BIODIESEL: SEGUIMOS MEDINDO DENSIDADES E VISCOSIDADES

Hoxe martes aproveitamos o tempo de lecer antes de comedor para seguir coas nosas medidas de densidade e viscosidade das distintas probas.

Carla e Bieito achegáronse ao laboratorio de utilizaron o hidrómetro para medir a densidade e o aparello de Cannon-Fenske para a viscosidade.

Aquí temos a Carla empezando a medir:

e lendo o valor da escala do hidrómetro

Bieito tamén fixo unhas poucas medidas:

Dos valores dados polo hidrómetro pódese dicir que todos os biodiesel sintetizados dan bos valores de densidade, case todos sobre 0,87 g/mL. O que peor sae é o da proba número 10 no que a presencia de xabóns é evidente (como na 12, pero nesta a densidade non é tan elevada).

Tamén fixemos outra comprobación porque dado que co hidrómetro obtivemos un valor bo de densidade para a proba 3, parecíanos moi raro que nos dese un resultado tan baixo o día anterior (0,805 g/mL nun ensaio e 0,84 noutro). Collemos cunha pipeta 10mL e pesámolos nun vaso de prcipitados de 34,8g de masa...e pesounos o conxunto 43,5g, o cal da unha masa de 8,7 g para o biodiesel en 10mL ¡¡¡ISTO SI QUE É LÓXICO¡¡¡ d=0,87 g/mL, como case todas as demáis....

realmente non sabemos que pasou o día anterior, pero desbotamos eses resultados 

Por certo, hoxe tamén lle sacamos foto ao curioso resultado da proba Nº9. Albergábamos a esperanza que a fase superior que illamos fose biodiesel...pois non . Non era máis que xabón disolto en metanol ou auga...hoxe vimos que se evaporara o disolvente e quedara o xabón impregnando o vaso

Decididamente isto da lipasa contida no "Skip" vai ser que non funciona en absoluto (xa nolo temíamos).

Por outra banda tamén se mediron as viscosidades cinemáticas de 2 probas (Nº 2 e 3) con resultados moi bos, perfectamente dentro dos estándares internacionais.

Nas seguintes táboas podemos comprobar os resultamos que levamos medido. A densidades está completa. A de viscosidades só lle faltan os valores de 8 probas.

TÁBOA VISCOSIDADES

TÁBOA DENSIDADES

BUSCANDO OS CONTEDORES POLO COLEXIO.

No 4º nivel de Educación Infantil estivemos buscando aos nosos amigos da familia da reciclaxe polo colexio para facerlles unha foto e asociar cada contenedor coa súa mascota.
Aquí tedes unha pequena mostra das pesquisas que fixemos:

1,2,3 CARTÚNEZ  está aquí.

                                                     

Tamén atopamos a CLAKI.

                                                 

Con Plastichín tardamos un pouco máis.
 Estaba un pouco escondido

Pero había un que non aparecía, e iso que buscamos moi ben. Fóra do colexio, na rúa o atopamos, alí si estaba Vidriolo.  Unha  vez atopados os nosos amigos da reciclaxe na aula fixemos esta actividade...                                                  

Ficha do proxecto reciclando do 4º nivel. 

                                                                                                                                     

VISITA DE INFANTIL AO LABORATORIO: QUEREMOS SABER COMO SE FAI BIODIESEL

Xa vos contamos que na etapa de infantil son moi curiosos e non lles vale con traer clakis e que lles conten que se pode converter o aceite en biodiesel: eles queren velo.

E así foi...

Hoxe os alumnos e alumnas de Beatriz Ricoy (6º infantil) viñeron ao laboratorio de secundaria e alí puideron ver como filtramos o aceite, como o lavamos con auga, como o quentamos antes de mesturado con METÓXIDO (que palabra máis rara ¿non?...creo que esta noite soñan con ela, ja, ja) e ver como se forman dúas capas: a inferior, negra, de glicerina, e a superior...si ¡DE BIODIESEL¡

Estes nenos e nenas son sempre tan agradecidos...e sorprendentes. ¿Sabedes que me dicía hoxe un deles cando lles falaba de que o aceite flota na auga? pois que iso era así porque botabas primeiro a auga e despois o aceite. Nun primeiro instante a nosa cabeza de superlistos podería pensar..¡que chorrada¡, pero un segundo despois reparabas na simpleza pero á vez profundidade do razoamento. Para eles é algo obvio: se ao facer a experiencia de mesturado de auga e aceite lles botaches primeiro a auga ¿Por qué non vai ser esa a razón?...nada mellor que coller un pouco de aceite nun vaso e botarlle por riba a auga e ¡alehop!. Cando viron que o aceite non quedaba debaixo senón que subía para ocupar a parte superior ALUCINARON...

E isto faiche retroceder miles de anos na evolución e valorar o que tivo que ser para os homes primitivos descubrir as cousas que hoxe nos parecen obvias...unha lección e humildade e asombro sen dúbida.

atentos ás vantaxes do biodiesel

¡atención a esas caras¡

RESULTADOS MES DE FEBREIRO EN INFANTIL E PRIMARIA

Xa temos os resultados de todas as clases nas etapas de infantil e primaria. Non podemos máis que sorprendernos gratamente por como están a ir as cousas...parece que non hai moito movemento pero despois chegan os resultados globais por mes e un dáse conta da gran cantidade de refugallos que evitamos que rematen onde non deben...

Fixádevos que só no mes de febreiro en todo o colexio acabamos recollendo:

43,93 kg de pilas + 115,71 kg de tapóns + 17 cartuchos + 50 clakis

Concretamente, en infantil e primaria temos o seguinte:

¡PARABÉNS PARA TODOS!

BIODIESEL: ULTIMAS PROBAS DE CARACTERIZACIÓN

Agora que case non falta nada para rematar os ensaios de caracterización das distintas probas, escapamos por momentos e imos facendo as medidas segundo podemos.

Hoxe, nun cuarto de hora libre que tiñamos, empregamos o HIDRÓMETRO para comprobar a densidade das probas 2, 3 e 4.

O hidrómetro é un utensilio moi preciso que temos para medir densidades de líquidos. Está baseado no principio de Arquímedes polo que un corpo flota nun fluído e queda en equilibrio cando a forza de gravidade que o atrae cara a baixo (peso) é compensada co empuxe que experimenta cara arriba ao somerxelo no fluído. O hidrómetro ten unha parte inferior chea de metal a modo de plomada que o mantén vertical no fluído e unha parte superior graduada nunha escala de densidade. Esta escala calíbrase con líquidos de densidade coñecida e así podemos asociar o que se afunde o hidrómetro á densidade do fluído no que se somerxe.

Experimentalmente chégannos uns 70mL de biodiesel para facer a proba. Metémolos nunha probeta e nela introducimos o hidrómetro, que flota o suficiente para marcar a densidade do biodiesel.

Tamén dicir que o hidrómetro empregado ten un rango de 800 a 900 g/mL, o cal é o apropiado para o noso composto.

Os resultados obtidos foron os seguintes:

Proba	Densidade hidrómetro
2	0,878 g/mL
3	0,877 g/mL
4	0,880 g/mL

Valores que no caso das probas 2 e 4 confirman os resultados obtidos por outros métodos e no caso da proba 3 pon de manifesto que os obtidos en probeta ou pesando directamente un volume fixo eran moi raros...xa nos estrañaban valores de 0,8 ou 0,84...0,877 é máis axeitado. Repetiremos as medidas en probeta para ver que valor obtemos.

Aquí vos deixo unhas fotiños do aparello na medida de hoxe da proba 2

BIODIESEL: MEDINDO AGORA A VISCOSIDADE POLO MÉTODO CANNON-FENSKE

Está claro que a caída dunha bola a través do biodiesel contido nun tubo cilíndrico non nos vai a traer boas novas...polo que pasamos sin máis dilación a un dos métodos estandarizados que se seguen nos laboratorios de análise de sustancias coma o biodiesel

MÉTODO CANNON-FENSKE

Trátase de medir o tempo que tarda un fluído en pasar entre dúas marcas feitas nun tubo capilar. A forma do tubo Cannon-Fenske é a seguinte

Hai diferentes diámetros de capilar en función do valor de viscosidade que se queira medir...no noso caso empregamos un modelo ROUTINE da casa Aldrich da serie 100, calibrado a 23 ºC e con constantes k a 40ºC de 0,01403 e a 100ºC de 0,01397. 

Estes aparellos xa veñen cun certificado de calibración válido por 10 anos e ofrecen o valor da viscosidade cinemática da substancia en cuestión simplemente por multiplicación da constante do viscosímetro á temperatura de traballo (40ºC ou 100ºC. Para outros valores hai que interpolar ou extrapolar estes axeitadamente) polo tempo (en segundos) que tarda en pasar entre as dúas marcas.

O procedemento experimental é moi sinxelo: Cunha pipeta introdúcense uns 4 mL de biodiesel pola rama gorda da esquerda, os cales depositaranse no bulbo grande. A continuación colócase un aspirador de pipeta na rama estreita e succiónase lentamente para facer que o líquido ascenda ata máis arriba do bulbo superior pequeno. Se se traballa a 40ºC habera que introducir o viscosímetro no baño termostatizado de auga e deixar que acade o equilibrio térmico durante uns 15-20 minutos.

Nas nosas experiencia comprobamos que poñendo uns anacos de porespán a modo de illante na superficie da vaso con auga conseguíamos que a temperatura non variase máis dun par de graos arredor dos 40ºC durante toda a medición, o cal consideramos suficiente para a nosa humilde investigación. O emprego dunha sonda termométrica fixo moi doado o seguimento da temperatura durante todo o proceso.

Cando o equilibrio térmico se considera acadado quítase o aspirador e vese como o biodiesel vai descendendo pola rama estreita. Cando pase pola marca superior ponse en marcha un cronómetro e cando pase pola inferior detense. Este será o tempo que teremos que multiplicar pola constante para obter a viscosidade cinemática.
Fixemos nestes días dúas tandas tres medicións da viscosidade do biodiesel das probas 1, 14 e 6. E podemos sacar a conclusión de que a reproducibilidade é moi boa, xa que medindo 3 veces a 40ºC na proba 14 obtivéronse 394s, 408s e 403s. E na proba 6: 342s, 348s e 340 s.

En resumo, para estas probas, os resultados foron os seguintes:

PROBAS DE VISCOSIDADE CO APARELLO DE CANNON-FENSKE

K (40ºC) = 0.01403

K (100ºC) = 0.01397

K extrapolada a 20ºC = 0.01405

	Cannon-Fenske
Proba	Tª	Tempo caída (t)	Viscosidade (cSt) (K·t)
1	20ºC	630 s	8,8 cSt
	40ºC	371 s	5,2 cSt
6	19ºC	576	8,1 cSt
	40ºC	342 + 348 + 340 = 1030/3= 343	4,8 cSt
14	20ºC	658	9,2 cSt
	40ºC	394 + 408 + 403 = 1205/3= 402	5,6 cSt

Aquí tedes algunhas instantáneas das medicións

empezando a medir a Tª ambiente na proba 14

rematando a medición a Tª ambiente da proba 14

un momento na medición a 40ºC co baño termostatizado caseiro

antes de empezar a medir 

E un vídeo da medición feita o martes 11 na proba Nº1 a 40ºC para que comprobedes todo o proceso en tempo real

O mellor de todo é que calquera das probas rexistra uns parámetros aceptados polas normas internacionais (en Europa entre 3,5 e 5 cSt pero en EEUU entre 1,9 y 6 cSt), principalmente a proba 6 que parece confirmarse como a que mellor biodiesel produciu.

É salientable a dependencia a viscosidade coa temperatura porque baixar 20ºC desde os 40ºC produce un aumento de case un 70% na mesma.

BIODIESEL: MEDINDO A VISCOSIDADE POLO MÉTODO DE STOKES

O martes 11 tamén lle dedicamos parte da tarde á medida da viscosidade do biodiesel obtido nalgunha proba.

Como na número 14 tiñamos preto dun cuarto de litro de biodiesel, empregámolo para encher unha probeta de 250 mL e probar a determinar a viscosidade polo método de Stokes, xa que pensamos que ao ter maior percorrido de caída sairía mellor que a anterior feita na tubo de ensaio.

Por outra banda os rapaces empregaron por primeira vez un viscosímetro Cannon-Fenske nestas determinacións. Fixémolo co biodieselda proba 1, que parece que tiña boa pinta (lembremos que foi a única que non se fixo sobre aceite usado senón comercial). 

Os resultados foron os seguintes.

VISCOSIDADE POLO MÉTODO STOKES (PROBA Nº 14)

Empregouse unha probeta de 4,00 cm de diámetro externo e 3,60 cm de diámetro interno. As liñas de medida volumétrica están separadas 0,185 cm.

A esfera que se fixo descender foi unha gota de auga desprendida dun pipeta de 1mL. Procurouse depositar preto da superficie libre do biodiesel e sobre o eixe do cilindro. 

A determinación do diámetro da gota fíxose por dúas vías. A primeira, directa: na pipeta comprobouse que a adición de 4 gotas facía descender o volume uns 0,16 mL, o cal indica que cada gota ten uns 0,04 mL de volume. A segunda: por inspección visual nun fotograma conxelado no momento da caída, o cal indicou un diámetro de 0,64 cm, é dicir un volume de 0,137 mL, valor 

creemos que demasiado elevado.

Para determinar a velocidade de caída da gota parouse o video en varios instantes e capturáronse fotogramas como o seguinte

Obténdose a seguinte táboa de datos:

r(cm)	0	0,55	1,29	2,22	3,33	4,25	5,92	7,4	10,17	11,28	12,76	15,35	16,65	18,31
t (s)	0	0,29	0,41	0,57	0,73	1,07	1,39	1,65	2,23	2,41	2,75	3,23	3,57	3,84

A grafica obtida é esta

Pódese comprobar como os 5 primeiros datos sáense un pouco da linealidade. Nese tramo aínda non de acadou a velocidade terminal constante de caída. O axuste non é excesivamente bo...pero mellora cando collemos a partir do 6º punto, xa que ese é o tramo de caída de velocidade constante.

Esta gráfica dános unha pendente (é dicir, velocidade de caída) de 5,02 cm/s.

Substituíndo na ecuación e Stokes corrixida

Tomando densidade da auga 1 g/mL e do biodiesel 0,87 g/mL. Para o diámetro da gota parécenos máis fiable o marcado pola pipeta: 0,04 mL de volume, 0,21cm de radio, 0,42 cm de diámetro.

Sustituíndo na ecuación obtemos un valor de 0,19 P. Dividindo pola densidade temos a viscosidade cinemática 0,22 St, é dicir 22 cSt.

Este é un valor de novo excesivo para o admitido nas normas internacionais (para estas temperaturas ambiente sobre 8 ou 9 cSt).

Está claro que algo está saíndo mal na determinación.

Fixemos unha 3ª proba co biodiesel desta proba Nº 14 pero engadindo gotas máis pequena cunha pipeta Pasteur: 35 gotas equivalían a 1 mL o cal daba arredor de 0,028 mL para cada gota, é dicir un diámetro de 0,38 cm, que coincidíu bastante ben coa imaxe da fotografía

e cos fotogramas do vídeo

A secuencia completa da gravación en vídeo podédela ver aqui

Pero aínda así o tamaño é similar ao anterior e o resultado e o resultado da velocidade capturando fotogramas sitúase arredor de 4 cm/s. Xa visualmente se intuía que a gota caída un pouco máis lento. 

De todos os xeitos estes datos acaban dando un resultado de 23,4cSt, que segue sendo altísimo.

Unha análise máis detallada indícanos que a clave está en elixir ben a bola de caída. Se esta fose lenta, seguramente os resultados estarían próximos aos reais. Pero a diferencia de densidades entre auga e biodiesel é o suficientemente grande como para que a gota de auga caia máis rápido do debido e o fluxo ao seu arredor non sexa laminar (lembramos que a fórmula de Stokes é valida para números de Reynolds inferiores a 5, o cal é un fluxo moi laminar). Se conseguíramos unha esferaz maciza de densidade sobre 0'9 g/mL sería fantástico...pero non é o caso.

BIODIESEL: ENTRANDO NA RECTA FINAL-CARACTERIZACIÓN

Deixaramos a cousa coas 3 últimas probas de reacción. Dúas delas tiñan moi boa pinta, mentres que a da lipasa pois non...

Pero o paso do lavado puxo de manifesto que as cousas, ás veces, non son o que parecen, porque tiveron que levarse a cabo ata 3 lavados consecutivos para intentar purificar ao máximo o biodiesel producido.

A fase acuosa en cada lavado deixaba unha producción de escuma moi grande, moito xabón...e o biodiesel tan clariño que tiñamos nas probas 13 e 14 enturbiouse moito

Despois do 3º lavado tiñamos unha fase acuosa así de branca a leitosa

Non obstante a proba 13 ao final amosouse como a que saíra peor porque nin despois de quentar o biodiesel no microondas se volveu transparente.

Todo o contrario que a proba 14 no que o quecemento eliminou a auga e deixou un biodiesel transparente e cristalino, e nun rendemento próximo ao 100% porque se illaron máis de 230 mL.

biodiesel proba 13: turbio. O da 14: transparente.

Pero hoxe, martes 11 de marzo o que fomos facer ao laboratorio foi intentar caracterizar os biodiesel producidos nas diferentes probas de reacción.
Empezamos pola densidade e deixamos a viscosidade para o final.
Para medir a densidade empregamos varios métodos. O máis sinxelo consistía en tomar 5 mL de biodiesel con pipeta graduada e pesalos sobre un cristalizador. Un segundo método implicaba en coller 5 mL con pipeta e ir introducíndoos en probeta de 10 mL para tomar 2 medidas de masa, aos 5 e aos 10 mL, para facer unha media final. Un método máis preciso consistía en pesar 100 mL exactos dun matraz aforado, pois cantidades máis grandes minimizan o erro cometido. E para usar o hidrómetro enchemos unha probeta de 250mL con biodiesel da proba 14, na cal obtivemos bastante producto.
Aquí temos a Carlos medindo co matraz aforado

A táboa-resumo de resultados é a seguinte

E dela resulta sorprendente o dato de densidade da proba número 3, máis baixo do normal, preto de 0,8 g/ml, aínda que xa, a pinta, non era da mellores, presentando o biodiesel unha turbidez evidente.
O hidrómetro, aparello que emprega como mecanismo medidor o equilibro de forzas de gravidade e empuxe que experimenta ao somerxelo no biodiesel, ofreceu un resultado clavo á pesada en probeta. Elixiuse un modelo que medía densidades a 20ºC comprendidas entre 800 e 900 g/mL.

Aquí tedes un vídeo de como se mide co hidrómetro

Pero en xeral pódese ver que a densidad está na maioría dos casos sobre 0,86 g/mL e nos mellores está arredor de 0,87-0,88 g/mL, o cal se axusta perfectamente ao admitido nas normas internacionais.
En canto á viscosidade deixámolo para a seguinte entrada

OS DE INFANTIL DESDE LOGO QUE SUSTENTAN

Na etapa de infantil están a traballar moito e moi ben cos rapaces e rapazas o tema da reciclaxe.

Desta volta é Mar Somoza, a maestra de 4º INF a que nos manda fotos dunha iniciativa moi curiosa que pon en práctica na súa clase: cada vez que alguén bota algo nun contedor amarelo, azul ou verde, fai xirar os muíños de vento que teñen asociados. Ao final da mañá visitan o PLI da súa planta e, ao pasar, os muíños responden xirando. É un ritual que lles fai moita gracia aos nenos...o caso é que empezan a asociar a reciclaxe a un acto divertido coas boas consecuencias que iso traerá no futuro;-). Por certo ¡que chula a decoración da clase¡

os nosos parabéns e a seguir así...

O próximo luns, outros nenos de infantil virán ao laboratorio de secundaria para ver como se fai o biodiesel do que tanto lles fala a súa mestra...

BIODIESEL: DESPOIS DUNHA SEMANA DE REPOUSO VOLVEMOS AO TRABALLO

Esta semana de antroido serviunos para comprobar como repousaran as probas 9, 13 e 14 que levaramos a cabo o mércores 26. 

Hoxe xoves 6 de marzo o aspecto que presentaban era excelente. A separación de fases na proba 14 era supernítida: a glicerina negra debaixo. O biodiesel cor da mel enriba.

Na 13 tamén é moi evidente a separación

Na 9, como era de esperar, non, pero existe unha capa moi pequeña de pouca densidade que nos provoca curiosidade por saber cal é a súa natureza ¿Será biodiesel?. O medio está che de burbullas, xabón, emulsións...

Incluso lle botamos un vistazo ás anteriores e puidemos comprobar que esta semaniña sentoulles moi ben. Ata os medios que estaban algo turbios aclaráronse bastante. Queda claro que unha das claves para que esta reacción saia ben é a paciencia...

A que non mellora moito e a 10, xa que se seguen producindo xabóns na superficie

Procedemos a medir o pH das probas 13 e 14 e saiu básico. 

Separamos as fases e comprobamos que na proba 14 obtivemos uns 250 mL de biodiesel, o cal se aproxima a un 100% de rendemento. É dicir a reacción, cando sae ben, faino de xeito cuantitativo.

244 mL deixámolos ben separados da glicerina, para proceder a lavalos. O resto, por precaución deixámolos ir coa glicerina

durante a separación

xa separadas as fases

biodiesel

glicerina con algo de biodiesel

O lavado dos pretode 250 mL de biodiesel fíxose cunha soa mestura con 120 mL de auga. A reducción do pH da fase orgánica foi inmediata sendo neutro no primeiro lavado. Ademáis, aos 3 minutos de mesturar as fases a separación das mesmas era xa bastante nítida, proba inequívoca de que a reacción se completou totalmente: todos os triglicéridos foron convertidos en ésteres metílicos, no se parou a transesterificación ao nivel de mono- ou di-glicérido, xa que cando isto se produce é moi difícil lograr unha separación clara do biodiesel e a auga.

pH neutro despois do 1º lavado

En canto á proba 13, máis ou menos o mesmo. Obtivemos uns 250 mL de biodiesel pero illamos por precaución só uns 240 mL. O resto deixámolo ir coa glicerina, que coma no caso anterior, saiu negra a líquida á temperatura de traballo.

o biodiesel separado

glicerina e biodiesel

O pH tamén saiu netro despois do primeiro lavado, no cal se produxo unha rápida separación agua-biodiesel.

Quédanos por comprobar se a proba 9 produxo algún biodiesel pero coas probas 13 e 14 podemos concluir que a cantidade de sosa a empregar é preferible determinala por valoración da acidez do aceite. E, aínda que a reacción vai moi ben quentando, non é imprescindible. A temperatura ambiente tamén vai, empregando bastante exceso de metanol.
Imos acotando as mellores condicións experimentais e polo de agora vemos que é importante traballar cun aceite usado bastante neutro e seco (por iso mellor filtralo e extraelo con auga para despois valoralo con sosa). Empregar metanol en proporción 1:8 molar (320 mL por cada litro de aceite usado) e sosa en proporción determinada pola valoración (uns 4-5 gramos por litro pode resultar suficiente), quentar un pouco na reacción co metóxido sódico e axitar ben durante polo menos 3/4 de hora para despois deixar repousar un mínimo de 1-2 días e proceder a lavar con auga o biodiesel obtido. Unha soa vez ten que resultar suficiente e no lavado a separación auga-biodiesel ten que resultar inmediata, senón sería un indicativo de que non se completou a reacción. O Biodiesel lavado pódese quentar un pouco para eliminar trazas de metanol ou agua e xa estaría puro para ser caracterizado.