Utilização de Técnicas Quimiométricas no Processo de Síntese e Caracterização de Biodiesel de soja

ISBN 978-85-85905-15-6

Área

Iniciação Científica

Autores

Marques, H. (UFERSA) ; Freitas, D. (UFERSA) ; Souza, L. (UERN) ; Silva, A. (UERN)

Resumo

O biodiesel pode cumprir um papel importante no fortalecimento da base agroindustrial brasileira com geração de emprego e benefícios ambientais, pois se trata de um combustível renovável e biodegradável. Este trabalho terá como objetivo otimizar o processo de produção de biodiesel de soja, utilizando o planejamento fatorial 2³ com repetição. Com os resultados obtidos, pode-se constatar que o rendimento percentual em massa é um parâmetro que tem seus valores diretamente afetados pela modificação nas condições de síntese. Modificação essa que não altera as características físico-químicas do mesmo. Pode-se concluir que as condições ideais de síntese do biodiesel de óleo de soja são: Razão molar óleo:álcool de 1:6, concentração do catalisador igual a 2% e tempo de síntese de 3 horas.

Palavras chaves

Otimização; planejamento fatorial; Biodiesel de soja

Introdução

Durante os últimos anos as indústrias petroquímicas vêm buscando a excelência na melhoria dos seus produtos. Desta forma, os pesquisadores vêm trabalhando no sentido de produzir e aperfeiçoar novas fontes energéticas, dando-se preferência a aquelas que também sejam ecologicamente corretas, como a energia solar, a energia eólica, e a biomassa. Dentre as várias possibilidades de combustíveis renováveis, se encontram o biodiesel, produzido a partir de graxos animais, e óleos vegetais. O biodiesel pode cumprir um papel importante no fortalecimento da base agroindustrial brasileira geração de emprego e benefícios ambientais relevantes, pois se trata de um combustível renovável, biodegradável e assim, ambientalmente correto (FARIAS, 2011). Levando em consideração as questões ambientais, a utilização desta nova matriz energética proporcionará uma redução significativa no padrão de emissões de materiais particulados, óxidos de enxofre e outros gases que contribuem para o efeito estufa (MITTELBACH, 1985). Em contrapartida, nos processos industriais há vários fatores ou variáveis que afetam a qualidade do produto final. Com o intuito de solucionar este problema, o Planejamento Experimental Estatístico vem sendo considerado uma ferramenta eficaz e imprescindível para o desenvolvimento de processos, principalmente quando um grande número de variáveis está envolvido. Desta forma, este trabalho terá como objetivo otimizar o processo de produção de biodiesel de soja, utilizando o planejamento fatorial 2³ com repetição, identificando os parâmetros estatisticamente significativos no processo de produção do biodiesel de óleo de soja e verificando se há interação estatisticamente significativa para os fatores estudados (razão óleo / Metanol ,tempo de síntese , quantidade de catalisador).

Material e métodos

Para a otimização do procedimento de síntese do biodiesel de soja, foi utilizado um planejamento fatorial 2^3 com repetição, utilizando-se 3 fatores (Razão óleo:álcool; concentração de catalisador; tempo de síntese) e 2 níveis (1:3 e 1;6; 2% e 3%; 3h e 4h). Para a síntese do biodiesel, foi utilizado o seguinte procedimento experimental: a. Pesou-se 150 g de óleo de soja e transferiu-se para um béquer de 500 mL; b. Pesou-se x g de KOH P. A. de acordo com o planejamento fatorial e adicionou-se ao béquer contendo o óleo de soja; c. Pesou-se x g de metanol P.A. de acordo com o planejamento fatorial e adicionou-se ao béquer contendo a mistura do item b; d. Manteve- se o sistema em agitação, a 400 rpm, durante o tempo previsto no planejamento fatorial; e. Terminada a síntese, transferiu-se a mistura (biodiesel + glicerina) para um funil de decantação e deixou-se decantar durante 24 horas; f. Separou-se a glicerina do biodiesel; g. Lavou-se o biodiesel com água a 50ºC até completa remoção do KOH em excesso, constatado através da medida do pH; h. Secou-se o biodiesel durante 1 hora em estufa a 100ºC para garantir a eliminação total da umidade; i. Pesou-se a quantidade de biodiesel obtida; j. Armazenou-se o biodiesel sintetizado em frasco de plástico para posterior análise. Através da massa de óleo e biodiesel obtida, calculou-se o rendimento percentual em massa. Além deste parâmetro, foram determinadas ainda para o óleo, a massa específica, índice de saponificação, índice de acidez, teor de umidade, água e sedimentos, ponto de fulgor e combustão, de acordo com os procedimentos descritos na literatura (SANTOS, 2010). A mesma caracterização também foi feita para o biodiesel obtido, com acréscimo da determinação do valor de sódio e potássio existente em cada amostra de biodiesel.

Resultado e discussão

A partir dos resultados obtidos, calculou-se o erro padrão, o produto do erro pelo t de student para 8 ensaios realizados, e os efeitos de primeira, segunda e terceira ordem (Ver tabela 1). Comparando-se os valores dos efeitos com o produto do erro pelo t de student, pode-se observar que os efeitos significativos são apenas os efeitos de 1ª primeira ordem, 1 e 2, por serem, em modulo, maiores que o valor desse produto. Desta forma é possível visualizar essas constatações analisando o modelo geométrico a seguir: Ao analisarmos o modelo observamos dois comportamentos. 1. Em relação à razão molar Óleo/Álcool, pode-se constatar que ao sair do nível (- ) para o nível (+), houve um aumento no rendimento percentual obtido para o biodiesel em todos os casos. 2. Em relação à concentração do catalisador, pode-se verificar que ao sair do nível (-) para o nível (+), houve uma diminuição no rendimento percentual de massa do biodiesel em todos os casos. Com base na analise do modelo geométrico e da tabela 1 pode-se constatar que as melhores condições de síntese para o biodiesel de soja é, razão molar óleo:álcool 1:6, concentração do catalisador de 2% com tempo de síntese de 3 horas. Assim como feito anteriormente para os resultados de rendimento, deve-se também comparar os valores dos efeitos com o produto do erro pelo t de student para toda caracterização físico-química realizada à cada ensaio (Ver Tabela 1). Comparando-se os valores dos efeitos com o produto do erro pelo t de student, pode-se observar que não houve efeitos significativos relacionado a caracterização físico-química, pois os valores dos efeitos tanto de 1ª, 2ª como de 3ª ordem, podem ser desconsiderados por apresentarem valores bem próximos (de mesma grandeza) do produto do erro pelo t de student.

Conclusões

De acordo com os resultados obtidos, pode-se constatar que o rendimento percentual em massa é um parâmetro que tem seus valores diretamente afetados pela modificação nas condições de síntese do biodiesel. Modificação essa que não altera as características físico-químicas do mesmo. Desta forma, pode-se concluir que as condições ideias de síntese do biodiesel de óleo de soja são: Razão molar óleo:álcool de 1:6, concentração do catalisador igual a 2% e tempo de síntese de 3 horas.

Agradecimentos

Referências

FARIAS, A. F, F.; Avaliação da estabilidade do biodiesel de soja obtido da mistura de óleos e gorduras em diferentes formulações. Pag.21, João Pessoa – PB, 2011. MITTELBACH, M.; TRITTHART, P. Diesel fuel derived from vegetable oils, II: emission testsusing rape oilmethyl Ester. Energy in Agriculture, 1985, v.4, p. 207-215.

SANTOS, Anne Gabriella Dias. Avaliação da estabilidade térmica e oxidativa do biodiesel de algodão, girassol, dendê e sebo bovino. Natal- RN, 2010.