METODOLOGIA DE ANÁLISE ENERGÉTICA E EXERGÉTICA APLICADA À PLANTA PILOTO DE BIODIESEL DE CAETÉS-PE

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1 UNIVERSIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCO PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA MECÂNICA MEODOLOGIA DE ANÁLISE ENERGÉICA E EXERGÉICA APLICADA À PLANA PILOO DE BIODIESEL DE CAEÉS-PE Autor: Ronaldo José Amorim Campos Orintador: Prof. Dr. Jorg Rcart Hnríquz Gurrro Co-Orintador: Prof. Dr. José Carlos Charamba Dutra Dzmbro/9

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3 Catalogação na font Bibliotcária Raqul Cortizo, CRB C98m Campos, Ronaldo José Amorim. Mtodologia d anális nrgética xrgética aplicada à planta piloto d biodisl d Catés-PE / Ronaldo José Amorim Campos. - Rcif: O Autor, folhas, il., gráfs., tabs., figs. Orintador: Prof. Dr: Jorg Rcart Hnríquz Gurrro Dissrtação (Mstrado) Univrsidad Fdral d Prnambuco. CG. Programa d Pós-Graduação m Engnharia Mcânica, 9. Inclui Rfrências Bibliográficas Anxos.. Engnharia Mcânica.Biodisl. 3.Enrgia. 4.Exrgia.. I. Hnriquz Gurrro, Jorg Rcart (orintador). II. ítulo. UFPE 6 CDD (. d.) BCG/-47

4 RONALDO JOSÉ AMORIM CAMPOS MEODOLOGIA DE ANÁLISE ENERGÉICA E EXERGÉICA APLICADA À PLANA PILOO DE BIODIESEL DE CAEÉS-PE Dissrtação d mstrado submtida à Univrsidad Fdral d Prnambuco para obtnção do grau d mstr m ngnharia mcânica. Orintador: Prof. Dr. Jorg Rcart Hnríquz Gurrro Co-Orintador: Prof. Dr. José Carlos Charamba Dutra Rcif, d Dzmbro d 9 PE Brasil

5 Agradcimntos Primiramnt, ao prof. Dr. Jorg Rcart Hnríquz Gurrro plas orintaçõs, plos conslhos, por tr acrditado na ralização dst trabalho. Aos mus pais, Ricardo Oscar Bllo Campos Hrmira Maria Amorim Campos, por todo apoio, ajuda comprnsão nos momntos difícis. Aos mus irmãos, Ricardo José Amorim Campos Robrto José Amorim Campos, plo apoio, incntivo plos sobrinhos qu m dram. Ao mu grand amigo Rnato Wagnr da Silva Barros, plo apoio incntivo, pla ajuda, amizad sabdoria dada durant todo o príodo do curso. À Bruna Goms d Olivira Frir pla ajuda prsvrança na ralização dst trabalho, pla amizad apoio msmo stando long. À Priscila Lan, Múcio Pinto Guimarãs Júnior Hugo Lonardo Mlo da Silva, pla amizad, ajuda apoio na ralização do trabalho. A todos os amigos qu fiz no Dpartamnto d Engnharia Mcânica, spcialmnt no LABERMO, plo apoio, incntivo plas brincadiras. Espcialmnt a Álvaro Ochoa, hiago Parnt, Marcus Costa d Araújo, Raphal Corria Guilhrm d Olivira. Aos profssors Alxandr Ricardo Prira Schulr, José Carlos Charamba Dutra, Maurílio José dos Santos Íris Eucaris d Vasconclos, plo apoio plos conslhos. Ao amigo Jams Corria d Mlo por toda a ajuda dada na Unidad xprimntal d biodisl d Catés. Ao CEENE por tr abrto as portas da Unidad Exprimntal d Biodisl d Catés para a ralização das mdiçõs do procsso. À FACEPE plo incntivo financiro durant o príodo d ralização dst trabalho. 3

6 Ninguém é tão grand qu não possa aprndr, nm tão pquno qu não possa nsinar. (Autor dsconhcido) 4

7 Rsumo A produção d biodisl no Brasil pod aprsntar um carátr d dsnvolvimnto conômico, social d potncialização do agrongócio m rgiõs como o smi-árido nordstino, também uma solução para diminuição do isolamnto nrgético. Por outro lado, também, xistm vários aspctos ambintais bnéficos associados ao uso d biodisl. No procsso d produção do msmo, dvm sr assgurados alguns aspctos d ficiência nrgética d produção qualidad, conform padrõs prviamnt stablcidos por órgão rguladors. Ests aspctos dpndm fortmnt do tipo d matéria prima usada, do procsso tcnológico utilizado das condiçõs opracionais da planta. Do ponto d vista nrgético, a forma clássica d dtrminar a ficiência d plantas d procssos é através da utilização da primira li da trmodinâmica. Apsar d muito difundida muito fácil d sr aplicada, sta mtodologia tm suas limitaçõs, pois não contabilizam as irrvrsibilidads inrnts a todos os procssos. Para considrar st aspcto é ncssário o uso da sgunda li da trmodinâmica, através d uma anális xrgética. Est trabalho aprsnta uma mtodologia d anális, utilizando o softwar EES-3 (Enginring Equation Solvr), nvolvndo aspctos nrgéticos xrgéticos numa planta piloto d produção d biodisl localizada m Catés, Prnambuco. A unidad possui capacidad d produção diária d dois mil litros d bicombustívl, rsultando uma produção anual d aproximadamnt siscntos mil litros, utilizando o ólo d algodão como matéria-prima para produção via ração d transstrificação m rota mtílica catális básica. Foram ralizadas mdiçõs xprimntais m cada tapa do procsso na planta d poss dsts rsultados foi fita a anális nrgética xrgética. Dos rsultados dsta anális pod-s idntificar quais são as tapas d mnor ficiência do procsso. Palavras Chavs Biodisl, Enrgia, Exrgia 5

8 Abstract h Brazilian biodisl production can prsnt a charactristic of social and conomical dvlopmnt and an improvmnt of th agrobusinss in rgions such as th northastrn smi-arid, and also solutions to rduc th nrgtic isolation. In addition, thr ar many bnfic nvironmntal aspcts associatd to th us of biodisl. h procss of production must b providd of som of th aspcts as nrgtic fficincy of production and quality, according to standards prviously stablishd by th rgulatory committs. hs aspcts dpnd on th typ of th prim mattr utilizd, th tchnological procss and th oprational conditions of th plant. h classic way of dtrmining th procsss plants fficincy is through th first law of thrmodynamics. Dspit of widly usd, this mthodology has som limitations, bcaus it dos not considr th inhrnt irrvrsibility of th procss. o considr this aspct is ncssary th us of th scond law of thrmodynamics through an nrgtic and xrgtic analysis. his study prsnts an nrgtic and xrgtic analysis, using th softwar EES-3 (Enginring Equation Solvr), of a biodisl plant locatd at Catés, Brazil. h plant has a diary production of two thousand litrs of bioful, rsulting in an annual production of six hundrd thousand litrs of bioful, using cotton oil as prim mattr for production by mthylic rout transtrification and basic catalysis. Enrgtic and xrgtic optimizations altrnativs wr proposd considring th individual prformanc of th quipmnts and th plant as a whol. Ky Words Biodisl, Enrgy, Exrgy. 6

9 Lista d símbolos PCS Podr Calorífico Suprior (kj/kg combustívl) PCI Podr Calorífico Infrior (kj/kg combustívl) C X i or d carbono (kg C/kg combustívl) H X i or d hidrogênio (kg H/kg combustívl) O X i or d oxigênio (kg O/kg combustívl) S X i or d nxofr (kg S/kg combustívl) w or d umidad (kg w/kg combustívl) C p Calor spcífico (kj/kg.k) A Ára da suprfíci (m ) h Coficint d transfrência d calor por convcção (W/m K) j mpratura na pard do quipamnto (K) mpratura d rfrência (K) i mpratura dos fluxos i (K) Q conv Calor transfrido por convcção (kw) Q rad Calor transfrido por radiação (kw) Emissividad Constant d Stfan-Boltzmann ( = 5, W/m K 4 ) Nu Númro d Nusslt Ra Númro d Rayligh Pr Númro d Prandtl g Aclração da gravidad (g = 9,8 m/s ) Coficint d xpansão térmica do fluído (/K) D Diâmtro da pard cilíndrica (m) Viscosidad cinmática (m /s) Condutividad térmica (m /s) k Coficint d condutividad térmica do fluído (W/m.K) L Comprimnto da pard (m) fis i Exrgia física spcífica do fluxo i (kj/kg) h Entalpia no stado d rfrência (kj/kg) h i Entalpia do fluxo i (kj/kg) s Entropia no stado d rfrência (kj/kg.ºc) s i Entropia do fluxo i (kj/kg.ºc) m i Fluxo d massa do componnt i (kg/s) Q j Fluxo d calor trocado com o ambint pla pard (kw) W rabalho létrico (kw) 7

10 Sumário CAPÍULO Introdução. Considraçõs iniciais Motivação Objtivos Objtivo gral Objtivos spcíficos Aprsntação da dissrtação... 8 CAPÍULO Rvisão da litratura. Introdução Obtnção utilização do biodisl Anális nrgética xrgética... 3 CAPÍULO 3 Rvisão d fundamntos 3. Introdução O Biodisl Matéria-Prima ransstrificação Vantagns dsvantagns do biodisl CAPÍULO 4 Dscrição do procsso d produção da planta piloto 4. Introdução A planta piloto d Catés O procsso d produção d biodisl d Catés... 4 CAPÍULO 5 Mtodologia d obtnção d dados 5. Introdução Instrumntação Dados obtidos mpo mdido m cada tapa Balanço d massa m cada tapa mpraturas mdidas m cada tapa CAPÍULO 6 Mtodologia d anális nrgética xrgética 6. Introdução Equaçõs utilizadas Balanço Enrgético Balanço Exrgético Cálculo do calor pdido pla pard Cálculo do trabalho létrico consumido Considraçõs grais

11 6.3 Aplicação da mtodologia d cálculo m cada tapa Nutralização filtragm do ólo bruto Dsumidificação do ólo nutralizado anqu d mistura Prparação da solução d catalisador ransstrificação Rcupração do álcool a partir da fas psada Dstilação do álcool rcuprado Lavagm do biodisl Rlavagm do biodisl Dsumidificação do biodisl... 5 CAPÍULO 7 Rsultados discussão 7. Introdução rabalho consumido m cada tapa Calor prdido plas pards m cada tapa Balanço nrgético do fluxo mássico Balanço xrgético do fluxo mássico Exrgia dstruída m cada tapa Eficiência nrgética Eficiência xrgética Rndimnto bruto do procsso Rndimnto m éstr da transstrificação Purza do biodisl... 8 CAPÍULO 8 Conclusõs sugstõs 8. Conclusõs Sugstõs para trabalhos futuros... 3 Rfrências Bibliográficas... 3 ANEXO A Espcificação ANP n o 55 d d março d ANEXO B Propridads utilizadas ncontradas na litratura

12 Lista d Figuras Figura. Efito da razão álcool/ólo na composição do produto da transstrificação... Figura. a) Ração d transstrificação do ólo d soja com álcool anidro; b) Ração d transstrificação do ólo d soja com álcool hidratado... Figura.3 Fração molar dos produtos da combustão do biodisl d algodão m função da razão d quivalência, Barros t al (9)... Figura 3. Potncialidads brasiliras para produção d biodisl... 3 Figura 3. Rprsntação da molécula d um triglicrído Figura 3.3 Hidrólis m mio ácido Figura 3.4 Hidrólis m mio básico Figura 3.5 Rprsntaçõs das raçõs d transstrificação na prsnça d catalisador aqucimnto com uma molécula d: a) triglicrídos, b) diglicrídos c) monoglicrídos, rspctivamnt Figura 4. Imagns xtrnas da usina piloto d biodisl d Catés... 4 Figura 4. Imagns da unidad d xtração d ólo d algodão m Catés... 4 Figura 4.3 Imagns intrnas da usina piloto d biodisl d Catés... 4 Figura 4.4 Ônibus da ranstil urismo ond são ralizados os tsts do biodisl... 4 Figura 4.5 Fluxograma mássico rsumido do procsso da usina... 4 Figura 4.6 Nutralizador Figura 4.7 Borra d Nutralização Figura 4.8 Filtro prnsa Figura 4.9 Armaznamnto da borra d nutralização Figura 4. Dsumidificador Figura 4. Purga do dsumidificador Figura 4. anqu d prparo do catalisador Figura 4.3 Rator Figura 4.4 Condnsadors Figura 4.5 anqu pulmão da fas psada, vaporador condnsador Figura 4.6 anqu do condnsado Figura 4.7 orr d dstilação Figura 4.8 Condnsadors horizontais Figura 4.9 Sistma d lavagm do biodisl Figura 4. O biodisl turvo Figura 4. anqu pulmão da fas lv, vaporador condnsador Figura 4. Dsumidificador Figura 4.3 anqus auxiliars Figura 4.4 Fluxo d massa nos tanqus auxiliars... 5 Figura 4.5 Caldira a ólo minral... 5 Figura 4.6 orr d rsfriamnto... 5 Figura 4.7 Princípios d funcionamnto d uma torr d rsfriamnto... 5 Figura 5. rna d 5 mtros... 5 Figura 5. rmômtro digital infravrmlho com missividad ajustávl Figura 5.3 Paquímtro... 53

13 Figura 5.4 Cronômtro digital Figura 5.5 Alicat Amprímtro Figura 5.6 rmopars colocados m pard m tubulaçõs Figura 5.7 Bancada com laptop dataloggr Figura 5.8 rmo-higro-anmômtro Figura 5.9 Instrumntação própria da usina para mdição d tmpratura na torr d dstilação, no tanqu pulmão da fas psada caldira, rspctivamnt Figura 5. Prcntual do tmpo d cada tapa Figura 5. Pontos d mdição com trmopars na nutralização do ólo bruto... 6 Figura 5. mpraturas mdidas no procsso d nutralização, mdidas com os trmopars... 6 Figura 5.3 Ponto d mdição com o DIEA na nutralização do ólo bruto... 6 Figura 5.4 mpraturas mdidas na pard do nutralizador, mdidas com o DIEA... 6 Figura 5.5 Pontos d mdiçõs no procsso d dsumidificação do ólo nutralizado, mdidas com trmopars... 6 Figura 5.6 mpraturas mdidas no procsso d dsumidificação do ólo, mdidas com os trmopars... 6 Figura 5.7 mpraturas mdidas na pard do dsumidificador, mdidas com o DIEA Figura 5.8 mpraturas mdidas na pard do tanqu d prparação da solução catalisadora, mdidas com o DIEA Figura 5.9 mpraturas mdidas na pard do rator, mdidas com trmopars Figura 5. mpraturas mdidas no procsso d transstrificação, mdidas com os trmopars Figura 5. mpraturas mdidas na pard do rator, mdidas com o DIEA Figura 5. mpraturas mdidas na pard do condnsador da transstrificação, mdidas com o DIEA Figura 5.3 Pontos d mdição na tapa da rcupração do álcool a partir da fas psada, mdidas com trmopars Figura 5.4 mpraturas mdidas no procsso d rcupração do álcool, mdidas com os trmopars Figura 5.5 mpraturas mdidas na pard do tanqu pulmão da fas psada, mdidas com o DIEA Figura 5.6 Instrumntação própria para mdição d tmpratura do tanqu pulmão da fas psada Figura 5.7 mpraturas mdidas na ntrada do tanqu pulmão da fas psada, mdidas com o DIEA Figura 5.8 mpraturas mdidas na saída do condnsador 3, mdidas com o DIEA Figura 5.9 rmopars colocados na torr d dstilação para mdir a ntrada saída do ólo minral Figura 5.3 rmopars colocados nos condnsadors horizontais para mdir as tmpraturas d ntrada saída da água, ntrada do vapor d álcool Figura 5.3 mpraturas mdidas no procsso d dstilação do álcool rcuprado, mdidas com os trmopars... 68

14 Figura 5.3 Mdição d tmpratura na pard da torr d dstilação com o DIEA Figura 5.33 mpraturas mdidas na pard da torr d dstilação, mdidas com o DIEA Figura 5.34 Instrumntação própria para mdição d tmpratura da torr d dstilação Figura 5.35 mpraturas mdidas na saída do álcool dos condnsadors horizontais, mdidas com o DIEA Figura 5.36 Colta d tmpraturas d ntrada saída d ólo minral no vaporador... 7 Figura 5.37 Colta d tmpraturas na pard do dsumidificador com trmopar... 7 Figura 5.38 mpraturas mdidas no procsso d dsumidificação do biodisl, mdidas com os trmopars... 7 Figura 5.39 Mdição d tmpraturas na pard do dsumidificador com DIEA... 7 Figura 5.4 mpraturas mdidas na pard do dsumidificador, mdidas com o DIEA... 7 Figura 6. Volum d control no sistma d prparação do ólo nutralizado Figura 6. Dimnsõs dos quipamntos da tapa d smi-rfino do ólo Figura 6.3 Volum d control na dsumidificação do ólo nutralizado Figura 6.4 Volum d control no tanqu d mistura d prparação do catalisador Figura 6.5 Volum d control no sistma para a ração d transstrificação... 9 Figura 6.6 Volum d control no sistma d vaporação do álcool da fas psada Figura 6.7 Volum d control no procsso d dstilação do álcool... 3 Figura 6.8 Dimnsõs dos quipamntos da tapa d dstilação do álcool rcuprado. 9 Figura 6.9 Volum d control no tanqu d lavagm... 9 Figura 6. Volum d control no sistma d rlavagm do biodisl... 3 Figura 6. Volum d control no sistma d dsumidificação do biodisl... 5 Figura 7. Prcntual do trabalho consumido no procsso por cada tapa... Figura 7. Gráfico do prcntual d prda d calor por tapa... Figura 7.3 Gráfico da xrgia dstruída por tapa... 5 Figura 7.4 Gráfico da ficiência nrgética por tapa... 6 Figura 7.5 Gráfico da ficiência xrgética por tapa... 7

15 Lista d ablas abla 3. Capacidad produtiva d ólo m difrnts tipos d matériaprima... 8 abla 3. Potncial d gração d mprgos d algumas olaginosas... 3 abla 3.3 Caractrísticas d alguns vgtais com potncial para produzir Biodisl... 3 abla 5. mpo total d cada tapa abla 5. Balanço d massa m cada tapa abla 5.3 Continuação da tabla abla 5.4 Composição m ácidos graxos (AC) do ólo d algodão m éstrs mtílicos (EM) do biodisl d algodão abla 5.5 Composição lmntar do ólo d algodão abla 5.6 Composição lmntar do biodisl d algodão abla 7. rabalho létrico consumido m cada tapa... abla 7. Calor total prdido plas pards m cada tapa... abla 7.3 Balanço d nrgias dos fluxos mássicos por tapa... 3 abla 7.4 Balanço d xrgias dos fluxos mássicos por tapa... 4 abla 7.5 Exrgia dstruída m cada tapa... 5 abla 7.6 Eficiência nrgética m cada tapa... 6 abla 7.7 Eficiência xrgética m cada tapa... 7 abla B. Calors spcíficos utilizados abla B. Entalpias d formação utilizadas abla B.3 Exrgias Químicas utilizadas abla B.4 Propridads trmofísicas do ar à P atm

16 CAPÍULO Introdução. Considraçõs iniciais A possibilidad do mprgo d combustívis d origm agrícola m motors do ciclo disl é bastant atrativa tndo m vista o aspcto ambintal, por sr uma font rnovávl d nrgia plo fato do su dsnvolvimnto prmitir a rdução da dpndência d importação do ptrólo. O Brasil é um país com grand potncial no dsnvolvimnto do biodisl, pois possui uma xtnsa ára agrícola também uma grand divrsidad d matérias-primas para a produção d biodisl. Dntr as principais matérias-primas brasiliras para a produção do biodisl, dstacam-s as olaginosas, como o algodão, amndoim, dndê, girassol, mamona, pinhão manso, babaçu, palma soja, com possibilidad d xtração m larga scala d ólos vgtais. O biodisl é um combustívl altrnativo ao disl produzido a partir d ólos vgtais gorduras animais. El consist d éstrs monoalquílicos formados por uma ração d catális dos triglicrídos dos ólos, ou gorduras, com um álcool monohídrico. A divrsidad d opçõs para a confcção do biodisl a, cada vz maior, valorização dos aspctos ambintais d sustntabilidad dos sistmas nrgéticos, ocasionaram uma procupação com a qualidad qu o procsso stá aprovitando mlhor a nrgia qu ntra ao sistma. Muitas vzs o maior valor da ficiência nrgética pod sr consguido com conomia quando são psados no dsnvolvimnto do projto os fators qu causam irrvrsibilidad no procsso. O concito d xrgia fornc uma stimativa dos rcursos mínimos tóricos rquridos (xigência d nrgia matriais) d um procsso. Est, por sua vz, fornc informaçõs sobr o máximo d salvas qu pod sr alcançada através da utilização d novas tcnologias novos procssos. Ao proporcionar um conhcimnto mais profundo, o concito d xrgia proporciona um mlhor alicrc para a mlhoria para calcular conomias spradas. Anális Exrgética fornc uma manira para qu a avaliação do procsso possa sr usada como uma frramnta para a idntificação d rsíduos d matriais as prdas d nrgia, a dtcção das áras qu rqurm mlhorias tcnológicas através do cálculo da ficiência xrgética. As análiss nrgéticas gralmnt falham ao idntificar prdas ou o uso ftivo dos rcursos, uma vz qu a nrgia, sndo uma grandza consrvativa, considra como única prda aqula associada aos fluxos qu fisicamnt sam da instalação. 4

17 Est trabalho foi ralizado considrando uma abordagm tórica xprimntal. Na abordagm tórica foi dsnvolvida uma mtodologia d anális nrgética xrgética da planta m studo. Na abordagm xprimntal srão ralizadas as mdiçõs dos parâmtros físicos fundamntais rquridos plo modlo matmático ssnciais para a anális nrgética xrgética, incluindo ntr outros os fluxos d massa da matéria prima, dos produtos rsultants do procsso rjitos do msmo. Assim como mdiçõs d prssão, tmpratura, outras propridads trmodinâmicas qu possam sr ncssárias. O trabalho da Anális nrgética xrgética foi ralizado m uma planta piloto d produção d biodisl d forma xprimntal. A planta d capacidad d produção diária d dois mil litros d bicombustívl utiliza o ólo d algodão como matéria-prima para produção através da ração d transstrificação via rota mtílica com hidróxido d sódio. A anális nrgética xrgética foi ralizada m cada componnt da planta piloto, ou sja, individualmnt m cada quipamnto da planta nvolvido no procsso, considrando os fluxos d massa, nrgia xrgia. Idntificamos no procsso global as tapas ond xist a maior mnor ficiência nrgética xrgética, apontando quais procssos intrmdiários podm sr mlhorados d forma consistnt qu prmitam alcançar um procsso ficint. Assim, as tapas qu stão grando maiors irrvrsibilidads foram vidnciadas modificaçõs sugridas para qu obtnham mlhors ganhos na ficiência nrgética xrgética global do procsso.. Motivação Iniciativas qu impulsionm a divrsificação da matriz nrgética nacional são d importância stratégica para diminuição da dpndência xtrna d drivados d ptrólo para fins nrgéticos para nfrntar d forma mais robusta as criss nrgéticas qu assombram o país d tmpos m tmpos. Uma das altrnativas mais promissórias, na qual o Brasil aprsnta vantagns comparativas inigualávis, dado sua xtnsão gográfica, varidad d climas biodivrsidad, corrspond ao uso intnsivo d fonts nrgéticas altrnativas basadas na biomassa ou mais spcificamnt na obtnção d combustívis líquidos a partir d produtos agrícolas florstais. Ests rprsntam um grand potncial principalmnt por srm substitutos naturais d combustívis líquidos drivados do ptrólo como a gasolina o ólo disl. A produção d biodisl no Brasil pod aprsntar um carátr d dsnvolvimnto conômico, social d potncialização do agrongócio, principalmnt na agricultura familiar como apontam documntos técnicos laborados por órgãos govrnamntais. Rgiõs como o smi-árido nordstino a Amazônia, podm tr na produção d Biodisl a oportunidad d dsnvolvimnto conômico também uma boa solução para diminuição do isolamnto nrgético s utilizado com ssa finalidad. Nst sntido, um documnto do Ministério d Minas Enrgia sobr o apoio ao dsnvolvimnto d mrcado para nrgias rnovávis discut a importância dos ólos d origm vgtal como combustívl m caldiras motors d combustão intrna para gração d nrgia létrica m stados brasiliros com vocação natural para produção d ólo vgtal. Por outro lado, com uma produção m grand scala d biodisl, outras rgiõs do Brasil 5

18 podm sr bnficiadas com st tipo d combustívl para gração d nrgia létrica térmica. Exist também um aspcto ambintal bnéfico associado ao uso d biodisl como combustívl. Sab-s qu a quima d biodisl m motors d combustão intrna, pod sr ralizado com mnor impacto ambintal s comparado ao ólo disl, liminando as missõs d nxofr, rduzindo considravlmnt as missõs d fumaça também causando um mnor impacto d missõs d dióxido d carbono s considrado a rabsorção dss gás plas plantas. A utilização d ólos vgtais como combustívis m motors d combustão intrna não é coisa nova rmonta aos tmpos do próprio dsnvolvimnto do motor d ciclo Disl, no ntanto, por razõs d ordm conômica, tcnológicas plas vantagns comparativas dos combustívis drivados do ptrólo, foi abandonado o su uso como combustívl. Dsd a década passada, divrsos paíss da Europa (Almanha, França, Bélgica, tc.), Ásia os Estados Unidos, motivados por qustõs conômicas ou ambintais, adotaram stratégias d uso do Biodisl como combustívl. Assim, as stratégias usadas nsss paíss, para a utilização do biodisl m motors d combustão intrna s dá na forma misturada, m proporçõs mnors, ao ólo disl d ptrólo ou substituindo compltamnt o disl como é na Almanha ond há uma frota aprciávl d vículos movidos a biodisl puro. No Brasil já há divrsas xpriências bm sucdidas com biodisl m motors d combustão intrna, dstacam-s os casos da cidad d Ribirão Prto, m São Paulo, qu já xprimntou o uso d biodisl m frota d ônibus urbano, a Coordnadoria d Assistência écnica Intgral (CAI), também m São Paulo qu usou ólo d girassol na sua frota d trators. Na década d 97 a mprsa produtora d Sistmas Enrgéticos Ltda. PROERG tria ralizado tst d grand scala com ólo d soja mtanol m ônibus, caminhõs trators d divrsos fabricants, obtndo-s rsultados positivos. Atualmnt, o Grupo d Engnharia érmica do Dpartamnto d Engnharia Mcânica da UFPE, conduz um projto d psquisa qu nvolv o uso d biodisl m motors stacionários acoplados a gradors létricos. Estão sndo analisados parâmtros associados ao dsmpnho dos motors, como também aquls associados a aspctos ambintais dsgasts mcânicos. Uma das tapas fundamntais na cadia do Biodisl corrspond ao procsso d produção do msmo, ond dvm sr assgurados alguns aspctos d ficiência nrgética d produção qualidad do biodisl produzido, conform padrõs prviamnt stablcidos por órgão rguladors. Ests aspctos dpndm fortmnt do tipo d matéria prima usada, do procsso tcnológico utilizado, das condiçõs opracionais da planta, tc. Uma planta d biodisl é formada por um conjunto d quipamntos qu transformam ólos vgtais ou animais num ólo combustívl com propridads smlhants ao ólo Disl minral. Isto é fito através d um procsso químico conhcido como transstrificação, qu corrspond a uma ração ntr o ólo um álcool na prsnça d um catalisador do qual rsulta um éstr (o biodisl) glicrol. Dpndndo do tipo d álcool utilizado trmos uma rota mtílica ou tílica na produção d biodisl. Basicamnt o procsso d transstrificação parc sr um 6

19 procsso simpls, ntrtanto para assgurar a obtnção d um produto d qualidad dvmos tr um control das condiçõs opracionais da planta, incluindo a qualidad da mtria prima utilizada. Na atualidad dois dos aspctos important lvados m considração na avaliação d plantas d procssos, prxistnts m fas d projto, são a ficiência nrgética o impacto ambintal dcorrnt do procsso d transformação na planta, como por xmplo, a missão d polunts gasosos na atmosfra por fito d combustão, ou flunts sólidos líquidos dcorrnts do próprio procsso industrial. Est trabalho aprsnta uma proposta mtodologia sobr anális nrgética xrgética numa planta piloto d produção d biodisl localizada m Catés, Prnambuco. Esta planta piloto prtnc ao Cntro d cnologias Estratégicas do Nordst CEENE atualmnt produz biodisl a partir d ólo d algodão num futuro próximo utilizando outras olaginosas como, por xmplo, o Pinhão Manso. Est trabalho é d grand importância no sntido qu dv forncr subsídios técnicos qu prmitam mlhorar o procsso d produção d biodisl forncr informaçõs rlvants para o projto d plantas d produção mais ficints, contribuindo assim para a consolidação d matriz nrgética basada na biomassa cuja importância para o Brasil m particular para a rgião do Nordst é fundamntal. Os rsultados dst trabalho srão compartilhados com o CEENE, Cntro d cnologias Estratégicas do Nordst rsponsávl pla planta piloto d biodisl ond srão ralizados os studos d parâmtros snsibilidad..3 Objtivos.3. Objtivo gral O objtivo principal dst trabalho é a avaliação do ponto d vista nrgético d uma planta piloto para a produção d biodisl, incluindo-s uma proposta d mtodologia d anális pla sgunda li da trmodinâmica (anális xrgética). Esta anális dv prmitir ncontrar os gargalhos tcnológicos do procsso apontar quais procssos intrmdiários podm sr mlhorados d forma consistnt qu prmitam alcançar como rsultado um procsso ficint..3. Objtivos spcíficos Para atndr o objtivo principal dst trabalho foi dfinido um conjunto d objtivos spcíficos: a) Conhcr dtalhadamnt o procsso produtivo. b) Anális d fluxograma da planta lvantamnto d parâmtros dos principais quipamntos. c) Anális da matéria-prima dos subprodutos do procsso. d) Elaborar o fluxograma do procsso produtivo. ) Quantificação dos fluxos d massa quantidad d nrgia qu ntra qu sai da planta associado a sts fluxos. f) Dsnvolvr um método d anális nrgética xrgética 7

20 .4 Aprsntação da dissrtação Esta dissrtação ncontra-s dividida m oito capítulos, xplanando os assuntos d manira simpls dirta para qu o litor tnha fácil comprnsão do trabalho proposto. No sgundo capítulo foram aprsntados trabalhos ncontrados na litratura nas áras d produção d biodisl, utilização do biodisl, anális nrgética xrgética. O capítulo três xplana os fundamntos tóricos sobr as matérias-primas utilizadas para produção do biodisl, métodos d obtnção d biodisl as vantagns dsvantagns do biodisl. O quarto capítulo consta da aprsntação da unidad xprimntal d biodisl d Catés, d uma dscrição do procsso d produção d biodisl na msma. No quinto capítulo, foi fita uma dscrição da mtodologia utilizada para a ralização da colta d dados nas tapas do procsso, os quipamntos utilizados na colta os valors obtidos nas coltas. O capítulo sis aprsnta a mtodologia proposta para a ralização da anális nrgética xrgética do procsso da unidad xprimntal d biodisl d Catés, mostrando as quaçõs considraçõs utilizadas d manira gral, m cada tapa. O sétimo capítulo aprsnta os rsultados dos dados coltados aplicados nas quaçõs da mtodologia d anális nrgética xrgética, mostrando valors para as nrgias prdidas plas pards dos quipamntos, trabalho consumido m cada tapa, xrgia dstruída, tc. O oitavo, último capítulo, aprsnta as conclusõs a partir dos rsultados obtidos no sétimo capítulo No final dsta dissrtação ncontramos os anxos A, B C. O anxo A aprsnta um fluxograma mássico m cada quipamnto da unidad xprimntal d biodisl d Catés. O anxo B aprsnta as spcificaçõs da ANP n o 55 d d março d 8. E, no anxo C stão os valors ncontrados na litratura utilizados para a ralização dos cálculos. 8

21 CAPÍULO Rvisão da litratura. Introdução Foi fita uma rvisão bibliográfica, como part inicial do studo cintífico, das publicaçõs m livros, congrssos rvistas, nas ára d métodos d obtnção do biodisl, anális nrgética anális xrgética, com o intuito d vrificar s os asuntos rlacionados já foram studados, como foram abordados nos studos antriors quais foram as variávis do studo m qustão.. Obtnção utilização do biodisl A transstrificação do ólo vgtal ocorr por uma ração rvrsívl, m qu um éstr é transformado m outro pla mudança na porção alcóxi, cuja otimização dpnd d fators como a razão molar álcool:ólo, a concntração o tipo d catalisador, a acidz da matéria prima, a tmpratura, prssão tmpo d ração, a agitação do mio racional o índic d umidad prsnt no ólo (MELO t al, 6). Sobr o procsso d transstrificação, patnts contêm as sguints obsrvaçõs (VAN GERPEN, 5): Para compltar a ração é ncssário um montant stquiométrico suprior a,6 vzs d álcool; o montant d álcool usado pod sr rduzido pla condução da ração m tapas, ond part do álcool catalisador são adicionados no comço d cada tapa, o glicrol é rmovido ao final d cada tapa; além do mtanol, outros álcoois podm sr utilizados, tais como: Etanol, propanol, isopropanol, butanol pntanol; água ácidos livrs inibm a ração, álcoois supriors, m particular, são mais snsívis a contaminação por água; ácidos livrs m ólos gorduras podm sr convrtidos m éstrs alquílicos com um catalisador ácido. Isto pod sr sguido por uma transstrificação padrão álcali-catalisada para convrtr os triglicrídos; catalisadors ácidos podm sr usados m ólos para transstrificação m éstrs alquílicos, mas ls são mais lntos do qu catalisadors alcalinos. O procsso d xtração do ólo para a produção d biodisl vm acompanhado d indsjada quantidad d água, o qu rflt na qualidad do biodisl produzido, pois, a prsnça d umidad favorc a rápida dgradação consqüntmnt su tmpo d vida durant o armaznamnto, portanto, o tor d umidad é um parâmtro físicoquímico qu dv sr critriosamnt monitorado durant o procsso d control d qualidad (MELO t al, 9). 9

22 Lucna t al (8), utilizando matérias-primas rsiduais uma pnira molcular m sua forma pltizada (sfras), vrificou qu a convrsão da ração também pod sr favorcida pla rtirada da água (co-produto da ração), rduzindo a ncssidad d lvadas concntraçõs d álcool, uma vz qu foram obtidas convrsõs supriors a 9%, aplicando-s apnas um xcsso molar d álcool:ólo d apnas 3:. A anális dos rsultados obtidos mostrou qu a tmpratura a concntração d catalisador foram significativas statisticamnt. Krutzr (984) dscrvu como altas prssõs tmpraturas (9 bar, 4 o C) podm transstrificar as gorduras sm rmoção prévia ou convrsão dos ácidos livrs. Entrtanto, as maiorias das plantas d biodisl usam baixas tmpraturas, prssõs próximas da atmosférica, longos tmpos d ração para rduzir os custos. Frdman t al (984) aprsntaram os rsultados d um studo paramétrico das variávis da ração d transstrificação incluindo tmpratura, razão molar álcool:ólo, tipo d catalisador, o dcrscimnto do rfinamnto do ólo. Els obsrvaram qu a ração durou uma hora a 6 ºC quatro horas a 3 ºC. A figura. mostra como a ração dpnd da razão álcool:ólo. Els compararam tanto o ólo vgtal bruto vgtal rfinado, como matérias primas, ncontrou qu o rndimnto d éstrs mtílicos foi d 93% a 98% para o ólo rfinado 67% a 68% para o ólo bruto. Figura.- Efito da razão álcool:ólo na composição do produto da transstrificação (Adaptado da font: Frdman t al, 984).

23 Kusdiana Saka () afirmam qu é possívl ragir o ólo o mtanol sm o catalisador, liminando assim a ncssidad da tapa da lavagm com água. Entrtanto, são ncssárias tmpraturas ntr 3ºC 35ºC, uma razão molar álcool:ólo d 4:. Embora a ração rquira somnt sgundos, a purza do produto final prcisa sr caractrizada por complto, a formação dos componnts qu não form éstrs mtílicos m quantidads significativas é possívl. Campos Schulr (5) studaram o rndimnto m éstr da transstrificação utilizando a mtodologia d Hartmann Lago (973) com álcool mtílico anidro hidratado. Como mostram as figuras., quanto maior a prsnça d água na ração d transstrificação maior srá a formação d éstrs sódicos d ácidos graxos (sabão). a) b) Figura. a) Ração d transstrificação do ólo d soja com álcool anidro; b) Ração d transstrificação do ólo d soja com álcool hidratado. Silva t al (9), ralizou uma sínts do biodisl com ólo d algodão isnto d antioxidants sintéticos, utilizando uma razão molar álcool mtílico:ólo d 6:, a 6ºC, durant horas na prsnça d % hidróxido d sódio como catalisador. Após a ração, houv a sparação do glicrol do biodisl bruto m funil d dcantação por hora. Após a sparação, o biodisl bruto foi lavado com uma solução lvmnt acidificada d ácido clorídrico (%), aqucida a 5ºC. Após a lavagm o biodisl mtílico d algodão foi sco a 65 ºC por hora. Após a scagm, studou a stabilidad oxidativa do biodisl mtílico d algodão adicionado d um antioxidant sintético (BHQ, Aldrich 97% Butil Hidroquirona rciária) m difrnts nívis d concntração (5,, 5 ppm), submtndo uma amostra d crca d ml, a tmpratura d ºC por horas, sob injção d ar atmosférico sco m sílica gl a um fluxo d L/h. Obsrvou-s qu o aumnto do antioxidant corrabora na manutnção da qualidad do biodisl, ou sja, com o aumnto na concntração do antioxidant os valors médios do índic d acidz viscosidad cinmática diminum. Cardoso t al (9), analisou a influência do tipo d álcool utilizado na strificação da prsnça d ligaçõs insaturadas na cadia do ácido graxo, simulando raçõs d strificação com difrnts ácidos graxos álcoois. Obsrvou qu a utilização do mtanol como ragnt tm uma convrsão ligiramnt suprior ao tanol a difrnça aumnta com a tmpratura, qu o aumnto da razão álcool:ácidos graxos aumnta bastant a convrsão da ração.

24 Grands quantidads d álcool não são mprgadas por intrfrir na sparação do glicrol, provocando uma mulsão com os éstrs, também, a diminuição da convrsão m biodisl. Esta mulsão é formada por intrmdiários, diglicrídos monoglicrídos, qu possum simultanamnt grupos d hidroxilas polars cadias carbônicas apolars. Mhr t al (4), obsrvou qu razõs molars álcool:ólo supriors a : diminum a convrsão m biodisl a mulsão torna-s mais stávl, nquanto qu razõs infriors a 6: a ração não s complta. Arroyo t al (9), studou a influência da tmpratura da razão molar álcool:ólo na transstrificação d ólo nutralizado d pinhão manso tanol anidro, vrificou qu as maiors convrsõs d ólo foram obsrvadas quando s utilizaram tmpratura d 6 ºC razão molar d 9:. Usualmnt o biodisl é prparado utilizando, como catalisadors, ácidos como, por xmplo, o ácido sulfúrico ou bass forts, como o NaOH ou KOH. A catális homogêna m mio alcalino é o procsso mais comumnt mprgado, particularmnt dvido à sua maior rapidz, simplicidad ficiência. No qu s rfrm às stimativas do quilíbrio químico dssas raçõs, las são limitadas plo fato d qu a litratura é pobr m dados trmodinâmicos tablados, para o cálculo da nrgia livr d Gibbs d formação para ácidos graxos éstrs, principalmnt na fas líquida. Métodos d contribuiçõs d grupos, como os d Joback, Bnson, Yonda outros, têm sido d grand ajuda para a prdição d stimativas confiávis d valors d ntalpias d formação, ntropias absolutas nrgias livrs d Gibbs no stado padrão. No ntanto, a aplicação dsss métodos é limitada à fas gasosa idal (CARDOSO t al, 9). Barros t al (9), studaram raçõs d combustão d biodisl d pinhão manso algodão, incluindo condiçõs d quilíbrio químico para dtrminar a formação d compostos como NO, CO, H, OH, ntr outros, como mostra a figura.3. Discutindo curvas comparativas da tmpratura adiabática d chama para ambos combustívis analisados, assim como também a composição final dos produtos da combustão o calor spcífico da mistura, tndo como parâmtro d rfrência a razão d quivalência. O uso d quilíbrio químico s mostrou adquado para a dtrminação da composição final dos produtos da combustão sob difrnts condiçõs d rlação ar-combustívl. Esta mtodologia, junto com uma quantificação da ficiência cológica pod sr uma frramnta d anális comparativa ntr difrnts tipos d biodisl misturas disl/biodisl. Figura.3 - Fração molar dos produtos da combustão do biodisl d algodão m função da razão d quivalência, Barros t al (9).

25 .3 Anális nrgética xrgética A simulação d balanços d massa nrgia d procssos industriais é d grand importância para avaliação das tapas d sparação como, por xmplo, para o projto otimização d unidads d produção d biodisl, com inúmros parâmtros importants a srm dfinidos (ARAÚJO t al, 9). Exrgia é também um indicador útil para mdir o potncial da qualidad ratividad do matrial, comparando difrnts procssos d produção d produtos substitutos, qu é spcialmnt útil na comparação d fonts rnovávis d nrgia. O contúdo xrgético d um rcurso natural d ntrada pod sr intrprtado como uma mdida da sua qualidad ou potncial útil, ou a sua capacidad para ralizar "trabalho útil". Consqüntmnt, xrgia pod mdir qualidad dos rcursos, bm como a quantidad, é aplicávl para ambos os matriais nrgia (ALENS t al, 7). Bouchard t al (), propôs um método para quantificar a rnovabilidad d um biocombustívl, um indicador d rnovabilidad. O ciclo idal CO Glucos Etanol foi considrado para mostrar qu a xrgia pod sr produzida m potncial plo aprovitamnto d ciclos trmoquímicos naturais. Então, o valor da xrgia é usado para quantificar o afastamnto do comportamnto idal causado plo consumo dos rcursos não-rnovávis através do concito d trabalho rstaurado. Esta abordagm da quantificação da rnovabilidad foi aplicada ao caso da produção d tanol a partir do milho para as condiçõs xistnts, principalmnt m Qubc, Canadá. Para st caso, foi ncontrado um valor ngativo para o indicador d rnovabilidad, indicando qu o procsso é não-rnovávl, ou sja, o trabalho rstaurado é bm maior qu o trabalho produzido. Entrtanto, os autors acrditam qu st xmplo dmonstra qu o indicador d rnovabilidad é uma frramnta usual para tomadors d dcisão, m matéria ambintal tcnológica, qu pod sr aplicada para vários outros procssos. Análiss nrgéticas falham m idntificar prdas ou a utilização ficaz dos rcursos, uma vz qu a nrgia, sndo uma grandza consrvativa, considra como única prda aqula associada aos fluxos qu fisicamnt sam da instalação. Anális xrgética fornc uma manira para qu a avaliação do procsso possa sr usada como uma frramnta para a idntificação d rsíduos d matriais as prdas d nrgia, a dtcção das áras qu rqurm mlhorias tcnológicas através do cálculo da ficiência xrgética (ALENS t al, 7). Anális xrgética pod sr utilizada para avaliar a ratividad d substâncias/ produtos da qualidad do sistma d produção. Dsd qu a xrgia indiqu a distância do quilíbrio, pod sr uma mdida do potncial do dscontrol das raçõs, por dissolução (dscarga nos cursos d água), vaporação (dscarga para a atmosfra) ou pla ração contínua d sus mais stávis compostos ou até um sólido insolúvl é formado dpositados na crosta da rra. Nos procssos, xrgia é prdida m maior quantidad quanto mnor a tmpratura d aqucimnto, bm como na ratividad química física dos matriais. Esta xrgia inutilizada normalmnt intrag com o a vizinhança podm conduzir a procssos indsjávis m situaçõs d não quilíbrio qu podm causar prdas (ALENS t al, 7). 3

26 Análiss do fluxo xrgético contam com toda nrgia matriais rquridos nas msmas unidads. Exrgia é o montant d trabalho obtido quando alguma coisa é trazida para o stado d quilíbrio trmodinâmico. Como o sistma s aproxima do quilíbrio, a xrgia s aproxima d zro. A part da xrgia qu ntra qu não é convrtida m xrgia útil pod sr rfrida como "xrgia prdida". A xrgia prdida pod sr calculada por uma constant d quilíbrio xrgético m parâmtros ambintais do sistma, ond apnas é ncssário conhcr a composição do procsso insumos (incluindo srviços públicos) os principais produtos. A ficiência xrgética é dfinida como a razão ntr a xrgia útil d um procsso a xrgia total utilizada para ralizar ss procsso (ALENS t al, 7). A nrgia é muitas vzs dfinida como o trabalho ou a capacidad d ralizar trabalho. Entrtanto, Enrgia dv sr dfinida como movimnto ou a capacidad d produzir movimnto. Isto é crtamnt mnos spcífica, mas uma dfinição mais corrta. Enrgia pod sr dfinida como aqula qu é indstrutívl qu é smpr consrvada durant todos os procssos fchados. A nrgia é, assim, na maioria das vzs um concito dmasiado vago (WALL, 988). Dados sobr a capacidad térmica stão facilmnt disponívis para lmntos puros para dtrminados compostos químicos, como óxidos. A capacidad térmica d uma mistura tm sido assumida como sndo a soma dos valors das substâncias m rlação à sua proporção. No ntanto, o rsultado é qu nas misturas, m qu aparcm novas fass, são atribuídos valors incorrtos para a capacidad térmica. No ntanto, o tamanho dst rro é considrado insignificant m rlação aos rros d outros dados como quantidads tmpraturas (WALL, 988). A anális das prdas parciais xrgéticas não dv sr xcssivamnt dtalhada, porqu isso iria diminuir a clarza dos rsultados. As prdas parciais xrgéticas qu aparcm nas tapas qu antcdm a última tapa podm sr dtrminadas sm qualqur partição m componnts mais dtalhados até msmo podm sr cumuladas com prdas xrgéticas qu aparcm m procssos antriors. Um método d balanço do cálculo dstas prdas foi laborado. Est método conduz ao sistma linar d quaçõs algébricas, qu dvrá abrangr todas as ligaçõs d nrgia tcnologia da rd. A formulação a solução dst sistma d quaçõs são árduas. No ntanto, a part prdominant dos procssos parciais stá fortmnt ligada apnas com os procssos d produção dos principais produtos smi-acabados vtors d nrgia, fracamnt ligados com outros procssos. Por isso, podm sr propostas a aplicar o método do balanço apnas para os principais matriais vtors d nrgia. As prdas xrgéticas sobrcarrgadas na fabricação d qualqur produto útil aparcm não somnt no stágio final da produção, mas também nos stágios prcdnts dos produtos smi-acabados na nrgia transportada para o último stágio. As análiss do stágio final não são suficints para a avaliação das imprfiçõs trmodinâmicas do procsso d produção por complto, muito important, porqu muitas vzs nm squr as principais causas das imprfiçõs trmodinâmicas aparcm na produção dos produtos smi-acabados transports d nrgia. 4

27 Análiss das prdas xrgéticas parciais forncm informaçõs sobr os impactos das imprfiçõs d todos os procssos parciais conctados com a produção do produto útil final considrado. Ela indica as possibilidads d mlhoria dos procssos parciais (SZARGU, ). O concito d xrgia fornc uma stimativa dos rcursos mínimos tóricos rquridos (xigência d nrgia matriais) d um procsso. Est, por sua vz, fornc informaçõs sobr o máximo d salvas qu pod sr alcançada através da utilização d novas tcnologias novos procssos. Novas tcnologias novos procssos não acontcm por si msmas. Ao proporcionar um conhcimnto mais profundo, o concito d xrgia proporciona um mlhor alicrc para a mlhoria para calcular conomias spradas (ALENS t al, 7). A principal lição do prsnt studo é qu, dos procssos studados, o tratamnto da xrgia rvla qu os procssos d aqucimntos são altamnt inficints. Isso é quas smpr o caso dos cálculos xrgéticos é dvido ao fato qu o valor xrgético d aqucimnto é frqüntmnt mnor do qu os valors nrgéticos, particularmnt m tmpraturas próximas as d rfrência. Assim, procssos usando altas tmpraturas, como a do drrtimnto do mtal, são mlhors qu os valors d acréscimo xrgéticos com a tmpratura acima da tmpratura d rfrência. Águas rsiduais a um ou dois graus acima da tmpratura ambint tm, para todos os fitos práticos, nnhum valor d xrgia. Em conclusão, dv também sr mncionado qu a aplicação do concito xrgia fornc informaçõs para o planjamnto m longo prazo d gstão dos rcursos. Hoj, xist comptência xpriência para o planjamnto m curto prazo. Inflizmnt, st não é o caso para planjamntos m longo prazo. Isso muitas vzs dificulta dsnvolvimnto das novas tcnologias ficints. Nos dias d hoj, o concito d xrgia é um complmnto útil para os instrumntos d planjamnto (WALL, 988). Alvs t al (8), dsnvolvu um trabalho com o objtivo d avaliar procsso xrgético do biodisl produzido na planta piloto d biodisl da Univrsidad Fdral da Bahia, Brasil, a partir d ólos gorduras rsiduais. conhcndo a xrgia d ntrada saída, calculou a ficiência xrgética. 5

28 CAPÍULO 3 Rvisão d fundamntos 3. Introdução Nst capítulo srão abordados alguns concitos fundamntais para a mlhor comprnsão das mtodologias considraçõs utilizadas para a ralização do prsnt trabalho. Srão abordados assuntos rfrnts ao biodisl, dsd discussão das matériasprima utilizadas, até suas vantagns dsvantagns na sua utilização como combustívl. Dvido à grandza dos assuntos rlacionados ao biodisl, tais como: matériaprima; métodos d obtnção; fators qu aftam a obtnção do biodisl; qualidad do biodisl; tc., sta rvisão d fundamntos srá posta d manira dirta, no qu diz rspito à ncssidad da comprnsão do prsnt trabalho. Os fundamntos ncssários para a comprnsão da mtodologia d anális aprsntada, d acordo com a ncssidad, srão dvidamnt discutidos na própria aprsntação das quaçõs. 3. O Biodisl Em 895, Rudolf Disl, ngnhiro mcânico almão, dsnvolvu o motor Disl, aprsntado m Paris no ano d 9, m uma fira mundial, com o objtivo d utilizar ólos vgtais como combustívl. Após usa mort, a indústria do ptrólo rfinou um tipo d ólo minral qu dnominou d Ólo Disl. Est, por sr mais barato qu os dmais combustívis, passou a sr largamnt utilizado nos motors Disl. Foi squcido, dsta forma, o princípio básico qu lvou à sua invnção, ou sja, um motor qu funcionass com ólo vgtal ou sus drivados, qu pudss ajudar d forma substancial no dsnvolvimnto da agricultura dos difrnts paíss (ARAÚJO t al, 9). O biodisl foi dfinido pla "National Biodisl Board" dos Estados Unidos como o drivado monoalquil éstrs d ácidos graxos d cadia longa, provnint d fonts rnovávis, como ólos vgtais ou gordura animal, cuja utilização stá associada à substituição d combustívis fóssis m motors d ignição por comprssão (motors disl). Mundialmnt passou-s a adotar uma nomnclatura bastant apropriada para idntificar a concntração do Biodisl na mistura. É o Biodisl BXX, ond XX é a 6

29 prcntagm m volum do Biodisl à mistura. Por xmplo, o B, B5, B B são combustívis com uma concntração d %, 5%, % % d Biodisl, rspctivamnt. Dvido às facilidads cinéticas qu proporciona à ração, intrnacionalmnt o mtanol é prfrido. Entrtanto, o Brasil é o sgundo maior produtor d álcool tílico, oriundo da biomassa no mundo, st é um fator qu stimula os studos d su uso m substituição ao mtanol (CARDOSO t al, 9). A produção d éstrs tílicos é mais difícil qu a dos éstrs mtílicos. A dificuldad stá rlacionada à formação d uma mulsão mais stávl na transstrificação com tanol, a qual prjudica bastant a sparação dos éstrs, principalmnt s o ólo vgtal dsacidificado aprsntar ainda água rsidual da sparação dos sabõs do procsso d nutralização química. Existm trabalhos com produção d biodisl a partir do ólo fúsl. O ólo fúsl é rsultant da dstilação do vinho, caldo d cana mais mlaço já submtido à frmntação, é constituído d álcoois supriors. Para cada litros d tanol produzido, sobram m média,5 L d ólo fúsl na coluna d rtificação. El é obtido na produção do álcool tílico, constituindo a fração mnos volátil obtida durant o procsso d dstilação dss álcool. Su constituint principal é o álcool isoamílico (FREIAS t al, 6). A viabilidad técnica d um combustívl para motors disl dv sr vista sob os sguints grupos d fators: Combustibilidad, impactos ambintais das missõs, compatibilidad ao uso compatibilidad ao manusio. A combustibilidad d uma substância diz rspito ao su grau d facilidad m ralizar a combustão no quipamnto na forma dsjada, na produção d nrgia mcânica mais adquada. Em motor Disl, a combustibilidad rlaciona as sguints propridads ssnciais do combustívl: podr calorífico o índic d ctano. A viscosidad cinmática a tnsão suprficial, plo fato d dfinirm a qualidad d pulvrização na injção do combustívl, participam também como fators d qualidad na combustão. Os impactos ambintais das missõs constitum uma caractrística básica important, pois a fauna a flora prcisam sr prsrvadas. O tor d nxofr d hidrocarbontos aromáticos, além da combustibilidad, são caractrísticas importants inrnts aos impactos das missõs. A transstrificação parc sr a mlhor altrnativa para a utilização dos ólos vgtais como altrnativa ao disl fóssil. Isto porqu as caractrísticas dos éstrs d ácidos graxos (biodisl) são muito próximas das do disl fóssil. Além do mais, os éstrs mtílicos tílicos d ácidos graxos podm sr quimados dirtamnt m motors disl, sm sr ncssário qualqur modificação do motor. Produzir o biodisl é um procsso xtrmamnt simpls, porém produzi-lo dntro das spcificaçõs d forma a tndr os rquisitos d control mrcado xigidos plos motors d ciclo disl modrnos, é bm mais complxo. São crca d duas dznas d spcificaçõs difrnciadas qu dvm sr obdcidas colocar o éstr obtido dntro dos limits xigidos (ARAÚJO t al, 9). Durant o procsso d transstrificação, glicróis intrmdiários são formados podm prmancr no biodisl. Além dsts, triacilglicrol qu não ragiu, glicrina, 7

30 ácidos graxos livrs, álcool rsidual catalisadors podm contaminar o produto final. Assim, foram stablcidos os padrõs qu o biodisl dv atndr. No Brasil sts limits são stablcidos pla Rsolução ANP n o 55 d d março d 8 (ANEXO A). Enfim, o biodisl quando adquadamnt produzido, smpr dv suprar as spcificaçõs contidas nas normas, qu ncontram a sua maior utilidad, com instrumnto d fiscalização contra adultraçõs do produto. 3.. Matéria-Prima A slção da matéria prima é a dcisão mais important a sr tomada já qu o custo da msma rprsnta ntr 6 8% do custo total d produção do biodisl (EIXEIRA EIXEIRA, 7). As matérias-primas para a produção d biodisl são: ólos vgtais, gordura animal, ólos gorduras rsiduais. Ólos vgtais gorduras são basicamnt compostos d triglicrídos, éstrs d glicrol ácidos graxos. abla 3. - Capacidad produtiva d ólo m difrnts tipos d matéria-prima. ipo d Olaginosas or d Ólo (%m) Produção d Ólo (kg/ha.ano) Gorduras Animais - Pinhão Manso 38. Mamona 5 75 Girassol 4 67 Amndoim 39 7 Grglim Canola Dndê. Soja Algodão 5 7 Babaçu 6 9 (Font: CONAB, 4) Algumas fonts para xtração d ólo vgtal, com potncial para sr utilizado na produção d biodisl, são: baga d mamona, polpa do dndê, amêndoa do coco d dndê, amêndoa do coco d babaçu, smnt d girassol, amêndoa do coco da praia, caroço d algodão, grão d amndoim, smnt d canola, smnt d maracujá, polpa d abacat, caroço d oiticica, smnt d linhaça, smnt d tomat d nabo frragiro. 8

31 Entr as culturas tmporárias, podmos dstacar: a soja, o amndoim, o girassol, a mamona a canola. A soja, apsar d sr maior font d protína qu d ólo, pod sr uma important matéria-prima no sforço d produção d biodisl. O amndoim, por tr mais ólo qu protína, podrá voltar a sr produzido com grand vigor nssa ra nrgética dos ólos vgtais. D fato, s dsjar xpandir a produção d ólos m trras homogênas do crrado brasiliro, com absoluta crtza o amndoim podrá sr a mlhor opção, pois é uma cultura totalmnt mcanizada, produz um farlo d xclnt qualidad nutricional para raçõs para alimntos, ainda possui, m sua casca, as calorias para a produção d vapor. O girassol situa-s numa posição intrmdiária ntr a soja o amndoim. As caractrísticas alimntars d su ólo podrão dificultar o su mprgo na produção nrgética. No ntanto, podrão favorcr um dslocamnto d part xprssiva do ólo d soja para a produção d biodisl. O girassol, produzido m safrinhas, na rotação d culturas, pod rndr 8 litros d ólo por hctar, rndimnto próximo ao da soja. Outra cultura tmporária d dstaqu é a da mamona. Essa cultura pod vir a sr a principal font d ólo para produção d biodisl no Brasil. Estudos multidisciplinars rcnts sobr o agrongócio da mamona concluíram qu la constitui, no momnto, a cultura d squiro mais rntávl m crtas áras do smi-árido nordstino. Nsss studos vrificou-s, com bas m séris históricas das áras tradicionalmnt produtoras d mamona, uma produtividad média d. kg/ano d baga d mamona por hctar. A cultura d maior dstaqu mundial para a produção d biodisl é a da canola. O ólo d canola é a principal matéria-prima para produção d biodisl na Europa. A produtividad, situada ntr 35 4 kg d ólo por hctar, tm sido considrada satisfatória para as condiçõs uropéias. O agrongócio da canola nvolv a produção comrcialização do farlo, rico m protínas, qu corrspond a mais d. kg por hctar, além disso, a sua lavoura promov uma xclnt adubação natural do solo. A canola pod sr cultivada no Brasil, a xmplo das culturas tmporárias, por mio d uma agricultura totalmnt mcanizada. Entr as culturas prmannts, pod-s dstacar: o dndê o babaçu. A cultura do dndê pod sr uma important font d ólo vgtal, pois aprsnta a xtraordinária produtividad d mais d 5. kg d ólo por hctar por ano. Ess valor é crca d 5 vzs maior qu o da soja. Contudo, ss valor somnt é atingido cinco anos após o plantio. O ólo xtraído do coco do dndê pod sr obtido da polpa das amêndoas. O ólo da polpa, dnominado d ólo d dndê, é o tradicional ólo da culinária baiana, d cor vrmlha, com sabor odor caractrísticos, sndo comrcializado intrnacionalmnt com a dsignação palm oil. Su prço varia na faixa d 3 a 4 dólars a tonlada. O ólo obtido das amêndoas, dnominado d ólo d palmist, é comrcializado no mrcado intrnacional com prços supriors 5 dólars a tonlada. O coco d babaçu possui, m média, 7% d amêndoas, com 6% d ólo. Assim, o babaçu não pod sr considrado uma spéci olaginosa, pois possui somnt 4% d ólo. No ntanto, a xistência 7 milhõs d hctars d florstas ond prdomina a 9

32 palmira do babaçu a possibilidad d aprovitamnto intgral do coco torna possívl su aprovitamnto nrgético. O Maranhão tm um fort potncial para a produção d biodisl, ntr as várias pculiaridads, dstaca-s o fato do stado sr o maior produtor d babaçu, rprsntando 94% da produção do país, o qu corrspond a milhõs d hctars dsta palmira nativa, aprsntando, juntamnt com o Piauí, zonas d alta dnsidad, com populaçõs supriors a palmiras por hctar. Figura 3.- Potncialidads brasiliras para produção d biodisl (Font: SEBRAE 5). A tabla 3. mostra, com dados disponívis na litratura (PARENE, 3), a produtividad d difrnts olaginosas su potncial d gração d mprgos. Admitindo-s qu % do ólo disl foss substituído por biodisl (B) qu o volum do ólo vgtal sja quivalnt ao do biodisl produzido, sriam ncssárias 68 mil tonladas d ólo vgtal. Caso ss ólo foss produzido a partir da mamona, podriam sr mprgadas até 73 mil famílias cultivados crca d,5 milhõs d hctars. Contudo, nss caso, a rnda familiar sria muito baixa, pois cada família cultivaria o suficint para produzir apnas 94 kg d ólo por ano. 3

33 abla 3. - Potncial d gração d mprgos d algumas olaginosas. Olaginosa Produtividad on/hctar.ano Hctars ncssários para ton/ano Hctars/família Mamona,47 8 Soja, 476 Amndoim,45 6 Babaçu, Dndê 5 5 (Font: PARENE, 3) Outra olaginosa qu stá s dstacando é o pinhão-manso. O pinhão manso (Jatropha curcas L.) prtnc à família das uforbiácas, a msma da mamona, é uma spéci nativa do Brasil. Pod sr cultivado m áras d solos pouco fértis d clima dsfavorávl à maioria das culturas alimntars tradicionais, como por xmplo, no Smi- Árido nordstino. A olaginosa é bastant rsistnt à sca pouco susctívl a pragas donças. É um arbusto qu pod atingir mais d 3 mtros d altura m condiçõs spciais (MELO t al, 6). Uma das principais vantagns do pinhão manso é o su longo ciclo produtivo qu pod chgar a 4 anos mantr a média d produtividad d ton/ha (AZÊVEDO PERES, 6). Por sr prn, também contribui para a consrvação do solo rduz o custo d produção, fator important para sua viabilidad conômica, spcialmnt na agricultura familiar. abla Caractrísticas d alguns vgtais com potncial para produzir Biodisl. Espéci Origm do Mss d Rndimnto or d ólo ólo colhita/ano ton/hctar Dndê/Palma Amêndoa 3-6 Coco Fruto 55-6,3-,9 Babaçu Amêndoa 66,-,3 Girassol Grão ,5-,9 Colza/Canola Grão ,5-,9 Mamona Grão ,5-,9 Amndoim Grão ,6-,8 Soja Grão 8 3,-,4 Algodão Grão 5 3,-, (Font: Noguira, L.A.H. t al. Agência Nacional d Enrgia Elétrica.Adaptado plo DPA/MAPA) Os frutos do pinhão manso são cápsulas qu contêm m su intrior as smnts. As smnts são scuras quando maduras, dntro das quais s ncontra uma amêndoa 3

34 branca. As smnts scas mdm d,5 a cm d comprimnto, variando d acordo com as condiçõs d cultivo. Os ólos gorduras d animais possum struturas químicas smlhants as dos ólos vgtais, sndo moléculas triglicrídicas d ácidos graxos. As difrnças stão nos tipos distribuiçõs dos ácidos graxos combinados com o glicrol. Portanto, as gorduras d animais, plas suas struturas químicas smlhants as dos ólos vgtais fixos, também podm sr transformadas m biodisl. Constitum xmplos d gorduras d animais, possívis d srm transformados m biodisl, o sbo bovino, os ólos d pixs, o ólo d mocotó, a banha d porco, ntr outros. Os ólos gorduras rsiduais, rsultants d procssamnto doméstico, comrcial industrial também podm sr utilizados como matéria-prima. Os ólos d frituras rprsntam grand potncial d ofrta Um lvantamnto primário da ofrta d ólos rsiduais d frituras, susctívis d srm coltados (produção > kg/mês), rvla um valor da ofrta brasilira suprior a 3. tonladas anuais. Algumas possívis fonts dos ólos gorduras rsiduais são: lanchonts cozinhas industriais, indústrias ond ocorr a fritura d produtos alimntícios os sgotos municipais, ond a nata sobrnadant é rica m matéria graxa, águas rsiduais d procssos d indústrias alimntícias. ambém, são surprndnts os volums ofrtados d sbo d animais, spcialmnt d bovinos, nos paíss produtors d carns couros, como é o caso do Brasil. ais matérias primas são ofrtadas, m quantidads substantivas, plos curtums plos abatdouros d animais d médio grand port. Além dos ólos gorduras virgns, constitum também matéria prima para a produção d biodisl, os ólos gorduras rsiduais, rsultants d procssamntos domésticos, comrciais industriais. Hoj, no Brasil, part do ólo vgtal rsidual oriundo do consumo humano é dstinado à fabricação d sabão, m mnor volum, à produção d biodisl. Entrtanto, a maior part dst rsíduo é dscartada na rd d sgotos, sndo considrado um crim ambintal inadmissívl (CHRISOFF, 7). Nss contxto, a utilização d rsíduos gordurosos para a obtnção d biodisl rprsnta uma altrnativa ambintal adquada, uma vz qu é dada a dstinação final dos msmos (WUS, 4). O combustívl dnominado biodisl aprsnta vantagns quanto à produção utilização já sobjamnt conhcidas. Estas vantagns podrão sr ampliadas, plo aprovitamnto da grand biodivrsidad qu o país aprsnta, pois as muitas spécis capazs d produzir biodisl crscm bm nos divrsos trritórios do nosso solo agrícola. Essa divrsificação pod garantir a continuidad da produção d biodisl spcialmnt por fazr a salvaguarda d qubras d safra, prdas sazonais, tc. Como matérias-primas para a produção d biodisl, vêm sndo mprgadas spécis vgtais; porém, como as microalgas já dmonstraram potncialidads para a produção d biodisl, várias vantagns m rlação aos vgtais supriors, dvriam sr considradas como possívis fonts d matéria-prima. Os ólos ncontrados nas microalgas possum caractrísticas físico-químicas químicas similars aos d ólos vgtais por isto las podm sr considradas como potncial matéria-prima para a produção d biodisl. O cultivo d microalgas aprsnta 3

35 várias caractrísticas intrssants: custos rlativamnt baixos para a colhita transport mnor gasto d água, comparados aos d cultivo d plantas; pod sr ralizado m condiçõs não adquadas para a produção d culturas convncionais. As microalgas aprsntam maior ficiência fotossintética qu os vgtais supriors podm sr cultivadas m mio salino simpls; além disto, são ficints fixadoras d CO. Em rlação ao rndimnto m ólo, o d microalgas é plo mnos quinz vzs maior qu o d palma, qu é o d maior produtividad. Exist uma stimativa d produção d ólo d microalgas d 5. a 3. litros/km (EIXEIRA EIXEIRA, 7). 3.. ransstrificação O biodisl é dfinido como um éstr mono-alquila dos ácidos graxos d cadia longa, podndo sr sinttizado por vários procssos, sndo a transstrificação o mais utilizado, por aprsntar fators técnicos conômicos viávis (SOUZA t al, 6). A transstrificação pod sr conduzida na prsnça d catalisadors ácidos, básicos nzimáticos, simpls ou complxos. O mprgo d catalisadors ácidos dntr os quais o ácido sulfúrico, lva a uma cinética d ração muito lnta, quando comparada ao uso d catalisadors básicos. A taxa d convrsão do ólo nutro m éstrs dpnd dirtamnt da manira qu a ração d transstrificação é conduzida, bm como das condiçõs do procsso. Assim, o curso da transstrificação é influnciado por vários fators qu inclum o tipo d catalisador (alcalino ou ácido), razão molar álcool/ólo vgtal, tmpratura, purza dos ragnts (principalmnt o contúdo d água) o tor d ácidos graxos livrs, os quais têm influência no curso da transstrificação. A transstrificação comça com a qubra da molécula do triacilglicrído. Figura 3.- Rprsntação da molécula d um triglicrído. Para ralizar a qubra prcisamos d um catalisador. Então, a ração d transstrificação d ólos vgtais com álcoois primários pod sr ralizada tanto m mio ácido quanto m mio básico, conform dmonstrado nas figuras abaixo: 33

36 Figura Hidrólis m mio ácido. Figura Hidrólis m mio básico. Na hidrólis ácida a ração é rvrsívl. Enquanto qu, na hidrólis básica a ração é irrvrsívl. A utilização do mio ácido ou do mio básico irá dpndr da matéria-prima das condiçõs do procsso. A quantidad d catalisador usada no procsso d fabricação do biodisl irá dpndr do ph do ólo vgtal. O sucsso da ração dpnd da capacidad d mdir o ph, ou msmo, da acidz do ólo vgtal. A alcoólis com mtanol é tcnicamnt mais viávl do qu a alcoólis com tanol, particularmnt s ss corrspond ao tanol hidratado, cujo tor m água (4-6%) diminui o rndimnto da ração. O uso d tanol anidro na ração ftivamnt minimiza st inconvnint, mbora não impliqu m solução para o problma inrnt à sparação da glicrina do mio d ração qu, no caso da sínts do éstr mtílico, pod sr facilmnt obtida por simpls dcantação. Para aumntar o rndimnto, tm qu mprgar um grand xcsso d álcool. Durant o procsso d transstrificação, a glicrina é rmovida do ólo vgtal, dixando o ólo mais fino rduzindo a viscosidad. Para s produzir o biodisl, os éstrs no ólo vgtal são sparados da glicrina. Os éstrs são à bas do biodisl. As figuras 3.5 rprsntam as raçõs d transstrificação com uma molécula d triglicrído, diglicrído monoglicrído, rspctivamnt. Caso a ração d transstrificação sja incomplta, ou caso a purificação sja insuficint, o biodisl produzido pod ficar contaminado com glicrina, triglicrídos álcool. A prsnça d contaminants pod sr prjudicial para os motors para o mio ambint. Os éstrs dvrão sr purificados por cntrifugação dsumidificador. A concntração d glicrina pod indicar a qualidad do biodisl. A glicrina pod star sob a forma d glicrina livr ou glicrina ligada na forma d glicrídos. A glicrina total é a soma da glicrina livr glicrina ligada na forma d glicrídos. 34

37 a) b) c) Figura 3.5 Rprsntaçõs das raçõs d transstrificação na prsnça d catalisador aqucimnto com uma molécula d: a) triglicrídos, b) diglicrídos c) monoglicrídos, rspctivamnt. O procsso d rfino dos produtos dcorrnts da sua produção pod sr tcnicamnt difícil pod lvar substancialmnt os custos d produção. A purza do biodisl dv sr alta d acordo com as spcificaçõs. A mistura típica do produto d uma ração d transstrificação contém éstrs, monoglicrídos, diglicrídos, glicrol, álcool catalisador, m várias concntraçõs. Na sparação, o principal objtivo é rmovr os éstrs dssa mistura, a baixo custo, assgurar um produto d alta purza. Após a ração é ncssário ftuar a purificação do biodisl qu consist basicamnt d três tapas: dcantação, lavagm scagm. No procsso d lavagm são rtiradas impurzas prsnts no mio como o catalisador, o xcsso d álcool utilizado na ração, a glicrina livr rsidual, sais d ácidos graxos; tri-, di- monoglicrídos d forma a atndr as spcificaçõs rgulamntadas pla ANP (Agência Nacional do Ptrólo) (SILVA t al, 9). 35

38 A fas d fundo, chamada d fas psada, contndo, ntr outros, água álcool, dv sr submtida a um procsso d vaporação. Os vapors d água álcool são, a sguir, liqufitos m um condnsador. Da msma forma, o álcool rsidual é rcuprado da fas do topo. Após ssa rcupração, o álcool ainda contém água dv sr dsidratado. Essa dsidratação é normalmnt fita por dstilação. A dsidratação do mtanol é bastant simpls fácil d sr conduzida, uma vz qu a volatilidad rlativa dos constituints dssa mistura é muito grand inxist a azotropia. A dsidratação do tanol é mais difícil m razão da azotropia, associada à volatilidad rlativa não tão acntuada. A opração d lavagm d biodisl é um procsso d xtração líquido-líquido. A xtração líquido-líquido é a opração d transfrência d massa na qual a solução líquida (alimntação), ntra m contado com um líquido miscívl (o solvnt), o qual possui afinidad prfrncial (ou sltividad) para um ou mais componnts da alimntação. O solvnt difr na capacidad d xtração dpndndo da sua strutura química da strutura química dos solutos. O glicrol na sua forma pura é visto como um produto scundário da ração, mas, para mantr a comptitividad do custo d produção, a rmoção a rvnda d glicrol são ssnciais. A mistura rstant, qu contém subprodutos álcool, dv tr o mínimo d contaminants s a convrsão for alta, xcto para o álcool qu ainda for dstilado. A glicrina bruta do procsso contém impurzas, s for purificada, trá um valor d mrcado muito mais favorávl. A purificação da glicrina bruta pod sr fita por dstilação a vácuo, grando um produto límpido transparnt. O produto d calda da dstilação, ajustávl na faixa d % a 5% do pso da glicrina bruta, pod sr dnominado d glicrina rsidual ainda ncontra possívis aplicaçõs Vantagns dsvantagns do biodisl O Biodisl é uma font limpa rnovávl d nrgia qu vai grar mprgo rnda para o campo, pois o país abriga o maior trritório tropical do planta, com solos d alta qualidad qu prmitm uma agricultura auto-sustntávl do plantio dirto; topografia favorávl à mcanização é a nação mais rica m água doc do mundo, com clima tcnologia qu prmitm a produção d duas safras ao ano. No Brasil há muitas trras cultivávis qu podm produzir uma norm varidad d olaginosas, principalmnt nos solos mnos produtivos, com um baixo custo d produção. Em trmos ambintais, uma das mais xprssivas vantagns trazidas plo biodisl rfr-s à rdução da missão d gass polunts. O País podria nquadrar o biodisl nos acordos stablcidos no protocolo d Kyoto nas dirtrizs dos Mcanismos d Dsnvolvimnto Limpo (MDL), já qu xist a possibilidad d vnda d cotas d carbono através do Fundo Protótipo d Carbono (PCF), pla rdução das missõs d gass polunts também créditos d sqüstro d carbono, através do Fundo Bio d Carbono (CBF), administrados plo Banco Mundial. Em janiro d 5 foi sancionada a Li.97, qu dispõ sobr a introdução do biodisl (B) na matriz nrgética brasilira, stablcndo prcntuais mínimos d mistura d biodisl. Quanto maior o prcntual d biodisl nas misturas, mnor s torna o tor d nxofr nas msmas. Isto ocorr dvido à diluição do disl na mistura com 36

39 biodisl, qu é livr d nxofr. Est fato é bastant important, tanto para a diminuição da poluição quanto para a diminuição d procssos corrosivos causados plo nxofr m vículos (GONDIM t al, 9). O aprovitamnto nrgético d ólos vgtais a produção d biodisl são também bnéficos para a socidad, pois gra postos d trabalho, spcialmnt no stor primário. O produtor rural stará produzindo su combustívl. Além disso, o produtor stará fazndo rotação d culturas m sua propridad, incorporando nutrints na sua lavoura. Podm-s prvr claramnt os fitos positivos do biodisl, analisando os bnfícios da adição do tanol na gasolina. O tanol vm da indústria do álcool, uma indústria fort qu faz circular um grand volum d capital, gra mprgos ainda gra dinhiro para o govrno através dos impostos, ajudando a rduzir o déficit público. Podmos, ainda, citar algumas vantagns spcíficas: a) m fácil transport fácil armaznamnto, dvido ao su baixo risco d xplosão. El prcisa d uma font d calor acima d 5 ºC para xplodir. b) O biodisl é um ótimo lubrificant pod aumntar a vida útil do motor. c) Outra grand vantagm é qu, na formação das smnts, o gás carbônico do ar é absorvido pla planta. d) O calor produzido por litro é quas igual ao do disl. ) Na quima do biodisl, ocorr a combustão complta. É ncssária uma quantidad d oxigênio mnor qu a do disl. Apsar d sr favorávl do ponto d vista nrgético, a utilização dirta d ólos vgtais m motors a disl é muito problmática. Estudos ftuados com divrsos ólos vgtais mostraram qu a sua combustão dirta conduz a uma séri d problmas: carbonização na câmara d injção, rsistência à jção nos sgmntos dos êmbolos, diluição do ólo do cártr, contaminação do ólo lubrificant, ntr outros problmas. As causas dsts problmas foram atribuídas à polimrização dos triglicrídos, através das suas ligaçõs duplas, qu conduzm à formação d dpósitos. Assim como a baixa volatilidad a alta viscosidad é a razão principal por qu os ólos vgtais ou gorduras são transstrificados a biodisl, pois a alta viscosidad conduz a problmas na atomização do combustívl (KNOHE & SEIDLEY, 5). A difrnça d propridads ntr o disl os ólos vgtais rsulta principalmnt da divrsidad molcular ntr sss dois grupos d substâncias. O disl é constituído d hidrocarbontos com númro médio d carbonos m torno d quatorz. Os ólos vgtais são triéstrs da glicrina, ou sja, produtos naturais da condnsação da glicrina com ácidos graxos, cujas cadias latrais d ácidos graxos têm númros d carbono variando ntr dz dzoito, com valor médio d quatorz a dzoito para os tipos d ólos mais abundants. Além da prsnça do grupamnto funcional do tipo d éstr, os ólos vgtais possum pso molcular crca d três vzs maior qu o disl (RAMOS, ). Quanto ao dsmpnho d biodisl m motors IC, Nigro t al, (7) compararam o dsmpnho, consumo d combustívl missõs mprgando difrnts porcntagns (B, B B) d éstrs mtílicos éticos m disl. Os tsts foram fitos m um motor Mrcds-Bnz OM 94L. Quanto ao mprgo d éstrs mtílicos 37

40 tílicos, os tsts não indicaram difrnças significativas no dsmpnho missõs. Por outro lado, os tsts fitos com difrnts misturas apontaram qu para cada aumnto d % d biodisl na mistura houv um aumnto, m média, d,3 % do consumo d combustívl. Quanto às missõs, para cada aumnto d % d biodisl na mistura obsrvaram um aumnto d,9% d NOX rduçõs d,3% para CO,,5% d HC,5% m particulados. Os bnfícios ambintais podm, ainda, grar vantagns conômicas. O país podria nquadrar o biodisl nos acordos stablcidos no Protocolo d Kyoto nas dirtrizs dos mcanismos d dsnvolvimnto limpo, já qu xist a possibilidad d vnda d cotas d carbono através do Fundo Protótipo d Carbono, pla rdução das missõs d gass polunts também créditos d "sqüstro d carbono", através do Fundo Bio d Carbono, administrados plo Banco Mundial (FERRARI t al, 3). Na sua grand maioria, o biodisl provém d ólo vgtal constituído d ácidos carboxílicos com duplas ligaçõs altamnt susctívis a oxidação. Uma das dsvantagns do biodisl é qu o msmo é mais propnso à oxidação do qu os combustívis drivados do ptrólo (MONYEM & VAN GERPEN, ). Essa stabilidad s rfr à habilidad do combustívl m rsistir a um conjunto d modificaçõs químicas qu são inrnts ao procsso d armaznamnto por longos príodos. Na prsnça d água, os éstrs podm hidrolisar os ácidos graxos d cadia longa, qu também causam um aumnto da acidz do produto. Como rsultado da dcomposição do biodisl obsrva-s altraçõs m algumas d suas propridads, tais como viscosidad cinmática, índic d acidz, próxido, massa spcífica, comportamnto rológico, tc. Os ólos vgtais aprsntam divrsos antioxidants naturais, tais como vitamina E (tocofróis tocotrinóis, podndo sss ainda sr ncontrados na forma α, β, γ, δ). Contudo, durant o procsso d produção rfino do biodisl, poucos dsss antioxidants naturais prmancm no produto final (MIELBACH & GANGL, ). Dsta forma, a grand maioria dos biodisis produzidos atualmnt possui uma carência dsts compostos inibidors d oxidação, o qu torna sss biocombustívis mnos stávis. odas as unidads d produção d biodisl dvm star quipadas com um laboratório, para qu a qualidad do produto final sja constantmnt monitorada. É important monitorar, também, a qualidad das matérias-primas, qu podm star limitadas por parâmtros, como acidz o tor d água, cujos tsts não são muito dispndiosos. A quima da mistura disl-biodisl m um motor d combustão, por xmplo, libra acrolína d acordo com a quantidad d glicrina prsnt na mistura. A acrolína, aldído α, β-insaturado, é produzida pla combustão incomplta d matrial orgânico, como a glicrina. A EPA (U.S. Environmntal Protction Agncy) acrdita qu a combustão das fonts fixas móvis, sja a principal missora da acrolína na atmosfra. E, a EPA stima qu 75% do aldído insaturado ncontrado no ar atmosférico são originados das fonts automotivas, da quima do tabaco d ólos d fritura (SEAMAN t al, 7). Com a xposição cada vz mais frqünt à acrolína, comçaram a havr indagaçõs sobr os sus fitos nocivos ao sr humano. Nst ponto, há duas linhas d 38

41 pnsamnto: a primira dfnd qu a acrolína é uma xtrmamnt tóxica, prigosa, causadora d mutaçõs gnéticas qu podm lvar ao dsnvolvimnto d câncr; a sgunda afirma qu os fitos da xposição à acrolína xistm, mas são mais brandos. Acidnts com xposição dirta d acrolína sobr a pl, olhos ou até a ingstão d concntraçõs lvadas também acontcm, causam problmas mais gravs. Foi obsrvado o aparcimnto d drmatit, bronquit, dma pulmonar, rspiração curta ou até msmo a mort por intoxicação. Diarréia, náusas vômitos também stão associados à xposição (AZEVÊDO & PERES, 9). 39

42 CAPÍULO 4 Dscrição do procsso d produção da planta piloto 4. Introdução Nst capítulo srá fita uma aprsntação da planta piloto d produção d biodisl d Catés, mostrando um fluxograma rsumido as caractrísticas básicas do procsso, uma dscrição mais dtalhada d cada tapa do procsso. 4. A planta piloto d Catés Implantada plo CEENE-MC, a unidad possui capacidad d produção diária d dois mil litros d bicombustívl, totalizando uma produção anual d aproximadamnt siscntos mil litros. rata-s d uma unidad piloto d procssamnto d biodisl qu viabiliza soluçõs tcnológicas inovadoras para o dsnvolvimnto da cadia d produção d biodisl, sndo rfrência para o dsnvolvimnto d psquisas mprndimntos no stor d biocombustívis da Rgião Nordst. Localizada na Rodovia BR 44, km 7, Zona Rural do município d Catés-PE. As finalidads da unidad xprimntal d biodisl d Catés são o studo da viabilidad d difrnts olaginosas da rgião, capacitação d pssoal, otimização do procsso proporcionando rdução no custo opracional uso do biodisl com studos m motors stacionários vicular. ambém, contribuindo para a gração d mprgo rnda pla agricultura familiar capacitação d pssoal. Figura 4. - Imagns xtrnas da usina piloto d biodisl d Catés. A unidad xprimntal d biodisl d Catés utiliza o ólo d algodão bruto como matéria-prima para produção d biodisl. O ólo d algodão bruto é forncido por uma unidad d xtração d ólo d algodão m Catés. 4

43 Figura 4. - Imagns da unidad d xtração d ólo d algodão m Catés. A produção do biocombustívl na unidad é ralizada m batlada via ração d transstrificação, a 4 ºC, m rota mtílica com razão molar álcool:ólo d, aproximadamnt, 5,3, utilizando catális básica com razão m massa catalisador:ólo d, aproximadamnt,,7%. Figura Imagns intrnas da usina piloto d biodisl d Catés. Alguns tsts do biodisl produzidos na unidad xprimntal d biodisl d Catés são ralizados na frota d ônibus da mprsa ranstil urismo. Figura Ônibus da ranstil urismo ond são ralizados os tsts do biodisl. O procsso d produção d biodisl na unidad xprimntal d Catés é mostrado d manira rsumida através do fluxograma mássico na figura abaixo. 4

44 Figura Fluxograma mássico rsumido do procsso da usina. 4.3 O procsso d produção d biodisl d Catés Dscrvndo d uma manira mais dtalhada o procsso d produção d biodisl, o procsso d produção d biodisl da unidad xprimntal d biodisl d Catés pod sr divido nas sguints tapas: Smi-rfino do ólo Bruto (nutralização, filtragm dsumidificação); Prparação do catalisador; ransstrificação; Sparação d fass; Obtnção do Álcool Rcuprado (Rcupração do álcool a partir da fas psada); Rcupração do Álcool Anidro; Lavagm do Biodisl; Dsumidificação do Biodisl. Atualmnt, a usina piloto d biodisl d catés compra o ólo d algodão bruto, ao invés d comprar o ólo d algodão rfinado, o smi-rfino do ólo bruto é mais uma tapa no procsso d produção do biodisl. O Smi-rfino do ólo bruto é composto pla nutralização do ólo bruto, filtragm do ólo nutralizado dsumidificação do ólo nutralizado d algodão. 4

45 A nutralização do ólo bruto tm como função a rtirada dos ácidos livrs prsnts na composição do ólo. A partir da ração d ólo bruto d algodão com uma solução aquosa d hidróxido d sódio, é obtido o ólo nutralizado a borra d nutralização. A finalidad da rmoção dos ácidos graxos livrs é obtr lvados rndimntos nas raçõs dos glicrídos, m prsnça d catalisadors básicos. Figura Nutralizador. Figura Borra d Nutralização. A sparação das fass é fita através da dcantação das fass no próprio nutralizador, o ólo vgtal nutralizado sgu para o filtro prnsa ond é ralizada a filtragm. Figura Filtro prnsa. A filtragm tm como função a rtirada d rsíduo d borra nutralização prsnt no ólo vgtal nutralizado, também a rtirada d outras impurzas prsnts no ólo 43

46 ants msmo da nutralização do ólo bruto. Além disso, a sparação postrior dos sabõs formados é difícil conduz a prdas no rndimnto da mistura d éstrs. A borra d nutralização consist basicamnt d água, sais sódicos d ácidos graxos, triglicrídos, fosfolipídios, matéria insaponificávl produtos d dgradação do ólo (FRÉ, 9). Após a filtragm, o ólo nutralizado é nviado para o tanqu auxiliar d ólo vgtal, o rsíduo da borra nutralização é somada aos rsrvatórios. Figura Armaznamnto da borra d nutralização. Após a filtragm, o ólo nutralizado vai para o dsumidificador ond acontc a rtirada da umidad prsnt no ólo nutralizado, obtndo assim o chamado ólo smirfinado. Figura 4.- Dsumidificador. No dsumidificador, o ólo é aqucido até uma dtrminada tmpratura, o vapor d água, produto do aqucimnto, é rtirado através d uma purga localizada no topo do dsumidificador. Figura 4. - Purga do dsumidificador. 44

47 O álcool mtílico anidro é bombado do tanqu d armaznamnto d álcool, na ára xtrna da usina, para o tanqu auxiliar d álcool anidro. Uma solução d hidróxido d sódio m mtanol é prparada m tanqus d mistura. O hidróxido d sódio é colocado manualmnt nos tanqus, o álcool scoa, por gravidad, do tanqu auxiliar até os tanqus d mistura. A solução circula plos tanqus até complta dissolução do hidróxido d sódio no mtanol, formando o mtóxido d sódio [(CH 3 O)Na]. Após a dissolução d todo o hidróxido d sódio no mtanol, a solução catalisadora sgu para o rator /ou ond ocorrrá a transstrificação. Figura 4. - anqu d prparo do catalisador. O ólo smi-rfinado a solução catalisadora são nviados para os rators ond ocorrrá a transstrificação. Os rators possum sistma d agitação, aqucimnto, condnsadors para rfluxo do vaporado tanqus d circulação para aumntar a ficiência da ração. Figura Rator. A mistura prmanc durant, aproximadamnt, uma hora nos rators a uma tmpratura d 5 ºC durant a transstrificação. O condnsador situado sobr o ciclon tm a finalidad d rduzir as prdas durant a circulação. 45

48 Figura Condnsadors. Através do sistma d sparação d fass, o produto da ração é dividido m duas fass: a fas do biodisl (fas lv) a fas da glicrina (fas psada). O sistma d sparação d fass é formado por dois dcantadors m parallo com uma ligação no topo ntr si. O produto da ração da transstrificação é nviado para um dcantador (dcantador da fas psada). A fas lv, qu s mantém na part suprior, vai transbordando para o outro dcantador (dcantador da fas lv) através da tubulação na part suprior ligando os dcantadors. No momnto m qu toda a fas lv for transbordada para o outro dcantador, as fass são nviadas sparadamnt para as tapas sguints. A fas psada é nviada para o tanqu pulmão da fas psada, ond circulará ntr o tanqu o vaporador. O vaporador possui uma saída no topo ond o álcool vaporado scoa para o condnsador 3 até o tanqu d condnsado. Após xtração do álcool da fas psada, a glicrina bruta é nviada para o tanqu auxiliar d glicrina bruta, dpois armaznada m rsrvatórios. Figura anqu pulmão da fas psada, vaporador condnsador 3. 46

49 Figura anqu do condnsado. O objtivo dsta tapa é a rcupração d part do xcsso d álcool utilizado durant a ração d transstrificação. O álcool rcuprado é o álcool xtraído da fas psada. O álcool rcuprado do tanqu condnsado é nviado para o tanqu auxiliar d álcool rcuprado. Por gravidad, o álcool scoa do tanqu auxiliar para o tanqu da torr d dstilação. Figura orr d dstilação. Após aqucimnto, o álcool vaporado scoa pla coluna d dstilação até os condnsadors horizontais. O álcool anidro condnsado scoa, por gravidad, até o tanqu auxiliar d álcool anidro. Figura Condnsadors horizontais. 47

50 A fas lv sgu para lavagm m um tanqu d mistura ond é adicionada uma solução aquosa d ácido cítrico para nutralizar o xcsso d catalisador, rduzindo o ph liminando assim qualqur sabão d ácidos graxos livrs, rduzindo a tndência mulsificant. O sistma d lavagm da fas lv é formado por dois tanqus d mistura, cntrífuga dois tanqus auxiliars para a cntrífuga. A fas lv é nviada partir do tanqu pulmão da fas lv para um dos tanqus d mistura. Figura Sistma d lavagm do biodisl. Álcoois, como o mtanol o tanol, assim como o catalisador alcalino, aprsntam maior solubilidad na fração d glicrina, d maior polaridad; Assim, a maior part dsts matriais rsiduais é rmovido quando o glicrol é sparado do biodisl. No ntanto, após a sparação, o biodisl ainda pod aprsntar a 4% do álcool utilizado. Mas, qualqur álcool rmanscnt no biodisl dv sr liminado durant a tapa d lavagm aquosa. A cntrífuga é utilizada para sparar o biodisl da fas aquosa. A cntrífuga possui uma bomba d sucção uma bomba d rotação, é utilizada para sparar o biodisl da fas aquosa. Como a sparação não é complta, o biodisl é chamado d turvo. Figura 4. - O biodisl turvo. O biodisl turvo é nviado d volta ao tanqu pulmão da fas lv para dar início à tapa da dsumidificação do biodisl. A dsumidificação do biodisl consist na passagm do biodisl plo vaporador para o dsumidificador. O aqucimnto do biodisl turvo acontc no 48

51 vaporador, à mdida qu o dsumidificador é prnchido, o vapor d água é xtraído através d uma purga no topo do dsumidificador. Figura 4. - anqu pulmão da fas lv, vaporador condnsador. Figura 4. - Dsumidificador. Após xtração da umidad, o biodisl é nviado para o tanqu auxiliar d biodisl, dpois para o tanqu d armaznamnto na ára xtrna da usina. Os tanqus auxiliars fazm a ligação d cada tapa do procsso d produção d biodisl da usina piloto d Catés. Figura anqus auxiliars. Obsrvando somnt o fluxo d massa nos tanqus auxiliars, podmos tr uma comprnsão adquada do procsso. 49

52 Figura Fluxo d massa nos tanqus auxiliars. oda adição da carga térmica no procsso d produção d biodisl da usina piloto d biodisl d Catés é ralizada pla caldira a ólo minral. Ou sja, as tapas com sistma d aqucimnto. São ls: rators, vaporadors torr d dstilação. anto os vaporadors, como o tanqu da coluna d dstilação são ncamisados. Já os rators possum uma srpntina no su intrior ond acontc o scoamnto do ólo minral. Figura Caldira a ólo minral. oda rmoção da carga térmica do procsso d produção d biodisl é ralizada utilizando-s água como fluído d rsfriamnto. 5

53 Figura orr d rsfriamnto. A água qu sai dos rsfriadors do procsso é alimntada distribuída no topo da torr d rsfriamnto, constituída d um nchimnto intrno para mlhor spalhar a água. Ar ambint é insuflado através do nchimnto, m contracorrnt ou corrnt cruzada com a água qu dsc. Por mio dss contato líquido-gás, part da água vapora ocorr o su rsfriamnto. Numa torr d rsfriamnto, a principal contribuição para o rsfriamnto da água é dada pla vaporação d part dssa água qu rcircula na torr. A vaporação da água (transfrência d massa da fas líquida para a fas gasosa) causa o abaixamnto da tmpratura da água qu scoa ao longo da torr d rsfriamnto. Isso ocorr porqu a água para vaporar prcisa d calor latnt, ss calor é rtirado da própria água qu scoa ao pla torr. Figura Princípios d funcionamnto d uma torr d rsfriamnto (Font: adaptado do sit 5

54 CAPÍULO 5 Mtodologia d obtnção d dados 5. Introdução Conhcndo todo o procsso da planta piloto d produção d biodisl, foi fito um lvantamnto dos parâmtros físicos químicos ncssários para a anális nrgética xrgética. Os parâmtros para os cálculos vão variar d acordo com a tapa do procsso da planta piloto. Entr outros, as tmpraturas, as massas d ntrada d saída m cada tapa, a composição dos ragnts produtos, tmpo d cada tapa d utilização d cada quipamnto, propridads físicas químicas dos ragnts produtos, dimnsõs dos quipamntos, tc. Para a ralização das mdiçõs dos parâmtros foi ncssário fazr o lvantamnto d dados com a planta m funcionamnto. 5. Instrumntação Durant as visitas técnicas à Planta Piloto d Biodisl d Catés/PE foi vrificado qu a planta não stava totalmnt instrumntalizada. Assim, houv a ncssidad da obtnção d quipamntos ncssários para a ralização da colta d dados. Lista d quipamntos ncssários para obtnção d dados amostras durant o trabalho d campo: a) rna d 5mtros. A trna foi utilizada para mdir algumas dimnsõs dos quipamntos, distâncias comprimntos d tubulaçõs. Figura 5. - rna d 5 mtros. 5

55 b) rmômtro Digital Infravrmlho com Emissividad Ajustávl (DIEA). O trmômtro digital infravrmlho foi muito important na colta d tmpraturas, dvido à fácil mobilidad prant a varidad d pontos d mdição a srm mdidos na msma tapa possibilidad da ftuar mdiçõs m locais com difícis acssos. O DIEA possui a vantagm d não sofrr intrfrências por campos ltromagnéticos. Figura 5. - rmômtro digital infravrmlho com missividad ajustávl. c) Paquímtro. O paquímtro foi utilizado para obtnção das spssuras das pards dos tanqus, rators, tc. Figura Paquímtro. d) Cronômtro digital. O cronômtro foi bastant utilizado para o conhcimnto do tmpo d cada tapa do procsso,, também, do tmpo d funcionamnto d cada quipamnto létrico utilizados nas tapas. Figura Cronômtro digital. ) Alicat amprímtro. O alicat amprímtro foi também bastant utilizado na colta dos valors das ampragns dos quipamntos utilizados m cada tapa. 53

56 Figura Alicat Amprímtro. f) rmopars do tipo. Foram utilizados, aproximadamnt, 8 mtros d trmopars do tipo, somados m 5 fios difrnts, para a colta d tmpraturas nas pards dos quipamntos nas tubulaçõs. Figura rmopars colocados m pard m tubulaçõs. g) Bancada com dataloggr laptop Os valors das tmpraturas obtidas plos trmopars foram lançados para o computador através do dataloggr. O dataloggr é um rgistrador d dados o su uso foi d grand importância para a colta das tmpraturas pla possibilidad da colta m difrnts pontos ao msmo tmpo. Figura Bancada com laptop dataloggr. h) rmo-higro-anmômtro O anmômtro digital foi utilizado para a obtnção da vlocidad do ar, tmpratura umidad do ar d ntrada d saída da torr d rsfriamnto. 54

57 Figura rmo-higro-anmômtro. i) Instrumntação da usina ambém foram utilizados quipamntos d mdição da própria usina, tais como trmômtrs trmopars, como mostra a figura 5.9, sts foram usados como rfrência para os valors obtidos plos quipamntos lvados. Figura Instrumntação própria da usina para mdição d tmpratura na torr d dstilação, no tanqu pulmão da fas psada caldira, rspctivamnt. j) Equipamntos d sgurança Além dos quipamntos d colta d dados amostras, foram utilizados quipamntos d protção individual durant a colta no trabalho d campo, tais como: Bata, luva, capact d protção, prottor auricular rspiradors. 5. Dados obtidos A strutura da usina dificultou muito a colta d dados intrínscos do procsso, como tmpratura, massa dos fluxos, prssõs intrnas dos quipamntos vazõs d bombas. 5.. mpo mdido m cada tapa O tmpo d funcionamnto d cada quipamnto, acssório (por xmplo, bombas motors), abrtura d válvula foi mdido. ão como, o tmpo d cada tapa do procsso d produção do biodisl d Catés, como mostra a tabla

58 A partir dos tmpos coltados, foi obsrvado qu a dstilação do álcool hidratado a dsumidificação do biodisl foram as tapas do procsso mais duradouras. abla 5. - mpo total d cada tapa. Equipamnto mpo [h] mpo, % Nutralização filtragm do ólo bruto,37 6,73% Dsumidificação do ólo nutralizado 3, 8,8% Prparação do catalisador,65 4,68% ransstrificação 4,7,56% Rcupração do álcool da FP 3,98,9% Dstilação do álcool rcuprado, 34,8% Lavagm do biodisl,5 7,6% Rlavagm do biodisl,3,9% Dsumidificação do biodisl 4,5,77% A partir da tabla 5., obtmos qu o tmpo total do procsso d produção d biodisl d litros d ólo bruto é d, aproximadamnt, 35 horas. Figura 5. - Prcntual do tmpo d cada tapa. 5.. Balanço d massa m cada tapa Os fluxos d massa d ntrada nos quipamntos foram obtidos através d informaçõs dadas plos funcionários da usina. Mas, para o cálculo dos fluxos d saída foi utilizado corrlaçõs matmáticas com as dimnsõs dos quipamntos nvolvidos m cada tapa o volum ocupado. A tabla 5. mostra os valors dos fluxos d massa d ntrada saída m cada tapa. Em vrmlho stão indicados os fluxos d saída. 56

59 abla 5. - Balanço d massa m cada tapa. Etapa i Componnts m i [kg/s] Nutralização filtragm do ólo bruto Dsumidificação do ólo nutralizado Prparação do catalisador ransstrificação Nutralização filtragm do ólo bruto Dsumidificação do ólo nutralizado Prparação do catalisador ransstrificação Rcupração do álcool da FP Dstilação do álcool rcuprado m i [kg] OB+NaOH (aq), 956, BORRA, 94,5 3 ON, 86,6 ON+ H O (l),74 74,643 H O (V),,97 3 ON,73 7,76 OH,7 53,77 NaOH (s),, 3 SC,8 55,77 OSR,56 7,76 SC, 55,738 3 H O (l),58 778,3 4 FL+FP,67 38,454 5 H O (l),58 778,3 OB+NaOH (aq), 956, BORRA, 94,5 3 ON, 86,6 ON+ H O (l),74 74,643 H O (V),,97 3 ON,73 7,76 OH,7 53,77 NaOH (s),, 3 SC,8 55,77 OSR,56 7,76 SC, 55,738 3 H O (l),58 778,3 4 FL+FP,67 38,454 5 H O (l),58 778,3 FP+OH,4,96 H O (l), ,6 3 FP,5 69,44 4 OH,9 43,5 5 H O (l), ,6 OH+ H O (l),5 6,64 H O (l), , 3 H O (l), 4,95 4 OH,5,39 5 H O (l), , 57

60 abla 5.3 Continuação da tabla 5.. Etapa i Componnts m i [kg/s] Lavagm do biodisl Rlavagm do biodisl Dsumidificação do biodisl m i [kg] FL+NAOH,88 64,6 AC+ H O (l), 3,45 3 FL,85 55,77 4 H O (l) +CS,3 39,9 FL,7 55,77 H O (l),4 9,936 3 H O (l),6 3,73 4 FL,6 54,3 FL+ H O (l),47 58,6 H O (v), 5,946 3 FL,45 48,5 A composição m ácidos graxos do ólo bruto, a composição m éstrs d ácidos graxos do biodisl foram obtidas através d análiss cromatográficas ralizadas no Laboratório d Cromatografia Instrumntal (LCI) do Dpartamnto d Engnharia Química (DEQ) da Univrsidad Fdral d Prnambuco (UFPE). A tablas 5.4 mostra a composição do ólo d algodão do biodisl. abla Composição m ácidos graxos (AC) do ólo d algodão m éstrs mtílicos (EM) do biodisl d algodão. Fórmula F. EM Nom % AC % EM C 4 H 8 O C 5 H 3 O Mirístico (C4:),5,5 C 6 H 3 O C 7 H 34 O Palmítico (C6:),5,5 C 6 H 3 O C 7 H 3 O Palmitoléico (C6:),, C 8 H 36 O C 9 H 38 O Estárico (C8:),5,5 C 8 H 34 O C 9 H 36 O Oléico (C8:) 7,5 7,5 C 8 H 3 O C 9 H 34 O Linoléico (C8:) 46, 46, A partir da tabla 5.4, é vrificado qu o ólo d algodão possui 75,5% d sua composição d ácidos graxos insaturados. Da msma forma, o biodisl d algodão possui lvado tor d insaturados na sua composição, ond o éstr do ácido linoléico stá m maior quantidad. A anális cromatográfica foi ralizada cromatógrafo a gás da marca Ciola & Grgori, modlo CGMASER com FID, sndo utilizada programação linar d tmpratura (6 o C durant 5 minutos, 5 o C /min até o C durant 4 minutos dpois o C /min até 5 o C durant 5 minutos), com vazão do gás d arrast constant m 5 ml/min m uma coluna Carbowax M (,53mm x 3 m x,5 μm) d politilno glicol. Os picos foram idntificados m comparação dos tmpos d rtnção das amostras com os d um padrão d mantiga, por st possuir ácidos graxos qu variam d C6 a C8. A quantificação foi fita através do prcntual d ára (%A) no programa Paksimpl

61 Sabndo a composição m ácidos graxos do ólo, a composição m éstrs do biodisl, foram calculados os psos molculars do ólo d algodão do biodisl (dos éstrs mtílicos) dst ólo d algodão. Os rspctivos valors foram d 86,45 g/mol 864,45 g/mol. Ests valors são importants para o cálculo do rndimnto bruto o rndimnto m éstrs da ração d transstrificação, a purza do biodisl. Conhcndo os psos molculars do ólo do biodisl, a massa do ólo d ntrada, o prcntual d glicrina no ólo, pod-s prvr a massa mínima máxima formada d glicrina no procsso. Para o caso da unidad xprimntal d biodisl d Catés, a massa mínima máxima d glicrina qu podm sr formadas na ração d transstrificação é d, rspctivamnt, 7,74 kg 79,844 kg. A partir da composição d ácidos graxos do ólo, d éstrs d ácidos graxos do biodisl foi possívl calcular a composição lmntar dos msmos com simpls rlaçõs matmáticas nvolvndo os psos molculars das composiçõs. Os valors da composição lmntar do ólo d algodão do biodisl d algodão são mostrados nas tablas , rspctivamnt. abla Composição lmntar do ólo d algodão. Composição lmntar do ólo C H O 77,8%,57%,6% abla Composição lmntar do biodisl d algodão. Composição lmntar do biodisl C H O 76,9%,98%,% Das tablas , foi obsrvado qu não há uma variação significativa na composição lmntar ntr o ólo o su biodisl puro. Através do balanço d massa, foi vrificado qu o ólo bruto utilizado possui aproximadamnt % d glicrina 9,6% d ácidos graxos livrs, só 8,4% do ólo são triglicrídos capazs d formar o biodisl. No caso da borra nutralização, foi considrado qu 69% da sua composição é água, 9,5% é sabão,,5% é d ólo puro (FRÉ, 9) Então, a partir d 95 kg d ólo bruto ( litros), 6 kg d NaOH(s) 6,9 kg d álcool (4 litros), foram formados, aproximadamnt 745,85 kg d biodisl, 79,84 kg d glicrina, 94,5 kg d borra d nutralização. A difrnça da massa d ntrada d saída stá rlacionada com as massas d água líquida vapor d saída, impurzas qu são rtiradas durant a filtragm, lavagm, tc mpraturas mdidas m cada tapa Foram fitas mdiçõs d tmpratura nas tapas ond xistiu transfrência d calor ntr os quipamntos o mio ambint, ou ond xistiu troca térmica ntr os fluído d aqucimnto, ou rsfriamnto, o quipamnto. 59

62 Em gral, foram mdidas as tmpraturas na ntrada na saída do fluído d aqucimnto, ou rsfriamnto, nos quipamntos, possibilitando a quantificação da troca térmica. ão como, as tmpraturas nas pards dos quipamntos nas ntradas saída dos fluxos d massa nos quipamntos. Em muitos casos, os fluxos d massa ntram sam m tmpratura ambint. É possívl obsrvar m alguns gráficos d tmpratura obtidos a partir do dataloggr, qu houv uma intrfrência grand durant a colta, causando ruído m algumas curvas. Uma possívl causa dssa intrfrência pod sr a fort vntilação do ambint, ou a falta d atrramnto no dataloggr. Em alguns casos, os fios dos trmopars foram pisados, sm intnção, plos próprios funcionários da usina. Ants da ralização da colta das tmpraturas, os trmopars o trmômtro digital infravrmlho com missividad ajustávl (DIEA) foram calibrados. Existm pontos d mdição qu foram ralizadas coltas com trmopars, também, com o DIEA. Esss valors foram comparados para obtr maior sgurança nos valors das tmpraturas coltadas. Na tapa da tapa da nutralização do ólo bruto foram fitas mdiçõs d tmpratura com trmopars com o DIEA. Com trmopars, foram fitas mdiçõs nos pontos d ntrada saída do ólo minral, pard do nutralizador, rspctivamnt, como mostra a figura 5.. Com o DIEA, foram fitas mdiçõs na pard do nutralizador com missividad ajustada d,93, como mostra a figura 5.3. Figura 5. - Pontos d mdição com trmopars na nutralização do ólo bruto. A figura 5. mostra o gráfico dos valors obtidos nas mdiçõs com trmopars durant a tapa da nutralização do ólo bruto. 6

63 Figura 5. - mpraturas mdidas no procsso d nutralização, mdidas com os trmopars. A partir da figura 5., é vrificado o aumnto da tmpratura na pard do nutralizador dvido ao fluxo d ólo minral no nutralizador. Vrifica-s, também, qu dpois d dsligar o fluxo d ólo minral, a tmpratura da pard do nutralizador prmancu um tmpo constant m quilíbrio. Figura Ponto d mdição com o DIEA na nutralização do ólo bruto. Figura mpraturas mdidas na pard do nutralizador, mdidas com o DIEA. 6

64 A figura 5.4 mostra o gráfico dos valors obtidos nas mdiçõs com o DIEA durant a tapa da nutralização do ólo bruto. Como, também, mostra a figura 5., o aumnto na tmpratura é dvido ao fluxo d ólo minral plo nutralizador. Na tapa da tapa da dsumidificação do ólo nutralizado foram fitas mdiçõs d tmpratura com trmopars com o DIEA. Com trmopars, foram fitas mdiçõs nos pontos d ntrada saída do ólo minral, pard do dsumidificador. Com o DIEA, foram fitas mdiçõs na pard do dsumidificador com missividad ajustada d,93. Figura Pontos d mdiçõs no procsso d dsumidificação do ólo nutralizado, mdidas com trmopars. A figura 5.6 mostra o gráfico dos valors obtidos nas mdiçõs com trmopars durant a tapa da dsumidificação do ólo nutralizado. A partir da figura 5.6, é vrificado o aumnto da tmpratura na pard do dsumidificador dvido ao fluxo d ólo minral. Obsrvamos, também, qu o gradint d tmpratura ntr as tmpraturas d ntrada saída do ólo minral foi bm significativo. Figura mpraturas mdidas no procsso d dsumidificação do ólo, mdidas com os trmopars. A figura 5.7 mostra o gráfico dos valors obtidos nas mdiçõs com o DIEA durant a tapa da dsumidificação do ólo nutralizado. 6

65 Figura mpraturas mdidas na pard do dsumidificador, mdidas com o DIEA. Na tapa da prparação do catalisador foram fitas mdiçõs d tmpratura com o DIEA na pard do tanqu d prparação do catalisador, com missividad ajustada d,93. Os valors obtidos nas mdiçõs são mostrados na figura 5.8. A partir da figura 5.8, é obsrvado o aqucimnto na pard do tanqu d prparação do catalisador, mostrando o carátr xotérmico da dissolução do hidróxido d sódio anidro no álcool mtílico anidro. Figura mpraturas mdidas na pard do tanqu d prparação da solução catalisadora, mdidas com o DIEA. Na tapa da tapa da transstrificação foram fitas mdiçõs d tmpratura com trmopars com o DIEA. Com trmopars, foram fitas mdiçõs nos pontos d ntrada saída do ólo minral, pard do rator, como mostra a figura 5.9. Com o DIEA, foram fitas mdiçõs na pard do rator na pard do condnsador, com missividad ajustada d,93. 63

66 Figura mpraturas mdidas na pard do rator, mdidas com trmopars. A figura 5. mostra o gráfico dos valors obtidos nas mdiçõs com trmopars durant a tapa da transstrificação. Vrifica-s o aumnto da tmpratura na pard do rator dvido a passagm do fluxo do OM, o aumnto da tmpratura na pard do tanqu d prparação da SC dvido a dissolução do NaOH(s) no álcool mtílico anidro, como também é mostrado na figura 5.. Figura 5. - mpraturas mdidas no procsso d transstrificação, mdidas com os trmopars. A figura 5. mostra o gráfico dos valors obtidos nas mdiçõs com o DIEA durant a tapa da transstrificação na pard do rator. Figura 5. - mpraturas mdidas na pard do rator, mdidas com o DIEA. 64

67 A figura 5. mostra o gráfico dos valors obtidos nas mdiçõs com o DIEA durant a tapa da transstrificação na pard do condnsador. Vrifica-s o aumnto d tmpratura na pard do condnsador mostrando qu houv o rfluxo do vapor da fas lv. Figura 5. - mpraturas mdidas na pard do condnsador da transstrificação, mdidas com o DIEA. Na tapa da tapa da rcupração do álcool a partir da fas psada foram fitas mdiçõs d tmpratura com trmopars com o DIEA. Com trmopars, foram fitas mdiçõs nos pontos d ntrada saída do ólo minral do vaporador, ntrada saída da água do condnsador, a tmpratura d saída do vapor d álcool do vaporador, como mostra a figura 5.3. Com o DIEA, foram fitas mdiçõs na pard do tanqu pulmão da fas psada, na ntrada da circulação no tanqu pulmão da fas psada, a tmpratura d saída do álcool no condnsador 3, com missividad ajustada d,93. Figura Pontos d mdição na tapa da rcupração do álcool a partir da fas psada, mdidas com trmopars. A figura 5.4 mostra o gráfico dos valors obtidos nas mdiçõs com trmopars durant a tapa da rcupração do álcool a partir da fas psada. 65

68 Figura mpraturas mdidas no procsso d rcupração do álcool, mdidas com os trmopars. As tmpraturas obtidas com o DIEA na tapa da rcupração do álcool a partir da fas psada são mostram os gráficos nas figuras 5.5, Figura mpraturas mdidas na pard do tanqu pulmão da fas psada, mdidas com o DIEA. Alguns quipamntos da usina, por xmplo, o tanqu pulmão da fas psada, possui instrumntação própria, como mostra a figura 5.6. Os valors obtidos da instrumntalização da usina foram usados como rfrência comparação com os outros dados coltados. Figura Instrumntação própria para mdição d tmpratura do tanqu pulmão da fas psada. 66

69 Figura mpraturas mdidas na ntrada do tanqu pulmão da fas psada, mdidas com o DIEA. Figura mpraturas mdidas na saída do condnsador 3, mdidas com o DIEA. Na tapa da tapa da dstilação do álcool hidratado foram fitas mdiçõs d tmpratura com trmopars com o DIEA. Com trmopars, foram fitas mdiçõs nos pontos d ntrada saída do ólo minral, ntrada saída da água nos condnsadors horizontais, na ntrada do vapor d álcool nos condnsadors horizontais. Com o DIEA, foram fitas mdiçõs na pard da torr d dstilação na saída do álcool nos condnsadors horizontais, com missividad ajustada d,93. Figura rmopars colocados na torr d dstilação para mdir a ntrada saída do ólo minral. 67

70 Figura rmopars colocados nos condnsadors horizontais para mdir as tmpraturas d ntrada saída da água, ntrada do vapor d álcool. As tmpraturas obtidas com os trmopars durant a tapa da dstilação do álcool são mostradas na figura 5.3. A partir da figura 5.3 obsrvamos o momnto a tmpratura m qu o vapor d álcool ntra no primiro condnsador horizontal, o gradint d tmpratura da água d rsfriamnto dos condnsadors. Figura mpraturas mdidas no procsso d dstilação do álcool rcuprado, mdidas com os trmopars. As tmpraturas obtidas com DIEA durant a tapa da dstilação do álcool na pard da torr d dstilação, como mostra a figura 5.3, são mostradas na figura Figura Mdição d tmpratura na pard da torr d dstilação com o DIEA. 68

71 Figura mpraturas mdidas na pard da torr d dstilação, mdidas com o DIEA. A torr d dstilação possui instrumntação própria para mdir tmpratura. Os valors obtidos da instrumntalização própria da torr d dstilação foram usados como rfrência comparação com os outros dados coltados. A tmpratura mdida com o DIEA na pard do dstilador foi coltada próximo ao mdido próprio da torr,, dvido a falta d strutura física para outros pontos d mdição na coluna, considramos qu a tmpratura na pard da torr é uma média dos valors coltados. Figura Instrumntação própria para mdição d tmpratura da torr d dstilação. As tmpraturas obtidas com DIEA durant a tapa da dstilação do álcool na saída do álcool dos condnsadors horizontais são mostradas na figura Figura mpraturas mdidas na saída do álcool dos condnsadors horizontais, mdidas com o DIEA. 69

72 Na tapa da tapa da dsumidificação do biodisl foram fitas mdiçõs d tmpratura com trmopars com o DIEA. Com trmopars, foram fitas mdiçõs nos pontos d ntrada saída do ólo minral no vaporador, na ntrada do biodisl no dsumidificador, na pard do dsumidificador. Com o DIEA, foram fitas mdiçõs na pard do dsumidificador, com missividad ajustada d,93. Figura Colta d tmpraturas d ntrada saída d ólo minral no vaporador. Figura Colta d tmpraturas na pard do dsumidificador com trmopar. As tmpraturas obtidas com trmopars durant a tapa da dsumidificação do biodisl são mostradas na figura Figura mpraturas mdidas no procsso d dsumidificação do biodisl, mdidas com os trmopars. 7

73 As tmpraturas obtidas com DIEA na pard do dsumidificador, como mostra a figura 5.39, são mostradas na figura 5.4. Figura Mdição d tmpraturas na pard do dsumidificador com DIEA. Figura mpraturas mdidas na pard do dsumidificador, mdidas com o DIEA. 7

74 CAPÍULO 6 Mtodologia d anális nrgética xrgética 6. Introdução Nst capítulo srão aprsntadas as quaçõs da mtodologia proposta para anális nrgética xrgética m cada tapa d produção d biodisl da planta d biodisl. A mtodologia foi formulada d tal forma qu possa sr aplicada m outras plantas d produção d biodisl. 6. Equaçõs utilizadas 6.. Balanço Enrgético A ª Li da rmodinâmica foi utilizada para a ralização do balanço nrgético m cada tapa studada. de Q W m ihi m ihi (Eq. 6.) dt v. c. ntra sai A transfrência d calor num procsso quas-stático a prssão constant é igual a variação d ntalpia sta inclui a variação d nrgia intrna o trabalho nst procsso. A ntalpia, h, rprsnta a mdida da nrgia do sistma qu stá disponívl na forma d calor à prssão constant. Pod sr dfinida d manira como as nrgias rlacionadas com as mudanças d stado variaçõs d tmpratura m uma ração química (VAN WYLEN, 998). h h, h (Eq. 6.) i f i i A ntalpia d formação, h f, rfr-s à nrgia librada ou absorvida quando um mol d um composto s forma a partir d substâncias simpls no stado padrão (as quais têm ntalpia-padrão igual a zro). Então, nas tapas ond houv ração química foi lvada m considração a ntalpia d formação. A variação d ntalpia m cada stado é função do calor spcífico a prssão constant a difrnça ntr tmpratura no stado ( i ) a tmpratura d rfrência. Foi considrada a tmpratura d rfrência ( ) como sndo a tmpratura ambint (VAN WYLEN, 998). 7

75 h i Cp i i (Eq. 6.3) 6.. Balanço Exrgético O balanço xrgético foi ralizado através da quação obtida d uma combinação ntr a primira Sgunda Li da rmodinâmica (VAN WYLEN, 998). dex dv Q J W P mii mii Ex d dt v c J (Eq. 6.4).. J dt ntra sai A xrgia, ou disponibilidad nrgética, d um sistma trmodinâmico, num dado stado, é dfinida como o trabalho máximo qu s pod obtr lvando-s o sistma ao stado d quilíbrio com o ambint, num procsso rvrsívl. Num procsso ral (irrvrsívl), há uma parcla d trabalho não ralizado, qu dá uma mdida da irrvrsibilidad do procsso. A xrgia total do fluxo srá é a soma da xrgia química física spcífica: i Fis i ch i A xrgia física spcífica ( Fis i h i hi s i si hi si Fis i s i (Eq. 6.5) ) é calculada d acordo com a quação abaixo: a variação d ntropia foi calculada através da rlação: i Cp ln i (Eq. 6.6) (Eq. 6.7) O cálculo da xrgia química spcífica ( ch i) para combustívis pod sr ralizado através d uma rlação ntr PCI, como mostra a quação a sguir (KOAS, 995): ch i PCI i i (Eq. 6.8) xprssa a rlação ntr a xrgia química do combustívl sua composição lmntar (KOAS, 995). H O S H x i x i x i x i i,4 +,78 +,43 +,69 C C -,68 (Eq. 6.9) C C x i x i x i x i Em alguns casos, os valors das xrgias químicas d algumas substâncias foram obtidos m tablas contidas na litratura (KOAS, 995). Para combustívis sólidos líquidos o podr calorífico suprior pod sr calculado pla sguint rlação: PCI i Assim, PCS i H 44 (9xi wi ) O C H xi PCS i 339 xi 48 ( xi ) 9 x 8 S i (Eq. 6.) (Eq. 6.) 6..3 Cálculo do calor pdido pla pard O calor prdido plas pards dos quipamntos para o mio ambint ocorr por convcção natural radiação térmica. Assim, para calcular o calor transfrido ntr o 73

76 quipamnto a vizinhança, ou calor prdido, foram utilizadas a li d Nwton d rsfriamnto a li d Stfan-Boltzmann através da sguint rlação: Calor prdido Calor prdido por convcção Calor prdido por radiação ou Q Q Q J conv, J rad, J Q Q A h conv, J J J J 4 4 rad, J AJ J (Eq. 6.) (Eq. 6.3) (Eq. 6.4) O valor do coficint d transfrência d calor por convcção natural ( h ) vai dpndr da gomtria da pard do quipamnto. Foram considradas duas corrlaçõs: Pard plana vrtical pard cilíndrica horizontal. Em alguns quipamntos, como por xmplo, na torr d dstilação, houv a ncssidad d considrar as duas gomtrias. a) Pard plana vrtical NuLk h (Eq. 6.5) L o númro d Nusslt rprsnta o gradint d tmpratura adimnsional na suprfíci. Uma corrlação qu pod sr aplicada sobr toda a faixa d Ra L stá scrita na q. 6.6.,387 Ra Nu L,85,49 / Pr Sabndo qu o númro d Rayligh, 6 L (Eq. 6.6) 3 g J L RaL (Eq. 6.7) v é basado no comprimnto caractrístico L da pard. S as variaçõs d massa spcífica form dvidas apnas às variaçõs d tmpratura, o trmo pod sr rlacionado a uma propridad do fluido conhcida como o coficint d xpansão térmica volumétrico. (Eq. 6.8) p Essa propridad trmodinâmica do fluído fornc uma mdida da quantidad na qual a massa spcífica varia m rsposta a uma variação na tmpratura a uma prssão constant. Sgu qu, (Eq. 6.9) o coficint d xpansão térmica volumétrico, β, para um gás idal, é o invrso da tmpratura absoluta. Para líquidos gass não-idais, β dv sr obtido das tablas das propridads apropriadas. (Eq. 6.) J 74

77 Sabndo qu a tmpratura absoluta é uma média da tmpratura da suprfíci do mio xtrno. J J (Eq. 6.) É important lmbrar qu as quaçõs são utilizadas para uma pard isotérmica (INCROPERA, 998). b) Pard cilíndrica horizontal Para um cilindro isotérmico, Nu Dk h (Eq. 6.) D o númro d Nusslt,,387 Ra NuD,6,559 / Pr o númro d Rayligh, 6 D (Eq. 6.3) 3 g J D RaD (Eq. 6.4) v são basados no diâmtro, D, do cilindro. A q. 6. é rcomndada para uma ampla faixa do númro d Rayligh: Ra L. o coficint d xpansão, β, é calculado do msmo modo como na corrlação para pard plana vrtical Cálculo do trabalho létrico consumido O cálculo do trabalho xrcido plo motor d agitação é calculado através do cálculo da potência ativa para uma ligação trifásica: P P P (Eq. 6.5) P3 3Vi Pi I 3 Portanto, 3V W I 3 i cos 3V cos 3 I 3V cos 3 3 I 3 cos t (Eq. 6.6) (Eq. 6.7) 6..5 Considraçõs grais As ficiências nrgéticas xrgéticas foram formuladas para cada tapa d manira indpndnt. Durant as visitas técnicas houv dados qu não pudram sr coltadas dvido a falta d instrumnto ou a falta d strutura ncssária. Então, foram fitas algumas considraçõs para suprir a ncssidad d alguns cálculos. D uma manira gral, podmos listar as considraçõs ralizadas: 75

78 - Nas quaçõs da sção 6.3, aplicação do método matmático nas tapas, já stão adquadas as convnçõs d sinais para o fluxos d ntrada saída do calor trocado do trabalho ralizado. - Como o procsso d produção da planta piloto não é um procsso contínuo, mas m batlada, considramos qu as tapas s passam m rgim prmannt. 3- Foram dsconsidradas as prdas nrgéticas nas tubulaçõs. 4- A vazão da bomba da caldira foi calculada, considrando qu a nrgia trocada ntr o ólo minral o quipamnto i, Q OM, é igual a nrgia forncida pla rsistência da caldira ao ólo minral (PO R ), mnos a nrgia prdida pla pard da caldira (Q C ). Assim: Q W Q (Eq. 6.8) Q OM OM R m OM C Cp OM dntrada OM dsaída OM (Eq. 6.9) 5- Como alguns quipamntos não possum rvstimnto xtrno, dvido a impossibilidad da mdição d tmpraturas intrnas, foi considrada a tmpratura da pard do quipamnto igual a tmpratura intrna do msmo. 6- A composição m ácidos graxos do ólo bruto é igual a composição m ácidos graxos do ólo nutralizado, do ólo smi-rfinado. Ou sja, não houv dgradação do ólo durant as tapas d prparação do ólo smi-rfinado. 7- Dvido a falta d valors tablados d algumas propridads na litratura, alguns valors foram utilizados com aproximação d substâncias com propridads smlhants. Por xmplo, foram utilizados os calors spcíficos dos ácidos graxos da composição do ólo como sndo igual aos éstrs d ácidos graxos do biodisl. 8- Em alguns casos, não foram ncontrados o valor da ntalpia padrão d formação d algumas substâncias. Então, utilizamos as dfiniçõs d ntalpia d combustão podr calorífico d uma substância a tmpratura prssão constant, para calcular as ntalpias padrão d formação dssas substâncias, como mostram as quaçõs abaixo: A ntalpia d combustão, h c, xprssa por unidad d massa d combustívl, é dfinida como a difrnça ntr a ntalpia dos produtos a ntalpia dos ragnts quando ocorr combustão complta a uma dada tmpratura prssão (VAN WYLEN, 998). Isto é, h h P h, P n h h, P h P hc ni f, i i, i i f, i i i, (Eq. 6.3) ou h c sai sai n i ntra h f i hi ni h f, i hi, (Eq. 6.3) ntra O podr calorífico rprsnta a quantidad d calor transfrida da câmra durant a combustão, ou ração, a tmpratura constant. No caso d prssão constant, ou procsso d scoamnto m rgim prmannt, concluímos, pla primira li da trmodinâmica, qu ls são iguais à ntalpia d combustão com o sinal contrário. Por st motivo a quantidad d calor transfrida é, algumas vzs, chamada d podr calorífico a prssão constant (VAN WYLEN, 998). Assim, 76

79 PCI ntra n i h f i hi ni h f, i hi, (Eq. 6.3) sai A quação gral para a combustão d um combustívl formado d C, H O, com ar aprsnta a sguint forma: C x H y O z n O O 3, N nco CO nh OH O nn N 76 os coficints rlativos as substâncias são conhcidos como os coficints stquiométricos. A consrvação das spécis químicas nos fornc a quantidad d ar tórico. Sabndo qu Φ xprssa a rlação ntr as quantidads d ar combustívl, para % d ar tórico, Φ=. A quantidad mínima d ar qu fornc o oxigênio suficint para a combustão complta do carbono, hidrogênio quaisqur outros lmntos do combustívl qu possam oxidar é chamada d ar tórico. 6.3 Aplicação da mtodologia d cálculo m cada tapa Aplicamos o volum d control m cada tapa idntificando os fluxos d massa, nrgéticos xrgéticos Nutralização filtragm do ólo bruto Figura 6. - Volum d control no sistma d prparação do ólo nutralizado Fluxos d ntrada saída - Ólo bruto (OB) + NaOH (aq) - Borra d nutralização 3- Ólo nutralizado (ON) 77

80 6.3.. Equaçõs utilizadas a) Balanço xrgético E x Q d Q W N C létrico m m m 33 N (Eq. 6.33) C N é a tmpratura na pard do nutralizador, C é a tmpratura na pard da caldira, Q N é o calor prdido pla pard do nutralizador, Q C é o calor prdido pla pard da caldira, é a tmpratura d rfrência, W létrico é a soma dos trabalhos consumidos gastos plos acssórios na tapa. b) Balanço nrgético Q J W létrico m h mh m3h3 Q J é a soma do calor prdido plas pards da tapa. c) Exrgias spcíficas Para a mistura d Ólo bruto (OB) + NaOH (aq) m : ch x OB ch OB x NaOH ch NaOH (Eq. 6.34) (Eq. 6.35) O valor da xrgia química do NaOH (s) foi obtido na litratura (KOAS, 995), mas a xrgia química do ólo bruto foi calculada a partir d sua composição lmntar. Considrando qu o ólo bruto é formado d glicrina, ólo nutralizado ácidos livrs, ch OB ch ON x ON ON ch ON x ON AL ch AL x Glicrina ch Glicrina (Eq. 6.36) PCI (Eq. 6.37) Sabndo qu: ON PCI ON ch AL AL PCI x,4 +,78 x 339 x C ON E, para o ácido livr, AL AL H ON C ON 48 x x +,43 x H ON O ON C ON - 44 (9x x + -,68 x H ON ) H ON C ON (Eq. 6.38) (Eq. 6.39) PCI (Eq. 6.4) x,4 +,78 x AL 339 x E, para a glicrina, ch Glicrina Glicrina C AL H AL C AL 48 x Glicrina x +,43 x H AL O AL C AL - 44 (9x x + -,68 x H AL ) H AL C AL (Eq. 6.4) (Eq. 6.4) PCI (Eq. 6.43) 78

81 Glicrina PCI Glicrina x,4 +,78 x 339 x C Glicrina H Glicrina C Glicrina x +,43 x 48 x Para a borra d nutralização m : ch ch BORRA O Glicrina C Glicrina H Glicrina x + -,68 x - 44 (9x ) H Glicrina H Glicrina C Glicrina (Eq. 6.44) (Eq. 6.45) (Eq. 6.46) Não foram ncontrados dados rfrnts à xrgia química da borra d nutralização na litratura. Então, a xrgia química da borra foi formulada com aproximaçõs através da informação qu, m maior part d sua composição, a borra é formada d água, éstrs sódicos d ácidos graxos (sabão) do próprio ólo nutralizado (FRÉ, 9). Assim, ch ch BORRA xh O H O x SABÃO ch SABÃO x ON ch ON (Eq. 6.47) a xrgia química do sabão foi calculada através da sua composição lmntar. ch SABÃO PCI SABÃO SABÃO SABÃO PCI SABÃO x,4 +,78 x 339 x C SABÃO H SABÃO C SABÃO 48 x x +,43 x H SABÃO O SABÃO C SABÃO - 44 (9x x + -,68 x H SABÃO ) H SABÃO C SABÃO (Eq. 6.48) (Eq. 6.49) (Eq. 6.5) Dvido à falta d informação da composição m éstrs sódicos d ácidos graxos, como o ólo d algodão possui m maior prcntual o ácido oléico, foi considrado qu o ácido linoléico foi o ácido prdominant na ração para a formação d sabão. Para o ólo nutralizado m 3: ch ch 3 ON d) Entalpias spcíficas Para a mistura d Ólo bruto (OB) + NaOH (aq) m : h x h x h OB h x OB NaOH NaOH OB AL hal xon, hon, Sabndo qu: h h h AL f, AL h AL Cp AL AL ( ) x glicrina h glicrina (Eq. 6.5) (Eq. 6.5) (Eq. 6.53) (Eq. 6.54) (Eq. 6.55) 79

82 h h h ON, f, ON ON, h ON, CpON h h glicrina Cp ( ) glicrina glicrina h f, glicrina ( ) h glicrina (Eq. 6.56) (Eq. 6.57) (Eq. 6.58) (Eq. 6.59) Do msmo modo, h h h NaOH f, NaOH h NaOH Cp NaOH NaOH ( ) (Eq. 6.6) (Eq. 6.6) Enquanto os valors das ntalpias d formação do NaOH (s) da glicrina foram ncontrados na litratura (VAN WYLEN, 998), a ntalpia d formação do ólo nutralizado foi calculada a partir do PCI do ON, através da quação a sguir. PCI,544 h h,5785 h h,37 h h ON f, CO CO h h,7983 h h 3,76,7983 h h f, ON ON f, O O Rscrvndo: PCI ON,544 h f, CO, 5785 h f, H O h f, f, HO ON HO f, N N f, N N (Eq. 6.6) (Eq. 6.63) A quação foi formulada a partir d sua combustão stquiométrica com % ar tórico, aprsntando a sguint forma: C77,8% H,57% O,6%,7983 O 3,76 N,544 CO,5785 H O, 37 N a fórmula molcular do ON foi ncontrada a partir da sua fórmula prcntual sua fórmula mínima. Como a ntalpia d formação do ácido linoléico não foi ncontrada na litratura, calculamos da msma forma qu a ntalpia d formação do ON, rlacionando o valor do PCI do AL, dada a ração química d combustão do AL com % ar tórico, aprsntando a sguint forma: C77,4% H,43% O,43%,573 O 3,76 N,543 CO,575 H O, 974 N Assim, PCI,543 AL h h,575 h h,974 h h h h,573 h h 3,76,573 h h f, AC AL f, CO CO f, O O f, H O H O f, N N f, N N (Eq. 6.64) 8

83 Rscrvndo:,543 h, h h PCI AL f CO f, H O f, AL h h, 575 Para a borra d nutralização m : x h BORRA Sabndo qu: h h H O f H O h, H O h h HO Cp HO h SABÃO f, SABÃO h SABÃO h h Cp h x h x h HO H O SABÃO SABÃO ON ON, ( ) SABÃO h SABÃO ( ) h ON, f, ON ON, ON, CpON ( ) (Eq. 6.65) (Eq. 6.66) (Eq. 6.67) (Eq. 6.68) (Eq. 6.69) (Eq. 6.7) (Eq. 6.7) (Eq. 6.7) Enquanto o valor da ntalpia d formação da água foi ncontrado na litratura (VAN WYLEN, 998), as ntalpias d formação do ólo nutralizado da borra d nutralização foram calculadas. A ntalpia d formação da borra foi calculada a partir do calor d ração. O calor d ração da formação da borra foi calculado conhcndo o calor cdido plo ólo minral ao nutralizador, o calor prdido plo nutralizado, pla quação: Q ração Q OM Q N (Eq. 6.73) Na ração d formação da borra d nutralização foi considrado qu toda massa d ácidos livrs são formados apnas d ácidos linoléicos, dvido a falta d informação sobr a composição dos ácidos livrs. Assim, Q ração Rscrvndo: C H O NaOH C Na H 8 3 ( l) ( aq) 8 3 ( s) ( l) h h h h h h h h f, BORRA BORRA f, HO HO h h h h Q ração f, BORRA f, H O f, AL f, NaOH h h 3 ON,3 Para o ólo nutralizado m 3: Sabndo qu: h h h ON, 3 f, ON ON,3 H O f, AL AL O f, NaOH NaOH (Eq. 6.74) (Eq. 6.75) (Eq. 6.76) (Eq. 6.77) 8

84 h ON, 3 CpON 3 ( ) (Eq. 6.78) ) Calor spcífico (Cp) O calor spcífico da mistura foi dado como uma rlação dos calors spcíficos d cada componnt da mistura suas fraçõs. Cp x glicrina Cp Cp BORRA OB AL Cp Cp3 Cp ON Cp x Cp AL glicrina x ON x Cp OB ON Cp OB x NaOH Cp NaOH (Eq. 6.79) (Eq. 6.8) (Eq. 6.8) (Eq. 6.8) Do msmo modo qu a xrgia química, o calor spcífico da borra foi calculado através d sua composição m umidad, sabão ólo nutralizado. Cp BORRA xh O Cp HO x SABÃO Cp SABÃO x ON Cp ON (Eq. 6.83) Os valors do calor spcífico do hidróxido d sódio, do sabão foram ncontrados na litratura. O valor do calor spcífico do ólo nutralizado foi calculado a partir do prcntual dos ácidos graxos d sua composição multiplicada plo calor spcífico d cada ácido graxo. C4 C6 C6 C8 C8 C8 CpON x ON CpC4 x ON CpC6 x ON CpC6 x ON CpC8 x ON CpC8 x ON Cp (Eq. 6.84) f) Prdas d calor plas pards Nsta tapa, o calor prdido total srá a soma do calor prdido pla pard do nutralizador pla pard da caldira. Q Q Q j Assim, N Q N Qconv, N Qrad, N Q Q A h conv, N N N N C 4 4 rad, N AN N Do msmo modo, Q C Qconv, C Qrad, C Q Q Q Q conv, C conv, C, cil conv, C, vrt conv, C, vrt Q Q Q Q rad, C rad, C, cil rad, C, vrt rad, C, vrt C8 (Eq. 6.85) (Eq. 6.86) (Eq. 6.87) (Eq. 6.88) (Eq. 6.89) (Eq. 6.9) (Eq. 6.9) 8

85 Assim, Q Q conv, C, cil AC, cilhc, cil C 4 4 rad, C, cil AC, cil C (Eq. 6.9) (Eq. 6.93) Para o cilindro vrtical, Q Q conv, C, vrt AC, vrthc, vrt C 4 4 rad, C, vrt AC, vrt C (Eq. 6.94) (Eq. 6.95) Para a fac vrtical do cilindro horizontal, Q Q conv, C, vrt AC, vrthc, vrt C 4 4 rad, C, vrt AC, vrt C (Eq. 6.96) (Eq. 6.97) No cálculo do valor do coficint d transfrência d calor por convcção natural foi utilizada a corrlação para pard plana vrtical no nutralizador. Na caldira, foram utilizadas as corrlaçõs para pard plana vrtical nas facs vrticais, cilindro horizontal. NuL k N hn (Eq. 6.98) L Nu L, N N,85 g N N L RaL, N v N N,387 Ra,49 / Pr 3 N 6 L, N 9 6 N N Para o cilindro horizontal da caldira: NuD k hc, cil D 8 7 (Eq. 6.99) (Eq. 6.) (Eq. 6.) (Eq. 6.) (Eq. 6.3) 83

86 6,387 Ra D Nu D, (Eq. 6.4),559 / Pr 3 gc C D RaD v (Eq. 6.5) C (Eq. 6.6) C C C (Eq. 6.7) Para o cilindro vrtical da caldira: NuL, vrtk hc, vrt (Eq. 6.8) L Nu L, vrt,387 Ra,85,49 / Pr 3 6 L, vrt 9 6 gc C L RaL, vrt v Para a fac vrtical do cilindro horizontal da caldira: NuL, vrtk hc, vrt D Nu L, vrt Ra L, vrt,85 gc C D v,387 Ra,49 / Pr 3 6 L, vrt (Eq. 6.9) (Eq. 6.) (Eq. 6.) (Eq. 6.) (Eq. 6.3) Figura 6. - Dimnsõs dos quipamntos da tapa d smi-rfino do ólo. 84

87 Obsrvando a figura 6., foram calculadas as áras das pards do nutralizador da caldira imrsas no fluxo d ar. A L D (Eq. 6.4) N A C, cil N N D L D 4 L A C, vrt D (Eq. 6.5) (Eq. 6.6) D A C, vrt (Eq. 6.7) 4 Os valors d k, Pr, foram obtidos na litratura conhcndo a tmpratura do fluxo d ar no ambint. g) Cálculo do trabalho (W ) Nsta tapa tmos o trabalho do motor d agitação do nutralizador (M5), da bomba da caldira (BC), das rsistências létricas da caldira (R) da bomba circulação do filtro prnsa (B4). W W W W W (Eq. 6.8) M 5 BC B4 h) Eficiência nrgética (EEN) ( QOM QN EEN,% ) W létrico R (Eq. 6.9) i) Eficiência xrgética (EEX) ( m W létrico Ex d ) EEX,% m W (Eq. 6.) létrico 6.3. Dsumidificação do ólo nutralizado Figura Volum d control na dsumidificação do ólo nutralizado Fluxos d ntrada saída - Ólo nutralizado + Água (l) - Água (vapor) 3- Ólo smi-rfinado (OSR) 85

88 6.3.. Equaçõs utilizadas a) Balanço xrgético E x Q d Q W D C ltrico m m m 33 D (Eq. 6.) C D é a tmpratura na pard do dsumidificador, Q D é o calor prdido pla pard do dsumidificador. b) Balanço nrgético Q J W ltrico m h mh m3h3 Q J é a soma do calor prdido plas pards da tapa. c) Exrgias spcíficas Para a mistura d ólo nutralizado + água (l) m : ch ch ch xon ON xh O H O, l (Eq. 6.) (Eq. 6.3) O valor da xrgia química da água foi obtido na litratura (KOAS, 995), mas a xrgia química do ólo nutralizado foi calculada a partir d sua composição lmntar do msmo qu no itm Para a água (vapor) m : ch ch H O, v (Eq. 6.4) Para xrgia química do vapor da água foi utilizado um valor dado na litratura (KOAS, 995). Para o OSR m 3: ch ch 3 OSR (Eq. 6.5) Como foi dito antriormnt, a composição m ácidos graxos do ólo nutralizado é igual a composição do ólo smi-rfinado. Então, o prcntual d carbono, hidrogênio oxigênio é igual no ólo bruto no ólo nutralizado. Assim, podmos dizr qu: ch ON ch OSR d) Entalpias spcíficas Para a mistura d ólo nutralizado + água (l) m : h x h x h ON ON, H O H Sabndo qu: h h h ON, f, ON ON, h h ON, CpON h O ( ) h HO, f, HO, l HO,, (Eq. 6.6) (Eq. 6.7) (Eq. 6.8) (Eq. 6.9) (Eq. 6.3) 86

89 h HO, CpH O, l ( ) (Eq. 6.3) Enquanto o valor da ntalpia d formação da água foi ncontrado na litratura (VAN WYLEN, 998), a ntalpia d formação do ólo nutralizado, como foi dito antriormnt, foi calculada no itm Para a água (vapor) m : h h H O, Sabndo qu: h h h HO, f, HO, v HO, h HO, CpH O, v h h 3 ON,3 ( ) Para o OSR m 3: Sabndo qu: h h h ON, 3 f, ON ON,3 h ON, 3 CpON 3 ( ) (Eq. 6.3) (Eq. 6.33) (Eq. 6.34) (Eq. 6.35) (Eq. 6.36) (Eq. 6.37) ) Calor spcífico (Cp) O calor spcífico da mistura foi dado como uma rlação dos calors spcíficos d cada componnt da mistura suas fraçõs. Cp xon CpON xh O CpH O, l Cp Cp H, O v (Eq. 6.38) (Eq. 6.39) Cp3 Cp OSR (Eq. 6.4) Então, como a composição m ácidos graxos do ólo nutralizado é igual a do ólo smi-rfinado, podmos considrar qu: Cp (Eq. 6.4) OSR Cp ON f) Prdas d calor plas pards Nsta tapa, o calor prdido total srá a soma do calor prdido pla pard do dsumidificador pla pard da caldira. Q Q Q j D Q D Qconv, D Qrad, D Assim, Q A h conv, D D D D C (Eq. 6.4) (Eq. 6.43) (Eq. 6.44) 87

90 Q 4 4 rad, D AD D (Eq. 6.45) O calor prdido pla pard da caldira para o scoamnto xtrno é calculado do msmo modo qu na tapa da nutralização do ólo visto no itm antrior. No cálculo do valor do coficint d transfrência d calor por convcção natural foi utilizada a corrlação para pard plana vrtical no dsumidificador. Nu L k D hd (Eq. 6.46) L Nu L, D Ra L, D D D,85 g D D D v,387 Ra,49 / Pr L 3 D 6 L, D (Eq. 6.47) (Eq. 6.48) (Eq. 6.49) D D (Eq. 6.5) g) Cálculo do trabalho (W ) Nsta tapa tmos o trabalho da bomba a vácuo (BV), da bomba da caldira (BC) das rsistências létricas da caldira (R). W W W W (Eq. 6.5) BV BC h) Eficiência nrgética (EEN) ( Q OM Q D ) EEN,% PO i) Eficiência xrgética (EEX) ( m PO d EEX,% m PO R ) (Eq. 6.5) (Eq. 6.53) 88

91 6.3.3 anqu d mistura Prparação da solução d catalisador Figura Volum d control no tanqu d mistura d prparação do catalisador Fluxos d ntrada saída - NaOH (s) - Álcool Anidro (OH) 3- Solução catalisadora (SC) Equaçõs utilizadas a) Balanço xrgético E x d Q Wlétrico m m m33 (Eq. 6.54) é a tmpratura na pard do tanqu d prparação do catalisador Q é o calor prdido pla pard do tanqu. b) Balanço nrgético Q W létrico m h mh m3h3 (Eq. 6.55) c) Exrgias spcíficas Para o NaOH (s) m : ch ch NaOH (Eq. 6.56) ch ch OH Para o álcool Anidro m : (Eq. 6.57) ch OH OH PCI OH A xrgia química do mtanol foi calculada a partir d sua composição lmntar. OH PCI OH x,4 +,78 x 339 x C OH H OH C OH 48 x x +,43 x H OH O OH C OH - 44 (9x x + -,68 x H OH ) H OH C OH (Eq. 6.58) (Eq. 6.59) (Eq. 6.6) 89

92 ch ch 3 SC Para a SC m 3: (Eq. 6.6) Pla falta d dados na litratura com rlação a xrgia química do produto da ração do álcool o hidróxido d sódio anidro, mtóxido d sódio, foi considrado qu a xrgia química da solução catalisadora é aproximadamnt a soma das fraçõs das xrgias químicas dos ragnts. ch SC x OH ch OH x NaOH d) Entalpias spcíficas Para o NaOH (s) m : h h NaOH, h h h h NaOH, f, NaOH NaOH, NaOH, Cp NaOH ( ) ch NaOH (Eq. 6.4) (Eq. 6.4) (Eq. 6.4) (Eq. 6.65) O valor da ntalpia d formação do NaOH (s) foi ncontrado na litratura (VAN WYLEN, 998). Para o álcool Anidro m : h h OH, h OH, CpOH ( ) (Eq. 6.66) (Eq. 6.67) O valor da ntalpia d formação do álcool mtílico anidro foi ncontrado na litratura (VAN WYLEN, 998). Para a SC m 3: h 3 hsc x OH hoh,3 x NaOH Sabndo qu: h h h OH, 3 f, OH OH,3 h h OH, 3 CpOH 3 h ( ) h NaOH, 3 f, NaOH NaOH,3 h NaOH, 3 CpOH 3 ( ) h NaOH,3 (Eq. 6.68) (Eq. 6.69) (Eq. 6.43) (Eq. 6.7) (Eq. 6.44) ) Calor spcífico (Cp) Os valors do calor spcífico do hidróxido d sódio anidro do mtanol anidro foram ncontrados na litratura (VAN WYLEN, 998). 9

93 Cp Cp OH Cp Cp NaOH (Eq. 6.73) (Eq. 6.74) Cp3 Cp SC (Eq. 6.75) O valor do calor spcífico da solução catalisadora foi calculado a partir da soma das fraçõs dos calors spcíficos dos ragnts da mistura. Cp x Cp x Cp (Eq. 6.76) SC OH OH NaOH NaOH f) Prdas d calor plas pards Nsta tapa, o calor prdido total srá a soma do calor prdido pla pard do tanqu d prparação da solução catalisadora. Q Qconv, Qrad, Q Q A h conv, 4 4 rad, A (Eq. 6.77) (Eq. 6.78) (Eq. 6.79) No cálculo do valor do coficint d transfrência d calor por convcção natural foi utilizada a corrlação para pard plana vrtical no tanqu. Nu L k h (Eq. 6.8) L Nu L, Ra L,,85 g v,387 Ra,49 / Pr L 3 6 L, (Eq. 6.8) (Eq. 6.8) (Eq. 6.83) (Eq. 6.84) g) Cálculo do trabalho (W ) Nsta tapa tmos o trabalho da bomba circulação do tanqu d mistura (B8). W W B8 (Eq. 6.85) 9

94 h) Eficiência nrgética (EEN) ( m h m h W létrico Q J ) EEN,% m h m h W (Eq. 6.86) létrico i) Eficiência xrgética (EEX) ( m m W létrico Ex d ) EEX,% m m W (Eq. 6.87) ransstrificação létrico Figura Volum d control no sistma para a ração d transstrificação Fluxos d ntrada saída - Ólo Smi-rfinado (OSR) - Solução catalisadora (SC) 3- Água (l) 4- FL + FP 5- Água (l) Equaçõs utilizadas a) Balanço xrgético E x Q Q Q d Q W m C COND C létrico m R m 33 R C COND C m 44 m 55 (Eq. 6.88) R é a tmpratura na pard do rator, Q R é o calor prdido pla pard do rator, COND é a tmpratura na pard do rator, Q COND é o calor prdido pla pard do rator. b) Balanço nrgético Q J W létrico m h mh m3h3 m4h4 m5h5 Q J é a soma do calor prdido plas pards da tapa. (Eq. 6.89) 9

95 c) Exrgias spcíficas Para o OSR m : ch ch OSR ch ch SC O valor da xrgia química do OSR foi calculado mtodologia no itm Para a SC m : (Eq. 6.9) (Eq. 6.9) ch ch 3 H O, l ch 4 ch FP x x A xrgia química da SC foi calculada no itm Para a água (l) m 3: (Eq. 6.9) A xrgia química da água líquida foi ncontrada na litratura (KOAS, 995). Para a mistura d FL + FP m 4: FL ch FL GLICERINA x FP ch FP ch GLICERINA x OH ch OH (Eq. 6.93) (Eq. 6.94) E, conhcndo a composição m ácidos graxos do ólo utilizado para produção do biodisl, podmos prvr a composição lmntar do biodisl. Considrando qu o prcntual d carbono, hidrogênio oxigênio é igual na fas lv no biodisl, calculamos a xrgia química da fas lv. Assim, podmos dizr qu: ch FL FL PCI FL FL PCI FL x,4 +,78 x 339 x C FL H FL C FL 48 x x +,43 x H FL O FL C FL - 44 (9x x + -,68 x H FL ) H FL C FL (Eq. 6.95) (Eq. 6.96) (Eq. 6.97) Conhcndo a composição lmntar da glicrina, foi calculada sua xrgia química. ch FP FP PCI FP FP PCI FP x,4 +,78 x 339 x ch ch H O, l 5 5 C FP Para a água (l) m 5: H FP C FP 48 x x +,43 x H FP O FP C FP - 44 (9x x + -,68 x H FP ) H FP C FP (Eq. 6.98) (Eq. 6.99) (Eq. 6.) (Eq. 6.) 93

96 d) Entalpias spcíficas Para o OSR m : h h OSR Sabndo qu, h h h OSR f, OSR h OSR Cp OSR OSR ( ) (Eq. 6.) (Eq. 6.3) (Eq. 6.4) Como considramos a composição lmntar do ólo smi-rfinado igual a do ólo nutralizado, h (Eq. 6.5) h f, OSR f, ON h Para a SC m : h x h h (Eq. 6.6) SC OH OH x NaOH Sabndo qu, h h h OH f, OH h Cp h OH OH NaOH h f, NaOH h NaOH Cp h3 h H O,3 h h OH ( ) NaOH h NaOH ( ) Para a água (l) m 3: h H O, 3 f, H O H O,3 h H O, 3 Cp HO 3 ( ) NaOH (Eq. 6.7) (Eq. 6.8) (Eq. 6.9) (Eq. 6.) (Eq. 6.) (Eq. 6.) (Eq. 6.3) Como foi dito antriormnt, a ntalpia d formação da água no stado líquido foi ncontrada na litratura. Para a mistura d FL + FP m 4: h4 x FL h FL xfp h FP (Eq. 6.4) Sabndo qu, h h h (Eq. 6.5) FL f, FL h Cp h FL FP h f, FP FL FL ( ) 4 h FP (Eq. 6.6) (Eq. 6.7) 94

97 h Cp FP FP ( ) 4 (Eq. 6.8) Enquanto a ntalpia da glicrina, considrando somnt a glicrina da fas psada, foi ncontrada na litratura, a ntalpia d formação da fas lv foi calculada da msma forma qu a ntalpia d formação do ON, rlacionando o valor do PCI, dada a ração química d combustão do AC com % ar tórico, aprsntando a sguint forma: C76,9% H,98% O,%,86 O 3,76 N,54 CO,599 H O, 347 N Assim, PCI FL h h,599 h h,347 h h h h,86 h h 3,76,86 h h f, AC,54 AC f, CO CO f, O Rscrvndo, PCI FL,54h f, CO, 599 h f, H O h f, Para a água (l) m 5: h5 h H O,5 Sabndo qu, h h O f, H O h H O, 5 f, H O H O,5 h HO, 5 Cp HO 5 ( ) AC H O f, N N f, N N Eq. 6.9) (Eq. 6.) (Eq. 6.) (Eq. 6.) (Eq. 6.3) Como foi dito antriormnt, a ntalpia d formação da água no stado líquido foi ncontrada na litratura. ) Calor spcífico (Cp) O calor spcífico da mistura foi dado como uma rlação dos calors spcíficos d cada componnt da mistura suas fraçõs. Cp Cp OSR (Eq. 6.4) Cp Cp SC Cp Cp H Cp 3 O( l) 4 x FL Cp Cp Cp H, 5 O l FL x FP Cp FP (Eq. 6.5) (Eq. 6.6) (Eq. 6.7) (Eq. 6.8) O valor do calor spcífico do OSR foi calculado no itm 6.3., o da SC foi calculado no itm O valor do calor spcífico da fas lv foi calculado a partir da soma das fraçõs dos calors spcíficos dos éstrs m sua composição. Considrando qu a composição m éstrs do biodisl é aproximadamnt igual ao do ólo, podmos afirmar qu: Cp (Eq. 6.9) OSR Cp FL O valor do calor spcífico da glicrina foi ncontrado na litratura. 95

98 Cp FP x OH Cp OH x glicrina Cp glicrina f) Prdas d calor plas pards Nsta tapa, o calor prdido total srá a soma do calor prdido pla pard do nutralizador pla pard da caldira. Q Q Q Q Q (Eq. 6.3) j Assim, R Q R Qconv, R Qrad, R Q Q A h conv, R R R R C 4 4 rad, R AR R COND C (Eq. 6.3) (Eq. 6.3) (Eq. 6.33) A mtodologia do calor prdido pla pard da caldira para o scoamnto xtrno é mostrado no itm Para o condnsador, Q Q Q COND conv, COND rad, COND Q Q conv, COND ACOND hcond COND 4 4 rad, COND ACOND COND R (Eq. 6.34) (Eq. 6.35) (Eq. 6.36) No cálculo do valor do coficint d transfrência d calor por convcção natural no rator ( h R ) foi utilizada a corrlação para pard plana vrtical. Nu L k R hr (Eq. 6.37) L Nu L, R,85,387 Ra,49 / Pr 6 L, R (Eq. 6.38) Ra L, R R R g R R v L 3 R (Eq. 6.39) (Eq. 6.4) 96

99 R R (Eq. 6.4) No cálculo do valor do coficint d transfrência d calor por convcção natural no condnsador ( h COND) foi utilizada a corrlação para pard plana vrtical. Nu L k COND hcond (Eq. 6.4) LCOND 6,387 Ra, L COND Nu L, COND, (Eq. 6.43),49 / Pr 3 g COND COND LCOND Ra L, COND (Eq. 6.44) v COND (Eq. 6.45) COND COND COND (Eq. 6.46) No cálculo do valor do coficint d transfrência d calor por convcção natural no tanqu d circulação ( h C ) foi utilizada a corrlação para pard plana vrtical. h C Nu L, C Nu L L C C k (Eq. 6.47),85,387 Ra,49 / Pr 6 L, C (Eq. 6.48) Ra L, C C C g C C C C v L 3 C (Eq. 6.49) (Eq. 6.5) (Eq. 6.5) 97

100 g) Cálculo do trabalho (W ) Nsta tapa tmos o trabalho do motor d agitação do rator (M), da bomba da caldira (BC), das rsistências létricas da caldira (R), da bomba circulação ntr o rator o tanqu d circulação (B7), da bomba d água (BA). W W W W W W (Eq. 6.5) M BC B7 h) Eficiência nrgética (EEN) ( QOM QR EEN,% ) W létrico R BA létrico (Eq. 6.53) i) Eficiência xrgética (EEX) ( m m m W létrico Ex 3 3 d ) EEX,% m m m W (Eq. 6.54) Rcupração do álcool a partir da fas psada 3 3 Figura Volum d control no sistma d vaporação do álcool da fas psada Fluxos d ntrada saída - FP + Álcool Hidratado (l) - Água (l) 3- FP 4-Álcool Hidratado (l) 5- Água (l) Equaçõs utilizadas a) Balanço xrgético E xd Q P m m m P 4 m 5 5 E Q E C Q C COND Q COND W létrico m (Eq. 6.55) P é a tmpratura na pard do tanqu pulmão, Q P é o calor prdido pla pard do tanqu pulmão, E é a tmpratura na pard do vaporador, Q E é o calor 98

101 prdido pla pard do vaporador, COND é a tmpratura na pard do condnsador, Q COND é o calor prdido pla pard do condnsador. b) Balanço nrgético Q J W létrico m h mh m3h3 m4h4 m5h5 Q J é a soma do calor prdido plas pards da tapa. c) Exrgias spcíficas Para a mistura d FP + Álcool Hidratado (l) m : ch x OH ch OH x FP ch FP (Eq. 6.56) (Eq. 6.57) A mtodologia do cálculo da xrgia química do OH foi mostrado no itm , a xrgia química da FP foi calculado no itm Para a água (l) m : ch ch H O, l ch ch 3 FP ch ch 4 OH, l ch ch H O, l 5 Para a FP m 3: Para o álcool hidratado m 4: Para a água (l) m 5: d) Entalpias spcíficas Para a mistura d FP + Álcool Hidratado (l) m : h XFP, XOH Sabndo qu, h h h h FP h FP, f, FP FP, h h FP, Cp FP h ( ) h OH, f, OH OH, h OH, CpOH ( ) OH, (Eq. 6.58) (Eq. 6.59) (Eq. 6.6) (Eq. 6.6) (Eq. 6.6) (Eq. 6.63) (Eq. 6.64) (Eq. 6.65) (Eq. 6.66) Os valors das ntalpias d formação da glicrina do álcool mtílico foram ncontrados na litratura. Para a água (l) m : h h H O, Sabndo qu, h h h HO, f, HO HO, (Eq. 6.7) (Eq. 6.7) 99

102 h HO, Cp HO h3 h FP h h ( ) Para a FP m 3: h FP, 3 f, FP FP,3 h FP, 3 Cp FP 3 h h 4 OH,4 ( ) Para o álcool hidratado m 4: Sabndo qu, h h h OH, 4 f, OH OH,4 h OH, 4 CpOH 4 h5 h H O,5 Sabndo qu, h h ( ) Para a água (l) m 5: h H O, 5 f, H O H O,5 h HO, 5 Cp HO 5 ( ) (Eq. 6.7) (Eq. 6.73) (Eq. 6.74) (Eq. 6.75) (Eq. 6.76) (Eq. 6.77) (Eq. 6.78) (Eq. 6.79) (Eq. 6.8) (Eq. 6.8) ) Calor spcífico (Cp) O calor spcífico da mistura foi dado como uma rlação dos calors spcíficos d cada componnt da mistura suas fraçõs. Cp X OH CpOH, l X FP CpFP (Eq. 6.8) Cp Cp H, Cp3 Cp FP Cp, O l 4 Cp OH l Cp Cp H, 5 O l (Eq. 6.83) (Eq. 6.84) (Eq. 6.85) (Eq. 6.86) Os valors dos calors spcíficos da FP, H O (l) OH (l) foram ncontrados na litratura. f) Prdas d calor plas pards Nsta tapa, o calor prdido total srá a soma do calor prdido pla pard do nutralizador pla pard da caldira. Q Q Q Q Q j P E C COND (Eq. 6.87)

103 Assim, Q P Qconv, P Qrad, P Q Q A h conv, P P P P 4 4 rad, P AP P (Eq. 6.88) (Eq. 6.89) (Eq. 6.9) O calor prdido pla pard da caldira para o scoamnto xtrno é calculado no itm Q E Qconv, E Qrad, E Q Q Q A h conv, E E E E 4 4 rad, E AE E Da msma forma para o condnsador, Q Q COND conv, COND rad, COND Q Q conv, COND ACOND hcond COND 4 4 rad, COND ACOND COND (Eq. 6.9) (Eq. 6.9) (Eq. 6.93) (Eq. 6.94) (Eq. 6.95) (Eq. 6.96) No cálculo do valor do coficint d transfrência d calor por convcção natural no tanqu pulmão ( h P ), no vaporador ( h E ), no condnsador ( h COND ), foi utilizada a corrlação para pard plana vrtical. Nu L k P hp (Eq. 6.97) L Nu L, P P,85,387 Ra,49 / Pr 6 L, P (Eq. 6.98) Ra L, P R P g P P v L 3 P (Eq. 6.99) (Eq. 6.3)

104 P P Da msma forma, NuL k E he L Nu L, E Ra L, E R h E E,85 g E E E v,387 Ra,49 / Pr L 3 E 6 L, E E Da msma forma para o condnsador, Nu L k COND L COND Nu Ra L, COND L, COND COND COND COND,85 g COND COND COND COND,387 Ra v,49 / Pr L 6 L, COND COND (Eq. 6.94) (Eq. 6.95) (Eq. 6.96) (Eq. 6.97) (Eq. 6.98) (Eq. 6.99) (Eq. 6.3) (Eq. 6.3) (Eq. 6.3) (Eq. 6.33) (Eq. 6.34)

105 g) Cálculo do trabalho (W ) Nsta tapa tmos o trabalho da bomba da caldira (BC), das rsistências létricas da caldira (R) da bomba circulação ntr o tanqu pulmão o vaporador (B7), o trabalho da bomba d água (BA). W W W W W (Eq. 6.35) BC B R BA h) Eficiência nrgética (EEN) ( QOM QE QP EEN,% ) W létrico (Eq. 6.36) i) Eficiência xrgética (EEX) ( m m W létrico Ex d ) EEX,% m m W (Eq. 6.37) létrico Dstilação do álcool rcuprado Figura Volum d control no procsso d dstilação do álcool Fluxos d ntrada saída - Álcool Hidratado (l) - Água (l) 3- Água (l) 4- Álcool Rcuprado (l) 5- Água (l) Equaçõs utilizadas a) Balanço xrgético E x d (Eq. 6.38) D é a tmpratura na pard da torr d dstilação, Q D é o calor prdido pla pard da torr d dstilação, CH é a tmpratura na pard dos condnsadors horizontais, Q CH é o calor prdido pla pard nos condnsadors horizontais. A tmpratura da pard da torr d dstilação foi assumida como uma média das tmpraturas com tmpo. Assim, considramos a D uniform m qualqur ponto na pard. Q Q QCH Wlétrico m m m33 m44 m55 D C D C CH 3

106 b) Balanço nrgético Q J W létrico m h mh m3h3 m4h4 m5h5 Q J é a soma do calor prdido plas pards da tapa. c) Exrgias spcíficas Para o álcool hidratado m : ch ch ch X OH OH X H O H O (Eq. 6.39) (Eq. 6.3) A mtodologia do cálculo da xrgia química do OH foi mostrado no itm , a xrgia química da água foi ncontrada na litratura (KOAS, 995). Para a água (l) m : ch ch H O, l ch ch H O, l 3 Para a água (l) m 3: Para o álcool rcuprado m 4: ch ch 4 OH, l Para a água (l) m 5: ch ch H O, l 5 d) Entalpias spcíficas Para o álcool hidratado m : h h XH O h, X H O OH hoh, h h OH, f, OH OH, h h OH, CpOH h ( ) h HO, f, HO HO, h HO, Cp HO ( ) (Eq. 6.3) (Eq. 6.3) (Eq. 6.33) (Eq. 6.34) (Eq. 6.35) (Eq. 6.36) (Eq. 6.37) (Eq. 6.38) (Eq. 6.39) Como foi dito antriormnt, os valors das ntalpias d formação da água do álcool mtílico foram ncontrados na litratura. Para a água (l) m : h h H O, h h h HO, f, HO HO, (Eq. 6.3) (Eq. 6.3) h Cp ( ) (Eq. 6.3) HO, HO h3 h H O,3 Para a água (l) m 3: (Eq. 6.33) 4

107 Sabndo qu: h h h H O, 3 f, H O H O,3 h H O, 3 Cp HO 3 h h 4 OH,4 ( ) Para o álcool rcuprado m 4: Sabndo qu: h h h OH, 4 f, OH OH,4 h OH, 4 CpOH 4 h5 h H O,5 Sabndo qu: h h ( ) Para a água (l) m 5: h H O, 5 f, H O H O,5 (Eq. 6.34) (Eq. 6.35) (Eq. 6.36) (Eq. 6.37) (Eq. 6.38) (Eq. 6.39) (Eq. 6.33) h Cp ( ) (Eq. 6.33) HO, 5 HO 5 ) Calor spcífico (Cp) O calor spcífico da mistura foi dado como uma rlação dos calors spcíficos d cada componnt da mistura suas fraçõs. Cp xoh CpOH, l xh O CpH O, l Cp Cp H, O l Cp Cp H, 3 O l Cp, 4 Cp OH l Cp Cp H, 5 O l (Eq. 6.33) (Eq ) (Eq ) (Eq ) (Eq ) Os valors dos calors spcíficos da H O (l) OH (l) foram ncontrados na litratura. f) Prdas d calor plas pards Nsta tapa, o calor prdido total srá a soma do calor prdido pla pard do nutralizador pla pard da caldira. Q Q Q Q j Assim, D Q D Qconv, D Qrad, D Q Q C Q conv, D conv, D, cil conv, D, vrt conv, D, vrt CH Q (Eq ) (Eq ) (Eq ) 5

108 Q Q Q Q rad, D rad, D, cil rad, D, vrt rad, D, vrt Assim, Q Q conv, D, cil AD, cilhd, cil D 4 4 rad, D, cil AD, cil D Do msmo modo, Q Q (Eq. 6.34) (Eq. 6.34) (Eq. 6.34) conv, D, vrt AD, vrthd, vrt D 4 4 rad, D, vrt AD, vrt D Do msmo modo, Q Q (Eq ) (Eq ) conv, D, vrt AD, vrthd, vrt D 4 4 rad, D, vrt AD, vrt D (Eq ) (Eq ) A mtodologia para o cálculo do calor prdido pla pard da caldira para o scoamnto xtrno é mostrado no itm O calor prdido plos condnsadors horizontais srá dado pla quação abaixo: Q Q Q CH CH, CIL 4 CH, FACE Sndo, Q CH, CIL Qconv, CH, CIL Qrad, CH, CIL Q CH, FACE Qconv, CH, FACE Qrad, CH, FACE Q Q conv, CH, CIL ACH, CILhCH, CIL CH 4 4 rad, CH, CIL ACH, CIL CH Sabndo qu: A L (Eq ) (Eq ) (Eq ) (Eq. 6.35) (Eq. 6.35) D CH, CIL CH CH (Eq. 6.35) Do msmo modo, Q Q conv, CH, FACE ACH, FACEhCH, FACE CH 4 4 rad, CH, FACE ACH, FACE CH (Eq ) (Eq ) 6

109 Sabndo qu: DCH ACH, FACE (Eq ) 4 No cálculo do valor do coficint d transfrência d calor por convcção natural foi utilizada a corrlação para cilindro horizontal nos condnsadors, pard plana vrtical nas facs vrticais dos cilindros. Para o cilindro horizontal, Nu D k CH hch, CIL (Eq ) D Nu DCH CH,6,387 Ra,559 / Pr 6 DCH (Eq ) Ra D CH h CH CH g CH CH CH v D 3 CH CH Para a fac vrtical do condnsador horizontal, CH, FACE Nu L, CH, FACE Nu L, CH, FACE D CH,85 k,387 Ra,49 / Pr 6 L, CH, FACE (Eq ) (Eq ) (Eq. 6.36) (Eq. 6.36) (Eq. 6.36) 3 g CH CH DCH Ra L, CH, FACE (Eq ) v No cálculo do valor do coficint d transfrência d calor por convcção natural foi utilizada a corrlação para pard plana vrtical na torr d dstilação para o cilindro horizontal, cilindro horizontal. Para o cilindro horizontal da torr d dstilação: 7

110 h D, cil Nu D D 4 4 k (Eq ) Nu D4 Ra D 4 D,6 g D D D v,387 Ra,559 / Pr D D D D Para o cilindro vrtical da torr d dstilação: h D, vrt Nu Ra h L, D, vrt L, D, vrt D, vrt Nu Nu L, D, vrt L 3,85 k,387 Ra,49 / Pr 3 6 L, D, vrt gd D L3 v Para a fac do cilindro horizontal da torr d dstilação: Nu L, D, vrtk D L, D, vrt 4,85,387 Ra,49 / Pr 6 L, D, vrt (Eq ) (Eq ) (Eq ) (Eq ) (Eq ) (Eq. 6.37) (Eq. 6.37) (Eq. 6.37) (Eq ) Ra L, D, vrt g D D v D 3 4 (Eq ) 8

111 Figura Dimnsõs dos quipamntos da tapa d dstilação do álcool rcuprado. Obsrvando a figura 6.8, foram calculadas as áras das pards da torr d dstilação imrsas no fluxo d ar. D3 A D, cil L4 D4 4 (Eq ) A D, vrt L3D3 (Eq ) D4 A D, vrt (Eq ) 4 Os valors d k, Pr, foram obtidos na litratura conhcndo a tmpratura do fluxo d ar no ambint. g) Cálculo do trabalho (W ) Nsta tapa tmos o trabalho da bomba da caldira (BC), das rsistências létricas da caldira (R) bomba d água (BA). W W W W (Eq ) BC R BA h) Eficiência nrgética (EEN) ( QOM QD EEN,% ) W létrico (Eq ) i) Eficiência xrgética (EEX) ( m m W létrico Ex d ) EEX,% m m W (Eq. 6.38) Lavagm do biodisl létrico Figura Volum d control no tanqu d lavagm. 9

112 Fluxos d ntrada saída - FL (l) + NaOH (aq) - Ácido Cítrico (aq) (AC) 3- FL (l) 4- Água (l) + Citrato d sódio (CS) Equaçõs utilizadas a) Balanço xrgético E x d W létrico m m m33 m44 (Eq. 6.38) A transfrência d calor do quipamnto o ambint foi dsprzado, pois não foi dtctado variação na tmpratura mdida nas pards dos tanqus durant a ração. b) Balanço nrgético m h m h m h m (Eq. 6.38) W létrico 3 3 4h4 c) Exrgias spcíficas Para a mistura d FL (l) + NaOH (aq) m : ch x FL ch FL x NaOH ch NaOH (Eq ) A mtodologia do cálculo da xrgia química do FL foi mostrado no itm Para o AC m : ch ch X H H ch AC AC PCI AC X AC ch AC A xrgia química do ácido cítrico foi calculada através da rlação: AC PCI AC X,4 +,78 X ch ch 3 FL 339 X C AC Para a FL (l) m 3: H AC C AC 48 X X +,43 X H AC O AC C AC - 44 (9X Para a mistura Água (l) + Citrato d sódio m 4: ch ch X H H 4 X CS ch CS X + -,68 X H AC ) H AC C AC (Eq ) (Eq ) (Eq ) (Eq ) (Eq ) (Eq ) A ração ntr o ácido cítrico o rsíduo d hidróxido d sódio prsnt na fas lv, tm como produto principal o citrato d sódio. C6H8O7 3NaOH ( aq) Na 3[ C3H5O( COO) 3] 3H O Como não foi ncontrado na litratura dados rfrnts a xrgia química do citrato d sódio, foi fita uma aproximação utilizando a rlação: ch CS CS PCI CS (Eq. 6.39)

113 CS PCI CS X,4 +,78 X H CS C CS X +,43 X O CS C CS X + -,68 X C H H 339 X 48 X - 44 (9X ) (Eq. 6.45) CS d) Entalpias spcíficas Para a mistura d FL (l) + NaOH (aq) m : h x h x h FL FL, h h h NaOH FL, f, FL FL, h FL, CpFL h NaOH h f, NaOH h NaOH Cp ( ) NaOH h NaOH NaOH ( ) CS CS H CS C CS (Eq. 6.39) (Eq. 6.39) (Eq ) (Eq ) (Eq ) (Eq ) A ntalpia d formação da fas lv foi calculada no itm x, a ntalpia d formação do hidróxido d sódio, como foi dito antriormnt, foi ncontrada na litratura. Para o AC m : h hac xh O, hh O, h h h HO, f, HO HO, h HO, Cp HO h h AC f, AC h AC Cp h AC ( ) AC ( ) x AC h AC (Eq ) (Eq ) (Eq ) (Eq. 6.4) (Eq. 6.4) O valor da ntalpia d formação do ácido cítrico foi ncontrado na litratura (VAN WYLEN, 998). Para a FL (l) m 3: h x h x h 3 FL FL,3 H O,3 H Sabndo qu: h h h FL, 3 f, FL FL,3 O,3 (Eq. 6.4) (Eq. 6.43)

114 h FL, 3 Cp FL 3 h h ( ) h H O, 3 f, H O H O,3 h h H O, 3 Cp HO 3 x ( ) Para a mistura Água (l) + Citrato d sódio m 4: h x h 3 CS CS H O,4 H Sabndo qu: h h h CS f, CS h CS Cp h h CS CS ( ) 4 h O HO, 4 f, HO HO,4 h HO, 4 Cp HO 4 ( ),4 (Eq. 6.44) (Eq. 6.45) (Eq ) (Eq. 6.47) (Eq. 6.48) (Eq. 6.49) (Eq. 6.4) (Eq. 6.4) ) Calor spcífico (Cp) O calor spcífico da mistura foi dado como uma rlação dos calors spcíficos d cada componnt da mistura suas fraçõs. Cp X Cp X Cp (Eq. 6.4) Cp X NaOH Cp NaOH H H ( l) Cp3 Cp FL Cp X Cp 4 H H ( l) X X FL AC CS Cp Cp FL AC CS (Eq. 6.43) (Eq. 6.44) (Eq. 6.45) Os valors dos calors spcíficos da H O (l), NaOH, AC foram ncontrados na litratura. Como não foram ncontrado dados rfrnts ao calor spcífico do citrato d sódio, como a massa d água no stado 4 é bm maior qu a massa d CS, foi considrado qu: Cp Cp H, 4 O l (Eq ) f) Cálculo do trabalho (W ) Nsta tapa tmos o trabalho do motor d agitação do tanqu d mistura (M), da bomba d sucção (BS) da bomba d rotação (BR) da cntrífuga. W W W W (Eq. 6.47) BS BR M h) Eficiência nrgética (EEN) m h m 3 3 4h4 EEN,% m m (Eq. 6.48) W létrico

115 i) Eficiência xrgética (EEX) ( m m W létrico Ex d ) EEX,% m m W (Eq. 6.49) Rlavagm do biodisl létrico Figura 6. - Volum d control no sistma d rlavagm do biodisl Fluxos d ntrada saída - FL - Água (l) 3- FL 4- Água (l) Equaçõs utilizadas a) Balanço xrgético E x d W létrico m m m33 m44 (Eq. 6.4) Do msmo modo qu na lavagm, a transfrência d calor do quipamnto o ambint foi dsprzado, pois não foi dtctado variação na tmpratura mdida nas pards dos tanqus durant a ração. b) Balanço nrgético W létrico m h c) Exrgias spcíficas Para a FL (l) m : ch ch FL mh m3h3 m4h4 (Eq. 6.4) (Eq. 6.4) A mtodologia do cálculo da xrgia química do FL foi mostrada no itm Para a água (l) m : ch ch H ch ch 3 FL Para a FL (l) m 3: (Eq. 6.43) (Eq. 6.44) 3

116 ch ch 4 H O Para a água (l) m 4: d) Entalpias spcíficas Para a FL (l) m : h x h x h FL FL, H O, H Sabndo qu, h h h FL, f, FL FL, h Cp h O ( ) FL, FL h h HO, f, HO HO, h HO, Cp HO h h H O, h h ( ) Para a água (l) m : h HO, f, HO HO, h h HO, Cp HO x ( ) Para a FL (l) m 3: h x h 3 FL FL,3 H O,3 H Sabndo qu, h h h FL, 3 f, FL FL,3 h h FL, 3 Cp FL 3 h ( ) h H O, 3 f, H O H O,3 h H O, 3 Cp HO 3 h4 h H O,4 h h, O ( ) Para a água (l) m 4: h HO, 4 f, HO HO,4,3 (Eq. 6.45) (Eq. 6.46) (Eq. 6.47) (Eq. 6.48) (Eq. 6.49) (Eq. 6.43) (Eq. 6.43) (Eq. 6.43) (Eq ) (Eq ) (Eq ) (Eq ) (Eq ) (Eq ) (Eq ) (Eq. 6.44) 4

117 h HO, 4 Cp HO 4 ( ) (Eq. 6.44) ) Calor spcífico (Cp) O calor spcífico da mistura foi dado como uma rlação dos calors spcíficos d cada componnt da mistura suas fraçõs. Cp Cp FL (Eq. 6.44) Cp Cp H O( l) Cp3 Cp FL Cp Cp H 4 O( l) (Eq ) (Eq ) (Eq ) O calor spcífico da H O (l) foi ncontrado na litratura. O calor spcífico da fas lv foi calculado no itm f) Cálculo do trabalho (W ) Do msmo modo qu na lavagm, tmos o trabalho do motor d agitação do tanqu d mistura (M), da bomba d sucção (BS) da bomba d rotação (BR) da cntrífuga. W W W W (Eq ) BS BR M g) Eficiência nrgética (EEN) m h m 3 3 4h4 EEN,% m m (Eq ) W létrico h) Eficiência xrgética (EEX) ( m m PO EEX,% m m PO d ) 6.3. Dsumidificação do biodisl (Eq ) Figura 6. - Volum d control no sistma d dsumidificação do biodisl. 5

118 6.3.. Fluxos d ntrada saída - Fas lv + Água (l) - Água (vapor) 3- Fas lv Equaçõs utilizadas a) Anális Exrgética E x d (Eq ) P é a tmpratura na pard do tanqu pulmão, Q P é o calor prdido pla pard do tanqu pulmão, E é a tmpratura na pard do vaporador, Q E é o calor prdido pla pard do vaporador, D é a tmpratura na pard do dsumidificador, Q D é o calor prdido pla pard do dsumidificador. b) Anális Enrgética Q J Q Q Q QD Wlétrico m m m33 P E C P E C D W létrico m h mh m3h3 Q J é a soma do calor prdido plas pards da tapa. c) Exrgias spcíficas Para a mistura d Fas lv + Água (l) m : ch ch xh O H O, l x FL ch FL (Eq. 6.45) (Eq. 6.45) A mtodologia do cálculo da xrgia química da FL foi mostrada no itm , a xrgia química da água líquida foi ncontrado na litratura (KOAS, 995). Para a água (vapor) m : ch ch H O, l ch ch 3 FL (Eq. 6.45) A xrgia química do vapor d água foi ncontrada na litratura (KOAS, 995). Para a FL (l) m 3: d) Entalpias spcíficas Para a mistura d Fas lv + Água (l) m : h x h x h FL FL, H O, H Sabndo qu: h h h FL, f, FL FL, h Cp h O ( ) FL, FL h h HO, f, HO HO,, (Eq ) (Eq ) (Eq ) (Eq ) (Eq ) 6

119 h HO, Cp HO h h H O, Sabndo qu: h h ( ) Para a água (vapor) m : h HO, f, HO HO, h HO, Cp HO h h 3 FL,3 ( ) Para a FL (l) m 3: Sabndo qu: h h h FL, 3 f, FL FL,3 h FL, 3 Cp FL 3 ( ) (Eq ) (Eq ) (Eq. 6.46) (Eq. 6.46) (Eq. 6.46) (Eq ) (Eq ) ) Calor spcífico (Cp) O calor spcífico da mistura foi dado como uma rlação dos calors spcíficos d cada componnt da mistura suas fraçõs. Cp X H O CpH O( l) Cp Cp H O( v) X FL Cp FL (Eq ) (Eq ) Cp3 Cp FL (Eq ) Os valors dos calors spcíficos da água líquida m vapor foram ncontrados na litratura. f) Prdas d calor plas pards Nsta tapa, o calor prdido total srá a soma do calor prdido pla pard do nutralizador pla pard da caldira. Q Q Q Q Q (Eq ) j Assim, P Q P Qconv, P Qrad, P Q Q A h conv, P P P P E 4 4 rad, P AP P C D (Eq ) (Eq. 6.47) (Eq. 6.47) 7

120 ambém, Q E Qconv, E Qrad, E Q Q A h conv, E E E E 4 4 rad, E AE E Da msma forma para o dsumidificador, Q D Qconv, D Qrad, D Q Q A h conv, D D D D 4 4 rad, D AD D (Eq. 6.47) (Eq ) (Eq ) (Eq ) (Eq ) (Eq ) O calor prdido pla pard da caldira para o scoamnto xtrno é calculado no itm No cálculo do valor do coficint d transfrência d calor por convcção natural foi utilizada a corrlação para pard plana vrtical no tanqu pulmão no vaporador. Nu L k P hp (Eq ) L P Sabndo qu: Nu L, P,85,387 Ra,49 / Pr 6 L, P (Eq ) Ra L, P R g P P P P P Do msmo modo, NuL k E he L E v L 3 P (Eq. 6.48) (Eq. 6.48) (Eq. 6.48) (Eq ) 8

121 Nu L, E,85,387 Ra,49 / Pr 6 L, E (Eq ) Ra L, E R g E E E v E E Da msma forma, Nu L, D,85 L 3 E,387 Ra,49 / Pr 6 L, D (Eq ) (Eq ) (Eq ) (Eq ) Ra L, D D g D D D v L 3 D (Eq ) (Eq. 6.49) D D (Eq ) g) Cálculo do trabalho (W ) Nsta tapa tmos o trabalho do motor d agitação do rator (M), da bomba da caldira (BC), das rsistências létricas da caldira (R) da bomba circulação ntr o rator o tanqu d circulação (B7). W W W W W (Eq. 6.49) BC B7 h) Eficiência nrgética (EEN) ( QOM QE QD EEN,% ) W R létrico M (Eq ) i) Eficiência xrgética (EEX) ( m W létrico Ex d ) EEX,% m W (Eq ) létrico 9

122 CAPÍULO 7 Rsultados discussão 7. Introdução Nst capítulo srão aprsntado os rsultados obtidos pla aplicação das quaçõs utilizadas na mtodologia proposta d anális nrgética xrgética m cada tapa, utilizando o softwar EES3 (Enginring Equation Solvr). Srão aprsntado, também, rsultados do rndimnto m massa do biodisl, sua purza. As análiss stão sndo aprsntadas para uma produção d litros d ólo bruto. 7. rabalho consumido m cada tapa A tabla 7. aprsnta o trabalho létrico consumido m cada tapa do procsso d produção d biodisl m kj kw. Aprsnta, também, o prcntual d trabalho létrico consumido m cada tapa m rlação ao total. A partir da tabla 7., foi obsrvado qu a tapa ond houv o maior consumo d trabalho létrico foi a tapa da dstilação do álcool rcuprado. Essa grand difrnça do consumo é dvido ao tmpo d duração dsta tapa, qu é aproximadamnt horas. A figura 7. mostra um gráfico d barras do prcntual d trabalho létrico consumido m cada tapa. abla 7. rabalho létrico (W) potênca (PO) consumido m cada tapa. Etapa W [kj] PO [kw] W Nutralização filtragm do ólo bruto 466,4,38% Dsumidificação do ólo nutralizado ,7 8,53% Prparação do catalisador 4494,74,6% ransstrificação ,45,9% Rcupração do álcool da FP ,48,7% Dstilação do álcool rcuprado 97,86 5,8% Lavagm do biodisl 3543,774,8% Rlavagm do biodisl 96,648,% Dsumidificação do biodisl 3389,5 3,75 9,86%

123 Figura 7. Prcntual do trabalho consumido no procsso por cada tapa. A tapa com o sgundo maior consumo létrico foi a dsumidificação do biodisl. Est alto consumo é dvido ao grand númro d acssórios létricos utilizados na tapa. Então, as tapas ond houv um maior consumo létrico foram as com grand númro d acssórios létricos as d maior tmpo d duração. Assim, para um procssamnto d litros d ólo bruto, o consumo total foi d, aproximadamnt,.76,5 MJ. 7.3 Calor prdido plas pards m cada tapa A tabla 7. mostra os valors m kj kw da soma dos calors prdidos plos quipamntos m cada tapa do procsso da unidad xprimntal d biodisl d Catés. abla 7. - Calor total prdido plas pards m cada tapa. Equipamnto Q J [kw] Q J [kj] Q J Nutralização filtragm do ólo bruto,665 79,78 7,45% Dsumidificação do ólo nutralizado 6,78 56,8 8,7% Prparação do catalisador, ,33,5% ransstrificação 6,6 963, 9,7% Rcupração do álcool da FP 7,98 377,6,36% Dstilação do álcool rcuprado, ,6 34,9% Lavagm do biodisl,% Rlavagm do biodisl,% Dsumidificação do biodisl 7, ,9 7,43% A partir da tabla 7., foi obsrvado qu a tapa ond há a maior prda d nrgia plas pards é a tapa da dstilação do álcool rcuprado. Uns dos fators rsponsávis são: o tmpo d duração da tapa;, a lvada tmpratura do fluxo d aqucimnto do ólo minral.

124 Já, a dsumidificação do biodisl é uma tapa com mnor tmpo d duração. Mas, a lvada prda d calor pla pard é dvido à falta d rvstimnto xtrno no quipamnto, ond stá passando um fluxo d ólo minral à lvada tmpratura. Houv uma grand prda d nrgia por prdas plas pards dos tanqus, influnciando dirtamnt, ntr outras, o aumnto da ncssidad d forncimnto d calor através d fluxo d ólo minral. E, assim, trabalho létrico consumido plas rsistências da caldira. Um dos fators qu acarrtaram o valor lvado das prdas d calor, é qu os tanqus d mistura qu possum sistma d aqucimnto, como por xmplo, os rators vaporadors, não possum rvstimnto xtrno para rdução das prdas d calor para o mio xtrno. Assim, para um procssamnto d litros d ólo bruto, a prda d nrgia plas pards foi d, aproximadamnt, 35,3 MJ. A figura 7. aprsnta um gráfico m barras dos prcntuais da nrgia prdida plas pards m cada tapa m rlação ao total. Figura 7. - Gráfico do prcntual d prda d calor por tapa. 7.4 Balanço nrgético do fluxo mássico A tabla 7.3 mostra os fluxos nrgéticos d ntrada saída, m cada tapa, dvido aos fluxos d massa. Os componnts m vrmlho indicam os fluxos d saída.

125 abla Balanço d nrgias dos fluxos mássicos por tapa. Equipamnto i Componnts h i [KJ/Kg] Nutralização filtragm do ólo bruto Dsumidificação do ólo nutralizado Prparação do catalisador ransstrificação Rcupração do álcool da FP Dstilação do álcool rcuprado Lavagm do biodisl Rlavagm do biodisl Dsumidificação do biodisl nrgias d saída. m hi m hi [KW] OB+NaOH(aq) , -446,684 BORRA -4844, -75,7 3 ON -3977, -4,47 ON+ HO(l) , -97,73 HO(V) -3389,9-6,887 3 ON ,77-889,66 OH -7,446 -, NaOH(s) -,65 -, 3 SC 4,9,677 OSR -3939, -95,9 SC 3,49,67 3 HO(l) -5879, -588,8 4 FL+FP -337,74-9,738 5 HO(l) -585,98-547,7 FP+OH -,93 -, HO(l) -5883, , 3 FP 7,59,6 4 OH,4, 5 HO(l) -5848, -54,3 OH+ HO(l) -34,4 -,64 HO(l) -5884, ,4 3 HO(l) -5879, -,8 4 OH 57,964,7 5 HO(l) -5835,9-5,7 FL+NAOH -3975, -3474,88 AC+ HO(l) -569, -57,83 3 FL -3975, -336,4 4 HO(l)+CS -5879, -6,9 FL -3975, -84,689 HO(l) -5879, -384,589 3 FL -3975, -888,9 4 HO(l) -5879, -4,854 FL+ HO(l) -3853, -83,7 HO(v) -348,799-3,83 3 FL -3975, -775,7 m [KW] hi 4,4 -,559 -,89-6,99-56,43-75,79-63,37-7,5-5,697 rprsnta a soma das nrgias d ntrada, mnos a soma das 3

126 7.5 Balanço xrgético do fluxo mássico A tabla 7.4 mostra os fluxos xrgéticos d ntrada saída, m cada tapa, dvido aos fluxos d massa d ntrada saída nas tapas. Os componnts m vrmlho indicam os fluxos d saída. i rprsnta a soma das xrgias d ntrada, mnos a soma das xrgias d saída. abla Balanço d xrgias dos fluxos mássicos por tapa. Equipamnto i Componnts Nutral. filtragm do ólo bruto Dsumid. do ólo nutralizado Prparação do catalisador ransstrificação Rcupração do álcool da FP Dstilação do álcool rcuprado Lavagm do biodisl Rlavagm do biodisl Dsumidificação do biodisl FIS i [kj/kg] ch i [kj/kg] i [kj/kg] i [kw] OB+NaOH(aq), , 44, BORRA, , 3,7 3 ON, 48 48, 469,38 ON+ HO(l), 48 48, 33,44 HO(V) 3,98 65,6 653,8,34 3 ON 6, ,9 3,8 OH, 77 77, 59,93 NaOH(s),,,4 3 SC, ,6 594, OSR, ,7 79,86 SC, ,6 4,35 3 HO(l), 73,3 73,3 73,8 4 FL+FP, ,8 478,5 5 HO(l),7 73,3 73,6 74,4 FP+OH, , 45,5 HO(l),9 73,3 73,39 73,83 3 FP, , 38,33 4 OH, ,3 98,5 5 HO(l),38 73,3 73,7 74,4 OH+ HO(l), , 3, HO(l), 73,3 73,3 73,83 3 HO(l), 73,3 73,3, 4 OH, ,7,37 5 HO(l),739 73,3 74, 74,98 FL+NAOH, , 368,6 AC+ HO(l), 36,3 36,3 3,8 3 FL, 48 48, 349,55 4 HO(l)+CS, 48,6 48,6 3,3 FL, 48 48, 854,4 HO(l), 73,3 73,3 4, 3 HO(l), 73,3 73,3 4,45 4 FL, 48 48, 8483,5 FL+ HO(l), , 844, HO(v) 6, 65,6 656,8,58 3 FL, 48 48, 844, [kw] i,3,83,4 4,55 4,85,475 6,373 57,546 -,399 4

127 7.6 Exrgia dstruída m cada tapa A tabla 7.5 mostra o valor da xrgia dstruída, m kj kw, d cada tapa do procsso da unidad xprimntal d biodisl d Catés. abla Exrgia dstruída m cada tapa. Etapa d [KW] d [KJ] d Nutralização filtragm do ólo bruto 4, 494,8 8,69% Dsumidificação do ólo nutralizado 67,3 5498,98 3,89% Prparação do catalisador,86 439,4,7% ransstrificação 39, 955 9,56% Rcupração do álcool da FP 8, 5573,4 8,% Dstilação do álcool rcuprado, ,8% Lavagm do biodisl 36, ,96% Rlavagm do biodisl 88, ,4 3,6% Dsumidificação do biodisl 3, ,685 5,3% A partir da tabla 7.5, foi obsrvado qu a tapa ond há a maior xrgia dstruída foi na tapa d transstrificação. Indicando a tapa ond há maior irrvrsibilidad d todo o procsso. As tapas d nutralização, lavagm do biodisl dstilação, sgum como as tapas ond há maior xrgia dstruída no procsso, como pod sr visto, também, no gráfico m barra da figura 7.3. Figura Gráfico da xrgia dstruída por tapa. Para sabr a causa d uma tapa possuir alta irrvrsibilidad, dvmos olhar a quação 6.4, vrificar a parcla mais participativa no aumnto da xrgia dstruída, ou irrvrsibilidad no procsso. S, é dvido ao alto calor prdido plas pards, ao alto trabalho létrico consumido, ou ao gradint ntr o fluxo d xrgia qu ntra sai dvido ao fluxo mássico. Para o procsso d produção d biodisl da unidad d Catés, vrificamos qu as tapas ond há maior xrgia dstruída foram as msmas ond há maior trabalho létrico consumido maior prda d nrgia plas pards, com xcção 5

128 da transstrificação qu, apsar d possuir um lvada prda d nrgia plas pards, o não raprovitamnto dos subprodutos da ração d transstrificação ocasiona um aumnto na irrvrsibilidad do sistma. Assim, para um procssamnto d litros d ólo bruto, a xrgia dstruída total no procsso foi d, aproximadamnt, 6.444,3 MJ. Ou sja, o trabalho, ou nrgia, qu dixou d sr utilizado d alguma manira. 7.7 Eficiência nrgética A tabla 7.6 mostra m prcntual a ficiência nrgética d cada tapa do procsso d produção da unidad xprimntal d biodisl d Catés. abla Eficiência nrgética m cada tapa. Etapa Eficiência nrgética Nutralização filtragm do ólo bruto 68,83% Dsumidificação do ólo nutralizado 7,5% Prparação do catalisador 5,6% ransstrificação 68,6% Rcupração do álcool da FP 69,4% Dstilação do álcool rcuprado 74,56% Lavagm do biodisl 96,83% Rlavagm do biodisl 99,3% Dsumidificação do biodisl 59,35% Pla tabla 7.6, é vrificado qu as tapas com mnors ficiências nrgéticas foram as tapas d prparação do catalisador dsumidificação do biodisl, as tapas com maiors ficiências nrgéticas foram as tapas d lavagm rlavagm do biodisl, como pod sr visto, também, no gráfico d barras da figura 7.4. Figura Gráfico da ficiência nrgética por tapa. 6

129 7.8 Eficiência xrgética A tabla 7.7 mostra m prcntual a ficiência nrgética d cada tapa do procsso d produção da unidad xprimntal d biodisl d Catés. Pla tabla 7.7, é vrificado qu as tapas com mnors ficiências xrgéticas foram as tapas da transstrificação rcupração do álcool a partir da FP, as tapas com maiors ficiências xrgéticas foram as tapas d prparação do catalisador, lavagm rlavagm do biodisl, como pod sr visto, também, no gráfico d barras da figura 7.5. abla Eficiência xrgética m cada tapa. Etapa Eficiência xrgética Nutralização filtragm do ólo bruto 96,4% Dsumidificação do ólo nutralizado 99,6% Prparação do catalisador 99,88% ransstrificação 95,39% Rcupração do álcool da FP 95,8% Dstilação do álcool rcuprado 94,68% Lavagm do biodisl 96,67% Rlavagm do biodisl 99,6% Dsumidificação do biodisl 98,93% Figura Gráfico da ficiência xrgética por tapa. 7.9 Rndimnto bruto do procsso O Rndimnto bruto do procsso foi dfinido como a razão ntr a massa d combustívl produzida a quantidad d ólo utilizada no procsso. mbiodisl RB,% (Eq. 7.46) m ólo 7

130 m biodisl é a massa produzida d biodisl;, m ólo é a massa d ólo utilizada para produzir o biodisl. O valor do rndimnto bruto do procsso d produção é d grand importância, uma vz qu dá uma razão ntr o produto final obtido, a matéria prima utilizada. O objtivo é obtr o maior valor possívl, pois st significa um mlhor aprovitamnto da matéria prima. Assim, o rndimnto bruto para o procsso d produção d biodisl da unidad xprimntal d biodisl d Catés foi d, aproximadamnt, 8,5%. 7. Rndimnto m éstr da transstrificação No ntanto, no rndimnto bruto do procsso não s ncontra xprsso a quantidad d éstrs produzidos. Havndo a ncssidad d quantificar a quantidad d éstrs produzidos no procsso, dfinimos o rndimnto m éstrs do procsso, qu diz rspito à quantidad d triglicrídos qu são transformados m mtil éstrs justificando assim as difrnças ntr a massa d biodisl obtida a sprada. mem RE,% (Eq. 7.) m ólo m EM é a massa produzida d éstrs mtílicos no biodisl. Assim, o rndimnto m éstr da transstrificação para o procsso d produção d biodisl da unidad xprimntal d biodisl d Catés foi d, aproximadamnt, 8,85%. 7. Purza do biodisl A purza do biodisl indica o prcntual d éstrs mtílicos no biodisl. Sndo d grand importância para mostrar a qualidad do produto final da transstrificação. mem Purza,% (Eq. 7.3) m biodisl m biodisl é a massa produzida d biodisl;, m EM é a massa produzida d éstrs mtílicos no biodisl. Assim, a purza do biodisl do procsso d produção d biodisl da unidad xprimntal d biodisl d Catés foi d, aproximadamnt, 99,9%. 8

131 CAPÍULO 8 Conclusõs sugstõs 8. Conclusõs Os rsultados das análiss nrgéticas xrgéticas s mostraram condiznts com o sprado m rlação às prdas d nrgia trabalho létrico, qu foram os principais causadors das baixas ficiências nas tapas do procsso. A falta d rvstimnto xtrno, ou isolamnto térmico, nos quipamntos acarrtou grand prda d nrgia no procsso, assim, os baixos valors das ficiências nrgéticas no procsso são rflxos dssas prdas d nrgia plas pards. Através das mdiçõs do tmpo d funcionamnto d cada acssório létrico, foi vrificado um lvado consumo létrico da planta. A maior font d consumo létrico da planta é o sistma d aqucimnto, rsistência da caldira bomba da caldira, qu durant todo o procsso ficam ligados. A utilização do fluxo d aqucimnto plo ólo minral associado às grands prdas d nrgia plas pards dos quipamntos acarrta um maior consumo létrico plas rsistências da caldira, já qu mais nrgia tm qu sr forncida ao ólo minral para mantr m quilíbrio as tmpraturas intrnas dos quipamntos. Lmbrando qu, também, xist prda d nrgia pla pard da caldira, aumntando a nrgia forncida plas rsistências da caldira, assim, o consumo létrico. A utilização da nrgia létrica como font nobr d nrgia primária para o aqucimnto, contradiz o objtivo principal da usina produtora d biocombustívis, podndo utilizar a própria quima do biocombustívl como font d nrgia para o aqucimnto do procsso. Os rndimntos das raçõs químicas do procsso s mostraram bastants satisfatórios. E, o rflxo dos bons rndimntos pod sr visto nos altos valors das ficiências xrgéticas dos procssos. É important para mlhorar a ficiência xrgética do procsso, a rutilização dos subprodutos do procsso. Como por xmplo, a glicrina, o álcool, também, a borra d nutralização. Assim, a não utilização dsss subprodutos foi um dos fators qu ocasionaram um aumnto na xrgia dstruída. Vrificou-s a grand importância da composição química dtalhada dos ragnts produtos para a ralização das análiss, sua influência nos valors dos rsultados. 9

132 Do msmo modo, os valors das tmpraturas são ssências para uma boa anális xprimntal. Como pqunas variaçõs d tmpraturas provocam grands altraçõs nos rsultados, é d grand importância fazr uma anális considrando os dsvios padrõs das mdiçõs. 8. Sugstõs para trabalhos futuros Estudo numérico da anális nrgética xrgéticas, tstando difrnts frramntas computacionais, vrificando a snsibilidad dos parâmtros. Otimização d plantas d biodisl utilizando anális nrgética xrgética computacional. Estudo mrgético do procsso d produção d biodisl com difrnts olginosas, avaliando a ral sustntabilidad dsts mios, utilizando a anális d ciclo d vida. Ralizar uma anális conômico-financira do procsso d produção d biodisl. 3

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138 ANEXO A Espcificação ANP n o 55 d d março d 8. 36