Unidade de Refrigeração aplicada à Destilação de Álcoois em Biodiesel

    O biodiesel é produzido a partir de triglicerídeos provindos de óleos vegetais ou gorduras animais. Para a produção do biodiesel através do óleo vegetal é necessário que ocorra um processo químico conhecido como transesterificação. Nesse processo, a matéria-prima utilizada (óleo ou gordura) reage com o álcool etílico ou metílico, formando o biodiesel. Na transesterificação de óleos vegetais realizada neste projeto, um triacilglicerídeo reage com um álcool na presença de uma base forte (hidróxido de sódio), produzindo uma mistura de ésteres de ácidos graxos e glicerol. Para uma transesterificação estequiometricamente completa, foi usada a proporção molar 3:1 de álcool. Após a transesterificação, o produto é constituído em duas fases, que são separadas por meio da decantação.

    O álcool residual é recuperado da fase mais leve, liberando para as etapas seguintes os ésteres metílicos ou etílicos. Para a desidratação do álcool metílico, a destilação é bastante simples e fácil de ser conduzida, uma vez que a ebulição ocorre a 60°C. No caso do álcool etílico, a volatilidade é menor em comparação ao metílico, pois o ponto de ebulição é 70°C.

    A unidade de refrigeração no sistema utilizado para a destilação do álcool é realizada com o uso concomitante de um ebulidor no reator de produção do biodiesel, que terá a função de evaporar os álcoois para que a unidade realize a condensação dos mesmos para sua recuperação. Uma unidade de refrigeração é composta por um compressor, um condensador, um evaporador e um tubo capilar. Neste projeto o principal equipamento para a destilação do álcool é o evaporador. A Figura 1 apresenta a unidade de refrigeração que será usada no projeto.

Figura 1: Unidade de Refrigeração utilizada no projeto.

    Os evaporadores são equipamentos que possuem a função de retirar o calor do meio a ser refrigerado diretamente pelo fluido refrigerante, que nesta aplicação é o 409-A, ou indiretamente através da passagem pela serpentina do fluido refrigerante. O evaporador utilizado neste projeto será o tipo serpentina. Para que ocorra a refrigeração deve ocorrer um ciclo, que é composto por quatro principais etapas. Esse ciclo segue os seguintes passos, conforme a Figura 2:

Figura 2: Diagrama do ciclo de refrigeração.

1º) O fluido passa pelo compressor para ser comprimido, isto é, a pressão e a temperatura aumentam;

2º) O fluido passa no condensador, onde rejeita calor para o ambiente;

3º) O fluido passa pelo tubo capilar, onde restringe-se a passagem do fluido reduzindo sua pressão;

4º) Por último, o fluido passa pelo evaporador, onde o fluido evapora e retira calor do ambiente a ser refrigerado, retorna ao compressor; vulgo 1º passo.

    Para um controle mais eficiente sobre a unidade de refrigeração foram colocados 3 transdutores de pressão nas extremidades e 3 termopares, ambos com sinal de saída de 4-20mA controlados por 2 controladores digitais de pressão e temperatura, todos da fabricante Full Gauge. As pressões nos três pontos em que foram colocados os transdutores de pressão devem medir 37 psig, de modo que indicar que o fluído está na pressão correta. As temperaturas nos três pontos em que os termopares foram colocados devem medir entre 8 e 12°C, temperatura em que o álcool condensa. A Figura 3 apresenta a unidade de refrigeração com os transdutores de pressão, termopares e controladores digitais de pressão e temperatura já introduzidos. A Figura 4 apresenta o esquemático do reator e da unidade de refrigeração.

Figura 3: Unidade de Refrigeração com transdutores de pressão, termopares e controladores digitais.

 

Figura 4: Esquemático da destilação com o uso da Unidade de Refrigeração.

Análise de biodiesel: Espectroscopia e teste de viscosidade

    Quando se busca otimização da produção de biodiesel, é preciso conhecimento dos parâmetros do processo, que pode ser obtido através de testes para comparação com valores esperados e adequação de variáveis. Com esse objetivo, realizou-se uma comparação entre a análise de biodiesel recém produzido feita em 2013 com a análise feita em 2014 com a mesma amostra de biodiesel agora sujeita a degradação pelo tempo, calor e luminosidade.

    A condição ideal para o armazenamento de biodiesel se dá a uma temperatura aproximada de 27°C, em um ambiente com o mínimo de exposição à luz ultravioleta, o que pode causar degradação por foto-oxidação no óleo. A amostra de  biodiesel analisada foi produzida no segundo semestre de 2013, pelo grupo de Projetos de Automação que construiu a primeira versão do reator de biodiesel. Como esta não foi armazenada adequadamente, ela sofreu um envelhecimento prematuro.

    A análise foi realizada no Laboratório de Análises Preditivas do IFRS – Câmpus Rio Grande onde, orientado pela estagiária do laboratório Jéssica Souza, realizou-se espectroscopia em infravermelho para exame do biodiesel produzido em 2013. Dessa maneira, foi possível identificar as substâncias que constituem atualmente o biodiesel e posteriormente comparar os resultados da análise atual com a análise realizada quando a amostra havia sido produzida.

    Pode-se observar na Figura 1, comparando os espectros gerados da amostra recém produzida com a  amostra em condições não ideais de armazenamento, degradada, que os resultados foram similares.

Figura 1: Espectros gerados a partir das análises de biodiesel.

    Isso não era esperado, já que a susceptibilidade à oxidação é um aspecto relevante dentro do ciclo de vida do biodiesel, uma vez que os triacilglicerídeos de ácidos graxos instaurados apresentam sítios reativos sensíveis. Os ésteres sob calor, radiação UV, umidade, ar atmosférico, mesmo que por pouco tempo, induzem sequencialmente a reações de formação de radicais livres, combinação esses radicais com oxigênio, formação e clivagem de peróxidos e posterior liberação de aldeídos, ácidos carboxílicos ou polímeros (Marco Aurélio Rodrigues De Melo,2009, p.18).

    Juntamente com a análise de espectro se realizou análise de viscosidade do biodiesel, que é um dos fatores definidores da qualidade do combustível a ser gerado já que esse fator afeta diretamente a qualidade do combustão. Através do viscosímetro, com o biodiesel aquecido a 40°C, a análise foi feita. O tempo de escoamento foi de 18 segundos nos três testes realizados e a viscosidade cinemática foi de 24,45200 mm²/s.

    Como a produção de biodiesel está na etapa de síntese, ainda não se pode usar a comparação dos dados com um biodiesel que já passou por todas as etapas como parâmetro para análise. Objetiva-se usar os resultados encontrados para futura comparação entre as amostras obtidas ao longo do desenvolvimento desse projeto.