relatorio biodiesel 1

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DISCENTE: 
	JOÃO FÁBIO BARBOZA MERLIN
	
	DIOGO PALERMO GONÇALVES
	
	LUIS HENRIQUE STEVANATO
EMANOEL ZINZA
GUSTAVO SANTOS DO AMARAL
BIODIESEL OBTIDO PELO PROCESSO DE TRANSESTERFICAÇÃO
Rosana
Junho de 2018
RESUMO
Os impactos ambientais resultantes da utilização de combustíveis fósseis têm intensificado a necessidade de desenvolver fontes de energia renováveis. Um excelente combustível alternativo que vem sendo usado para minimizar os problemas ambientais, o biodiesel que pode ser definido como um combustível renovável produzido utilizando-se fontes naturais. Dos diversos produtos obtidos da reciclagem atualmente, o biocombustível pode substituir parcial ou totalmente combustíveis derivados de petróleo em motores a combustão ou em outro tipo de geração de energia. Este trabalho consiste na produção do biodiesel a partir do óleo vegetal virgem (Leve). O óleo vegetal é extraído de plantas, que contêm triglicerídeos, e sua maioria é extraída diretamente das sementes. Na prática, se obtém o biodiesel e um subproduto chamado glicerina, que pode ser utilizada para a fabricação de sabão caseiro, resinas, entre outros materiais. As análises da matéria-prima, como a densidade e viscosidade, foram realizadas previamente ao processo de síntese. O processo foi desenvolvido em duas etapas, sendo que na primeira realizou-se a esterificação dos ácidos graxos livres do óleo vegetal virgem (Leve) e na segunda ocorreu o processo da transesterificação pela via química, realizada por catalisador alcalino.
Palavras-Chave: Biocombustíveis; Biodiesel; Química Tecnológica.
1. INTRODUÇÃO 
1.1 BIOCOMBUSTÍVEIS
As fontes de energia fazem parte de discussões recorrentes na sociedade moderna. Visto que, o futuro do planeta está sendo ameaçado por diversas consequências das fontes de energia não renováveis como o combustível fóssil, sendo que, um dos fatores é a emissão de dióxido de carbono, que catalisa a degradação da camada de ozônio, fator responsável pelo efeito estufa[1].
Durante a queima dos combustíveis fósseis um dos principais gases liberados é o CO2, que no último século suas concentrações na atmosfera atingiram níveis mais altos aumentando proporcionalmente em função das atividades humanas, devido a utilização inconsciente dos combustíveis. O uso de biocombustíveis pode ser empregado para a diminuição do efeito estufa.
O Biocombustível é um combustível com características orgânicas, que se constitui de derivados de biomassa, tendo a mesma função de um combustível convencional, tal como, em motores a combustão. Porém, com aspectos positivos, em relação ao meio ambiente, além de aspectos positivos economicamente. No Brasil os biocombustíveis líquidos mais utilizados são o etanol e o biodiesel, os dois possuem forma de obtenção similares, tal que, o biodiesel é um subproduto do etanol [2].
A utilização da biomassa, em particular os biocombustíveis, para usos energéticos vem tornando-se mais atrativo a cada dia. Isso se deve a utilização intensiva e pouco eficiente dos combustíveis fósseis para o suprimento das necessidades energéticas da humanidade nas últimas décadas, levando a uma diminuição considerável de suas reservas mundiais e os prognósticos de seu esgotamento nas próximas décadas. Os biocombustíveis como alternativas são substitutos diretos e imediatos dos combustíveis líquidos empregados nos
transportes e podem ser facilmente integrados aos sistemas logísticos atualmente em operação.
Os biocombustíveis são renováveis, uma vez que são produzidos a partir de produtos agrícolas e podem ser usados tanto isoladamente, como adicionando aos combustíveis convencionais em misturas. Como exemplos, podemos citar o biodiesel, o etanol, o metanol, o metano e o carvão vegetal.
Portanto seu uso vem contribuir para a solução dos graves problemas econômicos, sociais e ambientais gerados do uso dos combustíveis fósseis que afetam todo o mundo e colaborar com o avanço da agricultura e da indústria, sobretudo nos países em desenvolvimento.
1.1.1 BIOCOMBUSTÍVEIS NO BRASIL
O Brasil hoje lidera o movimento de países a favor do uso em grande escala dos biocombustíveis. É o país que tem a experiência mais antiga e relevante de produção e uso desses energéticos. Segundo o Ministério de Minas e Energia (MME), no setor de transportes, 20% do consumo é representado por combustíveis renováveis, maior participação do mundo, o que faz do país o melhor estudo de caso para avaliar a viabilidade de seu uso em larga escala. No Brasil, os principais biocombustíveis produzidos são o etanol e o biodiesel.
1.2 BIODIESEL
No ano 1900, foi exposto o primeiro motor acionado por óleo vegetal, o próprio Rudolph Diesel apresentou um protótipo de motor na Exposição Universal de Paris, que foi acionado com óleo de amendoim, cultura que era muito difundida nas colônias francesas na África [3]. No entanto, a abundância da oferta de petróleo e o seu preço accessível, determinaram que, nos anos 
seguintes, os derivados do petróleo fossem os combustíveis preferidos, reservando os óleos vegetais fossem para outros usos [3].
Os óleos vegetais apresentavam dificuldades para obter uma boa combustão, atribuídas a sua elevada viscosidade, o que impedia uma adequada injeção nos motores. O combustível de origem vegetal deixa depósitos de carbono nos cilindros e nos injetores, requerendo uma manutenção intensiva [3]. A pesquisa realizada para resolver esses problemas conduziu à descoberta da transesterificação, que é a quebra da molécula do óleo, com a separação da glicerina e a recombinação dos ácidos graxos com álcool. Este tratamento permitiu superar as dificuldades com a combustão. Um cientista belga, G. Chavanne patenteou o processo de produção em 1937 [3].
Do ponto de vista químico, o produto da reação do óleo com o álcool é um éster monoalquílico do óleo vegetal, cuja molécula apresenta muita semelhança com as moléculas dos derivados do petróleo. O rendimento térmico do novo combustível é de 95% em relação ao do diesel de petróleo, ou seja, que, do ponto de vista prático, não se percebe qualquer diferença. Os primeiros a utilizar a feliz denominação de biodiesel para esses combustíveis foram pesquisadores chineses, em 1988 [3]. Na década de 30, o governo francês incentivava as experiências com o óleo de amendoim visando a conquistar a independência energética [3]. Durante a II Guerra Mundial, o combustível de origem vegetal foi utilizado extensamente em vários países, incluindo a China, a Índia e, obviamente, a Bélgica. Em 1942 foi publicado um extenso relatório técnico sobre a produção e uso de combustíveis de ésteres etílicos de óleo de palma. Este relatório descreve o que deve ter sido o primeiro teste de campo com um ônibus urbano movido a biodiesel. O ônibus alimentado com ésteres etílicos de óleo de palma serviu em uma linha comercial de transporte de passageiros entre Bruxelas e Louvaina durante o verão de 1938 [4].
1.2.1 BIODIESEL NO BRASIL
A escassez prevista de combustível fóssil incentivou a busca de substitutos para os derivados de petróleo. Essa busca resultou em um combustível alternativo chamado "biodiesel". Algumas definições consideram biodiesel como qualquer mistura de óleo vegetal e diesel fóssil, enquanto outros levam em conta apenas as misturas de ésteres alquílicos de óleos vegetais ou gorduras animais e o diesel. A definição adotada pelo Programa Brasileiro de Biodiesel é: "um combustível obtido a partir de misturas, em diferentes proporções, de diesel fóssil e ésteres alquilicos de óleos vegetais ou gorduras animais". Tecnicamente falando, o biodiesel é o éster alquilico com os ácidos graxos, por transesterificação de óleos ou gorduras, a partir de plantas ou animais, com álcoois de cadeia curta, tais como metanol e etanol. A glicerina é, por conseguinte, um subproduto da produção de biodiesel [5].
Existem várias opções para fontes de óleo vegetal. No Brasil, o óleo de soja é uma fonte que já está escalado para cima para produção debiodiesel. No entanto, outras fontes, tais como girassol, de amendoim, de algodão, óleo de palmeira, de coco, de babaçu e, especialmente, óleo de mamona, podem ser utilizadas no futuro próximo, uma vez que o seu cultivo pode atingir um aumento de escala económica. Os ésteres de óleos vegetais são os melhores substitutos para o diesel porque não exige qualquer modificação do motor diesel e têm um rendimento energético elevado. Além disso, óleos vegetais naturalmente fixar a energia solar e não contêm enxofre. Dentro do possível a fonte de biodiesel deve cumprir dois requisitos: baixos custos de produção e grande escala de produção. Óleos refinados têm elevados custos de produção, mas baixa escala de produção; do outro lado, sementes, algas e saneamento básico têm baixos custos de produção e são mais disponíveis do que os azeites refinados ou reciclados [5].
Um dos pontos positivos do Brasil é que por ser um país continental possui condições edafoclimáticas que juntamente com a grande extensão territorial possibilita uma grande produção agrícola de vários produtos oleaginosos, que são usados como matéria prima para a produção do biodiesel [6].
No Brasil, a produção de biodiesel, foi ajustado para a cultura de cada região (Figura 1). No Norte, de dendê, soja, babaçu, cupuaçu são as fontes mais utilizadas; no Nordeste, mamona, dendê, coco, amendoim, babaçu, soja e algodão; no Centro-Oeste, soja, algodão, mamona, coco, dendê e de amendoim; no Sudeste, de soja, mamona, algodão, coco, dendê, amendoim; no Sul, girassol, soja, canola, amendoim e algodão.
Figura 1: Oleaginosas Potenciais X Consumo de Diesel, por região.
Fonte: CEPA – USP
1.2.2. MERCADO PARA O BIODIESEL
O modal de transporte que mais expandiu no Brasil foi o rodoviário. Do ponto de vista da eficiência energética e de estratégia, esse tipo de transporte não é o mais aconselhável, sendo que os outros modais de transporte, o ferroviário e o hidroviário, seriam mais vantajosos, uma vez que o Brasil possui dimensões continentais.
O combustível normalmente utilizado para o transporte de cargas e passageiros no Brasil é o diesel de petróleo, que é importado em elevada proporção, em função das limitações da capacidade de refino. O aproveitamento dos óleos vegetais transesterificados como combustíveis, permitiria evitar a importação de diesel de petróleo, fortalecendo a independência energética do País. Ao mesmo tempo, constituiria uma forma de evitar a colocação desses óleos no mercado mundial que se apresenta sofre pelo excesso de oferta. 
O custo de produção do biodiesel é fortemente vinculado ao custo da matéria-prima, no caso da soja, a formação de preço do óleo não ocorre no mercado energético, porém no mercado nutricional, que possui maior elasticidade remunerativa. Portanto, não é lógico esperar uma adequação do preço do óleo de soja ao preço do diesel, muito embora exista uma associação entre preço internacional de petróleo e de óleos vegetais. Este fenômeno não significa que um esteja influenciando o preço do outro, porém que os mesmos fatores de formação de preços estão atuando sobre os dois segmentos [6].
Atualmente, o biodiesel é apenas um combustível complementar que é misturado com o diesel mineral, no caso mais comum, da seguinte maneira 95% de diesel mineral e 5% de biodiesel. Um fator favorável ao combustível renovável é que não é necessário alterar e nem criar outra infraestrutura de distribuição do mesmo, ele pode simplesmente ser distribuído da mesma maneira que o diesel mineral. Já o preço do biodiesel é que não ajuda muito, pois o mesmo não possui um preço muito competitivo com o seu concorrente de origem fóssil, pelo fato de estar em um mercado em formação.
1.2.3. CARACTERÍSTICAS FÍSICAS E QUÍMICAS
Viscosidade e Densidade
A viscosidade e a densidade são importantes, principalmente à motores de injeção por compressão, pois exercem grande influência na circulação e na injeção do combustível. As propriedades fluidodinâmicas do biodiesel se assemelham as do óleo diesel mineral, e isso significa que não é necessária qualquer adaptação ou regulagem no sistema de injeção dos motores. A viscosidade cinemática e determinada através da medição de tempo de escoamento de um volume do biodiesel. 
A ANP sugere que o valor da viscosidade seja anotado, sem estabelecer um valor máximo e mínimo. O controle dessa viscosidade visa garantir o funcionamento correto dos sistemas de injeção eletrônica e das bombas de combustível, além de preservar as características de lubricidade.
Água e Sedimentos
A determinação da quantidade de água e de sedimentos no biodiesel tem como principal função controlar a presença de contaminantes sólidos e água. Pequenos sedimentos no biodiesel podem diminuir a vida útil dos filtros dos veículos, e prejudicar o funcionamento dos motores. A presença, em excesso, da agua no biodiesel, contribui para a elevação da acidez do biodiesel, podendo torna-lo corrosivo. 
A ANP estabelece um valor de 0,05% em volume para teor de água e sedimentos no biodiesel.
Número de Cetano
Quanto maior for o índice de cetano de um combustível, melhor será a combustão desse combustível num motor diesel.
O índice de cetano médio do biodiesel é 60, enquanto para o óleo diesel mineral o indice de cetano situa-se entre 48 a 52, bastante menor, sendo esta a razão pelo qual o biodiesel queima muito melhor em um motor diesel que o próprio óleo diesel mineral.
Poder calorífico
O poder calorífico indica a quantidade de energia por unidade de massa desenvolvida por ele durante a queima. 
O poder calorífico do biodiesel é muito próximo do poder calorífico do óleo diesel. A diferença está em torno de 5%, entretanto, com uma combustão mais completa, o biodiesel possui um consumo específico equivalente ao diesel mineral.
1.2.4. MÉTODOS DE OBTENÇÃO 
A transesterificação de óleos vegetais é atualmente o método de escolha, principalmente porque as características físicas dos ésteres de ácidos graxos são muito próximas daquelas do diesel. Este processo relativamente simples reduz a massa molecular para um terço em relação aos triacilglicerídeos, como também reduz a viscosidade e aumenta a volatilidade.
A reação de transesterificação de óleos vegetais com álcoois primários pode ser realizada tanto em meio ácido quanto em meio básico. A reação de síntese, geralmente empregada a nível industrial, utiliza uma razão molar óleo: álcool de 1:6 na presença de 0,4% de hidróxido de sódio ou de potássio, porque o meio básico apresenta melhor rendimento e menor tempo de reação do que o meio ácido.
A qualidade do biodiesel obtido a partir da reação de transesterificação está relacionada com a qualidade da matéria-prima que lhe deu origem. Vários 
processos tecnológicos estão sendo utilizados para obtenção do biodiesel via transesterificação.
1.2.4.1. PRÉ-TRATAMENTO
O pré-tratamento do óleo vegetal acontece em meio ácido (a mais utilizada é com uma solução aquosa de HCl (ácido clorídrico) que vai precipitar as impurezas) e, posteriormente, é feito uma lavagem com água para a retirar o maior número de resíduos ácidos possíveis e purificar o óleo para, em seguida, fazer a reação de transesterificação.
1.2.4.2. REAÇÃO DE TRANSESTERIFICAÇÃO 
Apenas a transesterificação leva a produto comumente denominado biodiesel, isto é, ésteres alquílicos de óleos e gorduras. No Brasil os ésteres etílicos também são bem comuns no mercado.
Quando é adicionado um teor elevado do álcool, a reação torna-se otimizada e o rendimento aumenta. Além disso, a mistura torna-se mais heterogênea, sendo assim, a separação do éster e da glicerina fica mais fácil de ser executada.
A reação de transesterificação consiste na troca de radicais, por isso, ela é feita em 3 partes, até que só sobre glicerol e ésteres como produtos, como mostra a figura 2.
Figura 2: Reação de transesterificação
Fonte: InfoEscola
1.2.4.3. CATÁLISE BÁSICA 
O processo que ocorre consiste na reação com um álcool, formando um alcóxido. Ao utilizarcatalisadores alcalinos, como o NaOH, formará água, que, por conseguinte, levará a reações secundárias de saponificação e hidrólise. O diglicerídeo é formado a partir de um ataque nucleofílico do alcóxido no triglicerídeo, o que forma um intermediário tetraédrico onde são formados os diglicerídeos e o éster. O catalisador sofre desprotonação do composto intermediário formado e regenera o diglicerídeo. Assim forma-se o monoglicerídeo e também o glicerol.
Figura 3: Reação de Catalise Básica
Fonte: http://www.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0100-40422007000300028
1.2.4.4. NEUTRALIZAÇÃO 
O HCl foi utilizado para neutralizar o catalisador básico, para deixar o biodiesel produzido mais puro.
1.2.4.5. REAÇÃO DE SAPONIFICAÇÃO 
A reação de saponificação é produzida quando um éster reage em meio aquoso com uma base forte, ou seja, é uma hidrólise alcalina quando ocorre uma reação desse tipo, com um triéster proveniente de ácidos graxos, formam-se os sabões. Quanto maior é o índice de saponificação, menor é a massa molar do triglicerídeo.
Figura 4: Reação de Saponificação
Fonte: Elaborado pelo próprio autor.
Na reação de saponificação de triglicerídeos, é produzida, além do sabão, a glicerina, que é aproveitada pela indústria para ser usada na fabricação de cosméticos, como cremes e sabonetes.
2. OBJETIVOS
	Obter biodiesel através do óleo vegetal e etanol pelo processo de transesterificação.
3. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
3.1 Reagentes e materiais
Micropipeta
Erlenmeyer de 250 mL
Proveta de 100 mL
Funil de decantação 
Pote de vidro
Fósforo 
Algodão 
Pipeta
Pipeta eletrônica
Copo plástico
3.2 Equipamentos
Viscosímetro Cup Ford
Cronometro
Agitador magnético com aquecimento
Tiras indicadoras de pH
Balança de precisão
3.3 Metodologia utilizada
	Para início do procedimento, 300 mL de óleo de soja foram aquecidos no agitador magnético com aquecedor a 60 ºC. Em outro agitador magnético, foram misturados 2,413 g de NaOH (catalisador) com 151 mL de etanol. Essa solução foi colocada no agitador por 7 minutos e aquecida por aproximadamente 30 minutos até que o NaOH fosse dissolvido completamente da mistura. Após ser dissolvido, juntou-se o óleo (300 mL) e mudou-se a temperatura para 45 ºC, deixando agitar por 20 minutos. 
	
O funil de decantação foi utilizado para deixar a solução por aproximadamente 1 hora, no qual ocorreu a separação de fases, sendo que a solução de biodiesel ficasse na camada superior e a glicerina na camada inferior. A primeira camada de glicerina foi retirada, para que posteriormente ela sofresse a lavagem 
No processo de lavagem, o biodiesel foi lavado cinco vezes. Com ajuda de uma proveta, para uma melhor precisão, a água deionizada foi adicionada ao funil de decantação, então, agitou-se lentamente o funil três vezes. Após esse procedimento de agitação, a solução foi deixada em repouso para que houvesse decantação e, após decantar, retirou-se a solução inferior. Após as cinco lavagens, observou-se que não há formação de glicerina no funil, ou seja, a mistura estava monofásica. Caso houvesse a percepção glicerina, a lavagem deveria ser realizada novamente, até que a solução se tornasse monofásica (resultado esperado). Para finalizar o experimento, foram realizados o teste de densidade, viscosidade, chama e pH. 
3.3.1. Teste de densidade
O teste de densidade do óleo vegetal virgem (Leve) foi comparado com a densidade do biodiesel, sendo calculada pela massa do líquido, dividida por seu volume. Para o teste de densidade coletou-se 1 mL da solução obtida no experimento utilizando uma pipeta eletrônica, colocando-a em um copo plástico já tarado na balança e pesado em uma balança de precisão. Após realizar o processo 5 vezes e obter as 5 massas, calculou-se manualmente o valor médio das massas para que assim fosse possível o cálculo da densidade do mesmo, através da fórmula:
3.3.2. Teste de viscosidade 
Realizou-se o teste de viscosidade com a ajuda de um viscosímetro de orifício e um cronômetro. Com o equipamento do teste de viscosidade regulado 
com o orifício número 3, foram feitas 5 medidas do tempo em que o óleo demorou para escorrer por completo pelo viscosímetro e foram comparadas com as medidas feitas para o biodiesel.
3.3.3. Teste da chama
O teste da chama consiste em pegar um algodão e gotejar com ajuda de uma pipeta dez gotas do biodiesel produzido, onde ao atear fogo, o biodiesel liberará uma fumaça peculiar (fuligem). Realizou o mesmo processo pingando a mesma quantidade de gotas do óleo de soja e etanol, comparando assim as chama.
3.3.4. Teste do pH
Para o teste do pH foi utilizada tiras indicadoras do pH, apenas colocando-as em contato com a solução do material obtido no experimento (biodiesel).
4. Resultados e discussões
Após realizar a mistura do NaOH, etanol e óleo, obtemos a seguinte mistura bifásica:
Figura 5 – processo de separação:
Na mistura a cima, podemos observar a glicerina (camada inferior) e biodiesel (camada superior).
4.1 Resultados obtidos pelo óleo
Foram realizadas 5 medições de densidade e viscosidade para o óleo.
A densidade foi calculada através da fórmula: 
Na qual: “m” é a massa medida pela balança de precisão e “v” é o volume (1 mL). 
Tabela 1 – Densidade e viscosidade do óleo
	 
	Óleo
	 
	Parafuso 3
	 
	Viscosidade (s)
	Densidade(g)
	Amostra 1
	47,46
	0,909
	Amostra 2
	47,5
	0,855
	Amostra 3
	47,56
	0,925
	Amostra 4
	47,41
	0,905
	Amostra 5
	47,32
	0,909
Fonte: elaborada pelo próprio autor
4.1 Resultados obtidos pelo biodiesel óleo
	. 
	 
	Biodiesel
	 
	Parafuso 3
	 
	Viscosidade (s)
	Densidade (g)
	Amostra 1
	34,34
	0,861
	Amostra 2
	34,63
	0,898
	Amostra 3
	34,5
	0,922
	Amostra 4
	34,47
	0,905
	Amostra 5
	34,31
	0,873
Fonte: elaborada pelo próprio autor