Otimização de extração de aditivos de óleo lubrificante a partir de solventes polares Felipe Oliveira Souza (felipeosq@gmail.com) 1, Luar Santana (luarsantana@hotmail.com) 1, Wellington Luis Silva de Oliveira (wellingtonluisso@hotmail.com ) 1, Maria de Fátima Pereira dos Santos (maria.f.santos@ufes.br) 1, Maristela de Araújo Vicente (maristelavicente@gmail.com) 1 1. Universidade Federal do Espírito Santo Centro Universitário Norte do Espírito Santo. São Mateus ES. RESUMO A crescente utilização de máquinas e sistemas automatizados exigem grandes volumes de óleos lubrificantes e consequentemente o descarte de grandes proporções deste. As atuais tecnologias de tratamento do óleo lubrificante usado são onerosas, agressivas ambientalmente e complexas. Foi objetivo deste trabalho avaliar a utilização de isopropanol e metil-etilcetona (MEK) na extração de aditivos de óleo lubrificante. Foi observado que a temperatura de 40 C permite maiores reduções da densidade do óleo lubrificante, sendo que entre 5 a 15 minutos de extração, assim como a utilização dos solventes, não exercerem diferença significativa na obtenção dos resultados. Palavras Chaves: Rerrefino, Metil-etilcetona Isopropanol INTRODUÇÃO O desenvolvimento tecnológico tem contribuído para uma nova revolução industrial, onde os sistemas automatizados irão executar quaisquer atividades humanas. O raciocínio, planejamento e negociação serão as principais atividades executadas pelos humanos (COUTINHO, 1992). Todo sistema mecânico exige óleos lubrificantes para o adequado funcionamento. Somente no ano de 2013, 35,3 milhões de toneladas de óleos lubrificantes foram consumidas no mundo. Os óleos lubrificantes recebem processos de aditivação para o melhorar suas propriedades. Os aditivos possuem a função de melhorar a viscosidade do óleo, servir como inibidor de oxidação, detergentes, dispersantes e antiemulsificantes (HAMAWAD, et al 2013). No entanto, o grande consumo de óleos lubrificantes ocasiona problemas ambientais. Os óleos lubrificantes usados possuem em sua composição metais pesados, hidrocarbonetos policíclicos aromáticos e produtos de degradação de moléculas orgânicas que são tóxicos, cancerígenos e bioacumulativos. Devido às características perigosas do óleo lubrificante usado, ele não pode ser depositado em aterro sanitário ou incinerado. A única alternativa adequada para destinação final é o rerrefino. As operações de rerrefino do OLU atualmente utilizadas são onerosas, complexas e dão origem a novos resíduos tóxicos. A utilização de solventes polares é uma tecnologia alternativa de rerrefino, que não é tóxica nem demasiadamente onerosa. As moléculas polares permitem interações com as moléculas dos aditivos, facilitando sua extração, assim como de contaminantes metálicos, oxidados e particulados de carbono (KUPAREVA, et al, 2013). 1
Foi objetivo deste trabalho a avaliação do potencial do álcool isopropílico e do metiletilcetona (MEK) em retirar os aditivos do óleo lubrificante novo. METODOLOGIA Para a avaliação do solvente de maior eficiência na extração dos aditivos do óleo lubrificante foi realizado um planejamento fatorial completo 2 3. Foi adicionado ao mesmo planejamento fatorial alguns fatores que exigiam operações de otimização, como a temperatura e tempo de extração. A tabela 01 apresenta a matriz de planejamento realizada para a otimização das condições de análise. Foram assumidos como níveis inferiores (-1) 40 C, 5 minutos e propanol; os níveis superiores (+1) foram MEK, 60 C e 15 minutos. Tabela 01.: Matriz de planejamento utilizado para a otimização das condições de extração de aditivos do óleo lubrificante. # Temperatura ( C) Tempo (min) Solvente Densidade (g/cm 3 ) 1-1 (40) -1 (5) -1 (propanol) 0,87889 2 1 (60) -1(5) -1(propanol) 0,87751 3-1(40) 1 (15) -1(propanol) 0,87954 4 1(60) 1(15) -1(propanol) 0,88365 5-1(40) -1(5) 1 (MEK) 0,87935 6 1(60) -1(5) 1(MEK) 0,87579 7-1(40) 1(15) 1(MEK) 0,88146 8 1(60) 1(15) 1(MEK) 0,87943 Foi utilizado óleo lubrificante mineral (Lubrax 20w-50) para a avaliação do potencial dos solventes em retirar os aditivos. Foi misturado 20g de óleo lubrificante com 100g de solvente, na razão mássica 1:5. Após a incorporação do solvente no óleo lubrificante por 30 segundos de leve agitação, foram realizadas as operações de extração utilizando agitação mecânica a 220 rpm (agitador mecânico: Ika RW20) por 5 e 15 minutos, nas temperaturas de 40 e 60 C. Após a extração, a mistura foi levada para decantação num funil de separação por 24 horas. Em seguida as diferentes fases foram coletadas e levadas para a análise de densidade pelo método instrumental de densitometria conforme a norma ASTM D5002. Após este período, pela extração com isopropanol houveram a formação de 3 fases, indicando a obtenção de 3 diferentes produtos. Pela utilização de MEK, não houveram a formação de fases separadas, mesmo após o tempo de decantação. Ambos os produtos da extração foram levados para destilação atmosférica para a eliminação dos solventes. RESULTADOS E DISCUSSÃO 2
O desenho experimental completo de 3 fatores em 2 níveis foi desenvolvido com o auxílio do software Statistica 8.0. A figura 01 ilustra a estruturação do planejamento experimental, dando origem a 8 experimentos em diferentes condições de temperatura, tempo e tipo de solvente. Figura 01.: Ilustração do delineamento experimental na otimização da metodologia de extração. A avaliação da extração de aditivos de óleos lubrificantes pela análise de densidade é um método eficiente, visto que os agentes dispersantes (contidos nos aditivos) são os responsáveis pelo aumento da densidade dos óleos. Estes dispersantes são compostos orgânicos polares, geralmente formados por moléculas de polimetacrilatos contendo nitrogênio; succinimidas polialquênicos; sulfonatos de sódio, magnésio, cálcio e bário. Os solventes polares são capazes de extrai-los por interações intermoleculares de ligação de hidrogênio ou forças de Van der Waals. Foi escolhido o procedimento de agitação mecânica a 220 rpm, por este permitir maior entropia ao sistema, oportunizando maior probabilidade de choques efetivos entre as moléculas de hidrocarbonetos dos óleos lubrificantes e do agentes extrator. A análise multivariada das respostas indica que para os tempos de extração analisados, a influência é mínima para a obtenção de bons resultados. A temperatura mostrou ser a variável mais significativa estatisticamente ao nível de confiança de 90%, como indicado pela análise de variância da figura 02. Figura 02.: Análise de variância aplicada à determinação do fator mais 3
significante na obtenção das respostas. O gráfica da figura 03 representa o quanto a temperatura exerce influência sobre a densidade do óleo obtido. As melhores respostas são ilustradas pela cor verde, os números são codificações dos níveis. É possível observar que nos menores níveis de temperatura são encontrados os melhores resultados. Em relação à variação do tempo e do tipo de solvente, no entanto, não há alterações significativas no valor de resposta. Logo, isopropanol e MEK, pelo método realizado, não apresentam diferença significativa na extração de aditivos do óleo lubrificante. 4
Figura 03.: Influência das variáveis analisadas na obtenção das menores densidades do óleo lubrificante. CONCLUSÃO O desenvolvimento do processo de extração de aditivos pela utilização de isopropanol e MEK serve como recurso para o amadurecimento das técnicas de rerrefino de OLU por tecnologias mais limpas. Pelo método de agitação mecânica, a temperatura de 40 C mostrou ser a temperatura ótima de extração de aditivos utilizando solventes polares. Foi observado que isopropanol e MEK, assim como o tempo de 5 a 15 minutos de extração não exerceram nenhuma diferença significativa na obtenção das respostas. Os resultados obtidos servem como otimização das condições de extração de aditivos do óleo lubrificante. AGRADECIMENTOS Agradeço à FAPES, CAPES, UFSM, UFES e Programa de Pós-Graduação em Energia UFES/CEUNES REFERÊNCIAS COUTINHO, Luciano. A terceira revolução industrial e tecnológica: as grandes tendências de mudança. Economia e sociedade, v. 1, n. 8, p. 69-87, 1992. Fuchs oils Dados de consumo mundial atualizado. Disponível em: http://www.fuchsoil.com. Acessado em 26/06/14. HAMAWAND, I.; YUSAF, T.; RAFAT, S. Recycling of Waste Engine Oils Using a New Washing Agent. Energies, n. 6,p. 1023-1049, 2013. 5