PRODUÇÃO DE BIODIESEL ORIUNDO DO SEBO BOVINO: AVALIAÇÃO EXERGÉTICA EM ESCALA DE BANCADA Antonio Alison da Silva Mamede 1, Maria Alexsandra de Sousa Rios 2, Jackson de Queiroz Malveira 3, Ada Amélia Sanders Lopes 4. Resumo: Atualmente a maior parte da energia do mundo ainda prove de fontes como petróleo, gás natural e carvão. Por serem consideradas fontes não renováveis existe a possibilidade de futuramente haver o esgotamento. Além disso, esses tipos de combustíveis são bastante poluidores e agressivos ao meio ambiente, o que vem motivando a população de todo o mundo buscar soluções para minimizar e até mesmo erradicar esses impactos. Dentre as fontes renováveis de energia, os biocombustíveis têm apresentado teores reduzidos de emissão quando comparados aos combustíveis fósseis. A produção de biocombustíveis apresenta-se como uma alternativa para minimizar impactos relacionados ao meio ambiente, energia e economia, tendo-se como destaque o biodiesel. Na escala de produção deste biocombustível, os aspectos como: matéria-prima e condições operacionais estão relacionadas às eficiências energéticas e exergéticas do processo. Tais investigações desses parâmetros, serão de grande aplicabilidade com a inserção de novos processos no mercado energético, conferindo-lhes características de alta qualidade, melhorando as propriedades já existentes e, minimizando ou suprimindo características atuais indesejáveis e assim otimizando o rendimento no processo. O projeto em questão teve como foco avaliar o processo de produção de biodiesel derivados de fonte animal (sebo bovino) em escala de bancada e, caracterizar a amostra obtida. Foi realizada a extração do óleo proveniente da matéria-prima, sebo bovino, em seguida o mesmo foi submetido a uma reação de transesterificação de triglicerídeos onde se obteve o biodiesel. O processo foi todo realizado em escala de bancada e realizada a análise exergética de todas as etapas da produção do Biocombustível. Palavras-chave: Biodiesel. Energia. Exergia. Sebo Bovino. INTRODUÇÃO O consumo de combustíveis fósseis derivados do petróleo apresenta um impacto significativo na qualidade do meio ambiente. Poluições ambientais tai como: do ar, as mudanças climáticas, os derramamentos de óleo e a geração de resíduos tóxicos são resultados do uso e da produção desses combustíveis. A poluição do ar das grandes cidades é, provavelmente, o mais visível impacto da combustão dos derivados de petróleo. Há anos 1 Universidade da Integração Internacional da Lusofonia Afro-Brasileira, Instituto de Engenharia e Desenvolvimento Sustentável, e-mail: alisonmamede@aluno.unilab.edu.br 2 Universiadade Federal do Ceará, Departamento de Engenharia Mecânica, e-mail: alexsandrarios@ufc.edu.br 3 Fundação Núcleo de Tecnologia Industrial do Ceará, Laboratório de Referência em Biocombustíveis, e-mail: jackson.malveira@nutec.ce.gov.br 4 Universidade da Integração Internacional da Lusofonia Afro-Brasileira, Instituto de Engenharia Desenvolvimento Sustentável, e-mail: adasanders@unilab.edu.br
vêm sendo realizadas experiências com combustíveis alternativos, comprovando a atenção de pesquisadores, governos e sociedade em geral com o eventual esgotamento das reservas petrolíferas e com a questão ambiental (PASQUALETTO; BARBOSA, 2008) Dentre as alternativas encontradas para solucionar esse tipo de problema, estudos relacionados as matérias-primas renováveis capazes de produzir combustíveis, como biodiesel, vem sendo realizados por pesquisadores do mundo inteiro. A utilização dessa fonte de energia alavanca vários benefícios e os estudos relacionados a sua produção devem ser desenvolvidos para melhorar cada vez mais a cadeia produtiva de Biodiesel. Com relação a eficiência do processo de produção e, eficiência energética da fonte, uma alternativa para verificação é a investigação da medida de trabalho pela termodinâmica clássica, através da determinação da exergia. Exergia também chamado de análise de segunda lei, ou análise da disponibilidade termodinâmica, designa a capacidade que um sistema ou um processo têm para realizar trabalho útil. Pode pensar-se em exergia como sendo a máxima energia útil possível de ser extraída do sistema ou processo. (OLIVEIRA, 2015). Através desse estudo pode-se melhorar o entendimento sobre o processo e a dinâmica de produção, verificar e quantificar as perdas e também indicar quais melhorias podem ser estabelecidas para a eficiência produtiva. METODOLOGIA Produção de Biodiesel de Sebo Bovino. O biodiesel de sebo bovino foi produzido por meio da reação de transesterificação alcalina, utilizando-se Hidróxido de Potássio (KOH) e metanol como agente transesterificante.. Utilizou-se uma temperatura de 60 e um tempo reacional de 60 minutos. O processo reacional foi conduzido em escala de bancada, em um reator de vidro de capacidade de 500 ml. Anterior as etapas reacionais os óleos foram caracterizados por meio da determinação do índice de acidez e saponificação. Os procedimentos experimentais foram realizados de acordo com as normas da Associação Brasileira de Normas Técnicas ABNT e normas internacionais da American Oil Chemists' Society (AOCS).
Cálculos para Análise Exergética Desconsiderando-se os efeitos nucleares, magnéticos, elétricos e de tensão superficial, a exergia total ET de um sistema pode ser dividida em quatro componentes: exergia cinética EK, potencial EP, física EF e química ECH. (KOTAS, 1995) E T = E k + E P + E F + E CH Szargut; Morris; Steward17 (1988 apud Arredondo, 2009), assumem que a relação de exergia química com o poder calorífico inferior (PCI), para combustíveis sólidos e líquidos, é a mesma para substâncias químicas puras, tendo a mesma relação de componentes químicos. A exergia química dos compostos biomássicos é calculada pela seguinte equação: E CH = β. PCI (I) onde: β coeficiente; PCI - Poder Calorífico Inferior O coeficiente β tem diferentes expressões dependendo da fase e composição química das substâncias. Para substâncias biomássicas líquidas temos: β = 1,0374 + 0,0159 H C + 0,0567 0 C PCI = PCS 0,0894 2442,2 H (II) (III) *2.442,3 kj/kg corresponde à entalpia de vaporização da água à pressão de 1 bar. (ARREDONDO, 2009.) RESULTADOS E DISCUSSÃO As figuras abaixo, apresentam a etapa de obtenção do óleo de sebo Bovino, como foi descrito anteriormente.
FIGURA 1- Óleo extraído FIGURA 2- Sebo bovino na fase Sólida FONTE: (AUTOR, 2017) FONTE: (AUTOR, 2017) Com dados de Poder Calorífico e Analise Elementar encontrados em (Cárdenas, Osiris. 2011) e posteriormente aplicando-os nas formulas, foi possível obter a Exergia Química do Óleo e Biodiesel de Sebo Bovino. Valor esse utilizado para calcular a eficiência exergetica do processo de produção do Biodiesel de sebo bovino. TABELA 1 Exergia Química Exergia Química Valor (MJ/kg) Óleo de Sebo Bovino 39,7 Biodiesel 40,82 FONTE: (AUTOR, 2017). A soma da exergia dos equipamentos e dos reagentes utilizados foi de 32,94 MJ (exergia de entrada). A soma da exergia dos produtos é de 27,92 MJ (exergia de saída). Há uma diferença de 5,02 MJ nas exergias de entrada e saída do sistema, atribuída a perdas de calor e resíduos não reativos da reação. Através dos dados obtidos, foi calculada a eficiência exergética, dada ((Exergia de saída/exergia de entrada) x 100), onde obteve-se o valor de 84,7 %. CONCLUSÕES De acordo com os resultados, conclui-se que esse valor obtido de eficiência exergética pode ser considerado satisfatório, porém a partir da análise poderá ser identificado onde houve as maiores perdas e com isso melhorar o rendimento do processo e torná-lo mais eficiente. Parâmetros como temperatura, tempo reacional e reagentes químicos podem influenciar na eficiência exergética do processo.
AGRADECIMENTOS A Fundação Núcleo de Tecnologia Industrial do Ceará-NUTEC, ao Laboratorio de Referência em Biocombustíveis (LarBio), onde foi realizado todos os processos necessários e a todas as pessoas envolvidas no projetos que de alguma forma proporcionou a realização do mesmo. REFERÊNCIAS ANP - Agência Nacional do Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis. Resolução ANP nº 14, de 11.5.2012. Disponível em: <www.anp.gov.br> American Oil Chemists' Society (AOCS). Disponivel em: <www.aocs.org> Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT). Disponivel em: < www.abnt.org.br> ARREDONDO, H.I.V. Avaliação exergética e exergo-ambiental da produção de biocombustíveis. p. 19-75. 2009 CÁRDENAS, Osiris Estudo comparativo da combustão de sebo bovino e diesel em fornalha calorimétrica flamotubular. Tese de doutorado para título de Engenheiro Mecânico. Escola de Engenharia de São Carlos. Universidade de São Paulo. São Paulo, 2011. OLIVEIRA, P.P. Fundamentos de Termodinâmica aplicada: Análise Energética e Exergética. Lisboa: Editora Lidel, 2015. PASQUALETTO, A.; BARBOSA, G. N. Aproveitamento do óleo residual de fritura na produção de biodiesel. In. XXXI Congresso Interamericano AIDIS. Santiago, Chile, 12 a 15 de outubro, 2008, 8p.