Download PDF
ads:
1
UNIVERSIDADE REGIONAL DO NOROESTE DO ESTADO DO
RIO GRANDE DO SUL – UNIJUÍ
LUCAS GOMES DE OLIVEIRA
MODELAGEM MATEMÁTICA DE REATOR DE MISTURA APLICADO NO
PROCESSO DE TRANSESTERIFICAÇÃO PARA PRODUÇÃO DE BIODIESEL
Ijuí
2009
ads:
Livros Grátis
http://www.livrosgratis.com.br
Milhares de livros grátis para download.
2
LUCAS GOMES DE OLIVEIRA
MODELAGEM MATEMÁTICA DE REATOR DE MISTURA APLICADO NO
PROCESSO DE TRANSESTERIFICAÇÃO PARA PRODUÇÃO DE BIODIESEL
Dissertação apresentada ao Programa de Pós-Graduação
em Matemática – Área de concentração da Universidade
Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul -
UNIJUÍ, como requisito parcial para à obtenção do
título de Mestre em Modelagem Matemática.
Orientador: Prof. Dr. Gilmar de Oliveira Veloso
Ijuí – RS
2009
ads:
3
UNIJUÍ - UNIVERSIDADE REGIONAL DO NOROESTE DO ESTADO DO
RIO GRANDE DO SUL
DeFEM – DEPARTAMENTO DE FÍSICA, ESTATÍSTICA E MATEMÁTICA
DeTEC – DEPARTAMENTO DE TECNOLOGIA
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM MODELAGEM MATEMÁTICA
A Comissão Examinadora, abaixo assinada, aprova a Dissertação
“MODELAGEM MATEMÁTICA DE REATOR DE MISTURA APLICADO
NO PROCESSO DE TRANSESTERIFICAÇÃO PARA PRODUÇÃO DE BIODIESEL”
Elaborada por
LUCAS GOMES DE OLIVEIRA
Como requisito para a obtenção do grau de Mestre em Modelagem Matemática
Comissão Examinadora:
______________________________________________
Prof. Dr. Gilmar de Oliveira Veloso - DeFEM (Orientador)
______________________________________________
Prof. Dr. Gerson Feldmann - DeFEM
______________________________________________
Prof. Dr. Olinto César Bassi de Araújo - UFSM
Ijuí, RS, 06 de março de 2009.
4
DEDICATÓRIA
Aosmeusfamiliares,emespecialaomeupaiRoquee
minha mãe Evani, queridos e sempre presentes, que
contribuíram grandemente para meu êxito,
compreendendominhasausências,compartilhandomeus
ideais e incentivando minha busca, com palavras de
estímuloecarinho.
AsminhasirmãsManuelae Patrícia,companheirase
amigas.
ALiliane,pelo
amorecarinho.
As amizades construídas durante esse período, em
especialaAngelitaeJoséMario.
A todos que acreditaram na minha capacidade e
apostaramnaminhavitória,poiselessãosuportedecada
umdemeuspassos.Asalegriasdehojetambémsãosuas,
pois seu amor, paciência e amizade, foram importantes
paraaconquistadessavitória.
5
AGRADECIMENTOS
Ao Ser Supremo, que deu‐nos forças para chegar ao
fimdocaminhoqueescolhemos,quepresenteou‐noscom
muitosmomentosde vitóriase sucessos,compartilhando
conosco as horas difíceis, acompanhando‐nos no feliz
desempenhodenossamissão.
AosprofessoresGilbertoCarlosThomaseGilmar
de
Oliveira Veloso, orientadores deste trabalho, a minha
enorme gratidão por sua paciência e dedicação plena,
pelomeucrescimentopessoaleintelectual.
Aos nossos mestres, que ensinando fizeram que
construíssemosconhecimentos.
Aoscolegaspelaamizadeeespíritodeluta.
Enfim, a todos que estiveram presentes e
contribuíram para que chegássemos ao
fim de mais uma
etapadenossasvidas,omeueternoobrigado.
6
RESUMO
Utilizando a modelagem matemática desenvolveu-se simulações através
do método numérico de RUNGE KUTTA variando parâmetros no modelo
proposto por NOUREDINI e ZHU para a transesterificação.
Assim propôs-se o desenvolvimento de polinômios de sexta ordem como
forma de facilitar as resoluções que até então eram desenvolvidas através do
sistema de equações diferenciais ordinárias. Com isso torna-se possível propor
a variação de parâmetros do equipamento, óleo, catalisador e éster utilizado no
processo em relação a cada tempo reacional.
Palavras-Chave: Modelagem Matemática, Transesterificação em
Batelada, Biodiesel, Simulações Numéricas.
7
ABSTRACT
Using the mathematical modeling it was developed simulations through
numeric method of RUNGE KUTTA varying parameters in the model proposed
by NOUREDINI and ZHU for the transesterification.
So it was proposed the development of polynomials of sixty order as a
form of making the resolutions easy. This kind of resolution has been developed
through the system of ordinary differential equations. With this it is possible to
propose the variation of equipment parameters, oil, catalyser and ester used in
the process in relation an each time reactional.
Key words: Mathematical modeling, Transesterification in Batelada,
Biodiesel, Numerical Simulations.
8
LISTA DE FIGURAS
Figura 1: Oferta interna de energia no mundo -2005............................................. 18
Figura 2: Matriz energética brasileira....................................................................... 19
Figura 3: Combustíveis Veiculares no Brasil........................................................... 20
Figura 4: Oferta de interna de energia no Brasil..................................................... 21
Figura 5: Propriedades de óleos de acordo com suas matéria-prima................ 23
Figura 6: Classificação das fontes de energia........................................................ 25
Figura 7: Processo de produção de biodiesel por meio do craqueamento
catalítico
................................................................................................................ 30
Figura 8: Processo de transesterificação................................................................. 31
Figura 9: Especificações quanto a qualidade do produto..................................... 32
Figura 10: Características físico químicas para biodiesel X Óleo Diesel........... 34
Figura 11: Mercado de Glicerina............................................................................... 35
Figura 12: Esquema do processo de transesterificação continua....................... 37
Figura 13: Reator de transesterificação contínuo com agitador e painel de
controle
.................................................................................................................. 38
Figura 14: Esquema do processo de transesterificação por batelada................ 39
Figura 15: Resultados de Noureddini e Zhu (1997)............................................... 41
Figura 16: Reação de Transesterificação................................................................ 42
Figura 17: Gráfico de resultados do Método de Runge-Kutta.............................. 51
Figura 18: Simulação com concentração de álcool X óleo (5:1).......................... 52
Figura 19: Simulação com concentração de álcool X óleo (4:1).......................... 53
Figura 20: Simulação com concentração de álcool X óleo (3:1).......................... 53
Figura 21: Simulação com concentração de álcool X óleo (2:1).......................... 54
Figura 22: Simulação com concentração de álcool X óleo (1:1).......................... 55
Figura 23: Simulação com concentração de álcool X óleo (0,5:1) ...................... 55
Figura 24: Simulação com concentração de álcool X óleo (0:1).......................... 56
Figura 25: Comportamento do triglicérideo em cada tempo de reação.............. 58
Figura 26: Comportamento do diglicérideo em cada tempo de reação.............. 59
Figura 27: Comportamento do triglicérideo em cada tempo de reação.............. 60
Figura 28: Comportamento dos Estéres em cada tempo de reação................... 61
9
Figura 29: Comportamento do Álcool em cada tempo de reação....................... 62
Figura 30: Comportamento do Glicerol em cada tempo de reação..................... 63
10
LISTA DE TABELAS
Tabela 1: Processo químico de transesterificação................................................. 33
Tabela 2: Comparação da rota metílica e etílica.................................................... 34
Tabela 3: Valores para energia de agitação ........................................................... 40
11
LISTA DE SIGLAS E SÍMBOLOS
Re
N Número de Reynolds
TG
Triglicerídeo
G
Diglicerídeo
M
G
Monoglicerideo
E
Estéres
[]
A
Álcool
GL
Glicerol
K
Constante Especifica da Velocidade
A
Fator de Arrhenius
R
Constantes dos Gases
E
Energia de Ativação para a reação
T Tempo Reacional
x
Variável Independente
n
Ordem da Equação
PVI
Problema de Valor Inicial
PVC
Problema de Valor de Contorno
1k +
Derivadas Continuas
h
Tamanho do Passo
12
SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO...................................................................................................... 14
1.1 OBJETIVO GERAL.................................................................................... 16
1.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS...................................................................... 16
1.3 ORGANIZAÇÃO DO TRABALHO .......................................................... 16
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA .............................................................................. 18
2.1 INTRODUÇÃO A PROBLEMÁTICA DA PRODUÇÃO DO
BIODIESEL.............................................................................................................. 18
2.2 IMPORTÂNCIA NO CONTEXTO ATUAL............................................. 26
2.3 TIPOS DE REAÇÕES................................................................................. 29
2.4 SÍNTESE DO PROCESSAMENTO........................................................... 31
2.4.1 PREPARAÇÃO DA MATÉRIA-PRIMA.................................................. 32
2.4.2 REAÇÃO DE TRANSESTERIFICAÇÃO................................................ 33
2.4.3 SEPARAÇÃO DE FASES......................................................................... 34
2.4.4 RECUPERAÇÃO DO ÁLCOOL DA GLICERINA ................................. 35
2.4.5 RECUPERAÇÃO DO ÁLCOOL DOS ÉSTERES.................................... 36
2.4.6 DESIDRATAÇÃO DO ÁLCOOL............................................................. 36
2.4.7 PURIFICAÇÃO DOS ÉSTERES............................................................... 36
2.4.8 DESTILAÇÃO DA GLICERINA.............................................................. 36
2.5 TIPOS DE EQUIPAMENTOS.................................................................... 37
2.6 MODELOS JÁ ESTUDADOS .................................................................... 39
2.7 FORMAS QUÍMICAS DA REAÇÃO DE TRANSESTERIFICAÇÃO .41
2.8 MÉTODOS NUMÉRICOS.......................................................................... 43
2.8.1 O MÉTODO DE RUNGE-KUTTA........................................................... 45
2.8.2 MÉTODO DE EULER............................................................................... 46
2.8.3 MÉTODO DE HEUN................................................................................. 46
2.8.4 MÉTODO DE ADAMS-BASHFORTH-MOULTON............................... 47
13
2.8.5 MÉTODO DE MILNE-SIMPSON ............................................................ 48
2.8.6 MÉTODO DE HAMMIN........................................................................... 49
2.9 SISTEMA DE EQUAÇÕES DE PRIMEIRA ORDEM............................ 49
3 VALIDAÇÃO DO MODELO PROPOSTO POR NOUREDDINI E ZHU (1997)
51
3.1 RESOLUÇÃO PELO MÉTODO DE RUNGE-KUTTA.......................... 52
3.2 POLINOMÍOS MATEMÁTICOS.............................................................. 56
3.3 COMPORTAMENTO DO TRIGLICERIDEO EM CADA TEMPO DE
REAÇÃO
................................................................................................................... 57
3.4 COMPORTAMENTO DO DIGLICERIDEO EM CADA TEMPO DE
REAÇÃO
................................................................................................................... 58
3.5 COMPORTAMENTO DO MONOGLICERIDEO EM CADA TEMPO
DE REAÇÃO
............................................................................................................ 59
3.6 COMPORTAMENTO DO ESTÉRES (BIODIESEL)EM CADA TEMPO
DE REAÇÃO
............................................................................................................ 60
3.7 COMPORTAMENTO DO ÁLCOOL EM CADA TEMPO DE REAÇÃO
61
3.8 COMPORTAMENTO DO GLICEROL EM CADA TEMPO DE
REAÇÃO
................................................................................................................... 62
4 CONSIDERAÇÕES FINAIS................................................................................ 64
CONCLUSÕES......................................................................................................... 64
SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS.................................................. 65
14
1. INTRODUÇÃO
O biodiesel é um
éster de ácido graxo, renovável e biodegradável, obtido
comumente a partir da reação química de
óleos ou gorduras, de origem animal
ou vegetal, com um
álcool na presença de um catalisador (reação conhecida
como
transesterificação). Pode ser obtido também pelos processos de
craqueamento e esterificação.
O biodiesel substitui, total ou parcialmente, o óleo diesel de petróleo em
motores
ciclo diesel automotivos (de caminhões, tratores, camionetas,
automóveis, etc) ou estacionários (geradores de eletricidade, calor, etc). Pode
ser usado puro ou misturado ao diesel em diversas proporções.
A molécula de óleo vegetal é formada por três ésteres ligados a uma
molécula de glicerina, o que faz dele um triglicídio.
O processo para a transformação do óleo vegetal em biodiesel chama-
se TRANSESTERIFICAÇÃO, esta nada mais é do que a separação da
glicerina do óleo vegetal. Cerca de 20% de uma molécula de óleo vegetal é
formada por glicerina. A glicerina torna o óleo mais denso e viscoso. Durante o
processo de transesterificação, a glicerina é removida do óleo vegetal,
deixando o óleo mais fino e reduzindo a viscosidade.
Com a proposição de auxiliar no desenvolvimento tecnológico, na busca
de novas fontes de energia viáveis, é que desenvolvemos esse estudo, pois
aumenta, a cada dia, o número de países interessados em investimentos na
área de energias viáveis, como é o caso do Biodiesel.
Nosso país demonstra um grande potencial na produção de bioenergia
e, principalmente, na produção de biodiesel a partir de óleo vegetal, e álcool a
partir da cana-de-açúcar, por sua localização geográfica e vocação agrícola. É
inúmera a quantidade de oleaginosas existente em nosso país, podemos dizer
que todas as regiões de nosso país possuem algumas, destacando-se o girasol
e a soja, tendo em vista que são grandes as áreas cultivadas.
Pode-se observar três fatores fundamentais e estratégicos que justificam
o investimento em bioenergia. O primeiro é a própria necessidade de produção
de energia para atender a demanda sempre crescente; o segundo é a
15
necessidade de domínio de novas tecnologias que não agridam o meio
ambiente e que sejam renováveis; e o terceiro é o valor estratégico do domínio
da tecnologia na produção de biocombustíveis, no qual o Brasil vem se
destacando desde o pró-alcool.
Desenvolvidos por Rudolf Diesel (1858-1913) os motores de ciclo diesel,
hoje são usados em veículos no mundo todo, destacando o Brasil, que tem a
maior fatia do seu transporte rodoviário, no qual são usados caminhões com
esse tipo de motores, esse óleo possui, atualmente, duas origens. Uma fóssil e
finita derivada do petróleo, e outra vegetal e renovável, que têm como
subproduto o Biodiesel, que apesar de ter uma pequena escala de produção e
ainda não estar clara qual a matéria-prima que vai ser fixada, está sendo alvo
de muitos estudos.
Por se tratar de um processo reacional químico, a produção de
Biodiesel, a cinética desse processo é descrita por um sistema de equações
diferenciais ordinárias. Com isso, vê-se a importância do uso da modelagem
matemática para o melhor domínio desse processo e dos elementos envolvidos
no mesmo.
Para utilizar óleo vegetal em um motor comum do ciclo diesel, sem
necessidade de transformações no motor, é preciso submeter este óleo a uma
reação química, denominada de transesterificação, com o principal objetivo de
baixar a viscosidade do óleo a valores próximos ao do diesel convencional. O
éster, assim obtido, chama-se “biodiesel”.
As propriedades físicas de um material são aquelas diretamente
relacionadas com mudanças durante a reação. Dentre as principais
propriedades físicas dos elementos envolvidos no processo, do ponto de vista
de cálculos cinéticos, são a viscosidade, o uso da rota etílica ou metílica e,
principalmente, o catalisador, que poderão ser estudados minuciosamente com
o uso dos polinômios que descrevem o processo.
Um maior conhecimento das características físico-químicas dos óleos
vegetais, e também uma padronização da produção destes, pode viabilizar
economicamente o programa de biodiesel. Este aspecto econômico,
certamente, deve ser visto de forma ampla, não só pelo valor do litro de
biodiesel, mas pelos valores agregados como criação de empregos, redução
16
dos resíduos no ambiente e melhoria da qualidade do ar, e consequentemente
da vida.
1.1 OBJETIVO GERAL
O objetivo principal deste projeto é desenvolver um estudo numérico do
modelo matemático do reator de mistura, aplicado no processo de
transesterificação para produção de biodiesel proposto por Noureddini e Zhu
(1997).
1.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
1. Resolver o modelo matemático numericamente, que leva em conta os
parâmetros cinéticos dos reatores utilizados em equipamentos para
produção de biodiesel;
2. Realizar estudos e simulações numéricas, por meio de um aplicativo
para determinar parâmetros do regime de funcionamento do
equipamento, usando o modelo desenvolvido.
3. Variar parâmetros no modelo de NOUREDDINI.
4. Encontrar curvas de tendências, que descrevam, com a menor margem
de erro, as curvas de resultados do modelo.
5. Sugerir polinômios que descrevam as equações cinéticas de cada
elemento envolvido no decorrer do tempo.
1.3 ORGANIZAÇÃO DO TRABALHO
Este trabalho está organizado da seguinte forma: no capítulo 2 fez-se
uma revisão da literatura, é abordado a problemática do Biodiesel no Brasil, os
17
processos de produção de Biodiesel, tipos de equipamentos, matérias primas;
o capítulo 3 trata da resolução do modelo proposto anteriormente, e da
simulação dos dados encontrados com a construção das curvas de tendências,
com proposição dos polinômios; no capítulo 4 e, bem como, no último capítulo
relatam-se as conclusões e sugestões para trabalhos futuros.
18
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
2.1 INTRODUÇÃO A PROBLEMÁTICA DA PRODUÇÃO DO BIODIESEL
Na busca por energia viável economicamente, ambientalmente e
socialmente, é que vem aumentando, a cada dia, o número de países
interessados em investimentos na pesquisa e produção de bioenergia, ou
energia renovável.
Na Figura 1 observa-se a necessidade de investimentos em energias
renováveis.
Fonte: MME, BEM 2005
Figura 1: Oferta interna de energia no mundo -2005
Na Figura 2 vê-se a matriz energética brasileira, observando que a
grande parte das energias encontradas no planeta são oriundas de fontes não
19
renováveis, salientando assim a necessidade de buscar novas fontes de
energia limpa e renovável.
Fonte: MME, BEM 2005
Figura 2: Matriz energética brasileira
Tendo em vista que o trabalho aborda o caso especifico do biodiesel
observado ao longo dos anos como o provável substituto do óleo diesel
mineral, justifica-se na Figura 3 a necessidade de investimentos em tecnologias
como é o caso especifico do biodiesel.
Partindo dessa alternativa de produção de Biodiesel através do processo
de transesterificação é possível evidenciar o que já é fato nos países europeus,
onde se produz Biodiesel a partir de óleos vegetais e animais, sendo vendido
aos consumidores na sua forma pura B100, ou em misturas BX, em que o X
representa o percentual de Biodiesel adicionado ao óleo diesel mineral.
20
Gasolina A
25,6%
Álcool Anidro
8,5%
Álcool
Hidratado
8,4%
GNV
2,9%
Óleo diesel
54,5%
Fonte: MME, BEM 2005
Figura 3: Combustíveis Veiculares no Brasil
Atualmente, o Brasil tem um grande potencial na produção de bioenergia
e, principalmente, de biocombustíveis, em especial na produção de biodiesel a
partir de óleo vegetal, e álcool a partir da cana-de-açúcar, por sua localização
geográfica e vocação agrícola. Em cada parte do território nacional, têm-se
espécies de plantas ricas em óleo, adaptadas às suas condições de solo e
clima. Todas elas podem fornecer preciosa energia. Assim como o Proálcool, a
produção de óleo vegetal virgem para uso em motores do ciclo diesel,
proporcionaria, a exemplo da Alemanha, uma redução da dependência petróleo
gerando, também, empregos e divisas.
Na Figura 4 ressalta-se a importância do investimento em novas fontes
de energia. Acredita-se que somente dessa maneira será possível minimizar
essa dependência do petróleo.
21
Fonte: MME, BEM 2005
Figura 4: Oferta de interna de energia no Brasil
A energia é considerada questão estratégica de uma nação, e a
proporção de seu uso sempre esteve diretamente associada ao
desenvolvimento dos povos. Ao longo da História, pode-se constatar que a
disponibilidade e a acessibilidade que as pessoas têm à energia estão ligadas
ao crescente conforto humano e à produção de bens.
Goldemberg (1992) ressalta que os desafios para erradicar a pobreza e
o subdesenvolvimento, em países com grande aumento de população, só
poderão ser solucionados com a utilização de uma tecnologia avançada, a
exemplo do que aconteceu, no passado, com os países hoje industrializados.
Assim, energia e tecnologia são dois fatores importantes para o
desenvolvimento econômico. Graças a eles será possível sustentar uma
população mundial estimada pela ONU em 8,9 bilhões de habitantes em 2075.
Desde a década de 70, a pesquisa de energias alternativas teve um
rápido crescimento. A busca de matéria-prima como fontes renováveis ou
alternativas que podem ser usadas direta ou indiretamente, como: álcool, óleo
vegetal, carvão vegetal, usina termoelétrica, usina hidroelétrica, usina eólica,
geotérmicas, maremotriz, usina solar, hidrogênio, células de combustíveis,
22
entre outras matéria-prima. O uso do óleo vegetal em motores de combustão
interna não constitui uma inovação recente. Rudolf Diesel (1858-1913) criador
dos motores do ciclo diesel, utilizou óleo vegetal de amendoim para demonstrar
seu invento, em Paris-1900. Em 1912, Diesel disse: “O uso de óleos vegetais
para combustível de máquinas pode parecer insignificante hoje. Porém,
semelhantes óleos podem tornar-se ao decorrer do tempo tão importantes
como o petróleo e o alcatrão mineral presentemente.” Atualmente, sabe-se que
o petróleo é uma fonte finita e que seu preço tende a aumentar
exponencialmente conforme as reservas forem diminuindo.
No país, são cultivadas diversas espécies oleaginosas que possuem
potencial para serem utilizadas como matéria-prima na produção de biodiesel,
tais como: a soja, a mamona, o girassol e o dendê. Na Figura 5, são
apresentadas algumas características de culturas oleaginosas com potencial
de uso para fins energéticos (produtividade, ciclo econômico e rendimento de
óleo). Em termos de rendimento de óleo, merecem destaque o dendê, o coco e
o girassol. Também merece ser comentada a cultura da mamona, pela
resistência à seca.
Na Tabela 1 pode-se observar as principais culturas de oleaginosas de
nosso país.
Tabela 1: Características de algumas culturas oleaginosas com potencial de
uso energético.
Espécie Origem
do Óleo
Conteúdo de
Óleo (%)
Ciclo de Máxima
Eficiência (anos)
Meses de
Colheita
Rendimento
(tonelada óleo/ha)
Dendê (Palma) Amêndoa 20,0 8 12 3,0 - 6,0
Abacate Fruto 7,0 – 35,0 7 12 1,3 – 1,5
Coco Fruto 55,0 – 60,0 7 12 1,3 – 1,9
Babaçu Amêndoa 66,0 7 12 0,1 -0,3
Girassol Grão 38,0 – 48,0 Anual 3 0,9 - 1,9
Canola Grão 40,0 – 48,0 Anual 3 0,5 – 0,9
Mamona Grão 43,0 – 45,0 Anual 3 0,5 – 0,9
Amendoim Grão 40,0 – 43,0 Anual 3 0,6 – 0,8
Soja Grão 17,0 Anual 3 0,2 – 0,4
Algodão Grão 15,0 Anual 3 0,1 – 0,2
Fonte: Nogueira, L. A. H. et al. Agência Nacional de Energia Elétrica
Atualmente, o óleo de soja, representa 90% da produção brasileira de
óleos vegetais. Em função disso, a soja desponta como principal cultura
oleaginosa, para suprir a demanda por biodiesel, em curto prazo. Portanto, um
programa brasileiro de biodiesel, deverá respeitar as especificidades de cada
23
região. É evidente que a utilização do biodiesel, representa uma oportunidade
tecnológica extremamente importante, tendo em vista a abundância de
recursos naturais e a diversidade de oferta de matéria-prima nas diversas
regiões do País.
A seguir observa-se na Figura 5 as propriedades de alguns desses óleos
de acordo com o tipo de matéria-prima.
Fonte: Piyaporn, I, K.; Jeyashoke, N.; Kanit, K.; J.Am.Oil
Chem.Soc. 1996, 73, 471
Figura 5: Propriedades de óleos de acordo com suas matéria-prima.
Uma outra potencialidade que deve ser destacada é o conhecimento já
adquirido por algumas indústrias de óleos vegetais instaladas no país. A
produção de biodiesel na Europa, especialmente Alemanha, França e Itália,
podem auxiliar no desenvolvimento e produção de plantas processadoras
dessas empresas no Brasil.
A respeito de suas potencialidades, a adoção do biodiesel requer a
implementação de estrutura organizada para a produção e distribuição, de
forma a atingir com competitividade os mercados potenciais. A introdução do
biodiesel requer investimentos ao longo da cadeia produtiva, para assegurar a
oferta do produto a preços competitivos.
Numerosos estudos apontam que, o preço do produto é extremamente
sensível ao preço da matéria-prima. O Ministério da Ciência & Tecnologia, em
conjunto com a ANP, pretende viabilizar a produção e utilização do biodiesel
como aditivo ao diesel no contexto brasileiro, e homologar a utilização de uma
mistura de 5% de biodiesel no diesel metropolitano, até 2013. Para que isso
seja possível, é necessário ter não apenas as condições de processo
apropriadas, mas também, selecionar adequadamente a matéria-prima a serem
utilizadas, em termos de custos e fornecimento.
24
O programa nacional brasileiro de produção de biodiesel está amparado
na legislação específica determinada pela lei 11.097 de 13 de janeiro de 2005,
que regulamenta o uso gradativo do biodiesel, conforme Anexo I.
Dentre as peculiaridades do programa brasileiro de biodiesel, destaca-se
a intenção, que uma fração razoável do biodiesel produzido seja por
transesterificação etílica. Devido a grande disponibilidade de etanol no país, e
por ser este advindo de biomassa, não contribuindo, portanto, para o efeito
estufa, e permitindo um maior ajuste às recomendações do Protocolo de Kyoto
(ao contrário do metanol que é obtido majoritariamente por via petroquímica,
por conversão de matéria-prima fósseis).
Segundo Mohanty (2003) mais de 80% da energia consumida no planeta
é de origem fóssil, e apesar das discussões sobre o tempo de duração dessas
reservas, é inegável que elas são finitas.
Parente (2003) afirma que, aproximadamente há 250 anos, com a
industrialização e a aglomeração das pessoas em centros urbanos, fez-se útil o
uso de combustíveis líquidos derivados do petróleo, além de seu uso como
matéria-prima, na confecção de novos produtos, dessa forma, as ruas se
encheram de carros dos mais variados modelos, as fábricas substituem
pessoas por maquinas e, conseqüentemente, o céu de fumaça. Nessa
chamada: Era do Petróleo, surge uma energia atômica ainda mais poderosa,
por sua densidade energética, mas com muitas restrições, como o lixo atômico,
riscos de acidentes de grandes proporções, a fabricação de armas com
capacidade de destruição em massa, sem falar no risco de atentados
terroristas.
Mostra-se na Figura 6 o que são consideradas fontes de energia,
segundo Silva (2004):
25
Fonte: SILVA (2004).
Figura 6: Classificação das fontes de energia
Assim, surge à necessidade de pesquisas na busca de energias
alternativas, foi o caso da biomassa, como biodiesel, e do álcool, que
substituíram em parte os combustíveis veiculares.
De acordo com Encinar et al. (1999) a aplicação direta de óleos vegetais
nos motores de ciclo diesel é limitada por propriedades físicas dos mesmos,
destacando-se a alta viscosidade, baixa volatilidade e seu caráter poli-
saturado, que causam alguns problemas nos motores, como uma combustão
incompleta (ENCINAR et al., 2002; DORADO et al., 2003; AGARWAL, 2001).
Com isto, na procura da redução na viscosidade desses óleos vegetais,
diferentes alternativas estão sendo usadas, assim como: micro emulsificação,
com metanol ou etanol, craqueamento catalítico e a reação de
transesterificação, com metanol ou etanol (NASCIMENTO et al., 2001). Dentre
elas, a transesterificação tem se destacado como melhor opção,
(NOUREDDINI, 1998) e promove a obtenção de um combustível denominado
biodiesel, que se assemelha ao óleo diesel mineral (DUNN, 2002; DORADO et
al., 2002).
Excepcionalmente, por possuir grande extensão territorial, com terrenos
e clima favorável a agricultura, no campo da biomassa, o Brasil é um país
26
absolutamente privilegiado. Pela boa incidência solar, na maioria do seu
território, por todo o ano, e a diversidade no cultivo de oleaginosas, pode
propor e implementar, um programa de energia alternativa a base de Biodiesel
(VASCONCELLOS, 2002).
No Brasil, desde a década de 70, vêm sendo desenvolvidas pesquisas
pelo Instituto Nacional de Tecnologia (INT). Usando óleos vegetais para
produção de combustíveis. No principio da década de 80, foi divulgado pelo
núcleo de energias não convencionais da Universidade Federal do Ceará, a
descoberta de um combustível produzido através de gorduras, óleos vegetais e
animais, vindo para substituir o óleo diesel mineral, denominado de
PRODIESEL, tendo como idealizador o professor e pesquisador Expedito José
de Sá Parente.
2.2 IMPORTÂNCIA NO CONTEXTO ATUAL
Nos países do continente Europeu, está sendo usado 2% de biodiesel,
em mistura com o óleo mineral, percentual esse, que se estima um crescimento
gradual de 30% ao ano.
Na Alemanha, a principal matéria-prima para a produção de Biodiesel é
a colza, este país, implantou seu programa de produção de óleo vegetal
baseada no modelo brasileiro.
O sistema de produção de óleo vegetal, alemão, possui os seguintes
objetivos:
• Nitrogenar naturalmente os solos.
• Extração do óleo, produção de farelo protéico para alimentar
animais durante o inverno.
• O óleo de colza é usado para fabricar Biodiesel.
Inicialmente o biodiesel foi introduzido nos táxis ditos vegetarianos, seu
preço baixo se deve à isenção de impostos a toda sua cadeia produtiva, e hoje
já existem cerca de 1000 postos distribuindo biodiesel puro (B100).
27
A França é, hoje, o maior produtor mundial de Biodiesel, conhecido
pelos franceses como DIESTER. Usado em mistura com o óleo diesel mineral,
com o objetivo de reduzir as mercaptanas que contem enxofre, foi criado o
Clube das Villes, uma associação com intuído de disseminar o uso do
ecodiesel, principalmente nos transportes coletivos urbanos. Com esse
sucesso, hoje os ônibus urbanos chegam a usar até 30% de biodiesel.
Os Estados Unidos tem mostrado um grande interesse no uso do
ecodiesel, pela sua preocupação com as emissões. Está sendo cogitado o uso
de ecodiesel B-20 nas frotas das grandes cidades, e, principalmente, em
transportes escolares, inclusive alguns estados já têm uma legislação exigindo
pelo menos 2% de biodiesel.
Na Austrália, são grandes os investimentos em pesquisas buscando,
tanto o valor energético, como o nutricional, tendo em vista, que além da parte
lipídica, ou seja, o óleo, também tem os farelos ricos em proteínas.
Na Argentina, em 2001, foi publicado um decreto, o qual isenta de
impostos por 10 anos, toda à cadeia produtiva de biodiesel.
A Malásia é o maior produtor de óleo de dendê do mundo, chegando a
índices de produção de 5000 kg de óleo por hectare / ano.
Por ter grande extensão territorial e clima favorável, o Brasil é
considerado, por excelência, um país para a Exploração da Biomassa para uso
alimentício, químico e energético. Em divulgação da NBB (National Biodiesel
Board) órgão responsável por promover o biodiesel nos Estados Unidos, o
Brasil tem potencial para ser o maior produtor mundial de biodiesel, vindo a
substituir o óleo diesel mineral em até 60%.
De acordo com Parente (2003) por ser um país com dimensões de
continente, é muito diversificada a quantidade de matéria-prima que podem ser
usadas nessa produção, variando por região, como se observa a seguir.
Na Amazônia, região que compreende toda a bacia do Rio Amazonas e
seus afluentes, contendo os estados do Amazonas e Pará, onde predominam
as florestas, destaca-se na produção de oleaginosas de Palmeira que
possibilitariam a criação de núcleos energéticos, pois, não é possível o cultivo
de culturas temporárias, em virtude de seus solos terem baixas profundidades
e o alto índice pluviométrico ocasionar muita erosão. Tem-se ai, uma ótima
28
alternativa para minimizar o problema vivido hoje, pois a maior parte da energia
usada nessa região é oriundo do óleo diesel mineral, que pelos altos custos de
transporte até essa região acaba custando três vezes o valor original.
Os Babaçuais, em torno de 17 milhões de hectares, compreendem os
estados do Maranhão, Tocantins, parte do Piauí, Goiás, Mato Grosso e Pará,
onde são produzidas, 40 milhões de toneladas anuais de coco, e 17 mil
toneladas de óleo, podendo gerar uma produção anual de 20 bilhões de litros
de biodiesel. Ainda, há possibilidade de consorciar culturas como girassol,
mamona, amendoim e outras oleaginosas, como também pecuária extensiva. A
grande vantagem do babaçu está no aproveitamento de um recurso natural,
que, além da possibilidade da produção de biodiesel, ainda pode ser utilizado
para produzir metanol, carvão vegetal, grafite, lacatrão, combustível de fornos e
caldeiras, rações aglomerados para construção civil, entre outros.
O Nordeste destaca-se pelo cultivo de plantas que se adaptam a baixos
índices pluviométricos, como é o caso da mamona e do algodão. Segundo
Parente (2003) foram desenvolvidas variedades de girassol capazes de
resistirem a esse clima, por possuírem raízes pivotantes mais profundas.
O Sul e Centro Sul, compreendendo os estados do Espírito Santo, Rio
de Janeiro, Minas Gerais, Mato Grosso do Sul, Paraná, Santa Catarina e Rio
Grande do Sul, por terem uma cultura de produção mecanizada, destacam-se
na produção de soja (18% óleo) amendoim (45% óleo) e girassol, que apesar
do valor alimentício, poderá substituir o óleo de soja, para que esse possa ser
usado na produção de Biodiesel. Com isso, aumentaria a procura,
principalmente, do óleo de soja, o que iria impulsionar a economia desses
estados.
Como dito por Di Lascio et al. (1994) pela necessidade do aumento da
oferta de energia elétrica, o governo deveria se voltar à produção de óleos
vegetais, estimulando o desenvolvimento regional em localidades isoladas.
Faz-se necessário esse estudo, pois o diferencial do programa de
produção de Biodiesel brasileiro, em relação a programas anteriores, como foi
o caso do Pró-álcool, é justamente, estar focado ao desenvolvimento de
alternativas para a permanência da população na agricultura, mas agregando
renda em todas as regiões de nosso país, buscando o desenvolvimento
29
sustentável. Acredita-se assim, que além de ter mais uma fonte de energia, e
implantar um programa capaz de melhorar as condições econômicas e sociais
da população brasileira, nosso país passa a ser referência tecnológica mundial
na produção de Biodiesel.
A região Sul do Brasil (área de inserção da UNIJUÍ) é caracterizada pela
economia agrícola. Atualmente, tem-se uma produção agrícola voltada
diretamente à plantação de soja e girassol. A produção da soja hoje tem como
objetivo produzir, principalmente, dois derivados: o óleo e o farelo. Este,
praticamente, para a produção de rações animais, por ser um alimento vegetal
rico em aminoácidos essenciais, vitaminas, fatores de crescimento e
componentes minerais, e aquele, destinado diretamente para o uso humano.
Na industrialização da soja, deve-se considerar que a quantidade de farelo é
cerca de, 3,5 vezes a quantidade de óleo, e o seu valor é praticamente igual ao
do óleo.
Dessa forma, observa-se o potencial da nossa região e do nosso país no
domínio dessa tecnologia, passando do nível de mero produtor, para o de
referência mundial em produção de Biodiesel.
2.3 TIPOS DE REAÇÕES
Inicialmente o óleo cru (triglicérideo) era usado em motores de ciclo
diesel, o que causava o agravante do acúmulo de glicerina nas peças do motor,
com isso, foram desenvolvidas algumas tecnologias para separação da
glicerina e dos ésteres contidos no triglicérideo.
Sabe-se, que o processo de extração de biodiesel se dá de três
maneiras:
1) Craqueamento catalítico ou pirólise: que é a conversão química
causada pela aplicação de energia térmica na presença de nitrogênio, mas são
inaceitáveis os resíduos de carbono e o ponto de ignição alcançado, além
disso, contém enxofre se assemelhando ao produto proveniente do petróleo, na
indústria o processo acontece adicionando o catalisador já aquecido ao óleo
30
vegetal e em seguida é feita a separação dos produtos do craqueamento em
Biodiesel, gás e outros. Cabe aqui lembrar, que nas indústrias esse processo é
pouco utilizado devido ao risco de explosão, tendo em vista que esse
equipamento exige trabalhar com altas temperaturas.
Figura 7: Processo de produção de biodiesel por meio do craqueamento
catalítico
2) Micro-emulsificação: são dispersões isotrópicas, termodinamicamente
estáveis, de óleo, água, sulfactante e, geralmente, uma molécula pequena
amfifílica, chamada cosurfactante, mas tem o efeito negativo do depósito de
carbono e aumento da viscosidade. Não é usado em escala industrial.
3) Transesterificação: que é o que será enfatizado neste trabalho,
também conhecido como alcóolise, é a reação de formação de ésteres a partir
de óleos e álcoois resultando em glicerol, esse processo utiliza tanto rota
etílica, quanto metílica.
Segundo Parente (2003) indiferente da matéria-prima, o processo de
transesterificação usado na produção do biodiesel, ocorre conforme a Figura 8.
31
Fonte: Biodiesel: Uma Aventura Tecnológica em um País Engraçado.
Figura 8: Processo de transesterificação
2.4 SÍNTESE DO PROCESSAMENTO
Deve-se observar que toda indústria de biodiesel segue algumas
especificações quanto a qualidade do produto. Estas variam de acordo com o
país e órgãos que as regulamenta conforme Figura 9.
32
Figura 9: Especificações quanto a qualidade do produto
Descreve-se o ocorrido, em cada etapa, da forma que segue:
2.4.1 PREPARAÇÃO DA MATÉRIA-PRIMA
Nesse momento, busca-se o melhor condicionamento da matéria-prima,
para que haja a máxima conversão na reação de transesterificação. Para isso,
se reduz ao mínimo a umidade e acidez, que se obtém por meio de uma
lavagem em uma solução alcalina de hidróxido de sódio ou de potássio,
seguida de uma desumidificação ou secagem. Esse tratamento sofre pequenas
alterações dependendo de cada matéria-prima.
33
2.4.2 REAÇÃO DE TRANSESTERIFICAÇÃO
Refere-se, ao momento da conversão do óleo ou gordura em ésteres
metílicos ou etílicos de ácidos graxos, que constitui o biodiesel.
Tabela 2: Processo químico de transesterificação
Óleo ou gordura + metanol Ésteres metílicos + Glicerol
Óleo ou gordura + etanol Ésteres etílicos + Glicerol
Na primeira equação, foi usado o metanol (álcool metílico) como agente
de transesterificação, tendo como produto final os ésteres metílicos, que
constituem o biodiesel e o Glicerol (Glicerina) no segundo caso, o agente de
transesterificação usado foi o etanol (álcool etílico) tendo como produto final os
ésteres etílicos, que constituem o biodiesel e a Glicerina.
Percebe-se uma equivalência entre as duas equações, visto que os dois
produtos são chamados de biodiesel, devido às semelhanças como
combustível, e que as duas reações acontecem na presença de um catalisador,
no caso, podemos empregar tanto o hidróxido de sódio (NaOH) quanto o
hidróxido de potássio (KOH) usando-os em pequenas proporções. Devido a
diferença nos resultados das reações serem irrisórias no Brasil, pelo baixo
preço do hidróxido de sódio, ele vem sendo mais usado.
Tecnicamente a reação via metanol é mais vantajosa que a etanol, dada
na Tabela 3.
34
Tabela 3: Comparação da rota metílica e etílica
No Brasil, observa-se a vantagem da rota etílica ter oferta em todo o
território nacional. Em todo o mundo, vem sendo usado o metanol, mas apesar
de ele também poder ser obtido da biomassa, até o momento, vem sendo um
derivado do petróleo, o que ambientalmente o deixa em desvantagem,
momentânea, em relação ao etanol.
Tendo em vista a produção usando a rota etílica observa-se na Figura
10 as seguintes características físico químicas para biodiesel X Óleo Diesel.
Figura 10: Características físico químicas para biodiesel X Óleo Diesel
2.4.3 SEPARAÇÃO DE FASES
Com a transesterificação, a matéria graxa é convertida em biodiesel e,
essa massa reacional fina, é constituída de duas fases, que são separadas,
35
tanto por decantação, como por centrifugação. A fase mais pesada é composta
por glicerina bruta impregnada de álcool, água e impurezas da matéria-prima. A
fase leve é composta por ésteres, também impregnada de álcool e impurezas.
2.4.4 RECUPERAÇÃO DO ÁLCOOL DA GLICERINA
Dá-se na fase pesada, em que é submetida à evaporação em um
condensador apropriado, liberando esses constituintes voláteis.
Esse subproduto vem nessa cadeia a agregar renda a essa atividade
conforme gráfico abaixo.
Fonte: MME, BEN 2005.
Figura 11: Mercado de Glicerina
36
2.4.5 RECUPERAÇÃO DO ÁLCOOL DOS ÉSTERES
Acontece da mesma maneira, o diferencial é que o álcool residual é
extraído da fase mais leve.
2.4.6 DESIDRATAÇÃO DO ÁLCOOL
Após ser recuperado, esse álcool residual contém uma quantidade de
água, necessitando de uma separação, que acontece por meio da
desidratação. No metanol o processo é mais simples, devido a grande
volatilidade de seus componentes, e por não existir azeotropia, ao contrário do
etanol, não possui grande volatilidade em seus componentes, e ainda tem a
agravante da azeotropia.
2.4.7 PURIFICAÇÃO DOS ÉSTERES
Lava-se os ésteres por centrifugação, e em seguida, desumidificados,
resultando assim, no biodiesel. Este deverá ter a composição estabelecida
pelas normas técnicas da ANP, para motores ciclo diesel.
2.4.8 DESTILAÇÃO DA GLICERINA
Mesmo com suas impurezas, a glicerina já pode ser comercializada,
claro que é muito mais rentável depois de purificada. Sua purificação é feita por
37
destilação a vácuo, resultando em um produto transparente, denominado
glicerina destilada, que varia entre 85 e 90 por cento da glicerina bruta.
2.5 TIPOS DE EQUIPAMENTOS
No processo de transesterificação, encontram-se hoje equipamentos
que trabalham de forma contínua ou por batelada. Segundo Ottmann (2003)
Superintendente Industrial da COAMO, existem hoje, 5 grandes empresas
mundiais que são as fornecedoras de plantas e equipamentos para a produção
de biodiesel, são elas: Lurgi, Westphalia, Ferrostaal, De Smet e Crown.
Em casos que se trabalha de forma contínua, é misturado em um único
equipamento, o óleo vegetal, o catalisador e o (etanol ou metanol) que em
seguida passa para as centrifugas, nas quais ocorre à separação do Biodiesel
da Glicerina Bruta em seguida é extraído o álcool, que após a retificação
retorna ao processo, conforme Figura 12:
Equipamento para
reação de forma
Contínua
(Etanol ou Metanol)
Centrífugas
Glicerina
Bruta
Óleo Catalisador
BIODIESEL
Figura 12: Esquema do processo de transesterificação continua
38
O equipamento pode ser utilizado no processo contínuo de
transesterificação, no qual ocorre a recuperação do álcool, que ciclicamente
retorna ao processo, e novamente é usado na reação visualizado na Figura 13:
Figura 13: Reator de transesterificação contínuo com agitador e painel de
controle
O processo por batelada, tem um reservatório para o catalisador, e um
para o metanol, os quais são ejetados, para um tanque com agitação
magnética, o catalisador e o metanol são misturados e transferidos para o
reator, o óleo, que está em um reservatório, também é bombeado para o
reator, neste, então, ocorre a transesterificação. Após a reação, o glicerol é
separado em tanques de decantação, e o sobrenadante é filtrado em um
sistema mais rigoroso de retenção de partículas finas.
Buscou-se neste trabalho estudar o processo em batelada, pois se manteve
a mesma reação do ciclo contínuo, tendo apenas o diferencial do álcool, que ao
final do processo retorna em um novo ciclo, no caso, contínuo, o que não
ocorre na batelada.
39
Figura 14: Esquema do processo de transesterificação por batelada
2.6 MODELOS EXISTENTES
Por ser abordado o método de produção de Biodiesel por meio da
transesterificação, estuda-se o modelo proposto por (NOUREDDINI et al.,
1998) no qual se investigou a transesterificação de óleo de soja com metanol.
Neste trabalho, utilizou-se em três reações reversíveis, em que foi possível
estudar o efeito da variação da intensidade na mistura, alterando o (Numero de
Reynolds= 3.100 para 12.400) e a temperatura (30ºC para 70ºC) mantendo a
relação molar de álcool para o triglicerídeo (6:1) e a concentração de
catalisador (0.20 wt% para o óleo de soja) foi mantido constante.
Noureddini e Zhu (1997) estudaram a cinética da transesterificação do
óleo de soja com metanol, catalisada por 2% de hidróxido de sódio, e
40
consideraram que as reações são reversíveis, apresentando a cinética descrita
no sistema (1).
33
12 7 8
12 3 4
34 5 6
12 3 4
5
[]
[ ][] [ ][] [ ][] [][ ]
[]
[][][][][][][][]
[]
[][][][][][][][]
[]
[][][][][][][][]
[][]
dTG
kTGA kDGA kTGA kAGL
dt
dDG
kTGA kDGE kDGA kMGE
dt
dMG
kDGA kMGE kMGA kGLE
dt
dE
kTG A k DG E kDG A kMG E
dt
kMGA
=− + − +
=− − +
=−−+
=− − −
+
38 3
67
33
5678
[][] [][] [][]
[] []
[]
[ ][] [][] [][] [][]
kGLE kTGA kGLE
dA dE
dt dt
dGL
kMGA kGLE kTGA kGLE
dt
−+ −
−
=
=−+−
(1)
Sujeitos às condições iniciais
(
)
1
=
TG ,
(
)
0
=
DG ,
(
)
0=MG ,
()
6=A ,
()
0=E
e
()
0=GL
.
As constantes
18
k
−
representam a energia de ativação, e foram
calculadas através da expressão semelhante para a equação de Arrhenius. A
partir da teoria do estado de transição, chegou-se a essa expressão.
/
()
nEaRT
KT ATe
−
=
A tabela 4 mostra os valores encontrados para a energia de ativação, de
acordo com a variação no
Re
6200N
=
e
Re
12400N
=
.
Tabela 4: Valores para energia de agitação
Re
6200N =
Re
12400N
=
Reaction Arrhenius Modified Arrhenius Arrhenius Modified Arrhenius
TG DG→
13,145 11,707 13,600 12,130
DG TG→
9,932 8,482 9,783 8,313
DG MG→
19,860 18,439 18,769 16,767
M
GDG→
14,639 13,433 11,177 9,710
M
GGL→
6,421 7,937 5,182 8,036
GL MG→
9,588 10,992 9,873 11,365
41
Substituindo estes valores no sistema de equações diferenciais
ordinárias, com relação à cinética da reação química de transesterificação,
Noureddini e Zhu (1997) encontraram os seguintes resultados.
Figura 15: Resultados de Noureddini e Zhu (1997)
Observa-se que com o decorrer do tempo, os ésteres e o glicerol
aumentam, ao contrário do álcool e do triglicérideo, que em reações reversíveis
passam a diglicérideo e depois a monoglicérideo que diminuem.
2.7 FORMAS QUÍMICAS DA REAÇÃO DE TRANSESTERIFICAÇÃO
Este processo é usado para promover a quebra da molécula dos
triglicerídeos, usando monoálcoois (alcóolise) especialmente etanol e metanol,
42
mas apenas os álcoois simples, tais como: etanol, metanol, propanol, butanol e
álcool ámilico, podem ser usados na transesterificação (NYE et. al., 1983;
FREEDMAN et. al., 1984) produzindo ésteres etílicos ou metílicos, com
características semelhantes ao óleo diesel mineral, e como um co-produto, a
Glicerina. A semelhança molecular encontrada, em relação às propriedades
físico-químicas, faz perceber que os ésteres graxos são, atualmente,
considerados melhores sucessores para o diesel mineral que o óleo vegetal “in
natura” (KNOTHE, 1997).
Quimicamente, o biodiesel é definido como um éster de ácido graxo de
cadeia longa, derivado de fontes renováveis como óleos vegetais e animais.
Dessa forma, chama-se transesterificação a reação de um lipídio com álcool,
para a produção de um e éster e do glicerol, este processo é uma seqüência de
três reações consecutivas e reversíveis, em que, os monoglicérideos e os
diglicérideos, são os intermediários. Veja a reação de transesterificação na
Figura 16.
Figura 16: Reação de Transesterificação
Para ocorrer esta reação, são necessários 3 moles de álcool para cada
mol de triglicerídeo. Usualmente, é utilizado um excesso de álcool para
aumentar o rendimento dos ésteres e permitir a separação do Glicerol formado.
Esta reação sofre alterações pelo tipo de álcool aplicado, proporções de
álcool, diferentes catalisadores, quantidade de catalisador, agitação da mistura,
pela temperatura e pelo tempo de duração da reação. Quando se verifica o tipo
43
de catalisador a ser usado, tem-se que a reação pode ocorrer tanto por um
catalisador acido, como por meio básico, entretanto ocorre com maior rapidez
com meio alcalino, do que com as mesmas proporções de ácido, além de
causar menores problemas de corrosão nos equipamentos (ZANIER et. al.,
1996). Atualmente, os catalisadores mais usados nessa reação são: KOH e
NaOH.
Nas equações (1) a (3) são apresentados os passos reacionais
existentes na transesterificação de óleos vegetais, para obtenção do biodiesel
(Diasakou et al., 1998). Nestas reações, a transesterificação é efetuada com o
metanol, embora o etanol siga o mesmo processo (Freedman et al., 1986). No
passo (1) o triglicerídio (Tg) reage com o metanol (MetOH) resultando na
formação de uma molécula de diglicerídio (Dg) e em uma molécula de metil
éster (MetE). Em seguida, passo (2) o diglicérideo, formado, reage com o
metanol, levando à formação de monoglicerídeo (Mg) e mais metil éster.
Finalizando, o monoglicerídeo é convertido, no passo (3) à glicerina (GL) e
mais um metil éster. No qual
, , , , e são respectivamente as
constantes cinéticas da reação.
1
k
2
k
3
k
4
k
5
k
6
k
São três reações consecutivas e reversíveis do grupo alquila.
2.8 MÉTODOS NUMÉRICOS
A descrição matemática, dos modelos cinéticos da reação de
transesterificação, leva a um conjunto de equações diferenciais ordinárias de
44
primeira ordem, que representam o balanço de massa das espécies reagentes.
Estas equações formam um sistema de equações com variáveis acopladas e,
altamente não-linear, que não apresenta solução analítica. Assim, a simulação
numérica torna-se uma importante ferramenta para se obter soluções deste
sistema, e para avaliar condições apropriadas de reação, ou mesmo condições
de otimização do processo industrial.
Uma equação diferencial ordinária tem a forma geral:
23
23
, , , , ,..., 0
n
n
dy d y d y d y
Fxy
dx dx dx dx
⎛⎞
=
⎜⎟
⎝⎠
A equação apresentada é chamada de equação diferencial ordinária de
n-ésima ordem. Ela é uma equação ordinária, porque há somente uma variável
independente,
x
. É de n-ésima ordem, porque a maior derivada é de ordem n.
Uma equação
(
)
yx,
n
vezes diferenciável, satisfazendo a equação anterior é
chamada de solução desta equação. As equações diferenciais ordinárias têm
várias soluções. É necessário que sejam dadas informações adicionais
sobre
()
yx, e/ou sobre suas derivadas, em valores específicos de
x
, para que
ela seja a solução única. Para uma equação diferencial de ordem n,
normalmente, são suficientes n condições adicionais para garantir que a
solução
()
yx seja única. Se todas as n condições adicionais forem
especificadas para um mesmo valor de
0
,
x
x , por exemplo, temos um problema
conhecido como Problema do Valor Inicial, PVI. Caso estas n condições
adicionais sejam dadas para mais de um valor de
x
, temos um problema
conhecido como Problema de Valor de Contorno, PVC.
Em geral, é difícil a obtenção de soluções analíticas para equações
diferenciais. Na maioria dos casos as soluções devem ser geradas por meio de
métodos numéricos. Existem várias resoluções numéricas para a obtenção
numérica de equações diferenciais ordinárias.
45
2.8.1 O MÉTODO DE RUNGE-KUTTA
O método de Runge-Kutta, é um método numérico utilizado para
aproximar a solução de um problema de valor inicial. Provavelmente um dos
métodos mais populares, e também, um para mais precisos de obter soluções
aproximadas de problemas de valor inicial
(
)
',yfxy= ,
(
)
00
yx y
=
, é o método
de Runge-Kutta. É um método relativamente simples de usar, com alta
precisão e versatilidade nas aplicações. Há métodos de Runge-Kutta de várias
ordens, que são obtidos por meio de expansão em série de Taylor com o
restante da função
()
yx.
Se uma função
()
yx tiver 1k
+
derivadas contínuas, em um intervalo
aberto contendo
a
e
x
, podemos escrever,
() () () ()
()
()
()
()
(
)
()
21
1
' '' ...
1! 2! 1 !
k
k
xa xa
xa
yx ya y a y a y c
k
+
+
−−
−
=+ + ++
+
,
Em que cé um número entre a e
x
. Se substituirmos a por
n
x
e
x
por
1nn
x
xh
+
=+, a fórmula acima se torna
( ) ( ) () () ()
(
)
()
()
()
1
2
1
1
' ...
2! 1 !
k
k
k
nn nn n
hh
yx yx h yx hy x y x y c
k
+
+
+
=+= + + ++
+
Na qual
c
é agora algum número entre
n
x
e
1n
x
+
. Se
1k
=
e se o resto
()
2
''
2!
h
yc
for pequeno, obteremos a fórmula familiar
(
)
1
',
nnnn nn
yyhyyhfxy
+
=+ =+
.
Em outras palavras, o método de Euler básico é um procedimento de
Runge-Kutta de primeira ordem.
46
2.8.2 MÉTODO DE EULER
O método de Euler é expresso pela equação
(
)
(
)
11
, , 0,1,2,....
nn nnnn
yyftytt n
++
=+ − = (1)
Se o tamanho do passo tiver valor uniforme
h
,e se denotarmos
()
,
nn
f
ty
por
n
f
, então a equação fica na forma
1
0,1,2,....
nnn
yyfh n
+
=+ = (2)
O método de Euler consiste em, calcular, repetidamente, a equação (1)
ou (2) usando o resultado de cada passo para executar o próximo passo.
Dessa maneira, obtém-se uma seqüência de valores
012
, , ,..., ,...
n
yyy y que
aproxima o valor da solução
(
)
t
φ
nos pontos
012
, , ,..., ,...
n
ttt t
2.8.3 MÉTODO DE HEUN
O método de Heun, consiste na geração de aproximações para a
solução da equação diferencial
()
,
y
f
xy
x
∂
=
∂
com
()
00
yx y= o intervalo
[
]
;ab utilizando as equações:
47
(
)
1
,
kk kk
Pyhfxy
+
=+
()( )
111
,,
2
kk kk kk
h
yy fxyfxP
+++
⎡
⎤
=+ +
⎣
⎦
Substituindo
1k
P
+
na equação, tem-se a equação pelo método de Heun:
() ()
()
11
,,,
2
kk kk kk kk
h
yy fxyfxyhfxy
++
⎡
⎤
=+ + +
⎣
⎦
Os métodos de Euler, Heun, Runge-Kutta, são chamados de métodos
de passo único, ou passo simples, pois, usam apenas informações de um
ponto anterior para calcular o próximo, ou seja, cada valor de
1k
y
+
é computado
com base, somente, na informação sobre valor imediatamente precedente
k
y .
Os métodos preditores-corretores são métodos de passo múltiplo,
porque precisam de vários pontos para gerar o próximo, ou seja, usa valores
de vários passos, computados previamente, para obter o valor de
1k
y
+
. Eles
não são métodos auto-inicializáveis, como os anteriores. Precisam de vários
pontos iniciais para começar os cálculos. Estes pontos iniciais são calculados
usando os métodos de passo simples. Dentre eles temos, o método de Adams-
Bashforth-Moulton, método de Milne-Simpson, método de Hamming.
2.8.4 MÉTODO DE ADAMS-BASHFORTH-MOULTON
Este método consiste na geração de aproximações para a solução da
equação diferencial
()
,
y
f
xy
x
∂
=
∂
com
()
00
yx y=
o intervalo
[
]
;ab
através das equações:
48
[]
121
937 59 55
24
kk k k k k
h
Py f f f f
+−−
=+ − + − +
e
[]
1211
5199
24
kk k k kk
h
yy f f ff
+−−+
=+ − + +
A partir das equações utilizadas para a resolução pelo método de
Adams-Bashforth-Moulton, observa-se que é necessário o conhecimento prévio
dos pontos
()
33
;
kk
x
f
−−
,
()
22
;
kk
x
f
−−
,
(
)
11
;
kk
x
f
−−
e
(
)
;
kk
x
f . O valor de
0
y é,
naturalmente, a condição inicial dada.
2.8.5 MÉTODO DE MILNE-SIMPSON
Consiste em gerar aproximações para a solução
()
,
y
f
xy
x
∂
=
∂
com
()
00
yx y= o intervalo
[
]
;ab através das equações:
[]
13 21
4
22
3
kk kk k
h
Py f f f
+− −−
=+ −+
e
[]
11 1 1
459
3
kk k k k
h
yy f f f
+− − +
=+ +−
49
2.8.6 MÉTODO DE HAMMIN
Assim como para os demais, este método consiste em gerar
aproximações para a solução
()
,
y
f
xy
x
∂
=
∂
com
()
00
yx y= o intervalo
[
]
;ab por meio das equações:
[]
13 21
44
22
3
kk kk k
Py f f f
+− −−
=+ −+
e
[]
2
111
9
3
2
88
kk
kkkk
yy
h
yfff
−
+−+
−+
=+−++
2.9 SISTEMA DE EQUAÇÕES DE PRIMEIRA ORDEM
Os sistemas de Equações Diferenciais aparecem em problemas
envolvendo diversas variáveis dependentes, cada uma das quais, sendo uma
função da mesma única variável independente.
No caso geral, um sistema de equações diferenciais de primeira ordem,
pode ser representado da seguinte forma:
()
()
()
⎪
⎪
⎪
⎩
⎪
⎪
⎪
⎨
⎧
=
=
=
npn
npn
npn
xxxxtF
dt
dx
xxxxtF
dt
dx
xxxxtF
dt
dx
',...,',,...,,
',...,',,...,,
',...,',,...,,
13
3
12
2
11
1
50
Trata-se assim, de um sistema com n variáveis dependentes, , e uma
variável independente, t .
i
x
51
3 VALIDAÇÃO DO MODELO PROPOSTO POR
NOUREDDINI E ZHU (1997)
Aplicando o método numérico de Runge-Kutta, descrito no capitulo anterior,
para resolução do sistema de equações diferenciais ordinárias, utiliza-se o software
matemático MATLAB, para validar o modelo proposto por Noureddini e Zhu (1997).
Com isso, obtiveram-se os seguintes resultados, visualizados na Figura 17.
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45
0
1
2
3
4
5
6
Tempo (min)
Concentração (mol)
Comportamento reacional descrito pelas equeções
TG
DG
MG
E
A
GL
Figura 17: Gráfico de resultados do Método de Runge-Kutta
Apesar do modelo apresentado por NOUREDDINI ter simulado durante 100
min aplicou-se a reação por apenas 45 min pois é o tempo reacional aplicado nas
usinas de transesterificação.
É importante ressaltar a existência da sexta curva que descreve o
comportamento do álcool no decorrer do processo a qual não foi apresentada nos
resultados de NOUREDDINI.
52
3.1 RESULTADOS OBTIDOS PELO APLICATIVO DESENVOLVIDO X
NOUREDDINI
Diante disso, observou-se, por meio do modelo proposto por Noureddini e
Zhu (1997) conforme Figura 18, encontrou-se curvas descrevendo a cinética da
reação de transesterificação muito semelhantes as obtidas por Noureddini e Zhu
(1997).
Já com o modelo validados varia-se paramos na concentração de álcool e
óleo, observando assim o comportamento do sistema de acordo com a Figura 18.
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
4.5
5
Tempo (mil)
Concentração (mol)
Comportamento reacional descrito pelas equação
Figura 18: Simulação com concentração de álcool X óleo (5:1)
Apesar da variação ainda ser pequena se vê que a mudança de uma
molécula na concentração do álcool já interfere na reação diminuindo a quantidade
de biodiesel a extraída do triglicérideo.
Ao prosseguir a redução na concentração do álcool a queda na extração do
biodiesel se acentua conforme Figura 19.
53
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
Tempo (min)
Concentração (mol)
Comportamento reacional descrito pelas equações
TG
DG
MG
E
A
GL
Figura 19: Simulação com concentração de álcool X óleo (4:1)
Como outrora a tendência acentua-se na a cada molécula de álcool reduzida
diretamente proporcional a quantidade de biodiesel extraída.
Na Figura 20 continuou a redução na concentração do álcool.
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
Tempo (min)
Concentração
Comportamento reacional descrito pelas equações
TG
DG
MG
E
A
GL
Figura 20: Simulação com concentração de álcool X óleo (3:1)
54
Na mesma proporção a redução prejudica o processo, tendo em vista que a
quantidade de triglicérideo é sempre a mesma.
Com a proporção (2:1) de álcool para óleo a extração de biodiesel é a terça
parte de quando usou-se (6:1) conforme Figura 21.
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
1.8
2
Tempo (min)
Concentração (mol)
Comportamento reacional descrito pelas equações
TG
DG
MG
E
A
GL
Figura 21: Simulação com concentração de álcool X óleo (2:1)
Claro que ao final do processo o biodiesel esta impregnado de álcool mas é
nítido a necessidade do excesso de álcool para uma melhor produtividade.
Igualando as condições iniciais de álcool e óleo a extração de biodiesel é
muito afetada chegando ao final do processo basicamente com a mesma
concentração de triglicérideo e biodiesel de acordo com Figura 22.
55
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
Tempo (min)
Concentração (mol)
Comportamento reacional descrito pelas equações
TG
DG
MG
E
A
GL
Figura 22: Simulação com concentração de álcool X óleo (1:1)
A queda na extração de biodisel e glicerina caem a níveis inaceitáveis em
plantas industriais.
Observando a Figura 23 analisam-se situações onde o índice de
concentração de álcool é menor que o de óleo.
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
Tempo (min)
Concentração (mol)
Comportamento reacional descrito pelas equações
TG
DG
MG
E
A
GL
Figura 23: Simulação com concentração de álcool X óleo (0,5:1)
56
Nesse caso alem da drastica queda na extracao do biodiesel e da glicerina
observamos uma concentração final de álcool a índices semelhantes a de glicerina.
Concluindo a analise zeramos a quantidade de álcool aplicada as condições
iniciais corforme Figura 24.
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
Tempo (min)
Concentração (mol)
Comportamento reacional descrito pelas equações
TG
DG
MG
E
A
GL
Figura 24: Simulação com concentração de álcool X óleo (0:1)
Nesse caso observamos a ausência da reação de transesterificação pois sem
existir álcool no processo não ocorre a reação química com isso as condições
iniciais se tornam constantes ao longo do processo.
3.2 POLINÔMIOS MATEMÁTICOS
Com o objetivo de propor polinômios matemáticos, nos quais será possível
observar o comportamento de cada um dos elementos envolvidos no processo da
transesterificação, com o passar do tempo na reação, usa-se os resultados
encontrados na resolução do sistema de equações diferenciais ordinárias do modelo
proposto por Noureddini e Zhu (1997) para construir separadamente cada uma
57
dessas curvas cinéticas, com isso, se permite por meio do uso das curvas de
tendências, sugerir um novo polinômio que descreva o comportamento do
(
)
TG
Triglicerídeo,
()
DG diglicérideo,
(
)
MG monoglicerideo,
(
)
A alcool,
()
E ésteres e
(
)
GL
glicerol, ao passar do tempo, com uma margem de erro apreciável, conforme
observa-se a seguir.
Com isso acredita-se facilitar a observação do comportamento de cada
elemento especifico em cada unidade de tempo. Assim não terá a necessidade de
parar a industria para variar parâmetros tanto nos elementos envolvidos na reação
quanto no equipamento.
3.3 COMPORTAMENTO DO TRIGLICERIDEO EM CADA TEMPO DE REAÇÃO
Baseado nos resultados obtidos pelo método de Runge Kutta, construiu-se o
gráfico que relaciona a quantidade de triglicerideos em cada instante de tempo,
obtendo-se a curva de tendência, que sugere o polinômio de sexta ordem
0,97106748 +x 0,15848721
- x0,02421204 + x0,00170735 -x0,00006005 + x0,00000103 - x0,00000001 =y
23456
o qual nos permite uma confiabilidade de aproximadamente 98,83% sobre os dados
originais propostos por Noureddini e Zhu (1997).
58
Comportamento do Triglicerideo
y = 0,00000001x
6
- 0,00000103x
5
+ 0,00006005x
4
- 0,00170735x
3
+ 0,02421204x
2
- 0,15848721x
+ 0,97106748
R
2
= 0,98835083
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1,0
1,1
1,2
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45
Tempo (min)
Triglicerideo
Triglicerideo Polinômio (Triglicerideo)
Figura 25: Comportamento do triglicérideo em cada tempo de reação
3.4 COMPORTAMENTO DO DIGLICERIDEO EM CADA TEMPO DE REAÇÃO
Neste caso, apesar de ter-se encontrado a mesma curva, já encontrada no
matlab, após a construção da linha de tendências, observou-se que mesmo usando
um polinômio de sexta ordem
0,0285 0,1025x 0,0146x - 0,001x 0,00003x - 0,0000006x 4x0,00000000- y
23456
++++=
devido ao comportamento da curva dos resultados ser mais sinuoso, o grau de
confiabilidade fixou-se em aproximadamente 97,21%.
59
Comportamento do Diglicerideo
y = -0,000000004x
6
+0,0000006x
5
- 0,00003x
4
+ 0,001x
3
- 0,0146x
2
+ 0,1025x + 0,0285
R
2
= 0,9721
0,0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45
Tempo (min)
Diglicerideo
Diglicerideo Polinômio (Diglicerideo)
Figura 26: Comportamento do diglicérideo em cada tempo de reação
3.5 COMPORTAMENTO DO MONOGLICERIDEO EM CADA TEMPO DE
REAÇÃO
Novamente se tem curvas bruscas na solução, desta maneira, o polinômio de
sexta ordem
0,0089 +0,0451x + 0,0084x - 0,0006x + 0,00002x - 0,0000004x + 3x0,00000000- =y
23456
nos garante uma confiabilidade de aproximadamente 85,32%.
60
Comportamento do Monoglicerideo
y = -0,000000003x
6
+ 0,0000004x
5
- 0,00002x
4
+ 0,0006x
3
- 0,0084x
2
+ 0,0451x +
0,0089
R
2
= 0,8532
0,00
0,03
0,06
0,09
0,12
0,15
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45
Tempo (min)
Moglicerideo
Monoglicerideo Polinômio (Monoglicerideo)
Figura 27: Comportamento do triglicérideo em cada tempo de reação
3.6 COMPORTAMENTO DO ESTÉRES (BIODIESEL)EM CADA TEMPO DE
REAÇÃO
Este foi um dos casos de maior confiabilidade, no qual, o polinômio de sexta
ordem
0,0294 -0,5087x + 0,0381x - 0,0017x + 0,00004x - 0,0000006x + 3x0,00000000- =y
23456
descreu a curva de resultados, com uma confiabilidade de 99,99%. Atribui-se isso, a
suavidade da curva de solução.
61
Comportamento do Estéres
y = -0,000000003x
6
+ 0,0000006x
5
- 0,00004x
4
+ 0,0017x
3
- 0,0381x
2
+ 0,5087x - 0,0294
R
2
= 0,9999
0
1
2
3
4
5
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45
Tempo (min)
Estéres
Estéres Polinômio (Estéres)
Figura 28: Comportamento dos Estéres em cada tempo de reação
3.7 COMPORTAMENTO DO ÁLCOOL EM CADA TEMPO DE REAÇÃO
Outro caso em que a suavidade da curva de solução permitiu que o polinômio
de sexta ordem
60,294 +5,087x - 0,3809x + 0,0168x - 0,0004x + 0,000006x- x0,00000003 =y
23456
garantisse um grau de confiabilidade de 99,99%.
62
Comportamento do Álcool
y = 0,00000003x
6
-0,000006x
5
+ 0,0004x
4
- 0,0168x
3
+ 0,3809x
2
- 5,087x + 60,294
R
2
= 0,9999
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45
Tempo (min)
Álcool
Álcool Polinômio (Álcool)
Figura 29: Comportamento do Álcool em cada tempo de reação
3.8 COMPORTAMENTO DO GLICEROL EM CADA TEMPO DE REAÇÃO
A curva de soluções encontrada para o glicerol, por também ter um
comportamento suave, nos permitiu um grau de confiabilidade de 99,95%, usando o
polinômio de sexta ordem
0,0248 -0,104x + 0,0018x - 0,0002x - 0,00001x + 0,0000002x - x0,00000002 =y
23456
.
63
Comportamento do Glicerol
y = 0,00000002x
6
- 0,0000002x
5
+ 0,00001x
4
- 0,0002x
3
- 0,0018x
2
+ 0,104x - 0,0248
R
2
= 0,9995
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45
Tempo (min)
Glicerol
Glicerol Polinômio (Glicerol)
Figura 30: Comportamento do Glicerol em cada tempo de reação
64
4 CONSIDERAÇÕES FINAIS
CONCLUSÕES
A modelagem matemática tornou-se uma ferramenta essencial na
melhoria do controle de processos e da qualidade de produtos. À medida que,
os modelos se tornam mais sofisticados, necessita-se de dados mais confiáveis
sobre o comportamento de cada elemento durante os processos industriais.
Devido à busca incessante por novas tecnologias de geração de energia no
mundo, e sendo o Brasil, um país com grande potencial territorial, e destacar-
se no agro negócio, é imprescindível o uso da modelagem matemática como
ferramenta de simulação da realidade, junto as indústrias, aliada a este
processo de domínio tecnológico dos biocombústiveis.
Esta pesquisa estudou os elementos envolvidos no processo de
produção de biodiesel, focando a transesterificação, que é o processo químico
mais usado, atualmente, em escala industrial. Com isso, estudou-se o modelo
matemático que descreve cineticamente a reação.
Então ao variar parâmetros nas condições iniciais de concentração de
álcool e óleo observa-se a importância do excesso de álcool no processo para
melhorar a produtividade na extração de biodiesel e glicerina. Isso pode ser
usado nas usinas como agente facilitador em simulações com objetivo de
aperfeiçoar o processo.
Os resultados obtidos por meio das simulações numéricas,
apresentados, analisados e interpretados nos capítulos anteriores foram
satisfatórios considerando que o comportamento das variáveis envolvidas foi
obtido, permitiram que fossem construídos novos polinômios, todos de sexta
ordem capazes de transcrever a cada instante a concentração dos elementos
contidos no processo, substituindo assim, o sistema de equações diferenciais
ordinárias, com uma margem de erro aceitável.
65
Até então, os estudos que são desenvolvidos nesta área estão voltados
a Cinética da reação, com isso, o que se buscou fazer, por meio de simulações
numéricas, é construir os polinômios matemáticos que representam cada
elemento no interior do reator de mistura, aplicado no processo de
transesterificação para produção de biodiesel, que permite a variação de
parâmetros do equipamento, óleo, catalisador e éster, utilizado no processo.
Focando, diferentes tipos de óleos, principalmente, girassol e soja, assim
melhorando a tecnologia aplicada a estes equipamentos. Evitando parar a
indústria, permitindo que possibilidade de se simular no laboratório todo o
processo, e principalmente, ser usado em software para otimizar este
processo.
SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS
Como sugestões para continuidade da pesquisa, indicam-se:
- utilização dos polinômios encontrados para modelar o processo de
transesterificação para produção de Biodiesel;
- analisar dados da indústria, com os encontrados nas simulações numéricas;
- verificar a importância da variação dos parâmetros na resposta por meio de
simulação numérica;
- estudar as variáveis da reação (
(
)
TG Triglicerídeo,
(
)
DG diglicérideo,
()
MG
monoglicerideo,
(
)
A álcool,
()
E ésteres e
(
)
GL glicerol) variando a catalisador;
66
REFERÊNCIAS
AGARWAL, A. K.; DAS, L. M. Biodiesel development and characterization for
use as fuel in compression ignition engines. J. Eng. Gas Turb. Power-T.
ASME, v.123, p.440-447, 2001.
DI LASCIO, M. A.; ROSA, L. P.; MOLION, L. C. B.; “Projeto de Atendimento
Energético Para Comunidades Isoladas da Amazônia”. COPPE/UFRJ, UNB,
UFAL. 1994.
DORADO, M. P.; BALLESTEROS, E.; ARNAL, J. M.; GÓMEZ, J.; GIMÉNEZ, F. J.
L. Testing waste olive oil methyl ester as a fuel in a diesel engine. Energy
Fuels, v.17, p.1560-1565, 2003.
DORADO, M. P.; ARNAL, J. M.; GOMEZ, J.; GIL, A.; LOPEZ, F. J. The effect of
waste vegetable oil blend with diesel fuel on engine performance. Trans.
ASAE, v.45, p.525-529, 2002.
DUNN, R. O. Effect of oxidation under accelerated conditions on fuel
properties of methyl soyate (biodiesel). J. Am. Oil Chem. Soc., v.79, p.915-920,
2002.
ENCINAR, J. M.; GONZÁLES, J. F.; RODRÍGUEZ, J. J.; TEJEDOR, A. Biodiesel
fuels from vegetables oils: Transesterification of Cynara cardunculus L. Oils
with etanol. Energy Fuels, v.19, p.443-450, 2002.
ENCINAR, J. M.; GONZÁLEZ, J. F.; SABIO, E.; RAMIRO, M. J. Preparation and
properties of biodiesel from Cynara cardunculus L. oil. Ind. Eng. Chem. Res.,
v.38, p.2927-2931, 1999.
67
FREEDMAN, B., BUTTERFIELD, R. O.; PRYDE, E. H. Transterification kinetics
of soyben oil. Journal of the American Oil Chemists Society. V.63, p. 1375-1379,
1986.
FREEDMAN, B., PRYDE, E. H., and MOUNTS, T. L.: Variables affecting the
yields pf fatty esters from transesterified vegetable oils. J. Am. Oil Chem.
Soc., 61, 1638-1643, 1984.
GOLDEMBERG, J. Energy Technology, DEVELOPMENT - AMBIO. v.21, n. 1,
p.14-17, Feb. 1992.
KNOTHE, G. R. O. DUNN and M. O. BAGBY, Biodiesel: The use of Vegetable
Oils and Their Derivatives as Alternative Diesel Fuels, in ACS Symposium
Series 666 (Fuels and Chemicals from Biomass). American Chemical Society,
pp. 172-208, 1997.
MOHANTY, K.K.,The Near-Term Energy Challenge. AIChE Journal, Volume 49,
p. 2454- 2460, 2003.
NASCIMENTO, M. G.; COSTA NETO, P. R.; MAZZUCO, L. M. Biotransformação
de óleos e gorduras: utilização de lipases para obtenção de biocombustível.
Biotecnologia Ciência & Desenvolvimento, v.19, p.28-31, 2001.
NOUREDDINI, H.; HARKEY, D.; MEDIKONDURU, V. A. Continuous process for
the conversion of vegetable oil into methyl esters of fatty acids. J. Am. Oil
Chem. Soc., v.75, p.1775-1783, 1998.
NOUREDDINI, H.; ZHU, H. Kinetics of Transesterification of Soubean.
Department of Chemical Engeneering, University of Nrbraska, Lincoln, Nebrasca,
1997.
68
NYE, M. J.; HARKEY, D. & MEDIKONDURU, V. A.; DESHPANES, E.;
SCHRADER J. H.; SNIVELY, W. H.; YURKEWIC, T. P. & FRENCH, C. L.; Journal
of the American Oil Chemists Society. 60 (8): 1598-1601, 1983.
OTTMANN, G. J. F. Potêncial das industrias de oleo vegetal para impulsão
de um programa nacional de biodiesel. 1
o
Seminário de Biodiesel do Estado do
Paraná, 2003.
PARENTE, E. J. de S. Biodiesel: Uma aventura Tecnológica em um país
engraçado. Fortaleza: TECBIO, 68p, 2003.
SILVA, E. P. Fontes Renováveis de Enegria para o Desenvolvimento
Sustentável. Disponível em:
http://www.comciencia.br/reportagens/2004/12/15.shtml
Acesso em 06/07/2008.
VASCONCELOS, G. F. Biomassa: A eterna energia do futuro. São Paulo:
Senac, 2002.
Livros Grátis
( http://www.livrosgratis.com.br )
Milhares de Livros para Download:
Baixar livros de Administração
Baixar livros de Agronomia
Baixar livros de Arquitetura
Baixar livros de Artes
Baixar livros de Astronomia
Baixar livros de Biologia Geral
Baixar livros de Ciência da Computação
Baixar livros de Ciência da Informação
Baixar livros de Ciência Política
Baixar livros de Ciências da Saúde
Baixar livros de Comunicação
Baixar livros do Conselho Nacional de Educação - CNE
Baixar livros de Defesa civil
Baixar livros de Direito
Baixar livros de Direitos humanos
Baixar livros de Economia
Baixar livros de Economia Doméstica
Baixar livros de Educação
Baixar livros de Educação - Trânsito
Baixar livros de Educação Física
Baixar livros de Engenharia Aeroespacial
Baixar livros de Farmácia
Baixar livros de Filosofia
Baixar livros de Física
Baixar livros de Geociências
Baixar livros de Geografia
Baixar livros de História
Baixar livros de Línguas
Baixar livros de Literatura
Baixar livros de Literatura de Cordel
Baixar livros de Literatura Infantil
Baixar livros de Matemática
Baixar livros de Medicina
Baixar livros de Medicina Veterinária
Baixar livros de Meio Ambiente
Baixar livros de Meteorologia
Baixar Monografias e TCC
Baixar livros Multidisciplinar
Baixar livros de Música
Baixar livros de Psicologia
Baixar livros de Química
Baixar livros de Saúde Coletiva
Baixar livros de Serviço Social
Baixar livros de Sociologia
Baixar livros de Teologia
Baixar livros de Trabalho
Baixar livros de Turismo