AVALIAÇÃO DO DESEMPENHO E EFICIÊNCIA DO BIODIESEL, PRODUZIDO A PARTIR DA SEMENTE DA GRAVIOLA, QUANDO UTILIZADO EM UM MOTOR ESTACIONÁRIO DO CICLO DIESEL.

ISBN 978-85-85905-25-5

Área

Química Tecnológica

Autores

Kort-kamp Figueiredo, M. (IFRJ) ; Sales, C. (IFRJ) ; Oliveira, L. (IFRJ) ; Conceição, J. (IFRJ) ; Oliveira, J. (IFRJ) ; Cavalheiro, R. (IFRJ)

Resumo

No Brasil, o cultivo da gravioleira (Annona muricata L., Annonaceae) é concentrado nas regiões Norte, Nordeste, Centro-Oeste e Sudeste. Seu cultivo está em expansão, principalmente por oferecer multiplas formas de utilização da polpa dos frutos, agregando valor ao produto. Diante deste cenário, o aproveitamento das sementes de graviola, além de proporcionar o desenvolvimento de tecnologia limpa ao processo fabril desse fruto, agrega valores ao Agronegócio da graviola. O objetivo deste projeto foi realizar o aproveitamento das sementes dos frutos da gravioleira transformando-as em produtos energéticos potenciais através da obtenção do biodiesel, assim como testar o funcionamento em motores a diesel.

Palavras chaves

Biodiesel; Resíduo da graviola ; Eficiência

Introdução

Um grande número de grupos geradores, tipicamente acionados por motores estacionários a diesel, é instalado em diversas áreas de atividades produtiva nacional. O interesse pelo uso desses equipamentos para a produção de energia elétrica, por parte de empresas brasileiras (indústrias, hotéis, shopping centers, hospitais, etc.), se dá principalmente pela existência dos horários de pico. No Brasil, este horário está definido, em geral, como as cinco horas diárias compreendidas entre 17 e 22h e o custo da energia elétrica fornecida pela concessionária, para esses setores, pode chegar até dez vezes o da tarifa básica, dependendo da demanda contratada (PERFECTUM, 2019). O motor a diesel, devido a sua robustez, é geralmente utilizado para a geração de energia mecânica, em veículos pesados, e de energia elétrica, em grupos geradores. Esses motores, contudo, contaminam o meio ambiente devido, principalmente, à emissão de grandes quantidades de material particulado e de compostos de enxofre em seus gases de exaustão. Tais emissões, além de serem cancerígenas, contribuem para o aparecimento de doenças cardiovasculares e respiratórias, podendo ainda colaborar para o aumento da acidificação de águas, dos solos e de plantas (SANTANA, 2012). No entanto, a questão de combustíveis alternativos vem sendo amplamente discutida nos diversos órgãos e instituições de pesquisa nacionais e internacionais. Diante desse cenário, o projeto visa uma alternativa energética e econômica a destinação dos resíduos da graviola, com a produção de biodiesel, uma alternativa ambientalmente melhor que o diesel fóssil e que possa ser utilizado no mesmo motor sem que o mesmo necessite de alguma modificação ou alteração. Biodiesel são ésteres de ácidos graxos 
monoalquilícos obtidos a partir da reação entre álcoois primários e qualquer fonte oleaginosa como óleos vegetais, gorduras animais e óleos residuais. É um combustível renovável alternativo, o qual oferece menos emissões nocivas quando comparado com o diesel de petróleo
. (DUNN, 2008), (BERRIOS et al, 2010), (RAMOS et al, 2009), (GAMA et al, 2010) e (GARCIA, 2006). A gravioleira apresenta porte arbóreo, com tamanho variando entre 4 e 8 metros, folhas alternas e dísticas, simples, sem estípulas, mais ou menos coriáceas e, em geral, aromáticas. A inflorescência é composta de uma única flor vistosa e bissexuada, actinomorfas; perianto amarelo, diferenciando em cálice e corola, com pétalas muito espessas; ovário súpero, carpelos e estames numerosos. O fruto é do tipo baga composta, fruto múltiplo e carnoso. (OLIVEIRA et al, 2001) e (SÃO JOSÉ, 2003). Porém, com o aumento do consumo do fruto da graviola, devido a sua alta aceitação sob a forma de sucos e sorvetes estima-se ter também uma elevada quantidade de resíduos. A semente da graviola possui um percentual de 5,2 do fruto total, a semente também possui alto teor de ácidos graxos (em média 66,49%), o que é um ótimo indicativo de que a biomassa será um bom combustível. (CASTRO et al, 1984). Diante desse cenário, o projeto visa uma alternativa energética e econômica a destinação dos resíduos da graviola, com a produção de biodiesel, uma alternativa ambientalmente melhor que o diesel fóssil e que possa ser utilizado no mesmo motor sem que o mesmo necessite de alguma modificação ou alteração e para isso foram testados o funcionamento de um motor a diesel, motor gerador, quando alimentado com o biodiesel da semente da graviola, de modo a verificar as suas características em termos de potência, consumos e emissões gasosas no funcionamento do motor, avaliando assim a eficiência do biocombustível produzido.

Material e métodos

As amostras de Biodiesel puro (B100) obtidos a partir do óleo da semente da graviola foram preparadas na razão molar 1:6 de óleo/álcool metílico e 1% de catalizador. Ao término da reação, a mistura foi transferida para um funil de decantação, para separação das duas fases. Após a separação, a glicerina foi removida, restando apenas os ésteres metílicos. Estes passaram por um processo de lavagem, primeiramente com uma solução de HCl 5% e após com água morna, sendo esta feita abundantemente. O controle deste processo foi realizado pela medição do pH da água residual, no qual deverá estar em torno de pH 7. Em seguida, o biodiesel foi seco para a eliminação de umidade residual e presença de álcool remanescente. Após estas etapas de purificação os B100’s foram armazenados em um recipiente apropriado. • Análises Físico-químicas dos biodieseis metanólico Foram realizadas análises físico-químicas segundo normas aplicáveis descritas nas especificações da ANP (Resolução ANP n0 14, DE 11.5.2012 – DOU 18.5.2012), para verificar se o biodiesel atende aos parâmetros exigidos pela ANP (Agência Nacional de Petróleo, Gás e Biocombustíveis). • Geração de Energia Utilizou-se um gerador de energia, marca NTS do Brasil Comércio e Serviços de Máquinas e Ferramentas Ltda - NAGANO, à diesel, equipado com motor 4 tempos, refrigerado a ar, com injeção direta de combustível, dois modos de partida: retrátil e elétrica e um tanque de combustível original com capacidade adequada ao experimento. Este equipamento permite uma diversidade de aplicações indicadas pelo fabricante, como iluminação de emergência, construção civil, aplicação náutica e outras. • Registrador de grandezas de energia elétrica Para registrar grandezas de energia no experimental, utilizou-se do instrumento de medição do fabricante Embrasul Indústria Eletrônica Ltda - EMBRASUL, modelo analisador de energia RE6000N. Este instrumento possui a função de analisador de energia de alto rendimento utilizando-se de processamento de dados de sinais programáveis. • Registrador de níveis de percentagem de emissão de gases. Utilizou-se nos experimentos como registrador de grandezas de emissão de gases, o instrumento denominado de analisador de gases, modelo BEA 724, fabricante Robert BOSCH Ltda - BOSCH. Nos experimentos os gases são coletados diretamente do escapamento, utilizando-se de haste coletora e mangueira, conectada ao equipamento. • Preparação das blendas O diesel utilizado nos experimentos de todas as misturas foi do tipo Diesel S-10 da Petrobrás, com teor máximo de enxofre de 10 mg/kg. A porcentagem de biodiesel no diesel comercial hoje é de 10% conhecido como B10. As blendas utilizadas nesse trabalho foram realizadas com o biodiesel metílico da semente da graviola 100% e com o diesel comercial (B10). Nos experimentos estimou-se o tempo de 1 hora de funcionamento do gerador de energia ligado para cada mistura das blendas B10, B20, B30, B40, B50 e B100.

Resultado e discussão

Após purificação, foram calculados os rendimentos da produção de biodiesel. A média do rendimento do biodiesel métilico da graviola foi de 93%. Os resultados obtidos mostram que é possível realizar a produção de biodiesel metílico, a partir do óleo da semente da graviola com bons rendimentos e as análises físico-químicas também mostraram se tratar de biodiesel de qualidade. As análises de qualidade foram realizadas seguindo a resolução ANP n0 45, DE 25.8.2014 – DOU 26.8.2014 (ANP, 2019), a qual especifica a qualidade do biodiesel para que o mesmo seja comercializado. A tabela 1 mostra os resultados das análises. Tabela 1: Análise dos parâmetros de qualidade do biodiesel metílico da semente de graviola. O aspecto dos biodieseis produzidos apresentaram características de aparência clara e límpida, como é exigido para a comercialização do biodiesel. O parâmetro da estabilidade à oxidação do biodiesel está diretamente relacionada com o grau de insaturação dos alquilésteres presentes na cadeia carbônica do biodiesel. A estabilidade à oxidação do biodiesel analisado está abaixo do mínimo exigido pela resolução, sendo assim será necessário a adição de aditivos antioxidantes. O que já é comum, atualmente todos dos biodieseis produzidos no Brasil são aditivados com antioxidantes. O Ponto de névoa e ponto de fluidez, estão relacionados a baixa temperatura, o biodiesel tende a solidificar- se parcialmente ou a perder sua fluidez, levando à interrupção do fluxo do combustível e entupimento do sistema de filtração, ocasionando problemas na partida do motor. O biodiesel produzido nesse trabalho apresentou bons resultados para ambos os parâmetros, podendo ser utilizado na maioria dos estados Brasileiros. O monitoramento da acidez no biodiesel é de grande importância durante a estocagem, na qual a alteração dos valores neste período pode significar a presença de água. A norma estabelece limite máximo de acidez de 0,5 mg de KOH/g. O ponto de fulgor é a temperatura mínima onde é observada a liberação de vapores de um líquido, em quantidade suficiente para formar uma mistura inflamável com o ar. O comportamento do ponto de fulgor é muito importante quanto à segurança no armazenamento e no transporte, principalmente quando a transesterificação for realizada com metanol que, além de altamente inflamável, apresenta elevada toxidez. A viscosidade do biodiesel aumenta com o comprimento da cadeia carbônica e com o grau de saturação e tem influência no processo de queima na câmara de combustão do motor. A viscosidade do biodiesel, produzido a partir do óleo da semente de graviola, encontrou-se dentro das especificações da norma da ANP. A massa específica e a corrosividade ao cobre do biodiesel ficou dentro dos limites das especificações da ANP, mostrando que o biodiesel não é corrosivo as peças e equipamentos produzidos com cobre. Dessa forma pode-se dizer que o biodiesel metílico da semente da graviola se passar por alguns tratamentos, como uma lavagem mais rigorosa e o uso de bons antioxidantes provavelmente irá atender a regulação da ANP. E o biodiesel com a qualidade que se encontra possivelmente pode ser usado em pequenas escalas dentro da própria produção da graviola, em uma motor gerador como por um exemplo. Pois dessa forma seria consumido de forma mais rápida, evitando assim a sua degradação. Segundo MAGALDI (MAGALDI, 1981), o rendimento do gerador é definido como a razão entre a potência restituída e a potência recebida, que são respectivamente as potências ativas nominal e a potência ativa medida de cada blenda. Este rendimento elétrico é crescente com a potência do gerador de energia e elevado se comparado com os rendimentos térmico ou mecânico. Para o cálculo da eficiência da potência utilizou-se a Equação 1 e na Tabela 2 reuniu-se os valores calculados. Calculou-se a relação da potência ativa nominal com cada uma das medições obtidas por blenda. IE(%)= 100. IEBX(kW) (1) IE N (kW) Tabela 2: Relação das eficiências da potência nominal em relação a potência nominal maxima, utilizando as misturas do diesel comercial com o biodiesel metílico da semente da graviola produzido no laboratório. A partir das informações apresentadas, observa-se um comportamento crescente da eficiência em função do aumento das concentrações e com resultados melhores nas blendas B50 e B100, comparadas com as obtidas com a blenda B10. Iniciado o funcionamento do gerador de energia, respectivamente utilizando como combustível cada blenda produzida, aguardou-se vinte ou trinta minutos para iniciar-se o processo de aquecimento e a autocalibração do analisador de gases da BOSCH, modelo BEA 724. Na sequência conectou-se a haste coletora ao escapamento do gerador e iniciou-se processo de registros de emissão de gases monóxido de carbono e dióxido de carbono, previamente selecionados. Na Tabela 3 foram relacionados os valores medidos de percentagem de volume de monóxido de carbono (CO), por blenda. Tabela 3: Relação das medições do monóxido de carbono por blenda. O monóxido de carbono (CO) é o resultado da combustão incompleta ou parcial do combustível, na câmara de combustão. No caso de misturas ricas, a quantidade de monóxido de carbono (CO) produzida está em proporção direta com a relação do ar com o combustível. O nível de monóxido de carbono (CO) no escape é medido em percentual (%) de volume do total amostrado de emissões, quanto mais rica a mistura, maior o percentual de monóxido de carbono (CO) produzido. Notou-se uma pequena diminuição na emissão de CO com o aumento da concentracão do biodiesel metílico da semente da graviola. As taxas de emissão de dióxido de carbono (CO2) são utilizadas para determinar o nível de eficiência de funcionamento dos motores, e é resultante da combinação de uma molécula de Carbono com duas de Oxigênio, durante o processo de combustão. No experimental do presente trabalho, foi utilizado o registrado de percentagem de emissão de gases BOSCH, modelo BEA 724 para medir as percentagens de dióxido de carbono (CO2) coletado no escapamento, permitindo visualizar a eficiência de funcionamento do motor no momento da leitura. Ou seja, qualquer deficiência do motor, relacionada ao processo de combustão, afetará o nível de dióxido de carbono (CO2). Foram relacionados na Tabela 4 os valores medidos de volume de dióxido de carbono (CO2), por blenda. Tabela 4: Relação das medições do dióxido de carbono por blenda. A partir dos registros obtidos verifica-se também uma diminuição da emissão de gases dióxido de carbono com com o aumento da concentracão do biodiesel metílico da semente da graviola. A Tabela 5 apresenta os resultados do consumo médio por blenda de combustíveis utilizada no gerador de energia durante o experimental. Foram consideradas invariáveis durante todo o processo experimental as grandezas de rotações por minuto (rpm) do motor , tensão do gerador de energia (V), simulação da carga e consequentemente a potência do equipamento. Tabela 5: Relação das medições de consumo de combustíveis por blenda. Observando a tabela 5 nota-se que há um aumento no consumo com o aumento da concentração do biodiesel metílico da semente da graviola. A tabela 6 mostra os valores percentuais de eficiência da potência pelo percentual de consumo de combustível. Neste caso as blendas B20 e B30, apresentaram eficiência relativamente próximas a B10, mas todas ficaram abaixo. Tabela 6: Eficiência da razão da potência pelo consumo de combustível. Considerados todos os tipos de misturas utilizados no experimento, verifica-se que a razão da potência pelo consumo aumentou em função do crescimento das concentrações de misturas de biodiesel.

Conclusões

Após realização de todas as análises, pode-se afirmar que o rendimento e os valores resultantes dos testes fisico-quimicos de parâmetros de qualidade do biodiesel foram bons. Dessa forma pode-se dizer que o biodiesel metílico da semente da graviola se passar por alguns tratamentos, como uma lavagem mais rigorosa e o uso de bons aditivos antioxidantes provavelmente irá atender a regulação da ANP. E o biodiesel com a qualidade que se encontra no momento possivelmente pode ser usado em pequenas escalas dentro da própria produção da graviola, em um motor gerador, como exemplo. Pois dessa forma seria consumido de forma mais rápida, evitando assim a sua degradação. Analisados os índices da eficiência da potência elétrica produzida pelo gerador de energia, comparadas à potência nominal com as demais medidas das blendas, durante a operação dos equipamentos, concluiu-se que todas apresentam desempenhos semelhantes, logo, não incorrem quaisquer perdas consideráveis para os tipos de carga alimentados pelo equipamento. Entende-se não haverem quaisquer perdas na qualidade ou rendimentos significativos para os consumidores de energia, fornecido pelo gerador de energia. Durante a análise da eficiência do gás, monóxido de carbono (CO) e dióxido de carbono (CO2), emitido pelo escapamento do gerador de energia, concluiu-se que os índices de emissão foram baixos, menores que o diesel comercial, logo, são menos poluidoras. Após análise da relação de consumo de combustível durante a operação do gerador para as diversas blendas, todas apresentaram índices maiores do que os da B10.

Agradecimentos

IFRJ, CNPq

Referências

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