Materiais

Utilizou-se óleo de coco babaçu in natura (OCB), extraído industrialmente. Comprado na Reserva do Ciriaco, Município de Cidelândia - MA. O Azeite de coco babaçu in natura (ACB), extraído manualmente. Adquirido na comunidade de Petrolina, município de Imperatriz - MA".

O óleo e o azeite de coco babaçu (Orbignya speciosa Mart.) apresentam coloração amarelada, sendo o óleo mais límpido. O manejo do coco babaçu varia de acordo com as habilidades e cuidados de cada comunidade extrativista. Quanto a sazonalidade, no estado do Maranhão, a frutificação do coco ocorre durante todo ano, mas o pico de produção se dá entre os meses de agosto e janeiro, sendo que cada palmeira produz até seis cachos. O óleo de coco babaçu foi extraído de forma industrial por meio da máquina Scott Tech, enquanto o aceite de babaçu foi extraído manualmente, por meio do método de fervura, até ocorrer a separação da fase aquosa ^[8,9].

Preparação do biodiesel

Para a produção do biodiesel, as amostras de óleo e azeite de coco babaçu foram divididas em quatro volumes de 1 litro. A etapa inicial do processo foi a obtenção do catalisador metóxido de potássio (1% de hidróxido de potássio e 30% de metanol). Posteriormente, o catalisador foi aquecido em banho de glicerina (60 ºC, 60 min), em seguida adicionado ao óleo e ao azeite de babaçu. As reações foram realizadas em sistema com refluxo, agitação e aquecimento (60 ºC). O tempo de reação foi de 90 minutos, logo após, os meios reacionais foram transferidos para funis de separação, nos quais as fases foram separadas por diferença de densidade, obtendo-se: fase superior, biodiesel e fase inferior, glicerina. Na etapa seguinte, as fases superiores foram lavadas com água destilada a 50 ºC, até que o pH da água de lavagem estivesse neutro. Na etapa final, os biodieseis de óleo e azeite de coco babaçu foram levados a estufa para secagem, durante 60 minutos, sendo posteriormente armazenados.

Caracterizações

Espectroscopia de Infravermelho com Transformada de Fourier. As análises de FTIR foram realizadas no espectrômetro modelo Nicolet IS5 da Thermo Scientific, na faixa de comprimento de onda de 4000 - 550 cm^-1, profundidade 28 cm, detector de Índio Gálio Arsênio de faixa estendida (InGaAs) e laser de diodo de estado sólido de NIR com temperatura estabilizada.

Viscosidade cinemática. Para a realização das análises de viscosidade cinemática foram utilizados capilares 100 e viscosímetro da Petrotest com banho termostático a 40 ºC, com tempo de escoamento em segundos.

Densidade. As medidas de densidade foram efetuadas no densímetro digital modelo DMA 4500 da Anton Paar, com leitura instantânea.

Cinzas sulfatadas. O teste de cinzas sulfatadas foi realizado de acordo com a NBR 6294/2008 utilizando cadinhos de alumina e forno elétrico modelo EDG da W-Three. Em seguida, utilizouse a Equação 1, para calcular a porcentagem de cinzas sulfatadas.

(1)

Em que: %CS = percentual de cinzas sulfatadas; MR = massa do resíduo em gramas; MA=a massa da amostra em gramas.

Índice de acidez. Na análise do índice de acidez, utilizou-se solução neutra de éter-álcool (2:1), fenolftaleína e titulação com hidróxido de sódio (NaOH) 0,1 M. O índice de acidez foi calculado a partir da Equação 2.

(2)

Em que: IA = índice de acidez; V = volume (mL) de NaOH gasto na titulação; F = fator de correção (0,9709); P = peso da amostra (g); 5,61 = constante de proporcionalidade.

Ponto de fluidez. Nas análises do ponto de fluidez, utilizou-se o analisador modelo CPP-5Gs da PAC, obedecendo a norma ASTM D-97.

Ponto de fulgor. As análises do ponto de fulgor foram realizadas no equipamento modelo APM-7 Automatic Flash Point Tester do fabricante Tanaka, utilizando recipiente da Cleveland. Os testes foram executados de acordo com a NBR 14598/2012, procedimento C.

Cromatografia gasosa. Para as análises de cromatografia gasosa, utilizou-se o equipamento CG-EM, modelo QP2010 SE da Shimadzu, temperatura do injetor 250 °C, interface a 200 °C e fonte de íons a 240 °C, coluna SH-Rtx5MS (30 m x 0,25 mm DI x 0,25mm), fluxo na coluna de 1,14 mLmin^-1 e gás de arraste Hélio, com pressão 500 psi. O programa de aquecimento da coluna foi: 60 a 170 °C (10 °Cmin^-1), 170 ºC por 25 min; 170 a 200 °C (2 °Cmin^-1), 200 ºC por 2 min; 200 a 300 °C (30 °Cmin^-1), 300 ºC por 5 min com tempo de corrida de 63,33 min e tempo de corte do solvente de 3 min. Estabeleceu-se o controle do fluxo em velocidade linear de 38,9 cm^-1, fluxo de purga 3,0 mLmin^-1, pressão de 68 kPa e fluxo total de 26,9 mLmin^-1.

Espectroscopia de infravermelho com transformada de Fourier

Na Figura 1, estão apresentados os espectros de absorção do biodiesel de óleo de coco babaçu (BOCB) e biodiesel do azeite de coco babaçu (BACB), com bandas de absorção entre 3500 e 600 cm^-1. Foram detectados movimentos vibracionais do tipo estiramento e deformação das ligações químicas, em ambas as amostras.

Fonte: O autor (2020).

Figura 1 Espectro de absorção do biodiesel de óleo de coco babaçu (BOCB) e biodiesel do azeite de coco babaçu (BACB). 

Analisando os espectros da Figura 1, observa-se em 2922 cm^-1 uma banda de absorção relacionada ao estiramento assimétrico do CH₂, seguida da banda de absorção em 2853 cm^-1, referente ao estiramento simétrico do CH₂; bem como, a banda de absorção compreendida em 1740 cm^{- 1}, referente a carbonila (C=O), tanto na amostra BOCB quanto na BACB, sendo estas absorções as mais características de biodiesel ^[12]. A Tabela 1, apresenta todas as bandas de absorção das amostras BOCB e BACB.

Tabela 1 Números de onda (cm-1) e grupos funcionais das amostras de BOCB e de BACB. 

Em que: BOCB = biodiesel do óleo de coco babaçu; BACB = biodiesel do azeite de coco babaçu. (*) Comprimentos de onda com maior intensidade, que se relacionam com os grupos funcionais característicos dos ésteres

De acordo com os resultados, observou-se pequena variação no comprimento de onda da amostra BOCB para a BACB, tendo em vista que as vibrações moleculares de estiramento ao longo do eixo de ligação, a sensibilidade do equipamento, a diferença de concentração das amostras, dentre outros fatores, podem resultar em aumento ou diminuição da distância interatômica, de acordó com o tipo de movimento. Na deformação ocorre o movimento de um grupo de átomos em relação ao restante da molécula ^[13]. Destaca-se que não foi identificado traço de grupos fenólicos ou aminados nas amostras BOCB e BACB, indicando possivelmente, que não há antioxidantes sintéticos em suas composições.

Viscosidade cinemática

A Tabela 2, mostra os resultados da análise de viscosidade a 40 ºC, do biodiesel de óleo de coco babaçu (BOCB) e biodiesel do azeite de coco babaçu (BACB).

A viscosidade cinemática fora dos padrões da ANP pode interferir diretamente no funcionamento dos equipamentos de injeção de combustíveis nos motores, principalmente em baixas temperaturas. Quando elevada, a viscosidade cinemática prejudica a atomização dos jatos de combustíveis, diminuindo a precisão da operação dos bicos injetores, impactando diretamente no processo de combustão ^[14].

A viscosidade cinemática das amostras está de acordo com a RANP 45 ^[15], que recomenda valores de viscosidade entre 3 e 6 mm²s^-1. A American Standard Testing Method ASTM D6751 delimita resultados entre 1,9 a 6 mm²s^-1 e a norma europeia do Comitê Europeu de Normalização (Comité Européen de Normalisation - CEN) EN 14214 estabelece limites de viscosidade entre 3,5 a 5 mm²s^-1. Sendo assim, os parâmetros de viscosidade cinemática dos biodieseis de óleo e azeite de coco babaçu, estão de acordo com as normas internacionais para biodiesel.

Densidade

A Tabela 3, exibe resultados da densidade a 20 ºC das amostras BOCB e BACB. Assim como a viscosidade, a densidade está diretamente ligada com a quantidade de combustível injetada no motor, podendo inferir diretamente na potência do motor e eficiência de atomização do biodiesel ^[16].

As densidades das amostras BOCB e BACB estão em conformidade com a Norma Europeia EN 14214, metodologia de teste EN ISO 3675 e EN ISO 12185, que estabelecem valores mínimo de 860 kgcm^-3 e máximo 900 kgcm^-3, obedecendo também os parâmetros da ANP Resolução 45 ^[15], que determina resultados entre 850 e 900 kgcm^-3. Além das normas, os dados obtidos estão de acordó com a literatura, a exemplo do biodiesel obtido do óleo de mufuko, por meio de transesterificação, que apresenta densidade de 870 kgcm^{-3 [17,18]}.

Cinzas sulfatadas

A Tabela 4, contém os dados obtidos na análise de cinzas sulfatadas das amostras BOCB e BACB. A quantidade de cinzas sulfatadas, presente no biodiesel, indica a quantidade de metais residuais oriundos do processo de transesterificação ^[19]. Teor elevado de cinzas pode causar desgaste em excesso das partes internas dos motores, resultado das forças de cisalhamento e atrito entre os metais.

A amostra BACB apresentou porcentagem de cinzas sulfatadas de acordo com o limite determinado pela ANP, que estabelece valor máximo de 0,02% (ANP 45/2014, EN ISO 3987) ^[15], bem como a ASTM D6751. Contudo, a amostra BOCB ultrapassou os padrões estabelecidos pela ANP 45/2014 ^[15], em 0,004%, podendo resultar em um pequeno aumento no desgaste das partes internas de motores, dependendo do resíduo encontrado.

Índice de acidez

Os dados do teste de índice de acidez das amostras BOCB e BACB estão dispostos na Tabela 5. O elevado índice de acidez do biodiesel pode ocasionar problemas nos motores, como deposição de sedimentos, desgaste do filtro e bomba de combustível, bem como corrosão dos componentes metálicos dos motores.

A amostra BOCB apresentou índice de acidez 0,1357 mg KOHg^-1, enquanto a amostra BACB 0,1361 KOHg^-1. Ambos estão dentro dos parámetros da ANP, que define limite máximo de 0,50 KOHg^-1 (RANP 45/2014, ASTM 664, ISO 14104) ^[15].

Ponto de fluidez

A Tabela 6, contém resultados da análise do ponto de fluidez das amostras BOCB e BACB. O ponto de fluidez é a menor temperatura onde ocorre movimento das moléculas do biodiesel, podendo afetar diretamente o funcionamento dos motores impedindo o fluxo de combustível e entupindo os filtros do motor ^[19].

As amostras BOCB e BACB apresentaram temperatura mínima do ponto de fluidez de -8 ºC, adequando-se a ANP 52, ASTM D97, ISO 3016 ^[20] da ANP, cujo limite no inverno é de -6 ºC e no verão 6 ºC para biocombustíveis. Portanto, a utilização do biodiesel de óleo e azeite de coco babaçu em motores do ciclo diesel, em regiões com temperaturas amenas (mínimo -8 ºC), não resultará em problemas de entupimento do motor ou congelamento do biodiesel.

Ponto de fulgor

Na Tabela 7, tem-se os resultados do teste de ponto de fulgor das amostras BOCB e BACB. Por meio do ponto de fulgor, determina-se o método de transporte do biodiesel, manuseio, condições de armazenamento e classificação NFPA (National Fire Protection Association). Por possuir ponto de fulgor superior ao do diesel, os biodieseis possuem combustão mais eficiente ^[20].

As amostras BOCB e BACB apresentaram resultados da análise de ponto de fulgor dentro dos padrões estabelecidos pela ANP, que discrimina valor mínimo de 100 ºC ^[15]. A amostra BACB apresentou melhores resultados, se comparados com os parâmetros estabelecidos na norma EN 14214 (método de análise EN ISO 3679), que padroniza valor mínimo de 120 ºC.

Cromatografia gasosa

As amostras BOCB e BACB foram analisados por cromatografia gasosa afim de verificar o percentual de ácidos graxos presente nas amostras. Nas Figuras 2 (a) e (b), observam-se os cromatogramas das amostras BOCB (a) e do BACB (b), respectivamente.

Fonte: O autor (2020).

Figura 2 Cromatograma dos biodieseis de: (a) óleo (BOCB) e (b) azeite (BACB) de coco babaçu. 

Analisando os resultados dos cromatogramas, constata-se a predominância dos ésteres metílicos derivados dos ácidos láurico (C12:0), mirístico (C14:0) e palmítico (C16:0), tendo em vista que os biodieseis são derivados do coco babaçu. Na Tabela 8, nota-se os percentuais de ácidos graxos presentes nas amostras BOCB e BACB.

Tabela 8 Composição média de ésteres etílicos de ácidos graxos dos biodieseis de óleo (BOCB) e azeite (BACB) de coco babaçu. 

Em que: BOCB = biodiesel do óleo de coco babaçu; BACB = biodiesel do azeite de coco babaçu.

A partir dos resultados, observa-se que o percentual dos ácidos graxos presente na amostra BACB se assemelha aos da BOCB. Esta semelhança é atribuída ao fato das amostras serem derivadas da mesma matéria prima, o coco babaçu. Esta observação pode ser também fundamentada na sobreposição dos espectros FTIR das amostras BACB e BOCB (Figura 1).