Caracterização da matéria-prima e do produto

3.2.1. Massa Específica, Viscosidade Cinemática e Índice de Viscosidade

A massa específica é dada por uma unidade de massa por uma de volume de uma substância. É, normalmente, expressa em quilograma por metro cúbico (kg/m³) e em gramas por centímetro cúbico (g/cm³). A viscosidade é a resistência de um fluido ao escoamento em certa temperatura. Quanto maior a viscosidade, maior a resistência ao escoamento. O índice de viscosidade avalia a mudança da viscosidade com relação a variação de temperatura. Quanto maior o índice de viscosidade, maior a eficiência de lubrificação dos óleos.

Para o cálculo destas propriedades físicas da amostra, utilizou-se o viscosímetro SVM 3000 da Anton Paar, de acordo com a norma ASTM D-4052, para as determinações de massa específica; e ASTM D-445, para a determinação da viscosidade cinemática. Os resultados de viscosidade cinemática foram obtidos nas temperaturas de 40 e 100 °C. O equipamento possui um modo para cálculo automático do índice de viscosidade, pois é um resultado que é obtido através das viscosidades cinemáticas a 40 e 100 °C.

Figura 3: Viscosímetro SVM 3000 da Anton Paar

Fonte: Próprio autor

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3.2.2 Ponto de Fluidez

Esta análise avalia a menor temperatura no qual o óleo lubrificante flui, quando sujeito a resfriamento, sob condições determinadas de teste. Esta propriedade é importante para avaliar o desempenho de escoamento a baixas temperaturas e em locais de clima frio. O equipamento utilizado foi o CPP 5Gs, da ISL, utilizando o método ASTM D-97. A amostra é resfriada até uma temperatura esperada, no qual é analisado sua fluidez a intervalos de temperatura de 3 °C.

Figura 4: CPP 5Gs

Fonte: ISL

3.2.3 Índice de Acidez Total

O Índice de Acidez Total (IAT) tem como resultado um número dado em miligramas de hidróxido de potássio (KOH) por grama da amostra (mg KOH/g). Este valor representa a quantidade de base necessária para neutralizar a acidez de 1g da amostra.

Para a realização desta análise, foi pesado 100mg (0,1g) da amostra e, em seguida, foram adicionados 20mL de etanol anidro, além de 2 gotas de fenolftaleína 1% p/v (indicador).

Essa mistura foi uniformizada com uma leve agitação. Em seguida, foi realizado a titulação da amostra com uma solução etanólica KOH 0,01M até o aparecimento de uma coloração rósea, que se manteve por mais de 15 segundos. O valor do volume de titulação foi anotado. Este procedimento foi repetido para o branco, ou seja, apenas com álcool. A partir destes resultados, o índice de acidez foi calculado a partir da fórmula:

Í 𝑖 𝐴 𝑖 𝑧 = [𝑉, 𝐿 − 𝑉, 𝐿 ] ∗ 𝑁 ∗ ,

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No qual, o N é a normalidade da solução etanólica e 56,11 é referente a massa molar do hidróxido de potássio.

3.2.4 Conversão dos ácidos graxos

Este resultado tem como objetivo analisar quanto da matéria-prima converteu em ésteres. A conversão dos ácidos graxos foi calculada a partir dos índices de acidez dos ácidos graxos e dos biolubrificantes. Em seguida, estes resultados foram aplicados na seguinte fórmula:

𝐶 ã % = 𝐼𝐴, á 𝑖 𝑥 − 𝐼𝐴, 𝑖 𝑖 𝑖

𝐼𝐴, á 𝑖 𝑥 ∗

3.2.5 Estabilidade Térmica e Oxidativa

3.2.5.1 Calorímetro Diferencial de Varredura (DSC)

O DSC é um equipamento que mede, através de sensores, a entalpia que ocorre em uma amostra quando a mesma é submetida a diferentes programações de temperatura, realizando uma diferença na análise da amostra e do referencial. Entre as análises possíveis para este equipamento, as curvas de resfriamento e a temperatura de início da oxidação (OOT) foram as utilizadas nos experimentos. A OOT mede a estabilidade do material para a oxidação, através da identificação da temperatura de início da oxidação, quando a amostra é submetida a uma taxa de aquecimento constante em atmosfera oxidativa. Quanto maior a estabilidade térmica do material, maior será sua OOT. As curvas de resfriamento analisam a temperatura de congelamento da amostra nas baixas temperaturas do experimento. Esta análise é importante para avaliar a estabilidade do material a baixas temperaturas. (WAGNER, 2009)

O DSC é utilizado para medir o calor produzido na reação de oxidação e, dessa forma, calcular a temperatura de onset (Tonset) no qual inicia uma rápida decomposição oxidativa da amostra. Com isso, pode-se conhecer o nível de estabilização de um material. Esta medição ocorre em atmosfera oxidativa e com uma alteração dinâmica ou isotérmica da temperatura, esta tem que ser suficiente para iniciar a decomposição do material. Desta forma, este método é um teste de aceleração térmica utilizado na análise oxidativa de diversos matérias, incluindo os óleos lubrificantes. (WAGNER, 2009)

As análises por calorimetria exploratória diferencial (DSC) foram realizadas em

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equipamento Mettler-Toledo® DSC 1, em cadinhos fechado de alumínio. A tampa do cadinho foi perfurada com 5 furos de 1 mm. As amostras de lubrificantes comerciais e biolubrificantes foram analisadas em uma curva dinâmica de 25 º C a -30 º C com taxa de resfriamento de 10 K/min, em atmosfera de gás nitrogênio com vazão de 50 mL/min, utilizando uma massa de amostra de 8,0 mg. Para a análise para a rampa de aquecimento, a amostra foi submetida a uma curva dinâmica de 25 a 500 º C a uma taxa de aquecimento de 10 K/min, em atmosfera oxidativa de ar sintético com vazão de 50 mL/min, para 8,0 mg em massa de cada amostra.

Figura 5. Mettler-Toledo DSC 1

Fonte: Próprio autor

3.2.5.2 Rancimat

A análise de estabilidade oxidativa é realizadoo no equipamento 893 Professional Biodiesel Rancimat, da marca Metrohm. Um esquema geral do seu funcionamento é mostrado na Figura 6.

Nesta análise, o aumento da temperatura e uma corrente contínua de ar (oxigênio), através da amostra, aceleram seu envelhecimento. Desta forma, é calculado o tempo decorrente entre o início da análise até um período em que há um grande aumento na formação dos produtos da oxidação, calculando-se, assim, o tempo de indução ou índice de estabilidade oxidativa. As impurezas geradas a partir da oxidação da amostra são levadas por um fluxo de

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ar para uma célula de condutividade contendo água destilada (com condutividade inicial menor que 5 μS/cm), aumentando gradativamente a sua condutividade até chegar ao valor de 200 μS/cm, ou por um período de até uma semana (168h).

Esta análise ocorre de acordo com a norma europeia EN 14112, onde pesou-se 3g de cada solução de lubrificante utilizando o equipamento de marca Metrohm®, modelo Biodiesel Rancimat, até que ocorresse a oxidação a uma taxa elevada da amostra. Quanto maior o tempo de indução, maior a estabilidade oxidativa do material.

Figura 6: Esquema de funcionamento do 893 Professional Biodiesel Rancimat

Fonte: Adaptado de Metrohm