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Estudio de la hidrogenación del aceite de jojoba

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Abstract

Trials were cattied out on jojoba oil hydrogenation to study the effects of the main operative variable on iodine index and melting point. . A batch reactor with nickel catalysts was used. The effects selected for analysis were the reaction temperature, the operation pressure and the amount of catalyst.The range of temperature studied was 120-200ºC, the pressure was between 2 and 4 atm and the amount of catalyst ranged from 0.2 - 0.6% (percentage of catalyst mass over oil mass). The results showed that these three factors affected the reaction significantly; although temperature was the most influential in the progression of the reaction. In addition, the kinetic behavior was studied using a potential model of pseudo-first order and the corresponding kinetic parameters were obtained. Se han llevado a cabo ensayos de hidrogenación de aceite de jojoba para estudiar los efectos de las principales variables operativas de esta operación sobre el índice de yodo y el punto de fusión. Se utilizó un reactor discontinuo con un catalizador de níquel. Los efectos seleccionados para su análisis fueron la temperatura de reacción, la presión de operación y la cantidad de catalizador. El rango de temperaturas estudiado fue de 120-200ºC, el de presión entre 2 y 4 atm y la cantidad de catalizador entre 0,2-0,6 % (% masa catalizador / masa de aceite). Si bien los tres efectos estudiados fueron significativos, la temperatura fue el efecto que más influencia tuvo sobre el avance de la reacción. Se estudió además el comportamiento cinético mediante el ajuste de un modelo potencial de pseudo-primer orden, obteniéndose los parámetros cinéticos correspondientes.
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RESUMEN
Estudio de la hidrogenación del aceite de jojoba.
Se han llevado a cabo ensayos de hidrogenación de acei-
te de jojoba para estudiar los efectos de las principales varia-
bles operativas de esta operación sobre el índice de yodo y el
punto de fusión. Se utilizó un reactor discontinuo con un cata-
lizador de níquel. Los efectos seleccionados para su análisis
fueron la temperatura de reacción, la presión de operación y
la cantidad de catalizador. El rango de temperaturas estudia-
do fue de 120-200ºC, el de presión entre 2 y 4 atm y la canti-
dad de catalizador entre 0,2-0,6 % (% masa catalizador / ma-
sa de aceite). Si bien los tres efectos estudiados fueron
significativos, la temperatura fue el efecto que más influencia
tuvo sobre el avance de la reacción. Se estudió además el
comportamiento cinético mediante el ajuste de un modelo po-
tencial de pseudo-primer orden, obteniéndose los parámetros
cinéticos correspondientes.
PALABRAS CLAVE: Aceite – Cera – Hidrogenación –
Índice de iodo – Jojoba.
SUMMARY
Study on jojoba oil hydrogenation.
Trials were cattied out on jojoba oil hydrogenation to study
the effects of the main operative variable on iodine index and
melting point. . A batch reactor with nickel catalysts was used.
The effects selected for analysis were the reaction
temperature, the operation pressure and the amount of
catalyst.The range of temperature studied was 120-200ºC, the
pressure was between 2 and 4 atm and the amount of catalyst
ranged from 0.2 – 0.6% (percentage of catalyst mass over oil
mass). The results showed that these three factors affected
the reaction significantly; although temperature was the most
influential in the progression of the reaction. In addition, the
kinetic behavior was studied using a potential model of
pseudo-first order and the corresponding kinetic parameters
were obtained.
KEY-WORDS: Hydrogenation – Iodine Value – Jojoba –
Oil – Wax.
1. INTRODUCCIÓN
El aceite de jojoba es un producto natural que
se extrae de las semillas de la planta de jojoba. Es-
ta planta es un arbusto originario del desierto de
Sonora, al norte de México y del sur-oeste de
EEUU. En Argentina, su cultivo se encuentra en pe-
ríodo de incipiente crecimiento, siendo actualmen-
te, uno de los más importantes productores en el
mundo. La semilla de este arbusto tiene entre 40 y
60% de aceite. El aceite extraído de la semilla, tam-
bién denominado cera líquida, fluye libremente a
temperaturas mayores de 10°C y está compuesto
por una mezcla de 97% de ésteres lineales (de 36
a 46 átomos de carbono) de ácidos y alcoholes gra-
sos monoinsaturados de cadena larga, lo que con-
trasta con los aceites vegetales y animales los cua-
les son principalmente triglicéridos (Gunstone,
1990).
De varias muestras de Argentina ensayadas,
mediante el empleo de cromatografía gaseosa con
espectrómetro de masa (GC-MS), se identificaron
nueve ácidos grasos y ocho alcoholes grasos satu-
rados y mono-insaturados conteniendo entre 16 y
24 átomos de carbono. Los ácidos grasos más
abundantes fueron 9_octadecanoico (18:1), 13_do-
cosanoico (22:1) y 11_eicosanoico (20:1); éste ul-
timo en porcentajes cercanos al 76%. Entre los
alcoholes se destacaron el 11_eicosanol y el
13_docosanol, los que representaron aproximada-
mente el 90% de los alcoholes Entre los principales
parámetros físicos, químicos y fisicoquímicos eva-
luados en dichas muestras se ha determinado el
punto de ebullición: 386,5°C, la densidad (a 25°C):
0,8581 gr/ml, el índice de refracción (a 25°C):
1,447, el índice de acidez: 0,59 mg KOH/g y el índi-
ce de saponificación: 101,25 mg KOH/g Tobarez et
al. (2002).
La hidrogenación es una de las reacciones quí-
micas más comunes que se realizan sobre los acei-
tes y grasas con la finalidad de mejorar sus propie-
dades. La hidrogenación involucra la adición
química de hidrógeno a los dobles enlaces carbo-
no-carbono insaturados presentes en una molécu-
la de ácido graso o alcohol graso. La reacción debe
ser catalizada para obtener adecuados rendimien-
tos. Esta técnica no sólo incrementa los puntos de
fusión y la consistencia de las grasas, sino que
también mejora el color, el olor y la estabilidad oxi-
dativa de las mismas (Hastert, 1998).
La reacción de hidrogenación de aceites proce-
de según una serie de pasos de transferencia de
masa y adsorción-desorción, y bajo condiciones
adecuadas, la principal resistencia se concentra en
la reacción química sobre la superficie del cataliza-
dor. Las moléculas con dobles enlaces insaturados
Estudio de la hidrogenación del aceite de jojoba
Por Alberto Willnecker y María del C. Pramparo*
Departamento de Tecnología Química. Facultad de Ingeniería.
Universidad Nacional de Río Cuarto. Ruta 36 Km 601. Río Cuarto. Argentina.
* Autor para correspondencia: mpramparo@ing.unrc.edu.ar
GRASAS Y ACEITES, 60 (1),
ENERO-MARZO,48-54, 2009,
ISSN: 0017-3495
DOI: 10.3989/gya.032708
son adsorbidas en el catalizador sólido y allí reac-
cionan con átomos de hidrógeno (O’Brien, 1998).
Wisniak et al. (1987) propusieron una reacción
de primer orden para la cinética seguida con el ín-
dice de iodo. Experimentalmente llevaron a cabo la
reacción de hidrogenación en catalizadores de co-
bre y níquel (5-30 gr/1000 ml aceite), a altas presio-
nes (7-50 atm), bajas temperaturas (100-140°C) y
velocidades de agitación entre 550-1200 rpm. Des-
pués de los períodos de inducción, las líneas de va-
lor de iodo en función del tiempo dieron lo suficien-
temente lineales como para suponer orden uno de
reacción. El avance de la reacción fue controlado
con el índice de refracción a 75°C, el cual variaba
bastante linealmente con el índice de yodo. La
constante cinética no fue dependiente de la veloci-
dad de agitación, lo que además probó la prepon-
derancia de la resistencia química frente a la física.
Warth (1956) reportó que el aceite de jojoba
puede ser fácilmente hidrogenado por un proceso
similar al de hidrogenación de aceite de algodón.
Se lograba con este proceso un producto altamen-
te lustroso, blanco perlado, en forma de cristales la-
minado, de alta dureza y punto de fusión alrededor
de 70°C. El producto obtenido se utilizó como ingre-
diente en ceras para pulir, en la fabricación del pa-
pel, para encerar frutas y recubrimiento exterior de
velas.
La composición del aceite hidrogenado depen-
de de muchos factores, los cuales influyen en la
evolución de la reacción de hidrogenación. Entre
los principales factores se encuentran las caracte-
rísticas del aceite y las condiciones a las cuales se
lleva a cabo el proceso (temperatura, presión, velo-
cidad y tipo de agitación, tamaño del reactor, cali-
dad del hidrógeno, tipo y cantidad de catalizador)
(Ariaansz, 1998). En general, la presión de trabajo
está en el orden de los 0-120 psig; sin embargo, pa-
ra ácidos grasos y otros materiales no comestibles
difíciles de hidrogenar se emplean presiones de
hasta 25 atm para obtener velocidades de reacción
satisfactorias (Wisniak, 1994).
Los catalizadores utilizados para esta reacción
están basados en níquel, mezclados con cobre,
aluminio y óxidos de silicona. Otro tipo de cataliza-
dores utilizados son los de cobre-cromo, los cuales
tienen una alta selectividad pero baja actividad. Por
otra parte, estos catalizadores tienen la desventaja
de ser altamente sensibles a distintos venenos del
catalizador. En general son usados para hidrogenar
aceite de soja, el cual, parcialmente hidrogenado
es muy utilizado para ensaladas, por ser muy esta-
ble. Los metales preciosos (paladio, oro, bismuto)
también son posibles catalizadores de hidrogena-
ción. Son muy activos y más selectivos que los de
níquel, pero más costosos. La alta actividad de es-
tos catalizadores permite trabajar a más bajas tem-
peraturas de reacción. Varios inconvenientes se
presentan por el uso de catalizadores. Impurezas
en el aceite pueden envenenar el catalizador. Com-
puestos tales como jabones, fosfátidos y carbohi-
dratos son absorbidos en la superficie del cataliza-
dor, mientras otros, como los ácidos grasos,
pueden destruir el catalizador por reacción quími-
ca. Glicéridos oxidados y peróxidos reducen la ac-
tividad del catalizador. Compuestos del azufre y
monóxido de carbono pueden venir como impure-
zas del hidrógeno que es producido por el proceso
de su elaboración y son efectivos venenos de estos
catalizadores (Hui, 1996).
La reacción de hidrogenación se puede llevar a
cabo en forma parcial o total. Dependiendo de las
condiciones operativas y de las características del
catalizador, la reacción puede evolucionar más o
menos rápidamente, y es posible detener la reac-
ción en distintos niveles de conversión, dando pro-
ductos más o menos saturados (hidrogenados),
proveyendo de esta manera grasas con distintas
características químicas y funcionales. Mientras
más se permite que la reacción avance se obten-
drán grasas hidrogenadas o saturadas más duras,
pasando por graduales cambios de dureza a medi-
da que la reacción avanza.
La reacción de hidrogenación puede seguirse
mediante distintas determinaciones analíticas. En-
tre ellas pueden citarse la composición, el índice de
yodo, el índice de refracción y el consumo de hidró-
geno. Propiedades tales como el punto de fusión y
la curva de sólidos tienen relación directa con la
consistencia y funcionalidad del producto. La deter-
minación del punto final de la operación de hidroge-
nación de aceites vegetales constituye un problema
crítico. De mucha utilidad es la disponibilidad de
sistemas de medición on-line para monitorear el ín-
dice de refracción, el cual se correlaciona con el ín-
dice de yodo para cada tipo de aceite. El índice de
yodo es una medida directa del grado de saturación
alcanzado en la reacción (Kellens y Hendrix, 1998).
El objetivo del presente trabajo es estudiar los
efectos de las principales variables operativas de la
reacción de hidrogenación del aceite de jojoba so-
bre la eficiencia de saturación. Para alcanzar este
objetivo se analizó el producto obtenido, evaluando
el índice de yodo y el punto de fusión del producto
final a diferentes condiciones operativas y tiempos
de reacción. Se estudió además el comportamien-
to cinético mediante el ajuste de un modelo poten-
cial de pseudo-primer orden.
2. MATERIALES Y MÉTODOS
2.1. Descripción del equipamiento
Se utilizó un reactor marca PARR, construido en
acero inoxidable, con capacidad máxima de 0,6 L,
presiones máximas de 6 atm y con agitador, cale-
facción y sistema de enfriamiento. La temperatura
se programó y controló mediante un controlador
PID Cole Palmer y termocuplas tipo K-J. El vacío
necesario para la etapa previa de calentamiento
fue provisto por una bomba de vacío marca DOSI-
VAC, del tipo de anillo de aceite. (presión mínima
alcanzada 0,3 atm).
El reactor trabaja en forma discontinua y requie-
re de operaciones previas posteriores a la reacción
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ESTUDIO DE LA HIDROGENACIÓN DEL ACEITE DE JOJOBA
para la concreción de los ensayos. A continuación
se plantean las etapas seguidas en cada ensayo:
1. Precalentamiento a presión atmosférica,
hasta 100°C.
2. Desgasado en vacío para evitar futuras oxi-
daciones de los ácidos grasos.
3. Calentamiento en vacío hasta la temperatura
de reacción (con agitación).
4. Etapa de reacción con introducción de hidró-
geno.
5. Enfriamiento de la masa reaccionante.
6. Filtración para separar la masa reaccionante
del catalizador.
Como la hidrogenación es exotérmica, a mayor
velocidad de reacción, mayor será el calor despren-
dido. Esto ayuda a la calefacción del sistema para
mantener la reacción en su temperatura de trabajo.
Una vez que el sistema ha alcanzado su tempera-
tura de trabajo, puede necesitar enfriamiento a cau-
sa de la exotermicidad de la reacción, a menos que
las pérdidas de calor del sistema superen la gene-
ración de calor por reacción química. En estas ex-
periencias no fue necesario enfriar sino calentar
durante todo el tiempo de reacción.
2.2. Determinaciones analíticas
Las muestras obtenidas en los ensayos de hi-
drogenación son analizadas en el laboratorio para
determinar: índice de yodo y punto de fusión. Se si-
guieron los protocolos normalizados de la
Ameri-
can Oil Chemist’s Society (AOCS)
para cada una
de las determinaciones (índice de iodo: AOCS Cd
1-25 (89), punto de fusión: AOCS Cc 1-25 (89))
(A.O.C.S., 1994).
2.3. Condiciones experimentales
Se utilizó aceite de jojoba refinado proveniente
de dos proveedores regionales. El catalizador utili-
zado es de marca PRICAT Modelo 9910 (25% ní-
quel en estearina). La proporción de catalizador uti-
lizada varió en el rango de 0,2-0,6% (porcentaje
másico de catalizador en aceite), dependiendo de
la experiencia llevada a cabo. La presión de opera-
ción varió en el rango 2-4 atmósferas absolutas y
las temperaturas entre 120-200°C. La velocidad de
agitación empleada fue de 1425 rpm. Se tomaron
muestras de la masa reaccionante a 30, 60 y 90
min respectivamente.
2.4. Experiencias
Se llevaron a cabo 2 conjuntos de experiencias
para cumplir con los siguientes objetivos:
1)
Análisis del efecto de condiciones operativas
en la reacción de hidrogenación; con el obje-
tivo de determinar qué variables ensayadas
tienen efecto significativo en el producto de
reacción, y qué tipo de efecto ejercen, las va-
riables operativas seleccionadas fueron: la
temperatura de reacción, la presión y la can-
tidad de catalizador. Existen antecedentes
en la literatura relacionados al efecto de es-
tas variables sobre otros aceites que justifi-
can esta primer selección de variables (Hui,
1996).
2)
Estudio cinético de la reacción de hidrogena-
ción: con el objetivo de realizar un análisis te-
órico-experimental del modelado cinético de
la operación de hidrogenación se han reali-
zado un conjunto de experiencias comple-
mentarias que permitan determinar las cons-
tantes específicas de reacción así como las
energías de activación y factores pre-expo-
nenciales para esta reacción.
3. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
3.1. Análisis del efecto de condiciones
operativas en la reacción
de hidrogenación
Se ha utilizado un diseño factorial 2
3
con dos ré-
plicas para cada una de las variables selecciona-
das como factores: temperatura, presión y cantidad
de catalizador (Montgomery, 1991). Las experien-
cias fueron realizadas en forma aleatoria. La varia-
ble observada elegida como un indicador del avan-
ce de la reacción de hidrogenación es el índice de
yodo. Los valores empleados para cada una de las
variables experimentales analizadas se muestran
en la Tabla 1.
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ALBERTO WILLNECKER Y MARIA DEL C. PRAMPARO
Tabla 1
Límites de los factores analizados
Temperatura Presión Catalizador
(ºC) (atm) (% másico)
Nivel Inferior 120 2 0,2
Nivel Superior 200 4 0,6
Para el análisis de los resultados experimenta-
les se emplearon las variables codificadas
x
1
, x
2
y
x
3
definidas de la siguiente manera:
x
1
= (1)
x
2
= (2)
x
3
= (3)
siendo
T
la temperatura en °C,
C
la cantidad de
catalizador en % másico relativo de catalizador/
aceite, y
P
la presión en atmósferas absolutas. Los
P
(P
baja
+
P
alta
)/2
(P
baja
P
alta
)/2
C
(C
baja
+
C
alta
)/2
(C
baja
C
alta
)/2
T
(T
baja
+
T
alta
)/2
(T
baja
T
alta
)/2
subíndices «bajo» y «alto» se refieren a los niveles
inferior y superior respectivamente, del diseño esta-
dístico seleccionado.
El modelo de regresión, expresado en variables
codificadas, obtenido del diseño factorial 2
3
es de la
forma:
y
=
b
0
+
b
1
x
1
+
b
2
x
2
+
b
3
x
3
+
b
4
x
1
x
2
+
b
5
x
1
x
3
+
b
6
x
2
x
3
+
b
7
x
1
x
2
x
3
+ (4)
donde
y
representa la respuesta de interés (valor
de yodo a 30, 60 y 90 min de reacción),
b
0
a
b
7
son
los parámetros del modelo y
e
representa el resi-
duo o error de la estimación. Estos parámetros se
han evaluado a través de los datos experimentales
empleando regresión multiparamétrica lineal. Los
valores de los parámetros
b
1
a
b
7
corresponden a la
mitad de los efectos principales e interacciones en
tanto que
b
0
cuantifica el efecto promedio.
Se realizaron 16 experiencias de reacción para
el diseño factorial 2
3
seleccionado, correspondien-
do a las 8 diferentes combinaciones de tratamien-
tos y sus respectivas réplicas. En la Tabla 2 se
muestran los resultados experimentales del avance
de la reacción expresado como índice de yodo pa-
ra distintos tiempos de reacción, en cuatro condi-
ciones operativas diferentes, y a 120°C y 200°C de
temperatura de reacción.
El grado de saturación logrado a 200°C de tem-
peratura es notoriamente mayor que en los ensa-
yos a 120°C.
Se puede observar a través de los resultados
experimentales que la temperatura es una de las
variables de mayor influencia en la velocidad de hi-
drogenación. En general, a mayor temperatura la
velocidad de reacción aumenta, hecho evidenciado
por la constante de velocidad específica expresada
en función de la temperatura (según la Ley de Ar-
rhenius). Pero, a mayor temperatura disminuye la
solubilidad del hidrógeno en el aceite, dificultando
el contacto del hidrógeno con el aceite en la super-
ficie del catalizador, de manera que son dos efec-
tos contrapuestos. Ambas causas conducen a que
la concentración de hidrógeno en el catalizador dis-
minuya a mayor temperatura.
El efecto de la presión depende de las caracte-
rísticas del catalizador utilizado. El mecanismo
aceptado de doble hidrogenación en catalizadores
de níquel asume que el paso controlante es la re-
acción superficial entre el hidrógeno atómico y el
aceite no adsorbido. En general a menor presión el
gas cubre menos superficie de catalizador, lo que
disminuye la velocidad de reacción.
La cantidad de catalizador influye en la veloci-
dad de reacción. A mayor cantidad de catalizador,
mayor superficie de catálisis expuesta, mayor será
la velocidad de reacción. No obstante esto ocurrirá
hasta un cierto punto, donde el hidrógeno deje de
disolverse lo suficientemente rápido y este efecto
desaparecerá.
En la Figura 1 se observa la variación del punto
de fusión con el tiempo de reacción para cuatro
condiciones operativas diferentes. A mayor punto
de fusión mayor grado de consistencia se espera
del aceite hidrogenado. Este parámetro es un buen
indicador representativo del aspecto físico de la
grasa o cera obtenida.
Se llevó a cabo el análisis de varianza respecti-
vo para los tres tiempos de reacción estudiados,
obteniéndose los valores de los coeficientes de la
regresión propuesta cuya comparación puede ser
observada en los diagramas de Pareto que se
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ESTUDIO DE LA HIDROGENACIÓN DEL ACEITE DE JOJOBA
Tabla 2
Resultados experimentales de valor de iodo*
0,2 % catalizador 0,6 % catalizador
Tiempo Presión Presión Presión Presión
(min) 2 atm 4 atm 2 atm 4 atm
Temperatura de reacción: 120°C
0 85,7 85,7 85,7 85,7
15 84,0 82,6 83,0 84,5
30 82,1 78,4 80,5 75,9
45 80,0 75,9 78,5 73,9
60 78,0 71,9 74,7 61,0
75 75,9 68,0 72,9 48,5
90 74,0 66,2 67,8 32,2
Temperatura de reacción: 20°C
0 85,7 85,7 85,7 85,7
15 70,9 66,9 67,5 55,6
30 60,3 50,0 53,2 36,1
45 54,0 26,6 35,5 14,7
60 45,1 11,6 21,1 4,5
75 35,7 6,8 15,6 2,1
90 27,2 2,6 6,0 1,6
*Valor de iodo: media de dos réplicas.
muestra en la Figura 2 para los tres tiempos de re-
acción analizados.
Se observa que a medida que aumenta el tiem-
po de reacción algunos efectos combinados tien-
den a no ser significativos. Del análisis del error de
las regresiones se pone de manifiesto que los erro-
res están uniformemente distribuidos alrededor del
cero.
En todos los tiempos estudiados la temperatura
mostró ser la variable de mayor influencia sobre el
avance de la reacción de hidrogenación, siendo el
efecto de la presión y de concentración de cataliza-
dor de aproximadamente el mismo orden, obser-
vándose un efecto ligeramente inferior del % del ca-
talizador.
3.2. Modelo cinético
Dadas las características del sistema reaccio-
nante y la complejidad de la composición de este
aceite, y en base a resultados previos de la literatu-
ra (Wisniak, 1994), se propone seguir la reacción a
través del índice de iodo utilizando un modelo ciné-
tico de pseudo-primer orden donde se expresa la
variación de la composición de insaturación a tra-
vés del índice de iodo. La ecuación diferencial re-
sultante es:
= –
k
[
VI
]
;t
= 0 [
VI
] =
VI
0
(5)
donde [VI] es el valor de iodo o índice de iodo y
k
la constante cinética (min
–1
).
La constante cinética se expresa en función de
la energía de activación de acuerdo a la ley de Ar-
rhenius. Dado que se analizan en conjunto los da-
tos para diferentes temperaturas, las constantes ci-
néticas se han escrito en forma reparametrizada,
ya que de este modo se consigue una mejor y más
rápida convergencia de los programas numéricos.
La ecuación para la ley de Arrhenius queda en-
tonces:
d
[
VI
]
dt
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ALBERTO WILLNECKER Y MARIA DEL C. PRAMPARO
Figura 1
Resultados experimentales de punto de fusión.
Figura 2
Diagramas de Pareto con la significancia de los efectos:
T: temperatura, C: composición del catalizador, P: presión.
a) 30 min , b) 60 min y c) 90 min de tiempo de reacción.
a)
b)
c)
k
=
km exp (–E VT)
(6)
siendo:
VT
= (7)
con
R
: Constante Universal de los Gases,
T
m:
tem-
peratura de reparametrización y
km
: constante ci-
nética a la temperatura de reparametrización.
El modelo cinético propuesto fue ajustado por
cuadrados mínimos, utilizándose el método de Le-
venberg-Marquardt (Constantinides y Mostoufi,
1999; Hoffman, 1992). El criterio de minimización
de suma de cuadrados de las desviaciones permi-
tió obtener los parámetros presentes en el modelo
propuesto. Se utilizaron el software MicroMath
Scientis v2.01 for Windows de MicroMath Scientific
Software y el entorno Matlab 7.1.
(T
m
– T)
RT
m
T
En la Tabla 3 se muestran los valores de las
constantes cinéticas de velocidad de reacción obte-
nidas según los ajustes respectivos para cada una
de las condiciones operativas utilizadas en los en-
sayos, dando además la desviación estándar como
un parámetro estadístico indicativo de la bondad
del ajuste.
De los datos obtenidos de velocidad específica
de reacción se destaca el hecho de que un aumen-
to de la temperatura, de la presión y/o de la canti-
dad de catalizador conduce a un aumento de la ve-
locidad de reacción, siendo la temperatura la que
más influencia produce.
En la Tabla 4 se presentan los valores de
km
y
energía de activación
E
, parámetros obtenidos se-
gún la ley de Arrhenius con experiencias a 120°C,
160°C y 200°C.
Los valores de energía de activación obtenidos
mediante el planteo de esta cinética simplificada de
pseudo-primer orden tomando la concentración de
reactivo representada por el índice de yodo son ba-
jos comparados en órdenes de magnitud con valo-
res típicos de energías de activación de reacciones
químicas.
En la Figura 3 se contrastan los valores experi-
mentales con los obtenidos mediante el modelo po-
tencial propuesto con los parámetros ajustados es-
tadísticamente.
De la Figura 3 se puede destacar que en gene-
ral el modelo potencial representa adecuadamente
el desarrollo de la reacción de hidrogenación del
aceite de jojoba, manifestándose mejor ajuste a
condiciones de menores conversiones como es el
caso de las experiencias A y B.
4. CONCLUSIONES
Se ha estudiado la reacción de hidrogenación
del aceite de jojoba, llevando a cabo ensayos a dis-
tintas condiciones operativas, determinando el índi-
ce de yodo y el punto de fusión de las muestras en-
sayadas. Se llevó a cabo un análisis estadísticos de
los resultados obtenidos, obteniéndose que de los
tres efectos considerados: temperatura, cantidad de
catalizador y presión, la temperatura es la variable
que produjo mayor efecto sobre el índice de yodo
considerado como variable de avance de reacción.
GRASAS Y ACEITES, 60 (1), ENERO-MARZO, 48-54, 2009, ISSN: 0017-3495, DOI: 10.3989/gya.032708 53
ESTUDIO DE LA HIDROGENACIÓN DEL ACEITE DE JOJOBA
Tabla 3
Parámetros k estimados para el modelo cinético propuesto
Condiciones operativas Constante Cinética
% Catalizador
Presión Temperatura
k (min
–1
)
Desviación
(atm) (°C) Estándar
0,2 2 120 0,0016 2,15 10
-5
0,2 2 200 0,0115 0,0096
0,2 4 120 0,0029 5,51 10
-5
0,2 4 200 0,0259 0,0028
0,6 3 120 0,0042 0,0003
0,6 3 200 0,0260 0,0037
0,6 4 120 0,0072 0,0013
0,6 4 200 0,0357 0,0023
0,2 3 120 0,0026 3,46 10
-5
0,2 3 200 0,0161 0,0008
0,6 2 120 0,0022 9,97 10
-5
0,6 2 200 0,0213 0,0016
0,2 2 160 0,0056 0,0001
0,6 2 160 0,0103 0,0003
0,2 4 160 0,0133 0,0004
0,6 4 160 0,0215 0,0010
Tabla 4
Parámetros km y E de Arrhenius (120°C, 160°C, 200°C)
Condiciones operativas
Constante Cinética
Energía de Activación
Específica
% Catalizador
Presión Km Desviación E Desviación
(atm) (min
–1
) Estándar (kjoule/mol) Estándar
0,2 2 0,0020 0,0004 8,067 0,903
0,2 4 0,0046 0,0015 8,067 1,592
0,6 2 0,0034 0,0010 8,511 1,450
0,6 4 0,0092 0,0021 6,350 1,120
Se ha planteado una ecuación cinética de pseu-
do-primer orden para representar el mecanismo ci-
nético de la reacción de hidrogenación. Se obtuvie-
ron los parámetros cinéticos del modelo propuesto
con buenos indicadores estadísticos del ajuste. Se
puede destacar que en general el modelo potencial
representa adecuadamente el desarrollo de la re-
acción de hidrogenación del aceite de jojoba, mani-
festándose mejor ajuste a condiciones de menores
conversiones.
REFERENCIAS
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Recibido: 26/3/08
Aceptado: 8/5/08
54 GRASAS Y ACEITES, 60 (1), ENERO-MARZO, 48-54, 2009, ISSN: 0017-3495, DOI: 10.3989/gya.032708
ALBERTO WILLNECKER Y MARIA DEL C. PRAMPARO
Figura 3
Valor de yodo calculado según modelo potencial vs datos
experimentales.
Exp. A: 0,2 % cat, 2 atm, 120°C; Exp. B: 0,2 % cat, 2 atm,
160°C; Exp. C: 0,2 % cat, 4 atm, 160°C; Exp. D: 0,6 % cat,
4 atm, 160°C.
... Este valor corresponde a la cantidad (mg) de KOH requerida para saponificar 1 gramo de aceite. Este parámetro también se utiliza como control de calidad en los procesos de hidrogenación [24]. El valor obtenido en el laboratorio coincide con los declarados en la literatura [21,22] que varían en el rango de 191-199 mg KOH/g. ...
Presentation
En este estudio se llevó a cabo la caracterización físico-química del aceite de semilla de Sacha Inchi y se estudiaron las propiedades de emulsiones elaboradas a partir de este aceite. En la caracterización del aceite se estudiaron propiedades tales como la densidad aparente, contenido en humedad, índice de refracción, índice de acidez, índice de saponificación, índice de yodo, índice de peróxidos y productos de oxidación secundaria, siguiendo los protocolos consignados en procedimientos estandarizados. Asimismo, se elaboraron emulsiones de aceite de Sacha Inchi haciendo uso de homogeneización de alta velocidad. Se planteó un diseño experimental donde se estudió el efecto de la concentración de aceite de semilla de Sacha Inchi (5% y 10%, p/p), de la relación maltodextrina: caseinato sódico (80:20, 85:15 y 90:10, p/p) y la velocidad de homogeneización (10.000 y 18.000 rpm) sobre las propiedades físico-químicas de las emulsiones. Los resultados obtenidos en la caracterización del aceite de semilla de Sacha Inchi están dentro del rango de aceptación establecidos por normas internacionales, así como también son comparables a estudios previos de caracterización de este aceite. Asimismo, con los resultados de la caracterización de las emulsiones se pudo establecer un criterio para escoger la formulación que favorece una mayor estabilidad de la emulsión. Se demostró que la mejor formulación es aquella donde la concentración de aceite es del 5%p/p, así mismo la relacion de material de pared que se recomienda es de 80:20 y por último una velocidad de homogenización de 18.000 rpm.
... Los resultados representan la media de la calificación de cada atributo ± el error estándar. Letras diferentes en la misma columna expresan diferencias significativas (ANOVA p < 0.05) [24]. Adicionalmente, se hizo uso de las tablas de datos de la central de alimentos del Departamento de Agricultura de Estados Unidos USDA [25] y, de las tablas de información nutricional de los empaques de ciertos ingredientes utilizados. ...
Chapter
En Colombia, crecen diferentes especies de plantas que son desaprovechadas a pesar de su potencial uso para la nutrición y salud, como es el caso del sauco en Bogotá. De igual forma, en la actualidad, la demanda de productos elaborados con componentes naturales y que aporten beneficios para la salud ha aumentado. Debido a esto, se identificó la oportunidad de desarrollar productos elaborados a partir del fruto y de la hoja del sauco. Mediante un análisis de mercado, se decidió elaborar unas barritas energéticas y una mascarilla facial. Posteriormente, mediante un análisis sensorial en el que se empleó una escala hedónica de 9 puntos y una escala Just About Right, quedo en evidencia que la textura crujiente es de suma importancia para los consumidores. Haciendo uso de un texturómetro se determinó la dureza de la barrita y se comparó con 2 barritas control. Se encontró que estas eran estadísticamente iguales. Adicionalmente, se midió la humedad y la dureza de las barritas a lo largo de 4 semanas, en las cuales no hubo cambios significativos, lo que quiere decir que tienen una buena estabilidad. De igual forma, se realizó un cálculo teórico de la información nutricional de la barrita la cual tiene 94 kcal, un alto contenido de fibra dietética, un muy bajo contenido en sodio, un contenido básico de vitamina C y hierro, no contiene grasas trans, gluten, nueces y contiene 8 g de sauco en una porción de 25 gramos. En cuanto a la mascarilla, se obtuvo un Indice de Estabilidad del Turbiscan a los 30 minutos de 0.5, lo que la hace estadísticamente igual de estable que una mascarilla comercial. Por otro lado, la textura de la mascarilla de sauco es diferente a la de control, lo que la hace ligeramente más difícil de aplicar sobre la piel.
... Este valor corresponde a la cantidad (mg) de KOH requerida para saponificar 1 gramo de aceite. Este parámetro también se utiliza como control de calidad en los procesos de hidrogenación [24]. El valor obtenido en el laboratorio coincide con los declarados en la literatura [21,22] que varían en el rango de 191-199 mg KOH/g. ...
Chapter
En este estudio se llevó a cabo la caracterización físico-química del aceite de semilla de Sacha Inchi y se estudiaron las propiedades de emulsiones elaboradas a partir de este aceite. En la caracterización del aceite se estudiaron propiedades tales como la densidad aparente, contenido en humedad, índice de refracción, índice de acidez, índice de saponificación, índice de yodo, índice de peróxidos y productos de oxidación secundaria, siguiendo los protocolos consignados en procedimientos estandarizados. Asimismo, se elaboraron emulsiones de aceite de Sacha Inchi haciendo uso de homogeneización de alta velocidad. Se planteó un diseño experimental donde se estudió el efecto de la concentración de aceite de semilla de Sacha Inchi (5% y 10%, p/p), de la relación maltodextrina: caseinato sódico (80:20, 85:15 y 90:10, p/p) y la velocidad de homogeneización (10.000 y 18.000 rpm) sobre las propiedades físico-químicas de las emulsiones. Los resultados obtenidos en la caracterización del aceite de semilla de Sacha Inchi están dentro del rango de aceptación establecidos por normas internacionales, así como también son comparables a estudios previos de caracterización de este aceite. Asimismo, con los resultados de la caracterización de las emulsiones se pudo establecer un criterio para escoger la formulación que favorece una mayor estabilidad de la emulsión. Se demostró que la mejor formulación es aquella donde la concentración de aceite es del 5%p/p, así mismo la relacion de material de pared que se recomienda es de 80:20 y por último una velocidad de homogenización de 18.000 rpm.
... Se afirma que la densidad se modifica -0.68 kg/m 3 por cada grado centígrado en que se incremente la temperatura (19). Por su parte, los valores de yodo y de saponificación, además de estar relacionados a las propiedades físicas y químicas del material graso, son considerados como índices de estructura y utilizados como control de calidad en los procesos de hidrogenación (20). ...
Article
Full-text available
Omega and unusual fatty acids were evaluated from ethanol extracts of roots and leaves ofPlukenetia volúbilis L. were evaluated. Seed oil was obtained by soxhlet and bioreactor; the fatty acids were determined and characterized by gas chromatography coupled to mass spectrometry (GLC-MS). Also, antioxidant activity was evaluated using ABTS/HRP enzymatic. Fatty acid in seed oil was beyond 80%. Meanwhile, the main unusually fatty acids in leaves and roots are ciclopropenic acids. The phytocompounds, omega and functional fatty acids could be responsible for the lipophilic antioxidant activity in leaves.
... Se afirma que la densidad se modifica -0.68 kg/m 3 por cada grado centígrado en que se incremente la temperatura (19). Por su parte, los valores de yodo y de saponificación, además de estar relacionados a las propiedades físicas y químicas del material graso, son considerados como índices de estructura y utilizados como control de calidad en los procesos de hidrogenación (20). ...
Article
Full-text available
Omega and unusual fatty acids were evaluated from ethanol extracts of roots and leaves ofPlukenetia volúbilis L. were evaluated. Seed oil was obtained by soxhlet and bioreactor; the fatty acids were determined and characterized by gas chromatography coupled to mass spectrometry (GLC-MS). Also, antioxidant activity was evaluated using ABTS/HRP enzymatic. Fatty acid in seed oil was beyond 80%. Meanwhile, the main unusually fatty acids in leaves and roots are ciclopropenic acids. The phytocompounds, omega and functional fatty acids could be responsible for the lipophilic antioxidant activity in leaves.
Chapter
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The degradation of polyethylene presents a series of difficulties as it doesn´t have efficient mechanisms that promote the deterioration of the material, for example, in the city of Bogotá around 428 tons of this material are produced annually. In this sense, it´s relevant to focus attention on this type of solid waste, generating a possibility of biodegradation of low-density polyethylene (LDPE), by means of an experimental matrix that favors the degradation of organic matter and LDPE sheets pretreated with UV radiation, in kinenergic action with worm humus and biomass of Aspergillus brasiliensis. The evidence found of opaque coloration in the LDPE sheets, decreased flexibility, corrugations, colonization of theinoculum and cracks, proves the ability of an Aspergillus brasiliensis strain conserved in the research laboratory of the Fundación Universidad de América, to biodegrade LDPE with 1,5276% and 1,5186% weight loss after three months.
Book
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El contenido de este libro trata sobre una ingeniería global y sostenible que guie a la sociedad en su tránsito por el Nuevo Orden Mundial. Los autores de cada capítulo plasman sus pensamientos acerca de muchas de estas cuestiones, tan necesarias en la actual situación del Planeta, ofreciendo una perspectiva global de la ingeniería para el mundo, y no para atender al neoliberalismo imperial. Las investigaciones desde las que se generan los capítulos aquí incluidos son de carácter transdisciplinar, ya que esta deberá la manera en que se desarrolle la ingeniería en la Nueva Era que estamos viviendo.
Chapter
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En este capítulo se presenta una revisión sistemática sobre las tecnologías de sistemas de almacenamiento de energía y sobre los enfoques para un mejor aprovechamiento. La revisión se divide en dos vías: tendencias más desarrolladas (horarios de operación de los trenes, almacenamiento de energía y subestaciones reversibles) y los enfoques de investigación sobre el aprovechamiento del frenado regenerativo en los sistemas de transporte ferroviario (sistemas híbridos, algoritmos de optimización y técnicas de control, e integración de la generación distribuida).
Chapter
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La medición de la conductividad eléctrica CE en la solución nutritiva, que se suministra a las plantas en un cultivo aeropónico, permite conocer la concentración total de sales de manera que se pueda determinar la cantidad de nutrientes presentes en todo momento en la solución, para asegurar un desarrollo adecuado de las plantas. Una CE alta puede inducir toxicidad por salinidad, mientras que una CE baja viene acompañada de una deficiencia de macro y micronutrientes. En el presente trabajo los autores identificaron y experimentaron las ventajas del sistema remoto comparado con las mediciones manuales en campo. El sistema remoto permite conocer la CE de la solución nutritiva de manera regular durante todo el proceso de desarrollo de las plantas y facilita, tanto la toma de datos, como el registro de estos. Con el sistema implementado se pudo conocer en tiempo real cómo varían las concentraciones en la solución nutritiva de un cultivo de lechuga, para de esta manera determinar cuándo debe adicionarse agua o reponerse la solución nutritiva.
Chapter
Fats and oils have been recovered for thousands of years from oil bearing seeds, nuts, beans, fruits, and animal tissues. These raw materials serve a vital function in the United States and world economics for both food and nonfood applications. Edible fats and oils are the raw materials for oils, shortenings, margarines, and other specialty or tailored products that are functional ingredients in food products prepared by food processors, restaurants, and in the home. The major nonfood product uses for fats and oils are soaps, detergents, paints, varnish, animal feeds, resins, plastics, lubricants, fatty acids, and other inedible products. Interestingly, many of the raw materials for industrial purposes are by-products of fats and oils processing for food products; however, some oils are produced exclusively for technical uses due to their special compositions. Castor, linseed, tall, and tung oils are all of vegetable origin and are produced for industrial uses only. The USDA Economic Research Service statistics indicate that, of the 27.472 billion pounds of edible fats and oils used in the year 2000, 76.6% was for food products and 23.4% was for nonfood products [16].
Article
The chemical composition of jojoba oil is unique in that it contains little or no glycerin and that most of its components fall in the chain-length range of C40C42. Linearity and close-range composition are probably the two outstanding properties that give jojoba oil its unique characteristics. Jojoba oil molecules contain two double bonds separated by an ester bond. These three active centers have been proven to be the source of a very large number of intermediates or final products. This paper describes the applications of natural jojoba oil and reviews in particular the reactions that lead to derivatives with potential industrial application: (1) production of semisoft waxes by geometrical isomerization; (2) production of hard waxes by hydrogenation; (3) additives for high-pressure high-temperature applications; (4) extractants for mercury cations; and (5) selective extractants for the nuclear industry. In addition, a general view of the potential uses of jojoba meal as animal feed is presented.
Hidrogenación: principios e historial
  • R Hastert
Hastert R. 1998. Hidrogenación: principios e historial. Aceites y Grasas 32, 359-361