Biodiesel - Portugues

  • View
    3

  • Download
    0

Embed Size (px)

DESCRIPTION

bn

Text of Biodiesel - Portugues

  • www.scielo.br/eqVolume 34, nmero 4, 2009

    37

    Otimizao da produo de biodiesel a partir de leo de coco babau com aquecimento por microondas

    Ulisses Magalhes Nascimento*, Antnio C. S. Vasconcelos e Eduardo Bessa AzevedoNcleo de Biodiesel. Departamento de Qumica, Centro de Cincias Exatas e Tecnologia, Universidade Federal do Maranho, CEP

    65080-040. So Lus MA.

    Fernando Carvalho SilvaLaboratrio de Desenvolvimento de Tecnologias Ambientais. Instituto de Qumica de So Carlos, Universidade de So Paulo, CEP

    13560-970. So Carlos SP.

    Resumo:As reaes sob aquecimento por microondas geralmente apresentam significativa re-duo no tempo de reao e elevados rendimentos. Portanto, o objetivo desse trabalho foi adap-tar um forno de microondas domstico de forma adequada e segura para realizao de reaes de transesterificao, e otimizar o processo de produo de biodiesel por microondas usando leo de coco babau como matria prima. Para este fim, foi usado um planejamento composto central no qual se variou o tempo de irradiao, concentrao de KOH e razo leo:metanol. Anlises estatsticas foram feitas para avaliarem a significncia do modelo usado. As condi-es experimentais timas foram: razo leo:metanol, 8,59, concentrao de KOH, 2,19%, tempo de irradiao, 70 segundos, dando rendimento de aproximadamente 100%.

    Palavras-chave: Biodiesel, Microondas, Transesterificao, Babau.

    Introduo

    O leo de coco babau possui caractersti-cas interessantes para produo de biodiesel, con-siderando que a sua composio predominan-temente de cido lurico. Este fato simplifica a reao para produo de biodiesel, pois esse cido tem cadeia curta [1].

    O Biodiesel um biocombustvel obtido a partir de leos vegetais, gorduras animais ou leos de frituras usados. Comumente produzido pelo processo de transesterificao, no qual o leo reage com um lcool de cadeia curta (metanol ou etanol), na presena de um catalisador homogneo bsico ou cido. A transesterificao pode ser efe-tuada em batelada ou em fluxo contnuo utilizando aquecimento convencional. Outras metodologias para produo de biodiesel empregam fluidos su-

    percrticos, craqueamento trmico e aquecimento por microondas [2,3,4].

    Na produo de biodiesel sob aquecimento convencional, o calor transferido ao meio rea-cional a partir da sua superfcie por conduo e conveco. Sendo assim, os mtodos convencio-nais de aquecimento consomem mais energia e um tempo de produo de biodiesel na faixa de 5 a 30 minutos, para obter cerca de 90% de rendimento em steres [5,6].

    H alguns anos tem-se observado o cres-cimento do interesse na aplicao de microondas para digesto de amostra para anlises inorgni-cas e biolgicas. Alm disso, tem havido esforos crescentes para aumentar a taxa de reao de sn-teses orgnicas sob aquecimento por microondas [7].

    Os reatores de microondas so muito teis em laboratrios de Qumica, existindo no mercado

    Artigo/Article

    Ecl. Qum., So Paulo, 34(4): 37 - 48, 2009

  • Ecl. Qum., So Paulo, 34(4): 37 - 48, 200938

    ArtigoArticle

    uma grande variedade desses reatores para diver-sas finalidades, porm ainda com custos elevados, o que inviabiliza seu uso como equipamento de rotina em laboratrio. Sendo assim, muitos pes-quisadores tm optado por desenvolver projetos prprios de fabricao desses reatores ou utilizar fornos domsticos para fins laboratoriais, com ou sem adaptaes [8].

    O objetivo deste trabalho adaptar um for-no de microondas domstico para reaes de tran-sesterificao e otimizar as condies do processo de produo de biodiesel a partir do leo de coco babau com aquecimento por microondas.

    Parte Experimental Adaptao do forno de microondas

    O forno de microondas utilizado em to-dos os experimentos foi um Panasonic, modelo NN-S65BK, 220 V, 60 Hz, 35 litros, com gerador

    de microondas na faixa de freqncia de 2.450 MHz.

    Como ilustra a Figura 1, para execuo dos experimentos de transesterificao sob irra-diao de microondas foi necessrio adaptar um balo de vidro de duas bocas e um condensador de alta eficincia acoplados entre si por conec-tores de PTFE (politetrafluoretileno Teflon), entre os quais foi inserida uma grade de ao inox 304 com pequenos furos de 1,0 mm de dimetro, de forma a permitir a passagem de vapores e blo-quear vazamentos de microondas. Alm disso, foi inserido um termopar atravs de um furo de 3,0 mm de dimetro at a segunda boca do balo. Para o controle de temperatura do forno de microon-das, o termopar foi conectado a um controlador de temperatura com um adaptador eletrnico de acionamento das teclas liga e desliga de forma a automatizar o acionamento e interrupo da irra-diao de microondas.

    O prato giratrio e seu motor de rotao fo-ram retirados do forno.

  • Ecl. Qum., So Paulo, 34(4): 37 - 48, 2009 39

    ArtigoArticle

    Figura 1 - (a) Forno de microondas domstico adaptado para produo de biodiesel e (b) Parte interna do forno de microondasDeterminao da potncia do forno

    A determinao da potncia do forno de microondas adaptado foi realizada indiretamente pela medida da temperatura da gua destilada por um tempo estabelecido, contida em um erlenmeyer po-erlenmeyer po- po-sicionado no centro da cavidade do forno, local onde posteriormente seria posicionado o balo com o meio reacional. O aquecimento foi realizado por 60,0 segundos, nas potncias disponveis no aparelho (P1 a P10). A potncia (P) foi determinada pela razo entre a energia absorvida pela gua (n . CP T)e o tempo de irradiao conforme a Equao 1, onde n a quantidade de matria de gua, neste caso 55,6 mols; CP a capacidade calorfica molar da gua (75,3 J K1 mol1); T a variao de temperatura observada em K; e t o tempo de irradiao (60 s). Todos os experimentos foram feitos em triplicada e calculada a mdia aritmtica [7]

    P= n . CP T t (1)

  • Ecl. Qum., So Paulo, 34(4): 37 - 48, 200940

    ArtigoArticle

    Anlises fsico-qumicas do leo de coco babau

    O leo de coco babau utilizado nas reaes de transesterificao foi obtido no comrcio local e caracterizado seguindo metodologias normalizadas, segundo a Tabela 1.

    Tabela 1. Propriedades e mtodos para a especificao do leo de babau.

    Propriedades Mtodos

    ndice de Acidez (mg KOH/g leo) SMAOFD1 2.201

    ndice de Saponificao (mg KOH/g) SMAOFD 2.202

    Percentual dos cidos graxos SMAOFD 2.301

    Matria insaponificvel (%) SMAOFD 2.401

    ndice de perxido (meq/kg) SMAOFD 2.501

    Umidade e matria voltil (%) SMAOFD 2.602

    Viscosidade Cinemtica a 40C (mm2/s) ASTM2 D 445

    Massa especfica a 20C (kg/m3) ASTM D 4052

    Caracterizao do biodiesel a partir do leo de coco babau

    O biodiesel produzido em condies otimizadas foi submetido a alguns ensaios fsico-qumicos empregados no controle de qualidade do biodiesel, segundo a Tabela 2.

    Tabela 2. Algumas propriedades e mtodos para a especificao do Biodiesel.

    Propriedades Mtodos

    Viscosidade Cinemtica (mm2/s) a 40C ASTM D 445

    Massa especfica a 20C (kg/m3) ASTM D 4052

    Ponto de Fulgor (C) ASTM D 93

    Enxofre Total (% massa), mx. ASTM D 4294

    Teor de steres (% massa), mx. CEN* EN 14103

    *CEN Comit Europen de Normalisation

    Anlise cromatogrfica

    Para a quantificao cromatogrfica da converso dos cidos graxos do leo de babau em s-teres metlicos, utilizou-se um cromatgrafo a gs, marca VARIAN, modelo CP-3800, acoplado a um detector de ionizao em chama (CG-DIC). O cromatgrafo possui um injetor com diviso de fluxo (1:50) e uma coluna capilar de slica fundida VARIAN (5% fenil e 95% dimetilpolisiloxano) com di-menses de 30 m 0,25 mm 0,25 m. As seguintes condies cromatogrficas foram utilizadas: 1,0 L de volume de injeo; hlio com 99,95% de pureza, como gs de arraste, com um fluxo de 1,2

  • Ecl. Qum., So Paulo, 34(4): 37 - 48, 2009 41

    ArtigoArticle

    mL min1; temperaturas no detector e no injetor de 300 e 290C, respectivamente; programao de temperatura no forno de 150oC por 1 min, rampa de 150 a 240oC a 10oC min1 e 240oC por 2 min; rampa de 240 a 300oC a 15oC min-1 e 300oC por 5 min. Inicialmente injetou-se um padro de mistura de steres metlicos utilizando o mesmo mtodo, para a identificao dos picos nos cromatogramas de cada amostra de biodiesel.

    Produo do biodiesel com aquecimento por mi-croondas

    O processo de produo de biodiesel met-lico a partir de leo de coco babau (BMB) con-sistiu nas etapas descritas pelo fluxograma apre-sentado na Figura 2.

    SECAGEM(90C, 5 h)

    LEO DE COCOBABAU (50 g)

    ADIO DOCATALISADOR

    PREPARAO DOCATALISADOR

    (metxido de potssio)

    TRANSESTERIFICAOSOB MICROONDAS

    DECANTAO (12 h) EREMOO DA

    GLICERINA

    LAVAGEM CIDA(HCl a 1%)

    NEUTRALIZAO(gua destilada)

    PURIFICAO

    SECAGEM(110C, 5 h)

    Figura 2 - Fluxograma do processo de produo do BMB.

    Planejamento experimental

    Para uma avaliao mais precisa da influ-ncia das variveis sobre o rendimento da reao de transesterificao do leo de coco babau, uti-lizou-se um planejamento composto central com trs fatores, sendo os resultados avaliados atravs da aplicao de Metodologia de Superfcie de Res-posta (MSR) e Anlises de Resduos [9,10]. Para tratamento dos dados e obteno dos grficos es-tatsticos foi utilizado o programa Statistica 7.0, utilizando-se o mdulo de estimao no-linear para se obter uma equao emprica que represen-tasse os dados experimentais obtidos. A partir des-sa equao emprica, utilizou-se o pacote Solver do Excel para a obteno do ponto de mximo rendimento em teor de steres.

    Como apresentado na Tabela 3, as vari-veis avaliadas foram: razo leo/metanol, concen-razo leo/metanol, concen-trao de KOH e tempo de reao. A massa do leo de coco babau, a potncia e a temperatura usadas em todos os experimentos foram mantidos constantes em 50,0 g, 255 W (P9) e 60,0 10C, respectivamente.

  • Ecl. Qum., So Paulo, 34(4): 37 -