O primeiro passo na produção de biodiesel, a partir de OGR pela rota etílica, foi o pré- tratamento do OGR. A Figura 14 mostra o diagrama de fluxo de processo do pré-tratamento do OGR, antes da sua transformação em biodiesel na etapa do laboratório. O primeiro passo no pré-tratamento é a secagem, realizada para retirada da umidade devido a sua interferência na reação. O passo seguinte é a filtragem, esta é realizada com objetivo de retirar as partículas de alimento que se encontram suspensas no OGR, partículas que são resíduos resultados da cocção de alimentos. As partículas filtradas são descartadas e uma vez filtrado o OGR é armazenado, visando a sua transformação em biodiesel.
Figura 14 - Diagrama processo de Pré-Tratamento de OGR no Laboratório
Foram aquecidos 250g do OGR em um becker com capacidade de 600 ml, a 110 °C com um agitador magnético com agitação de 600 rpm, durante 2h para retirar a umidade como recomendado por CHRISTOFF, 2007; ATADASHI et al., 2012 conforme na Figura 15. O conteúdo de água e de ácidos graxos livres tem uma influência negativa sobre a reação de transesterificação (MENDOW et al., 2011; AMIN TALEBIAN-KIAKALAIEH et al., 2013; ATADASHI et al., 2012).
Figura 15 - Aquecimento do OGR
Simultaneamente foi preparado o alcoolato misturando catalisador e o álcool. Para isto pesou- se o etanol conforme o planejamento experimental junto com 1,25 g de NaOH (0,5% em relação da massa do óleo), em um Becker. O catalisador (NaOH) foi dissolvido no etanol mediante agitação magnética, formando o etóxido de sódio.
Foi utilizado um reator de vidro com capacidade de 1L equipado com uma fita de aquecimento elétrica e uma serpentina para resfriamento, um controlador de temperatura PID, marca Novus, modelo 1100 e um agitador mecânico, marca RW IKA 20, com tacômetro integrado para medida de rotação, conforme a Figura 16. Para produzir biodiesel no reator, primeiramente transfere-se para o reator de vidro 250g de OGR previamente pré-tratado e seco. O segundo passo é abrir as duas chaves de entrada e saída da água que alimentam o reator para regular a temperatura, o terceiro passo é ligar os interruptores do controlador da temperatura e o agitador mecânico, previamente configurados à temperatura desejada e uma agitação de 600 rpm. Uma vez que a temperatura do óleo consegue chegar à temperatura desejada, é adicionado o alcoolato previamente preparado. Nesse momento, é realizado um seguimento do tempo da reação, fixado em 2 h. Ao final da reação, a mistura é transferida para um funil de decantação, visando à separação de fases.
Figura 16 - Reator de vidro e controlador de temperatura PID marca Novus modelo 1100
Após os 15 minutos da transferência da mistura para o funil, foi possível visualizar duas fases bem distintas: uma fase menos densa e mais clara rica em etil-ésteres de ácidos graxos e uma fase mais densa e mais escura que é a glicerina. Para conseguir uma melhor decantação, a mistura ficou um tempo de em repouso, a fim de conseguir a separação das fases da mistura, conforme a Figura 17.
Uma vez separada, a glicerina, co-produto da reação de transesterificação, foi transferida para um becker de 250 ml para realizar a medição da sua massa na balança semianalítica.
Figura 17 - Mistura biodiesel/glicerina em repouso, visando à separação de fases. Fase clara: biodiesel; fase escura glicerina bruta.
Posteriormente, a purificação foi realizada por um processo consecutivo de lavagens num funil de decantação. Foi utilizada água levemente ácida 5%, a temperatura ambiente com a finalidade de remover o excesso de catalisador. O processo se repetiu ate a água sair com pH 5. A água foi ajustada para pH para 5 por meio de adição de gotas de uma solução de ácido fosfórico (0,1M), com agitação. O pH é medido por meio de um condutivímetro e o valor aceito para a medida do pH é entre 4,9 a 5,1. Após esta etapa, a lavagem continua com água destilada para completar a remoção dos contaminantes, excesso de álcool e sabão formado durante a reação de transesterificação. Este procedimento foi repetido seguido do monitoramento do pH da água de saída que deve ficar em torno de 7. A razão molar da água acida foi de 1:0,5 e de 1:1 para a água destilada. A dificuldade de separação das fases nesta etapa está associada à formação de emulsões associada à presença de catalisador, ácidos graxos, sais e glicerina. Esta metodologia de purificação tomou como referencia publicações originadas no LEN da Universidade Federal da Bahia (GOMES, 2010b).
Figura 18 - Lavagem do biodiesel
Alternativamente foi utilizada uma segunda metodologia de lavagem aplicada para os experimentos 6 e 7 conforme o planejamento experimental, já que, a purificação destes experimentos com a metodologia (1) não obtiveram resultados satisfatórios, isto devido à formação de emulsão e saponificação, que interferiu no processo de purificação, ao ponto de ter uma perda total do biodiesel. É por isto que alternativamente foi utilizada a metodologia (2) na purificação destes experimentos. A purificação foi efetuada num funil de decantação, e foi realizada mediante três lavagens consecutivas a primeira com água destilada a 50 °C. A segunda lavagem foi realizada com uma solução de H3PO4 0,5 %, também a 50 °C e as demais com água destilada pH neutro a 50 ºC Este procedimento foi repetido seguido do monitoramento do pH da água de saída que deve ficar em torno de 7. A razão molar foi de 1:1 em relação ao biodiesel em todas as etapas desta metodologia. Para a composição desta metodologia de lavagem foram adaptados dados de trabalhos anteriores de Batista, (2010). O tempo de interação das águas com o biodiesel foi de 15 minutos para as duas metodologias.
Completada a etapa de lavagem, o biodiesel foi colocado em repouso em um funil de decantação por 20 minutos, a fim de promover a completa separação das fases. Após esse tempo, transferiu-se o biodiesel para um Becker de 600 ml, acoplado a um agitador
Magnético, com a temperatura mantida constante, a 100 °C, permanecendo durante r 1 h, para remoção do álcool e/ou água ainda presente, conforme a Figura 19.
Figura 19 - secagem do biodiesel
Em seguida, o biodiesel, em temperatura ambiente, foi pesado e armazenado, conforme a Figura 20.
Figura 20 - Armazenamento do biodiesel
Na Figura 21 é descrito o diagrama de fluxo de processo das principais etapas de fabricação do biodiesel produzido no laboratório. As principais etapas são: preparação da matéria prima, preparação do catalisador, reação transesterificação, recuperação do álcool e do glicerol,
separação de fases, purificação, secagem e armazenamento. Nesta experiência não foi realizada a recuperação do álcool.
Figura 21 - Fluxograma de Processo De Produção de Biodiesel
3.4 EQUIPAMENTOS DA METODOLOGIA DE CARACTERIZAÇÃO DO BIODIESEL