Estudo do tamanho de gotas e quantidade de água empregando Espectroscopia NIR.

Abstract

Resumo: A transesterificação alcalina é atualmente o método mais empregado na produção de biodiesel. A reação alcalina é sensível à presença de água e ácidos graxos livres. A água pode hidrolisar os triglicerídeos em diglicerídeos e formar mais ácidos graxos livres. Esses compostos, por sua vez, reagem com o catalisador alcalino formando sabões. A presença de sabão no biodiesel aumenta a viscosidade, forma géis e estabiliza a emulsão de biodiesel/glicerol, dificultando a etapa de separação e purificação da glicerina e do biodiesel ao final do processo. O biodiesel durante o armazenamento pode absorver até 1.500 ppm de água. A qualidade do biodiesel pode sofrer alterações em função da matéria prima, processo de produção ou durante o armazenamento, apresentando alterações na sua composição, sendo que um dos compostos que mais influenciam a qualidade do biodiesel é a água. Esta pode estar presente em duas formas, seja como água livre ou dissolvida suspensa em gotas de água. A água livre é fortemente associada à corrosão nos tanques e a água dissolvida pode afetar a estabilidade do combustível. A estabilidade da emulsão água em óleo também é influenciada pelo tamanho de gota de água dispersa. Para viabilizar o controle das especificações requeridas pela legislação e monitoramento do processo de produção, é importante desenvolver métodos analíticos rápidos e econômicos. O presente trabalho teve por objetivo avaliar a utilização da espectroscopia na região do infravermelho próximo (NIR), aliada à técnica de calibração multivariada para previsão do teor de água (mg kg-1) e diâmetro de gota (DG) em emulsões de biodiesel do tipo água em óleo. Para isso, foram preparadas 75 amostras de emulsão de biodiesel, etanol e água, com biodiesel misto composto por 85% de biodiesel de soja e 15% de biodiesel de gordura animal. O teor de água e tamanho de gota presente nas emulsões foram determinados pelos métodos de titração columétrica por Karl Fisher e microscopia óptica, respectivamente. O tempo de estabilidade e o tamanho médio de gota das emulsões obtidas foram influenciados pela velocidade de agitação empregada. Os espectros de NIR foram sensíveis às variações do teor de água e tamanho médio de gota. Através dos modelos de calibração usando a técnica dos Mínimos Quadrados Parciais (PLS), foi possível correlacionar regiões espectrais com a quantidade de água e tamanho de gota. Os modelos desenvolvidos apresentaram boa capacidade preditiva, sendo que o erro percentual médio para a etapa de validação externa foi de 9,53% para a predição do diâmetro de gota e de 8,73% para o teor de água.

Abstract: The transesterification is currently the most used method in biodiesel production. The alkaline reaction is sensitive to the presence of water and free fatty acids. Water can hydrolyze triglycerides in diglycerides and form more free fatty acids. These compounds, in turn, reacts with the alkaline catalyst to form soap. The presence of soap in the biodiesel increases viscosity, form gels and stabilizes the emulsion of biodiesel/glycerol, difficult the step separation and purification of glycerin and biodiesel at the end process. The biodiesel during storage can absorb up to 1.500 ppm of water. The quality of biodiesel can change depending of the raw materials, production process or during storage, showing changes in its composition, one of the compounds that most affect the quality of biodiesel is water. This can be present in two forms, as dissolved and free suspended in water drops. The free water is more strongly associated with corrosion in the tanks and dissolved water can affect the stability of the fuel. The stability of the emulsion water in oil is also influenced by the size of water droplet dispersed. To facilitate control of the specifications required by legislation and monitoring the production process, it is important to develop rapid analytical methods and economics. In this work the objective was to evaluate the use of spectroscopy in the near infrared (NIR) region, combined with multivariate calibration technique for prediction of water content (mg kg-1) and droplet diameter (DG) in the biodiesel emulsions type water in oil. For this, 75 samples of biodiesel emulsion were prepared, ethanol and water, with compound biodiesel of 85% soy biodiesel and 15% biodiesel from animal fat. The water content and droplet size present in the emulsions was determined by titration methods by Karl Fisher and optical microscopy, respectively. The stability and the average size of the droplet in emulsions obtained were influenced by the stirring speed employed. The NIR spectra are sensitive to changes in water content and droplet size medium. Through the calibration models using the technique of Partial Least Squares (PLS) were correlated the spectral regions with the amount of water and droplet size. The developed models showed good predictive ability, and the average percentage error for the external validation step was 9.53% for the prediction of droplet diameter and 8.73% for water content.