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Estudio del aprovechamiento de afrecho de caf� para la obtenci�n de biodiesel

 

Study of the use of coffee bran to obtain biodiesel

 

Estudo da utiliza��o do farelo de caf� para obten��o de biodiesel

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Correspondencia: mgutierrez@uagraria.edu.ec

Ciencias T�cnicas y Aplicadas

Art�culo de Investigaci�n

 

�������� *Recibido: 23 de febrero de 2023 *Aceptado: 17 de abril de 2023 * Publicado: 11 de mayo de 2023

 

        I.            M�ster en Procesamientos de Alimentos, Ingeniera Agr�cola Menci�n Agroindustrial, Docente Universidad Agraria del Ecuador, Facultad de Ciencias Agrarias, Carrera de Ingenier�a Agroindustrial, Guayaquil, Ecuador.

      II.            Universidad Agraria del Ecuador, Facultad de Ciencias Agrarias, Carrera de Ingenier�a Agroindustrial, Guayaquil, Ecuador.

   III.            Universidad Agraria del Ecuador, Facultad de Ciencias Agrarias, Carrera de Ingenier�a Agroindustrial, Guayaquil, Ecuador.

Resumen

Se realiz� el estudio totalmente descriptivo� de las condiciones del proceso con el objetivo de obtener el biodi�sel� a partir del afrecho de caf�. Se consideraron las temperaturas de secado del afrecho a 70, 90 y 110 �C y los tiempos de extracci�n que permitieron obtener el mayor rendimiento de aceite de caf�. Mediante fuente bibliogr�fica se logr� determinar el porcentaje de aceite extra�do, se efectu� la extracci�n por el m�todo de Butt con hexano como solvente en una proporci�n (p/v) 1:5, a intervalos de tiempo de 10, 15, 20, 30 y 45 minutos. El aceite se someti� a caracterizaci�n f�sico � qu�mica mediante las pruebas de densidad relativa, �ndices de acidez, saponificaci�n, yodo y per�xidos. Se determin� que el mejor rendimiento de extracci�n de aceite (11,25 %) se obtuvo con secado a 110 �C y tiempo de extracci�n de 45 minutos. Para determinar el efecto del catalizador y de la relaci�n alcohol/aceite en la transesterificaci�n se plante� un dise�o factorial 32 con dos r�plicas: los factores fueron la cantidad de catalizador y la relaci�n alcohol/aceite, cada uno de estos factores con tres niveles: 0,5, 1,0 y 1,5 % (p/p) y 4:1, 6:1 y 8:1 (mol/mol) respectivamente.De la transesterificaci�n y an�lisis estad�stico se obtuvo que la interacci�n del catalizador en la relaci�n 1,5 % p/p con respecto a la masa de aceite utilizada y el metanol en la relaci�n molar 8:1 con respecto al mismo aceite producen un rendimiento en conversi�n del aceite de caf� a biodi�sel del 97,46 %.

Palabras Claves: Afrecho; Caf�; Biodiesel.

 

Abstract

A fully descriptive study was conducted to obtain biodiesel from coffee bran. The drying temperatures of the bran at 70, 90, and 110 �C were considered, as well as the extraction times that allowed for the highest coffee oil yield. The percentage of extracted oil was determined through bibliographic sources, using the Butt method with hexane as the solvent in a (w/v) ratio of 1:5, at time intervals of 10, 15, 20, 30, and 45 minutes. The oil was subjected to physical-chemical characterization through tests of relative density, acidity, saponification, iodine, and peroxides. It was determined that the best oil extraction yield (11.25%) was obtained with drying at 110 �C and an extraction time of 45 minutes.

To determine the effect of the catalyst and alcohol/oil ratio on transesterification, a 32 factorial design with two replications was proposed. The factors were the amount of catalyst and the alcohol/oil ratio, each with three levels: 0.5, 1.0, and 1.5% (w/w) and 4:1, 6:1, and 8:1 (mol/mol) respectively. From transesterification and statistical analysis, it was obtained that the interaction of the catalyst at a 1.5% w/w ratio with respect to the mass of oil used and methanol at an 8:1 molar ratio with respect to the same oil produced a conversion yield of 97.46% of coffee oil to biodiesel.

Keywords: Bran; Coffee; Biodiesel.

 

Resumo

Um estudo totalmente descritivo das condi��es do processo foi realizado com o objetivo de obter biodiesel a partir do farelo de caf�. Foram consideradas as temperaturas de secagem do farelo a 70, 90 e 110 �C e os tempos de extra��o que permitiram obter o maior rendimento de �leo de caf�. Utilizando fonte bibliogr�fica foi poss�vel determinar a porcentagem de �leo extra�do, a extra��o foi realizada pelo m�todo Butt com hexano como solvente na propor��o (p/v) 1:5, em intervalos de tempo de 10, 15, 20, 30 e 45 minutos. O �leo foi submetido � caracteriza��o f�sico-qu�mica por meio dos testes de densidade relativa, �ndices de acidez, saponifica��o, iodo e per�xidos. Foi determinado que o melhor rendimento de extra��o de �leo (11,25%) foi obtido com secagem a 110 �C e tempo de extra��o de 45 minutos. Para determinar o efeito do catalisador e da rela��o �lcool/�leo na transesterifica��o, foi utilizado um planejamento fatorial 32 com duas repeti��es: os fatores foram a quantidade de catalisador e a rela��o �lcool/�leo, cada um desses fatores com tr�s n�veis: 0 . 5, 1,0 e 1,5% (p/p) e 4:1, 6:1 e 8:1 (mol/mol) respectivamente. A partir da transesterifica��o e an�lise estat�stica obteve-se que a intera��o do catalisador no 1,5% p /p em rela��o � massa de �leo utilizado e metanol na propor��o molar de 8:1 em rela��o ao mesmo �leo produzem um rendimento de convers�o de �leo de caf� em biodiesel de 97,46%.

Palavras-chave: Farelo; Caf�; Biodiesel.

 

Introducci�n

Las exportaciones de caf� industrializado en el Ecuador generan un ingreso �importante para la econom�a; pero tambi�n generan una gran cantidad de residuos �que no son aprovechados completamente. Seg�n el CENICAFE (2010), por cada kilogramo de caf� en verde se obtiene el 40 % de caf� industrializado mediante un�������� �proceso de extracci�n que deja un residuo no soluble, denominado afrecho o �concho�, que representa aproximadamente el 10 % del producto en fresco, residuo �que no se aprovecha ni genera beneficios En el a�o 2014, el Ecuador export� aproximadamente 58834,72 toneladas de caf� industrializado, (ANECAFE, 2015) lo que habr�a generado para ese mismo a�o alrededor de 130 743,82 kg de afrecho����� �solubilizante.� El afrecho generado en la producci�n de caf� soluble en Ecuador se destina a usos �como: abono de plantas o consumo animal, sin embargo, una gran cantidad no tiene uso definido y se acumula o se elimina como desecho s�lido, lo que significa������ un problema ambiental. De ah� la importancia de dar uso a este residuo y producir �a partir de este un biocombustible (Figueroa, 2011).

El mercado del biodi�sel en el mundo presenta buenas perspectivas y en Ecuador se reporta un incremento en la demanda por parte de pa�ses que utilizan este biocombustible. En el a�o 2006, Estados Unidos import� 45 millones de galones de ������biodiesel a partir de aceite de palma desde el Ecuador y en el 2007 import� m�s de 100 millones de galones (Dufey, 2006, p.15). Seg�n datos de la Fundaci�n de fomento de las exportaciones de aceite de palma y sus derivados (FEDAPAL), en el a�o 2013, el 8 % de las exportaciones de aceite de palma y sus derivados corresponde al biodi�sel, y en el a�o 2014 el porcentaje se increment� al 17 % (FEDAPAL, 2015).

El biodi�sel presenta ventajas respecto a combustibles similares, ya que aporta un mayor contenido de ox�geno y cetanos que el di�sel, lo que implica una mejor combusti�n traducida en una eficiencia energ�tica igual o superior al combustible de origen f�sil (IICA, 2007).

El afrecho de caf� es el producto que resulta de la torrefacci�n o percolado en la preparaci�n del caf� soluble. Debido a su composici�n qu�mica tiene un alto contenido de grasas, que pueden extraerse y posteriormente derivar en biocombustible (Valencia, 2000). El biodi�sel producido a partir del aceite que se obtiene del afrecho de caf� es m�s estable y de lenta degradaci�n que el biodi�sel �convencional por su alto contenido de antioxidantes (King, 2010, p. 243).

La importancia de la obtenci�n del biodi�sel a partir del afrecho de caf� radica en que se hace uso de un residuo subutilizado rico en aceite al que se le da un valor agregado al transformarlo en biocombustible, y se reduce el efecto negativo que tiene sobre el medio ambiente.

En el presente estudio se determinan las condiciones de secado y extracci�n de aceite a partir de afrecho de caf�, el efecto del catalizador y la concentraci�n de alcohol en la etapa de transesterificaci�n y se define un dise�o b�sico de planta para la producci�n del biocombustible.

 

 

 

Materiales y m�todos

Se emple� afrecho de caf� obtenido de las industrias elaboradoras de caf� soluble ubicadas en las provincias de Guayas y Manab� en el Litoral Ecuatoriano. La materia prima fue recolectada, mezclada y almacenada.

Para la extracci�n del aceite del afrecho de caf� se emple� hexano como solvente, mientras que para los diferentes ensayos de transesterificaci�n se utiliz� metanol y un catalizador homog�neo b�sico. Las caracter�sticas de estos reactivos se presentan en la Tabla 1.

 

Tabla 1.
Caracter�sticas de los reactivos utilizados en los procesos de obtenci�n del biodiesel

REACTIVO	PM (g/mol)	PUREZA (%)	PROVEEDOR
Hexano	86,17	96	Shell Chemical Company
KOH	56,11	84	E. Merck
Metanol	32,04	99	LabGuard

 

Determinaci�n de las condiciones de secado y extracci�n de� aceite a partir de afrecho de caf�

Secado

Para determinar las condiciones �ptimas de secado y extracci�n del aceite a partir del afrecho de caf�, primero se realiz� una caracterizaci�n qu�mica del afrecho de caf�, mediante la determinaci�n de humedad, prote�na, extracto et�reo y cenizas a trav�s de los m�todos AOAC: 934.01, 2001.11, 920.39 y 923.03 respectivamente y carbohidratos totales por diferencia. Para la caracterizaci�n se envi� el afrecho de caf� al Departamento de Ciencia de Alimentos y Biotecnolog�a de la Escuela Polit�cnica Nacional para su caracterizaci�n.

Una vez caracterizada la materia prima, se determinaron las condiciones de secado del afrecho. Se obtuvo curvas de secado a 70, 90 y 110 �C en una estufa P. Selecta con circulaci�n de aire caliente.

Para cada proceso de secado se utilizaron 100 gramos de afrecho, se registr� la p�rdida de peso y humedad en una balanza digital A. E. Adam cada 15 minutos, hasta llegar a peso constante. Se realizaron 3 repeticiones y con los datos obtenidos se construyeron la curva que relaciona la humedad en funci�n del tiempo y la curva que relaciona la velocidad de secado en funci�n de la humedad para cada temperatura establecida.

Las muestras secas fueron molidas en un molino de disco manual marca Corona, a fin de que las part�culas del afrecho presentaran uniformidad y facilidad para la extracci�n.

 

Extracci�n de aceite de caf�

Para cada condici�n de secado se efectu� la extracci�n de aceite de caf� por el m�todo de Butt en una unidad experimental adaptada para tal prop�sito como se observa en el Anexo I. La relaci�n caf� seco y solvente fue 1:5 (p/v), en tanto que los intervalos de tiempo de extracci�n fueron 10, 15, 20, 30 y 45 minutos (Dutta, 2007, p. 477 - 482).

Se determinaron la temperatura de secado y el tiempo de extracci�n que permitieron obtener el mayor rendimiento de aceite de caf�; expresado como gramos de aceite por gramos de afrecho seco.

Adicionalmente, se evalu� la extracci�n de aceite en una muestra h�meda, para lo cual se prepararon, por separado, cartuchos de extracci�n con aproximadamente 20 gramos del afrecho de caf� seco y tambi�n cartuchos con 20 g de afrecho de caf� h�medo a fin de comparar resultados en la obtenci�n de aceite. Se cubri� cada cartucho con un tap�n de algod�n y se colocaron en el interior de un tubo Butt.

Se arm� la unidad de extracci�n, conformada por el bal�n con el hexano, el tubo Butt con el cartucho y la muestra, y por la parte superior del tubo Butt se acopl� un tubo refrigerante.

Luego de la extracci�n, la mezcla obtenida se dispuso en un equipo de destilaci�n para separar el aceite del solvente.

La destilaci�n concluy� cuando el solvente se evapor� y qued� el aceite. Se retir� el bal�n con el aceite, se dej� enfriar y se procedi� a pesar para verificar la cantidad de aceite obtenido.

 

Determinaci�n de propiedades f�sico � qu�micas del aceite de caf�

El aceite crudo de caf� obtenido se someti� a una caracterizaci�n f�sico�qu�mica. Las propiedades evaluadas y normas utilizadas para cada una se presentan en la Tabla 2.

 

 

 

 

Tabla 2.
Propiedades evaluadas en el aceite de caf� de acuerdo con las normas INEN

Fuente: INEN, 2001

 

Determinaci�n del efecto del catalizador y la concentraci�n de alcohol en la etapa de transesterificaci�n en el proceso de obtenci�n de biodi�sel

Para determinar el efecto del catalizador y de la relaci�n alcohol/aceite en la transesterificaci�n, se plante� un dise�o experimental factorial 32 con tres r�plicas, los factores fueron: la cantidad de catalizador y la relaci�n alcohol/aceite, cada uno de estos factores con tres niveles; 0,5; 1,0 y 1,5 % p/p para el catalizador y 4:1, 6:1, 8:1 para la relaci�n alcohol/aceite; la variable de respuesta fue el rendimiento del biocombustible expresado como la masa del producto final en funci�n de la masa de aceite utilizado.

La transesterificaci�n alcalina se llev� a cabo de la siguiente manera:

El aceite de caf� se calent� a una temperatura de 65 �C, para evitar la formaci�n de jabones y favorecer la velocidad de la reacci�n (Torossi, 2006, p. 45).

Como catalizador en la formaci�n de met�xido de potasio, se utiliz� hidr�xido de potasio porque permite su utilizaci�n en condiciones de temperatura y presi�n moderadas requeridas para la reacci�n, por ofrecer altos rendimientos en periodos de tiempo cortos y adem�s porque permite la separaci�n eficiente de la glicerina (Nimcevic et al., 2000, p. 275 - 276). El metanol fue el alcohol empleado en la transesterificaci�n debido a sus propiedades f�sicas y qu�micas favorables para la reacci�n (Fukuda et al., 2001, p. 406).

En la formaci�n del met�xido de potasio, se ensayaron tres cantidades de catalizador: 0,5, 1,0 y 1,5 % p/p con respecto a la masa de aceite utilizada, tomando como referencia que para la transesterificaci�n de otros tipos de aceites se sugiere 1,0 % p/p de catalizador (Torossi, 2006).

El metanol se ensay� en relaciones molares de 4:1, 6:1 y 8:1 con respecto al aceite, por experiencias en trabajos de investigaci�n con diferentes relaciones en transesterificaci�n alcalina de aceites de origen vegetal (Fukuda et al., 2001, p. 408).

La reacci�n de transesterificaci�n se realiz� en un reactor de vidrio, en el cual se coloc� en el reactor un agitador magn�tico y 150 gramos de aceite de caf�, se mont� el reactor sobre una plancha con agitaci�n. Cuando se alcanzaron los 65 �C se a�adi� el catalizador disuelto en el alcohol al bal�n y se acopl� el refrigerante. La reacci�n se mantuvo por una hora con temperatura y agitaci�n controladas.

Concluido el tiempo se detuvo la agitaci�n, se retir� el refrigerante y se transfiri� la mezcla a un embudo de decantaci�n para separar la glicerina del biodi�sel.

Los �steres met�licos obtenidos se sometieron a una etapa de lavado con agua destilada, en vol�menes iguales de agua y biodi�sel, por tres veces, con el fin de remover jabones producidos durante la transesterificaci�n (Castillo et al., 2011, p. 39).

Se emple� el programa Statgraphics Centurion XV para el an�lisis estad�stico de la influencia de los niveles de catalizador y alcohol sobre el rendimiento del biodiesel.

Para analizar simult�neamente el efecto del catalizador y alcohol sobre el rendimiento del biodi�sel se realiz� un ANOVA de dos v�as.

 

An�lisis del biodi�sel

Se evalu� la calidad del biodi�sel obtenido de la mejor conversi�n del aceite de caf�, en funci�n de las normas ASTM D 287 (2000), D 445 (2003), D 93 (2006), D976 (2007), D4006 (2011). Para densidad API, viscosidad cinem�tica, punto de inflamaci�n, �ndice de cetano y contenido de agua, respectivamente (ASTM).

 

Resultados y discusi�n

Caracterizaci�n del afrecho de caf�

Los resultados del an�lisis de caracterizaci�n del afrecho de caf� se muestran en la Tabla 3. Los datos se presentan en el Anexo III. El resultado de extracto et�reo del 11 % refleja un contenido de aceite inferior al 15,2 y 17,9 % presentado por Fan y Soccol (2005); esta diferencia puede atribuirse a las distintas variedades de caf�. Sin embargo, es un valor que presenta buenas perspectivas para su extracci�n y posterior transesterificaci�n para obtener biodi�sel (p.92).

 

 

Tabla 3.
An�lisis proximal del afrecho de caf�

 

De acuerdo con Anastopoulos, Deligiannis, Papazafeiropoulou y Zannikos (2011), si se realiza la extracci�n por el m�todo de soxhlet y se realiza una transesterificaci�n alcalina, con un contenido del 10 al 15 % de aceite y una conversi�n del 92 % a biodi�sel, se obtendr�an de 0,09 a 0,14 kg de biodi�sel por kilogramo de afrecho. Si los residuos llegan a las 260 ton/mes, se obtendr�an de 23,92 a 35,88 ton de biodi�sel/mes.

 

Figura 2. Cambios de la humedad en base seca del afrecho de caf� en funci�n del tiempo, durante el tratamiento a 70, 90 y 110 �C

 

Se observa seg�n la Figura 3 y Tabla 3., que a los 15 minutos el porcentaje de p�rdida de agua del afrecho es del 76,59 % a 110 �C, 74,37 % y 41,67 % para los tratamientos a 90 y 70 �C respectivamente; no obstante, las curvas de secado a 90 y 110 �C presentan m�nimas diferencias. Sin embargo, s� se presentan diferencias en las curvas de secado si se compara el tratamiento de secado a 70 �C con respecto de los tratamientos de secado a 90 y 110� C.

En la Figura 3 se presentan las segundas curvas de secado que muestran los cambios en la velocidad de secado (kg H2O/kg afrecho*min) en funci�n de la humedad libre (kg H2O/kg afrecho) para los 3 tratamientos de secado en estudio.

En el tramo B � C hay un cambio en la velocidad de secado, y es similar a 110 y 90 �C, pero sin embargo difiere a 70 �C. En este tramo, la velocidad de secado disminuye porque el agua ligada debe moverse desde el interior del afrecho hacia la superficie para evaporarse (Mujumdar, 1995, p. 21).

 

Figura 3. Cambios de velocidad con respecto a la humedad en base seca en cada per�odo de secado del afrecho de caf� durante el tratamiento a 70, 90 y 110 �C

 

En la Tabla 3 se presentan los resultados de la variaci�n de la humedad en base seca y la variaci�n de la velocidad de secado del afrecho a 70, 90 y 110 �C. Se puede evidenciar que la mayor variaci�n en la velocidad de secado es a 90 �C para un tiempo de 15 minutos y la menor variaci�n de la velocidad de secado es a 110 �C para el intervalo de 45 a 105 minutos, de all� que el porcentaje en p�rdida de humedad a 110 �C es de alrededor del 23,40 % a partir de los 15 minutos de secado.

Seg�n Moss y Nonhebel (1979) al tener mayor temperatura de secado y menor humedad perdida, es menor el tiempo de secado; sin embargo, a 70 �C el efecto es el contrario, puesto que, la temperatura de secado es menor, la humedad es mayor y el tiempo que dura el secado del afrecho de caf� tambi�n es mayor (p. 74).

Cabe se�alar que a partir de los 45 minutos de secado y a las temperaturas de 90 y 110 �C, el porcentaje de p�rdida de humedad fue menor al 6 %, y pr�cticamente las velocidades de secado tienden a cero. Esto se debe a que la difusi�n desde el��� interior del afrecho hacia la superficie no suministra toda el agua que se evapora, el afrecho se endurece, y forma una capa exterior de baja permeabilidad y una capa� interior h�meda de agua ligada (Moss y Nonhebel, 1979, p.74).

 

Tabla 3.
Variaci�n de la humedad en base seca y velocidad de secado del afrecho de caf� a 70, 90 y 110 �C

 

Los intervalos de tiempo tomados a partir del minuto 45 difieren para cada tratamiento de secado, porque el tiempo necesario para alcanzar la humedad final del afrecho de caf� depende de la temperatura a la que fue expuesto.

En la Tabla 4 se presentan las humedades iniciales y de equilibrio para cada tratamiento. La humedad inicial del afrecho de caf� fue de aproximadamente el 12 % para todas las temperaturas de secado.

 

 

 

 

 

Tabla 4.
Humedad inicial del afrecho de caf� y humedad de equilibrio alcanzado luego del proceso de secado

Temperatura (�C)	Humedad Inicial (%)	Humedad de equilibrio (%)
70	11,98	10,56
90	12,00	10,56
110	11,96	10,53

 

A las tres temperaturas de secado se logra alcanzar aproximadamente la misma humedad de equilibrio difiriendo �nicamente en el tiempo al cual se alcanzan esas humedades, siendo a 110 �C cuando m�s r�pidamente se consigue la humedad de equilibrio del afrecho de caf�. Sin embargo, el incremento r�pido de la temperatura ocasiona el endurecimiento del afrecho de caf�. Efecto que tiene lugar porque la evaporaci�n se da en el interior del afrecho y lejos de la superficie, ello conlleva a que la capa externa sometida a una alta temperatura sea de baja permeabilidad.

 

Extracci�n de aceite

A fin de comparar la influencia del secado en la extracci�n del aceite, en la Tabla 5 se presentan los resultados de extracci�n de aceite a partir de afrecho sin secar y en la Tabla 6 se presentan los resultados de extracci�n de aceite para el afrecho de caf� secado a diferentes temperaturas. Cuando se emple� afrecho sin secar, a los 10 minutos de extracci�n se obtuvo 0,312 g de aceite y a los 30 minutos de extracci�n se obtuvo 0,543 g de aceite; es decir que el rendimiento de extracci�n de aceite es muy bajo puesto que apenas se obtuvo un 0,54 % de aceite de un total de 11 % de extracto et�reo.

 

Tabla 5.
Promedio de aceite obtenido en el transcurso del tiempo de extracci�n para afrecho sin secado previo

X̅ � σ (n = 3)

 

En la Tabla 6 se presentan los resultados del afrecho secado a 70, 90 y 110 �C, en donde se aprecia que el mayor porcentaje de aceite de caf� obtenido durante la extracci�n fue cuando el pretratamiento de secado se realiz� a 110 �C, cuyo valor final a los 45 minutos fue de 11,25 g/100 g de afrecho seco, seguido por los valores� de 10,81 y 10,57 g/100 g a las temperaturas de secado de 90 y 70 � C respectivamente. En todos los casos, a los 30 minutos pr�cticamente se logra obtener la m�xima extracci�n de aceite.

 

Tabla 6.
Promedio de aceite de caf� (g/100 g afrecho seco) obtenido del afrecho secado a 70, 90 y 110 �C durante cada intervalo de 10, 15, 20, 30 y 45 minutos de extracci�n.

 

La Figura 4., se presenta el porcentaje de extracci�n de aceite de caf� en funci�n del tiempo y la temperatura de secado. Se observa que el comportamiento de la extracci�n es similar para las tres temperaturas de secado empleadas en el proyecto; sin embargo, existe una ligera diferencia entre las tres temperaturas de secado, que est� dada por la cantidad de aceite obtenido. A mayor temperatura de secado del afrecho de caf�, mayor la cantidad de aceite extra�do. Este efecto se debe a que el afrecho sometido a una temperatura mayor genera una mayor cantidad de c�lulas rotas en el afrecho. �stas son c�lulas que aportan una mayor cantidad de aceite. El tramo inicial que va hasta los 10 minutos, supone el calentamiento y evaporaci�n del hexano, su posterior paso a trav�s de la muestra. Su condensaci�n y percolaci�n por gravedad sobre las part�culas del afrecho de caf�. Dura hasta la obtenci�n de las primeras cantidades de aceite.

En el tramo A � B que va hasta aproximadamente los 20 minutos, la extracci�n de aceite es creciente. En el per�odo B � C, el porcentaje de extracci�n de aceite decrece y no var�a considerablemente. En la secci�n C � D a partir de los 30 minutos, no se logra extraer m�s aceite. Por lo tanto, el tiempo de extracci�n deber�a ser mayor de 20 minutos e inferior a 30 minutos.

 

Figura 4. Porcentaje de aceite de caf� obtenido durante la extracci�n del afrecho secado��� a 70, 90 y 110 �C

En la Tabla 7 se presentan los resultados del aceite obtenido en cada per�odo de extracci�n para cada una de las temperaturas de secado del afrecho. Se puede apreciar en el per�odo A � B para todas las temperaturas de secado, que la cantidad de aceite extra�do alcanza su m�xima extracci�n, lo que corrobora el tiempo necesario de extracci�n de entre 20 y 30 minutos.

 

Tabla 7.
Aceite (g) obtenido en los per�odos de extracci�n del afrecho seco a 70, 90 y 110 �C

 

En la Tabla 8 se indica de la cantidad de aceite extra�do en cada per�odo de tiempo durante la extracci�n del afrecho secado a 110 �C En ella se puede identificar en primer lugar que existe un aumento entre las cantidades de aceite extra�do a los 10 y 45 minutos en 6,89 g y en segundo lugar que en total existe una diferencia de 10,70 g de aceite con respecto a la extracci�n de aceite del afrecho sin secado previo que se muestra en la Tabla 5 Por lo tanto, se evidencia que el tiempo requerido para alcanzar la mayor extracci�n de aceite es a los 30 minutos. Tambi�n que los tratamientos de secado influyen sobre la cantidad de aceite obtenido, debido a que facilitan el rompimiento de las c�lulas del afrecho. El efecto del mejor tratamiento de secado del afrecho sobre el aceite extra�do es a 110 �C, esto debido a que el afrecho sometido a temperaturas de 90 y 70 �C a�n presenta c�lulas enteras o rotas de forma parcial.

 

Tabla 8.
Promedio de aceite de caf� obtenido frente al tiempo de extracci�n del afrecho secado a 110�C

 

An�lisis del aceite de caf� extra�do

Se evalu� el aceite extra�do a partir del afrecho de caf� secado a 110 �C, con base en los par�metros fijados en las normas INEN, donde se detallan las propiedades que se requieren para la producci�n de biodi�sel. Los resultados obtenidos para cada propiedad evaluada se presentan en la Tabla 9.

 

Tabla 9.
Resultados obtenidos para cada propiedad evaluada en el aceite de caf�

 

Conclusiones

• El mayor porcentaje de p�rdida de agua en el afrecho se dio a los 15 minutos para las tres temperaturas de secado. Los porcentajes de p�rdida de humedad fueron: 41,67 % a 70 �C, 74,36 % a 90 �C y 76, 59 % a 110 �C.
• La extracci�n de aceite de caf� de afrecho sin secar permiti� obtener hasta el 0,54 % de aceite, mientras que la disminuci�n de la humedad en el afrecho hasta el 10,53 % con un tratamiento de secado de 110 �C facilit� la extracci�n hasta en un 11,25 %, es decir existi� un efecto del secado en la obtenci�n del aceite.
• El efecto del 1,5 % (p/p) del hidr�xido de potasio y de la relaci�n 1:8 (mol/mol) aceite � metanol en la reacci�n de transesterificaci�n permiti� obtener el mayor rendimiento de biodi�sel hasta en un 97, 46 %.
• La calidad del aceite de caf� medida como densidad d25 (0,926), �ndice de acidez (6 mg/g), �ndice de saponificaci�n (160,68 mg KOH/g), �ndice de yodo (108,32 cg/g) e �ndice de per�xidos (10,79 meq O2/kg) reflejan que el aceite presenta un alto grado de insaturaci�n que afect� las propiedades de de �ndice de acidez, viscosidad cinem�tica, densidad y n�mero de cetano del biodi�sel obtenido.
• La calidad del biodi�sel medida como viscosidad (6,88 cSt), densidad (25,6 �API), punto de inflamaci�n (103,1 �C), n�mero de cetano (41,68) y contenido de agua (0,3 % V), indican que es un biodi�sel propenso a reacciones de oxidaci�n y formaci�n de sedimentos.

 

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