánchez1, Blanca Gladiana Beltran2, León Hernandez-Ochoa1 y David Chávez-Flores1*.
1 Facultad de Ciencias Químicas, Universidad Autónoma de Chihuahua, Circuito Universitario,
Chihuahua, México 31125.
2 Facultad de Enfermería y Nutriología, Universidad Autónoma de Chihuahua. Circuito
Universitario, Chihuahua, Chihuahua, México 31125.
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Alejandro Sustaita-Rodriguez, et al.
TECNOCIENCIA CHIHUAHUA, Vol. XV (1) e 755 (2021)
ratios were determined at 13%-30°C, 14.5%-34°C, and 14%-35°C. No effect of molecular sieves was
identified in the reaction yield. Contrary, was recorded for the acidity of product, which showed a
significant decrease, from 0.79 to 0.40 mg KOH/g. Applying the mixing rules, the physicochemical
properties of the fatty acids methyl esters (density, API gravity, kinematic viscosity, cloud point,
vapor pressure, cetane number and heat capacity) were calculated. Results established that the
biofuel is suitable for commercial use and meets the regulations for biofuels: ASTM D6751 and EN-
14214. Tert-butanol was determined as the optimum solvent for the recovery and the reuse of the
lipase.
Palabras Clave: ester, fuel, oil, residual, biodiesel, biocatalyst, fatty acid
1. Introducción
El biodiesel es un combustible líquido semisintético conformado por mono alquil ésteres de
ácidos grasos que se derivan de lípidos naturales y el cual constituye una opción que ha atraído la
atención durante la última década como recurso renovable, biodegradable, no tóxico y respetuoso
con el ambiente. Se produce generalmente mediante la modificación de triglicéridos de aceites y
grasas vegetales o animales a través de la reacción de transesterificación (Saquib y col., 2012) que
involucra alcoholes de cadena corta como metanol o etanol en presencia de un catalizador. El
biodiesel se puede producir a través de medios químicos y biológicos. La vía química por lo
general incluye dos tipos de catalizador: alcalinos y ácidos. En el caso del proceso alcalino tiene la
desventaja de que si el aceite utilizado tiene alta concentración de ácidos grasos libres es probable
que se formen jabones lo que crea dificultades en la recuperación del biodiesel. La
transesterificación catalizada con ácidos/bases minerales es adecuada para una materia prima con
ácidos grasos con alto contenido de agua, pero tiene el inconveniente de que los ácidos/bases
minerales podrían causar daños a los equipos y las velocidades de reacción son muy lentas (Du y
col., 2008). Debido a esto, la producción enzimática de biodiesel ha recibido especial atención, ya
que tiene ventajas sobre diversos métodos químicos. En la actualidad, se está investigando el uso
de lipasas inmovilizadas (Salazar-Leyva y col., 2014), enzimas que pueden servir como
aceleradores de la reacción de transesterificación para la obtención de este biocombustible ya que
su uso hace la reacción menos sensible a grandes cantidades de ácidos grasos libres. (Baeza-
Jiménez y col., 2014). Enormes cantidades de aceites de cocina residuales y grasas animales están
disponibles en todo el mundo, especialmente en los países desarrollados. El manejo de estos aceites
y grasas suponen un reto importante debido a sus problemas de eliminación y la posible
contaminación de los recursos hídricos y de tierras. A pesar de que algunos de estos aceites se
utilizan para la producción de jabón, gran parte de ellos, son vertidos al ambiente (González y col.,
2013), por lo que recientemente se ha estudiado el uso de este tipo de aceites para la producción de
biodiesel debido a que no presenta competitividad contra el cultivo de plantas productoras para la
industria alimentaria y posibilita la aplicación de estos desechos. Es por eso que en este artículo de
investigación se estudió el uso de lipasa de Cándida antártica como biocatalizador para la
producción de biodiesel a partir de aceite de cocina residual y utilizando ecuaciones calcular sus
propiedades como combustible.
2. Materiales y métodos
Se utilizó aceite residual de un comedor industrial de la ciudad de Chihuahua, metanol grado
cromatografía de líquidos de alta resolución HPLC por sus siglas en inglés High Performance
Liquid Chromatography, con 99.8% de pureza de la marca J.T. Baker, lipasa tipo B de Cándida
3
Alejandro Sustaita-Rodriguez, et al.
antárctica inmovilizada en resina de acrílico (Novozym 435) de Amano Enzymes Co. y algunos
otros solventes todos ellos grado HPLC. Las reacciones fueron llevadas a cabo generando un medio
anhidro a partir de la adición de tamices moleculares de tamaño de poro de 3 Å adquiridos de
Sigma-Aldrich.
2.1. Caracterización de las materias primas
La composición de los ésteres metílicos de ácidos grasos FAME (por sus siglas en inglés, Fatty Acid
Methyl Esters) fue calculada a través de la técnica de normalización de áreas mediante el uso del
cromatógrafo de gases Agilent technologies 7890A acoplado a un espectrómetro de masas,
utilizando KOH como catalizador para metilar el aceite. El índice de acidez, porcentaje de ácidos
grasos libres (FFA), índice de peróxido, agua y sedimentos y densidad fueron calculados de
acuerdo con la Tabla 1.
Tabla 1. Variables y niveles utilizados para el diseño factorial 2k.
Table 1. Variables and levels used for the 2k factorial design.
Variables independientes
Variables
codificadas
Niveles
-1
0
1
Novozym 435 [%p/p]
X1
3
9
15
Temperatura (°C)
X2
30
45
60
2.2 Diseño experimental y análisis estadístico.
Se utilizó un diseño factorial 2k compuesto por dos niveles y un punto central (Tabla 2), mediante
el programa Minitab versión 16. Las variables investigadas fueron temperatura (°C) y
concentración del catalizador en porcentaje pesos/peso (%p/p) basado en el peso del aceite como
variable dependiente. La variable de respuesta seleccionada fue el rendimiento de ésteres metílicos
de ácidos grasos expresada cómo el % FAME.
Tabla 2. Propiedades y composición de aceite residual de la materia prima utilizada en la producción de
FAME.
Table 2. Properties and composition of residual oil of the raw material used in the production of FAME.
Parámetros
Valor*
Unidad
Referencia
Acidity index
2.74±0.005
mg KOH/g
Pancreac
FFA
1.93±0.003
%
Araújo, 1995
Density
0.88±0.001
g/mL
EN-14214
Water and sediments
1±0.007
%
ASTM, 2008
Peroxide index
2.91±0.04
meq O2/Kg
Araújo, 1995
Composición de ácidos grasos (%p/p)*
Palmitic acid C16: 0
13.654±0.675
Linoleic acid C18: 2
31.602±0.047
Elaidic acid C18: 1
36.563±0.788
Vaccenic acid C18: 2
5.236±0.064
Oleic acid C18: 1
7.652±0.268
Esteric acid C18: 0
5.294±0.180
* Mean ± standard deviation
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Alejandro Sustaita-Rodriguez, et al.
TECNOCIENCIA CHIHUAHUA, Vol. XV (1) e 755 (2021)
Los resultados obtenidos fueron analizados mediante un modelo de regresión (Ec. 1), con un índice
de confianza del 95% y para evaluar la significancia estadística de cada factor, los resultados fueron
examinados mediante un análisis de varianza ANOVA (por sus sigloides en inglés, ANalysis Of
VAriance) con una significancia del 5%.
Y= β0 + β1X1 + β2X2 + β12X1X2 + ε ………………………………………………………………... Ec. (1)
2.3 Reacciones de transesterificación.
Todas las reacciones fueron llevadas a cabo en viales conteniendo 3.5 g de aceite residual en
relación molar metanol/aceite 4:1, agitadas a 300 rpm durante 24 h a diferentes concentraciones de
catalizador y temperatura y de acuerdo al diseño de la matriz experimental de la (Tabla 3). Se
utilizó una modificación de la metodología de Samukawa y col., (2000) que consistió en incubar la
lipasa durante 24 horas en el aceite residual y posterior, se generó el medio anhidro adicionando la
cantidad necesaria de tamices moleculares. Para evitar la inhibición de la lipasa, se utilizó una
adaptación de la metodología propuesta por Shimada y col., (2002), y Azócar (2010), la cual
consistió en adicionar el metanol en un protocolo de dos pasos. En el primer paso se adicionó 1/3
de la de la relación molar metanol/aceite y transcurridas 8 horas de reacción, en un segundo paso,
se adicionaron los 2/3 remanentes. Se determinó el rendimiento de reacción mediante una
modificación del método propuesto en la norma EN-14214 empleando como estándar interno
laurato de metilo de concentración conocida y una modificación del método de normalización de
áreas, mediante cromatografía de gases.
Tabla 3. Respuestas obtenidas en el diseño experimental y respuestas pronosticadas según el modelo de
regresión para cada tratamiento.
Table 3. Responses obtained in the experimental design and predicted responses according to the regression
model for each treatment.
No. De experimento
Niveles de variables
Rendimiento de FAME (%)
X1
X2
Experimental
Predicho
1
3
60
64.5
68.73
2
15
30
92.19
95.32
3
3
60
69.47
68.73
4
9
45
88.89
86.73
5
15
60
85.96
86.67
6
15
30
96.43
95.32
7
9
45
85.84
86.73
8
9
45
85.46
86.73
9
3
30
83.83
77.49
10
15
30
97.33
95.32
11
3
30
74
77.49
12
3
30
74.63
77.49
13
15
60
88.64
86.67
14
15
60
85.4
86.67
15
3
60
72.21
68.73
X1=Concentración del catalizador, X2= Temperatura.
5
Alejandro Sustaita-Rodriguez, et al.
2.4 Determinación de las propiedades fisicoquímicas del FAME.
El cálculo de las propiedades fisicoquímicas de los ésteres metílicos se fundamentó en las reglas de
mezclado aplicadas a mezclas líquidas, es decir, se emplearon modelos matemáticos para evaluar
las propiedades de la mezcla en función del porcentaje en masa de FAME. Esto involucró las
propiedades críticas de cada metil éster, ya que a partir de estas propiedades es posible predecir
otras (densidad, capacidad calorífica, presión de vapor, etcétera). En la Tabla 4 se presentan las
propiedades calculadas y las Ecs. (3)-(12) utilizadas en este experimento.
Tabla 4. Ecuaciones de las reglas de mezcla para la determinación de las propiedades fisicoquímicas del FAME
obtenido a partir de aceites residuales.
Table 4. Equations of the mixing rules for the determination of the physicochemical properties of the FAME
obtained from residual oils.
Propiedad
Unidad
Valor
Ecuación
No.
Fuente
Factor acéntrico
(ωm)
-
0.91
ωi=
󰇣
󰇛󰇜󰇤
2
Reid et al.,
(1977)
Volumen crítico
(Vcm)
cm3/mo
l
1098.85
Vcm= 
3
Rochaya,
(2007)
Presión crítica (Pcm)
Bar
11.85
Pcm=󰇛󰇜

4
Rochaya,
(2007)
Temperatura crítica
(Tcm)
C
463.07
Tcm=





5
Rochaya,
(2007)
Densidad (ρ)
Kg/m3
886.19
ρ=

6
Romano y
Blangino,
2004).
Gravedad API
(°API)
°API
28.17
°API=
 
7
Rivera,
(2013).
Viscosidad
cinemática (η)
Cst
5.14
η =(󰇜
󰇜
 3
8
Zhmud,
(2014).
Punto de nube
(P.N)
°C
1.5690
PN(C)= 
9
Sarin, (2009).
Presión de vapor
(Pv)
Bar
Expresa
da en
función
de T
Pv=exp󰇛󰇜󰇛󰇜 󰇛󰇜󰇛󰇜
10
Metha et al.,
(2011).
Número de cetano
(CNFAME)
-
61.87
CN=
11
Chieh, (2011)
Capacidad
calorífica (Cp)
J/gK
2.21
Cp= 

12
Metha et al.,
(2011).
2.5 Recuperación y reutilización de Lipasa B de Candida Antártica.
Una vez transcurrido el tiempo de reacción, se aisló la lipasa de la mezcla de
FAME/glicerina/tamices, en un sistema de filtración al vacio. La enzima fue retenida en el filtro y
fue lavada con tert-butanol. Para separar la enzima de los tamices moleculares, se empleó un tamiz
con tamaño de malla de 0.850 mm.
6
Alejandro Sustaita-Rodriguez, et al.
TECNOCIENCIA CHIHUAHUA, Vol. XV (1) e 755 (2021)
3. Resultados y discusión
El análisis de varianza (ANOVA) para el modelo de regresión mostró un valor de p (0.000<0.05), lo
cual indicó que dicho modelo representó con precisión la relación entre las respuestas y las
variables (Tabla 5). Además, al analizar la influencia de dichas variables, se obtuvo un valor de p
(0.000<0.05), para la concentración de la enzima (X1) y un valor de p (0.001<0.05), para la
temperatura (X2), con lo cual se establece que una modificación de éstas afecta significativamente
el porcentaje de obtención FAME´s, siendo la concentración del catalizador la que presenta mayor
efecto en la variable de respuesta (Rendimiento de FAME).
Tabla 5. Análisis de varianza (ANOVA) para el modelo de regresión.
Table 5. Analysis of variance (ANOVA) for the regression model.
Fuente
Grados de libertad
Suma de cuadrados
Mínimos cuadrados
F
P
α
Modelo
4
1239.54
309.886
25.99
0.000
0.05
Lineal
2
1186.95
593.475
49.77
0.000
0.05
X1
1
959.62
959.620
80.48
0.000
0.05
X2
1
227.33
227.331
19.06
0.001
0.05
X1X2
1
0.01
0.009
0.00
0.979
0.05
Error
10
119.24
52.584
-
-
0.05
Total
14
1358.79
-
-
-
0.05
S= 5%, R2=91.22%, R2aj=87.71%
Sin embargo, el valor de p (0.979>0.05) obtenido para la interacción enzima*temperatura (X1X2),
resultó ser no significativo (P>0.05), esto es, que no existe interacción entre estas variables ya que el
efecto de un factor no depende de los niveles del otro factor.
De acuerdo con el análisis ANOVA (Tabla 5), el valor de R2 señala que los resultados
experimentales presentados en la Tabla 3 se ajustaron en un 91.22% al modelo propuesto (Ec. 1),
mientras que el valor de R2aj muestra un ajuste del 87.71% al modelo de regresión. En base a esto,
el modelo final entregado por el diseño factorial 2k en términos de las variables no codificadas
puede ser escrito según la (Ec. 13). Sin embargo, como el ANOVA también mostró que no existe
interacción entre los factores, el modelo propuesto en términos de las variables no codificadas
puede ajustarse a la Ecuación 14, en donde se desprecia el efecto de la interacción
Enzima*Temperatura.
FAME (%) = 81.82 + 1.477 X1 – 0.293 X2 + 0.0003 X1X2 + 4.68.................................................. Ec. (13)
FAME (%) = 81.82 + 1.477 X1 – 0.293 X2 + 4.68........................................................................... Ec. (14)
A través del modelo ajustado (Ec. 14) y de acuerdo al criterio límite de la máxima respuesta
obtenida en el rendimiento de FAME, fue posible predecir diversas condiciones óptimas de
reacción, esto con la finalidad de reducir costos de producción y la concentración de enzima. Las
condiciones óptimas de reacción predichas fueron empleando 13% de catalizador y 30°C, 14.5% de
catalizador y 34°C, y 14% de catalizador y 35°C.
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Alejandro Sustaita-Rodriguez, et al.
Además de las condiciones óptimas predichas por el modelo, éste permitió predecir condiciones
óptimas en un rango de temperaturas inferior a 30°C. Sin embargo, debido a la naturaleza de los
aceites residuales, cuando son incorporados a un sistema de reacción con bajas temperaturas, estos
presentan dificultad para dispersarse en el medio por la tendencia que tienen de ser sólidos o
semisólidos, lo cual dificulta la transferencia de masa.
3.1 Efecto del medio anhidro.
Se analizó el rendimiento del FAME generado en el medio anhidro bajo las condiciones del
punto central del diseño factorial 2k y fueron comparados con un medio de control, al cual no se le
adicionaron tamices moleculares. La Fig.1 mostró que cada condición evaluada (con y sin tamices),
describía un comportamiento similar, por lo que fue necesario realizar comparaciones de Tukey.
Dicho análisis permitió establecer que la presencia de tamices moleculares no favoreció el
rendimiento de la reacción de obtención de FAME. Una posible explicación para esto, es que el
medio de control se vio favorecido como consecuencia de un bajo contenido de agua (1%) y FFA
(1.93%) en la materia prima. Además, la preincubación de la lipasa en ambos medios jugó un papel
importante, ya que de acuerdo con Samukawa y col., (2000), este paso evita que la lipasa adsorba
agua durante la reacción de transesterificación.
Pese a que los tamices moleculares no incrementaron el rendimiento de la reacción, se cree que
estos tuvieron la capacidad de absorber el agua presente en el aceite y el agua generada por
esterificación de FFA, así como evitar la hidrólisis de triglicéridos. Para comprobar este supuesto,
se midió la acidez del FAME generado en los dos medios, siendo la acidez reportada para el FAME
generado en el medio anhidro de 0.4 mg KOH/g y 0.79 mg KOH/g para el FAME generado sin la
adición de tamices moleculares. A pesar de los bajos índices de acidez obtenidos, el FAME
producido con la adición de tamices moleculares fue el que cumplió los estándares de acidez (<0.5)
establecidos por la norma europea EN-14214 para biocombustibles, lo que conlleva a suponer que
la acidez y el rendimiento están asociados a un mejor funcionamiento de Novozym 435 en
condiciones anhidras, tal como fue demostrado en los experimentos realizados por Fukuda y col.,
(2008), quienes llevaron a cabo un experimento con las lipasas Rizopus orizae y Novozym 435
adicionado diferentes concentraciones de agua, en el experimento antes mencionado, Novozym
435 presentó mejores rendimientos con la menor concentración de agua en el medio (0%). De la
misma forma, Lee y col., (2011), utilizando Lipozyme de Rhizmucor miehei inmovilizada
emplearon diferentes cantidades de silica gel para generar un medio anhidro y transesterificar
aceite de canola obteniendo conversiones entre 93 y 99%.
3.2 Evaluación de las propiedades fisicoquímicas de la materia prima y del FAME.
Para el cálculo de las propiedades críticas de la mezcla de metil ésteres se emplearon las
composiciones másicas mostradas en la Tabla 1 y el porcentaje de FAME obtenido en el
experimento 10 de la Tabla 3, debido a que fue el que presentó mayor porcentaje de rendimiento
(97.33%). Este cálculo fue necesario para conocer la composición real en masa, ya que la
composición de cada ácido graso presentada en la Tabla 1 corresponde a la composición
suponiendo que el aceite haya transesterificado por completo (100% de rendimiento). Las
composiciones másicas fueron convertidas a composiciones molares utilizando los pesos
moleculares de los metil ésteres y en base a esto se pudo calcular la fracción molar que corresponde
a cada metil éster en el biodiesel. Se necesitaron, además, el volumen, la temperatura, y la presión
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Alejandro Sustaita-Rodriguez, et al.
TECNOCIENCIA CHIHUAHUA, Vol. XV (1) e 755 (2021)
crítica de cada componente de la mezcla, así como la temperatura de ebullición. Estos datos fueron
proporcionados por Aca y col., (2009).
Reemplazando los valores de las fracciones molares de cada componente y los valores de las
propiedades críticas de cada componente en las Ecs. (2)-(5), se calcularon las propiedades críticas y
el factor acéntrico (ωm) del FAME (Tabla 4). A partir de estos datos fue posible predecir las
principales propiedades fisicoquímicas que son evaluadas por las normas ASTM D6751 y EN-
14214 para el uso comercial de biocombustibles.
3.2.1 Densidad.
A partir de los resultados graficados en la Fig. 1, se observa que los valores de la densidad del
líquido a bajas temperaturas disminuyen linealmente hasta su punto de ebullición (302.2 °C ),
después de esto, se reduce a una tasa mayor, lo que podría atribuirse a un aumento de la cantidad
de líquido que se expande térmicamente. Este mismo comportamiento fue descrito por Rivera
(2013) quien predijo la densidad para el biodiesel obtenido a partir de aceite de palma.
La norma europea EN-14214 para biocombustibles establece que la densidad del FAME debe estar
comprendida en un rango de 860-900 Kg/m3 y 860-894 Kg/m3 según la ASTM D6751. En este
experimento la densidad predicha para la mezcla de FAME cumplió con los estándares
establecidos por dicha norma ya que el valor calculado fue 886.19 Kg/m3.
Figura 1. (Arriba a la izquierda) Rendimiento de FAME durante la reacción de transesterificación en medio
anhidro y en el medio de control. Media ± desviación estándar. (Arriba a la derecha) Efecto de la temperatura
sobre la densidad FAME obtenida de aceites residuales. (Abajo a la izquierda) Presión de vapor de FAME en
función de la temperatura. (Abajo a la derecha) Ciclos de reutilización de Novozym 435. Media ± desviación
estándar.
Figure 1. (Top left) Yield of FAME during the transesterification reaction in anhydrous medium and in the
control medium. Mean ± standard deviation. (Top right) Effect of temperature on the FAME density obtained
9
Alejandro Sustaita-Rodriguez, et al.
from residual oils. (Bottom left) Vapor pressure of FAME as a function of temperature. (Bottom right)
Novozym 435 reuse cycles. Mean ± standard deviation.
3.2.2 Gravedad American Petroleum Institute (API)
La gravedad API para la mezcla de FAME a 15 °C fue estimada en 28.17 °API. Aunque este valor
no se encuentra reportado en las normas para el uso de biocombustibles, se decidió calcular debido
a que asocia la densidad de un combustible con la del agua y define cuan pesado o liviano es. De
acuerdo con Acevedo y Guardo (2012), en función de la gravedad API, los combustibles están
clasificados en livianos (°API=32-40), intermedios (°API=21-30) y pesados (°API= 15-20), siendo los
livianos los de mayor valor adquisitivo e importancia comercial. El FAME obtenido en esta
investigación fue de clasificación intermedia.
3.2.3 Viscosidad cinemática a 40°C.
El cálculo de la viscosidad cinemática del FAME requirió de las fracciones masa (Xi) y las
viscosidades a 40°C de cada uno de los metil ésteres que componían la mezcla. Sustituyendo estos
valores en la Ecuación 8 resultó un valor de 5.14 cst para la viscosidad cinemática.
El valor de la viscosidad cinemática obtenido en este experimento cumplió con los parámetros
establecidos por la norma ASTM D6751 la cual establece un rango de viscosidad de 1.9-6 cst. Sin
embargo, dicho valor no cumplió con la norma EN-14214 ya que el parámetro de calidad
establecido por esta comprende viscosidades en un rango de 3.5-5 cst.
3.2.4 Punto de nube.
El punto de nube fue estimado con la Ec. (9), aunque el valor predicho para este parámetro (1.5690
°C) cumplió la especificación de la ASTM, el punto de nube es una medida que determina la
aparición de cristales en el líquido a cierta temperatura, por lo cual, la norma permite ajustar el
valor según la región donde se utilice.
3.2.5 Presión de vapor.
A partir de la Ec. (10) fue posible calcular la presión de vapor del FAME en función de la
temperatura en un rango comprendido de -223.15 °C hasta su temperatura crítica (Figura 1).
Debido a que el FAME no contiene componentes volátiles, su presión de vapor sigue siendo muy
baja hasta que alcanza su punto inicial de ebullición reportado en 300.2 °C, posteriormente, como
es de esperarse, la presión de vapor se eleva rápidamente y alcanza su punto máximo alrededor de
su temperatura crítica (463 °C), este valor está asociado a la volatilidad de la mezcla. Sin embargo,
los valores de las presiones de vapor en mezclas de ésteres metílicos han sido poco reportados, ya
que las investigaciones realizadas en este ámbito, se encuentran enfocadas a obtener las constantes
de Antoine para cada sustancia, lo cual limita su aplicabilidad.
3.2.6 Número de cetano.
El número de cetano fue calculado a partir de la Ec. (11), para lo cual fue necesario el número de
cetano de cada componente y su fracción masa, al sustituir estos valores se obtuvo un valor para el
número de cetano de la mezcla de FAME de 61.87. Este valor es atribuido al bajo índice de
peróxido del aceite residual (Tabla 1), el cual es indicativo de pocas reacciones de oxidación
durante el proceso de fritura de la materia prima, ya que estos procesos tienden a aumentar el
número de insaturaciones en el aceite con lo cual disminuye el valor del índice de cetano en el
biodiesel. El número de cetano estimado en este experimento cumplió con los valores establecidos
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Alejandro Sustaita-Rodriguez, et al.
TECNOCIENCIA CHIHUAHUA, Vol. XV (1) e 755 (2021)
en ambas normas (mínimo 47 en el caso de la ASTM D6751 y mínimo 51 para la EN-14214), lo cual
quiere decir que el FAME obtenido a partir de aceites residuales evitará desgastes en los pistones
de un motor diesel.
3.2.7 Capacidad calorífica.
Usando la Ec. (12), junto con la capacidad calorífica de cada metil éster que compone la mezcla, así
como sus pesos moleculares, fue posible predecir la capacidad calorífica a 25°C del FAME, la cual
fue estimada en 2.21 J/g K. Este resultado se comparó con los obtenidos por Rivera (2013), quien
también utilizó la Ec.(13) para determinar la capacidad calorífica del biodiesel de palma, siendo
reportada en 2.10 J/g K. Pese a la similitud encontrada con esta investigación, el valor experimental
del biodiesel está determinado en 1.98 J/g K. Esta discrepancia es atribuida a que el modelo
empleado para el cálculo de esta propiedad es en función del peso molecular de los componentes
individuales de la mezcla y como previamente fue establecido, el FAME obtenido en este trabajo
presenta en su mayoría cadenas de ésteres metílicos de 18 carbonos.
3.3 Recuperación y reutilización de Novozym 435
Posterior a la reacción de producción de FAME, se llevó a cabo el procedimiento para separar la
enzima de los reactivos y productos para su recuperación y reutilización. En la Fig. 1 se observa
que el rendimiento del FAME sólo decreció en un 5% para cada ciclo empleado. Los resultados
obtenidos en esta investigación demostraron que debido a que el tert-butanol es un solvente
medianamente polar, las propiedades hidrofílicas de este, permitieron remover la pared de
glicerina formada durante la reacción con los lavados sucesivos, mientras que las propiedades
hidrofóbicas, permitieron mantener una alta actividad enzimática, lo cual se vio reflejado en el
rendimiento de la reacción. Estos resultados presentan similitud con una investigación realizada
por Chen y col., (2011), quienes al emplear tert-butanol como solvente en el medio de reacción,
lograron tener conversiones superiores al 80% sin pérdida de actividad catalítica de Novozym 435.
Como en esta investigación la cantidad de muestra fue muy pequeña, no fue posible llevar a cabo
más de tres ciclos de recuperación debido a la perdida de enzima durante el proceso de lavado.
4. Conclusiones
De acuerdo con el modelo obtenido a través del diseño factorial 2k, las mejores condiciones de
operación en la producción de FAME en presencia de un medio anhidro, son utilizando la mayor
concentración de catalizador 14% y la menor temperatura 30°C, esto debido a que, aunque ambas
variables son significativas, la concentración de enzima es la que presenta mayor efecto en la
variable de respuesta. Sin embargo, aunque no fue posible incrementar el rendimiento de la
reacción 97.33% con la generación de este medio, la incorporación de tamices moleculares resultó
ser un método efectivo para disminuir la acidez del producto debido a que se evitaron reacciones
de hidrólisis causadas por el agua en la reacción, lo cual evitó la producción ácidos grasos libres,
obteniéndose FAME principalmente por transesterificación y de características aceptables de
acidez. El uso de las reglas de mezclado para la predicción de las propiedades fisicoquímicas del
FAME permitió obtener valores cercanos a los reportados experimentalmente, cumpliendo con la
normativa para el uso de biocombustibles, además, este tipo de modelos matemáticos son capaces
de sustituir a los métodos propuestos por las normas, facilitando así el cálculo de sus propiedades.
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Alejandro Sustaita-Rodriguez, et al.
Debido a su mediana polaridad, el uso del tert-butanol como agente de lavado para recuperar y
reutilizar las enzimas es efectivo en procesos de obtención de biocombustibles, ya que ésta le
confiere propiedades de carácter hidrofóbico e hidrofílico.
Agradecimientos
Reconocemos el apoyo financiero del Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (CONACyT) a
través del proyecto 232163 y a la Facultad de Ciencias Químicas de la Universidad Autónoma de
Chihuahua.
Conflicto de interés
No existe conflicto de interés por de los autores.
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