PROYECTO_ETANOL_P37

“2009.

Año de José Maria Morelos y Pavón, Siervo de la Nación ”

CLAVE FEDERAL: 1593970

CLAVE ESTATAL: 0008TUEPUM0037 0008TUEPUM0037

C.C. DE TRABAJO: 15EBH0106H

ESCUELA PREPARATORIA OFICIAL No. 37

PROYECTO: CONCURSO ¿CÓMO SE HACE LA CIENCIA?

COMBUSTIBLE VERDE, UNA TECNOLOGÍA ALTERNATIVA

DATOS GENERALES Institución: Escuela Preparatoria Of. No. 37 Ciclo Escolar: 2008-2009 Documento: Concurso ¿Cómo se hace la ciencia? Responsables: Fernando Torres García Humberto Hugolino Villalobos Galindo Fecha: Marzo de 2009

CONTENIDO

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Cedula de registro

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Introducción

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Justificación

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Objetivos

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Planteamiento del problema

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Hipótesis

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Cronograma de actividades

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Marco teórico

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Desarrollo experimental

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Cotización

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Resultados obtenidos

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Conclusión

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Fuentes electrónicas

“2009. AÑO DE JOSE MARIA MORELOS Y P AVON, SIERVO DE LA NACIÓN”

CLAVE FEDERAL: 1593970

CLAVE ESTATAL: 0008TUEPUM0037 0008TUEPUM0037

C.C. DE TRABAJO: 15EBH0106H

5° CERTAMEN ¿CÓMO SE HACE LA CIENCIA? 

ESCUELA PREPARATORIA OFICIAL No. 37 PROYECTO: COMBUSTIBLE VERDE, UNA ENERGÍA ALTERNATIVA Descripción: El presente proyecto desarrolla una tecnología basada en la obtencion de etanol a partir de materia orgánica producto de los desechos generados en el hogar como una vía alterna a solución de la crisis energética mundial. ALUMNOS PARTICIPANTES: 1. ASAEL JOSE PINEDA VARGAS 2. IZAMAT OLIVA TAPIA 3. DIANA MONTSERRAT MARTÍNEZ MUÑOZ ASESORES: 1. PROFR. HUMBERTO HUGOLINO VILLALOBOS GALINDO 2. PROFR. FERNANDO TORRES GARCÍA

A T E N T A M E N T E  ______________________________________  PROFR. SANTIAGO RODRÍGUEZ PÉREZ DIRECTOR ESCOLAR

INTRODUCCIÓN Uno de los grandes problemas de nuestra sociedad actual es el grave deterioro del planeta que habitamos, la sobreexplotación de los recursos naturales crece de manera alarmante y la naturaleza pierde la capacidad de recuperarse en función de la demanda. La dependencia del combustibles fósiles para que la maquinaria del mundo funcione se ha convertido en motivo de muchos conflictos y la principal causa de pobreza de muchos países que no cuentan con estos recursos, por ello es importante que se busquen nuevas alternativas que ayuden a aminorar este problema, reducir la dependencia del petróleo como única fuente de energía y voltear a combustibles más limpios y que no incrementen el detrimento de nuestro de por si dañado planeta es de vital importancia, así pues, el presente trabajo busca desarrollar nuevas alternativas para la utilización de energías verdes bajo la premisa de que se reduzca el consumo de recursos no renovables como es el petróleo y se utilicen recursos más económicos como es la basura para que a partir de ellos producir combustibles de calidad, y a vez, beneficien al planeta. Como ya mencionamos anteriormente se busca obtener combustibles a partir de recursos más económicos como es la basura generada en los hogares, es asi como este proyecto se desarrolla, tomamos basura, la separamos para obtener únicamente la materia orgánica y la sometemos a un proceso con el cual se obtiene etanol, cabe aclarar que no es etanol puro, pero si con una alta concentración que después pude depurarse aun más para así lograr una pureza del 100%, hecho esto podemos demostrar que se pueden obtener combustibles de otras fuentes y reducir la dependencia de recursos no renovables.

1. JUSTIFICACIÓN Es importante reconocer que en la actualidad la mayor parte de las necesidades energéticas se cubre a partir de uso de combustibles fósiles, además por la tecnología tecnología con que se dispone, no se puede prescindir de madera inmediata del uso de combustibles como la gasolina y el diesel. El uso excesivo de estos ha provocado en gran gran medida problemas severos de contaminación ambiental y las consecuencias que ya conocemos como el calentamiento global. Así pues creemos que si producimos etanol a partir de materia orgánica de desecho contribuiremos en reducir el uso de combustibles fósiles y por lo consiguiente la emisión de gases contaminantes es importante importante mencionar que actualmente la exposición de los residuos orgánicos que se producen la mayor parte son confinados en rellenos sanitarios y una porcentaje menor para la elaboración de composta. 2. OBJETIVOS A través de un proyecto de investigación el alumno podrá desarrollar sus habilidades de aprendizaje a prendizaje aplicándolas ap licándolas en el avance científico y tecnológico y con ello resolver necesidades de su comunidad. 3. OBJETIVOS ESPECÍFICOS Obtención de etanol mediante un proceso de destilación a partir de la descomposición controlada de materia orgánica de la basura basu ra de los hogares. Mediante el empleo de etanol disminuir el consumo de combustibles fósiles. Organizar actividades que motiven a los alumnos a generar un proyecto científico el cual resuelva una problemática actual y se acerque a los lineamientos que se estipulen para participar en el concurso.

4. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ¿Es posible obtener etanol mediante un proceso químico de los desechos orgánicos que se generan día a día en los hogares de nuestra sociedad? ¿Puede ser el etanol una alternativa alternativa de combustible que sustituya a la gasolina como solución a la crisis energética mundial? En base a las investigaciones realizadas creemos que es posible obtener etanol a partir de la degradación de la la materia orgánica y que este puede ser utilizado utilizado como una alternativa que disminuirá el uso actual de los combustibles fósiles. 5. HIPÓTESIS Si recopilamos desechos orgánicos producidos en los hogares como son residuos de frutas y verduras, y estas se someten a un proceso químico entonces obtendremos etanol. Si desarrollamos un proceso de fermentación y destilación para transformar la materia orgánica en la obtención de etanol, entonces reduciremos el consumo de combustibles fósiles. 6. CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES No.

ACTIVIDAD

FECHA A REALIZAR

1

Elección del equipo de trabajo

1-5 septiembre

2

Determinación del tema con un enfoque tecnológico

8-19 septiembre

3

Recopilación de propuestas

22-27 septiembre

4

Selección de proyecto

5

Investigación Investigac ión Documental

6

Diseño del proyecto

27 octubre -14 noviembre

7

Recopilación de recursos

17 noviembre- 5 diciembre

8

Ejecución del proyecto

9

Resultados

2- 20 marzo

10

Conclusiones

13-17 Abril

11

Presentación

Fecha del concurso

29-septiembre, 3 octubre 6-10 octubre

7 enero-27 febrero

7. MARCO TEÓRICO 7.1 Energía Renovable Se denomina recursos al conjunto de capacidades y elementos (tanto naturales como producidos por el hombre), que se pueden utilizar para producir bienes o servicios o tienen un valor intrínseco sin la necesidad de ser modificados, y que son escasos en relación a su demanda actual o potencial. Los recursos renovables son aquellos recursos cuya existencia no se agota con su utilización, debido a que vuelven a su estado original o se regeneran a una tasa mayor a la tasa con que los recursos renovables son disminuidos mediante su utilización. Esto significa que ciertos recursos renovables pueden dejar de serlo si su tasa de utilización es tan alta que evite su renovación. Dentro de esta categoría de recursos renovables encontramos al agua y a la biomasa. Algunos recursos renovables se clasifican como recursos perpetuos, debido a que por mas intensa que sea su utilización, no es posible su agotamiento. Dentro de esta categoría de recursos renovables se encuentran la energía hidroeléctrica, la radiación solar, el viento y las olas. 7.2 Panorama mundial de las energías alternativas La economía necesita combustible para moverse, pero el petróleo se agota y su alternativa natural, los biocombustibles, está empezando a preocupar a los productores de alimentos básicos. Además del problema de la sequía en Argentina y el aumento del consumo de cereales en China, los biocombustibles están influyendo en el alza de precios de la leche o el pan. Ahora se ha abierto una investigación sobre otra materia que puede convertirse en la nueva gasolina verde: la basura. En la actualidad, los desechos orgánicos de cada hogar se destinan a los vertederos, bien para tratar, y en su caso incinerar, o bien para utilizarlos como composta que se destina a biomasa para la producción de energía o abono. Una

nueva alternativa es que estas basuras domésticas se lleven a una planta específica para producir etanol. 7.3 Clasificación de la basura La basura se clasifica de acuerdo con el tipo de material de desecho, que puede ser orgánico o inorgánico. Los desechos orgánicos provienen de la materia viva e incluyen restos de alimentos, papel, cartón y estiércol. Los desechos inorgánicos provienen de la materia inerte como el vidrio, plásticos, metales, y otros materiales. La basura también se puede clasificar según el tiempo que tardan sus materiales en degradarse por la acción de los organismos descomponedores llamados bacterias y hongos. Así, los desechos se clasifican en biodegradables y no biodegradables. Los desechos biodegradables se descomponen en forma natural en un tiempo relativamente corto. Por ejemplo: los desechos orgánicos como los alimentos, tardan poco tiempo en descomponerse. Los desechos no biodegradables no se descomponen fácilmente sino que tardan mucho tiempo en hacerlo. Por ejemplo: el vidrio tarda unos 4.000 años, el plástico tarda de 100 a 1.000 años, una lata de refresco tarda unos 10 años y un chicle unos cinco años. 7.4 Alcohol En química se denomina alcohol a aquellos hidrocarburos hidrocarburos saturados, o (alcanos) (alcanos) que contienen un grupo hidroxilo (-OH) en sustitución de un átomo de hidrógeno enlazado de forma covalente.

Los alcoholes pueden ser primarios, secundarios, o terciarios, en función del número de átomos de hidrógeno sustituidos en el átomo de carbono al que se encuentran enlazado el grupo hidroxilo. 7.5 Etanol El compuesto químico etanol, o alcohol etílico, es un alcohol que se presenta como un líquido incoloro e inflamable con un punto de ebullición de 78 °C. Al mezclarse con agua en cualquier proporción, da una mezcla azeotrópica. Su fórmula química es CH3-CH2-OH, principal producto de las bebidas alcohólicas como el vino. 7.6 Procesos de obtención del etanol 7.6.1 Destilación por fragmentación Esta es una de las destilaciones más lentas de la malta, para producir alcohol. Para obtener un alcohol lo más puro posible tendrá que utilizar la columna de destilación. La columna es un tubo vertical que tiene una longitud de 590 mm o más del vaso de ebullición. La columna usualmente se llena con una de manera no simétrica con el largo de la superficie lo más posible. Pasan los valores atrás de la columna cuando esta frió baja líquido el alcohol. La ebullición sube por todo la columna. Ya que son diferentes los puntos de ebullición de agua y el alcohol. Inician la separación ocurriendo en la columna y es cuando se ocasiona una gran fragmentación. La temperatura de la base de la columna normalmente viene del vaso de ebullición (hacia el agua de unos 100 grados centígrados) y la temperatura de la parte superior esta regulada por la temperatura de la fuente de 78 grados Centígrados. Pasando desde la base la parte superior la temperatura no gotea de ninguna manera arriba. Si la masa (agua) con una gran ebullición el punto de condensación correrán hacia abajo dentro del baso de ebullición, y las gotas de alcohol se obtienen a través sin condensación. Esto se puede mejorar con una columna de 2-3 de estos tubos a través del agua fría que pase a través. Los tubos que bajan fríos de la columna de llenado, y es por el proceso de

enfriado, el agua se produce aceite saturados por separados extremadamente efectiva y rápida de condensación en el sistema de enfriamiento. Para regular la velocidad de enfriamiento del agua se puede regular la temperatura de la parte superior de la columna. Para un poderoso enfriamiento (incremente el flujo del agua) las temperaturas frías bajan como efecto de lluvia. Esto significa que estamos a un paso mas de enfriamiento. Una de las fuentes las columnas ásperas. La columna es mucho más efectiva si se fracciona. Pero en una destilación casera únicamente de 590 mm (2pies) de largo de la columna es necesaria. Lo largo de la columna únicamente fraccionada mejora los resultados. NOTA. Si no hay tubos de enfriamiento a lo largo de la columna necesita la columna 20 veces de ancho y no mínimo de 3-4 pies. También se necesita ser aislado. Una destilación con aparatos provistos con una columna corresponde a una altura normal de destilación. Después de que la columna es colocada en el enfriador de condensador es donde el alcohol se condensa y toma forma liquida. La destilación obtiene mejores resultados con una temperatura de destilación desde el punto de ebullición. El punto de ebullición del alcohol de 95% es de 78.15 grados centígrados. 78.15 grados centígrados es la temperatura mejor para producir una destilación de alcohol de 95% con un punto de ebullición de 78.15 grados centígrados. 7.6.2 Levadura Las levaduras, ¿qué son?

Levadura, cualquiera de los diversos hongos microscópicos unicelulares que son importantes por su capacidad para realizar la fermentación de hidratos de carbono, produciendo distintas sustancias. Las levaduras son abundantes en la naturaleza, y se encuentran en el suelo y sobre las plantas. La mayoría de las levaduras que se cultivan pertenecen al género Saccharomyces , como la levadura de la cerveza, que son cepas de la especie Saccharomyces cerevisiae . Para ampliar la información sobre fisiología y reproducción de las levaduras.

Las levaduras se han utilizado desde la prehistoria en la elaboración del pan y del vino, pero los fundamentos científicos de su cultivo y uso en grandes cantidades fueron descubiertos por el microbiólogo francés Louis Pasteur en el siglo XIX. Hoy se utilizan en distintos tipos de fermentación. Los diferentes usos de las levaduras son: como fuente de vitaminas del complejo B y de tiamina, en algunas fases de la producción de antibióticos y hormonas esteroides, y como alimento para animales y seres humanos. Las cepas puras de levaduras se cultivan en un medio con azúcares, compuestos nitrogenados, sales minerales y agua. El producto final puede aparecer en forma de células secas de levadura o prensado en pastillas con algún material excipiente. Cuando se termina de utilizar un lote de levaduras destinadas a la fabricación del pan, a usos médicos, o para fabricación de alimentos, el medio de cultivo en el que han crecido se desecha. Sin embargo en la elaboración de vinos, cervezas, licores y alcoholes industriales, el medio de cultivo es el producto final, y en este caso son las propias levaduras las que se desechan, o bien se utilizan como pienso o alimento para animales. 7.6.3 Fermentación La fermentación es un proceso metabólico energético que comprende la descomposición de moléculas, tales como carbohidratos, de manera anaerobia. La fermentación ha sido utilizada desde tiempos antiguos en la preparación de alimentos y bebidas. El desarrollo químico ha revelado la naturaleza biológica del proceso de fermentación. El producto de la fermentación es el alcohol etílico, pequeñas cantidades de propanol, butanol, ácido acético, y ácido láctico; los alcoholes de alta concentración también se pueden formar. El alcohol etílico está familiarizado con las bebidas alcohólicas. En su forma no natural es usado como un solvente industrial y como materia prima para la manufactura de acetaldehido, acetato etílico, ácido acético, dibromito de etileno, glicol y muchos otros químicos orgánicos. El alcohol puro también puede ser utilizado para propósitos medicinales, farmacéuticos y saborizantes.

7.7 Etanol a partir de la basura ¿Etanol a partir de la basura? Si, el etanol es un alcohol que se fabrica convirtiendo los almidones en azúcares, los azúcares son fermentados en etanol, que es luego destilado en su forma final. Sus usos principales consisten en mejorar el desempeño de los vehículos y como oxigenador de combustible para mejorar el perfil de emisiones de la gasolina Hoy en día se utilizan tres tipos de materias primas para la producción a gran escala de etanol de origen biológico (bioetanol ): ): 1. Sustancias con alto contenido de sacarosa como la caña de azúcar, azúcar, la remolacha, las melazas y el sorgo dulce. 2. Sustancias con alto contenido de almidón como el maíz, maíz, la papa y la yuca. 3. Sustancias con alto contenido de celulosa como la madera y residuos agrícolas. En cuanto al etanol hay muchas opiniones, la principal y que es un poco preocupante es el hecho de que el etanol es extraído de cereales y debido a eso algunos expertos opinan que gracias a eso se agrava el problema de hambre en el mundo, al producir cereales para que su destino final sea fabricar combustible y no para ser alimento. Sin embargo Mercedes Ballesteros, investigadora de la Unidad de Biomasa del Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas (Ciemat), afirma que producir etanol es posible a partir de residuos sólidos urbanos, es decir, de la basura doméstica orgánica. “Hemos buscado otras

materias que no compitan con los alimentos y hem os optado por los residuos”, comenta. De qué manera, pues es algo simple, Ballesteros explica que, para poder obtener este alcohol, primero se separan los plásticos, metales, vidrios e inertes, que van mezclados con el resto de basura orgánica. Una vez que los residuos están

limpios, se realiza un tratamiento químico con ácido diluido para convertir la celulosa en glucosa y de ahí obtener etanol. Sobre el tema del etanol o la investigación de nuevos combustibles, hay mucha discordia, ya que los magnates del petróleo no quieren (y pues es obvio) que utilicemos otros combustibles, porque afectan sus ventas, pero debemos ser consientes y ayudar a este planeta a seguir adelante, ya que sin planeta no hay petróleo, ni hay dinero (razón importante para esos inconscientes petroleros de no dejar campo a nuevas alternativas), debemos ayudar, conservemos, no utilicemos energía sin necesidad, no malgastemos el agua.

8. DESARROLLO EXPERIMENTAL 8.1 EQUIPO DE LABORATORIO: Estufa Matraz Tubos de ensaye Mechero Pinzas para tubo Soporte universal Tubo de refrigeración Papel filtro Mangueras de hule

Plástico negro Pinzas universales Nueces dobles Licuadora Tina de fermentación Tubo de precipitados Corcho Garrafón de vidrio Bomba de vació

Sustancias: Levadura de Cerveza Macerado de materia orgánica Agua

8.2 PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL EXPERIMENTAL PARA LA ELABORACIÓN DE ETANOL.

1. Se separa la materia orgánica de la basura seleccionando aquella proveniente de alimentos de origen vegetal.

2. Se tritura toda la materia orgánica para obtener una masa homogénea.

3. Macerar en agua la materia orgánica en una proporción de: 75% de Materia orgánica. 25% agua.

4. Activar la levadura en una proporción de 2% del total de la masa con una concentración del 2% a una temperatura de 40ºC.

5. Calentar el macerado a una temperatura aproximada entre 38ºC y 40ºC.

6. Incubar la levadura en el macerado manteniendo la temperatura temperatura óptima.

7. Generar vacío en el recipiente que contiene el macerado y protegerlo contra la luz para propiciar un ambiente oscuro.

8. Mantener el macerado un tiempo tiempo de 24 a 36 hrs. Vigilando la producción de gases, procurando que se mantenga el vacío generado.

9. Enfriar el macerado y filtrarla filtrarla mezcla.

10. Destilar el producto filtrado a 66ºC para la obtención de alcohol.

9. RESULTADOS

En base a los experimentos realizados se obtuvieron los siguientes resultados. Origen de la materia orgánica Tortilla

Materia orgánica licuada (en ml) 1000

Líquido filtrado ya fermentado (ml) 250

Destilado (ml)

Verdura y fruta Fruta (mango y plátano) Fruta (piña y melón) Pulque como comparativo

1000

270

1.8

1000

300

5.0

1000

250

3.3

500

8.5

1.6

10. CONCLUSIONES: De acuerdo a los experimentos realizados podemos decir que es posible obtener etanol de la materia orgánica separada de la basura producida en el hogar, mediante un proceso simple y de bajo costo. Cabe aclarar que se buscó únicamente comprobar que es posible la obtención de etanol a partir de basura, más no un método eficiente para su obtención, con lo que dejamos abierta la posibilidad para futuras investigaciones. Además que el etanol producido no es 100% puro, pero que mediante procesos secundarios se puede dar la calidad necesaria dependiendo el uso que se le valla a dar. Finalmente con este proyecto, hemos cumplido con la expectativas planeadas, generando resultados satisfactorios y de esta manera saber que podemos contribuir a mejorar y eficientar el uso de los recursos que tenemos a nuestra disposición y que actualmente no son bien utilizados y aprovechados.

11. BIBLIOGRAFÍA Y FUENTES FUENTES ELECTRÓNICAS. http://www.destilacion-casera.com/Destilaci%F3n_fraccionada.html http://nayett.wordpress.com/2008/05/01/etanol-a-partir-de-la-basura/  http://www.biodieselspain.com/2007/10/09/biomasa-etanol-a-partir-de-basura/Ecosofía.org http://ecosofia.org/2006/05/etanol_energia_alternativa http://ecosofia.org/2006/05/biodiesel_combustible_alternativo http://basuraorgnicaeinorgnica.blogspot.com/