Produção de biodiesel assistida por ultrassom nas frequências de 1 MHz e 3 MHz / Pâmella de Assunção Oliveira. 53 Figura 15 – Influência da razão molar na conversão a ésteres em reações realizadas com frequência ultrassônica de 1 MHz (relação molar álcool/óleo 6:1 e 8:1; potência 5W). 57 Figura 20 – Velocidade do som em função da temperatura do biodiesel metílico de soja produzido com frequência ultrassônica de 1 MHz e relação molar álcool/óleo 6:1.
INTRODUÇÃO
Objetivo geral
Objetivos específicos
Posteriormente, são descritos os resultados dos experimentos realizados com biodiesel metílico obtido a partir de óleo de soja e a comparação destes resultados com o método convencional de produção. Por fim, são apresentados os resultados referentes a estudos adicionais sobre biodiesel metílico obtido a partir de óleo de canola. O próximo capítulo apresenta uma discussão de todos os resultados do capítulo anterior e seu confronto com a literatura.
REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
- Uso direto de misturas de óleos
- Pirólise
- Micro emulsões
- Esterificação de ácidos graxos
- Transesterificação
- Fatores que afetam a produção de biodiesel
- Fundamentos de ultrassom
- Cavitação acústica
- Equipamentos ultrassônicos
- Transesterificação de triglicerídeos assistida por ultrassom
- Avaliação do Tipo A da incerteza de medição
- Avaliação do Tipo B da incerteza de medição
- Incerteza padrão combinada
- Incerteza expandida
Avaliação de um componente de incerteza de medição por meio de análise estatística de valores medidos obtidos sob condições de medição definidas (VIM, 2012). As condições de medição podem ser classificadas de três formas, a saber: condição de repetibilidade; Avaliação de um componente de incerteza de medição determinada por meios diferentes daqueles usados para uma avaliação de incerteza de medição Tipo A (VIM, 2012).
MATERIAIS E MÉTODOS
- Calibração da Potência
- Procedimento experimental
- Estimativa da incerteza da massa específica
- Estimativa da incerteza da velocidade de propagação
- Erro normalizado
O biodiesel produzido foi caracterizado por um estudo do comportamento da velocidade de propagação com o aumento da temperatura, na faixa de 20 a 50°C. Foram realizadas cinco medições de velocidade de propagação em função da temperatura, sob condições de repetibilidade para cada amostra de biodiesel. A velocidade de propagação do som no biodiesel foi calculada conforme equação (8) para cada temperatura, em cada repetição.
A distância entre a face do transdutor e o refletor foi determinada tendo como referência a água, através da equação (9), em que 𝑣á𝑔𝑢𝑎 é a velocidade de propagação do som na água (m.s-1) e 𝑡á𝑔𝑢𝑎 é o tempo de voo na água (s ). A velocidade de propagação do som na água é obtida através da temperatura conforme equação (10) (DEL GROSSO, 1972), onde A, B, C, D, E e F são constantes e T é a temperatura da água em °C. . Em relação à velocidade de propagação, segundo OLIVEIRA et al. 2016) o comportamento da taxa de difusão no óleo vegetal em função da temperatura é dado por uma função linear.
Assim, após a determinação da velocidade de propagação no biodiesel em cada ponto através da equação (8), foram traçadas curvas ajustadas com base na equação (11). Em relação à incerteza da velocidade de propagação da curva ajustada (𝑣𝑏𝑖𝑜2), da equação (11), a incerteza padrão combinada da velocidade ajustada pode ser definida conforme mostrado na equação (15). Para avaliar a velocidade de propagação no biodiesel produzido foi aplicado o cálculo do erro normalizado (STEELE E DOUGLAS, 2006) com o objetivo de comparar os resultados obtidos.
Onde 𝐸𝑛 é o erro normalizado, 𝐵1 é o resultado da taxa de propagação em um determinado biodiesel (por exemplo, biodiesel 1), 𝐵2 é o resultado da taxa de propagação em outro biodiesel (por exemplo, biodiesel 2), 𝑈𝐵1 é a incerteza expandida do biodiesel 1 e 𝑈𝐵2 é a incerteza expandida do biodiesel 2.
RESULTADOS
Massa específica
A média dos resultados de massa específica obtidos para o biodiesel metílico de soja em ambas as frequências e razões molares, bem como a incerteza expandida associada, são mostradas nas Tabelas 6 e 7, respectivamente. A Figura 11 ilustra os dados de massa específica em função do tempo de reação para todas as reações de transesterificação monitoradas. Observando a Figura 11 e as Tabelas 6 e 7, nota-se que com o aumento do tempo de reação, a massa específica diminui durante todas as reações.
A partir dos resultados apresentados pode-se observar o efeito da razão molar, tanto nas reações realizadas pela frequência ultrassônica de 1 MHz quanto nas de 3 MHz.
Taxa de conversão de triglicerídeos em ésteres
- Influência da potência ultrassônica na reação de produção de biodiesel
- Influência da razão molar na reação de produção de biodiesel
- Influência da frequência ultrassônica na reação de produção de biodiesel
Analisando a Figura 12, percebe-se que a variação da potência resultou em um aumento de 35% na conversão nos primeiros 10 minutos de reação. Além disso, observa-se que em reações realizadas com maior potência ultrassônica, a reação atinge o equilíbrio, enquanto com menor potência, a reação parece continuar por mais tempo até que o equilíbrio seja alcançado. Como esperado, em reações realizadas com maior potência ultrassônica (9 W) a temperatura do meio reacional é maior e consequentemente essas reações apresentam maiores taxas de conversão.
Para avaliar a influência da razão molar no biodiesel produzido, as reações foram realizadas com a mesma potência ultrassônica (5 W) e em diferentes razões molares. As Figuras 15 e 16 mostram através dos resultados de conversão o efeito da razão molar nas reações realizadas com frequências ultrassônicas de 1 MHz e 3 MHz, respectivamente. Como pode ser observado na Tabela 9 e nas Figuras 15 e 16, foram alcançadas conversões mais elevadas em reações utilizando uma razão molar álcool:óleo de 8:1.
Aos 20 minutos de reação, entretanto, a conversão é significativamente maior na reação utilizando a proporção molar de 8:1. Assim, é notória a influência da razão molar nas reações realizadas a partir de ambas as frequências, pois nota-se que ao aumentar a razão molar álcool/óleo para 8:1, são alcançadas conversões mais elevadas. A frequência do ultrassom foi variada para avaliar sua influência na conversão de triglicerídeos em ésteres.
Com base nos dados da Tabela 9, as Figuras 17 e 18 mostram os resultados de conversão de ésteres para reações realizadas em diferentes frequências ultrassônicas.
Velocidade de propagação do som no biodiesel obtido
Como resultado, pode-se dizer que a frequência ultrassônica foi o único fator que afetou a diferença nos valores de conversão encontrados. Os resultados da medição da velocidade de propagação do som em função da temperatura, obtidos a partir das cinco repetições para as quatro reações utilizando óleo de soja, são apresentados nas Figuras e 23. Com base nos resultados apresentados nas Figuras e 23, nota-se que para a faixa de temperatura estudada, a relação entre a velocidade de propagação no biodiesel e a temperatura é linear.
Pela Figura 24 é possível perceber que a velocidade de propagação no biodiesel estudado difere da velocidade de propagação no óleo de soja. Além disso, nota-se que os biodiesel produzidos com frequência ultrassônica de 3 MHz apresentam velocidade de propagação menor que os biodieseis produzidos com frequência ultrassônica de 1 MHz. Para definir se são equivalentes, foi realizada uma comparação estatística do erro normalizado.
Primeiramente, foi avaliado o efeito da razão molar na taxa de espalhamento em biodiesel produzido a partir da mesma frequência ultrassônica. Isto significa que a mudança na razão molar não afeta a taxa de propagação no biodiesel para ambas as frequências utilizadas. Porém, a partir da análise da Tabela 13, pode-se concluir que o biodiesel produzido a partir de diferentes frequências ultrassônicas é considerado não equivalente, pois o erro normalizado foi maior que 1.
Entende-se, portanto, que a frequência utilizada durante a reação afeta a velocidade de propagação no biodiesel de metil soja produzido.
Comparação com o método convencional de produção
METIL BIODIESEL DERIVADO DE ÓLEO DE CANOLA Os resultados dos estudos com metil biodiesel de soja permitiram identificar a influência da potência ultrassônica, razão molar e frequência ultrassônica na conversão do biodiesel. Após os experimentos com óleo de soja, foram realizados experimentos utilizando outro óleo como fonte de triglicerídeos, o óleo de canola. Para avaliar a influência da frequência ultrassônica, a conversão do biodiesel de metil canola também foi determinada por RMN de 1H a partir das frações obtidas do meio reacional.
Os resultados de conversão para biodiesel metílico de canola produzido a partir de frequências ultrassônicas de 1 MHz e 3 MHz são mostrados na Tabela 17 e Figura 27. Tabela 17 - Taxa de conversão de triglicerídeos em ésteres para reações utilizando óleo de canola e as frequências ultrassônicas de 1 MHz e 3 MHz Da mesma forma que foi feito para o biodiesel de metil soja, a velocidade de propagação foi determinada em função da temperatura (20 a 50°C) para biodiesel de metilcanola.
As Figuras 28 e 29 retratam o comportamento linear da velocidade do som do biodiesel de metil canola em função da temperatura. Além disso, nota-se que estes resultados são diferentes da velocidade de propagação no óleo de canola. Assim como no biodiesel de metil soja, foi realizada comparação estatística do erro normalizado para comparar os valores de velocidade de propagação no biodiesel produzido a partir de óleo de canola e determinar se são equivalentes.
Portanto, o biodiesel produzido a partir de óleo de colza e de diferentes frequências de ultrassom possui velocidade de propagação semelhante.
DISCUSSÃO
Em relação à taxa de propagação no biodiesel metílico de soja, como esperado, houve diferença entre os valores da taxa de propagação no biodiesel e no óleo de soja (Figura 24). A viscosidade do biodiesel é inferior à do óleo de soja, o que afeta a taxa de espalhamento. Por outro lado, ao comparar o biodiesel entre si, através do erro normalizado, observou-se que a razão molar não afeta a taxa de propagação no biodiesel produzido.
Embora haja variação na gravidade específica para diferentes razões molares e mesma frequência ultrassônica (Figura 11), essa variação é pequena e portanto não provoca alterações significativas na taxa de espalhamento no biodiesel. No entanto, descobriu-se que a frequência ultrassônica afeta a taxa de espalhamento no biodiesel metílico de soja, pois o erro normalizado foi maior que 1. Além disso, pode-se observar na Figura 24 que o biodiesel produzido com frequência ultrassônica de 3 MHz tem menor taxa de espalhamento.
Isto é, níveis mais elevados de ésteres na verdade diminuem a taxa de propagação no produto final. Porém, para avaliar a influência da frequência ultrassônica, foram levadas em consideração a conversão de triglicerídeos em ésteres e a velocidade de propagação. Ao comparar a velocidade de propagação nos biodieséis estudados (Figura 30), pode-se notar que ambos possuem velocidade de propagação equivalente.
Portanto, no biodiesel metílico de canola, a frequência ultrassônica utilizada durante a reação não afeta a velocidade de propagação.
CONCLUSÃO
Na determinação da taxa de propagação nos biodieséis obtidos verificou-se que a variação da razão molar não afeta a taxa de propagação. O ultrassom pode observar de forma qualitativa qual é o melhor biodiesel através do parâmetro velocidade de propagação. Porque os resultados deste estudo mostraram que quanto maior o percentual de FAME, menor a taxa de propagação do biodiesel.
Como as taxas de conversão obtidas foram próximas e o triglicerídeo igual, a taxa de propagação de ambos os biodieséis foi equivalente. Por fim, a produção de biodiesel assistida por ultrassom de baixa potência nas frequências de 1 MHz e 3 MHz mostrou-se uma alternativa promissora, simples, eficiente e com menores custos de produção. Estudo da eficiência energética de sistemas de secagem convectiva assistidos por ultra-sons na produção de choco.
Multivariate near-infrared spectroscopy models for predicting the iodine value, CFPP, kinematic viscosity at 40 ◦C and density at 15 ◦C of biodiesel. N.; ADEWUYI, Y.G.; Application of the Taguchi method to investigate the effects of process parameters on transesterification of soybean oil using high frequency ultrasound. Enzyme-catalyzed production of biodiesel by ultrasound-assisted ethanolysis of soybean oil in a solvent-free system.
Enzyme-catalyzed biodiesel production from ultrasound-assisted ethanolysis of soybean oil in a solvent-free system.
