9.1: Terminología para Aceites Vegetales y Grasas Animales

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9.1 Terminología para Aceites Vegetales y Grasas Animales

La grasa es un término genérico para lípidos, una clase de compuestos en bioquímica. Los conocerías como materiales grasos, sólidos que se encuentran en los tejidos animales y en algunas plantas —aceites que son sólidos a temperatura ambiente.

El aceite vegetal es la grasa extraída de fuentes vegetales. Es posible que podamos extraer aceite de otras partes de una planta, pero las semillas son la principal fuente de aceite vegetal. Por lo general, los aceites vegetales se utilizan en la cocina y para usos industriales. En comparación con el agua, los aceites y grasas tienen un punto de ebullición mucho mayor. No obstante, existen algunos aceites vegetales que no son buenos para el consumo humano, ya que los aceites de este tipo de semillas requerirían un procesamiento adicional para eliminar sabores desagradables o incluso químicos tóxicos. Estos incluyen el aceite de colza y algodón.

Las grasas animales provienen de diferentes animales. El sebo es grasa de res y la manteca de cerdo es grasa de cerdo. También hay grasa de pollo, grasa (de ballenas), aceite de hígado de bacalao y ghee (que es una grasa de mantequilla). Las grasas animales tienden a tener más ácidos grasos libres que los aceites vegetales.

Químicamente, las grasas y aceites también se llaman “triglicéridos”. Son ésteres de glicerol, con una mezcla variable de ácidos grasos. La Figura 9.1 muestra un diagrama genérico de la estructura sin usar fórmulas químicas.

: Un diagrama genérico de aceites y grasas; se muestran tres ácidos grasos conectados al glicerol — Figura 9.1: Diagrama genérico de aceites y grasas; un ácido graso libre es cuando el ácido graso se separa del glicerol.

*Crédito: BEEMS Módulo B4*

Entonces, ¿qué es el glicerol? También se le conoce como glicerina/glicerina. Otros nombres para glicerol incluyen: 1,2,3-propano-triol, 1,2,3-tri-hidroxi-propano, gliceritol y alcohol glicílico. Es un líquido viscoso incoloro, inodoro, higroscópico (es decir, atraerá agua) y de sabor dulce. La Figura 9.2 muestra la estructura química en dos formas diferentes.

Estructura química del glicerol, cadena de 3 carbonos con 1 grupo OH unido a cada carbono. 1 forma todos OH mismo lado, 2do lado medio OH opuesto — Figura 9.2: Estructura química del glicerol.

*Crédito: BEEMS Módulo B4*

Entonces ahora necesitamos definir cuáles son los ácidos grasos. Esencialmente, los ácidos grasos son hidrocarburos de cadena larga con un ácido carboxílico. La Figura 9.3a muestra la estructura química genérica de un ácido graso con el ácido carboxílico sobre él.

Átomo de carbono central unido por doble enlace a un átomo de oxígeno, & unido a un grupo OH y una cadena larga de hidrocarburos (designado R) Mano corta = RCOOH — Figura 9.3a: Estructura química genérica del ácido carboxílico.

*Crédito: BEEMS Módulo B4*

La Figura 9.3b muestra diferentes estructuras químicas de ácidos grasos. Las estructuras químicas se muestran como estructuras químicas lineales, donde cada punto en los enlaces es un átomo de carbono y el número correcto de átomos de hidrógeno depende de si existe un enlace simple o doble. Los ácidos grasos pueden ser saturados (con enlaces de hidrógeno) o insaturados (con algunos dobles enlaces entre átomos de carbono). Debido al metabolismo de los cultivos oleaginosos, los ácidos grasos formados naturalmente contienen números pares de átomos de carbono. En química orgánica, los átomos de carbono tienen cuatro pares de electrones disponibles para compartir con otro átomo de carbono, hidrógeno u oxígeno. Los ácidos grasos libres no están unidos al glicerol u otras moléculas. Se pueden formar a partir de la descomposición o hidrólisis de un triglicérido.

Ácido estérico CH3 (CH2) 16COOH, todos los enlaces simples de carbono a carbono. — Figura 9.3b: Otros ácidos de cadena larga, como los ácidos estérico, palmítico, oleico y linoleico.

*Crédito: BEEMS Módulo B4*

Ácido palmítrico CH3 (CH2) 14COOH, todos los enlaces simples de carbono a carbono — Figura 9.3b: Otros ácidos de cadena larga, como los ácidos estérico, palmítico, oleico y linoleico.

*Crédito: BEEMS Módulo B4*

Los ácidos grasos mostrados tienen propiedades ligeramente diferentes. El ácido palmítico se encuentra en el aceite de palma. La Figura 9.4 muestra la relación de cada ácido graso con su tamaño y saturación. Los ácidos palmítico y estérico son ácidos grasos saturados, mientras que los ácidos oleico y linoleico están insaturados con diferentes cantidades de dobles enlaces. La Figura 9.4 muestra diferentes cantidades de átomos de carbono en comparación con el número de dobles enlaces en el compuesto.

Los ácidos palmítico y estérico son ácidos grasos saturados. El ácido oleico es monoinsaturado y el ácido linoleico es poliinsaturado — Figura 9.4: Serie de ácidos grasos. La relación representa los átomos de carbono: dobles enlaces en compuesto.

*Crédito: BEEMS Módulo B4*

La Figura 9.5a muestra la parte del triglicérido que es un ácido graso y la parte que es glicerol, incluyendo las estructuras químicas en esta ocasión. La estructura química que se muestra aquí es un triglicérido saturado.

Estructura química del triglicérido, glicerol unido a 3 cadenas de ácidos grasos — Figura 9.5a: Estructura química del triglicérido, señalando partes de ácidos grasos y parte de glicerol.

*Crédito: BEEMS Módulo B4*

Entonces, hemos discutido qué son las grasas y los aceites. Ahora bien, ¿qué es el biodiesel? ¿Cuál es al menos una definición? Se trata de un combustible diesel que se generó a partir de biomasa. Sin embargo, existen diferentes tipos de biodiesel. El tipo más comúnmente conocido de biodiesel es un combustible compuesto por ésteres monoalquílicos (típicamente ésteres metílicos o etílicos) de ácidos grasos de cadena larga derivados de aceites vegetales o grasas animales, esto es según ASTM D6551. Una ASTM es un documento que contiene los estándares para tipos particulares de productos químicos, particularmente materiales industriales. Esta es una definición verdosa que realmente no nos muestra lo que es químicamente.

Entonces cuando hablamos de un grupo alquilo, es un radical univalente que contiene solo átomos de carbono e hidrógeno en una cadena hidrocarbonada, con una fórmula atómica general de C _n H _2n+1. Los ejemplos incluyen:

Grupos alquilo definidos para grupos metilo y etilo. Metilo: CH3- Etilo: CH3CH2- — Figura 9.5b: Grupos alquilo definidos para grupos metilo y etilo.

*Crédito: BEEMS Módulo B4*

Otro término que necesitamos conocer es un éster. Los ésteres son compuestos orgánicos donde un grupo alquilo reemplaza un átomo de hidrógeno en un ácido carboxílico. Por ejemplo, si el ácido es ácido acético y el grupo alquilo es el grupo metilo, el éster resultante se denomina acetato de metilo. La reacción de ácido acético con metanol formará acetato de metilo y agua; la reacción se muestra a continuación en la Figura 9.6. Un éster formado en este método es una reacción de condensación; también se conoce como esterificación. Estos ésteres también se denominan ésteres de carboxilato.

Figura 9.6: Reacción de ácido acético con metanol para formar acetato de metilo y agua.

*Crédito: BEEMS Módulo B4*

Esta es la reacción básica que ayuda a formar biodiesel. La Figura 9.7 muestra las diferentes partes de la estructura química del biodiesel, el éster metílico de ácido graso o el éster metílico de ácido graso (FAME).

La estructura química del biodiesel típico, ácido graso de éster metílico o FAME. Metil + éster+ácido graso — Figura 9.7: La estructura química del biodiesel típico, ácido graso de éster metílico o FAME.

*Crédito: BEEMS Módulo B4*

Entonces, en este punto, asegurémonos de saber lo que hemos estado discutiendo. El biodiesel es un éster metílico (o etílico) de un ácido graso. Está hecho de aceite vegetal, pero no es aceite vegetal. Si tenemos 100% biodiesel, se le conoce como B100 — es un aceite vegetal que ha sido transesterificado para hacer biodiesel. Debe cumplir con los estándares ASTM biodiesel para calificar para garantías y vender como biodiesel y calificar para cualquier crédito fiscal. La mayoría de las veces, se mezcla con diesel a base de petróleo. Si es B2, tiene 2% de biodiesel y 98% de diesel a base de petróleo. Otras mezclas incluyen: B5 (5% biodiesel), B20 (20% biodiesel) y B100 (100% biodiesel). Discutiremos por qué se utilizan mezclas en la siguiente sección. Y para que quede claro: a veces el aceite vegetal se usa en los motores diesel, pero puede causar problemas de rendimiento y deteriorar los motores con el tiempo. En ocasiones, el aceite vegetal y el alcohol se mezclan en emulsiones, pero que todavía no es biodiesel, ya que tiene diferentes propiedades del biodiesel.

Entonces, si el aceite vegetal recto (SVO) va a funcionar en un motor diesel, ¿por qué no usarlo? El aceite vegetal es significativamente más viscoso (viscoso es un término no técnico) y tiene propiedades de combustión más pobres. Puede causar: depósitos de carbono, mala lubricación dentro del motor y desgaste del motor, y tiene problemas de arranque en frío. Los aceites vegetales tienen gomas naturales que pueden causar taponamiento en los filtros e inyectores de combustible. Y para un motor diesel, el tiempo de inyección se desconecta y puede provocar golpes en el motor. Existen formas de mitigar estos problemas, que incluyen: 1) mezclar con diesel a base de petróleo (generalmente < 20%), 2) precalentar el aceite, 3) hacer microemulsiones con alcoholes, 4) “agrietar” el aceite vegetal y 5) usar el método de convertir SVO en biodiesel mediante transesterificación. También se utilizan otros métodos, pero por ahora, nos centraremos en el biodiesel a partir de la transesterificación. En el Cuadro 9.1 se muestran tres propiedades del diésel No. 2, biodiesel y aceite vegetal. Como puede ver, el cambio principal está en la viscosidad. El diésel y biodiesel número 2 tienen viscosidades que son similares, pero los aceites vegetales tienen mucha viscosidad y pueden causar grandes problemas en clima frío. Esta es la razón principal para convertir el SVO en biodiesel.