CORREGIDO TOMO VERONICA RODRIGUEZ

Jhosnel lopez

8/4/2024

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Trabajo de Tesis

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EVALUACIÓN DE ETANOL OBTENIDO A PARTIR DE BIOMASA
FORESTAL RESIDUAL COMO ADITIVO EN GASOLINA

AUTORA:
VERÓNICA RODRÍGUEZ
C.I.: 28.061.614

PUNTO FIJO, OCTUBRE DE 2022
UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL
“FRANCISCO DE MIRANDA”
ÁREA DE TECNOLOGÍA
COMPLEJO ACADÉMICO EL SABINO
PROGRAMA DE INGENIERÍA QUÍMICA

TUTOR ACADÉMICO:
ING. JESÚS FLORES
ASESORA ACADÉMICA:
DRA. ANGIE MARÍN

EVALUACIÓN DE ETANOL OBTENIDO A PARTIR DE BIOMASA
FORESTAL RESIDUAL COMO ADITIVO EN GASOLINA

AUTORA:
VERÓNICA RODRÍGUEZ
C.I.: 28.061.614

PUNTO FIJO, OCTUBRE DE 2022
UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL
“FRANCISCO DE MIRANDA”
ÁREA DE TECNOLOGÍA
PROGRAMA DE INGENIERÍA QUÍMICA

TUTOR ACADÉMICO:
ING. JESÚS FLORES
ASESORA ACADÉMICA:
DRA. ANGIE MARÍN
Trabajo especial de grado presentando ante la
Universidad Nacional Experimental “Francisco
de Miranda” para optar al título de Ingeniero
Químico

VEREDICTO DEL JURADO
Quienes suscribimos miembros del jurado para evaluar el Trabajo de
Grado titulado:
“EVALUACIÓN DE ETANOL OBTENIDO A PARTIR DE RESIDUOS
FORESTALES COMO ADITIVO EN GASOLINA”
Realizado por el bachiller RODRÍGUEZ VERÓNICA, portadora de la
Cédula de Identidad N° 28.061.614, mediante la presente hacemos constar
que aprobamos el referido trabajo de grado presentado en cumplimiento de
los requisitos establecidos en el pensum del programa de Ingeniería Química
del Área de Tecnología de la Universidad Nacional Experimental “Francisco
de Miranda” para optar al título de:
INGENIERO QUÍMICO

UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL
“FRANCISCO DE MIRANDA”
ÁREA DE TECNOLOGÍA
PROGRAMA DE INGENIERÍA QUÍMICA

________________________

JURADO PRINCIPAL
________________________

COORDINADOR
Correo autor: veronica_rm25@hotmail.com

Octubre de 2022
iv

DEDICATORIA
A mi madre, Bleimara Márquez, la luz de mi camino y el motor de todos
mis sueños quien con su amor, ejemplo y educación ha sembrado en mí el
pensamiento de superación que motivan el cumplimiento de todas mis metas.
Vivo en gratitud porque soy tu hija.
A la memoria de mi padre, Marcos Rodríguez, quien en vida se preocupó
por enseñarme el valor del trabajo y la disciplina, confío en mis habilidades y
me empujo a formarme como el ser que soy hoy en día. Tu amor vive en el
recuerdo de cada lección que me brindaste.
A mis hermanos, Yosse Manuel, Nohely Victoria y Maroa Isabella,
quienes me han presentado el amor que solo una hermana mayor puede
sentir, para que consigan en mi el ejemplo de luchar por sus metas.
Ser su hija y hermana ha sido el mejor título que la vida ha podido
regalarme.

En memoria de Isbelia González,
Blanca Ríos y Marcos Rodríguez.

AGRADECIMIENTOS
A Dios, quien ha guiado mi camino y me protegió en cada viaje que
emprendí para lograr el cumplimiento de esta meta.
A mis padres, quienes con su esfuerzo y apoyo incondicional hicieron
posible la culminación de mi carrera profesional. Agradezco todos los días de
mi vida que soy su hija, gracias por todas las oportunidades que me han dado.
A la familia Rojas Márquez, por abrirme las puertas de su hogar y de su
corazón, por el apoyo incondicional y el amor brindado que hizo más llevadero
mi camino.
A Isbelia González, Blanca y Elba Ríos, Lisseth Rodríguez, Blanca,
Bleima y Bleimara Márquez, Daniela Rojas, Giovanna e Isamar García,
mujeres de mi familia, empoderadas, preparadas y luchadoras, quienes con
su ejemplo han ganado mi admiración e inspirado mis pensamientos para
nunca desistir de mis objetivos.
A la Dra. Angie Marín y el Ing. Jesús Flores, por compartir sus
conocimientos, brindar su apoyo y la disposición para la realización de este
trabajo de investigación.
A mis compañeros de estudio, por hacer de esta carrera una experiencia
inolvidable.
En general, a todas aquellas personas que desinteresadamente
tendieron una mano amigable a esta estudiante que se encontraba muy lejos
de su hogar. A ustedes, espero que dios les multiplique en bendiciones el
apoyo brindado.
A todos los profesores que hacen vida en la ilustre UNEFM.

Rodríguez, V. Evaluación de etanol obtenido a partir de biomasa forestal
residual como aditivo en gasolina. Trabajo Especial de Grado para optar al
título de Ingeniero Químico. Universidad Nacional Experimental Francisco de
Miranda. Punto Fijo, Octubre 2022.
RESUMEN
El uso de bioetanol como aditivo en gasolina ha tomado un gran auge a
nivel internacional, por presentarse como una alternativa para minimizar el
impacto de contaminación ambiental y futura reducción de fuentes fósiles que
genera el uso de combustibles fabricarlos por la industria petrolera. No
obstante, la producción de etanol puede afectar la seguridad alimentaria si se
obtiene a partir de materiales de primera necesidad, resultando interesante la
idea de producirlos a partir de biomasa forestal residual ya que en Venezuela
y específicamente en el Municipio Los Taques estos materiales se generan en
abundancia por la constante necesidad de mantenimiento que requieren las
áreas verdes de los urbanismos, ofreciendo un importante potencial para su
aprovechamiento en la producción de etanol a partir de biomasa
lignocelulósica. En este sentido, en la presente investigación se analizó el
potencial de los residuos forestales típicos de este municipio como materia
prima para la producción de etanol, con lo que se consiguió un índice de
disponibilidad de 86,5% y un índice de adecuación de la tecnología de
conversión de 70% otorgándole respectivamente una ponderación de óptimo
y estable a cada uno. A su vez, se caracterizó una mezcla de residuos
forestales recolectados en la zona de estudio donde se determinó que la
misma contenía 8,5% de humedad, 28,13% de celulosa, 36% de lignina, un
pH de 5,3 y una densidad de 0,18 g/ml. También, se obtuvo etanol por hidrólisis
ácida y fermentación con Saccharomices cerevisiae mediante el desarrollo de
un estudio experimental para reconocer las condiciones óptimas del proceso,
estableciendo en primer lugar la necesidad de aplicar pretratamiento físico
para la reducción de la partícula del material y pretratamiento químico para su
deslignificación, en segundo lugar se encontraron los mejores resultados al
vii

realizar la hidrólisis con H2SO4 al 6% y fermentación con levadura a una
concentración mínima de 1x106 UFC/mL de sustrato, siendo preferible la
adición de 400 ppm de fosfato de potasio, 400 ppm de nitrato de amonio y 5
ppm de azúcar como nutrientes para el hidrolizado. El rendimiento global del
proceso fue de 6,3% logrando obtener una concentración de etanol del 97%
con características similares al etanol comercial. Finalmente, se prepararon
mezclas de etanol-combustible con etanol al 10% y 15% y gasolina comercial,
las cuales se sometieron a destilación atmosférica, prueba de corrosión a la
lámina de cobre y ensayo de ignición determinándose que las muestras
cumplen con las especificaciones establecidas en la normativa COVENIN y
que además presentan una llama con una combustión más limpia.
Palabras claves: bioetanol, residuos forestales, combustible.

viii

ÍNDICE GENERAL
DEDICATORIA .............................................................................................. iv
AGRADECIMIENTOS ..................................................................................... v
RESUMEN..................................................................................................... vi
ÍNDICE DE TABLAS ....................................................................................... x
ÍNDICE DE GRÁFICOS ................................................................................xii
ÍNDICE DE FIGURAS ................................................................................... xii
LISTA DE APÉNDICES ............................................................................... xiii
LISTA DE ANEXOS ..................................................................................... xiv
INTRODUCCIÓN. .......................................................................................... 1
CAPÍTULO I: EL PROBLEMA DE INVESTIGACIÓN ..................................... 4
1.1. Planteamiento del problema ................................................................ 4
1.2. Objetivos de la investigación ............................................................... 8
1.2.1. Objetivo general ............................................................................ 8
1.2.2. Objetivos específicos..................................................................... 8
1.3. Justificación ......................................................................................... 8
1.4. Alcance y delimitación ....................................................................... 10
CAPÍTULO II: MARCO TEÓRICO ............................................................... 12
2.1. Antecedentes .................................................................................... 12
2.2. Operacionalización de las variables ................................................... 19
2.3. Bases teóricas ................................................................................... 21
2.3.1. Biomasa ...................................................................................... 21
2.3.2. Biomasa lignocelulósica y su composición .................................. 23
2.3.4. Bioetanol ..................................................................................... 27
2.3.5. Técnica bioquímica para la obtención de etanol a partir de biomasa
lignocelulósica ....................................................................................... 30
2.3.6. Determinación de los grados Brix ................................................ 38
2.3.7. Destilación ................................................................................... 39
2.3.8. Determinación del grado alcohólico ............................................. 40
2.3.9. Características físico-químicas del bioetanol ............................... 42
ix

2.3.10. El gasohol ................................................................................. 43
CAPÍTULO III: MARCO METODOLÓGICO ................................................. 50
3.1. Tipo y diseño de la investigación ....................................................... 50
3.1.1. Tipo de la investigación ............................................................... 50
3.1.2. Diseño de la investigación ........................................................... 51
3.2. Población y muestra .......................................................................... 51
3.2.1. Población .................................................................................... 51
3.2.2. Muestra ....................................................................................... 52
3.3. Técnicas e instrumentos de recolección de datos .............................. 52
3.3.1. Técnicas de recolección de datos................................................ 52
3.3.2. Instrumentos de recolección de datos ......................................... 53
3.4. Técnicas de procesamiento y análisis de datos ................................. 53
3.5 Fases de la investigación ................................................................... 54
3.5.1. Fase I. Estimación del potencial de la biomasa forestal residual
como materia prima para la obtención de etanol grado combustible ..... 54
3.5.2. Fase II: Obtención de etanol grado combustible a partir de
biomasa forestal residual a nivel experimental ...................................... 57
3.5.3. Determinación de la calidad como combustible de mezclas etanol-
gasolina................................................................................................. 69
3.5.4. Sistema de variables ................................................................... 70
CAPÍTULO IV: RESULTADOS Y ANÁLISIS DE RESULTADOS ................. 71
4.1. Estimación del potencial de la biomasa forestal residual como materia
prima para la obtención de etanol grado combustible ............................... 71
4.2. Fase II: Obtención de etanol grado combustible a partir de biomasa
forestal residual a nivel experimental ........................................................ 75
4.2.1. Identificación y recolección de los residuos forestales en la zona
de estudio ............................................................................................. 75
4.2.2. Acondicionamiento de los residuos forestales para ser
implementado como materia prima en la obtención de etanol ............... 77
4.2.3. Caracterización de la biomasa forestal residual........................... 78
4.2.4. Hidrólisis de la biomasa ............................................................... 82
x

4.2.5. Modificación de pH de la solución hidrolizada ............................. 91
4.2.6. Proceso de fermentación ............................................................. 95
4.2.7. Destilación del bioetanol ............................................................ 109
4.2.8. Conversión total del proceso ..................................................... 112
4.2.9. Caracterización del etanol obtenido ........................................... 113
4.3. Fase III: Determinación de la calidad como combustible de mezclas
etanol-gasolina ....................................................................................... 115
4.3.1. Preparación de las mezclas....................................................... 115
4.3.2. Destilación atmosférica ............................................................. 115
4.3.3. Pruebas cualitativas de corrosión en cobre ............................... 118
4.3.4. Ensayo de ignición .................................................................... 121
CONCLUSIONES ...................................................................................... 124
RECOMENDACIONES .............................................................................. 127
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ........................................................... 129
APÉNDICE ................................................................................................ 139
ANEXOS ................................................................................................... 147

ÍNDICE DE TABLAS
Tabla 1. Cuadro de operacionalización de variables .................................... 19
Tabla 2. Estructura química de materiales de biomasa lignocelulósica. ....... 24
Tabla 3. Contenido de celulosa, hemicelulosa y lignina en algunos residuos
forestales. .................................................................................................... 26
Tabla 4. Composición química de plantas típicas en zonas aridas. ............. 27
Tabla 5. Propiedades físico-químicas del etanol .......................................... 42
Tabla 6. Requisitos de calidad de gasolina para motores de combustión interna
.................................................................................................................... 48
Tabla 7. Criterios de estimación del IDI ....................................................... 55
Tabla 8. Criterios de estimación del IDA ...................................................... 56
Tabla 9. Procedimientos aplicados en la caracterización de la biomasa ...... 61
xi

Tabla 10. Pruebas experimentales de pretratamiento realizadas a la biomasa
....................................................................................................................62
Tabla 11. Volumen de solución de levadura utilizado en pruebas preliminares.
.................................................................................................................... 65
Tabla 12. Sistema de variables .................................................................... 70
Tabla 13. Estimación del índice de disponibilidad (IDI) de los residuos
forestales. .................................................................................................... 71
Tabla 14. Estimación del índice de adecuación (IDA) de la tecnología de
conversión ................................................................................................... 73
Tabla 15. Características de las especies forestales recolectadas .............. 75
Tabla 16. Caracterización de la biomasa forestal residual ........................... 78
Tabla 17. Resultado de las pruebas de hidrólisis en el Grupo 1................... 82
Tabla 18. Resultado de las pruebas de hidrólisis en el Grupo 2................... 83
Tabla 19. Lectura de °Bx durante la reacción de hidrólisis al 6% de ácido... 85
Tabla 20. Resultados de hidrólisis acida del grupo 3. .................................. 89
Tabla 21. Resultados de hidrólisis acida del grupo 4. .................................. 89
Tabla 22. Variación de °Bx en la modificación de pH de las muestras. ........ 91
Tabla 23. Variación de °Bx en el proceso de fermentación de la ................. 96
biomasa usando levadura comercial de panadería ...................................... 96
Tabla 24. Variación de °Bx en el proceso de fermentación de la ................. 97
biomasa sometida a pretratamiento alcalino usando levadura comercial de
panadería .................................................................................................... 97
Tabla 25. Variación de los °Bx en segundas pruebas de fermentación del
Grupo 1. .................................................................................................... 100
Tabla 26. Variación de los °Bx en segundas pruebas de fermentación del
Grupo 2. .................................................................................................... 100
Tabla 27. Variación de los °Bx en segundas pruebas de fermentación del
Grupo 3 ..................................................................................................... 101
Tabla 28. Variación de los °Bx en fermentación de muestras testigo usando
levadura aislada de jugo de panela comercial de caña de azúcar. ............ 102
Tabla 29. Destilación del alcohol obtenido a partir del fermentado del Grupo 1.
.................................................................................................................. 110
xii

Tabla 30. Destilación del alcohol obtenido a partir del fermentado del Grupo 2.
.................................................................................................................. 110
Tabla 31. Destilación del alcohol obtenido a partir del fermentado del Grupo 3.
.................................................................................................................. 111
Tabla 32. Destilación atmosférica de las mezclas etanol-gasolina ............. 116
Tabla 33. Resultados de las pruebas de corrosión a la lámina de cobre.... 119
Tabla 34. Resultados de ensayo de ignición .............................................. 121
Tabla 35. Escala cualitativa de criterios usada en la estimación del IDI. .... 139
Tabla 36. Escala de valoración para la estimación y clasificación del IDI . 140
Tabla 37. Escala cualitativa de criterios usada en la estimación del IDA ... 141
Tabla 38. Escala de valoración para la estimación y clasificación del IDA 142

ÍNDICE DE GRÁFICOS
Gráfico 1. Principales países productores de bioetanol en el mundo ........... 28
Gráfico 2. °Bx vs Tiempo de reacción de hidrólisis ácida ............................. 85
Gráfico 3. Comparación °Bx vs Tiempo de reacción: Pruebas con
pretratamiento físico. ................................................................................... 90
Gráfico 4. Comportamiento de °Bx en las muestras sometidas a la segunda
prueba de fermentación. ............................................................................ 102
Gráfico 5. Resultados pruebas de destilación atmosférica de combustible 117

ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 1. Fuentes de obtención del etanol ................................................... 30
Figura 2. Rutas tecnológicas para la obtención de bioetanol según el tipo de
biomasa ....................................................................................................... 58
Figura 3. Muestras utilizadas en las segundas pruebas de fermentación. ... 67
Figura 4. Acondicionamiento de la especie Prosopis Juliflora. ..................... 77
Figura 5. Acondicionamiento de la especie Brachiaria Sp. .......................... 78
Figura 6. Biomasa implementada en el proceso. ......................................... 78
xiii

Figura 7. Aspecto de biomasa al finalizar la reacción de hidrólisis. .............. 87
Figura 8. Pretratamiento físico de la biomasa forestal residual .................... 88
Figura 9. Modificación del pH de solución hidrolizada de biomasa sin
pretratamientos ............................................................................................ 92
Figura 10. Aspecto de soluciones hidrolizadas con pretratamiento físico
después de la modificación de pH. .............................................................. 93
Figura 11. Prueba de aumento de °Bx en solución azucarada. .................... 94
Gráfico 4. Comportamiento de °Bx en las muestras sometidas a la segunda
prueba de fermentación ............................................................................. 102
Figura 12. Conteo de células de levadura el día 1 de fermentación ........... 104
Figura 13. Conteo de células de levadura el día 3 de fermentación ........... 105
Figura 14 Vista del microscopio de los cristales formados en los sustratos 106
Figura 15. Oxalato de calcio monohidratado encontrado en sedimento urinario
de mascota intoxicada con etilenglicol ....................................................... 106
Figura 16. Conteo de células de levadura el día 6 de fermentación ........... 107
Figura 17. Prueba de permanganato de potasio ........................................ 113
Figura 18. Estándar de prueba corrosión a la lámina de cobra (ASTM D130-
04) ............................................................................................................. 120
Figura 19. Método para el conteo de células en la cámara de Neubauer... 151

LISTA DE APÉNDICES
APÉNDICE 1. Métodos aplicados en la valoración del potencial de la biomasa
forestal residual como materia prima para la obtención de etanol.............. 139
APÉNDICE 2. Calculos realizados en la caracterización de la biomasa .... 142
APÉNDICE 3. Conteo de unidades formadoras de coloninas por método de la
cámara de neuber...................................................................................... 144
APÉNDICE 4. Cálculo del rendimiento del destilado.................................. 146
APÉNDICE 5. Determinación de la conversión total del proceso ............... 146

xiv

LISTA DE ANEXOS
ANEXO 1. Métodos implementados en la caracterización de los residuos
forestales ................................................................................................... 147
ANEXO 2. Método para el conteo de células ............................................. 151
ANEXO 3. Norma covenin 850-95 destilación atmosferica de productos
derivados del petróleo ............................................................................... 153
ANEXO 4. Astm 130-04. Corrosividad de cobre a partir de productos derivados
del petróleo por la prueba de tira de cobre ................................................158
ANEXO 6. Acondicionamiento de la biomasa ............................................ 168
ANEXO 7. Pretratamiento alcalino de la biomasa ...................................... 170
ANEXO 8. Pretratamiento físco de la biomasa .......................................... 171
ANEXO 9. Obtención del bioetanol ............................................................ 171
ANEXO 10. Pruebas de calidad a mezclas etanol-gasolina ....................... 174

INTRODUCCIÓN
La problemática ambiental y el posible agotamiento de las fuentes
fósiles han generado en la comunidad internacional la necesidad de crear
alternativas de energías renovables y más amigables con el ambiente, por lo
cual ha nacido la iniciativa de obtener combustibles a partir de materiales
biomásicos, dando lugar a los llamados biocombustibles. Debido a la
naturaleza de sus propiedades el bioetanol se ha posicionado como el
biocombustible más destacado en la última década, ya que países como
Estados Unidos, Brasil y México han implementado el líquido como
combustible y como aditivo en gasolina obteniendo resultados positivos en la
disminución de la emisión de gases contaminantes.
El bioetanol puede ser producido a partir de diferentes tipos de
biomasa, no obstante, debido a un dilema ético se ha dado mayor interés a la
biomasa residual ya que el uso de alimentos para la producción de combustible
podría afectar el abastecimiento de suministros de primera necesidad. Por su
parte, en mayor medida la biomasa residual es de carácter lignocelulósico, lo
que significa que se encuentra compuesta por celulosa, hemicelulosa y lignina,
por lo que la obtención de etanol se da tras someter la materia prima a
pretratamientos químicos que permiten la formación de azúcares para su
posterior fermentación.
Este es el caso de los residuos forestales, los cuales poseen una tasa
de generación muy alta alrededor del territorio nacional gracias al
mantenimiento que debe realizarse en las áreas verdes de los urbanismos. Sin
embargo, debido a su riqueza petrolera aún no existe en Venezuela la primera
planta de bioetanol, por lo que se hace necesario el desarrollo de
investigaciones que permitan al país aumentar su competitividad en el camino
de la bioenergía, ya que su riqueza en recursos lignocelulósicos también es
destacable y en cuanto al aprovechamiento de los residuos forestales supone

un doble beneficio ambiental, considerando que en la mayoría de los casos
este material es incinerado o dispuestos en vertederos como desecho.
Es importante destacar, que la implementación de etanol como
combustible es posible si se realizan modificaciones a los motores comunes
de combustión interna, esto resultaría muy costoso de aplicar y por lo tanto
poco factible, es por esta razón que este compuesto se emplea como aditivo
en gasolina, pues se ha evidenciado en diferentes estudios que a
concentraciones menores de 15% no es necesario realizar cambios en el
sistema del motor y que además se genera una importante disminución en las
emisiones de los gases contaminantes.
Tomando como base lo anteriormente planteado, esta investigación
pretende contribuir al sector de la bioenergía y el aprovechamiento de los
residuos biomásicos forestales que gracias a la riqueza de los suelos son
abundantes en el país. Por lo tanto, se estimó el potencial de la biomasa
forestal residual del municipio Los Taques en el estado Falcón a través de la
cuantificación del índice de disponibilidad (IDI) y el índice de adecuación de la
tecnología de conversión energética (IDA), además se caracterizó esta
biomasa estimando por medio de análisis de laboratorio el contenido de
humedad, pH, densidad, contenido de celulosa y contenido de lignina.
Así mismo, se obtuvo bioetanol utilizando como materia prima la
biomasa mencionada por el método de hidrólisis ácida con H2SO4 y
fermentación alcohólica con Saccharomices cerevisiae, para esto se realizó
una evaluación de las condiciones óptimas del proceso manipulando
diferentes variables dentro de las cuales se puede mencionar concentración
de ácido para la fase de hidrólisis y para la fase de fermentación la
concentración de levadura y la concentración de nutrientes en el sustrato. Así
mismo se evaluó la factibilidad de aplicar pretratamiento físico para la mínima

reducción de la partícula de los residuos forestales y la deslignificación de esta
biomasa a través de un pretratamiento alcalino.
También, se calcula el rendimiento del etanol obtenido en la destilación
en relación con la solución fermentada y se estima el porcentaje de conversión
global de la biomasa forestal residual a etanol. Al compuesto obtenido se le
realizaron pruebas para determinar sus propiedades y compararlas con las del
etanol comercial, en las cuales se pudo constatar que la solución analizada
estaba conformada por alcohol mediante una prueba de oxidación con
permanganato de potasio.
En concordancia con el tema, la evaluación del bioetanol como aditivo
en gasolina se realizó al someter dos muestras de etanol-combustible
formuladas al 10% y 15% de etanol a pruebas de destilación atmosférica,
corrosión a lámina de cobre y ensayos de ignición. Los resultados de dicha
prueba permitieron reconocer que las mezclas cumplen con las
especificaciones de calidad de la normativa COVENIN para estos parámetros.
Dentro de este marco, el trabajo se encuentra estructurado en cuatro
capítulos, en el primero se presenta la problemática estudiada, los objetivos,
la justificación y el alcance de la investigación, el segundo capítulo se
encuentra conformado por los antecedentes y las bases teóricas que
sustentan la investigación y que sirvieron como referencia para el desarrollo
de la misma, el tercer capítulo detalla el tipo y diseño de la investigación,
población y muestra, técnicas e instrumentos de recolección de datos y toda
la metodología empleada en cada fase del trabajo, por último, en el capítulo
cuatro se especifican todos los resultados con el correspondiente análisis.
Además, se presenta al final de la investigación las conclusiones,
recomendaciones, referencias bibliográficas, el apéndice con todos los
cálculos involucrados en el estudio y los anexos.

CAPÍTULO I
EL PROBLEMA DE INESTIGACIÓN
En este capítulo se explica la problemática estudiada, en la cual se le da
una gran importancia a la necesidad que se ha presentado a nivel mundial de
disminuir la emisión de gases contaminantes y evaluar alternativas que
permitan la generación de energías más limpias y menos dependientes de las
fuentes fósiles. En este sentido, se detalla la justificación, los objetivos y el
alcance que tuvo la investigación para llevar a cabo la evaluación del etanol
obtenido a partir de residuos forestales como aditivo en gasolina.
1.1. Planteamiento del problema
En la última década, el panorama nacional e internacional del sector
energético ha sido notablemente afectado por problemas medio ambientales
y económicos, así como también por el déficit de materia prima y una demanda
de energía demasiado exigente. En la actualidad los combustibles fósiles son
la principal fuente de energía, Foster & Elzinga (2016) indican que “el consumo
de los combustibles fósiles representa aproximadamente el 80% de la
demanda de energía primaria a nivel mundial” (párr. 3) lo que simboliza una
gran fuente de contaminación para el planeta y a su vez una gran dependencia
a recursos no renovables como lo son el gas natural, el pétroleo y sus
derivados.
En primer lugar, la industria de los combustibles fósiles se encuentra
ampliamente relacionada con la problemática ambiental asociada con el
aumento de las emisiones de dióxido de carbono. En el periodo de 1970 a
2019 las emisiones de CO2 incrementaron en 90% y son la quema de
combustibles fósilesy procesos industriales los que contribuyen
aproximadamente en un 78% del total de las emisiones. (Centro de Análisis
de Información de Dióxido de Carbono, 2019). Además, desde hace más de
15 años se ha reportado que el uso de los combustibles fósiles ha llevado a

un aumento de los niveles de CO2 en la atmósfera de 280 PPM en la era
preindustrial a 350 PPM en este año, dichos niveles siguen subiendo en
función al combustible quemado, lo que provoca el efecto invernadero, las
lluvias ácidas, el esmog y el cambio climático en todo el mundo (Agarwal,
2006).
En segundo lugar, gracias a la gran dependecia sobre las fuentes fósiles
que muestra el sector energetico a nivel internacional, se ha despertado en los
especialista de la industria el interés por las tecnologias de bioenergía, puesto
que estas suponen una disminución a dicha dependencia. El interés se
encuentra motivado por las características finitas y no renovables que poseen
estas fuente de energía, las cuales podrían generar un colapso en la
producción de combustible en países con agotamiento de reservas, siendo que
solo en el sector latinoamericano se entiende que Argentina cuenta con
reservas para 11 años, mientras que Brasil tiene petróleo para 18 años,
Ecuador para 34, México para 11, Colombia para 8 años y Venezuela para 201
años (OLADE, 2014 citado por Barra, 2014).
De este modo, en conseciencia a la alta demanda de energía que existe
hoy en día, la escacez de combustible, el incremento en las importanciones y
ciertas dificultades economicas, ha surgido en la comunidad internacional la
necesidad de crear alternativas de energías renovables y amigables con el
ambiente. En relación con esto, desde hace una década Sánchez & Cardona
(2005) ya hablaban sobre el tema, afirmando que “una solución renovable es
el uso de energía solar en forma de biomasa, la cual está representada en los
materiales lignocelulósicos y los cultivos de plantas ricas en energía” (p. 3).
Así, el uso de los combustibles obtenidos a partir de biomasa vegetal,
llamados biocombustibles por sus características renovables han sido un
relevante tema de estudio en la última década. Estos pueden ser obtenidos a
partir de diversos tipos de biomasa como granos de maíz, legumbres, semillas
oleaginosas, residuos agrícolas y algunos cultivos tropicales. Su producción

se traduce como la generación de una energía renovable que posee el
principal beneficio de reducir significativamente las emisiones de CO2 (Ayala y
Sandoval, 2018)
No obstante, la proyección del bioetanol como principal combustible
exige que este compuesto sea capaz de proporcionar ganancias de energías
en cuanto su sistema de producción, ofrecer significativos beneficios
ambientales, ser económicamente competitivo y no comprometer el
abastecimiento de la cadena alimentaria. (Meléndez, Velásquez, Salous y
Peñalver, 2021). Por esta razón, existen algunas controversias relacionadas
a su producción, siendo el alto costo de sus tecnologías, el rendimiento, la
alteración del sector alimentario y las modificaciones que deben sufrir los
motores para su ejecución, los principales causantes que han impedido a los
biocombustibles posicionarse como la principal fuente de energía en el mundo.
Por su parte, el bioetanol ha destacado por ser una alternativa de
combustible viable ya que además de reducir las emisiones de CO2 este puede
ser obtenido a partir de residuos agrícolas y forestales, de lo que Vásquez
(2019) menciona que el uso de esta biomasa como materia prima permite
reducir los costos de producción haciéndolo más competitivo en el mercado,
resaltando que sus propiedades y desempeño energético son aceptables en
referencia al etanol fabricado por la industria petroquímica.
Una característica resaltante de este componente es la capacidad que
posee de mezclarse con la gasolina y gasoil, incluso el empleo de etanol en
motores de encendido por chispa favorece el aumento del octanaje de la
gasolina y mejora la calidad de sus emisiones, además el uso de combustible
con concentraciones menores al 15% de etanol no requieren de cambios en el
motor (Tipian, 2015). Por lo cual, el consumo de gasolina mezclada hasta con
un 15% de etanol en el continente americano es de 637 428 300 m3, siendo
Estados Unidos (86,2 %), México (6,21 %), Brasil (2,52 %), Venezuela (2,0 %),

Colombia (0,7 %) y Argentina (0,7 %) los países que presentan un mayor nivel
de consumo (Reyes & Morejon, 2019).
El uso del bioetanol puro como combustible requiere de algunas
especificaciones especiales en los motores de combustión interna, las cuales
no son comunes en los motores convencionales en Venezuela por esta razón
resulta poco factible la posibilidad de sustituir el uso de la gasolina por este
biocombustible. Sin embargo, la reformulación de gasolina con etanol en
porcentajes aceptables es una de las mejores alternativas para contribuir a la
mitigación de la problemática, puesto que además de disminuir la cantidad de
combustible fósil que implementaría el sector energético, el etanol funciona
como oxigenante de la gasolina, lo que eleva su contenido de O2 generando
una mayor combustión y por ende disminuyendo la emisión de contaminantes
(Palencia, Folgueras y Gómez, 2014)
En el mismo orden de ideas, en Venezuela existe un gran potencial para
la creación de bioetanol a partir de residuos forestales ya que los recursos y
las actividades relacionadas con este tipo de biomasa se desarrollan
ampliamente en el territorio nacional. A su vez, los residuos forestales
generados en los urbanismos o comunidades rurales son dispuestos por los
ciudadanos o los entes gubernamentales encargados como desechos que
pueden ser ubicados en vertederos o incinerados, generando contaminación
y desperdiciando un recurso con un valor energético que puede ser
aprovechado para la obtención de bioetanol.
En este marco, La posibilidad de obtener etanol a partir de residuos
forestales para utilizarlo como aditivo en gasolina y en consecuencia lograr un
combustible con mayores beneficios resulta interesante, puesto que supone
múltiples beneficios para la problemática que envuelve a los combustibles
fósiles y a su vez explota la potencialidad que se desperdicia en la biomasa
forestal que es dispuesta como residuos o desechos.

Por tal motivo, en la presente investigación se estimó el potencial como
materia prima para la producción de etanol que posee la biomasa forestal
residual típica de la península de Paraguaná, específicamente del municipio
los Taques, posteriormente se obtuvo a nivel de laboratorio etanol a partir de
los residuos forestales y se realizaron dos mezclas de etanol-gasolina con la
finalidad de evaluar su calidad como combustible, con lo cual se logró analizar
la influencia del bioetanol obtenido en las mezclas.

1.2. Objetivos de la investigación
1.2.1. Objetivo general
Evaluar el etanol obtenido a partir de biomasa forestal residual como aditivo
en gasolina comercial.
1.2.2. Objetivos específicos
• Estimar el potencial de la biomasa forestal residual como materia prima
para la obtención de etanol.
• Obtener etanol grado combustible a partir de biomasa forestal mediante
un procedimiento a nivel de laboratorio.
• Determinar la calidad como combustible de mezclas con diferentes
proporciones de etanol-gasolina
1.3. Justificación
El agotamiento de los recursos no renovables, el elevado consumo de
energía global y la degradación ambiental que envuelven a los combustibles
fósiles han creado la necesidad de desarrollar alternativas sostenibles
realmente eficaces, con la capacidad de desarrollarse en plazos de tiempo
moderados y que utilicen materias primas disponibles que no generen
desequilibrios al sector agrícola o alimentario. En respuesta a esta

problemática se handesarrollado estudios que posicionan la producción de
biocombustibles a partir de biomasa residual como una posible alternativa de
energía renovable.
Sin embargo, existen algunos factores propios de los biocombustibles
que han impedido su implementación como fuente principal de energía en el
mundo, dichos factores se encuentran asociados principalmente a costos de
fabricación y algunos parámetros de calidad que involucran modificaciones en
los motores convencionales modernos para su aplicación. Por su parte, el
bioetanol ha resaltado por ser un compuesto que funciona como aditivo
oxigenante en la gasolina, posicionándose como una propuesta atractiva para
mitigar algunos impactos asociados a los combustibles fósiles.
En la actualidad, países como Estados Unidos, Brasil, Japón, Colombia,
India y la Unión Europea, agregan millones de litros de este componente a la
gasolina con el propósito de mejorar el rendimiento de los vehículos y reducir
la contaminación ambiental (Reyes & Morejon, 2019). En este sentido, desde
hace años el uso de bioetanol como oxigenante representa algunas ventajas,
de las que Thomas & Kwong (2001) mencionan “un mayor contenido de O2 lo
que supone un mayor octanaje, no es tóxico, reduce las emisiones de CO2 y
no contamina las fuentes de agua” (p. 16).
Por lo tanto, la obtención de etanol a partir de biomasa forestal y su
utilización como aditivo en gasolina establece un progreso favorable en la
reducción de las emisiones de CO2, el control de la escasez de los
combustibles fósiles y el aprovechamiento de residuos forestales que podrían
ser gestionados como desechos para vertederos o convertirse en materia
incinerada con el potencial para crear más contaminación.
Además, la industria de etanol ha alcanzado avances tecnológicos que
permiten su obtención a partir de materia prima celulósica como la madera,
pasto y otros materiales orgánicos que provienen de desechos

agroindustriales, los cuales, dadas sus propiedades y los bajos costos, son
atrayentes por la reducción de la contaminación ambiental (Melendez,
Velasquez, Salous, & Peñalver, 2021). Por su parte, gracias a sus actividades
económicas y los masivos recursos forestales que posee Venezuela, la
producción de energía mediante el aprovechamiento de biomasa forestal es
factible.
En relación con esto, FORAGRO (2018) señala que “las tierras arables y
los recursos forestales en Venezuela tienen una disponibilidad tal que
permitirían proveer de alimentos y biocombustibles a otros países” (p. 17).
Específicamente, en el municipio Los Taques del estado Falcón, existe una
gran cantidad de plantas con un importante contenido de celulosa que son
podadas en la limpieza de terrenos y dispuestas como residuos en rellenos
sanitarios u otros terrenos para su descomposición natural, incluso en ciertos
casos comunidades optan por la incineración de dichos residuos, ignorando
por completo su potencial.
Basándose en este planteamiento, se consideró necesario la evaluación
del bioetanol obtenido a partir de residuos forestales como aditivo en gasolina,
puesto que la transformación energética de esta biomasa permite el
aprovechamiento de un abundante recurso que no se destina a ningún otro fin,
así mismo su uso reduce la contaminación ambiental que pueden generar las
malas prácticas que se realizan para su eliminación posterior a la poda y a su
vez ofrece un aporte para disminuir la cantidad de gases contaminantes que
se producen por la quema de combustible convencional.
1.4. Alcance y delimitación
En el presente proyecto, se evaluó el etanol obtenido a partir de
residuos forestales como aditivo en gasolina mediante el desarrollo de
pruebas, análisis y estudios que permitieron la obtención de bioetanol a nivel
de laboratorio para su posterior evaluación como carburante al ser mezclado

con gasolina comercial. Para esto se implementó como biomasa una mezcla
de residuos forestales típicos del municipio los Taques y se realizó la
estimación del potencial que posee dicha biomasa como materia prima para la
obtención de bioetanol calculando el Índice de Disponibilidad (IDI) y el Índice
de Adecuación (IDA) siguiendo la metodología planteada por Manrique,
Franco, Núñez y Seghezzo (2011), la cual se detalla en el apéndice 1.
Así mismo, se recolectaron los residuos en la zona de estudio y se
acondicionaron para el proceso experimental. La biomasa se caracterizó
determinando el porcentaje de humedad, densidad, pH, contenido de celulosa
y lignina. Se realizaron pruebas preliminares para definir el procedimiento
experimental que se aplicaría y posteriormente se obtiene etanol sometiendo
la biomasa seleccionada a pretratamiento físico y alcalino, hidrólisis ácida y
fermentación. El alcohol producido fue purificado repitiendo la técnica de
destilación simple hasta conseguir la concentración deseada.
Además, se prepararon dos mezclas de bioetanol-gasolina al 10% y
15% de bioetanol y se evaluó su influencia como aditivo en gasolina, para esto
se sometieron las muestras a destilación atmosférica, prueba de corrosión y
ensayo de la llama. Por su parte, la presente investigación fue llevada a cabo
en las instalaciones de los laboratorios de química de la Universidad Nacional
Experimental Francisco de Miranda, núcleo el Sabino en un periodo
comprendido desde Mayo hasta Septiembre del año 2022.

CAPÍTULO II
MARCO TEÓRICO
En este capítulo se presentan los fundamentos teóricos e investigaciones
relacionadas al tema de estudio, los cuales sirvieron como referencia para el
desarrollo de los objetivos y el análisis de los resultados obtenidos en este
proyecto. De esta forma se inicia con los antecedentes de la investigación en
el ámbito nacional e internacional, seguido de la operacionalización de las
variables que permitieron definir claramente la manera en cómo se debía
observar cada característica de estudio y finalmente se detallan las bases
teóricas que dan fundamento a esta investigación.
2.1. Antecedentes
Gracias al gran auge que envuelve el uso del etanol como aditivo en la
gasolina se encontraron varios estudios que guardan relación con la presente
investigación titulada evaluación de etanol obtenido a partir de biomasa
forestal como aditivo en gasolina, los cuales fueron consultados en distintas
bases de datos y se catalogaron cronológicamente de acuerdo con su origen.
En el contexto internacional, Torres, Molina, Pinto y Rueda (2002) en
conjunto con la Universidad Industrial de Santander y el Instituto Colombiano
del Petróleo (Ecopetrol) desarrollaron un estudio sobre la evaluación de las
propiedades físico-químicas en mezclas de gasolina con etanol anhídrido,
donde establecieron los parámetros que se requieren en la gasolina base para
que al mezclarse con un 10% de etanol cumpla con los rangos legales de
calidad. La Presión de Vapor de Reid (RVP) y el Índice Antidetonante (IAD)
fueron las principales propiedades analizadas en mezclas de gasolina con 5%,
10% y 15% de etanol.
Además, los autores señalaron que el índice antidetonante y la presión
de vapor de la gasolina se incrementan con la adición de etanol, así mismo

determinaron la tolerancia de agua en las mezclas de gasohol, la cual se
incrementa con la temperatura y con la concentración de etanol. También se
caracterizaron cada una de las mezclas implementado procedimientos
estandarizados de American Society for Testing and Materials siendo los más
resaltantes los aplicados en la estimación de la densidad, la gravedad API, el
índice de refracción, la destilación atmosférica, la corrosión en lámina de
cobre, el número de octano y el poder calórico.
Los resultados de la investigación sugieren que la presión de vapor
optima de las gasolinas base debe estar en un rango de 46,18 a 47,58 Kpa y
el índiceantidetonante debe estar en el rango de 75 a 76 para gasolina regular
y de 84 a 85 para gasolina extra, de esta forma al mezclar el combustible con
etanol a una proporción del 10% los parámetros de calidad se mantendrán
bajo el límite esperado. La información expuesta en la investigación fue de
utilidad comparativa para los procedimientos desarrollados en la preparación
y caracterización de las mezclas de gasolina-etanol en la presente
investigación, principalmente en el desarrollo de las pruebas de destilación
atmosférica y corrosión a la lámina de cobre realizado a las mezclas.
Por otra parte, Montiel y Romero (2015) presentaron una investigación
en la Universidad Nacional Autónoma de Nicaragua sobre “Obtención de
bioetanol a partir de la coronta (olote) del maíz variedad HS-5, por el método
de hidrólisis ácida diluida – fermentación separada”. En el trabajo científico se
caracterizó la coronta del maíz siguiendo los procedimientos de la norma
TAPPI, presentando en su composición 0,20% de humedad, 0,1140% de
cenizas, 0,3627% de extractivos totales, 36,7052% de celulosa, 19,72% de
lignina y 43,5676% de hemicelulosa. Los autores implementaron la hidrólisis
ácida a una temperatura de 100 ºC durante un tiempo de 1,5 horas obteniendo
como resultado 20 gramos de celulosa, una concentración de ácido de 7% y
una respuesta de 38% de azúcares reductores totales cuantificados mediante
el método espectrofotométrico DNS.

Así mismo, la fermentación del producto hidrolizado se realizó con un
porcentaje en masa de 12% de levadura saccharomyces cerevisiae y tuvo una
duración de 8 días generando el bioetanol con un rendimiento del 30% para
todo el proceso. De esta investigación se tomaron los procedimientos
aplicados para la determinación de la celulosa y la lignina en biomasa
lignocelulósica, los cuales como se mencionó anteriormente son basados en
la normativa TAPPI, a su vez los datos que se presentan funcionaron como
rangos de referencia al compararse los resultados obtenidos en la fabricación
de etanol a partir de la coronta de maíz con los obtenidos en este estudio.
De manera análoga, en el año 2015 Ávila desarrolló un trabajo de
investigación destinado a la obtención de bioetanol de segunda generación a
partir del pericarpio de maracuyá (Passiflora edulis f. flavicarpa) mediante un
proceso que consistió en el pretratamiento, hidrólisis ácida y posterior
fermentación de la biomasa. El pretratamiento químico se realizó con el
propósito de eliminar la lignina usando una solución alcalina, las variables de
operación de la hidrólisis ácida fueron establecidas a través de un análisis
estadístico que determinó las condiciones óptimas del proceso, siendo estas
una concentración de ácido sulfúrico de 5%, presión de 15 psi, temperatura de
100 °C y un tiempo de 30 minutos, por su parte la fermentación se llevó a cabo
a una temperatura de 30 °C, pH de 4,5 y agitación orbital de 200 rpm, utilizando
el microorganismo Saccharomyces cerevisiae como fermento.
La máxima concentración de azúcares reductores alcanzada en la
hidrólisis ácida fue de 9,82 g/l, por su parte el rendimiento del etanol obtenido
fue de 0,35% valor que es catalogado por el autor como bajo. También, en la
investigación se realizó la caracterización de la biomasa la cual dio como
resultado un porcentaje de holocelulosa de 48%. El pretratamiento químico
alcalino aplicado a la biomasa forestal en la presente investigación se realizó
tomando como referencia la metodología expuesta por Ávila en su estudio.

En este mismo marco, en año 2017 Bustamante presento el trabajo de
grado titulado “Obtención de etanol a partir de residuos de poda de parques y
jardines de la ciudad de Jaen – Perú” en la Universidad Nacional de
Cajamarca. En el estudio científico se recolectaron residuos vegetales que
fueron triturados y pretratados en un recipiente con agua durante 6 días para
eliminar parte de la lignina y posteriormente se esterilizo en una autoclave a
una temperatura de 121ºC y 1 atm de presión.
La degradación de la celulosa se llevó a cabo mediante el tratamiento
con caldos peptonados, a los cuales se les agrego bacterias y hongos
celulíticos por separado, iniciando con el tratamiento de bacterias celulíticas
durante 6 días y seguidamente con el tratamiento de inoculo de hongos
celulíticos durante 10 días, al finalizar el tiempo indicado se realizó la lectura
de las muestras en el espectrofotómetro resultando 250 mg/dl de glucosa en
500 gramos de muestra.
Al finalizar los procedimientos de degradación se realizó fermentación
con levadura Saccharomyces cerevisiae durante 4 días haciendo movimientos
de rotación 4 veces durante cada día, transcurrido el tiempo se procedió a la
destilación donde se obtuvo 4,2 mL del alcohol, cifra que el autor cataloga
como deficiente y evalúa la presencia de otros tipos de azúcares como xilosa
y arabinosa en la biomasa a fermentar y sugiere que la levadura implementada
solo utiliza como sustrato a la glucosa, la galactosa y la manosa en la
conversión del alcohol.
Debido a estos resultados, el autor recomienda el uso combinado de las
levaduras Saccharomyces cerevisiae y Picchia stipitis para la fermentación
secuencial de la glucosa y xilosa respectivamente. Los datos proporcionados
por el autor de la investigación fueron implementados como referencia para
evaluar los resultados obtenidos en el procedimiento experimental

desarrollado en la obtención del bioetanol, siendo relevantes ya que la
biomasa implementada también son residuos forestales.
En el contexto local, Catarí J (2008) desarrollo un trabajo de investigación
en la Universidad Nacional Experimental Francisco de Miranda titulado
“Propuesta para el aprovechamiento energético de la biomasa forestal del
municipio Los Taques en el Estado Falcón” estudio en el que a través de un
trabajo de campo se estimó la cantidad de biomasa generada en el
mencionado municipio, siendo esta aproximadamente de 678.236 toneladas
al año. A su vez, se realizó la caracterización de la biomasa forestal, análisis
que revelo un bajo contenido de humedad, un bajo contenido de cenizas y un
alto porcentaje de material volátil, además de esto, el autor señala que la
biomasa estudiada presenta una composición química y un poder calorífico
que la convierten en biomasa con potencial de aprovechamiento energético.
A su vez en el proyecto de investigación se diseñó un sistema de
aprovechamiento energético y se establecieron todas las etapas necesarias
para el diseño del proceso. Este trabajo de investigación proporciono
información de interés para el desarrollo del presente estudio, en referencia a
este se seleccionaron las especies forestales más abundantes del municipio
los Taques según las proporciones expuestas por el autor, también se
verificaron los valores obtenidos en la caracterización de las especies para
tomarlos como referencia y compararlos con los obtenidos en esta
investigación.
Flores (2011) de la Universidad Nacional Experimental Francisco de
Miranda, desarrollo en el estado Falcón la investigación “Evaluación del etanol
obtenido a partir de residuos forestales como aditivo en combustible para
motores de combustión interna”. El autor señala en la investigación el potencial
del bioetanol como aditivo en la gasolina y el dilema que la implementación de
alimentos como materia prima para su producción ha provocado en la

industria. Con el propósito de aprovechar los recursos renovables de la región,
determino algunas propiedades químicas en diferentes mezclas de biomasa
forestal y en base a los resultados del contenido de humedad (15,75%),
carbono orgánico (39%) y celulosa (33,2) planteo el uso de esta para la
fabricación de etanol.
En este sentido, realizó un estudio experimental y logró definir las
condiciones de procesonecesarias para la producción de etanol en un
laboratorio, utilizando como materia prima residuos forestales del municipio los
Taques. El proceso se basa principalmente en la hidrólisis ácida de la biomasa
y su posterior fermentación durante 7 días con la levadura Saccharomyces
cerevisiae. El objetivo del estudio fue implementar el etanol obtenido como
aditivo en gasolina y analizar la calidad, el rendimiento y las emisiones de
gases producidas por mezclas de gasolina-etanol con diferentes proporciones
en motores de combustión interna.
La caracterización de las mezclas de gasolina-etanol se realizó mediante
la determinación de los parámetros de destilación atmosférica, presión de
vapor y estabilidad a la oxidación, verificando de esta forma que la calidad de
los combustibles cumplía con la normativa correspondiente. Las pruebas
realizadas en el motor dieron como resultado un buen desempeño en todos
los casos, los gases de escape producidos en las pruebas fueron sometidos a
un convertidor catalítico para su posterior valoración, en la cual el autor indica
que al aumentar la concentración de etanol disminuye la cantidad de gases
emitidos.
De esta investigación se tomó como referencia el procedimiento
experimental implementado en la hidrólisis ácida y la fermentación de la
biomasa para la obtención de etanol, sirviendo de guía para establecer las
variables analizadas en la investigación. A su vez, se compararon los valores
obtenidos en la caracterización de los residuos forestales, específicamente el

contenido de celulosa de la biomasa utilizada y se repitió la prueba de
permanganato de potasio para la identificación de alcoholes en la solución
resultante del proceso de destilación. También, sirvió de referencia para
comparar los valores obtenidos en la destilación atmosférica de las mezclas
etanol-gasolina.
Lugo y Quiñonez (2013) de la Universidad Nacional Experimental
Francisco de Miranda, plantearon en su trabajo especial de grado titulado
“Evaluación de la producción de bioetanol a partir de residuos forestales
mediante hidrolisis enzimática” un procedimiento experimental para la
obtención de etanol a partir de residuos forestales por hidrolisis enzimática. En
el trabajo de campo se establecieron 4 etapas: pretratamiento de la biomasa,
hidrolisis enzimática, fermentación y por último destilación del bioetanol. En la
primera fase, la biomasa fue acondicionada con un pretratamiento alcalino en
autoclave utilizando hidróxido de sodio diluido al 6% a una temperatura de
121°C y 15 psi de presión durante 30 minutos y al finalizar se ajustó el pH a
4.8.
Posteriormente se desarrolló la hidrolisis enzimática utilizando un
extracto enzimático obtenido del trichoderma sp al 20% v/v en relación con el
sustrato a una temperatura de 50 °C por un periodo de 48 horas.
Seguidamente se realizó la fermentación de glucosa utilizando saccharomyces
cerevisiae con una concentración del 50% v/v respecto al hidrolizado, a una
temperatura de 30 °C por 6 días. Finalmente se destilo el fermentado para la
purificación del etanol. La evaluación de la producción de bioetanol a partir de
residuos forestales mediante hidrólisis enzimática dio como resultado 12,8 g
de bioetanol por cada 100 g de residuos forestales, lo que equivale a un
rendimiento total del proceso de 12,8% m/m.
El trabajo descrito fue de sumo interés para esta investigación y se tomó
como referencia para establecer la concentración de la levadura en unidades

formadoras de colonias (UFC) para el proceso fermentativo, además sirvió
como patrón de comparación para evaluar los rendimientos obtenidos en el
proceso experimental y verificar las características generales del etanol
obtenido a partir de residuos forestales típicos del estado Falcón.
2.2. Operacionalización de las variables
En la tabla N°1 se presenta una esquematización de todas las variables
de operación que fueron manipuladas en la investigación y sirvieron como
base para lograr el cumplimiento de los objetivos.
Tabla 1. Cuadro de operacionalización de variables
Objetivo general: Evaluar el etanol obtenido a partir de biomasa forestal residual
como aditivo en gasolina
Objetivo especifico Variable Dimensión Indicadores
Estimar el potencial de la
biomasa forestal residual
como materia prima para la
obtención de etanol.
Biomasa
forestal
residual
Potencial de la
biomasa forestal
• Índice de
Disponibilidad (IDI)
• Índice de
adecuación (IDA)
Obtener etanol grado
combustible a partir de
biomasa forestal mediante
un procedimiento a nivel de
laboratorio.
Etanol
Caracterización
de la materia
prima
• Porcentaje de
humedad
• Densidad
• pH
• Contenido de
celulosa
• Contenido de
lignina
Pretratamiento
físico
Diámetro de partículas
de biomasa
Pretratamiento
químico Eliminación de lignina
Hidrólisis Contenido de azúcares

Fermentación
• pH
• Concentración de
levadura
• Tiempo de
fermentación
• Variación del
contenido de
azúcares
• Temperatura
Destilación
• Pureza del etanol
Caracterización
del alcohol
• Aspecto
• Color
• pH
• Solubilidad
• Densidad
Determinar la calidad
como combustible de
mezclas con diferentes
proporciones de etanol-
gasolina.
Mezclas
etanol -
gasolina
Calidad de las
mezclas
Parámetros de calidad
de combustible
establecidos en
normativas nacionales
e internacionales.
Fuente: Autor (2022)

2.3. Bases teóricas
2.3.1. Biomasa
Se entiende como biomasa a toda la materia orgánica que puede ser
utilizada como fuente de energía. Es la fracción biodegradable de los
productos y residuos de origen biológico procedentes de la agricultura, la
forestación y sus industrias asociadas, así como también la fracción orgánica
de los desperdicios municipales e industriales (EPEC, 2015). La biomasa fue
la fuente de energía más importante en el mundo antes de la revolución
industrial, cuando esta fue desplazada por los combustibles fósiles gracias a
su alto rendimiento y costos de producción.
La energía que contiene la biomasa proviene de la energía solar y el
proceso denominado fotosíntesis, donde las células vegetales adsorben la
energía lumínica del sol, el agua del suelo y el CO2 de la atmosfera,
almacenando en ellas sustancias orgánicas que pueden convertirse en
energía y liberando oxígeno durante el proceso, posteriormente, al alimentarse
de las plantas los animales incorporan y transforman esta energía generando
residuos que también tienen un valor energético (Herguedas & Taranco, 2012).
Así, la biomasa se considera renovable porque su energía procede del sol y
se puede cultivar o potenciar su desarrollo productivo, sin embargo, es
importante resaltar que para cumplir con la característica de renovable esta
materia se debe producir a la misma velocidad de consumo, evitando la
sobreexplotación de los recursos naturales.
2.3.1.1. Características energéticas de la biomasa
Los estudios que se realizan para conocer si el proceso de conversión es
viable requieren considerar algunos parámetros propios de la biomasa que
contiene un valor energético aceptable, siendo los más resaltantes:

• Composición química: Esta formada por una parte orgánica, una
inorgánica y agua. Para conocer La composición química de la
biomasa se realizan análisis de los elementos más importantes, como
carbono, hidrógeno, nitrógeno, azufre y en algunos casos cloro.
También contiene oxígeno, pero este elemento no se determina
directamente, sino que se calcula a partir de la diferencia entre el peso
total y la suma del resto de elementos más las cenizas (Herguedas &
Taranco, 2012).
• Contenido de humedad: Es la relación de la masa de agua contenida
por kilogramo de materia seca. Rodríguez (2012) indica que en cuanto
menorsea el contenido de humedad mejor será el valor calorífico de
esa biomasa y su proceso de combustión, ya que cuando se quema la
biomasa, primero hay que evaporar el agua antes de que el calor esté
disponible.
• Porcentaje de cenizas: Este parámetro revela la cantidad de materia
sólida no combustible por kilogramo de materia prima que tiene la
biomasa tratada, lo conveniente es que sea el menor posible.
• Poder calorífico: Determina la energía disponible en la biomasa,
siendo la energía que se libera en forma de calor cuando la biomasa
se quema completamente. Herguedas & Taranco (2012) señalan que
“el poder calorífico superior es aquel calor que se produce en la
reacción de combustión, y el inferior es el realmente aprovechable” (p.
31). En el caso de la biomasa residual húmeda el contenido energético
se determina en función del poder calorífico del producto obtenido en
su tratamiento.
• Densidad aparente: Es el peso por unidad de volumen de la biomasa.
Entre mayor es la densidad aparente la relación de energía por unidad
de volumen se ve más favorecida (EPEC, 2015).

2.3.2. Biomasa lignocelulósica y su composición
Es la biomasa de origen vegetal que corresponden a la parte no
comestible de los cultivos, su fuente son los bosques, cultivos agrícolas,
residuos de cosechas y de podas de jardines, así como algunos restos de la
industria de la madera y del papel. Está compuesta principalmente por la
celulosa, hemicelulosa y la lignina, los cuales son biopolímeros que se
encargan de dar resistencia a los ataques químicos, físicos y biológicos que
recibe este tipo de biomasa.
2.3.2.1. Celulosa
Es un polímero de cadena lineal, insoluble en agua y estructuralmente
heterogénea. Torres (2016) señala que esta “tiende a formar enlaces intra e
intermoleculares por medio de sus puentes de hidrógeno, concediendo
regiones cristalinas amorfas altamente ordenadas. Las regiones de alta
cristalinidad son difíciles de penetrar por disolventes y reactivos, mientras que
las regiones amorfas (de bajo ordenamiento) son más accesibles a todas las
reacciones químicas” (p. 20)
2.3.2.2. Hemicelulosa
Es un heteropolisacárido compuesto también de algunos monómeros de
azúcar de la glucosa. Se conocen diferentes tipos de hemicelulosas en las
plantas, siendo los xilanos, mananos, glucanos, galactanos y galacturanos los
más importantes (Abril & Navarro, 2013, p. 75). En general, las hemicelulosas
y en particular los xilanos, pueden ser solubilizados de manera eficiente por la
hidrólisis en medio ácido débil (Torres, 2016). Para lograr una solubilización
de la glucosa presente en la celulosa, en proporción semejante a la que se
logra con las hemicelulosas, se requiere un tratamiento mucho más drástico
de hidrólisis ácida, o una combinación de hidrólisis ácida-tratamiento
enzimático (Thompson N., 1983).

2.3.2.3. Lignina
Según Torres (2016) “es un polímero fenólico ramificado y amorfo que se
encarga principalmente en dar una fuerza a la estructura de la pared” (p. 48)
proporcionando características favorables de madera a las células de las fibras
de los tejidos leñosos. Los materiales lignocelulósicos con bajo contenido de
lignina están compuestos principalmente por unidades de alcohol coniferílico
y pequeñas cantidades de alcohol sinapílico y trazas de alcohol p-cumarílico,
los materiales con alto porcentaje de lignina tienen igual cantidades de
unidades p-cumerílico y sinapílico (Ines, Josseph, & Jariana, 2007 p. 1655).
La composición de la lignina puede variar dependiendo de las características
de cada material, así mismo como su método de extracción.
2.3.2.4. Extractivos
Son compuestos orgánicos de bajo peso molecular y se encuentran
presentes en los materiales lignocelulósicos, pueden extraerse con
disolventes orgánicos o mezclas de estos, tales como etanol-benceno,
cloroformo y otros (Abril & Navarro, 2013, p. 78). A continuación, se presenta
en la tabla N°2 la composición química de varios tipos de biomasa
lignocelulósica:
Tabla 2. Estructura química de materiales de biomasa lignocelulósica.
Componente
%
Coníferas
Maderas
duras
Bagazo de
caña
Cascarilla de
arroz
Celulosa 40-45 40-50 43-47 34-36
Hemicelulosas 20-27 23-33 28-32 24-30
Lignina 25-30 18-23 20-22 22-23
Extractivos 4 1,5-2 2,5-3 2-3
Cenizas 2-4 1,5-3,5 1,5-2,5 17-19
Fuente: Abril & Navarro (2013, p)

2.3.3. Residuos forestales
Es un tipo de biomasa lignocelulósica, son restos originados en los
tratamientos de clareas, podas y desbroces que se realiza a las masas
forestales con el propósito de explotación o por el mantenimiento de áreas
verdes. Las ramas, leños, piñas y restos de poda son ejemplos de residuos
forestales que se encuentran en abundancia en Venezuela. Al ser residuos
tienen un escaso valor desde el punto de vista de la fabricación de productos,
por lo tanto, no pueden ser aprovechados por la industria de transformación
de madera, denominándose de esta forma biomasa residual.
Los tratamientos silvícolas convencionales (cortas, podas, claras,
desbroces, apertura de vías, acciones para la prevención de incendios, etc.)
crean residuos de volumen y condiciones de extracción variable. La
integración de esta biomasa en una actividad comercial como lo es la
producción eléctrica facilita su recogida, previene el inicio y propagación de los
incendios forestales, crea empleo en aquellas zonas y rentabiliza las labores
forestales (Agencia Extremeña de la Energía, 2013).
Catarí (2008) señala en su propuesta para el aprovechamiento
energético de la biomasa forestal residual del municipio Los Taques que “se
estima una disponibilidad de esta de 678,236 ton/año en la zona mencionada”
(p. 71) y las especies más comunes son las denominadas coloquialmente
como cují yaqué, cují jardín, urupaguita, yabo zuliano y pasto común, de los
cuales diferentes estudios realizados en la Universidad Nacional Experimental
Francisco de Miranda afirman que poseen una composición química y poder
calorífico que les permiten ser implementados como materia prima para su
aprovechamiento energético.
Las propiedades físico-químicas de la biomasa forestal, varían
dependiendo de su naturaleza y origen, en el caso del contenido de celulosa,
hemicelulosa y Lignina Natagaima (2018), citando a Sun & Cheng (2002)

reporta los porcentajes para los desechos de pasto, las hojas, hierba bermuda
y pastos de crecimiento rápido, los cuales se presentan en la tabla N°3.
Tabla 3. Contenido de celulosa, hemicelulosa y lignina en algunos residuos
forestales.
Biomasa forestal
Celulosa
(%)
Hemicelulosa
(%)
Lignina (%)
Desechos de pasto 25-40 35-40 18-30
Hojas 15-20 80-85 0
Hierba bermuda 25 35-37 64
Pastos de crecimiento
rápido
45 31,4 12
Fuente: Natagaima (2018).
Igualmente, el contenido de humedad, carbono y celulosa varían según
la naturaleza de su composición. Flores (2013) logro determinar estos
parametros en una mezcla de biomasa forestal obtenida en el municipio los
Taques resportando valores de 15,75%, 39% y 33.2% respectivamente, para
los cuales el autor afirma que son valores aceptables para su aprovechamiento
como materia prima en la elaboración de etanol.
Para complementar información sobre la composición química de los
residuos forestales típicos del municipio los Taques, se recolectaron datos de
interés sobre el contenido de celulosa, lignina y extractivos de plantas que se
desarrollan con facilidad en zonas áridas por lo que cuentan con
características similares a las que presentan los residuos forestales generados
por la poda y corte de las especies que se encuentran en la zona de estudio
ya mencionada, dichos datos se reflejan en la tabla 4.

Tabla 4. Composición química de plantas típicas en zonas áridas.
Especie
Celulosa
(%)
Lignina (%)Extractivos solubles
el etanol-benceno
(%)
Desechos de pasto 25-40 18-30 -
Pastos de crecimiento
rápido.
45 12 -
Maderas duras 40-50 25-30 1,5-2
Prosopis Juliflora 36,5 20,6 5,3
Prosopis Juliflora 30,80 - -
Prosopis alba gris - 22-24 11,54
Prosopis torquata - 26-27 2,28
Cercidium australe - 21-22 6,49
Calliandra calothyrsus - 22 -
Castela erecta var texana 8 22 -
Pasto maralfalfa
(Pennisetum glaucum)
33-34 16,18 10,77
Pasto Urochloa brizantha
cv.
42,1 17,4 10,2
Cercidium floridum 4,5 – 12,1 12 – 17 -
Prosopis sp. 11 - 14 9,5 – 12,1 -
Fuente: Recopilado por el autor (2022)
2.3.4. Bioetanol
El bioetanol es un producto orgánico de fórmula química CH3CH2OH
compuesto por alcohol etílico anhídrido desnaturalizado y denominado etanol
de biomasa al ser obtenido a partir de fuentes de la fermentación de materias
primas vegetales ricos en azúcares, almidones o materiales lignocelulósicos.
Por su parte el etanol sintético es un líquido inflamable e incoloro, fabricado en
refinerías a partir de etileno con fines industriales, posee un alto octanaje y

solubilidad con la gasolina. El bioetanol y el etanol sintético son químicamente
indistinguibles, ambos están conformados por el mismo compuesto, la única
diferencia radica en la composición isotópica de los átomos de carbono
(Tamers, 2006).
2.3.4.1. Producción mundial del bioetanol
La producción de bioetanol ha aumentado considerablemente en la
última década gracias al crecimiento acumulado que ha presentado el
consumo de este combustible a nivel internacional, el cual alcanzó para el
2019 los 115 millones de metros cúbicos, según el Instituto Interamericano de
Cooperación para la Agricultura (2020). Torroba (2020) asegura que los cinco
países productores de bioetanol son Estados Unidos, Brasil, China, India y
Canadá seguidos por Tailandia, Argentina, Francia y Alemania, otorgando los
porcentajes de participación especificados en el gráfico 1.
Gráfico 1. Principales países productores de bioetanol en el mundo

Fuente: Torroba (2020)
Las materias primas más utilizadas para la producción de bioetanol son
el maíz y la caña de azúcar. El Instituto Interamericano de Cooperación para
53%
28%
4%
3%
1%
11%
Distribución porcentual de la producción de bioetanol en el
mundo
Estados Unidos
Brasil
China
India
Canadá
El resto de paises con una participación importante de Tailandia, Argentina,
Francia y Alemania.

la Agricultura (2020) indica que se utilizaron más de 170 millones de toneladas
de maíz para la producción de bioetanol, siendo Estados Unidos, Canadá,
Argentina y varias naciones de la Unión Europea los principales países donde
se utiliza este cereal. Por su parte la organización asegura que se destinaron
más de 370 millones de toneladas de caña de azúcar para el mismo fin,
destacando Brasil, Paraguay, Colombia, Argentina y varios países de la Unión
Europea como los pioneros en la producción de etanol a partir de este material.
La remolacha azucarera, la mandioca y algunos materiales lignocelulósico son
otro tipo de materia prima implementada en esta industria, aunque su
producción a gran escala aún no se ejecuta de forma masiva.
2.3.4.2. Alcohol a partir de biomasa lignocelulósica
Consiste en la hidrólisis de la celulosa a glucosa y de las hemicelulosas
a xilosa y otros azúcares, la fermentación a etanol del producto hidrolizado y
la posterior destilación de las soluciones para lograr la obtención del alcohol.
En este caso, el proceso de hidrólisis puede ser de carácter enzimático o ácido,
sin embargo, Gómez & Bello (2018) afirman que “la hidrólisis enzimática de la
celulosa es un paso limitante en la producción de etanol de segunda
generación, debido a que se necesitan cocteles enzimáticos complejos para
su despolimerización, aunado a la complejidad del arreglo estructural de los
componentes de los residuos lignocelulósicos que dificultan su hidrólisis” (p.
16).
A continuación se presentan en la figura 1 los procesos involucrados en
la producción de bioetanol a partir de los tres tipos de materias primas
mencionadas:

Figura 1. Fuentes de obtención del etanol

Fuente: Autor (2022)

2.3.5. Técnica bioquímica para la obtención de etanol a partir de biomasa
lignocelulósica
La biomasa lignocelulósica está formada principalmente por una matriz
de carbohidratos compuesta de celulosa y lignina enlazada por cadenas de
hemicelulosa (Sanchez & Ariel, 2005). Como ya se mencionó, la celulosa y
hemicelulosa deben ser hidrolizadas a azúcares simples, para luego ser
fermentados y así lograr obtener bioetanol. Dada su compleja estructura, este
tipo de materia prima debe ser pretratada con la finalidad de desintegrar esta
matriz y reducir el grado de cristalinidad de la celulosa, adecuándola para el
proceso de hidrólisis.

2.3.5.1. Pretratamiento
Varios autores catalogan están etapa como una fase distintiva de este
proceso, existen una gran cantidad de pretratamientos para la biomasa, siendo
el más importante la molida o astillado de la materia para reducir el tamaño de
las partículas. El propósito primordial del pretratamiento es facilitar la
penetración de los agentes químicos en la hidrólisis.
2.3.5.1.1. Pretratamientos físicos
Se aplican procedimientos mecánicos para reducir el tamaño de las
partículas al menor diámetro posible, un ejemplo es el corte, trituración,
molienda y astillado de la biomasa. Así mismo, los pretratamientos térmicos
también son implementados en este proceso, puesto que al calentar la materia
prima a un rango de 150-180ºC es posible solubilizar la hemicelulosa y la
lignina (Montiel & Romero, 2015), este tipo de tratamiento puede ser realizado
mediante el uso de vapor o de agua líquida a altas temperaturas. En los últimos
años, algunas investigaciones han estudiado el uso del ultrasonido en el
acondicionamiento de biomasa lignocelulósica, reportando resultados
aceptables.
En este sentido, los pretratamientos físicos implementados para
disminuir el tamaño de las partículas de biomasa son aplicados con el fin de
disminuir la cristalinidad de las redes que conforman la pared celular que usan
como protección estructural los materiales lignocelulósicos, lo que permite
aumentar la accesibilidad a la celulosa y en consecuencia se facilita la
conversión de azúcares.
2.3.5.1.2. Pretratamientos químicos
Según Abril & Navarro (2013) este procedimiento “implementa productos
químicos con la finalidad de romper radicales finales y degradar la
hemicelulosa y la lignina” (p. 80). Existen varios pretratamientos químicos que

se aplican en función de la biomasa tratada, la oxidación húmeda mediante la
adición de peróxido de hidrógeno o ácido peracético a la biomasa sumergida
en agua y la pre-hidrólisis alcalina con una solución de NaOH son los más
reconocidos.
Varios autores reportan resultados satisfactorios en la degradación de la
lignina al aplicar una solución 0,1 N de NaOH a temperaturas comprendidas
entre los rangos de 30 – 60 °C, es necesario agregar sulfato de calcio a dicha
solución para que no ocurra la degradación de la celulosa. El uso de este
pretratamiento disminuye significativamente el tiempo de las hidrólisis a las
que deben ser sometidas las biomasas lignocelulósicas para la conversión de
la celulosa a azúcares reductores. También existen tratamiento con ozono y
algunos solventes orgánicos como el ácido clorhídrico o el ácido sulfúrico.
2.3.5.1.3. Pretratamientos biológicos
Estos procedimientos aplican enzimas y microorganismos, como hongos
de podredumbre blanca para degradar la hemicelulosa y romper la red de
lignina, eliminando las barreras que protegen a la celulosa y haciéndola más
accesible al posterior ataque que aplica en la hidrólisis (Montiel & Romero,
2015).
2.3.5.2. Hidrólisis
La