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Tabela 01 – Propriedades físico-químicas do óleo da polpa de macaúba. 
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Índice de acidez (mg KOH/g) 
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Artigo publicado nos anais do Congresso Brasileiro de Macaúba, em 2013.

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Produção de biodiesel via transesterificação etílica homogênea, utilizando óleo de macaúba por aquecimento convencional versus irradiação por micro ondas marcos pereia final

  1. 1. PRODUÇÃO DE BIODIESEL VIA TRANSESTERIFICAÇÃO ETÍLICA HOMOGÊNEA, 1 UTILIZANDO ÓLEO DE MACAÚBA (Acrocomia aculeata (Jacq.) Lodd. ex Mart.), POR 2 AQUECIMENTO CONVENCIONAL VERSUS IRRADIAÇÃO POR MICRO-ONDAS. 3 MARCOS ROBERTO DO NASCIMENTO PEREIRA ¹, PEDRO PRATES VALÉRIO ², 4 SALVADOR CARLOS GRANDE ³, MARIA HELENA CAÑO DE ANDRADE 4 5 INTRODUÇÃO 6 O biodiesel é um combustível renovável composto de ésteres alquílicos de ácidos graxos de 7 cadeia longa, derivados de óleos vegetais ou de gorduras animais com características físico-8 químicas específicas (REZENDE, 2011). Diversas matérias-primas vegetais estão sendo objeto de 9 estudo visando à produção deste biocombustível, sendo que este trabalho tem como foco o emprego 10 dos frutos oleaginosos da palmeira Macaúba, cujo teor de óleo se situa na faixa de 50-60% em base 11 seca e 20-25% em base úmida (frutos frescos), com potencial de produtividade de até 6000 kg de 12 óleo por hectare (RETTORE & MARTINS, 1983; PIMENTA, 2010). Esse fruto é constituído por 13 quatro partes: casca externa, polpa, endocarpo e amêndoa, sendo que das partes polpa e amêndoa se 14 obtém dois tipos diferenciados de óleo, o óleo da polpa com perfil graxo insaturado e o óleo da 15 amêndoa com perfil graxo saturado. Em função da existência de maciços naturais em três 16 importantes regiões mineiras (grande Belo Horizonte, Norte de Minas e Alto Paranaíba), o governo 17 do Estado de Minas Gerais, instituiu a política estadual de incentivo ao cultivo, à extração, à 18 comercialização, ao consumo e à transformação da Macaúba e das demais palmeiras oleaginosas - 19 Pró-Macaúba, através da lei nº 19.485, de 13 de Janeiro de 2011 (MINAS GERAIS, 2011). Um dos 20 principais objetivos foi o de incrementar o Programa Nacional de Produção e Uso de Biodiesel 21 (PNPB), baseado na sustentabilidade e no desenvolvimento econômico e social. O objetivo deste 22 trabalho é verificar a viabilidade técnica de produção de biodiesel a partir de óleo extraído da polpa 23 do fruto da macaúba por processo de transesterificação via catálise etílica homogênea, com 24 comparação de desempenho entre o processo convencional de aquecimento e o aquecimento por 25 irradiação com micro-ondas. 26 MATERIAL E MÉTODOS 27 A reação de transesterificação homogênea via catálise básica foi realizada utilizando como 28 matéria-prima o óleo do mesocarpo (polpa) da macaúba produzido no Laboratório da Macaúba do 29 Departamento de Engenharia Química da Universidade Federal de Minas Gerais. Esse óleo foi 30 1 Universidade Federal de Minas Gerais - Departamento de Engenharia Química - marcos.karajuca@ig.com.br 2 Universidade Federal de Minas Gerais - Departamento de Engenharia Química - pedropratesvalerio@gmail.com 3 Universidade Federal de Minas Gerais - Departamento de Engenharia Química - salvador.cgrande@gmail.com 4 Universidade Federal de Minas Gerais - Departamento de Engenharia Química - cano@deq.ufmg.br 1
  2. 2. primeiramente caracterizado nos seguintes parâmetros físico-químicos: índice de acidez (método 31 oficial Cd 3d-63 da AOCS), teor de umidade (método oficial Ca 2e-84 da AOCS) e viscosidade 32 cinemática a 40°C (ASTM D 2515), parâmetros fundamentais para determinar a viabilidade da 33 produção do biodiesel e a definição da melhor rota a ser utilizada. 34 A produção de biodiesel utilizando o processo convencional de catálise etílica homogênea, 35 neste trabalho denominado aquecimento convencional, foi realizada em um banho termostático 36 Dubnoff. Os parâmetros analisados foram razão molar etanol/óleo (etanol com 99,8% de pureza) de 37 12:1, concentração de catalisador (KOH com 85% de pureza) de 0,5 – 1,0 e 1,5 % m/m em relação 38 ao óleo, temperatura constante de 30°C, tempo de 45 minutos e aproximadamente 200 rpm. Todas 39 as reações ocorreram em erlenmeyers de 125 mL contendo a massa de 20 g de óleo. Após a reação 40 o biodiesel foi purificado através de 3 lavagens: 1ª com solução de HCl 0,1 mol/L, 2ª e 3ª com água 41 destilada até o pH 7,0; verificado através do uso da fita de pH. Em seguida o biodiesel foi seco em 42 estufa microprocessada (capacidade de 42 L) com circulação forçada de ar a 105°C por 150 min 43 para remoção do excesso de etanol, água e outras substâncias voláteis. 44 A obtenção de biodiesel através do aquecimento não convencional, neste trabalho realizado 45 por irradiação com micro-ondas, foi realizada em forno doméstico (sem adaptação) de micro-ondas 46 Electrolux, modelo NEF 28, 18 L, 1020 W, com frequência de 2450 MHz. Os parâmetros 47 analisados foram razão molar etanol/óleo (etanol com 99,8% de pureza) de 12:1, concentração de 48 catalisador (KOH com 85% de pureza) de 0,5 – 1,0 e 1,5 % m/m em relação ao óleo, potência 49 máxima do aparelho de micro-ondas e tempo reacional de 20, 40, 60, 80 e 100 s. Todas as reações 50 ocorreram em erlenmeyers de 125 mL contendo a massa de 20 g de óleo, que foi homogeneizada 51 por 3 minutos a aproximadamente 200 rpm em agitador magnético MS 300 Magnetic Stirrer, antes 52 de ser submetida à irradiação de micro-ondas. O procedimento de purificação foi realizado da 53 mesma forma do procedimento utilizando o aquecimento convencional. 54 O teor de ésteres etílicos foi realizado empregando o método analítico de viscosimetria, 55 consistindo em uma técnica no qual se correlaciona matematicamente a variação do teor de ésteres 56 alquílicos com a variação da viscosidade (PASA et al., 2013; KNOTHE et al., 2005). A viscosidade 57 foi determinada utilizando o viscosímetro automático AVS 250 Schott. 58 59 RESULTADOS E DISCUSSÕES 60 Na Tabela 01 são apresentados os resultados das análises de caracterização da matéria-prima, 61 incluindo índice de acidez, umidade e viscosidade. 62 2
  3. 3. Tabela 01 – Propriedades físico-químicas do óleo da polpa de macaúba. Parâmetro Valor Índice de acidez (mg KOH/g) 4,03 Índice de acidez em ácido oléico (%) 2,02 Teor de umidade (%) 0,27 Viscosidade cinemática a 40°C (mm2/s) 40,04 O índice de acidez encontrado na análise do óleo da polpa de macaúba foi de 2,02% e 63 segundo Meher et al. (2006), este índice é apropriado para a reação de transesterificação homogênea 64 via catálise básica. É essencial que o valor da umidade da matéria-prima seja o menor possível, 65 evitando reações paralelas que possam dificultar a reação e reduzir o teor da conversão. Assim, o 66 valor encontrado experimentalmente neste trabalho de 0,27% sugere que o uso da polpa do óleo da 67 macaúba torna-se viável para esta metodologia. Outro parâmetro essencial analisado é a 68 viscosidade, pois pode limitar a escolha da matéria-prima que originará o biodiesel. 69 Em todo o trabalho foram realizados 03 ensaios de produção de biodiesel por aquecimento 70 convencional e 15 por aquecimento por micro-ondas. Os resultados dos ensaios do aquecimento 71 convencional (C) resultaram em % de conversão na faixa de 13,20% a 90,18%, sendo que os 72 melhores resultados estão associados com o uso de uma maior quantidade de catalisador. Os 73 resultados dos ensaios do aquecimento por micro-ondas (M) resultaram em faixa de conversão de 74 10,15% a 96,61%. Na Tabela 02 são apresentados os melhores resultados dos ensaios comparativos 75 entre as duas formas de aquecimento visando à produção de biodiesel por catálise etílica 76 homogênea. 77 Tabela 02 – Resultados comparativos da eficiência de produção de ésteres etílicos pelos processos 78 de aquecimento convencional e por micro-ondas 79 Ensaio Tempo (s) Catalisador (% m/m) Teor de ésteres etílicos (%) C 2700 1,5 90,18 M - A 80 0,5 76,25 M - B 60 1,0 96,61 M - C 20 1,5 86,74 C = amostra utilizando aquecimento convencional 80 M = amostra utilizando aquecimento através de irradiação de micro-ondas 81 O resultado do ensaio C, usando aquecimento convencional, proporcionou a conversão de 82 ésteres etílicos de 90,18%; indicando que o óleo da polpa da macaúba é promissor na obtenção de 83 biodiesel, utilizando condições amenas de processo. Os resultados dos ensaios M - A, M - B e M – 84 3
  4. 4. C, empregando irradiação por micro-ondas, demonstraram a viabilidade de se aplicar este método 85 nos processos de produção de biodiesel. Analisando a tabela 02, observa-se uma redução rigorosa 86 no tempo de reação quando da utilização do processo por irradiação com micro-ondas e ao mesmo 87 tempo a maior conversão de ésteres etílicos alcançado com o ensaio M – B. 88 CONCLUSÕES 89 Sabendo que o Programa Nacional de Produção e Uso de Biodiesel (PNPB) tem como 90 principal objetivo garantir a produção economicamente viável do biocombustível, proporcionando a 91 inclusão social e o desenvolvimento regional (COSTA et al., 2012), este trabalho demonstrou o 92 potencial de produção do biodiesel, empregando como matéria-prima o óleo da polpa da Macaúba, 93 utilizando o aquecimento convencional e, principalmente, apresenta a viabilidade técnica com 94 redução expressiva do tempo reacional da reação de transesterificação, usando uma metodologia de 95 indução de irradiação de micro-ondas, mesmo ao se empregar um aparelho de micro-ondas 96 convencional doméstico, sem qualquer adaptação. 97 AGRADECIMENTOS 98 Os autores agradecem a CAPES, CNPq e o Departamento de Engenharia Química da Escola 99 de Engenharia da UFMG pelas Bolsas concedidas e apoio prestado. 100 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 101 COSTA, V. L.; et al. A introdução do biodiesel na matriz energética brasileira: contextualização 102 histórica, cadeia produtiva e processo produtivo. Revista ADMpg Gestão estratégica, v. 5, n. 1, p. 103 43 - 51, 2012 104 KNOTHE, G.; GERPEN, J. V.; KRAHL, J. The Biodiesel Handbook. Illinois (USA), AOCS Press, 105 2005. 106 Lei nº 19.485, de 13 de janeiro de 2011. Institui a política estadual de incentivo ao cultivo, à 107 extração, à comercialização, ao consumo e à transformação da macaúba e das demais palmeiras 108 oleaginosas - Pró-Macaúba, Minas Gerais, 2011. 109 MEHER, L. C.; et al. Technical aspects of biodiesel production by transesterification—a review. 110 Renewable and Sustainable Energy Reviews, v. 10, p. 248 - 268, 2006. 111 PASA, V. M. D.; et al. Thermogravimetry and Viscometry for Assessing the Ester Content (FAME 112 and FAEE). Fuel Processing Technology, v. 109, p. 133 - 140, 2013. 113 PIMENTA, T. V. Metodologias de Obtenção e Caracterização dos Óleos do Fruto da Macaúba com 114 Qualidade Alimentícia: da Coleta à Utilização. 2010. 120f. Dissertação (Mestrado em Engenharia 115 Química) – Universidade Federal de Minas Gerais, Belo Horizonte, 2010. 116 RETTORE, R. P.; MARTINS, H. (1983). “Produção de combustíveis líquidos a partir de óleos 117 vegetais: estudo das oleaginosas nativas de Minas Gerais”. Projeto da Fundação Centro 118 Tecnológico de Minas Gerais – CETEC, Belo Horizonte, v.1. 119 REZENDE, D. B. Esterificação e Transesterificação de Óleos de Macaúba com Elevada e Baixa 120 Acidez Catalisadas por Resinas de Troca Iônica. 2011. 122f. Dissertação (Mestrado em Engenharia 121 Química) – Universidade Federal de Minas Gerais, Belo Horizonte, 2011. 122 4

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