ÁNALISE FISICO-QUÍMICA DO LÍQUIDO DA CASTANHA DO CAJU
PARA USO COMO BIOLUBRIFICANTE
Luanda Kívia de Oliveira Rodrigues, luandakivia@gmail.com ¹ Luis de Freitas Araújo, luisfreitasa@gmail.com¹
José Ubiragi de Lima Mendes, ubiragi@ct.ufrn.br¹
1 Universidade Federal do Rio Grande do Norte; Campus Universitário Lagoa Nova CEP 59072-970 Natal - RN -
Brasil.
Resumo: A dificuldade de se produzir um biolubrificante é o alto poder oxidativo dos óleos vegetais. O Líquido da Castanha do Caju (LCC) é um subproduto do beneficiamento da castanha que possui cardanol, substância com propriedades antioxidantes. Portanto esse trabalho analisou algumas propriedades fisico-químicas do LCC, in-natura, como densidade, viscosidade, ponto de fulgor e acidez para verificar sua utilização como biolubrificante. O processo foi experimental e os resultados foram favoráveis em determinadas propriedades, já em outras, necessita-se de pesquisas futuras para poder viabilizar o seu uso como lubrificante.
Palavras-chave: Biolubrificante, Viscosidade, Oxidação, Cardanol, Líquido da Castanha do Caju.
1. INTRODUÇÃO
Para se obter um funcionamento correto de um sistema mecânico, o bom uso de um óleo lubrificante de boa qualidade é essencial, a ausência desse pode causar danos irreparáveis ao equipamento.
Os primeiros lubrificantes que se tem registro eram à base de óleo vegetal e animal, porém com a evolução dos sistemas mecânicos surgiu à necessidade de óleos com maior estabilidade, propriedade o que não se tinha nesses óleos devido sua alta taxa de decomposição por oxidação, e por consequência melhor desempenho.
Os óleos lubrificantes encontrados atualmente no mercado são extraídos do petróleo ou sintetizados a partir dele que com o auxilio dos aditivos possuem alto desempenho. Infelizmente o problema são os danos causados ao meio ambiente desde o inicio do processo até seu descarte final, principalmente seu descarte indiscriminado e sua queima indevida, além de problemas causados à saúde devido o contato do produto com um operador.
Por isso, sabendo da importância dos lubrificantes e ainda utilizando a consciência ambiental, esse estudo propõe analisar a viabilidade do Líquido da Castanha do Caju (LCC) a fim de substituir os óleos derivados do petróleo existentes atualmente no mercado, visto que esses causam maiores danos ao meio ambiente.
Existem trabalhos sobre o resíduo gerado no processo de beneficiamento da castanha do caju, o LCC, para a produção de bioaditivos já que possui na sua composição cardanol, propriedade antioxidante motivo da escolha do referido fluido.
2. EMBASAMENTO TEÓRICO
2.1. Tribologia
O atrito é responsável pelas perdas em um sistema, sendo de 15% em um Motor de Combustão Interna (MCI) segundo Vicente (2005). O atrito é definido como a resistência ao deslocamento que de acordo Oliveira (2008) é devido às asperezas da superfície. Para reduzir as perdas por atrito e o desgaste os óleos lubrificantes são usados o problema deles é que são formados um ou mais óleo base correnspondente, em média, a 93% e os outros 7% de aditivos, podendo variar essa proporção de acordo com a aplicação (MATOS, 2011). Para fluidos de corte a proporção é de 99% para 1% de aditivos segundo o mesmo autor.
De acordo com o óleo base o lubrificante é classificado como mineral e sintético, sendo os minerais produzidos a partir do petróleo e o sintético em laboratório apresentendo melhor desempenho do que o primeiro citado e são usados inclusive na indústria aeronáutica. O problema dos lubrificantes atuais é a contaminação ambiental provocada desde o ínicio do processo ate seu descarte final poluindo aquíferos. Além disso em aplicações cuja temperatura é bastante elevada e o processo é aberto como fluido de corte, o operador poder contaminado devido a vaporização do lubrificante.
Óleos vegetais e LCC
No Egito antigo os óleos vegetais eram usados para vencer o atrito (HUTCHINGS, 1992). Uma grande quantidade de fluidos pode desempenhar papel de lubrificantes que é a de separar as superfícies em movimento e também fazer com que haja dissipação do calor do equipamento para o fluido.
Rodrigues (2011) e Cavalcati (2011) fizeram análises físico-químicas e dinâmicas no fluido que chamaram de Óleos da Castanha do Caju (OCC) formado a partir dos dois óleos presentes na castanha do caju. Porém o cardanol é presente em maior porcentagem no Líquido da Castanha do Caju (LCC), líquido que é descartado no processo de beneficiamento da castanha do caju.
Para descartar o LCC a indústria deve tratar o óleo antes o que gera custo encarecendo o processo. Para evitar esse gasto o óleo é exportado a preços ínfimos para se retirar o cardanol e assim produzir bioaditivos. Além do cardanol está presente também no LCC o cardol ambos são fenóis como mostrado na Fig 1.
(a) (b)
Figura 1 – Estrutura do Cardol (a) e Cardanol (b).
Mazzetto et al (2009) apresentou as proporções do cardanol e cardol. Eles são classificados de acordo com o método de extração do LCC. No caso de extraído por solventes é chamado de LCC natural se o processo for à quente LCC técnico.
Tabela 1. Composição química do LCC natural e LCC técnico. Fonte: Adaptado de Mazzetto et al (2009)
Componentes Fenólicos* LCC Natural (%) LCC Técnico (%) Cardanol 1,60 – 9,20 67,82 – 94,60 Cardol 13,80 – 20,10 3,80 – 18,86
*Os percentuais descrevem os limites inferior e superior empregando diferentes técnicas analíticas. Foram analisadas amostras novas, destiladas e envelhecidas.
Apesar do cardol já ter sido caracterizado como um componente tóxico Suresh e Kaleysa Raj (1990 apud Mazzetto et al ,2009) comprovaram tolerância de até 5 g/kg em ratos. Ao entrar em contato com pele, dependendo da concentração, não implica em danos, como os fenóis utilizados na produção de peeling químicos. Todavia, o cardol pode ser retirado através de processos existente que são simples e difundidos. Contudo o Líquido da Castanha do Caju apresenta uma longa cadeia carbônicas como os lubrificantes convencionais.
Analises Físico-químicas
No entanto, para que um fluido possa ser considerado como lubrificante, ele deve obedecer a uma série de propriedades afim de que se possa garantir, com segurança, um bom funcionamento do sistema.
As propriedades analisadas nesse trabalho foram propriedades intensivas, ou seja, aquelas que não dependem da massa para que um fluido seja considerado como lubrificante. As propriedades analisadas foram os pontos de fulgor e de combustão, a densidade, a viscosidade e o seu Ph.
Pela definição temos que o ponto de fulgor é a menor temperatura à pressão ambiente em que ocorre um lampejo, provocado pela inflamação dos vapores da amostra, pela passagem de uma chama-piloto; não deve ser confundido com um halo azulado que às vezes circunda a chama-piloto.
Ponto de Combustão é uma temperatura superior ao ponto de fulgor no qual a amostra, após se inflamar, pela passagem da chama-piloto, continua queimando por alguns segundos.
A densidade é definida como massa por unidade de volume. A densidade de uma substância depende, em geral, da temperatura e da pressão, porém, líquidos e sólidos são substâncias essencialmente incompressíveis e a variação da densidade com a pressão usualmente é desprezível.
A viscosidade é a propriedade que representa a resistência interna do líquido ao movimento. Essa propriedade é importante porque a intensidade da força de arrasto depende, em parte, da viscosidade da substância.
O potencial de hidrogênio indica se a substancia é um acido, uma base ou neutro. Sua escala vai até 7 para ácido; 7 neutro e até 14 para base.
3. METODOLOGIA
O Líquido da Castanha de Caju foi adquirido sem informações sobre o método de extração do mesmo.
A densidade foi medida em um densimêtro digital, GEHAKA, modeli DSL 910; onde Líquido da Castanha do Caju (LCC) é colocado no recipiente padrão de volume estabelecido.
O equipamento utilizado para medir o Ponto de Fulgor (PF) e Ponto de Combustão (PC) foi o semi-automático PM-4, PETROTEST, medição vaso fechado do Núcleo de Pesquisa em Petróleo e Gás – NUPPEG do Departamento de Engenharia Química da UFRN.
A viscosidade medida foi à dinâmica em um viscosímetro rotativo QUIMIS, modelo Q860M21 com variação de velocidade de 0,1 a 60 rpm e faixa de leitura de 100 à 600 mPa do Laboratório de Mecânica do Fluidos.
O pH do LCC foi medido em um pHmetro aferido com a solução padrão antes dos ensaios. Todos os teste foram realizados a 24°C.
4. RESULTADOS E DISCUSÕES
A densidade apresentada na Tab.1 mostra valor um pouco maior que 1, ou seja, o LCC é praticamente a mesma densidade da água o que dificulta m processo de lavagem do óleo na condição de in-natura.
Tabela 1. Densidade
Densidade (Kg/m³) Desvio Padrão
1,029 0,0005
As medições de Ponto de Fulgor e Combustão mostraram-se favoráveis, mas não dá para comparar com os lubrificantes comerciais, pois esses são submetidos a ensaios vaso aberto. Para ensaio vaso fechado os valores foram altos o que permite o LCC trabalhar em sistemas com um Motor de Combustão Interna – MCI que trabalha na faixa de 115°C . Ver Tab.2 e Tab.3.
Tabela 2. Medição do Ponto de Fulgor
Ponto de Fulgor (°C) Desvio Padrão
122,33 3,05
Tabela 3. Medição do Ponto de Combustão
Ponto de Combustão (°C) Desvio Padrão
143,0 8,54
O ponto de Hidrogênio (pH) como pode ser visto da Tab.4 está próximo a 9, por isso o LCC é dito alcalino. Quando o fluido é muito alcalino ele ataca a superfície, um exemplo, em contato com a pele o LCC queima marcado-a. Por isso para que o LCC não ataque a superfície comprometendo a estrutura da mesma esse alcalinidade deve ser reduzida.
Tabela 4. Medição do pH
pH Desvio Padrão
8,8 0,32
Os ensaios de viscosidade foram feitos a temperatura ambiente, 24°C.O equipamento fornece a viscosidade dinâmica mas a mesma foi transforma em cinemática com desvio padrão apresentado na Tab.5.
Tabela 5. Medição da Viscosidade
Viscosidade Dinâmica(Pas) Viscosidade Cinemática(mm²/s) Desvio Padrão 278,06x10-³ 2,7023x10-4 2,96x10-7
Ao comparar o resultado da viscosidade cinemática com os fornecido pelo gráfico mostrado na Fig. 2 para a temperatura de 24°C o Líquido da Castanha do Caju (LCC) apresentou viscosidade próxima a lubrificantes já existentes no mercado como o SAE 10W e 10W30.
Figura 2 – Gráfico de viscosidade dos principais fluidos lubrificantes. Fonte:Fox e Mcdonald
5. CONCLUSÕES
Para a condição do óleo analisado, que era in-natura, os resultados dos testes físico-químicos foram favoráveis, principalmente referente a viscosidade que se mostrou próxima a de lubrificantes sintéticos já existentes no mercado.
Os Pontos de Fulgor e Combustão (PF) (PC), respectivamente, mostraram-se elevados para um ensaio vaso fechado, e mesmo assim acima da temperatura média de funcionamento de um Motor de Combustão Interna o que poderia ser uma das aplicações do Líquido da Castanha do Caju (LCC).
Como os ensaio citados foram compatíveis com um óleo comercial de bom desempenho como o sintético 10W e 10W30 o LCC pode ter outras aplicações também importantes mas com fluido de menor exigência como fluido de corte.
Contudo, independente a aplicação o LCC não apresentou bons resultados quanto ao Potencial de Hidrogênio (pH) por isso deve passar por um processo para reduzir esse alcalinidade embora mesmo com essa alcalinidade no
ensaio dinâmico realizado em paralelo ao físico-químico, o LCC não atacou o que impulsiona a pesquisa para uma nova fonte de matéria-prima para a produção de biolubrificante.
6. REFERÊNCIAS
RODRIGUES, Luanda Kívia de Oliveira; RIBEIRO, Fernanda Alves; LIMA, Rudson de Souza; MENDES, José Ubiragi de Lima. Characterization of the cashew nuts oil as a Lubricant plant. In: Congresso Brasileiro de Engenharia Mecânica, 20, 2009, Gramado. Anais Eletrônicos. Gramado: Universidade Federal do Rio Grande do Sul, 2009; Disponível em: CD.
CAVALCANTI, Synara Lucien de Lima, RODRIGUES, Luanda Kívia de Oliveira; RIBEIRO, Fernanda Alves; LIMA, Rudson de Souza; MENDES, José Ubiragi de Lima. SANTANA, Jaciana Silva. Performance analysis of oil of cashewnuts as lubricant In: Congresso Brasileiro de Engenharia Mecânica, 21, 2011, Natal. Anais Eletrônicos. Natal: Universidade Federal do Rio Grande do Norte, 2011; Disponível em: CD
Hutchings, I. M. Friction. In:_______________. Tribology: Friction and wear of engineering of materials. Cambridge: British Library Cataloguing in Publication Data, 1992. p.22-25.
OLIVEIRA, A. M. Desenvolvimento e avaliação de um lubrificante, com partículas magnéticas, destinado à
redução de atrito em motores de combustão interna. 2009. 182f. Tese (Doutor em Engenharia Mecânica) –
Universidade de São Paulo, São Carlos, 2009
Mazzetto, Selma Elain; Lomonaco, Diego; Mele, Giuseppe. Óleo da castanha de caju: oportunidades e desafios no contexto do desenvolvimento e sustentabilidade industrial.Quimica Nova,v.32 , n.3,p.732-741, 2009.
Fox, R.W, McDonald, A.T. Introdução à Mecânica dos Fluidos: 5ª Ed.
RODRIGUES, L. K. O; FREITAS NETO, F. R.; MENDES, J. U. L.; Análise do uso do óleo da castanha do caju como biocombustível. In: Congresso Ibero-Americano de Engenharia Mecânica, 10, 2011, Porto. Anais Eletrônicos. Porto: Universidade do Porto, 2011; Disponível em: CD
7. DIREITOS AUTORAIS
PHYSICAL-CHEMICAL ANALYSIS LIQUID OF CASHEW NUTS FOR USE
AS BIOLUBRIFICANTE
Luanda Kívia de Oliveira Rodrigues, luandakivia@gmail.com ¹ Luis de Freitas Araújo, luisfreitasa@gmail.com¹
José Ubiragi de Lima Mendes, ubiragi@ct.ufrn.br¹
1 Universidade Federal do Rio Grande do Norte; Campus Universitário Lagoa Nova CEP 59072-970 Natal - RN -
Brasil.
Abstract. The difficulty of producing a biolubrificante is oxidative high power of vegetable oils. The Cashew Nut Liquid (LCC) is a byproduct of the cashew processing that has cardanol, a substance with antioxidant properties. Therefore this study examined some physicochemical properties of the LCC, in-natura, such as density, viscosity, flash point and acidity to check its use as biolubrificante. The process and the experimental results were favorable in certain properties, already others, it is needed further research in order to enable its use as a lubricant.
Keywords: Biolubricants, Viscosity, Oxidation, Cardanol, Cashew Nut Liquid.
RESPONSIBILITY NOTICE
