Submitted by Irene Nascimento (irene.kessia@ufpe.br) on 2016-06-28T16:41:39Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) TESE DQF DEZ 2015 SÁVIO VERS FINAL.pdf: 3207378 bytes, checksum: e518f766136335c2e9c8b67935b79755 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-06-28T16:41:39Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) TESE DQF DEZ 2015 SÁVIO VERS FINAL.pdf: 3207378 bytes, checksum: e518f766136335c2e9c8b67935b79755 (MD5) Previous issue date: 2015-12-09 / Este trabalho investigou algumas propriedades das biomassas (sementes, cascas, grãos das sementes, óleos brutos e purificado, tortas de prensagem e da extração com hexano e biodiesel metílico do óleo) da Moringa oleifera Lamarck, partindo de suas vagens (frutos maduros), para aplicação energética. O óleo obtido dos grãos por prensagem mecânica teve média de 11,36% e 36,48% por extração com hexano. As biomassas da moringa apresentaram teores de umidade entre 0,06 e 10,86%, cinzas entre 0,07 e 5,61% e poderes caloríficos inferiores entre 15,87 e 37,53 MJ/kg, mostrando-se favoráveis como biocombustíveis renováveis. Os óleos brutos obtidos (por prensagem e por solvente) apresentaram os seguintes resultados: índice de saponificação (180,55 e 179,38 mgKOH/g), índice de iodo (68,93 e 70,71 gI2/100g), índice de acidez (8,85 e 20,54 mg KOH/g), índice de peróxido (3,34 e 5,42 meq O2/kg), teor de água (876,6 e 632,0 mg/kg), turbidez (64,1 e 12,6 NTU), massa específica (909,5 e 907,2 kg/m3 a 20 oC) e viscosidade cinemática (43,6 e 39,1 mm2/s a 40 oC), respectivamente. O óleo bruto misto (1:4) foi degomado, neutralizado, lavado e seco e depois de purificado, caracterizado em turbidez, massa específica, viscosidade cinemática e, principalmente, índice de acidez (0,25 mg KOH/g), índice de peróxido (não detectado) e teor de água (630,2 mg/kg), enquadrando-se nas condições de matéria-prima de biodiesel (máximos de 0,5 mg KOH/g no índice de acidez e 1000 mg/kg no teor de água). O óleo purificado foi convertido em biodiesel metílico em transesterificação alcalina homogênea, razão molar 1:6 (óleo:metanol), a 60 oC por 1 hora com KOH como catalisador e agitação mecânica de 300 rpm. O biodiesel purificado apresentou massa específica de 869 kg/m3 (20 oC), viscosidade cinemática de 5,5 mm2/s (40 oC), teor de éster de 86,2% e 98,23% (em microescala, ratificando a viabilidade do método de produção), índice de acidez de 0,43 mg KOH/g e teor de água de 615,8 mg/kg. As biomassas sólidas da moringa (sementes, tortas e cascas das sementes) apresentam alto potencial para produção de briquetes ou lenha ecológica devido ao seu valor do poder calorífico inferior (entre 15,87 e 23,31 MJ/kg) e tecnologia produtiva simples e acessível. Os resultados mostram que a moringa é uma planta facilmente explorável como energética sustentável, especialmente partindo-se das suas vagens e sementes. / This work investigated some properties of the biomasses (seeds, seed husks, oilseed grains, crude and purified oils, cakes by pressing and by hexane extraction and the methylic biodiesel oil) of Moringa oleifera Lamarck, starting with its seedpods (ripe fruits), in energetic application. The oil obtained from the grains by mechanical pressing had an average yield of 11.36% and of 36.48% by hexane extraction. The moringa biomasses presented water content between 0.06 and 10.86%, ash content between 0.07 and 5.61%, and calorific values between 15.87 and 37.53 MJ/kg, being suitable as renewable biofuels. The crude oils obtained (for mechanical pressing and for by solvent extraction) presented the results: saponification índex (180.55 and 179.38 mgKOH/g), iodine value (68.93 and 70.71 g I2/100g), acidity index (8.85 and 20.54 mg KOH/g), peroxide índex (3.34 and 5.42 meq O2/kg), water content (876.6 and 632.0 mg/kg), turbidity (64.1 and 12.6 NTU), specific mass (909.5 and 907.2 kg/m3) and kinematic viscosity (43.6 and 39.1 mm2/s), respectivelly. The mixed crude oil (1:4) was refined in four steps: degumming, neutralization, washing and drying, and after purified, was characterised by turbidity, specific mass, kinematic viscosity and, especially, acidity index (0.25 mg KOH/g), peroxide index (not detected) and water content (630.2 mg/kg), adequate in feedstock of biodiesel (maxim of 0.5 mg KOH in acidity index and 1000 mg/kg in water content). The purified oil was converted to methylic biodiesel by homogeneous alkaline transesterification, molar ratio 1:6 (oil:methanol), at 60 °C for 1 hour with KOH as catalyst and mechanical stirring at 300 rpm. The purified biodiesel presented specific mass of 889 kg/m3 (20 oC), kinematic viscosity of 5.5 m2/s (40 oC), ester content of 86.2% and 98.23% (in microscale, ratifying the viability of the method of production), acidity index of 0.43 mg KOH/g and water content of 615.8 mg/kg. The solid moringa biomasses (seeds, cakes and the seed husks) show high potential for the production of briquettes or ecological firewood due to their adequate lower calorific value (between 15.87 and 23.31 MJ/kg) and simple and accessible technological production. The results show that moringa is an easily exploitable plant for sustainable energy, especially its seedpods and seeds

Este trabalho objetivou explorar o óleo de macaúba (Acrocomia aculeata) como matéria prima para produção de biodiesel, propondo uma via através da qual se possibilite a produção do biodiesel apesar da alta acidez do óleo. O processo proposto ocorreu em duas etapas de catálise homogênea, a primeira foi a reação de esterificação etílica dos ácidos graxos livres, catalisada por H2SO4; e a segunda é a transesterificação dos triglicerídeos remanescentes catalisada por álcali (KOH). A utilização das ondas ultrassônicas também foi investigada neste trabalho como potencializador do processo. Para determinação das melhores condições reacionais foi utilizado o delineamento experimental e para validação dos resultados utilizou-se análise de variância do modelo para as variáveis respostas índice de acidez na etapa de pré-tratamento e conversão de ésteres etílicos na etapa de transesterificação alcalina. Os resultados foram avaliados utilizando o software MINITAB 16. Na etapa de pré-tratamento os resultados demonstram que utilizando quantidades de H2SO4 de 2% (em massa), razão molar óleo:etanol de1:9 e temperatura de 50 ºC o índice de acidez foi reduzido de 19,25 mgKOH/g para 1,46 mgKOH/g em 2 h de reação. Com estes resultados foi possível a aplicação da reação de transesterificação alcalina. Na etapa etapa de transesterificação alcalina com agitação mecânica as melhores condições determinadas pelo delineamento experimental foram de 1,5% (massa) de KOH, razão molar de 1:6 e temperatura de 45 ºC em 30 min de reação as conversões alcançadas foram em torno de 100%. As reações processadas em banho ultrassônico e sonda ultrassônica apresentaram como principal vantagem a redução de tempo, sendo em que 10 min foram atingidas conversões próximas a 100%. As análises efetuadas nos ésteres etílicos de amêndoa de macaúba, obtidos a partir do processo em duas etapas, mostram que a viscosidade cinemática e densidade estão dentro dos parametros estabelecidos pela ANP. Os níveis de glicerina total e livre também estão dentro do estabelecido pelas normas e indica que a purificação dos produtos de reação foi adequada. / This study aimed to explore Macauba oil (Acrocomia aculeata) as an alternative raw material to the production of biodiesel, despite the high acid value of the oil. It was proposed a two-step process of homogeneous catalysis. The first step is the ethylic esterification of free fatty acids, catalyzed by H2SO4; the second is the transesterification catalyzed by alkali (KOH). The use of ultrassonic irradiation was also investigated in this work. Factorial design was used to determine the best reaction conditions and analysis of variance was used to evaluate the mathematical model for the variable responses, such as the acid level in the pre-treatment and conversion of ethyl esters in alkaline transesterification step. The results were evaluated using the software MINITAB 16. In the first step, the acid catalyzed reaction was carried out with 9:1 molar ratio ethanol-to-oil in the presence of 2% w/w H2SO4 at 50 ºC for 2 hours and the acid value of Macauba oil was reduced from 19 mgKOH/g to 1,46 mgKOH/g. With these results, it was possible the application of alkaline transesterification reaction. In the alkaline transesterification under mechanical stirring, the optimal experimental conditions were 1.5% (mass) of KOH molar ratio of 1:6 and temperature of 45 ºC in 30min. Conversions of approximately 100 %. were achieved in this process The reactions that were processed in ultrasonic bath and probe presented as the major advantage the reduction of the time, conversions of approximately 100% were achieved in 10 min. The analysis of the ethyl esters obtained from this two-step process show that the kinematic viscosity and density are within the parameters established by the ANP. The levels of total and free glycerol are also within the established standards and indicate that purification of products were adequate.

Este trabalho objetivou explorar o óleo de macaúba (Acrocomia aculeata) como matéria prima para produção de biodiesel, propondo uma via através da qual se possibilite a produção do biodiesel apesar da alta acidez do óleo. O processo proposto ocorreu em duas etapas de catálise homogênea, a primeira foi a reação de esterificação etílica dos ácidos graxos livres, catalisada por H2SO4; e a segunda é a transesterificação dos triglicerídeos remanescentes catalisada por álcali (KOH). A utilização das ondas ultrassônicas também foi investigada neste trabalho como potencializador do processo. Para determinação das melhores condições reacionais foi utilizado o delineamento experimental e para validação dos resultados utilizou-se análise de variância do modelo para as variáveis respostas índice de acidez na etapa de pré-tratamento e conversão de ésteres etílicos na etapa de transesterificação alcalina. Os resultados foram avaliados utilizando o software MINITAB 16. Na etapa de pré-tratamento os resultados demonstram que utilizando quantidades de H2SO4 de 2% (em massa), razão molar óleo:etanol de1:9 e temperatura de 50 ºC o índice de acidez foi reduzido de 19,25 mgKOH/g para 1,46 mgKOH/g em 2 h de reação. Com estes resultados foi possível a aplicação da reação de transesterificação alcalina. Na etapa etapa de transesterificação alcalina com agitação mecânica as melhores condições determinadas pelo delineamento experimental foram de 1,5% (massa) de KOH, razão molar de 1:6 e temperatura de 45 ºC em 30 min de reação as conversões alcançadas foram em torno de 100%. As reações processadas em banho ultrassônico e sonda ultrassônica apresentaram como principal vantagem a redução de tempo, sendo em que 10 min foram atingidas conversões próximas a 100%. As análises efetuadas nos ésteres etílicos de amêndoa de macaúba, obtidos a partir do processo em duas etapas, mostram que a viscosidade cinemática e densidade estão dentro dos parametros estabelecidos pela ANP. Os níveis de glicerina total e livre também estão dentro do estabelecido pelas normas e indica que a purificação dos produtos de reação foi adequada. / This study aimed to explore Macauba oil (Acrocomia aculeata) as an alternative raw material to the production of biodiesel, despite the high acid value of the oil. It was proposed a two-step process of homogeneous catalysis. The first step is the ethylic esterification of free fatty acids, catalyzed by H2SO4; the second is the transesterification catalyzed by alkali (KOH). The use of ultrassonic irradiation was also investigated in this work. Factorial design was used to determine the best reaction conditions and analysis of variance was used to evaluate the mathematical model for the variable responses, such as the acid level in the pre-treatment and conversion of ethyl esters in alkaline transesterification step. The results were evaluated using the software MINITAB 16. In the first step, the acid catalyzed reaction was carried out with 9:1 molar ratio ethanol-to-oil in the presence of 2% w/w H2SO4 at 50 ºC for 2 hours and the acid value of Macauba oil was reduced from 19 mgKOH/g to 1,46 mgKOH/g. With these results, it was possible the application of alkaline transesterification reaction. In the alkaline transesterification under mechanical stirring, the optimal experimental conditions were 1.5% (mass) of KOH molar ratio of 1:6 and temperature of 45 ºC in 30min. Conversions of approximately 100 %. were achieved in this process The reactions that were processed in ultrasonic bath and probe presented as the major advantage the reduction of the time, conversions of approximately 100% were achieved in 10 min. The analysis of the ethyl esters obtained from this two-step process show that the kinematic viscosity and density are within the parameters established by the ANP. The levels of total and free glycerol are also within the established standards and indicate that purification of products were adequate.