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Trabalho inicial de graduação de curso
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CURSO DE ENGENHARIA MECÂNICA
Felipe Santana Rosa
SECADOR PARA BIODIESEL COM A FINALIDADE DE RETIRAR A UMIDADE PROVENIENTE DO PROCESSO DE LIMPEZA DO BIODIESEL
Santa Cruz do Sul, junho de 2012
Felipe Santana Rosa
SECADOR PARA BIODIESEL COM A FINALIDADE DE RETIRAR A UMIDADE PROVENIENTE DO PROCESSO DE LIMPEZA DO BIODIESEL
Trabalho de Conclusão apresentado ao Curso de Engenharia Mecânica, da Universidade de Santa Cruz do Sul para obtenção do título de Bacharel em Engenharia Mecânica.
Orientador: Engº Prof. Jonas Álvaro Kaercher
Santa Cruz do Sul, junho de 2012
SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO .................................................................................................... 3
2. ÁREA E LIMITAÇÃO DO TEMA ......................................................................... 5
3. HISTÓRICO DA EMPRESA ................................................................................ 6
4. JUSTIFICATIVAS ............................................................................................... 7
5. OBJETIVOS ........................................................................................................ 8
5.1 Objetivo geral ...................................................................................................... 8
5.2 Objetivos específicos .......................................................................................... 8
6. REFERENCIAL TEÓRICO.................................................................................. 9
6.1 Biodiesel ............................................................................................................. 9
6.2 Histórico do Biodiesel ....................................................................................... 10
6.3 Processo de produção de biodiesel .................................................................. 11
6.4 Água e sedimentos posteriores à produção ...................................................... 13
6.5 Biodiesel de óleos e gorduras residuais (OGR) ................................................ 14
6.6 Especificações do biodiesel .............................................................................. 14
6.7 Viscosidade dinâmica do óleo ........................................................................... 18
6.8 Viscosidade cinemática do óleo ........................................................................ 19
6.9 Relação entre a viscosidade e a temperatura ................................................... 19
7. CRONOGRAMA ............................................................................................... 21
8. REFERÊNCIAS ................................................................................................ 22
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1. INTRODUÇÃO
Os óleos vegetais servindo como combustível tem datado a sua utilização
desde os anos de 1900, segundo Ramos et al. (2006)5, Rudolph Diesel, mencionou
em seu livro Die Entstehung des Dieselmotors (O Surgimento das Máquinas Diesel),
que em uma Exposição de Paris a companhia francesa Otto demonstrou o
funcionamento de um motor diesel, com óleo de amendoim trabalhando
perfeitamente.
Este fato acabou sendo deixado de lado, pois nas décadas seguintes com a
facilidade de obtenção de petróleo, pesquisas sobre outros tipos de combustíveis
diminuíram. Sendo assim, os motores diesel passaram a ser projetados para utilizar
óleo diesel fóssil como combustível. Mesmo assim, algumas pesquisas continuaram
sendo realizadas durante o século XX, para adaptar o óleo vegetal aos motores
diesel (BRANDT, 2011)1.
A partir de 1967, data da guerra entre países árabes contra Israel, foi
desencadeada uma crise mundial do petróleo, a qual elevou o preço dos barris de
petróleo a níveis altíssimos, com á crise instalada, os biocombustíveis voltaram a ser
o foco de estudos e a receber incentivos.
Segundo Amaral (2009)2 atualmente o Brasil vem utilizando 2% de biodiesel
misturado com diesel convencional desde 2008 e a ideia é que essa percentagem
chegue a 5% em 2013. Porém conforme a Agência Nacional do Petróleo, Gás
Natural e Biocombustíveis (ANP) essa percentagem já foi adicionada no diesel de
petróleo em janeiro de 2010 pelo Conselho Nacional de Política Energética (CNPE).
(Resolução ANP 6, 16/9/2009)3.
Há grandes vantagens na utilização do biodiesel em relação ao diesel fóssil,
pois reduz a extração de petróleo, diminuindo impacto ambiental no solo e suas
emissões presente nos gases de exaustão são menores, além de todos esses
benefícios em relação ao diesel fóssil o biodiesel também tem importância no
reaproveitamento de óleos e gorduras residuais (OGR) que causam grande impacto
no meio ambiente.
Tendo em vista tudo que já foi apresentado, o aprofundamento no estudo deste
combustível é de grande valia, pois como exposto anteriormente, o biodiesel será
4
cada vez mais presente nos motores diesel e se a umidade presente neste
biocombustível estiver fora dos níveis tolerados poderá encurtar a vida útil desses
motores.
5
2. ÁREA E LIMITAÇÃO DO TEMA
Este trabalho será realizado na área de Transferência de Calor e Massa,
direcionado para o desenvolvimento de um secador para retirada de umidade do
Biodiesel.
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3. HISTÓRICO DA EMPRESA
Visto que este trabalho de conclusão de curso será realizado nas
dependências da Unisc - Universidade de Santa Cruz do Sul, será apresentado um
breve resumo sobre a história da Universidade.
Iniciando suas atividades em 1962, quando a associação de Pró-ensino em
Santa Cruz do Sul (APESC), mantenedora da Universidade, foi fundada. O curso de
Ciências Contábeis foi o primeiro com aprovação após dois anos de fundação. Logo
em seguida vieram mais três cursos que formaram FISC – Faculdades Integradas de
Santa Cruz do Sul.
Já em 1991 foi aprovada, pelo Conselho Federal de Educação – CFE a Carta
Consulta com vistas à criação da Universidade, esse processo chegou ao fim em
1993 e a entidade passou a denominar-se UNISC – Universidade de Santa Cruz do
Sul.
Em 1994 foi ofertado o primeiro Programa de Pós-Graduação Stricto Sensu:
Mestrado em Desenvolvimento Regional nas áreas de concentração em
Desenvolvimento Sociocultural, Econômico-Organizacional, Tecnoambiental e
Político-Institucional.
Em 1998, a Unisc começa a oferecer cursos em outras cidades como
Sobradinho, Venâncio Aires e Capão da Canoa. Além disso, foram erguidos os
campi em Capão da Canoa e Sobradinho em 2002.
Também em 2002, foi criado o primeiro Programa de Doutorado em
Desenvolvimento Regional, nas mesmas áreas do Programa de Pós-Graduação, e
hoje, a Universidade também oferece cursos em nível técnico.
O crescimento e a diversificação das atividades da Unisc não pararam, e em
2003, a APESC fez a aquisição do Hospital Santa Cruz, sendo este a maior e mais
antiga casa de saúde do município e da região.
7
4. JUSTIFICATIVAS
A cada ano que passa o preço da gasolina, diesel e derivados de petróleo
tendem a aumentar. Cada vez mais estão sendo consumidos esses combustíveis,
porém, as reservas estão cada vez menores. Além dos problemas ambientais, há
também o problema político por trás das altas nos preços, pois a cada ameaça de
guerra ou crise internacional, o preço do barril de petróleo se eleva (BIODIESELBR,
2012)4.
Sendo assim, são cada vez mais necessárias ações para um crescimento
sustentável sem degradações e com maior respeito com a natureza, ou seja,
procurar por outros meios de energia mais limpos e renováveis que não agridam o
planeta. E é nesse cenário que o biodiesel vem crescendo.
Segundo Ramos et al. (2006)5 o biodiesel é compatível com o diesel em
praticamente todas as suas propriedades e ainda tem vantagens em relação ao
diesel de petróleo, sendo derivado de matérias-primas renováveis de ocorrência
natural preservando as últimas reservas, são também biodegradáveis, suas
emissões presentes nos gases de exaustão são menores (com exceção dos óxidos
de nitrogênio, NOx), tem alto ponto de fulgor, ou seja, menos risco no seu
armazenamento e alta lubricidade.
Com o fato de utilizarmos mais biodiesel (cerca de 5% misturado com o diesel)
e produzirmos mais, isso reflete na redução de importação de diesel fóssil,
percentagem que em 2000 era de 12%. Essa dependência se da pela quantidade da
frota brasileira que faz toda a logística, utilizar esse combustível (AMARAL, 2009)2.
Este fator implica na quantidade de motores diesel existentes no país os quais
terão uma vida reduzida se o fator de umidade intermolecular no biodiesel estiver
fora do permitido por norma nacional, por isso esse trabalho visa retirar essa
umidade proveniente da lavagem, de modo que a umidade não venha a danificar os
motores que usam este combustível.
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5. OBJETIVOS
5.1 Objetivo geral
Retirar a umidade do biodiesel proveniente da lavagem, o qual é submetido no
processo normal de obtenção desse combustível.
5.2 Objetivos específicos
- Confeccionar um protótipo de secador para retirar umidade do biodiesel.
- Analisar a umidade no biodiesel depois de ter passado pelo secador.
- Comparar os resultados das analises com a quantidade aceitável de umidade
conforme norma.
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6. REFERENCIAL TEÓRICO
6.1 Biodiesel
O biodiesel foi definido pela “Nacional Biodiesel Board” dos Estados Unidos
como o derivado monoalquil éster de ácidos graxos de cadeia longa, procedente de
fontes renováveis como óleos vegetais (soja, dendê, girassol, babaçu, amendoim,
mamona e pinhão-manso) ou gordura animal, sua utilização está associada à
substituição de combustíveis fósseis em motores diesel (MOTORES DO CICLO
DIESEL, 2008 citado por KAERCHER 2009)6.
No Brasil a ANP define biodiesel da mesma forma no Art. 2°, inciso I da
Resolução ANP n° 7, de 19 de março de 2008:
“O biodiesel B-100 é um combustível composto de alquil ésteres de ácidos
graxos de cadeia longa, derivados de óleos vegetais ou de gorduras animais”.
O uso desse biocombustível é apontado como a grande solução para suprir a
demanda energética mundial, além de ajudar a desenvolver áreas ambientais,
sociais e econômicas o biodiesel apresenta vantagens em relação ao diesel fóssil,
entre elas, ser proveniente de fontes renováveis, não ser tóxico além de apresentar
melhor qualidade em suas emissões na combustão (LÔBO et al., 2009)7.
Porém segundo Rotta (2010)8 a qualidade deste biocombustível é afetada por
diversos fatores, sendo eles, desde a alteração da proporção diesel/biodiesel, à
adição de outros tipos de óleos que não sofrem o processo de esterificação. Então,
para garantir a qualidade destes óleos, é necessário o controle da mistura e de
algumas propriedades físicas destes produtos.
Segundo Marques et al. (2008) citado por Rotta (2010, p. 20)8,
Outro fator que afeta a qualidade do biodiesel é a grande variedade de técnicas de produção de ésteres graxos juntamente com a diversidade de oleaginosas com potencial para produzir o óleo vegetal, tornando o processo de obtenção do Biodiesel uma prática com muitas variáveis.
Algumas das variedades de processos para a obtenção de ésteres graxos são:
esterificação, craqueamento, microemulsões e transesterificação, sendo este o
processo mais utilizado.
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6.2 Histórico do Biodiesel
Segundo Ferreira (2007)9 em 1853, os cientistas E. Duffy e J. Patrick
conduziram pela primeira vez o que seria chamado de processo de
transesterificação de óleos vegetais. Esse evento ocorreu muitos anos antes de
Rudolph Diesel conceber o primeiro motor de ciclo diesel.
Em 1893 no dia 10 de agosto na Alemanha, que Rudolph Diesel desenvolveu o
primeiro motor eficiente a ciclo diesel (FERREIRA, 2007)9. Já em 1900 a companhia
francesa Otto apresentava oficialmente na Feira Mundial de Paris um pequeno motor
diesel onde o combustível utilizado era o óleo de amendoim (RAMOS et al. 2006)5,
biocombustível esse obtido pelo processo de transesterificação.
O pequeno motor diesel foi uma solicitação do governo Francês, esse teste
tinha a intenção de utilizar amendoim para a produção de energia nas colônias
africanas, pois a planta era produzida em grandes quantidades, desde modo, a
França não precisaria mais importar carvão e combustíveis líquidos (DIESEL, 1912
citado por RAMOS et al., 2006)5.
Segundo Ramos et al. (2006)5 a maioria dos países europeus que tinham
colônias em terras africanas, já haviam demonstrado interesse em combustíveis de
origem vegetal, sendo que foi uma patente belga, concedida em 31 de agosto no
ano de 1937 ao pesquisador G. Chavane (Universidade de Bruxelas, Bélgica) como
o primeiro relato do que hoje significa biodiesel. Nessa patente foi descrito o uso de
ésteres etílicos de óleo de palma como combustível análogo ao diesel fóssil.
Porém o termo biodiesel, só seria utilizado na literatura técnica especializada
em 1988, quando foi publicado um trabalho na China por R. Wang (RAMOS et al.,
2006)5.
Segundo Ferreira (2007)9 foram as Indústrias Matarazzo as pioneiras na
utilização de biocombustíveis, através da utilização do álcool da cana-de-açúcar no
processo de lavagem do café. Essa reação entre o álcool e o óleo de café produziu
glicerina, resultando em éster etílico, produto que hoje é conhecido como biodiesel.
Hoje em dia, vários países já produzem o biodiesel comercialmente, dentre os
quais podemos citar: Argentina, Alemanha, Estados Unidos, Malásia, França e Itália
(FERREIRA, 2007)9.
11
Segundo a Associação Brasileira das Indústrias de Óleos Vegetais (ABIOVE)
(2007) citado por Ferreira (2007)9, a União Europeia responde por grande parte da
produção mundial de biodiesel, este dado chega a ser curioso, pois na Europa as
terras agricultáveis não são vastas. O país de maior destaque no biodiesel é a
Alemanha, que segundo dados da European Biodiesel Board é responsável
atualmente por cerca de 50% da produção mundial de Biodiesel.
Sendo assim, a história do biodiesel, que se iniciou desde a criação do motor a
diesel, parece atingir um momento especial. Com a evolução da produção desse
combustível, associada a pressões ambientais e a escassez de petróleo, atribui
cada vez mais o biodiesel como um promissor no setor energético (FERREIRA,
2007)9.
6.3 Processo de produção de biodiesel
Segundo Kaercher (2009)6 o Biodiesel é sintetizado a partir da
transesterificação de óleos vegetais ou animais com metanol ou etanol na presença
de um catalisador ácido ou básico. O biodiesel diferentemente do diesel de origem
do petróleo, é obtido através de recursos renováveis e tem com uma característica
ser biodegradável, e não ser um combustível tóxico, características que são
reconhecidas mundialmente.
Para a produção de biodiesel através de transesterificação as etapas a seguir
devem ser realizadas: adição de metanol, óleo e catalisador no reator para reação
da transesterificação, depois essa mistura irá para o separador onde serão retirados
os ésteres metil e o glicerol, o ésteres metil passará por outra remoção de
neutralização e de metanol com ajuda do ácido, após é feito a lavagem para retirada
de sais, sabões e metanol entre outras impurezas e por fim é retirada qualquer água
residual do biodiesel.
Já o glicerol que foi separado do éster metil, passará por um processo onde
será colocado ácido para retirada de ácidos graxos livres (AGL), posteriormente será
removido o metanol para obtenção de 85% de glicerol cru (RAMOS et al., 2006)5.
Estas etapas são demonstradas na Figura 6.1.
12
Figura 6.1- Fluxograma esquemático de produção do biodiesel
Fonte: Ramos et al. (2006)5.
Com continua evolução das tecnologias, algumas melhorias também estão
acontecendo na produção do biodiesel.
Segundo Kaercher (2009)6 com essas tecnologias mais avançadas, o preço do
biodiesel será cada vez mais competitivo com o diesel usual, tornando a
dependência do petróleo cada vez menor para o consumidor final, além de ajudar na
renda familiar de agricultores, que receberão projetos de implantação de plantas
para produção de biodiesel.
13
Porém alguns aspectos são importantes para se obter qualidade no biodiesel,
tais como, a qualidade da matéria prima, o processo de produção, razão molar entre
álcool e a matéria graxa, tipo de catalisador, a temperatura de reação, o tempo de
reação o e o efeito da presença de umidade e ácidos graxos livres (RAMOS et al.,
2006)5.
O percentual de água nos reagentes deve ser baixo, pois pode levar a
formação de sabões durante o processo, ocasionando um aumento da viscosidade e
dificultando a decantação do glicerol e consequentes perdas de rendimento do
processo (BRADSHAW, 1944 citado por KAERCHER, 2009)6.
Os álcoois apropriados para a transesterificação são de cadeia curta como,
metanol, etanol, propanol, butanol ou álcool amílico. Sendo o metanol e o etanol
utilizados comercialmente, com destaque para o metanol que a nível mundial se
sobressai sobre os outros álcoois devido a seu custo não ser elevado e ser
facilmente disponível como álcool absoluto (FUKUDA, 2001 citado por KAERCHER,
2009)6.
Conforme Ramos et al. (2006)5 o álcool deve ser livre de umidade e o conteúdo
de AGL presente no óleo vegetal deve ser inferior a 0,5%.
6.4 Água e sedimentos posteriores à produção
Os itens, que mais influenciam na qualidade do biodiesel, são a água e os
sedimentos. Mesmo o biodiesel sendo insolúvel em água, ele absorve muito mais
água do que o diesel fóssil, podendo absorver até 1500 ppm, enquanto o
especificado tanto para o biodiesel, quanto para o diesel é de 500 ppm (RAMOS et
al., 2006)5.
Esse fato se agrava ainda mais, pois segundo Ramos et al. (2006)5 estes
limites não permitem a presença de água em suspensão para o biodiesel que deve
ser mantido seco, algo que não acontece nos reservatórios de diesel de petróleo que
apresentam água condensada em sua base. Água em suspensão torna-se um
grande problema, pois contribui para a corrosão e o não funcionamento do motor,
além de favorecer o crescimento microbiano, tanto no biodiesel quanto no diesel de
petróleo, que acarreta em formação de borras e em aumento de acidez.
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Segundo Ramos et al.(2006)5 sedimentos são materiais em suspensão:
ferrugem, partículas de sujeira e oxidação do combustível mediante a formação de
compostos insolúveis.
6.5 Biodiesel de óleos e gorduras residuais (OGR)
Segundo Arruda (2010)10 os óleos vegetais são utilizados para preparação de
alimentos que necessitam de fritura, formando um resíduo que é denominado de
óleos e gorduras residuais (OGR).
Quando nota-se a necessidade da troca desses OGR, é feito o descarte, que
se for de maneira inadequada pode causar, entupimento das tubulações de esgoto e
sérios danos ao meio ambiente quando esse resíduo entra em contato com o lençol
freático ou aquíferos (ARRUDA, 2010)10.
Conforme Costa Neto (1993) citado por Hocevar (2005)11 a falta de legislação
sobre a troca de OGR, e sendo esse um critério particular, não tem como estimar ao
certo o volume de descarte, mas a Prefeitura Municipal de Curitiba estima que
entorno de 100 toneladas de OGR é descartado por mês na capital paranaense.
Segundo Arruda (2010)10 a solução para um não descarte de forma incorreta,
seria a coleta do óleo e gordura residual para ser usado na produção de biodiesel.
O custo da produção do biodiesel esta atrelado hoje ao preço da matéria-prima,
com a matéria-prima vindo de OGR esse custo seria reduzido (ZHANG et al. 2003
citado por FILHO, 2010)12.
6.6 Especificações do biodiesel
Conforme Lôbo et al. (2009)7 o biodiesel fornece 10% menos de energia do que
o diesel de petróleo, mas o desempenho no motor é praticamente o mesmo em
relação ao torque e a potência. Já na questão da viscosidade, por ser mais viscoso o
biodiesel apresenta maior lubricidade.
O primeiro país a definir padrões de qualidade para o biodiesel foi a Áustria,
atualmente o padrão de qualidade americano determinado pela norma ASTM D6751
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e o europeu determinado pela norma EN 14214, estão entre os mais conhecidos
(LÔBO et al., 2009)7.
Segundo Lôbo et al. (2009)7 os padrões de qualidade do biodiesel no Brasil,
foram criados com base nessas duas normas, que avaliam: massa específica,
viscosidade cinemática, água e sedimentos, ponto de fulgor, resíduo de carbono,
cinzas sulfatadas, teor de fósforo e enxofre, corrosividade ao cobre, número de
cetanos, ponto de fluidez, sódio e potássio, teor de éster, índice de acidez, glicerina
livre e total, índice de iodo e estabilidade à oxidação. Abaixo será apresentado um
resumo dessas propriedades.
Massa específica: conforme Lôbo et al. (2009)7 a massa específica está
totalmente ligada com a estrutura molecular de suas moléculas. Quanto maior o
comprimento da cadeia carbônica do alquiléster, maior será a densidade, porém
quanto maior o número de insaturações presente na molécula menor será a
densidade.
Viscosidade cinemática: a viscosidade cinemática do biodiesel aumenta com o
comprimento da cadeia carbônica e com o grau de saturação, isso influencia na
queima na câmara de combustão do motor. Viscosidade alta proporciona uma
heterogeneidade na combustão, isto ocorre devido à diminuição da eficiência
atomização na câmara de combustão, que proporciona a deposição de resíduos nas
partes internas do motor (LÔBO et al., 2009)7.
Água e sedimentos: como citado anteriormente, a água favorece o crescimento
e proliferação de microrganismos, corrosão de tanques e promove o aparecimento
de ácidos graxos livres e deposição de sedimentos (LÔBO et al., 2009)7.
Ponto de fulgor: segundo Lôbo et al. (2009)7 o ponto de fulgor é a menor
temperatura que leva um líquido a liberar vapores, em quantidades suficientes para
inflamar em contato com o ar.
No biodiesel o ponto de fulgor é mais elevado que o diesel mineral, se o
biodiesel estiver puro, sem a mistura de álcool, o ponto de fulgor será próximo dos
170 ºC, valor que diminui com a mistura de álcool (LÔBO et al., 2009)7.
Resíduo de carbono: segundo Lôbo et al. (2009)7,
a tendência de formação de depósitos nas câmaras de combustão pode ser avaliada através da determinação dos resíduos de carbono. Além dos
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sabões e dos glicerídeos residuais, contribuem para os valores de resíduo de carbono a água livre, os ácidos graxos livres, o resíduo de catalisadores e os insaponificáveis oriundos da matéria prima.
Cinzas sulfatadas: os contaminantes inorgânicos no biodiesel podem ser
determinados com base no teor de cinzas sulfatadas. A queima da amostra
juntamente com ácido sulfúrico, a fim de converter as impurezas metálicas em seus
sulfatos correspondentes, diminuindo a perda de material por volatilização, é o
método aplicado (LÔBO et al., 2009)7.
Teor de fósforo e enxofre: o fósforo no biodiesel é formado por fosfolipídios
presentes nos óleos vegetais e na gordura animal. Um pré-tratamento denominado
degomagem, para remoção de grande parte dos fosfolipídios deve ser feito antes do
processo de produção do biodiesel para não ocorrer redução no rendimento (LÔBO
et al., 2009)7.
Já o teor de enxofre causa danos assim como o fósforo nos catalisadores, além
de causar corrosão no motor, pela presença de ácidos sulfúricos e sulfônicos
durante a oxidação do combustível (LÔBO et al., 2009)7.
Nos combustíveis minerais que contém teor de enxofre muito baixo,
apresentam perda de lubricidade, porém, o biodiesel também contém enxofre muito
baixo, mas apresenta boa lubricidade, portanto pode atuar para correção da
lubricidade em diesel mineral (LÔBO et al., 2009)7.
Corrosividade ao cobre: segundo Lôbo et al. (2009)7 a corrosividade ao cobre
é um parâmetro que determina se o combustível irá causar corrosão em partes
metálica. Esta relacionada à presença de ácidos ou de enxofre, no biodiesel a
presença de enxofre é muito baixa.
Número de cetanos: o número de cetanos é indicativo de tempo de atraso da
ignição dos combustíveis, ou seja, com o inicio em menor tempo da ignição, isto
indicará que existe uma grande quantidade de números de cetanos (LÔBO et. al.,
2009)7.
Ponto de fluidez: segundo Lôbo et al. (2009)7 o pondo de fluidez é uma
temperatura em que o combustível perderá sua fluidez quando o for resfriado.
Sódio e potássio: segundo Lôbo et al. (2009)7 o sódio e o potássio no biodiesel
são determinados por espectrometria de absorção atômica, sendo o máximo
permitido é de 5 mg kg-1 de concentrações de sódio e potássio somadas.
17
Teor de éster: o teor de ésteres metílicos no biodiesel deve ter uma
porcentagem mínima de 96,5% massa, sendo essa massa, obtida através da
comparação da área total dos picos correspondentes com a área do pico
heptadecanoato de metila, este último utilizado como referência (Lôbo et al., 2009)7.
Índice de acidez: segundo Lôbo et al. (2009)7 é importante monitorar a acidez
no biodiesel na estocagem, pois a alteração no índice de acidez implica na presença
de água.
Glicerina livre e total: segundo Lôbo et al. (2009)7 a glicerina é um coproduto do
processo de transesterificação de óleos e gorduras. A determinação da glicerina
residual serve como parâmetro de avaliação da eficiência do processo de purificação
do biodiesel. Concentrações altas de glicerina no biodiesel provocam problemas no
seu armazenamento, pois quando o biodiesel é misturado com o diesel fóssil, a
glicerina se separa no reservatório.
Segundo Lôbo et al. (2009)7 a glicerina livre residual pode ser facilmente
eliminada através de lavagens do biodiesel, o teor máximo permitido de glicerina
livre é de 0.02%%.
Índice de iodo: Segundo Rodrigues, (2007) citado por Brandt (2011)1 o índice
de iodo representa a massa de iodo consumida pelas insaturações presentes nas
cadeias de carbonos lipídeos em óleos e gorduras. Para a estabilidade oxidativa do
biodiesel o número de insaturações tem grande importância.
Estabilidade à oxidação: a estabilidade oxidativa do biodiesel é diretamente
relacionada ao grau de insaturação dos alquilésteres presentes, e a posição das
duplas ligações na cadeia carbônica, também esta relacionada à estabilidade
oxidativa (LÔBO et al., 2009)7.
Concentração de alquilésteres com um grande grau de insaturação é variado
conforme a matéria prima utilizada no processo de obtenção do biodiesel. O número
de insaturações quanto maior for, mais susceptível essa molécula esta à
degradação, tanto térmica quanto oxidativa (LÔBO et al., 2009)7.
18
6.7 Viscosidade dinâmica do óleo
Conforme Carreteiro e Belmiro (2006)13 a norma ASTM (American Society for
Testing and Materials), a viscosidade dinâmica é uma força tangencial sobre uma
área unitária de dois planos paralelos, divididos a uma distância unitária quando o
espaço é preenchido com o líquido e um dos planos irá se mover em relação ao
outro, atingindo uma velocidade unitária no seu próprio plano.
Na figura 6.2 duas placas estão divididas entre uma distância Y, sendo entre
elas contem um fluido. Com uma força constante F sendo aplicada na placa
superior, essa irá se mover com velocidade constante V. O fluido que esta em
contato com a placa superior, aderirá à placa, e terá a mesma velocidade V, já o
fluido que esta em contato com a placa inferior terá velocidade zero (CARRETEIRO
E BELMIRO, 2006)13.
Se a velocidade empregada pela força F não for alta, as camadas do fluido que
não estão em contato com nenhuma placa, irão se mover com velocidade V1, V2, Vn,
proporcional à distância Y1, Y2, Y n (CARRETEIRO E BELMIRO, 2006)13.
Figura 6.2 – Viscosidade
Fonte: Carreteiro e Belmiro (2006)13
Conforme Carreteiro e Belmiro (2006)13 na figura acima, F é diretamente
proporcional à área A da placa móvel e V é inversamente a Y. Então temos:
19
Y
AVF (6.1)
Onde:
F = força aplicada (N)
A = área de contato (m²)
µ = viscosidade dinâmica (Pa.s)
Y = distância entre as placas (m)
6.8 Viscosidade cinemática do óleo
Segundo Brandt (2011)1 a viscosidade cinemática representa, a resistência do
óleo ao escoamento quando for aplicado a uma tensão de cisalhamento.
Já segundo Carreteiro e Belmiro (2006)13 a viscosidade cinemática é função
apenas comprimento (grandezas cinemáticas) e do tempo, então temos:
(6.2)
Onde:
ν = viscosidade cinemática (m²/s)
μ = viscosidade dinâmica (Pa.s)
ρ = massa específica (kg/m³)
6.9 Relação entre a viscosidade e a temperatura
Conforme Brandt (2011)1 para manter a espessura de lubrificante ao longo do
uso, é importante saber qual a influência temperatura de trabalho do óleo sobre a
sua viscosidade.
Segundo Carreteiro e Belmiro (2006)13 o método mais utilizado para determinar
o relacionamento da viscosidade com a temperatura é o índice de viscosidade
devido a Dean e Davis, que é baseado em uma escala empírica. Demonstrado na
equação 6.3.
20
100
HL
ULIV (6.3)
Onde:
L = viscosidade a 40°C de um óleo de índice de viscosidade 0, tendo a mesma
viscosidade a 100°C do óleo em estudo;
H = viscosidade a 40°C de um óleo de índice de viscosidade 100, tendo a
mesma viscosidade a 100°C do óleo em estudo;
U = viscosidade a 40°C do óleo em estudo.
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7. CRONOGRAMA
As atividades que serão desenvolvidas no próximo semestre estão organizadas
da seguinte forma no cronograma abaixo.
Tabela 7.1- Cronograma das atividades
Mês Atividades
Agosto Desenhar esquematicamente o secador e analisar o biodiesel a ser testado.
Setembro Projetar e fabricar o secador.
Outubro Testar o secador e fazer analise dos resultados.
Novembro Fazer analise dos resultados e finalizar o trabalho de graduação.
Dezembro Finalizar o trabalho de graduação.
Fonte do Autor
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8. REFERÊNCIAS
1 BRANDT, David Junior. Análise da degradação do óleo lubrificante pelo uso de biodiesel de OGR em motores diesel. 2011. 38 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Engenharia Mecânica) – Universidade de Santa Cruz do Sul, Santa Cruz do Sul, 2011. 2 AMARAL, D. F. Desmistificando o Programa Nacional de Produção e Uso do biodiesel - A Visão da Indústria Brasileira de Óleos Vegetais - Associação Brasileira das Indústrias de Óleos Vegetais - ABIOVE, 21p., São Paulo, Agosto, 2009. 3 BRASIL. Resolução Nº 6, de 16 de setembro de 2009. Agência Nacional do Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis (ANP). Disponível em: <http://nxt.anp.gov.br/NXT/gateway.dll/leg/folder_resolucoes/resolucoes_cnpe/2009/rcnpe%206%20-%202009.xml?f=templates$fn=document-frame.htm$3.0$q=$x=$nc=4231>. Acesso em: 12 jun. 2012. 4 BIODIESELBR, Vantagens; Disponível em: <http://www.biodieselbr.com/biodiesel/vantagens/vantagens-biodiesel.htm>. Acesso em: 07 jun. 2012. 5 RAMOS, Luiz Pereira. et al. Manual de Biodiesel.; Tradução Luiz Pereira Ramos. 1. ed. São Paulo: Editora Blucher, 2006. 340p. 6 KAERCHER, Jonas Álvaro. Produção de biodiesel em escala piloto e avaliação dos impactos ambientais. 2009. 80 f. Dissertação (Programa de Pós-Graduação em Tecnologia Ambiental - Mestrado) - Universidade de Santa Cruz do Sul, Santa Cruz do Sul, 2009. 7 LÔBO, I. P.; FERREIRA, S. L. C.; CRUZ, R. S. Biodiesel: parâmetros de qualidade e métodos analíticos. Química Nova, Vol. 32, Nº 6, p. 1596-1608, nov 2009. 8 ROTTA, Ricardo Edler. Determinação simultânea de parâmetros de qualidade de blendas biodiesel/diesel empregando reflexão no infravermelho médio e regressão multivariada. 2010. 87 f. Dissertação (Programa de Pós-Graduação em Sistemas e Processos Industriais - Mestrado) - Universidade de Santa Cruz do Sul, Santa Cruz do Sul, 2010.
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9 FERREIRA, Leonardo Leandro. Flexibilidade na utilização de diesel ou biodiesel, uma abordagem utilizando a teoria de opções reais. 2007. 54 f. Dissertação (Mestrado em Finanças e Economia Empresarial) – Fundação Getulio Vargas – FGV, Escola de Pós Graduação em Economia, 2007. RJ. 10 ARRUDA, J. B. F.; GUIMARÃES, L. R.; ROCHA, M. S. Localização de usinas de tratamento de óleos residuais urbanos como insumo na cadeia produtiva de biodiesel. RIO OIL & GAS EXPO AND CONFERENCE, 2010, Rio de Janeiro. p. 3-4. 11 HOCEVAR, Luciano. Biocombustível de óleos e gorduras residuais – a realidade do sonho. In: II CONGRESSO BRASILEIRO DE PLANTAS OLEAGINOSAS, ÓLEOS, GORDURAS E BIODIESEL, 2005. Disponível em: <http://www.universoambiental.com.br/Arquivos/Biodiesel/Hocevar_OGR_2005.pdf>. Acesso em: 17 jun. 2012. 12 FILHO, João Batista da Silva. Produção de biodiesel etílico de óleos e gorduras residuais (ORG) em reator químico de baixo custo. 2010. 57 f. Dissertação (Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica e de Materiais – Mestrado) – Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Manaus, 2010. 13 CARRETEIRO, R. P.; BELMIRO, P. N. A. Lubrificantes e lubrificação industrial – Rio de Janeiro: Interciência: IBP, 2006. 504p
