Aurora Criado Montero
M.ª del Pilar Macía Rodríguez
Mariano Pazos Afonso
IES A Sardiñeira (A Coruña)
mpazoa@edu.xunta.es

INTRODUCIÓN

Na incesante procura da mellora na calidade no ámbito educativo, o profesorado do IES A Sardiñeira que imparte ciclos formativos da familia química embarcouse en diversos proxectos de innovación convocados polo Ministerio de Educación, ademais de participar activamente en grupos de traballo e proxectos de formación propostos pola Consellería de Educación da Xunta de Galicia, así como en estadías formativas en empresas. Como mostra sirva o artigo publicado no número 65/xaneiro-xuño 2013 da revista EDUGA.

Seguindo nesta liña de traballo, os profesores que asinamos este artigo consideramos que un bo xeito de mellorar notablemente a calidade do ensino no noso ámbito, o da formación profesional, consiste en introducir no traballo co alumnado novas técnicas analíticas, innovadoras en investigación e tamén punteiras na actividade industrial actual.

É importante subliñar que a práctica con novas técnicas de análise vai depender enormemente da dispoñibilidade de equipos e de persoal disposto a dedicar horas de traballo, incluso fóra do seu horario habitual, para acadar a preparación necesaria co fin de, máis tarde, trasladar as súas experiencias á aula. Polo tanto, a dependencia do profesorado é tanto económica como académica.

Con base nisto, pensamos que podería ser interesante contar a nosa experiencia no desenvolvemento de innovadoras técnicas de análise que teñen a finalidade de achegar o alumnado ao mundo laboral real no ámbito da química analítica.

A experiencia que imos describir, e que esperamos que sirva de axuda para outros profesores que desexen embarcarse neste tipo de proxectos, é a determinación de biodiésel en mostras de diésel pola técnica de infravermello. Isto é posible grazas á recente adquisición dun equipo, doado de empregar e de altas prestacións, por parte do centro educativo.

OBXECTIVO

Con esta práctica pretendemos conseguir un dobre obxectivo:

1.Facer uso dun equipo sofisticado como o da imaxe 1, aínda que de doado manexo por parte do alumno para obter espectros de infravermello en poucos segundos: Carey 630 de Agilent cun módulo de ATR-diamante con transformada de Fourier.

2. Achegar o alumno á realidade da análise instrumental mediante a cuantificación da porcentaxe en volume (%v/v) de biodiésel en mostras de diésel procedentes de distintas estacións de servizo, co fin de comprobar o cumprimento da lexislación vixente.

FUNDAMENTO TEÓRICO

A obtención e uso dos biocarburantes vén dar resposta á urxente necesidade de reducir a dependencia do petróleo, así como de minimizar as emisións á atmosfera de gases de efecto invernadoiro (GEI) e de partículas. Así mesmo, a tecnoloxía avanza na procura dun mellor funcionamento dos motores dos vehículos que empregan biocarburantes nunha proporción cada vez maior.

A crecente importancia da sustentabilidade na produción de enerxía deu lugar a un compromiso mundial para o uso de combustibles derivados de fontes biolóxicas renovables, como o biodiésel producido a partir de cultivos vexetais. O biodiésel componse de ésteres metílicos de ácidos graxos (FAME son as iniciais en inglés: Fatty Acid Methyl Esters) e prodúcese nunha reacción de transesterificación como a que se representa na figura 1. No ámbito mundial, emprégase unha gama de materias primas, na que se inclúen a colza, a soia, o xirasol ou a palma (cuxos compoñentes principais son os triglicéridos). O cultivo destas materias primas empregadas na produción de biocarburantes debe tamén cumprir cos criterios de sustentabilidade.

Figura 1. Reacción de produción de biodiésel a partir de triglicéridos.

Como se pode observar, o biodiésel procede da catálise básica en presenza de metanol dun aceite saponificable de orixe vexetal, e  posúe grupos funcionais éster (figura 2). Por outra banda, atopamos o diésel, cuxa denominación correcta é gasóleo A, un derivado do petróleo que resulta ser basicamente unha mestura de hidrocarburos saturados e hidrocarburos aromáticos cunha baixa proporción destes últimos.

Figura 2. Representación do grupo funcional éster.

O biodiésel ten numerosas propiedades desexables para ser empregado como combustible. É intrinsecamente moi baixo en contido de xofre e máis limpo ca a queima de combustible fósil, ademais de reducir o desgaste do motor. Actualmente as mesturas que se adoitan comercializar acadan valores máximos dun 30 % v/v (B30). Niveis máis altos de biodiésel en gasóleos semella que causan problemas nos vehículos.

Unha vez coñecidas algunhas características tanto do diésel coma do biodiésel, deberemos ver o xeito de conseguir o noso obxectivo principal, que é cuantificar a cantidade de biodiésel en mostras reais de diésel.

Para isto, e sen entrar en moitos detalles, diremos que a técnica instrumental de infravermello permite obter o que chamamos “espectros de infravermello”, que consisten nunha representación gráfica da absorbancia (eixe y) fronte ao chamado número de onda (eixe x). A información que se recolle nas gráficas (espectros) das figuras 3 e 4 é, por resumilo dunha forma sinxela e comprensible, a enerxía necesaria para que se produza a vibración dos enlaces químicos presentes nunha substancia pura ou nunha mestura.

Figura 3. Espectro do diésel puro. Non mostra a absorción do grupo carbonilo a 1744 cm^-1.

Figura 4. Espectro do biodiésel. Mostra a absorción correspondente ao grupo carbonilo en 1744 cm^-1.

As figuras 3 e 4  permítenos diferenciar entre os dous compostos puros, xa que mentres o diésel carece do pico correspondente ao grupo carbonilo (C=O), o biodiésel preséntao intenso e ben definido. Polo tanto, concluímos que este pico será o que nos permita diferenciar se as mostras de diésel conterán ou non biodiésel. Ademais, como o pico é proporcional á concentración do biodiésel na mostra, tamén poderemos cuantificar a súa cantidade.

MATERIAIS, REACTIVOS, EQUIPOS

Materiais

• Micropipeta de 10 a 100 ml
• Micropipeta de 100 a 1.000 ml
• Matraces de 25 ml
• Frasco contagotas
• Puntas de micropipeta
• Vías ou matraces de 5 ml
• Algodón

Reactivos

• Etanol absoluto
• Biodiésel puro
• Gasóleo A puro
• Mostras comerciais de gasóleo A

Equipos

• Carey 630 de Agilent con módulo de ATR-TF

PROCEDEMENTO

Con base nos resultados extraídos dos espectros das figuras 3 e 4 debemos preparar unha recta de calibración cuns patróns de concentración coñecida aos cales lles mediremos a área do pico correspondente ao grupo carbonilo, C=O.

Obtención da recta de calibración

• Prepáranse 5 patróns mesturando biodiésel puro en gasóleo de petróleo puro en proporcións que van desde o 0 % de biodiésel no gasóleo (v/v)ata un15 % de biodiésel en diésel.
• Os espectros dos patróns obtéñense co espectrofotómetro de infravermello,empregando 4 cm^-1 de resolución e 32 varridos por mostra.
• Como se pode observar na figura 5, para cada patrón aparece  o pico a 1.744 cm^-1 propio do carbono carbonílico (C=O) do éster,  característico do biodiésel, xa que o gasóleo, como xa dixemos, non o posúe.
• Aínda que na figura 5 só representamos o espectro do patrón de menor concentración, podemos dicir que, a medida que aumentamos a concentración dos patróns, o pico se fará máis intenso (máis alto), o que cabe supoñer que nos dará unha área maior. Estas suposicións móstranse claramente na táboa 1.

Figura 5. Espectro de infravermello correspondente ao patrón de 3 % v/v. Nese sinálase o pico do grupo carbonilo e do cal mediremos a área.

Despois de medir a área do pico de cada patrón, obtéñense os valores recollidos na táboa 1.

Táboa 1. Recolle os datos de patróns (en % v/v) e áreas dos picos correspondentes aos ditos patróns.

A partir da representación gráfica da área fronte ao % v/v, tal e como se indica na figura 6, obtense a seguinte recta de calibración:

Figura 6. Recta de calibración feita mediante a representación da área dos patróns de biodiésel fronte ao % v/v destes.

Para cada mostra de gasóleo comercial rexístrase o espectro, mídese a área e, a partir da recta de calibración, obtense a porcentaxe de biodiésel indicada no apartado de resultados.

RESULTADOS

Os resultados obtidos son os seguintes:

Táboa 2. Mostra os resultados das mostras de distintas fontes.

Nota: comprobouse que o equipo está medindo ben cunha mostra de control do 5 % v/v preparada a partir de gasóleo e biodiésel puro procedentes de Perkin Elmer. A área desta mostra deu 0,425, o que corresponde a un 5,10 %  en volume, cun erro relativo do 1,93 %.

Como valoración final respecto do que indica a lexislación vixente (Real decreto 1088/2010, do 3 de setembro, que traspón parcialmente a Directiva 2009/30/CE do Parlamento Europeo e do Consello), temos que indicar que as porcentaxes de biodiésel nas mostras están por debaixo do 7 %. O noso obxectivo non consiste en facer unha investigación rigorosa do valor da porcentaxe de biodiésel senón en lograr que o alumnado saiba como funcionan algunhas técnicas instrumentais como a que aquí presentamos.

Non fomos rigorosos na conservación nin no tratamento das mostras, ás cales se lles debería eliminar a auga antes de analizalas. Polo tanto, é posible que os valores dados no apartado de resultados non sexan de todo reais.

CONCLUSIÓNS

• A aprendizaxe dunha técnica de análise cualitativa e cuantitativa foi moi positiva.
• O achegamento do alumnado a casos reais produciu no alumnado unha motivación extra.
• Conseguiuse que tanto alumnos como profesores manexasen sen medo equipos de certa complexidade.
• Conseguiuse desenvolver dinámicas de traballo en grupo tanto para profesores como para alumnos, o cal ademais de enriquecedor é importante para encarar a vida laboral.
• Fomentouse unha actitude colaborativa entre profesores de distintos módulos, co fin de ampliar a súa perspectiva do ciclo formativo, adquirindo novas habilidades técnicas para o seu uso na aula.