INFLUÊNCIA DA TEMPERATURA DE REAÇÃO NA ALCÓOLISE

II Congresso Brasileiro de Plantas Oleaginosas, Óleos, Gorduras e Biodiesel
Realização: Universidade Federal de Lavras e Prefeitura Municipal de Varginha
INFLUÊNCIA DA TEMPERATURA DE REAÇÃO NA ALCÓOLISE
ALCALINA DO ÓLEO DE MAMONA
Fabio Pereira Fagundes 1
Oldemar Ribeiro Cardoso 1
Suzan Ialy Gomes de Medeiros 1
Maurício Rodrigues Borges 2
Rosangela Balaban Garcia 3
Marta Costa 3
RESUMO
Neste trabalho, avaliou-se o processo da alcóolise alcalina do óleo de mamona, utilizando-se o
álcool metílico anidro P.A e NaOH, como catalisador. Foram determinados o rendimento do
processo, em diferentes temperaturas, e as propriedades do éster obtido. Os ensaios mostraram
diferenças significativas nos ésteres metílicos produzidos, em diferentes temperaturas, ficando
evidenciado o aumento do rendimento da reação a temperaturas maiores.
Palavras-chave: Biodiesel, óleo de mamona, alcoólise alcalina.
1 INTRODUÇÃO
Nos últimos anos, a situação energética mundial vem passando por sérios problemas
ambientais, visto que, a maior parte da energia consumida é derivada de fontes fósseis e com
previsão de esgotamento no futuro, além dos danos causados à atmosfera devido à emissão de
gases poluentes (Barnwal & Sharma, 2005; Ferrari et al., 2005).
A biomassa constitui uma das fontes de energia mais promissoras devido, principalmente,
ao seu caráter renovável e a sua disponibilidade, além de constituir uma fonte energética de
________________________
1-Químico / Mestrando / Universidade Federal do Rio Grande do Norte/[email protected]
2-Engenheiro químico/Doutorando/Universidade Federal do Rio Grande do Norte
3-Engenheiro químico/Doutor/ Universidade Federal do Rio Grande do Norte/[email protected]
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menor impacto ambiental. Dessa forma, a matéria-prima derivada representa uma alternativa
bastante promissora frente à energia originária de fontes fósseis. Em virtude da demanda
crescente por energia e de uma maior consciência dos aspectos ambientais, pesquisadores visam à
busca de combustíveis alternativos originários da biomassa que possam substituir o óleo diesel e
os derivados do petróleo (Muniyappa et al., 1996).
Nesse contexto, os óleos vegetais aparecem como alternativa viável frente ao óleo diesel
utilizado em motores de ignição por compressão. Entretanto, devido a sua alta viscosidade e
baixa volatidade é necessário uma modificação química, onde a transesterificação tem se
apresentado como a melhor opção, visto que, o processo é relativamente simples, obtendo-se
como produto principal, ésteres etílicos ou metílicos (Biodiesel) cujas propriedades são similares
às do óleo diesel (Dunn, 1994).
Dentre as matérias-primas mais utilizadas para a produção de biocombustíveis, incluemse os óleos de palma, soja, algodão e com grande destaque, a mamona (Ferrari et al., 2005). Esse
último é constituído, predominantemente, do ácido ricinoléico que representa cerca de 90% da
constituição total do óleo. Esse hidroxiácido (ácido carboxílico hidroxilado) confere ao
combustível derivado desse óleo, solubilidade em álcool, estabilidade em diferentes valores de
temperatura e pressão, além de possuir um teor de oxigênio superior às demais matérias graxas
existentes (Koutroubas et al., 1999).
O presente trabalho avaliou a influência da temperatura na alcóolise do óleo de mamona
sobre o rendimento da transesterificação, utilizando-se o álcool metílico anidro P.A e NaOH,
como catalisador. Além de serem determinadas as propriedades físico-químicas dos ésteres
metílicos obtidos.
2 MATERIAIS E MÉTODOS
O óleo de mamona utilizado foi gentilmente cedido pela PROQUINOR Ltda. O solvente,
metanol P.A anidro, glicerol P.A, hidróxido de sódio P.A e o sulfato de sódio P.A anidro foram
usados sem purificação.
2.1. Reação de transesterificação
As reações de transesterificação foram realizadas em 4 sistemas reacionais, composto
cada um, por um balão de três bocas de fundo chato, termômetro, condensador de refluxo com
válvulas de entrada e saída de ar e um banho de óleo. A temperatura de cada sistema foi mantida
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constante em 25, 45, 60 e 70ºC respectivamente. O óleo de mamona foi adicionado ao balão de
fundo chato e mantido à temperatura constante. Em seguida, foi adicionado, ao meio reacional,
metanol P.A anidro (na proporção 3g de óleo/1mL de álcool) e NaOH, catalisador a1% . Após 1
hora de reação, adicionou-se 5g de glicerol a fim de acelerar o processo de separação das fases. O
produto bruto foi lavado com água destilada, sendo intercalada com uma lavagem de solução de
HCl 0,5%, com o intuito de se retirar o excesso de catalisador remanescente e sabões
possivelmente formados. Adicionou-se, então, sulfato de sódio anidro para a retirada de possíveis
traços de umidade, seguida de filtração.
2.2. Cromatografia em camada delgada
Os produtos obtidos a partir da alcoólise alcalina do óleo de mamona foram analisados
qualitativamente através de cromatografia em camada delgada, com o intuito de observar a
conversão em ésteres metílicos. Devido a menor polaridade do produto, o éster metílico, pode-se
acompanhar facilmente a evolução da reação utilizando-se sílica, como fase adsorvente, e como
fase móvel, a mistura de éter de petróleo-acetato de etila na proporção de 95:5. As placas
cromatográficas foram reveladas com vapor de iodo.
2.3. Propriedades físico-químicas
Os parâmetros físico-químicos como: Aspecto, Índice de acidez (Moretto & Fett, 1989),
teor de umidade (Método Karl-Fisher), massa específica a 20 ºC e viscosidade dinâmica (mpas)
(RheoStress RS-150 da HAAKE) foram determinados para o óleo e o éster produzido.
3 RESULTADOS E DISCUSSÃO
3.1. Purificação do biodiesel
A transesterificação, assim como quase todo processo químico, não ocorre com 100% de
rendimento. É necessário, portanto, uma etapa de purificação dos ésteres metílicos obtidos, pois
o produto da reação pode estar contaminado mono e diglicerídeos e com reagentes não
consumidos, álcool metilíco e NaOH, além de traços de sabões e umidades (Ferrari et al, 2005).
Para minimizar a presença destes contaminantes na fase éster, foi realizado o processo de
extração conforme descrito no item 2.1. A eficiência deste processo foi comprovada através da
análise de pH na água de lavagem.
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3.2. Rendimento do processo
Considerando que o óleo é constituído principalmente de triglicerídeos (aproximadamente
95%), e considerando a estequiometria da reação de transesterificação, pode-se estimar o
rendimento teórico médio da reação, nas diferentes temperaturas. Para calcular o rendimento
podemos estimar que em 10% a massa do óleo é referente ao glicerol produzido na reação
(Tabela 1) (Oliveira et al., 2004).
Tabela 1 - Estimativa do rendimento da reação de transesterificação em diferentes temperaturas
Rendimento %
Produto
25
71,2
6
8,9
13,9
Ésteres metílicos
Glicerina
Metanol recuperado
Perdas
Temperatura (ºC)
45
60
72,3
80,01
6,1
6,9
8,8
8,3
12,9
4,7
70
82
7,3
8,1
3,5
A Tabela 1 mostra que, partindo-se de uma mesma massa de óleo, obtivemos uma fase
cada vez maior rica em ésteres metílicos à medida que ocorre aumento na temperatura da reação.
Entretanto, a literatura reporta (Encinar et al, 2002) que a alcóolise alcalina de óleos vegetais
conduzida na temperatura próxima do ponto de ebulição do álcool, poderá acarretar a
saponificação dos glicerídeos pelo NaOH, produzindo um alto teor de sabão no meio. Isto
acarreta etapas de purificação mais demoradas e, conseqüentemente, diminui o rendimento.
A conversão em ésteres metílicos foi constatada através de cromatografia em camada
delgada, conforme procedimento descrito no item 2.2. A comparação do tempo de retenção entre
material de partida e o produto, permite o acompanhamento da alcoólise alcalina, que neste
trabalho, foi fixado com duração de 1h (Tabela 2).
Tabela 2 – Rfs do óleo e dos produtos obtidos a partir da alcóolise alcalina.
Composto
Triglicerídeos
Ésteres metílicos
25 ºC
2
48
Rfs (mm)
45 ºC
2
49
60 ºC
1
48
70 ºC
2
48
3.6. Avaliação das propriedades físico-químicas
A transesterificação é influenciada por diversos fatores, dentre eles, o catalisador, razão
molar dos reagentes, temperatura, além das propriedades inerentes à matéria prima utilizada. O
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conteúdo de água e o teor de ácidos graxos livres, dentre outros parâmetros, atestam a eficiência
da reação (Parente et al., 2003; Barnwal & Sharma, 2005). O teor de umidade promove a
desativação do catalisador e a formação de ácidos graxos livres, da mesma forma, um alto índice
de acidez, promove reações de saponificação, transformando os ácidos graxos livres em sabão e
formando moléculas de água. A Tabela 3 mostra os parâmetros físico-químicos do óleo e o
biodiesel produzido nas diferentes temperaturas de reação.
Tabela 3 – Avaliação dos parâmetros físico-químicos dos ésteres obtidos em diferentes
temperaturas de reação.
Propriedades
OM
B25
B45
B60
B70
Aspecto
α
α
α
α
α
0,958691 0,924615 0,924619 0,924625 0,925841
ρ (20 ºC)
655,89
25,31
25,93
26,96
30,19
η (mpas)
0,14
0,15
0,15
0,14
0,14
IA
α – Límpido, isento de impurezas/B – Biodiesel nas referidas temperaturas.
A partir dos dados acima, observamos que a viscosidade (η) aumenta gradativamente com
a temperatura de reação. Isto pode, provavelmente, ser explicado pelo aumento do índice de
saponificação, pois, em temperaturas próximas do ponto de ebulição do álcool, aumenta a
hidrólise do éster, fato que pode ser comprovado com o aumento de densidade (ρ). O índice de
acidez (IA) manteve-se constante no óleo e nos ésteres obtidos nas diferentes temperaturas.
4 CONCLUSÕES
O processo de alcóolise alcalina ocorreu satisfatoriamente à temperatura ambiente. Nestas
condições, a temperatura de 70 ºC mostrou ser um pouco mais eficiente que as demais,
entretanto, não podemos concluir que ocorreu o aumento no rendimento da reação nessa
temperatura, pois associado ao aumento da fase éster, pode estar presente também uma elevação
dos produtos de saponificação. Não houve variação significativa no índice de acidez presente no
óleo e no produto da alcóolise.
5 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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India. Renewable and Sustainable Energy Reviews, V. 9, 2005, p. 363-378.
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