biodiesel: energia renovÁvel -...

Prof. Murilo D.M. Innocentini – UNAERP - Fone: 16 3603-6784, email: [email protected]

SÃO CARLOS, 20 A 23 DE MARSÃO CARLOS, 20 A 23 DE MARÇÇO DE 2007O DE 2007

BIODIESEL: BIODIESEL:

ENERGIA RENOVENERGIA RENOVÁÁVELVEL

Prof. Dr. Murilo Daniel de Mello InnocentiniProf. Dr. Murilo Daniel de Mello Innocentini

Curso de Engenharia QuCurso de Engenharia Quíímicamica

Universidade de Ribeirão Preto Universidade de Ribeirão Preto -- UNAERPUNAERP


MOTIVAMOTIVAÇÇÃOÃO

CONVERSÃO DE ENERGIA DISPONCONVERSÃO DE ENERGIA DISPONÍÍVEL NA NATUREZA: (VEL NA NATUREZA: (NUCLEAR, NUCLEAR,

QUQUÍÍMICAMICA, SOLAR, T, SOLAR, TÉÉRMICA, ELRMICA, ELÉÉTRICA, ETC.TRICA, ETC.)) EM ENERGIA EM ENERGIA ÚÚTIL PARA O TIL PARA O

SER HUMANO: (SER HUMANO: (TRABALHO MECÂNICOTRABALHO MECÂNICO))

MOTOR DE MOTOR DE COMBUSTÃOCOMBUSTÃO

MOVIMENTO COERENTE MOVIMENTO COERENTE (TRABALHO)(TRABALHO)

COMBUSTCOMBUSTÍÍVELVEL++

COMBURENTECOMBURENTE

MOVIMENTO INCOERENTE MOVIMENTO INCOERENTE (CALOR)(CALOR)


MOTIVAMOTIVAÇÇÃOÃO

COMBUSTCOMBUSTÍÍVELVELENERGENERGÉÉTICO, TICO, ABUNDANTE E ABUNDANTE E RENOVRENOVÁÁVELVEL

ALTA EFICIÊNCIA:ALTA EFICIÊNCIA:

MUITO TRABALHOMUITO TRABALHOPOUCO CALOR!POUCO CALOR!

PRODUTOS DE PRODUTOS DE COMBUSTÃO POUCO COMBUSTÃO POUCO

POLUENTESPOLUENTES

MOTOR DE COMBUSTÃOMOTOR DE COMBUSTÃO


Motores de combustãoMotores de combustão

COMBUSTÃO EXTERNA COMBUSTÃO INTERNA

O combustível é queimado fora do mecanismo que produz movimento

O combustível é queimado dentro do mecanismo que produz movimento

Motor a vaporMotor a vapor Motor de igniMotor de igniçção ão por compressãopor compressão

Motor de igniMotor de igniçção ão por centelhapor centelha


# Um motor melhor foi apresentado pelo engenheiro alemão # Um motor melhor foi apresentado pelo engenheiro alemão NikolausNikolaus Otto na Otto na Feira mundial em Paris, em 1867.Feira mundial em Paris, em 1867.

Breve histBreve históórico dos motores de combustão internarico dos motores de combustão interna

# J.J.E. # J.J.E. LenoirLenoir (1833(1833--1895) desenvolveu em 1860 o primeiro motor a pistão que 1895) desenvolveu em 1860 o primeiro motor a pistão que foi comercializado.foi comercializado.


# 1876 # 1876 –– NikolausNikolaus Otto desenvolve o motor de quatro tempos, reduzindo 1/3 o Otto desenvolve o motor de quatro tempos, reduzindo 1/3 o peso do motor e 1/16 o curso do pistão, aumentando a eficiência peso do motor e 1/16 o curso do pistão, aumentando a eficiência ttéérmica. As rmica. As caractercaracteríísticas bsticas báásicas deste motor são as mesmas dos motores de hoje.sicas deste motor são as mesmas dos motores de hoje.

# Em 1886, Karl Benz desenvolveu o motor moderno de dois tempos # Em 1886, Karl Benz desenvolveu o motor moderno de dois tempos de de combustão interna.combustão interna.

# Em 1892, # Em 1892, RudolfRudolf Diesel apresentou patente na Alemanha, Diesel apresentou patente na Alemanha, ““WorkingWorking MethodMethod andandDesign for Design for CombustionCombustion EnginesEngines . . .a new . . .a new efficientefficient, , thermalthermal engineengine”” sendo sendo aprovada no ano seguinte.aprovada no ano seguinte.

Breve histBreve históórico dos motores de combustãorico dos motores de combustão

http://pt.wikipedia.org/wiki/Imagem:Rudolf_Diesel.jpg


# Em 1898, Diesel demonstrou sua inven# Em 1898, Diesel demonstrou sua invençção na Feira Mundial em Paris, usando ão na Feira Mundial em Paris, usando óóleo de amendoimleo de amendoim como combustcomo combustíível! Sua intenvel! Sua intençção era oferecer um meio de ão era oferecer um meio de pequenas indpequenas indúústrias, fazendeiros e pessoas comuns competirem com o monopstrias, fazendeiros e pessoas comuns competirem com o monopóólio lio de grandes indde grandes indúústrias, que controlavam toda a produstrias, que controlavam toda a produçção de energia naquela ão de energia naquela éépoca! Sua idpoca! Sua idééia era o uso de fontes naturais de combustia era o uso de fontes naturais de combustíível, como biomassa.vel, como biomassa.

# Em 1913, Diesel desapareceu do navio em uma viagem # Em 1913, Diesel desapareceu do navio em uma viagem àà Inglaterra. Não se Inglaterra. Não se sabe se foi suicsabe se foi suicíídio, acidente ou homicdio, acidente ou homicíídio, uma vez que ele se opunha fortemente dio, uma vez que ele se opunha fortemente ao uso de seus motores com fins bao uso de seus motores com fins béélicos pela Alemanha.licos pela Alemanha.

# Como resultado do trabalho e visão de Diesel, motores de igni# Como resultado do trabalho e visão de Diesel, motores de igniçção por ão por compressão foram alimentados com compressão foram alimentados com óóleos combustleos combustííveis atveis atéé 1920!!!!1920!!!!

# O petr# O petróóleo foi descoberto na Pensilvânia em 1859, tendo sido utilizado leo foi descoberto na Pensilvânia em 1859, tendo sido utilizado principalmente para produprincipalmente para produçção de querosene de iluminaão de querosene de iluminaçção. Porão. Poréém, jm, jáá na dna déécada cada de 1920, os fabricantes do motor diesel fizeram alterade 1920, os fabricantes do motor diesel fizeram alteraçções de modo a utilizar os ões de modo a utilizar os resresííduos baratos e de baixa viscosidade do petrduos baratos e de baixa viscosidade do petróóleo ao invleo ao invéés de biocombusts de biocombustííveis. veis. A indA indúústria do petrstria do petróóleo estava crescendo e se estabelecendo no mercado!leo estava crescendo e se estabelecendo no mercado!

Breve histBreve históórico dos motores de combustãorico dos motores de combustão


Motores de combustão internaMotores de combustão interna

Motores do ciclo OttoMotores do ciclo Otto

São aqueles que aspiram a mistura ar-combustível preparada antes de ser

comprimida no interior dos cilindros. A combustão da mistura é provocada por

centelha produzida numa vela de ignição. É o caso de todos os motores a

gasolina, gasolina, áálcool, glcool, gáás, ou metanols, ou metanol, que são utilizados, em geral, nos

automóveis.

Os motores de combustão interna, segundo o tipo de acionamento de ignição que utilizam, são classificados em motores do ciclo Ottociclo Otto e motores do ciclo Dieselciclo Diesel, nomes devidos aos seus descobridores.


A. InduA. Induççãoão B. CompressãoB. Compressão C. PotênciaC. Potência D. EscapeD. EscapeAlimentaAlimentaçção de ão de

mistura ar + mistura ar + combustcombustíível.vel.

IgniIgniçção por centelha ão por centelha da mistura.da mistura.

Ciclo Otto Ciclo Otto -- motor motor àà gasolinagasolina


Ciclo Otto Ciclo Otto -- motor motor àà gasolinagasolina


Motores de combustão internaMotores de combustão interna

Motores do ciclo DieselMotores do ciclo Diesel

São aqueles que aspiram ar, que após ser comprimido no interior dos cilindros,

recebe o combustível sob pressão superior àquela em que o ar se encontra. A A

combustão ocorre por autocombustão ocorre por auto--igniigniçção quando o combustão quando o combustíível entra em contato vel entra em contato

com o ar aquecido pela pressão elevadacom o ar aquecido pela pressão elevada.. O combustível que é injetado ao final

da compressão do ar, na maioria dos motores do ciclo Diesel é o óóleo diesel leo diesel

comercialcomercial, porém outros combustíveis, tais como nafta, nafta, óóleos minerais mais leos minerais mais

pesados e pesados e óóleos vegetaisleos vegetais podem ser utilizados em motores construídos

especificamente para a utilização destes combustíveis.


A. InduA. Induççãoão B. CompressãoB. Compressão C. PotênciaC. Potência D. EscapeD. Escape

Ciclo DieselCiclo Diesel

A temperatura do ar A temperatura do ar comprimido elevacomprimido eleva--se, se,

chegando a ultrapassar os chegando a ultrapassar os 700700ººC, causando a igniC, causando a igniçção ão

do combustdo combustíível injetado.vel injetado.

Compressão do ar e Compressão do ar e injeinjeçção do ão do

combustcombustíível.vel.

AlimentaAlimentaçção apenas ão apenas de ar.de ar.


Ciclo DieselCiclo Diesel


CaracterCaracteríísticas dos motores segundo sua aplicasticas dos motores segundo sua aplicaççãoão

Tipo de motor Utilização Potência kW IC ou Diesel

Tempos Resfria mento

Veículos de Motocicletas Scooters 0.75 - 70 IC 2,4 Ar

passeio Carros pequenos 15 - 75 IC 4 Ar,água

Carros grandes 75 - 200 IC 4 Ar,água

Comerciais leves 35 - 150 IC, D 4 Ar,água

Comerciais pesados 120 - 400 D 4 água

Veículos fora de estrada

Veículos leves (aeroportos, fazendas)

1,5 - 15 IC 2,4 Ar,água

agricultura 3 - 150 IC, D 2,4 Ar,água

Movimento de terra 40 - 750 D 2,4 água

Militares 40 - 2000 D 2,4 água

Estrada de ferro locomotivas 400 - 3.000 D 2,4 água

Marinhos Fora de borda 0,4 - 75 IC 2 água

Lanchas a motor 4 - 750 IC,D 4 água

Barcos a motor 30 - 2.200 D 2,4 água

Navios 3.500 - 22.000 D 2,4 água

Aeronaves Aviões 45 - 2.700 IC 4 ar

Helicópteros 45 - 1.500 IC 4 ar

Domésticos Cortador de grama 0,7 - 3 IC 2,4 ar

Estacionários Potência elétrica 35 - 22,000 D 2,4 água

IC: ignição por centelha, D: Diesel


O PETRPETRÓÓLEOLEO é constituído por centenas de substâncias químicas, do metano ao

asfalto. Sua composição é bastante variada:

Hidrocarbonetos: 83 a 87% em carbono e 11 a 15% de hidrogênio

Nitrogênio: 0 a 0,5%

Enxofre: 0 a 6%

Oxigênio: 0 a 3,5%

Compostos são normalmente divididos em:

Parafinas: hidrocarbonetos lineares de cadeia aberta CnH2n+2.

Isoparafinas: hidrocarbonetos ramificados de cadeia aberta CnH2n+2

Olefinas: hidrocarbonetos não saturados, de cadeia aberta, CnH2n

Naftenos: hidrocarbonetos de cadeia cíclica e saturada, CnH2n

Aromáticos: hidrocarbonetos com anéis benzênicos, de cadeia CnH2n-6

Origem do Origem do óóleo dieselleo diesel


Fracionamento do petrFracionamento do petróóleoleo

ÓÓleo Dieselleo Diesel

GasolinaGasolina

Produtos quProdutos quíímicosmicos

GLPGLP

CombustCombustíível vel para jatos, para jatos,

iluminailuminaçção e ão e aquecimento aquecimento

PETRPETRÓÓLEO LEO BRUTOBRUTO

ÓÓleo lubrificante, leo lubrificante, graxasgraxas

ÓÓleo leo combustcombustíível para vel para naviosnavios

Piche para asfaltoPiche para asfalto


Número de Cetano - Permite avaliar a característica antidetonante dos

combustíveis para Motores Diesel. O Cetano é um hidrocarboneto parafínico

(alcano tipo C16H34) que recebe arbitrariamente o índice 100. É misturado ao

alfa-metil-naftaleno, de fraca inflamabilidade, ao qual se atribui índice zero. Das

diversas proporções das misturas obtém-se uma escala de número de Cetano, de

0 a 100.

O índice de octano ou octanagem dos combustíveis está para motores do ciclo

Otto, da mesma forma que o índice de cetano ou cetanagem está para os

motores do ciclo Diesel. Portanto quanto maior for o índice de cetano de um

combustível, melhor será a combustão num motor diesel.

CaracterCaracteríísticas dos combuststicas dos combustííveisveis


Por quê substituir o Por quê substituir o óóleo diesel mineralleo diesel mineral

RAZÃO ECONÔMICA:RAZÃO ECONÔMICA:

FONTE NÃO-RENOVÁVEL

(VEM DO PETRÓLEO)

RAZÃO AMBIENTAL:RAZÃO AMBIENTAL:

EMISSÕES DE GASES DO EFEITO ESTUFA

(EMITE CARBONO NA ATMOSFERA SEM COMPENSAÇÃO, AO

CONTRÁRIO DO ETANOL OU DOS BIOCOMBUSTÍVEIS)


Alternativas ao Alternativas ao óóleo diesel mineralleo diesel mineral

ÓÓLEOS VEGETAIS LEOS VEGETAIS IN NATURAIN NATURA::

Vantagens:Vantagens:

-- Fonte abundante e diversificadaFonte abundante e diversificada

-- Processamento jProcessamento jáá dominadodominado

-- Não contNão contéém enxofre na composim enxofre na composiçção, minimizando emissão de SOão, minimizando emissão de SO22

Desvantagens:Desvantagens:

-- Alta viscosidade, dificultando alimentaAlta viscosidade, dificultando alimentaçção no motorão no motor

-- Libera resLibera resííduos no motor, prejudicando vida duos no motor, prejudicando vida úútiltil

-- Pode liberar componentes tPode liberar componentes tóóxicos, se combustão não for completaxicos, se combustão não for completa


ComparaComparaçção diesel x ão diesel x óóleos vegetais leos vegetais in naturain natura


Uso de Uso de óóleos vegetais leos vegetais in natura em motores a dieselin natura em motores a diesel

AcAcúúmulo de borras no interior do motor e depmulo de borras no interior do motor e depóósito de carvão no bico injetor, com sito de carvão no bico injetor, com uso de uso de óóleo bruto de girassol leo bruto de girassol (J. (J. MazieroMaziero e e IlaIla Correa, APTA)Correa, APTA)


Alternativas ao Alternativas ao óóleo diesel mineralleo diesel mineral

BIODIESELBIODIESEL““Biodiesel Biodiesel éé a denominaa denominaçção genão genéérica para os rica para os éésteres de steres de áácidos graxos cidos graxos

resultantes da rearesultantes da reaçção entre um TRIGLICERão entre um TRIGLICERÍÍDEO e um DEO e um ÁÁLCOOL. A esta LCOOL. A esta

reareaççãoão ququíímica dmica dáá--se o nome de TRANSESTERIFICAse o nome de TRANSESTERIFICAÇÇÃO, ou seja, a ÃO, ou seja, a

transformatransformaçção de um ão de um ééter em outroter em outro””

Os triglicerOs trigliceríídeos são os principais componentes deos são os principais componentes óóleos vegetaisleos vegetais e nas e nas gorduras gorduras

animaisanimais. O . O áálcool pode ser o lcool pode ser o metanolmetanol ou ou etanoletanol..

Do ponto de vista de uso como combustDo ponto de vista de uso como combustíível, a principal diferenvel, a principal diferençça do biodiesel a do biodiesel

para um para um óóleo vegetal leo vegetal éé a sua a sua menor viscosidademenor viscosidade, facilitando a alimenta, facilitando a alimentaçção no ão no

motor e gerando menor quantidade de resmotor e gerando menor quantidade de resííduos que danificam o motor.duos que danificam o motor.


Efeito da transesterificaEfeito da transesterificaçção de ão de óóleos vegetaisleos vegetais


ComparaComparaçção diesel x ão diesel x óóleos vegetais leos vegetais transesterificados (biodiesel)transesterificados (biodiesel)


Vantagens do biodieselVantagens do biodiesel

-- Fonte abundante e diversificada (a mesma dos Fonte abundante e diversificada (a mesma dos óóleos in natura).leos in natura).

-- Ambientalmente benAmbientalmente benééfico. Não fico. Não éé ttóóxico. Biodegradxico. Biodegradáável.vel.

-- Menos poluente. Não contMenos poluente. Não contéém enxofre na composim enxofre na composiçção.ão.

-- Reduz aquecimento global (ciclo fechado de carbono).Reduz aquecimento global (ciclo fechado de carbono).

-- Poder calorPoder caloríífico, fico, cetanagemcetanagem e viscosidade similares aos do diesel mineral.e viscosidade similares aos do diesel mineral.

-- Pode ser usado no motor diesel sem qualquer alteraPode ser usado no motor diesel sem qualquer alteraçção.ão.

-- Pode ser misturado ao Pode ser misturado ao óóleo diesel mineral em qualquer proporleo diesel mineral em qualquer proporçção (B2, B5, B20).ão (B2, B5, B20).

-- Permite valorizar os subPermite valorizar os sub--produtos de atividades agroprodutos de atividades agro--industriais, com fixaindustriais, com fixaçção do ão do

homem no campo.homem no campo.

-- Culturas regionais. AdaptaCulturas regionais. Adapta--se se àà cultura vegetal dominante na região.cultura vegetal dominante na região.


Misturas Diesel x BiodieselMisturas Diesel x Biodiesel


BenefBenefíícios ambientais do biodieselcios ambientais do biodiesel


MatMatéériasrias--primas para a produprimas para a produçção de biodieselão de biodiesel


Material oleaginoso Conteúdo de óleo (%)CocoCoco 6666--6868BabaBabaççuu 6060--6565GergelimGergelim 5050--5555Polpa de palma (dendê)Polpa de palma (dendê) 4545--5050CaroCaroçço de palma (o de palma (palmistepalmiste)) 4545--5050AmendoimAmendoim 4545--5050ColzaColza 4040--4545GirassolGirassol 3535--4545AAççafrãoafrão 3030--3535OlivaOliva 2525--3030AlgodãoAlgodão 1818--2020SojaSoja 1818--2020

Rendimento das candidatasRendimento das candidatas


Cada matCada matéériaria--prima fornece um tipo de prima fornece um tipo de óóleoleo

MAMONAMAMONA BABABABAÇÇUU PALMAPALMA

COPRA (COCO)COPRA (COCO) PINHÃO MANSOPINHÃO MANSO CANOLACANOLA


Cada matCada matéériaria--prima fornece um tipo de prima fornece um tipo de óóleoleo


Cada matCada matéériaria--prima fornece um tipo de biodiesel!prima fornece um tipo de biodiesel!


Estrutura quEstrutura quíímica de mica de óóleos e gordurasleos e gorduras

Formados essencialmente por triglicerFormados essencialmente por trigliceríídeosdeos

ÁÁcido cido olêicoolêico (3)(3) GlicerolGlicerol

MolMoléécula de cula de

óóleo, formada leo, formada

por 3 cadeias de por 3 cadeias de

áácidos graxos cidos graxos

ligadas a uma ligadas a uma

molmoléécula de cula de

glicerolglicerol


ÁÁcidocido Tipo ligaTipo ligaççãoão FFóórmula qurmula quíímicamica

CaprCapríílicolico C8C8 CHCH33(CH(CH22))66COOHCOOH

CCáápricoprico C10C10 CHCH33(CH(CH22))88COOHCOOH

LLááuricourico C12C12 CHCH33(CH(CH22))1010COOHCOOH

MirMiríísticostico C14C14 CHCH33(CH(CH22))1212COOHCOOH

PalmPalmííticotico C16:0C16:0 CHCH33(CH2)(CH2)1414COOHCOOH

PalmitolêicoPalmitolêico C16:1C16:1 CHCH33(CH(CH22))55CH=CH(CHCH=CH(CH22))77COOHCOOH

EsteEsteááricorico C18:0C18:0 CHCH33(CH(CH22))1616COOHCOOH

OlêicoOlêico C18:1C18:1 CHCH33(CH(CH22))77CH=CH(CH2)CH=CH(CH2)77COOHCOOH

LinolêicoLinolêico C18:2C18:2 CHCH33(CH(CH22))44CH=CHCHCH=CHCH22CH=CH(CHCH=CH(CH22))77COOHCOOH

LinolênicoLinolênico C18:3C18:3 CHCH33(CH(CH22))22CH=CHCHCH=CHCH22CH=CH=CHCHCHCH22CHCH=CH(CH=CH(CH22))77COOHCOOH

AraquAraquíídicodico C20:0C20:0 CHCH33(CH(CH22))1818COOHCOOH

GadolêicoGadolêico C20:1C20:1 CHCH33(CH(CH22))77CH=CH(CHCH=CH(CH22))99COOHCOOH

BehênicoBehênico C22:0C22:0 CHCH33(CH(CH22))2020COOHCOOH

ErErúúcicocico C22:1C22:1 CHCH33(CH(CH22))77CH=CH(CHCH=CH(CH22))1111COOHCOOH

ÁÁcidos graxos componentes de triglicercidos graxos componentes de trigliceríídeosdeos


ÁÁcido Graxocido Graxo Soja Palma Canola Girassol Algodão Amendoim Milho Oliva Coco

ButButííricorico (4:0)***(4:0)*** -- -- -- -- -- -- -- -- --CaprCapróóicoico (6:0)(6:0) -- -- -- -- -- -- -- -- --CaprCapríílicolico (8:0)(8:0) -- -- -- -- -- 0,10,1 -- -- 7,17,1CCáápricoprico (10:0)(10:0) -- -- 0,60,6 0,20,2 -- -- 3,93,9 7,37,3 --LLááurico (12:0)urico (12:0) 0,10,1 -- -- -- 0,50,5 0,70,7 -- -- 54,154,1MirMiríísticostico (14:0)(14:0) 0,30,3 2,52,5 0,10,1 -- 0,90,9 0,40,4 -- -- 17,417,4PalmPalmíítico (16:0)tico (16:0) 10,910,9 40,840,8 5,15,1 6,56,5 2020 13,713,7 11,211,2 1111 6,16,1EsteEsteáárico (18:0)rico (18:0) 3,23,2 3,63,6 2,12,1 4,54,5 33 2,32,3 1,81,8 2,22,2 1,61,6OlêicoOlêico (18:1)(18:1) 2424 45,245,2 57,957,9 2121 25,925,9 -- 25,425,4 7777 5,15,1LinolêicoLinolêico (18:2)(18:2) 54,554,5 7,97,9 24,724,7 6868 48,848,8 47,847,8 60,360,3 8,98,9 1,31,3LinolênicoLinolênico (18:3)(18:3) 6,86,8 -- 7,97,9 -- 0,30,3 29,229,2 1,11,1 0,60,6 --AraquAraquíídicodico (20:0)(20:0) 0,10,1 -- 0,20,2 -- -- 1,31,3 0,0, -- --GadolêicoGadolêico (20:1)(20:1) -- -- 1,01,0 -- -- 1,21,2 -- 0,30,3 --BehênicoBehênico (22:0)(22:0) 0,10,1 -- 0,20,2 -- -- 33 -- -- --ErErúúcicocico (22:1)(22:1) -- -- 0,20,2 -- -- 0,10,1 -- -- --

SaturadaSaturada 14,714,7 46,946,9 8,38,3 1111 2525 21,721,7 13,213,2 13,213,2 93,693,6InsaturadaInsaturada 85,385,3 53,153,1 91,791,7 8989 7575 78,378,3 86,886,8 86,886,8 6,46,4

ÁÁcidos graxos componentes de cidos graxos componentes de óóleos vegetais (%)leos vegetais (%)


TransesterificaTransesterificaççãoão

A TRANSESTERIFICAA TRANSESTERIFICAÇÇÃO ÃO éé a quebra da mola quebra da moléécula de cula de triglicertrigliceríídeodeo em 3 em 3

molmolééculas menores (culas menores (éésteres de steres de áácidos graxos) atravcidos graxos) atravéés da reas da reaçção com um ão com um áálcool lcool

linear de baixo peso molecular.linear de baixo peso molecular.

ÉÉSTERES METSTERES METÍÍLICOSLICOSGLICEROLGLICEROL

TRIGLICERTRIGLICERÍÍDEODEO

METANOLMETANOL

CATALISADOR !!!!!CATALISADOR !!!!!


A reaA reaçção de transesterificaão de transesterificaçção em etapasão em etapas

TRIGLICERTRIGLICERÍÍDEODEO DIGLICERDIGLICERÍÍDEODEO

DIGLICERDIGLICERÍÍDEODEO MONOGLICERMONOGLICERÍÍDEODEO

MONOGLICERMONOGLICERÍÍDEODEO GLICEROLGLICEROL

ÉÉSTER METSTER METÍÍLICO LICO (biodiesel)(biodiesel)

ÉÉSTER METSTER METÍÍLICO LICO (biodiesel)(biodiesel)

ÉÉSTER METSTER METÍÍLICO LICO (biodiesel) (biodiesel)

METANOLMETANOL

METANOLMETANOL

METANOLMETANOL


Fase rica em Fase rica em éésteres etsteres etíílicos licos

(Biodiesel)(Biodiesel)

Fase rica em Fase rica em glicerina, glicerina,

impurezas e impurezas e excesso de excesso de

etanoletanol

Os produtos da transesterificaOs produtos da transesterificaççãoão


LAVAGEM DO BIODIESEL

(bubble washing)

PURIFICAÇÃO DA GLICERINA FORMADA

O tratamento dos produtos da transesterificaO tratamento dos produtos da transesterificaççãoão


Glicerina Glicerina –– Usos industriaisUsos industriais


Processamento em pequena escalaProcessamento em pequena escala


ÁlcoolMassa molar

(g/mol)

Densidade a 25ºC

ρ (g/mL)

Ponto de fusão

(ºC)

Ponto de ebulição

(ºC)

MetanolMetanol 3232 0,7920,792 --97,097,0 64,764,7

EtanolEtanol 4646 0,7890,789 --112,0112,0 78,478,4

GlicerolGlicerol 9292 1,2601,260 17,917,9 290290

CaracterCaracteríísticas de sticas de áálcoois participantes da transesterificalcoois participantes da transesterificaççãoão


Tipos de catalisadores para a produTipos de catalisadores para a produçção de biodieselão de biodiesel

HOMOGÊNEOSHOMOGÊNEOS HETEROGÊNEOSHETEROGÊNEOS

São solubilizados na mistura reacional

São sSão sóólidos que não se lidos que não se solubilizamsolubilizam na mistura reacionalna mistura reacional

Alcalinos:Alcalinos:

HidrHidróóxido de sxido de sóódio (dio (NaOHNaOH))

MetMetóóxidoxido de sde sóódio (NaOCHdio (NaOCH33))

EtEtóóxidoxido de sde sóódio (NaOCHdio (NaOCH22CHCH33))

HidrHidróóxido de potxido de potáássio (KOH)ssio (KOH)

MetMetóóxidoxido de potde potáássio(KOCHssio(KOCH22CHCH33))

EtEtóóxidoxido de potde potáássio (KOCHssio (KOCH22CHCH33))

ÁÁcidos:cidos:

ÁÁcido sulfcido sulfúúrico (Hrico (H22SOSO44))

ÁÁcido sulfônico (Ccido sulfônico (CnnHH2n2nCC66HH44SOSO33H)H)

EnzimEnzimááticos:ticos:

LipaseLipase

Argilas (Argilas (aluminosilicatosaluminosilicatos):):

HidrotalcitasHidrotalcitas

Argilas aniônicasArgilas aniônicas

Outros:Outros:

Sais (Sais (Carbonato de potCarbonato de potáássiossio))

ÓÓxidos (xidos (ÓÓxido de magnxido de magnéésiosio))


Problemas reacionais com catalisadores alcalinosProblemas reacionais com catalisadores alcalinos

Ácidos graxos livres (FFA), presentes no óleo, reagem com o catalisador (hidróxido de sódio ou potássio), formando sabões. Sabões formam emulsões e dificultam a separação de fases entre glicerol e e ésteres (biodiesel).

HO – C – R1

O

NaO – C – R1 + H2O

O

+ NaOH

ÁGUAÁGUAÁCIDO GRAXOÁCIDO GRAXO SODASODA SABÃOSABÃO

HO – C – R1

O

HO – C – R1

O

NaO – C – R1 + H2O

O

+ NaOH

ÁGUAÁGUAÁCIDO GRAXOÁCIDO GRAXO SODASODA SABÃOSABÃO


A lavagem dos A lavagem dos éésteres etsteres etíílicos (fase biodiesel)licos (fase biodiesel)

A REMOA REMOÇÇÃO DO CATALISADOR COM ÃO DO CATALISADOR COM ÁÁGUA DEVE SER GUA DEVE SER CUIDADOSA, PARA EVITAR A EMULSIFICACUIDADOSA, PARA EVITAR A EMULSIFICAÇÇÃO DA ÃO DA

MISTURA PELA AMISTURA PELA AÇÇÃO DO SABÃO!!ÃO DO SABÃO!!


O || CH2 - O - C - R1 CH3 - OH | | | O | O O | || | || || CH - O - C - R2 + H2O >>> CH3 - O - C - R2 + HO - C-R1 | | | O | O | || | || CH2 - O - C - R3 CH3 - O - C - R3

Triglyceride Water Diglyceride Fatty acid

TRIGLICERTRIGLICERÍÍDEODEO ÁÁGUAGUA DIGLICERDIGLICERÍÍDEODEO ÁÁCIDO GRAXOCIDO GRAXO++ ++

A água alcalina hidrolisa o óleo, formando ácidos graxos livres (FFA), que por sua vez formam sabões quando reagem com o sódio ou potássio.

HO – C – R1

O

NaO – C – R1 + H2O

O

+ NaOH

ÁÁGUAGUAÁÁCIDO GRAXOCIDO GRAXO SODASODA SABÃOSABÃO

Problemas reacionais com catalisadores alcalinosProblemas reacionais com catalisadores alcalinos


Estequiometria da transesterificaEstequiometria da transesterificaççãoão

Tabela 1. Cálculos para reação de transesterificação - quantidade de cada reagente 1 Óleo 6 Álcool 3 Ester 1 Glicerol 3 Álcool (excesso)

BASE MOLAR (mol)

óleoN óleoálcool N6N ×= óleoéster N3N ×= óleoglicerol N1N ×= óleoexcesso N3N ×=

BASE MÁSSICA (g)

óleom álcoolálcoolálcool MMNm ×= glic

álcoolóleoester m

2mmm −+= glicerolglicerolglicerol NMMm ×=

2mm álcool

excesso =

BASE VOLUMÉTRICA (ml)

óleoV álcool

álcoolálcool

mVρ

= éster

ésteréster

mV

ρ=

glicerol

glicerolglicerol

mV

ρ=

2VV álcool

excesso =

Embora a estequiometria da reaEmbora a estequiometria da reaçção indique a necessidade de 3 mols de ão indique a necessidade de 3 mols de áálcool para cada lcool para cada mol de mol de óóleo, na prleo, na práática, adotatica, adota--se um excesso de se um excesso de áálcool para favorecer o deslocamento da lcool para favorecer o deslocamento da reareaçção para a formaão para a formaçção de produtos. A razão utilizada normalmente ão de produtos. A razão utilizada normalmente éé 6 mols de 6 mols de áálcool para lcool para cada 1 mol de cada 1 mol de óóleo. Deste modo, no fim da realeo. Deste modo, no fim da reaçção, sempre haverão, sempre haveráá um excedente de 3 mols um excedente de 3 mols de de áálcool no frasco reacional. Os clcool no frasco reacional. Os cáálculos são: lculos são:

1 1 ÓÓleo + 3 leo + 3 ÁÁlcool 3 lcool 3 ÉÉster + 1 Glicerolster + 1 Glicerol


Exemplo de cExemplo de cáálculo estequiomlculo estequioméétricotrico

DesejaDeseja--se se transesterificartransesterificar 500 g de 500 g de óóleo de milho utilizando leo de milho utilizando áálcool etlcool etíílico anidro lico anidro e catalisador KOH. Quais as quantidades necesse catalisador KOH. Quais as quantidades necessáárias de rias de áálcool e de catalisador e lcool e de catalisador e quais as quantidades esperadas de produtos (quais as quantidades esperadas de produtos (ééster e glicerol)?ster e glicerol)?Dados:Dados:Para o Para o óóleo de milho: leo de milho: MMMMóóleoleo = 872,81 g/mol e = 872,81 g/mol e ρρóóleoleo = 0,923 g/mL= 0,923 g/mLPara o etanol: Para o etanol: MMMMetanoletanol = 46 g/mol e = 46 g/mol e ρρetanoletanol = 0,789 g/mL= 0,789 g/mLPara tPara tíípico pico ééster de ster de óóleo de milho: leo de milho: ρρéésterster = 0,87 g/ml= 0,87 g/mlPara glicerol: Para glicerol: MMMMglicerolglicerol = 92 g/mol, = 92 g/mol, ρρglicerolglicerol = 1,260 g/mL= 1,260 g/mLCatalisador: 1% em peso de Catalisador: 1% em peso de óóleoleo

biodiesel: energia renovÁvel -...

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