Braz. J. of Develop.,Curitiba, v. 6, n.5, p.28844-28851 may. 2020. ISSN 2525-8761
Produção de biodiesel de óleo de fritura residual em um módulo didático de
biodiesel
Biodiesel production from residual frying oil in a didactic biodiesel module
DOI:10.34117/bjdv6n5-363
Recebimento dos originais:20/04/2020 Aceitação para publicação:19/05/2020
Felipe de Luca Lima Coelho
Graduando em Engenharia Química pela Universidade Federal do Sul e Sudeste do Pará Instituição: Universidade Federal do Sul e Sudeste do Pará, Faculdade de Engenharia de
Minas e Meio Ambiente
Endereço: Folha 31, Quadra 07, Lote Especial, s/n. Bairro: Nova Marabá – Marabá-PA, Brasil
E-mail: [email protected] Iara Oliveira Santos
Graduando em Engenharia Química pela Universidade Federal do Sul e Sudeste do Pará Instituição: Universidade Federal do Sul e Sudeste do Pará, Faculdade de Engenharia de
Minas e Meio Ambiente
Endereço: Folha 31, Quadra 07, Lote Especial, s/n. Bairro: Nova Marabá – Marabá-PA, Brasil
E-mail: [email protected] Daniel Campos da Paixão Graduado em Engenharia Química
Instituição: Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia da Bahia Endereço: Rua Emídio dos Santos, s/n - Barbalho, Salvador - BA
E-mail: [email protected] Dyenny Ellen Lima Lhamas
Doutora em Engenharia de Recursos Naturais pela Universidade Federal do Pará Instituição: Universidade Federal do Sul e Sudeste do Pará, Faculdade de Engenharia de
Minas e Meio Ambiente
Endereço: Folha 31, Quadra 07, Lote Especial, s/n. Bairro: Nova Marabá – Marabá-PA, Brasil
E-mail: [email protected] Gicélia Rodrigues
Doutora em Engenharia Química pela Universidade Federal do Rio Grande do Norte Instituição: Universidade Federal do Sul e Sudeste do Pará, Faculdade de Engenharia de
Braz. J. of Develop.,Curitiba, v. 6, n.5, p.28844-28851 may. 2020. ISSN 2525-8761 Endereço: Folha 31, Quadra 07, Lote Especial, s/n. Bairro: Nova Marabá – Marabá-PA,
Brasil
E-mail: [email protected] Daiane Farias Pereira Suffredini
Doutora em Engenharia Química pela Universidade Federal da Bahia
Instituição: Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia da Bahia - Campus Ilhéus Endereço: Rodovia Jorge Amado, Km 13, S/N – Vila Cachoeira - Ilhéus-BA
E-mail: [email protected] Ana Cláudia Gondim de Medeiros
Mestre em Engenharia de Sistemas Químicos pela Universidade Estadual de Campinas Instituição: Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia da Bahia - Campus
Salvador
Endereço: Rua Emídio dos Santos, s/n - Barbalho, Salvador - BA E-mail: [email protected]
RESUMO
Neste artigo investigou-se a produção de biocombustível a partir do óleo residual de fritura por transesterificação etílica via catalise homogênea básica em um módulo didático de biodiesel pertencente ao curso de Engenharia Química da Universidade Federal do Sul e Sudeste do Pará. O óleo de fritura residual utilizado foi obtido em residências no município de Marabá, no estado do Pará e foi caracterizado em termos de índice de acidez, porcentagem de ácidos graxos livres, massa específica, teor de umidade e viscosidade e os biocombustíveis foram caracterizados em termos de índice de acidez, massa específica, viscosidade, cinzas, além de análises de espectroscopia no infravermelho para o óleo de fritura e o biodiesel. Foram realizados dois experimentos de transestericação com hidróxido de potássio (KOH) e um com hidróxido de sódio (NaOH) com massa equivalente de catalisador a 1% e temperatura de reação de 60 ºC, variando razão molar de óleo/ álcool e tempo de reação. Os resultados experimentais demonstraram que o experimento utilizando NaOH foi o que se apresentou consoante com as normas da Agência Nacional de petróleo. Assim, verificou-se que é possível a produção de biodiesel em um módulo didático a partir de óleo de fritura residual, demonstrando a viabilidade da produção de biodiesel utilizando uma matéria-prima residual. Palavras Chave: biodiesel, transesterificação, óleo de fritura.
ABSTRACT
In this article, we investigated the production of biofuel from residual frying oil by ethyl transesterification via basic homogeneous catalysis in a didactic biodiesel module belonging to the Chemical Engineering course at the Federal University of the South and Southeast of Pará. Residual frying oil used was obtained in homes in the municipality of Marabá, in the state of Pará and was characterized in terms of acidity index, percentage of free fatty acids, specific mass, moisture content and viscosity and biofuels were characterized in terms of acidity index, specific mass, viscosity, ash, in addition to infrared spectroscopy analysis for frying oil and biodiesel. Two transesterication experiments were carried out with potassium hydroxide (KOH) and one with sodium hydroxide (NaOH) with 1% equivalent catalyst mass
Braz. J. of Develop.,Curitiba, v. 6, n.5, p.28844-28851 may. 2020. ISSN 2525-8761 and reaction temperature of 60 ºC, varying the oil / alcohol molar ratio and reaction time. The experimental results showed that the experiment using NaOH was what was presented according to the rules of the National Petroleum Agency. Thus, it was found that the production of biodiesel in a didactic module from residual frying oil is possible, demonstrating the viability of biodiesel production using a residual raw material.
Keywords: biodiesel, transesterification, frying oil.
1 INTRODUÇÃO
O agravamento das questões ambientais em todo o planeta vem fazendo com que se pense em formas alternativas de energia, que sejam menos poluentes e sustentáveis ao longo do tempo.
A fim de minimizar a emissão de poluentes na atmosfera, os combustíveis renováveis estão sendo cada vez mais estudados. Dentre os biocombustíveis, os mais populares são os ésteres metílicos e etílicos de óleos e gorduras vegetais, denominados de biodiesel.
Para obter biodiesel, o óleo vegetal ou gordura animal é submetido a uma reação química denominada transesterificação. Nessa reação, o óleo vegetal ou gordura animal é reagido na presença de um catalisador (geralmente uma base) com um álcool (geralmente metanol ou etanol) para formar os ésteres alquilicos correspondentes (KNOTHE; GERPEN; KRAHL, 2005).
O biodiesel pode ser produzido a partir de uma grande variedade de matérias-primas. Estas matérias-primas incluem os óleos vegetais mais comuns (por exemplo, soja, palma, amendoim, canola, girassol) e gorduras animais (geralmente sebo) bem como óleos usados (por exemplo, óleos para fritar usados). A escolha da matéria-prima depende em grande parte da geografia. Dependendo da origem e da qualidade da matéria-prima, alterações no processo de produção podem ser necessárias (KNOTHE; GERPEN; KRAHL, 2005).
Matérias-primas baratas como óleos e gorduras residuais têm atraído à atenção de produtores de biodiesel devido ao seu baixo custo. A reciclagem do óleo de fritura como biocombustível não somente retiraria um composto indesejado do meio ambiente, mas também permitiria a geração de uma fonte de energia alternativa, renovável e menos poluente. Neste contexto, este artigo se propõe a produzir o biocombustível a partir do óleo residual de fritura por transesterificação etílica via catalise homogênea básica em um módulo didático de biodiesel.
Braz. J. of Develop.,Curitiba, v. 6, n.5, p.28844-28851 may. 2020. ISSN 2525-8761 2 MATERIAL E MÉTODOS
O óleo de fritura residual (OFR) utilizado nesse trabalho foi obtido em residências no município de Marabá, no estado do Pará. Antes de ser caracterizado, o mesmo passou por um processo de decantação seguido de uma filtração simples, na qual se retirou resíduos sólidos que pudessem prejudicar o bom resultado dos experimentos.
As reações de transesterificação por catálise homogênea básica ocorreram em um modulo didático de biodiesel (Marca: UpControl), o qual pertence ao curso de Engenharia Química da Universidade Federal do Sul e Sudeste do Pará-Unifesspa.
Figura 1. Módulo didático de biodiesel
O procedimento experimental consistiu inicialmente em pesar 1L do óleo residual de fritura em uma balança analítica (MARTE-UX8200S), que resultaram em 896,6 g. Após isso, essa quantidade de óleo residual foi inserida no módulo didático de biodiesel e um banho ultratermostático foi conectado ao condensador acoplado a tampa do reator. As condições reacionais utilizadas estão apresentadas na Tabela 1.
Tabela 1. Experimentos realizados.
Testes Razão óleo/álcool Catalisador (1%) Temperatura (ºC) Tempo (min) 1 1:8 KOH 60 ºC 50 2 1:8 NaOH 60 ºC 50 3 1:6 KOH 60 ºC 30
Braz. J. of Develop.,Curitiba, v. 6, n.5, p.28844-28851 may. 2020. ISSN 2525-8761 Foram realizadas análises físico-químicas no óleo de fritura de acordo com as normas da AOCS e para o biodiesel de acordo com a ANP, 2014. Realizou-se análises de espectroscopia no infravermelho (IV) no óleo de fritura residual e no biodiesel obtido.
3 RESULTADOS E DISCUSSÕES
Os resultados das analises físico-químicas do óleo de fritura residual utilizado nos ensaios experimentais são apresentados na Tabela 2. Os resultados estão de acordo com os valores descritos na literatura, tais como Alves e Pacheco, 2014 e Santos, 2013. O parâmetro índice de acidez apresentou um valor baixo, caracterizando baixo teor de ácidos graxos livres nessa matéria prima, indicando que o óleo de fritura possivelmente não foi reutilizado várias vezes.
Tabela 2. Características do óleo de fritura residual.
Características Valores
Índice de Acidez (mgKOH/g) 0,6
Ácidos Graxos Livres (%) 0,3
Massa específica (kg/m3) 918,0
Teor de umidade (%) 0,1
Viscosidade (mm2.s−1) 41,50
A Figura 2 apresenta espectro de infravermelho para o óleo de fritura residual. O espectro apresentou bandas de estiramento típicas de óleos vegetais com destaque para a intensa absorção do estiramento da carbonila C=O em, 1740 cm−1, características das carbonilas dos ésteres de triglicerídeos, de acordo com Santos (2013).
Braz. J. of Develop.,Curitiba, v. 6, n.5, p.28844-28851 may. 2020. ISSN 2525-8761 A Tabela 3 apresenta as características obtidas para os experimentos obtidos no módulo de Biodiesel.
Tabela 3. Características físico-químicas do biodiesel
Testes Massa específica (kg/m3) Viscosidade (mm2.s−1) Índice de Acidez (mgKOH/g) Cinzas (%) 1 903,0 2,68 1,07 0,004 2 910,8 3,51 0,5 0,004 3 903,0 2,98 1,22 0,003
Observou-se que o experimento 2 foi o que mais se enquadrou dentro das normas da Agência Nacional de petróleo, com excessão da massa especifica que apresentou um valor um pouco acima da norma.
Com relação à viscosidade, a ANP estabelece uma faixa ideal entre 3 e 6 mm²/s. O teste 2 apresentou valor de acordo com a norma. Ressalta-se que alta viscosidade ocasiona heterogeneidade na combustão do biodiesel, devido à diminuição da eficiência de atomização na câmara de combustão, ocasionando a deposição de resíduos nas partes internas do motor.
Segundo ANP, (2014) o biodiesel deve apresentar um índice de acidez máximo de 0,5 mg KOH/g. De acordo com os resultados observou-se que o teste 2, utilizando o catalisador NaOH se enquadrou dentro do valor exigido pela ANP, no entanto, os testes 1 e 3 não se enquadraram na norma, desta forma faz-se necessário realizar a otimização do processo, a qual encontra-se em andamento com etapas de purificação e adsorção, objetivando retirar os resíduos presentes no biodiesel, de forma a adequar os parâmetros com a norma da ANP.
Perassi et al. (2016) obtiveram resultados de índice de acidez de 2,07 e 2,16 mgKOH/g para biodiesel obtido de óleo de fritura residual e óleo de fritura virgem pelo processo de transesterificacão por meio da rota etílica, respectivamente, demonstrando uma alternativa promissora frente aos resultados obtidos, mesmo com os altos índices de acidez.
Com relação ao teor de cinzas observa-se que os experimentos estão de acordo com os padrões da ANP, que estabelece um valor máximo de 0,02% de cinzas sulfatadas.
A Figura 3 apresenta o infravermelho do experimento 1. Observa-se duas bandas fortes, uma identificada em 1750 cm−1 e outra entre 1000 e 1300 cm−1 , que correspondem a estiramentos C=0 e C-O, caracterizando a presença de grupos ésteres nas amostras, indicando a conversão da matéria-prima.
Braz. J. of Develop.,Curitiba, v. 6, n.5, p.28844-28851 may. 2020. ISSN 2525-8761 Figura 3. Infravermelho do experimento 1 (1% KOH, razão 1:8, 50 min).
4 CONCLUSÕES
De acordo com os resultados obtidos verificou-se que o experimento 2 com óleo de fritura utilizando 1% de NaOH apresentou resultados que mais se enquadraram dentro das normas da Agência Nacional de petróleo.
Assim, verifica-se que é possível a produção de biodiesel em um módulo didático a partir de óleo de fritura residual, apesar da dificuldade de adequação de alguns parâmetros. Desta forma, este trabalho apresentou a viabilidade da produção de biodiesel utilizando uma matéria-prima residual, o que reforça o caráter renovável.
AGRADECIMENTOS
Ao CNPq. Ao Núcleo de Tratamento de Resíduos Sólidos e Sustentabilidade (NUTRARES) da UNIFESSPA
REFERÊNCIAS
ALVES, A. A.; PACHECO, B. T. G. Síntese do biodiesel a partir de óleo residual através da esterificação homogênea dos ácidos graxos livres e transestericação alcalina. 2014. Monografia (Bacharel em Engenharia Química), Universidade de Alfenas, Poços de Caldas-MG, Brasil.
BRASIL. Ministério de Minas e Energia. Agência Nacional de Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis. Resolução nº 45, de 25 de agosto 2014. Diário Oficial da União, Brasília, DF.
Braz. J. of Develop.,Curitiba, v. 6, n.5, p.28844-28851 may. 2020. ISSN 2525-8761 KNOTHE, G.; GERPEN, J. V.; KRAHL, J. The Biodiesel Handbook. 1. ed. [S.l.]: AOCS Press, 2005.
PERASSI, I. S. T. et al. Obtenção de biodiesel a partir de óleo residual via rota etílica. 2016. XXI Congresso Brasileiro de Engenharia química. Fortaleza/Ce.
SANTOS, W. G. dos. Craqueamento termocatalitico do óleo de fritura residual. Dissertação (Mestrado) | Universidade Federal do Pará, Belém-PA, Brasil, 2013.
