Realizado no Rio de Janeiro/RJ, de 14 a 18 de Outubro de 2013.
ISBN: 978-85-85905-06-4
ÁREA: Química Orgânica
TÍTULO: Avaliação da influência de algumas variáveis (temperatura, tipo de solvente e agitação do sistema) na obtenção de biodiesel de óleo residual, utilizando planejamento fatorial.
AUTORES: Nilson, R.P. (UNIVERSIDADE FEDERAL DE UBERLÂNDIA) ; Hugo, S.R. (UNIVERSIDADE FEDERAL DE UBERLÂNDIA) ; Reinaldo, R. (UNIVERSIDADE FEDERAL DE UBERLÂNDIA) ; Arruda, E.B. (UNIVERSIDADE FEDERAL DO TRIÂNGULO MINEIRO)
RESUMO: O presente trabalho descreve os resultados obtidos para a avaliação da influência das variáveis: temperatura, tipo de solvente e agitação do sistema, na obtenção de biodiesel de óleo residual, utilizando planejamento fatorial de dois níveis. Foi realizado planejamento fatorial 23 (8 ensaios experimentais). Conforme os resultados, a temperatura e o tipo de solvente-reagente apresentaram influência significativa. Com relação ao solvente, o metanol apresentou maior eficiência no rendimento em biodiesel. Efeitos de interações entre solvente e temperatura também foram verificados. O efeito da velocidade de agitação do sistema (no intervalo analisado (750-1500 rpm)) não apresentou influência significativa.
PALAVRAS CHAVES: Biodiesel; óleo residual; planejamento fatorial
INTRODUÇÃO: O biodiesel pode ser definido como uma mistura de ésteres monoalquílicos de óleos vegetais ou gorduras animais. Os ésteres monoalquílicos podem ser obtidos por reações de transesterificação de óleos e/ou gorduras (triglicerídeos (lipídeos saponificáveis)). O óleo é submetido à reação com um álcool de cadeia curta (metanol ou etanol) (DEMIRBAS, 2009; PEREIRA, 2010) na presença de um catalisador ácido ou básico (geralmente na forma de alcóxido) (VICENTE; MARTÍNEZ; ARACIL, 2007). O biodiesel substitui total ou parcialmente o óleo diesel de petróleo em motores ciclo-díesel automotivos (de caminhões, tratores, caminhonetes, automóveis, etc.). Para evitar competições entre os óleos destinados à produção de biodiesel e os óleos destinados a alimentação humana, alternativas (com teores em óleos triglicerídeos) vêm sendo utilizadas para a produção de biodiesel, dentre as quais se destacam os óleos provenientes de frutos do cerrado (tais como a macaúba (RODRIGUES, 2007) o baru (BATISTA et al, 2012) dentre outros) e óleos residuais (PEREIRA, 2010; VELOSO et al, 2012). O objetivo deste trabalho foi avaliar a influência das variáveis: temperatura, tipo de solvente-reagente (metanol e etanol) e intensidade de agitação (rpm) do sistema reator (agitador magnético), em função dos rendimentos em massa do biodiesel (após separação espontânea de fases e refino da fase biodiesel) obtido a partir de óleo residual, utilizando planejamento fatorial de dois níveis.
MATERIAL E MÉTODOS: Para a conversão do óleo residual em biodiesel realizou-se alcoólise homogênea em meio alcalino (KOH) (transesterificação), sistema de agitação magnética (rotação 750-1500 rpm, com controle (variável) de temperatura) e tempo reacional de 20 min. A confirmação de obtenção de ésteres foi realizada através de verificação qualitativa por CCD. Após o final das reações o produto foi levado à decantação. Após separação espontânea, as fases (glicerina e biodiesel) foram recolhidas e a fase superior (biodiesel) foi submetida ao refino (lavagem com água, secagem e determinação de massa). Para a amostra de óleo residual utilizada, determinou-se a característica físico-química índice de acidez conforme métodos ASTM D445-03/ ASTM D446-95 e AOAC–940-28. Os ensaios experimentais foram realizados conforme planejamento fatorial 23 (para temperatura, velocidade de agitação do reator e tipo de solvente), totalizando-se oito reações (em duplicatas). Os níveis para a temperatura e para a velocidade de agitação do reator foram analisados quantitativamente e os níveis para o solvente (etanol/metanol) foram avaliados de forma qualitativa. Os efeitos principais e os efeitos das interações foram calculados através da variação dos resultados, em massa do produto obtido, considerando-se variação do nível mais baixo (-1) para o nível mais alto (+1) e confirmados através do Algoritmo de Yates.
RESULTADOS E DISCUSSÃO: A determinação para o índice de acidez da amostra do óleo residual utilizado nos experimentos apresentou um valor de 2,0 g KOH/mg de óleo. A Tabela 1 apresenta os dados relacionados aos níveis das variáveis, bem como a valores (média) dos resultados obtidos para o rendimento em massa de biodiesel. Conforme os resultados (para os efeitos) o aumento da temperatura do sistema de 30°C (nível (-)) para 60°C (nível (+)) promoveu um decréscimo (próximo de 12%) no rendimento do produto (demonstrado pelo valor -12,185) calculado para o seu efeito). Esta influência no rendimento foi atribuída a um aumento nos teores de ácidos graxos formados pelo sistema (confirmada por cromatografia de camada delgada), fato que pode dificultar a separação das fases biodiesel-glicerina, diminuindo a massa da fase biodiesel obtido. A troca de solventes, etanol para metanol, apresentou uma diferença significativa no valor do rendimento (próximo a 32%, valor calculado igual a 32,13) do produto final, sendo este fato atribuído a possíveis diferenças, na separação de fases, apresentadas pela característica estrutural individual (interações moleculares, efeitos na intensidade de solvatação (constantes dielétricas) e outras semelhantes) de cada solvente. Efeito de interação foram observados entre a temperatura e o solvente. Assim, resultados apresentados pelos experimentos demonstraram efeitos para as variáveis temperatura e álcool e efeitos de interação entre ambas. Os valores para o efeito velocidade do reator e suas interações estão próximos de zero, o que significa dizer que são da mesma ordem de grandeza da incerteza da medida, portanto seus efeitos são não significativos. A Figura 1 descreve os resultados obtidos para os efeitos das variáveis e suas interações.
Figura 1. Gráfico de probabilidade normal
Tabela 1. Planejamento fatorial
CONCLUSÕES: Conforme os resultados obtidos, para a produção de biodiesel utilizando óleo residual, através do planejamento fatorial para as variáveis: temperatura, tipo de solvente-reagente (metanol e etanol) e intensidade de agitação (rpm) do sistema reator, concluiu-se que a temperatura e o tipo de álcool foram fatores significativos no rendimento das reações. Com relação ao solvente, o metanol apresentou maior eficiência. Interações entre solvente e temperatura também foram verificados. O efeito da velocidade de agitação do sistema (no intervalo analisado) apresentou influência não significativa.
AGRADECIMENTOS: PROPP-UFU, CNPq e FAPEMIG
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA: BATISTA, A. et al. Use of baru oil (Dipteryx alata Vog.) to produce biodiesel and study of the physical and chemical characteristics of biodiesel/petroleum diesel fuel blends. Chemistry and Technology of Fuels and Oils, v. 48, n. 1, p. 13-16, 2012/03/01 2012. ISSN 0009-3092.
DEMIRBAS, A. Progress and recent trends in biodiesel fuels. Energy Conversion and Management, v. 50, n. 1, p. 14-34, 2009. ISSN 0196-8904.
VICENTE, G.; MARTÍNEZ, M.; ARACIL, J. Optimisation of integrated biodiesel production. Part I. A study of the biodiesel purity and yield. Bioresource Technology, v. 98, n. 9, p. 1724-1733, 2007. ISSN 0960-8524.
RODRIGUES, H. S. Obtenção de ésteres etílicos e metílicos, por reações de transesterificação, a partir do óleo da palmeira Latino Americana Macaúba. Tese de Doutoramento, USP, Ribeirão Preto-SP, 2007.
PEREIRA, N. R. obtenção de ésteres metílicos e etílicos a partir do óleo extraído dos frutos do Dipteryx alta vog (baru). Dissertação de Mestrado, IQ-UFU 2010.
VELOSO, Y. M. S.; FREITAS, L. F. L.; FILHO, J. B. A.; SANTOS, I. T.; LEITE, M. S.; ARAUJO, PAULO, J. L. Rotas para reutilização de óleos residuais de fritura. Cadernos de Graduação - Ciências Exatas e Tecnológicas, Sergipe, v. 1; n.15; p. 11-18; out. 2012.