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DIRECTOR DE TESIS Dra. Alejandra Castro González INSTALACIÓN DE UN LABORATORIO DEDICADO A LA DETERMINACIÓN DE LA CALIDAD DEL BIODIÉSEL Que para obtener el título de P R E S E N T A LIZETTE SOSA GARCÍA UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO FACULTAD DE QUÍMICA TESIS QUÍMICO Ciudad Universitaria, Cd. Mx., 2018 UNAM – Dirección General de Bibliotecas Tesis Digitales Restricciones de uso DERECHOS RESERVADOS © PROHIBIDA SU REPRODUCCIÓN TOTAL O PARCIAL Todo el material contenido en esta tesis esta protegido por la Ley Federal del Derecho de Autor (LFDA) de los Estados Unidos Mexicanos (México). El uso de imágenes, fragmentos de videos, y demás material que sea objeto de protección de los derechos de autor, será exclusivamente para fines educativos e informativos y deberá citar la fuente donde la obtuvo mencionando el autor o autores. Cualquier uso distinto como el lucro, reproducción, edición o modificación, será perseguido y sancionado por el respectivo titular de los Derechos de Autor. JURADO ASIGNADO: PRESIDENTE: Dr. FILIBERTO RIVERA TORRES VOCAL: M. en C. SILVIA CITLALLI GAMA GONZÁLEZ SECRETARIO: Dra. ALEJANDRA CASTRO GONZÁLEZ 1er. SUPLENTE: Profesor LUIS DANIEL SIFUENTES VAZQUEZ 2° SUPLENTE: Profesor MAYTE SARAI VALVERDE LABASTIDA SITIO DONDE SE DESARROLLÓ EL TEMA: LABORATORIO DE PRODUCCIÓN Y UTILIZACIÓN DE BIOCOMBUSTIBLES (LAEL) DE POSGRADO DE LA FACULTAD DE INGENIERÍA, CUIDAD UNIVERSITARIA, UNAM. LA TESIS FORMA PARTE DEL PROYECTO “PLANTA DE BIODIÉSEL PARA USO AUTOMOTRIZ EN LA CUIDAD DE MÉXICO”, PROYECTO SECITI 106/2016 SECRETARÍA DE CIENCIA, TECNOLOGÍA E INNOVACIÓN DE LA CIUDAD DE MÉXICO. ASESOR DEL TEMA: DRA. ALEJANDRA CASTRO GONZÁLEZ _____________________ SUSTENTANTE: LIZETTE SOSA GARCÍA ____________________ Instalación de un laboratorio dedicado a la determinación de la calidad del biodiésel III Índice Índice de figuras VI Índice de tablas VII Resumen IX Introducción X Objetivos XII Capítulo 1 Antecedentes 1.1 Normas 2 1.2 Tipos de laboratorio 4 1.3 Organismos de acreditación 5 1.4 Sistema de gestión de calidad 6 1.4.1 Definición de calidad 8 1.4.2 Proceso de gestión de calidad 8 1.5 Biodiésel 9 1.5.1 Definición 9 1.5.2 Historia del biodiésel 11 1.5.3 Producción del biodiésel 11 1.5.4 Ventajas y desventajas del biodiésel 14 1.5.5 Biodiésel en el Mundo 16 1.5.6 Biodiésel en México 16 Capítulo 2 Fundamentos 2.1 Certificación 19 Instalación de un laboratorio dedicado a la determinación de la calidad del biodiésel IV 2.1.1 Principios de certificación 19 2.1.2 Definición 20 2.1.3 Interés de la certificación 21 2.1.4 Costos 21 2.2 Acreditación 22 2.3 Norma ISO/IEC 9001:2008 23 2.4 Norma ISO/IEC 17025 26 2.5 Norma ISO/IEC 1401:2015 29 2.6 Validación 32 2.6.1 Proceso de validación 33 2.6.2 Validación de métodos 33 2.7 Verificación 33 Capítulo 3 Materiales y métodos 3.1 Caso de estudio 36 3.2 Calidad del biodiésel 36 3.2.1 Técnicas de muestreo 40 3.2.2 Normatividad 41 3.2.3 Parámetros de calidad del biodiésel 43 3.3 Metodología 50 Capítulo 4 Resultados 4.1 Localización 52 4.2 Laboratorio 52 4.3 Equipo requerido para el laboratorio 54 4.4 Localización de los equipos 55 4.5 Organización del laboratorio 58 4.6 Medición de la calidad del biodiésel 58 Instalación de un laboratorio dedicado a la determinación de la calidad del biodiésel V 4.6.1 Materia prima 58 4.6.2 Producto terminado 59 4.6.3 Almacenamiento 61 4.7 Condiciones y cantidad de muestra del biodiésel 61 4.8 Muestreo para el biodiésel 62 4.9 Seguridad dentro del laboratorio 63 4.9.1 Protección personal 63 4.9.2 Seguridad con los reactivos 64 4.9.3 Equipo de seguridad 65 4.9.4 Disposición de desechos 66 4.9.5 Derrame de sustancias 66 4.9.6 Comportamiento en el laboratorio 67 4.9.7 Salida del laboratorio 67 4.10 Control de documentos 67 4.10.1 Equipos y reactivos 68 4.10.2 Muestra 70 4.10.3 Métodos analíticos 71 4.10.4 Analista 78 4.10.5 Informe final 72 4.11 Trazabilidad 72 4.12 Análisis del costo de una prueba de calidad del biodiésel 74 Capítulo 5 Conclusiones 80 Bibliografía 82 Anexo A 93 Instalación de un laboratorio dedicado a la determinación de la calidad del biodiésel VI ÍNDICE DE FIGURAS Figura 1.1 Modelo de un sistema de gestión de calidad 7 Figura 1.2 Reacción de esterificación de ácidos grasos, esterificación de Fisher (a), reacción global 13 Figura 1.3 Reacción de transesterificación de un triglicérido con alcohol 14 Figura 2.1 Esquema general de acreditación 22 Figura 2.2 Modelo de un sistema de gestión ambiental 31 Figura 4.1 Mapa vectorial del Anexo de Ingeniería, donde se ubica el recinto para el laboratorio 52 Figura 4.2 Imagen del almacén donado para la instalación de un laboratorio de ensayo 53 Figura 4.3 Imagen del laboratorio 53 Figura 4.4 Mapa de la ubicación de los equipos dentro del laboratorio 57 Figura 4.5 Organigrama para el laboratorio propuesto 58 Figura 4.6 Proceso de estimación de la incertidumbre 60 Figura 4.7 Ejemplificación de una etiqueta para las disoluciones y reactivos 65 Figura 4.8 Pictogramas para descartar los riesgos principales en las sustancias o disoluciones 65 Figura 4.9 Clasificación del control en la documentacióndel laboratorio 68 Figura A.1 Diagrama de flujo para la determinación del índice de acidez del biodiésel 94 Figura A.2 Diagrama de causa-efecto para el índice de acidez del biodiésel 95 Instalación de un laboratorio dedicado a la determinación de la calidad del biodiésel VII ÍNDICE DE TABLAS Tabla 1.1 Ácidos grasos presentes en el biodiésel 10 Tabla 1.2 Principales materias primas para la elaboración de biodiésel 12 Tabla 1.3 Emisiones promedios de los motores de diésel utilizando mezclas de biodiésel 15 Tabla 3.1 Propiedades físicas y químicas de algunos aceites vegetales 37 Tabla 3.2 Comparación de los diferentes métodos de purificación y separación del biodiésel 38 Tabla 3.3 Técnicas de muestreo para el biodiésel 40 Tabla 3.4 Métodos de ensayo en Europa y Estados Unidos 42 Tabla 3.5 Propiedades físicas y químicas de algunos metil-éster de aceites vegetables 43 Tabla 3.6 Especificaciones del biodiésel B100 en la ASTM 6751-12 44 Tabla 3.7 Efectos de las desviaciones de las especificaciones en el biodiésel 49 Tabla 4.1 Equipos y normas para cada prueba en la calidad del biodiésel 54 Tabla 4.2 Equipos correspondientes a cada mesa en el plano de laboratorio 55 Tabla 4.3 Equipos y servicios complementarios ubicados en el mapa de laboratorio 56 Tabla 4.4 Pruebas a realizar para la determinación de la calidad del biodiésel 59 Instalación de un laboratorio dedicado a la determinación de la calidad del biodiésel VIII Tabla 4.5 Cálculo de tamaño de muestra en el biodiésel necesaria para determinar si cumple con los rangos permitidos por el estándar ASTM 62 Tabla 4.7 Eliminación de vertidos dependiendo del tipo de compuestos 66 Tabla 4.8 Lista de materiales de referencia que se usarán en el laboratorio 73 Tabla 4.9 Consumo y precio de la luz que consume cada equipo al realizar un análisis de calidad del biodiésel 75 Tabla 4.10 Costo de los equipos involucrados en la determinación de la calidad del biodiésel 77 Tabla 4.11 Costos de los servicios para la elaboración de una prueba de biodiésel, utilizando los parámetros marcados por la ASTM D-6751-12 78 Tabla A.1 Incertidumbres asociadas a cada elemento que conforma el KHP 97 Tabla A.2 Incertidumbres asociadas a cada elemento que conforma el KOH 98 Instalación de un laboratorio dedicado a la determinación de la calidad del biodiésel IX Resumen En el presente proyecto se expone la instalación de un laboratorio de ensayo, el cual se encuentra ubicado en el Anexo de la Facultad de Ingeniería en Ciudad Universitaria; Cuya finalidad es la determinación de la calidad del biodiésel, basándose en los parámetros establecidos por la norma ASTM D6751-12. Dentro del trabajo, también se establecen los puntos esenciales con los que debe cumplir el laboratorio, apoyándose en los requisitos establecidos por la norma ISO/IEC 17025 “Requisitos generales para la competencia de los laboratorios de ensayo y de calibración”, con la finalidad de que, en un futuro, el laboratorio consiga una certificación que lo avale en su campo. De igual modo, se mencionan las etapas en las cuales se debe de realizar la calidad del biodiésel, las cuales son: materia prima, producto terminado y almacenamiento. Para el análisis de calidad se elige una muestra representativa de biodiésel, para la etapa del producto terminado, es de 5.610 L, mientras que, para la etapa de almacenamiento, la muestra representativa de biodiésel es de 30 mL. En esta última etapa, solo se monitorea el índice de acidez cada 15 días. Por último, se realiza un análisis a nivel muy básico, sobre el costo que se tendría por la realización de una prueba de calidad al biodiésel, el cual resulta de $14, 964.21 obteniendo el retorno de inversión en 5 años. Instalación de un laboratorio dedicado a la determinación de la calidad del biodiésel X Introducción En los últimos años, la demanda de biocombustibles ha ido aumentando debido a la creciente conciencia ambiental y preocupaciones sobre la seguridad energética. A nivel mundial, uno de los retos de la transición energética, es incrementar la participación de energías renovables en el sector transporte. En recientes años, se ha impulsado el uso de biocombustibles en algunos vuelos comerciales y se ha fomentado la investigación del empleo de dichos combustibles. En México, se están llevando a cabo más investigaciones sobre el tema para su aplicación, contribuyendo a la reducción de emisiones contaminantes. Al igual que se han generado más oportunidades para la integración de la energía renovable en materia de transporte. Entre los beneficios que se le atribuyen al biodiésel como combustible, se encuentra su capacidad de renovarse, la reducción de las emisiones de gas invernadero (GEI) y otras emisiones reguladas y una menor dependencia en combustibles derivados del petróleo. También puede usarse en motores diésel sin tener que modificarlos. Los aceites comestibles de desecho (ACD) se acumulan en grandes cantidades en todos los países y la liberación de estos aceites en el medio ambiente puede causar problemas ambientales y obstrucción dentro de las tuberías del drenaje. Por lo tanto, el uso de aceites comestibles de desecho, como materia prima para la producción de biodiésel es una de las formas prometedoras para su obtención. El principal punto focal para la calidad del biodiésel es la adherencia a las especificaciones del estándar del biocombustible, estas especificaciones pueden provenir de las normas estadounidenses (ASTM 6751) o de las normas de la Unión Europea (EN 14214). La pureza y la calidad del biocombustible puede ser significativamente influenciados por numerosos factores como son: la materia prima, la composición de ácidos grasos de los aceites, tipo de producción, el Instalación de un laboratorio dedicado a la determinación de la calidad del biodiésel XI proceso de refinación empleado y el proceso de post producción. La implementación de un laboratorio de ensayo que adopte una norma para la determinación de la calidad del biodiésel constituye una idea sumamente interesante por el hecho de que en la actualidad México cuenta con plantas dedicadas a la producción de biodiésel, las cuales están interesadas en utilizar el combustible en el sector transporte. Además de que nacionalmente no existe ningún recinto que se especialice en la calidad de dicho combustible. Instalación de un laboratorio dedicado a la determinación de la calidad del biodiésel XII Objetivos Objetivo General Instalar un laboratorio de ensayo para la determinación de la calidad del biodiésel considerando los parámetros establecidos por la norma ASTM D6751-12. Objetivos Particulares Diseñar las condiciones más óptimas para que el recinto pueda operar como un laboratorio de ensayo apoyándose en distintos manuales. Aplicar los requisitos generales para la competencia de los laboratorios de ensayo y calibración utilizando la norma ISO/IEC 17025. Calcular el costo total de un análisis de una muestra de biodiésel para la determinación de su calidad usando un modelo básico de análisis. Instalación de un laboratorio dedicado a la determinación de la calidad del biodiésel 1 Instalación de un laboratorio dedicado a la determinación de la calidad del biodiésel 2 1.1 Normas Las normas implican un conjunto de reglas o leyes que determinan el comportamiento y deben de ser cumplidas por un determinado individuo en un específicolugar y tiempo. Existen diferentes tipos de normas, dependiendo de quien las promulgue, hacia quienes son destinadas y de quien se espera su obediencia. A continuación, se mencionan las normas que se pueden emplear para la calidad de un producto y/o servicio: a) Las normas ISO (International Organization for Standardization) son documentos que proporcionan requerimientos, especificaciones, directrices o características que puedan ser empleados en organizaciones para garantizar que los materiales, productos y/o servicios ofrecidos por dichas organizaciones cumplen con su objetivo (ISO, 2017). b) Las normas ASTM (American Society for Testing and Materials) se crean usando un procedimiento que adopta los principios del Convenio de barreras técnicas al comercio de la organización Mundial de Comercio. Las normas ASTM International se utilizan en investigaciones y proyectos de desarrollo, sistemas de calidad, comprobación y aceptación de productos y transacciones comerciales por todo el mundo. Estas normas son utilizadas y aceptadas mundialmente y abarcan áreas tales como metales, pinturas, plásticos, textiles, petróleo, construcción, energía, el medio ambiente, productos para consumidores, dispositivos, servicios médicos y productos electrónicos (ASTM, 2017). c) Las normas Oficiales Mexicanas (NOM) son las regulaciones técnicas de observancia obligatoria expendidas por las dependencias competentes, que establecen las reglas, especificaciones, atributos, directrices, características o prescripciones aplicables de un producto, proceso, instalación, sistemas, servicio o método de producción u operación, así como aquellas relativas a Instalación de un laboratorio dedicado a la determinación de la calidad del biodiésel 3 terminología, simbología, embalaje o etiquetado y las que refieran a su requerimiento y aplicación (SEMARNAT, 2012). d) Las normas mexicanas (MNX) son de aplicación voluntaria, su campo de aplicación puede ser local, regional o nacional. Estas normas no pueden contener especificaciones inferiores a las establecidas por las normas oficiales mexicanas, pero pueden utilizarse como referencia para determinar la calidad de los productos y servicios de los que se trate (PROFECO, 2012). e) Las guías ICH (International Conference onprin Harmonisation of Technical Requirements for the Requirements for the Registration of Pharmaceuticals for Human Use), son orientaciones que tienen como objetivo la identificación y eliminación de la necesidad de duplicar estudios llevados a cabo durante la investigación y desarrollo de nuevos fármacos para satisfacer las demandas de requerimientos regulatorios distintos. Las directrices ICH se han adaptado en varios países, pero sólo son utilizadas como guías por la FDA (Telstar, 2011). f) Normas europeas (EN), son normas que abarcan toda Europa, establecen las especificaciones técnicas aplicables a productos, servicios y procesos de lo más variado que deben de cumplir para que se puedan vender en la Unión Europea. Se elaboran en estrecha colaboración con la industria y otros miembros o asociados de los organismos europeos de normalización (UE, 2017). g) La Farmacopea es un documento que consigna los métodos generales de análisis y los requisitos sobre identidad, purezas y calidad de los fármacos, aditivos, medicamentos, productos biológicos y demás insumos de salud (FEUM, 2017). Instalación de un laboratorio dedicado a la determinación de la calidad del biodiésel 4 h) La guía Eurachem, son documentos sobre calidad y acreditación en la medición analítica. Estas guías son desarrolladas por diversos grupos de trabajo, a menudo en la colaboración con otras organizaciones (Eurachem, 2010). 1.2 Tipos de laboratorio Un laboratorio es un lugar que se encuentra equipado con los medios necesarios para llevar a cabo experimentos, investigaciones o trabajos de carácter clínico o técnico. En estos espacios las condiciones ambientales se encuentran controladas y normalizadas para evitar que produzcan influencias o alteraciones en las mediciones y así permitir la repetibilidad. Existen diferentes tipos de laboratorios, dependiendo de la función que tenga se puede clasificar de la siguiente forma: a) Laboratorio de metrología, son aquellos en donde se efectúan estudios tanto de las unidades y las medidas de las magnitudes, como de las exigencias técnicas de los métodos e instrumentos que se usan para la medición. Cuentan con instalaciones acondicionadas para el desarrollo de servicios metrológicos confiables, empleando instrumentos de medida trazables a Patrones Nacionales e Internacionales. Estos laboratorios, están acreditados y certificados. b) Laboratorios clínicos, son establecimientos en donde se analizan muestras biológicas humanas que contribuye al estudio, prevención, diagnóstico y tratamiento de enfermedades. c) Laboratorios de calibración son identidades que se encargan de realizar una serie de operaciones para establecer la relación entre los valores indicados por el instrumento de medición, método de medición o sistema de medición y los valores conocidos correspondientes a una medición. Emiten certificados o informes de calibración. Instalación de un laboratorio dedicado a la determinación de la calidad del biodiésel 5 d) Laboratorio de investigación es un lugar donde constantemente se realizan investigaciones dependiendo de la rama a la que se dedique. e) Laboratorio de ensayo y/o prueba, es una en entidad que realiza operaciones técnicas para determinar, de acuerdo a un procedimiento específico, uno o varias características o el desempeño de un producto, material, equipo, organismo, servicio o proceso (EMA, 2017a). 1.3 Organismos de acreditación Los organismos de acreditación tienen como propósito primordial de garantizar que los organismos de evaluación de la conformidad sean capaces de llevar a cabo la acreditación siendo imparciales, objetivos y respetando las normas nacionales e internacionales. Estos organismos firman acuerdos que mejoran la aceptación de los productos y servicios a través de las fronteras nacionales, creando así un marco para apoyar el comercio internacional. Estos acuerdos son gestionados por el Foro Internacional de Acreditación FIA (que por sus siglas en inglés es IAF International Accreditation Forum), en el campo de sistemas de gestión, de productos, de servicios, personal y otros programas similares de evaluación de la conformidad, y la Cooperación Internacional de Acreditación de Laboratorios CIAL (que por sus siglas en inglés es ILAC International Laboratory Accreditation Cooperation), en el campo de la acreditación de laboratorios y organismos de inspección (IAF, 2017). La CIAL es el máximo organismo de acreditación de laboratorios y de organismos de inspección, su propósito es crear un marco internacional que apoye el comercio internacional mediante las barreras técnicas (ILAC, 2017). Además de estas dos organizaciones, existen en el mundo otros Organismos que se encargan de llevar a cabo el proceso de acreditación, por ejemplo, La Cooperación Inter Americana de Acreditación CIAA (que por sus siglas en inglés es IAAC Inter-American Accreditation Cooperation), la cual, es una asociación de organismos de acreditación de América, cuyos objetivos son promover la aceptación Instalación de un laboratorio dedicado a la determinación de la calidad del biodiésel 6 regional e internacional de las acreditaciones entre los organismos de acreditación, así como promover la equivalencia de programas de acreditación IAAC. Otra entidad es la Cooperación de Acreditación del Pacifico CAP (que por sus siglas en inglés es PAC Pacific Accreditation Cooperation), la cual se encarga de asociar a los organismos de certificación de la regiónde Asia Pacifico (EMA, 2017b). En México el organismo encargado en el proceso de acreditación es la Entidad Mexicana de Acreditación EMA, el cual participa activamente como miembro de los organismos anteriormente mencionados. Tiene como objetivo acreditar a los Organismos de la Evaluación de la Conformidad que son los laboratorios de ensayo, laboratorios de calibración, laboratorios clínicos, unidades de verificación (organismos de inspección) y organismos de certificación (EMA, 2017d). 1.4 Sistema de gestión de la calidad La calidad surge, en los primeros momentos, como un sistema de gestión empresarial, vinculada a la producción, cuyo objetivo era adecuar los productos, o los servicios, con la finalidad de abaratar costes manteniendo la uniformidad y normalización establecidas por la empresa. Esta idea ha ido evolucionando, siendo necesario en nuestro tiempo no sólo tener en cuenta las especificaciones del producto o servicio, sino también las demandas y las necesidades de los clientes para alcanzar su satisfacción y mejorar la competitividad de las empresas mediante una mayor fidelización de los usuarios o consumidores (Famed, 2017). Con el fin de conducir y operar en forma exitosa se implementa un sistema de gestión que esté diseñado para mejorar continuamente el desempeño, considerando las necesidades de todas las partes interesada. El sistema de gestión de la calidad es el conjunto de acciones, planificadas y sistemáticas, que son necesarias para proporcionar la confianza adecuada de que un producto o servicio va a satisfacer los requisitos de las partes interesadas, según corresponda. En la Figura 1.1 se ejemplifica el modelo de un sistema de gestión de calidad. Instalación de un laboratorio dedicado a la determinación de la calidad del biodiésel 7 Figura 1.1 Modelo de un sistema de gestión de calidad (ISO, 2008) Un enfoque para desarrollar e implementar un sistema de gestión de calidad comprende diferentes etapas, tales como: Determinar las necesidades y expectativas de los clientes y de otras partes interesadas Establecer la política y objetivos de la calidad de la organización Determinar procesos, responsabilidades y recursos necesarias para lograr los objetivos de la calidad Establecer los métodos para medir la eficacia y eficiencia de cada proceso Aplicar esta medida para determinar la eficacia y eficiencia de cada proceso Establecer y aplicar un proceso para la mejora continua del sistema de gestión 1.4.1 Definición de la calidad El concepto de calidad ha evolucionado a lo largo de los años, hay numerosas definiciones, todas ellas se han formado en función tanto de las características del Instalación de un laboratorio dedicado a la determinación de la calidad del biodiésel 8 bien o servicio como de la satisfacción de las necesidades y exigencias del consumidor (FOMENTO, 2005). La calidad es: Satisfacer las necesidades del cliente Cumplir las expectativas del cliente Despertar nuevas necesidades del cliente Producir un artículo o servicio de acuerdo a las normas establecidas Diseñar, producir y entregar un producto de satisfacción total Dar respuesta inmediata a las solicitudes de los clientes (Pérez, 2008) 1.4.2 Proceso de gestión de la calidad El proceso de gestión de calidad se comprende en tres procesos: planificación, control y mejora de la calidad. La planificación de la calidad es la actividad de desarrollo de los productos y procesos requeridos para satisfacer las necesidades de los clientes. Principalmente consta de las siguientes fases: Identificar los clientes Descubrir las necesidades de los clientes Desarrollar las características del producto que corresponden a las necesidades del cliente Diseñar los procesos capaces de producir las características de los productos Transferir los planes a las fuerzas operativas El control de la calidad es el proceso de regulación a través del cual se mida la calidad real, se compara con los estándares y se actúa sobre las desviaciones. Su objetivo son detectar las perturbaciones o fallos esporádicos, conocer la causa del cambio e implantar la acción corre tora que establezca la situación en los niveles indicados por el estándar. Instalación de un laboratorio dedicado a la determinación de la calidad del biodiésel 9 El objetivo de la mejora de calidad es descubrir y eliminar las perturbaciones o fallos crónicos y así pasar del nivel ordinario de ejecución al nivel superior. Las vías para obtener mejoras de la calidad son: la corrección (acabar con los fallos esporádicos); los descubrimientos (elevar el nivel de ejecución, eliminando las causas crónicas de los fallos) y la planificación (lanzar nuevos productos, procesos, procedimientos, etc., que corrijan los errores crónicos y disminuyan la probabilidad de que se produzcan otros ocasionales) (Famed, 2017). Para lograr la mejora de la calidad es conveniente la participación de cada una de las personas que trabajan en la organización (FP Aragón, 2006). 1.5 Biodiésel En este siglo la humanidad afronta una grave problemática debido al aumento de demanda energética mundial, por lo que se necesita urgentemente fuentes alternativas de energía. Una alternativa energética que ha resultado muy atractiva en los últimos años, es el uso del biodiésel (Garibay y col., 2009). Actualmente este biocombustible sustituye parcialmente al diésel en los motores de diésel. 1.5.1 Definición La definición de biodiésel propuesta por la ASTM, lo describe como ésteres mono- alquílicos de ácidos grasos de cadena larga (EMAG que por sus siglas en inglés es FAME fatty acid metil esters), derivados de lípidos renovables como aceites vegetales o grasas de animales, y que se emplea en motores de ignición de compresión. Los ésteres más utilizados son los del metanol y etanol (obtenidos a partir de la transesterificación de cualquier tipo de aceite o grasa animal o de la esterificación de ácidos grasos) (Morales, 2015). El biodiésel, comúnmente contiene hasta 14 diferentes tipos de ácidos grasos los cuales son trasformados químicamente en ésteres metílicos de ácidos grasos, y se pueden observar en la Tabla 1.1. Instalación de un laboratorio dedicado a la determinación de la calidad del biodiésel 10 Tabla 1.1 Ácidos grasos presentes en el biodiésel (NREL,2001) Nombre del ácido graso Número de carbonos y dobles enlaces Estructura química Caprílico C8 CH3(CH2)6COOH Cáprico C10 CH3(CH2)8COOH Láurico C12 CH3(CH2)10COOH Mirístico C14 CH3(CH2)12COOH Palmítico C16:0 CH3(CH2)14COOH Palmitoléico C16:1 CH3(CH2)5CH=CH(CH2)7COOH Esteárico C18:0 CH3(CH2)16COOH Oleico C18:1 CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7COOH Linoléico C18:2 CH3(CH2)4CH=CHCH2CH=CH(CH2)7COOH Linolénico C18:3 CH3(CH2)2CH=CHCH2CH=CHCH2CH=CH(CH2)7COOH Aratídico C20:0 CH3(CH2)18COOH Eicosenóico C22:1 CH3(CH2)7CH=CH(CH2)5COOH Behénico C22:0 CH3(CH2)20COOH Euréico C22:1 CH3(CH2)7CH=CH(CH12)11COOH Debido a la similitud de las propiedades físicas y químicas del diésel fósil con las del biodiesel, su uso no requiere de modificación alguna en los motores diésel convencionales y puede ser utilizado en este ya sea como mezclas biodiesel- diésel al 2% (B2), 20% (B20) o directamente (B100) (Garibay y col., 2009) y en concentraciones de 5% (B5) se usa como aditivo (Stratta, 2000). Se presume que duplica la vida útil de los vehículos, no obstante, algunas de sus propiedades (alta viscosidad, baja volatibilidad, menor poder calorífico, estabilidad de oxidación, etc.) deben ser mejoradas para poder logar reemplazar al 100% el uso de combustibles fósiles (Medina y col., 2012). 1.5.2 Historia del biodiésel como combustibles En el año de 1900 Rudolf Diesel, utilizó aceite de cacahuate para impulsar el motor que había construido. Sin embargo,en esa época, no se les dio la importancia a los biocombustibles debido a que en ese entonces se pensaba que los combustibles Instalación de un laboratorio dedicado a la determinación de la calidad del biodiésel 11 fósiles eran inagotables (Medina y col., 2012). La primera vez que se empleó biodiésel como biocombustible en el transporte público fue en 1938, en la línea de omnibus Bruselas-Lovania durante la Segunda Guerra Mundial (Salinas y Gasca, 2009). En 1980 Caterpillar Brasil usó una mezcla de 10% aceite vegetal y 90% diésel logrando un buen desempeño en los motores de combustión interna (Fanguri y col., 1999). 1.5.3 Producción del biodiésel Para la producción de biodiésel se pueden utilizar como materia prima, cualquiera que contenga triglicéridos, aunque mundialmente se utiliza los aceites extraídos de vegetales oleaginosos (Olvera, 2015). Las materias primas para la fabricación de biodiésel se clasifican en función de su contenido de ácidos grasos libres (AGL que por sus siglas en inglés es FFA free fatty acid) de la siguiente manera: Aceites refinados (AGL ˂1.5%) Grasas bajas en ácidos grasos libres amarillos y grasa animales (AGL ˂4%) Grasas altas en ácidos libre y grasas animales (AGL ≥20%) (Kinast, 2003) El costo de la materia prima cubre entre el 75% y 88% del costo total de producción, por lo que se han buscado materias primas alternativas, como se muestra en la Tabla 1.2. Los aceites vegetales procesados son la materia prima más atractiva para la producción debido a su bajo costo (Predojevic, 2008) al igual que no compiten con las tierras de cultivo y se generan en gran cantidad por locales y restaurantes (Morales, 2015). La idea de usar aceites de cocina, como una alternativa para la producción de biodiésel fue introducida por Nye y col. (Nye y col.,1983), en el año 1988, fue desarrollado comercialmente por Mittelbach y Remschidt. Instalación de un laboratorio dedicado a la determinación de la calidad del biodiésel 12 Tabla 1.2 Principales materias primas para la elaboración de biodiésel (Medina y col., 2012) Aceites vegetales convencionales Aceites vegetales alternativos Otras fuentes Aceite de girasol Aceite de Brassica carinata Aceites de semillas modificadas genéticamente Aceite de colza Aceite de Cynara curdunculus Grasas de animales Aceite de soya Aceite de Camelia sativa Aceites de fritura usados Aceite de coco Aceite de palma Aceite de Crambe abyssinica Aceite de Pogianus Aceite de Jatropha curcas Aceites producidos por microorganismos y microalgas Existen diferentes metodologías para la producción de biodiésel, las principales son: a) Pirólisis Se refiere al cambio químico ocurrido por calor. Para realizar biodiésel por medio de esta técnica, los aceites deben de ser calentados entre 250 °C y 300°C, las cadenas de hidrocarburos (C16 o mayores) son reducidas en mezclas de varios fragmentos de distintos tamaños (alcanos, alquenos, alcadienos, aromáticos y ácidos carboxílicos) (Yusuf y Hanna,1994). b) Microemulsión Cosiste en un líquido dispersado, con o sin un emulsificante en un líquido inmiscible, usualmente en cantidades mínimas. La micro emulsión muestra considerables promesas por proveer una baja viscosidad del combustible conteniendo bajas cantidades de aceite. Los combustibles formados por micro emulsión tienen bajo número de cetano y bajos valores de calentamiento en comparación con el diésel comercial (Ibarra, 2008). Instalación de un laboratorio dedicado a la determinación de la calidad del biodiésel 13 c) Esterificación Se utiliza para obtener alquilésteres a partir de una materia prima que tiene un alto contenido de ácidos grasos libres. Es un proceso importante cuando se utilizan aceites de desecho (Meza, 2017). La esterificación se lleva a cabo utilizando catalizadores líquidos como ácido sulfúrico, p-toluensulfónico en un rango de temperatura entre 20°C y 60°C. La esterificación es una reacción de solo un paso (Olvera, 2015), la cual se puede observar en la Figura 1.2. Figura 1.2 Reacción de esterificación de ácidos grasos, esterificación de Fisher (a), reacción global (Benjumea y col., 2009) d) Transesterificación Es el método más utilizado para la producción de biodiesel, debido a que es económica, pocas reacciones secundarias, corto tiempo de reacción, elevada conversión (98%), conversión directa a ésteres sin pasos intermedios y disminuye la viscosidad del aceite (Demirbas, 2007). La reacción de transesterificación es la transformación de los triglicéridos presentes en grasas animales o aceites vegetales, en un éster alquílico en presencia de un alcohol (metanol o etanol) y un catalizador (ácido, básico o una enzima) para acelerar la velocidad de reacción y aumentar el rendimiento (Benjumea y col., 2009). Consta de tres etapas consecutivas en las que un triglicérido pasa a un diglicérido, monoglicérido y por último a glicerina (Olvera, 2015), la reacción general se puede observar en la Figura 1.3. Instalación de un laboratorio dedicado a la determinación de la calidad del biodiésel 14 Figura 1.3 Reacción de transesterificación de un triglicérido con alcohol (Leung y col., 2010) La relación estequiométrica para esta reacción requiere de tres moles de alcohol, un mol de glicérido para obtener tres moles de éster de ácido graso y un mol de glicerina (Morales, 2015). Al usar aceites de cocina usados, se utiliza un pretratamiento para reducir los ácidos grasos libres mediante una reacción de esterificación, así como usando resinas de intercambio iónico (Ozbay y col., 2008). 1.5.4 Ventajas y desventajas del biodiésel El uso del biodiésel como combustible tiene varias ventajas, entre las que destacan las siguientes: Disponibilidad y carácter renovable Alta combustión y eficiencia Al tener un alto contenido estructural de oxígeno (11%), mejora la eficiencia de la combustión debido al aumento de homogeneidad del oxígeno con el combustible durante la combustión, y disminuye su potencial de oxidación. Tiene mejores propiedades de lubricidad que el diésel lo que extiende la vida de los motores diésel. Instalación de un laboratorio dedicado a la determinación de la calidad del biodiésel 15 Bajas emisiones La combustión del biodiésel, por sí solo, ofrece más del 90% de la reducción total sin quemar hidrocarburos y un 75-90% de reducción de los hidrocarburos aromáticos policíclicos. Además, proporciona reducciones significativas en monóxido de carbono, pero presenta un ligero aumento de óxido de nitrógeno (Demirbas, 2007), en la Tabla 1.3 se puede observar las emisiones promedio de los diferentes contaminantes producidos por motores diésel al usar biocombustible B20 y B100. Tabla 1.3 Emisiones promedios de los motores diésel utilizando mezclas de biodiésel (Morris y col., 2003) Mezcla CO NOX SO2 Compuestos orgánicos volátiles B20 -13.1 2.4 -20 -17.9 B100 -42.7 13.2 -100 - 63.2 La insaturación en los compuestos de los ácidos grasos causa un incremento en las emisiones de NOX (Knothe y col., 2006). Biodegradabilidad El biodiésel no es tóxico y se degrada cerca de cuatro veces más rápido que el diésel. Disminuye la dependencia del país del uso del petróleo, proporciona nuevos trabajos y oportunidades de trabajo (Palz y col., 2002). Las principales desventajas del biodiésel son la alta viscosidad, valor alto del punto nube, altas emisiones de NOx, baja velocidad del motor diésel y del poder del inyector y precios elevados (Dermibas, 2007). Instalación de un laboratorio dedicado a la determinación de la calidad del biodiésel 16 1.5.5 Biodiésel en el Mundo El biodiésel se ha producido a nivel industrial en la Unión Europea desde 1992, hoy en día existen aproximadamente120 plantas, las cuales se encuentran en su mayoría en Alemania, Italia, Francia y Suecia (EBB, 2017). Estados Unidos se ha rezagado en la producción de este biocombustible, pero a pesar de eso, cuenta con 98 plantas, con capacidad de 2.3 millones de galones al año (EIA, 2017). Mundialmente las materias que predominan para la fabricación del biodiésel son a base de cultivos alimenticios, se espera que para el 2024 la producción de este biocombustible consuma 10.5% de la producción global de cereales secundarios y 13% en aceite vegetal (OCDE-FAO, 2016). 1.5.6 Biodiésel en México En México existe un gran potencial para producir biocombustibles, actualmente el biodiésel se puede producir a partir de los siguientes insumos: a) aceites vegetales crudos y b) aceites usados y grasas de origen animal. Sin embargo, la única cadena de valor que opera es de aceites usados y grasas, debido a que la producción con aceites crudos no se ha podido mantener en un costo competitivo de acuerdo con lo estudiado por Armandi y col. (2016). La Secretaría de Agricultura, Ganadería, Desarrollo Rural, Pesca y Alimentación (SAGARPA) ha impulsado del 2013 a la fecha, 960 proyectos para la producción de biocombustibles en México, como una alternativa sustentable mediante cultivos específicos. Se han instalado siete plantas de biocombustibles, seis de ellas son dedicadas a la producción de biodiésel localizadas en los estados de Puebla, Baja California, Durango, Estado de México y Oaxaca (SAGARPA, 2017), que en conjunto poseen una capacidad de producción de 4.182 m3/año a escala demostrativa, el costo estimado para el biodiésel producido con aceites usados va de $11.12 a $13.70 MN/litro de acuerdo a lo estudiado por Alexandri y col. (2016). Instalación de un laboratorio dedicado a la determinación de la calidad del biodiésel 17 El escenario moderado considera un objetivo a largo plazo del 3% de cuota de mercado, con precios del petróleo moderados (en torno a 70 dólares el barril). Este escenario requeriría un incremento anual de biodiésel en el mercado de unos 71,000 m3/año hasta alcanzar el objetivo en 15 años. Los costos totales de apoyo aumentarían progresivamente en línea con el incremento de la cuota obligatoria de biodiésel hasta un máximo de 4,339 millones de pesos en 2032. En términos de reducción de emisiones de efecto invernadero, bajo este escenario se llegaría a un máximo de mitigación anual de entre 1.7 y 2.4 MtCO2e/año en 2036, con un total acumulado de emisiones mitigadas en el período 2018-2036 de entre 17 y 24 MtCO2e. En términos de impacto económico, se estima que este escenario resultaría en ingresos adicionales acumulados para el sector agrícola de entre 60,000 y 86,000 millones de pesos entre 2018 y 2036 y una inversión acumulada de entre 6,000 y 9,000 millones de pesos en infraestructura industrial de producción de biodiésel de acuerdo con lo estudiado por Riegelhaupt y col. (2016). Instalación de un laboratorio dedicado a la determinación de la calidad del biodiésel 18 Instalación de un laboratorio dedicado a la determinación de la calidad del biodiésel 19 2.1 Certificación La elaboración de una norma o de un documento normativo es el primer paso a realizar al proponerse la certificación de un producto y/o servicio. Una vez adoptado el primer paso se debe de implementar el control y la certificación de los productos por organismos de acreditación. Para ser creíbles, estos organismos de certificación deben respetar ciertas reglas de funcionamiento, de organización y de competencia: deben ser acreditados a su vez según una norma (ISO 65), por organismos de acreditación (FAO, 2002). 2.1.1 Principio de certificación La necesidad por efectuar la certificación se genera debido a la desaparición de las relaciones entre el consumidor y el productor, las cuales proporcionan un factor de confianza. Por lo tanto, es necesario proponer herramientas para que el consumidor tenga la garantía de que un producto y/o servicio sea adecuado para su consumo (EMA, 2017c). La empresa puede realizar una evaluación de calidad interna, esto, para proporcionar una seguridad razonable en cuanto a la eficacia y eficiencia del producto, así como del adecuado cumplimiento de leyes y normas. Este paso se le denomina certificación por primera parte. Cuando el cliente realiza un control de calidad y certifica después el producto, se habla de una certificación por segunda parte. Cuando un organismo que no es consumidor ni vendedor, certifica el producto, se denomina certificación por tercera parte. El sistema de certificación por tercera parte se creó para garantizar la independencia y la imparcialidad en la evaluación de la conformidad de las características de un producto y/o de su método de producción, de su respeto al pliego de condiciones y se expide un certificado (FAO, 2002). Las ventajas de la certificación por tercera parte son: Identificar y diferenciar el producto Instalación de un laboratorio dedicado a la determinación de la calidad del biodiésel 20 Dar credibilidad al trámite mediante la garantía de un organismo de certificación independiente de los intereses económicos en juego Crear valor agregado a todos los niveles de una cadena de producción determinada Ser mejor conocido y reconocido Ganar y/o conservar la confianza de los consumidores Eventualmente, beneficiarse de una promoción colectiva (AENOR, 2007) La familia de la norma de certificación, ISO 9000, describe de un modo general los requisitos de un sistema de gestión de calidad para que pueda ser utilizado por cualquier tipo de empresa. La Norma ISO 9001:2000, se enfoca hacia la implementación del Sistema de Gestión de Calidad basado en los procesos, es aplicable a todo tipo de organización sin reparar en tamaño, tipo, categoría ni producto. Sin embargo, no todos los requisitos de la Norma se aplican a todas las organizaciones, se dan exclusiones de dicha Norma para determinadas actividades. Un Laboratorio se constituye como una organización, a la cual son aplicables los lineamientos de la ISO 9001, como estandarte de un Sistema de Gestión de Calidad. Una vez implementado el Sistema, el laboratorio puede proceder a certificarse con las entidades autorizadas para tal fin, como pueden ser ICONTEC, SGS, BVQ; y de esta manera será reconocido como organización con un sistema de Gestión de Calidad implementado en sus procesos (INVIMA, 2016). 2.1.2 Definición La certificación es una iniciativa voluntaria, para cualquier entidad en cuyo procedimiento exista un estándar. Se entiende por certificación al proceso por el cual se asegura que un producto, proceso, servicio o sistema se ajusta a normas o lineamientos, por medio de la emisión de un documento emitido por un Organismo de certificación, el cual debe de ser objetivo, imparcial y fiable. El certificado emitido Instalación de un laboratorio dedicado a la determinación de la calidad del biodiésel 21 es asignado por cierto tiempo, durante el cual el Organismo certificador vigila que no exista ninguna violación con la normatividad. Existen dos tipos de certificación, de producto y de empresa (PROFECO, 1999). 2.1.3 Interés de la certificación La certificación de productos, procesos o servicios es necesaria para afianzar que estos cumplen con los requisitos especificados en las normas u otros documentos normativos y así garantizar al consumidor que el bien adquirido está en óptimas condiciones (FAO, 2002). Las partes que tienen un interés en la certificación son: Los clientes de los organismos de certificación Los clientes de las organizaciones cuyos productos, procesos o servicios están certificados Las autoridades gubernamentales Las organizaciones no gubernamentales Los consumidores y el público en general 2.1.4 Costos Los costos de certificación se pueden concebir como un gasto agregado al producto y/o servicio. Los precios varían considerablemente según los productos, las cantidades y los países. Los costos son fijados por cada organismo de certificación según el número de sitios de producción, volumen del producto, número de referencias distintas, de procesos distintos, etc. (FAO, 2002). 2.2 Acreditación Un requisito previo para el comercio es que cualquier producto (incluidos servicios) aceptado formalmente en una economía, también tiene que poder circular en otras Instalación de un laboratorio dedicado a la determinación de la calidad del biodiésel 22 economías sin tener sentido de ser sometido a extensos reensayos, reinscripciones, recertificaciones, etc. Este debería ser el caso, independientemente de que el producto este, total o parcial, en el sector reglamentario. Por esta razón diversos foros, como la CIAL y organizaciones reconocidas como los laboratorios, manifestaron la necesidad de contar con Normas y criterios para establecer un sistema que permita lograr calidad y credibilidad a sus resultados por lo que integraron la ISO/IEC CASCO con la misión de establecer políticas, criterios y normas internacionales para la evaluación de la conformidad mediante la Guia-025 para unificar la forma en que se debían construirse esos organismos y también como debían realizar la acreditación (Reyes, 2017). En la Figura 2.1 se puede observar un esquema general sobre el proceso de acreditación. Figura 2.1 Esquema general de acreditación (modificado Reyes 2017) Obviamente el hecho de certificarse le da posicionamiento al laboratorio u organización ya que le permitirá mejorar sus aspectos organizativos, generar confianza en sus clientes; pero la certificación no establece ningún aseguramiento Instalación de un laboratorio dedicado a la determinación de la calidad del biodiésel 23 en cuanto a su competencia técnica (INN, 2008). La acreditación del laboratorio proporciona a los clientes una mayor confiabilidad. Para la acreditación de un laboratorio La norma de acreditación ISO17025, está totalmente enfocada a los requisitos específicos que debe cumplir el laboratorio para demostrar su competencia técnica, incluidos los de gestión de calidad. Se puede definir acreditación como el reconocimiento formal de la competencia técnica (evalúa técnicos, las instalaciones y métodos) y la confiabilidad de los laboratorios de ensayo, de calibración, clínicos, unidades de verificación, proveedores de ensayos de aptitud, productores de referencias y organismos de certificación para la Evaluación de la conformidad (AENOR, 2007). 2.3 Norma ISO 9001:2008 La norma ISO 9001:2008 se aplica a los Sistemas de Gestión de Calidad de organizaciones públicas y privadas, independientemente de su tamaño o actividad empresarial. Con la implementación de esta norma, las organizaciones pueden demostrar su capacidad para proporcionar productos o servicios acorde a unos requisitos y para satisfacer las necesidades de sus clientes. Esta Norma Internacional especifica los requisitos para un sistema de gestión de la calidad, cuando una organización: Necesita demostrar su capacidad para proporcionar regularmente productos que satisfagan los requisitos del cliente y los legales y reglamentarios aplicables Aspira a aumentar la satisfacción del cliente a través de la aplicación eficaz del sistema, incluidos los procesos para la mejora continua del sistema y el aseguramiento de la conformidad con los requisitos del cliente y los legales y reglamentarios aplicables La organización debe: Instalación de un laboratorio dedicado a la determinación de la calidad del biodiésel 24 Determinar los procesos necesarios para el sistema de gestión de la calidad y su aplicación a través de la organización Determinar la secuencia e interacción de estos procesos Determinar los criterios y los métodos necesarios para asegurarse de que tanto la operación como el control de estos procesos sean eficaces Asegurarse de la disponibilidad de recursos e información necesarios para apoyar la operación y el seguimiento de estos procesos Implementar las acciones necesarias para alcanzar los resultados planificados y la mejora continua de estos procesos Los requisitos de la documentación del sistema de gestión de calidad son: Declaraciones documentadas de una política de la calidad y de objetivos de la calidad Un manual de la calidad y los procedimientos documentados Los registros que la organización determine que son necesarios para asegurarse de la eficaz planificación, operación y control de su proceso Todos estos documentos deben de controlarse, permanecer legibles, fácilmente identificables y recuperables. La alta dirección debe asegurarse de que los requisitos del cliente se determinan y se cumplen con el propósito de aumentar la satisfacción del cliente al igual que se deben de asegurar de que la política de calidad es adecuada, que incluya un compromiso de cumplir con los requisitos y de mejorar continuamente la eficacia del sistema de gestión de la calidad, es comunicada y entendida dentro de la organización y es revisada continuamente. También debe de asegurarse que los objetivos de la calidad, incluyendo aquellos necesarios para cumplir los requisitos para el producto, se establecen en las funciones y los niveles pertinentes dentro de la organización. Los objetivos de la calidad deben ser medibles y coherentes. Instalación de un laboratorio dedicado a la determinación de la calidad del biodiésel 25 La organización debe planificar y desarrollar los procesos necesarios para la realización del producto, debe ser coherente con los requisitos de los otros procesos del sistema de gestión de la calidad. La alta dirección debe revisar el sistema de gestión de la calidad de la organización, a intervalos planificados, para asegurarse de su conveniencia, adecuación y eficacia continuas. La revisión debe incluir la evaluación de las oportunidades de mejora y la necesidad de efectuar cambios en el sistema de gestión de la calidad, incluyendo la política de la calidad y los objetivos de la calidad. El personal que realice trabajos que afecten a la conformidad con los requisitos del producto debe ser competente con base en la educación, formación, habilidades y experiencia apropiadas. La alta dirección debe asegurarse de que las responsabilidades y autoridades están definidas y son comunicadas dentro de la organización. La organización debe determinar los requisitos especificados por el cliente, incluyendo los requisitos para las actividades de entrega y las posteriores a la misma, los requisitos no establecidos por el cliente, pero necesarios para el uso especificado o para el uso previsto, cuando sea conocido al igual que los requisitos legales y reglamentarios aplicables al producto. Se debe realizar la verificación y validación del producto, para asegurarse de que este sea capaz de satisfacer los requisitos para su aplicación especificada o uso previsto, cuando sea conocido. Siempre que sea factible, la validación debe completarse antes de la entrega o implementación del producto. Deben mantenerse registros de los resultados de la validación y verificación. Si se realizan cambios en el producto, se deben revisarse, verificarse y validarse, según sea apropiado, y aprobarse antes de su implementación. La revisión de los cambios del diseño y desarrollo debe incluir la evaluación del efecto de los cambios en las partes constitutivas y en el producto ya entregado. Deben mantenerse registros de los resultados de la revisión de los cambios. Instalación de un laboratorio dedicado a la determinación de la calidad del biodiésel 26 La organizacióndebe planificar e implementar los procesos de seguimiento, medición, análisis y mejora necesarios para demostrar la conformidad con los requisitos del producto, asegurarse de la conformidad del sistema de gestión de la calidad y mejorar la eficacia del sistema de gestión de la calidad. La organización debe realizar el seguimiento de la información acerca de la percepción del cliente con respecto al cumplimiento de sus requisitos mediante encuestas, felicitaciones y los informes de los agentes comerciales. La organización debe hacer el seguimiento y medir las características del producto para verificar que se cumplen los requisitos del mismo; cuando un producto no sea conforme, la organización debe de ser capaz de tomar acciones para eliminar las causas de las no conformidades con objeto de prevenir que vuelvan a ocurrir. Las acciones correctivas deben ser apropiadas a los efectos de las no conformidades con los requisitos del producto, se debe de identificar y controlar para prevenir su uso o entregas no intencionadas. Se debe establecer un procedimiento documentado para definir los controles y las responsabilidades y autoridades relacionadas para tratar el producto no conforme. La organización debe mejorar continuamente la eficacia del sistema de gestión de la calidad mediante el uso de la política de la calidad, los objetivos de la calidad, los resultados de las auditorías, el análisis de datos, las acciones correctivas y preventivas y la revisión por la dirección (ISO, 2008). 2.4 Norma ISO/IEC 17025 La ISO/IEC 17025 “Requisitos generales para la competencia de los laboratorios de ensayo y de calibración” establece como su nombre lo dice los requisitos para la competencia en la realización de ensayos o de calibraciones, incluidos el muestreo. Cubre los ensayos y las calibraciones que se realizan utilizando métodos normalizados, métodos no normalizados y métodos desarrollados por el propio laboratorio. Es aplicable a todas las organizaciones que realizan ensayo o calibraciones. Es conveniente que los organismos de acreditación que reconocen la Instalación de un laboratorio dedicado a la determinación de la calidad del biodiésel 27 competencia de los laboratorios de calibración y ensayo se basen en esta Norma Internacional para sus acreditaciones. Los laboratorios deben de contar con cierta organización, para empezar, deben de nombrar un director de control de calidad y definir un organograma de las responsabilidades y funciones del director y todos sus colaboradores; debe de contar con políticas y procedimientos para asegurar la protección de información. Debe de haber un sistema de calidad, en el cual se debe implantar un sistema y una política adecuada para el alcance de sus actividades, documentar políticas, programas, procedimientos e instrucciones para asegurar la calidad. Todo el personal debe de estar libre de presiones comerciales o financieras que puedan perjudicar la calidad de los ensayos y/o calibraciones. El control de documentos es importante, por lo que se debe de especificar la clase de documentos que deben ser controlados, deben de identificarse con elementos específicos y procedimientos para explicar cómo se hacen y controlan los cambios en documentos conservados en sistemas computarizados. Para las quejas debe de hacer una política y procedimientos para la atención de quejas, las cuales deben de conservar registros. Cuando existan no conformidades con procedimientos o requisitos del cliente, el laboratorio debe de contar con una política y procedimientos de acción correctiva adecuados a la magnitud del problema, se debe de realizar una investigación para determinar las causas y así identificar las fuentes potenciales de no conformidades. También es importante aplicar auditorías internas dirigidas a todos los elementos del sistema de calidad, incluyendo actividades de ensayo y/o calibración. El personal del laboratorio debe de estar calificado con base a la educación apropiada, capacitación y destreza, según sea necesario, por lo que debe de haber un procedimiento para identificar las necedades de capacitación. Con respecto a las instalaciones, las condiciones ambientales juegan un papel importante para las actividades de laboratorio por lo que estas no deben de afectar la calidad de los Instalación de un laboratorio dedicado a la determinación de la calidad del biodiésel 28 servicios por lo que se debe de supervisar, controlar y registrar las condiciones ambientales. Se debe de prestar suma atención a la esterilidad biológica, suciedad, trastornos electromagnéticos, radiación, humedad, suministro eléctrico, temperatura, sonido y vibración. También se deben de separar las áreas con actividades incompatibles, así como restringir el acceso a las áreas de ensayo y/o calibración al personal autorizado (ISO, 2005). Los métodos de ensayo y/o calibración deben de incluir: Procedimientos de ensayo y/o calibración Instrucciones para el uso y operación de equipo, cuando sea necesario Aplicar métodos publicados en normas, textos o publicaciones científicas Validar métodos no normalizados, desarrollados por el laboratorio Los parámetros obtenidos de la validación, deben ser relevantes con las necesidades del cliente Cualquier laboratorio que realice calibraciones propias, debe tener un procedimiento para el cálculo de incertidumbres Los laboratorios de ensayo deben calcular la incertidumbre Requisitos explícitos cuando se utilizan computadoras para procedimientos de información El equipo del laboratorio debe de cumplir con las especificaciones relevantes para los ensayos por lo que es importante definir las especificaciones de los equipos. Antes de ser puestos en servicio los equipos deben de ser verificados y calibrados para determinar si cumplen las especificaciones del laboratorio, así como se debe de identificar el estado de calibración en el instrumento junto con las fechas de la última calibración y la siguiente. Se debe de identificar y documentar los equipos y su software. Para la trazabilidad de la medición el laboratorio deberá: Instalación de un laboratorio dedicado a la determinación de la calidad del biodiésel 29 Calibrar todo el equipo usado, incluyendo el usado para mediciones auxiliares La trazabilidad de las unidades debe estar en unidades de medición del sistema internacional de unidades (SI), sino por alguna razón no pueden ser hechas con magnitudes del SI, deben de decir los requisitos específicos Material de referencia con trazabilidad a unidades del SI o materiales certificados Los materiales internos deben de ser verificados de una forma técnica y económicamente fácil Todos los patrones utilizados deben de ser verificados (no calibrados), para conservar la confianza en el estado de calibración (CENAM, 2007) El muestreo debe de basarse en métodos estadísticos apropiados. El procedimiento de muestreo debe describir la selección y extracción de muestras representativas. Se debe de registrar la ubicación y el procedimiento del muestreo, la persona que ha tomado la muestra y cualquier otra información relevante sobre el proceso de muestreo. Para el transporte, manipulación, protección, almacenamiento, retención y/o eliminación de muestras se debe de seguir el procedimiento documentado, este procedimiento debe evitar el deterioro y contaminación de la muestra. Por último, en el informe de resultados se debe tomar en cuenta la incertidumbre de la medición, para hacer cualquiera aclaración de conformidad (ISO, 2005). 2.5 Norma ISO/IEC 14001:2015 La norma ISO 14001:2015 proporciona a las organizaciones un marco para proteger el medio ambiente y responder a las condiciones ambientales cambiantes, siempre guardando el equilibrio para establecer un Sistema de Gestión Ambiental eficiente, quepermite a la empresa conseguir los resultados deseados. Es aplicable a cualquier empresa sin importar el tamaño, el tipo y la naturaleza, además se aplican los aspectos ambientales a sus actividades, productos y servicios, ya que la Instalación de un laboratorio dedicado a la determinación de la calidad del biodiésel 30 organización determina que puede controlar o influir considerando la perspectiva del ciclo de vida. Esta norma internacional especifica todos los requisitos necesarios para establecer un Sistema de Gestión Ambiental en una organización, esto puede ser utilizado para mejorar su desempeño ambiental. La organización debe determinar las cuestiones externas e internas que son pertinentes para su propósito y que afectan su capacidad para lograr resultados previstos de su sistema de gestión ambiental. La organización debe determinar: Las partes interesadas que son pertinentes al sistema de gestión ambiental Las necesidades y expectativas pertinentes (requisitos) de estas partes interesadas Cuáles de estas necesidades y expectativas se convierten en requisitos legales y otros requisitos La alta dirección debe establecer, implementar y mantener una política ambiental que, dentro del alcance definido se su sistema de gestión ambiental: Sea apropiada al propósito y contexto de la organización, incluida la naturaleza, magnitud e impactos ambientales de sus actividades, productos y servicios Incluya un compromiso para la protección del medio ambiente, la prevención de la contaminación Incluya un compromiso de mejora continua del sistema de gestión ambiental para la mejora del desempeño ambiental La organización debe determinar los aspectos ambientales de sus actividades, productos y servicios que pueden controlar y de aquellos en que puede influir, y sus impactos ambientales asociados, desde una perspectiva de ciclo de vida. Además de aquellos aspectos que tengan o puedan tener un impacto ambiental significativo, mediante el uso de criterios establecidos. La organización debe de comunicar sus Instalación de un laboratorio dedicado a la determinación de la calidad del biodiésel 31 aspectos ambientales significativos entre los diferentes niveles y funciones de la organización. También se deben de establecer objetivos ambientales para las funciones, teniendo en cuenta los aspectos ambientales significativos y sus requisitos legales. Los objetivos deben de ser coherentes con la política ambiental, medibles, deben de comunicarse con miembros de la organización y deben de actualizarse. Una vez que se hayan establecido los objetivos ambientales, es importante planificar cómo se van a cumplir estos propósitos, así como asegurarse de que las personas a realizar el trabajo correspondiente, sean competentes y tomen conciencia de los aspectos ambientales asociados con su trabajo. En la Figura 2.2 se puede observar un ejemplo de esquema para el alcance del sistema de gestión ambiental. Figura 2.2 Alcance del sistema de gestión ambiental (ISOtools, 2015) Instalación de un laboratorio dedicado a la determinación de la calidad del biodiésel 32 El siguiente paso a realizar es documentar el sistema de gestión ambiental teniendo en cuenta la identificación y descripción, el formato, la revisión y aprobación con respecto a la conveniencia y adecuación. La documentación debe estar controlada y protegida adecuadamente. La organización debe establecer la evaluación del cumplimiento de la gestión ambiental, determinando la frecuencia con la que se evaluará el cumplimiento, manteniendo el conocimiento y comprensión de su estado de cumplimiento. Se debe de conservar información documentada como evidencia de los resultados de la evaluación del cumplimiento. Por último, al ocurrir una no conformidad, la organización debe de tomar las siguientes acciones: Controlar y corregir Hacer frente a las consecuencias, incluidas la mitigación de los impactos adversos Determinar las causas de la no conformidad Implementar cualquier acción necesaria Si fuera necesario, hacer cambios al sistema de gestión (ISOTools, 2015) 2.6 Validación La validación se define, de acuerdo a la norma ISO 9000, como la confirmación y provisión de evidencia objetiva de que se cumplen los requisitos para un uso o aplicación prevista. El objeto de la validación puede ser un método, un proceso, un procedimiento, un diseño, un instrumento, un producto, un servicio, etc. La validación se vuelve necesaria cuando se plantea el problema de asegurar que la herramienta propuesta sirve para satisfacer una función dada. Los elementos que comprenden la validación son: Evidencia documentada Reproducibilidad Especificaciones y atributos de calidad predeterminados Instalación de un laboratorio dedicado a la determinación de la calidad del biodiésel 33 2.6.1 Proceso de validación El proceso de validación consiste en planear, hacer, verificar y ajustar (PHVA). Se planifica en función de las características de la herramienta para que satisfaga los requisitos establecidos, se realizan ajustes con la intención de que los nuevos resultados desempeñen adecuadamente los requisitos. El proceso de validación de una herramienta dada puede desglosarse en los siguientes pasos: Identificación de la función Especificar los requisitos de la función y las características de las herramientas Determinar el desempeño de las características de la herramienta Comparar los resultados de desempeño con los requisitos Expresar el resultado del proceso (Lazos y Hernández, 2004) 2.6.2 Validación de métodos Un método debe de ser validado cuando es necesario demostrar que sus características de desempeño y las limitaciones son adecuadas para su uso previsto. También debe de validarse cuando se requiera demostrar la equivalencia de los resultados obtenidos por dos o más métodos (EMA, 2017a). 2.7 Verificación De acuerdo a la ISO 9000 la verificación es definida como la confirmación, a través de la aportación de evidencias objetivas, de que se cumplen los requisitos especificados, que fueron especificados como resultado de su validación. El proceso de verificación es realizado por el usuario. La verificación del servicio, proceso o producto se debe de realizar antes de ponerlos en uso y evidenciar si estos cumplen con las características de desempeño. También se debe realizar cada vez que se realice un cambio mayor (Eurolab, 2016). Para los métodos Instalación de un laboratorio dedicado a la determinación de la calidad del biodiésel 34 normalizados, como, ISO o ASTM, no es necesario validar el método utilizado por el laboratorio. Sin embargo, el laboratorio debe de confirmar que puede operar adecuadamente los métodos normalizados antes de introducir los ensayes o calibraciones. Instalación de un laboratorio dedicado a la determinación de la calidad del biodiésel 35 Instalación de un laboratorio dedicado a la determinación de la calidad del biodiésel 36 3.1 Caso de estudio La relativa simplicidad de la producción del biodiésel puede enmascarar la importancia de mantener altos estándares de calidad. Es esencial que el biodiésel producido por la planta cumpla con esos estándares de calidad. Para controlar la calidad del biocombustible es necesario medir diferentes propiedades que establecen normas internacionales y verificar que los valores obtenidos estén dentro de los rangos admisibles. Algunas de las propiedades que exigen las normas son la viscosidad, densidad, punto de inflamación, número de cetano, etc., mientras que otras se relacionan con la composición química y pureza de las mezclas de los ácidos grasos. El buen control de la producción debe de estar presenteen cada una de las etapas en la planta para que el producto terminado sea lo más puro posible, a groso modo estas etapas son la preparación y almacenamiento de la materia prima, proceso de producción y por último el proceso de distribución y almacenaje. En México sólo tres laboratorios cuentan con el equipo necesario para evaluar la calidad del biodiésel en los motores de combustión interna. Uno de éstos es el Laboratorio de Catálisis y Energía, del Instituto de Ciencias de la BUAP (ICUAP), ubicado en Ciudad Universitaria del Estado de Puebla, México, donde se realizan estudios de cromatografía de gases y espectroscopia infrarroja, básicos para dicha evaluación. Dicho laboratorio dispone de un espectrómetro de infrarrojo para análisis líquidos y gases, un cromatógrafo de gases para identificar impurezas y un espectrómetro de absorción atómica, para reconocer la presencia de metales (BUAP, 2015). 3.2 Calidad de biodiésel La calidad del biodiésel depende de varios factores como son la calidad de la materia prima, el aceite de origen, el proceso de producción y otros materiales que se utilicen en éste, al igual que a los parámetros del producto terminado. Es importante que previo a la utilización de los aceites/grasas se determinen sus propiedades fisicoquímicas, contenido de ácidos grasos libres (AGL), humedad, Instalación de un laboratorio dedicado a la determinación de la calidad del biodiésel 37 entre otras. En la Tabla 3.1, se puede observar las propiedades que comúnmente se determinan a diferentes tipos de aceites. Tabla 3.1 Propiedades físicas y químicas de algunos aceites vegetales. (Talebian- Kiakalaieh y col., 2013) Especie Viscosidad cinemática (40°C) Densidad (g/cm3) Punto de fusión (°C) Índice de acidez (mgKOH/g) Número de cetano * Punto nube (°C) Punto fluidez (°C) Soya 32.9 0.91 254 0.2 37.9 -3.9 -12.2 Colza 35.1 0.91 254 2.9 37.6 -3.9 -31.7 Girasol 32.6 0.92 274 - 41.3 18.3 -6.7 Palma 39.6 0.92 267 0.1 42.0 31.0 - Maní 22.7 0.90 271 3.0 41.8 12.8 -6.7 Algodón 18.2 0.91 234 - 41.8 1.7 -15.0 Calabaza 35.6 0.92 ˃230 0.5 - - - Jatropha curcas 29.4 0.92 225 28 - - - ACD** 44.7 0.90 - 2.5 - - - Diésel 3.06 0.85 76.0 - 50.0 - -16.0 *Número de cetano es lo mismo que número de octano *Aceites comestibles de desecho Después se realiza un pretratamiento puesto que la materia prima puede contener diferentes tipos de contaminantes tales como agua, ácidos grasos libres, partículas sólidas y fosfolípidos (Atadashi y col., 2010). Los procesos para realizar este pretratamiento pueden consistir en uno o más de los siguientes procesos: desglomado (eliminación de fosfolípidos), neutralización (eliminación de los AGL), esterificación ácida, lavado y secado. Para los aceites reciclados, los métodos de pretratamiento más usados son: sedimentación, neutralización, cromatografía en columna, evaporación al vacío y resina de intercambio iónico (más usado) (Medina y col., 2012). Es importante separar el agua del proceso de producción del biodiésel debido a que puede afectar significativamente la reacción de transesterificación del biodiésel. Por otro lado, los ácidos grasos libres desactivan la catálisis del proceso, forman Instalación de un laboratorio dedicado a la determinación de la calidad del biodiésel 38 jabones y producen agua cuando son transformados en ésteres, sin embargo, no afecta la acidez del biodiésel como producto terminado. La purificación del biodiésel crudo incrementa el costo de producción debido a que el biodiésel debe presentar una alta calidad y debe de ajustarse a las especificaciones que se marcan en la norma europea para combustibles alternativos o a la ASTM. De acuerdo con los estándares de la Unión Europea la pureza del biocombustible debe ser superior a 96.5% (Karaosmanoğlu y col., 1996). El objetivo de purificar el biodiésel crudo es la eliminación de los ésteres alquílicos de los ácidos grasos, así como asegurar un producto altamente purificado (Atadashi y col., 2010). En la Tabla 3.2 se puede observar diferentes métodos de purificación y separación del biodiésel. Tabla 3.2 Comparación de los diferentes métodos de purificación y separación del biodiésel (Atadashi y col., 2010) Tipo de catálisis Método de separación Método de purificación Aplicación (es) Hidróxido de sodio Irradiación por microondas Lavado con agua Eliminación de metanol y catalizador Hidróxido de sodio Sedimentación gravitatoria Neutralización con ácido/lavado con agua caliente Eliminación de metanol, catalizador y jabón Ácido/hidróxido de potasio Centrifugación Lavado con agua destilada caliente Eliminación de residuos de metanol y otros contaminantes Hidróxido de sodio Filtración de membrana Neutralización/membrana / lavados con agua Eliminación de metanol, residuos de catalizador y jabón Enzima/ácido Sedimentación gravitatoria Evaporación Eliminación de exceso de metanol Hidróxido de sodio Reactor de membrana/ embudo de decantación Lavado con agua de osmosis reversa Eliminación del aceite que no reacciono y trazas de jabón Hidróxido de Potasio Membrana separativa Membrana separativa Eliminación de metanol y jabón Hidróxido de sodio Separación por membrana Separación por membrana Eliminación de tri y monglicéridos y glicerol Instalación de un laboratorio dedicado a la determinación de la calidad del biodiésel 39 Otra etapa a la cual se le debe de medir la calidad, es el almacenaje, ya que dentro de 21 a 28 días, el biodiésel se empieza a degradar (Tian y Yang,2008) conduciendo a la formación de hidroperóxidos, los cuales pueden producir gomas y sedimentos insolubles que pueden llegar a tapar los filtros del combustible o hacer depósitos en el inyector del motor (Saluja y col., 2016), de manera que, es necesario el uso de antioxidantes para evitar la pérdida de calidad del producto (Varatharajay y Pushparani, 2018). Los antioxidantes que se usen para el biodiésel deben de cumplir con algunos requisitos: No deben de ser tóxico Baja volatibilidad Eficaz en bajas concentraciones Alta estabilidad térmica y a la luz Alta solubilidad en el biocombustible Larga vida Económico (Shahidi, 2015) El tipo de antioxidante, también va a depender de la materia prima, así como del grado de insaturación (Varatharajan y Pushparani, 2018) que se utilice para la fabricación del biocombustible, pero en general, los antioxidantes tipo fenólicos son los más usados (Buosi y col., 2016); por ejemplo, hidróxitolueno butilado (BHT), butilhidroquinona terciaria (TBHQ), etoxiquina (EQ), hidroxianisol butilado (BHA) (Jakeria y col., 2014). Para el almacenamiento se deben de considerar lo siguiente: Evitar la exposición del combustible al calor, la luz, e incluso al oxígeno Almacenar mezclas diésel-biodiésel en lugar del B100 Monitoreo del número de acidez y la viscosidad al momento de su recepción y a lo largo del tiempo Almacenar en tanques de acero al carbón Evitar contaminación con agua Instalación de un laboratorio dedicado a la determinación de la calidad del biodiésel 40 Almacenar a una temperatura superior a su punto de escurrimiento (ARPEL, 2009) 3.2.1 Técnicas de muestreo La muestra utilizada en el análisis debe ser representativa del lote de material, por lo cual es importante aplicar la metodología apropiada para la toma de la muestra (FAO, 2018). Existen diferentes técnicas de muestreo para el biodiésel, las cuales dependen del tipo de almacenamiento que tengan. En la Tabla 3.3, se describe brevemente las técnicas de muestreo aplicables para el biodiésel. Tabla 3.3 Técnicas de muestreo para el biodiésel (SAM- 205, 2012) Tipo de envío Plan de muestreo Cisterna cilíndricas verticales estables de metal A partir
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