Estudo analítico, térmico e energético do pinhão manso (Jatropha Curcas l.) como matéria-prima para a produção de biocombustíveis
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Coorientador(es)
Membros da banca
Oliveira, Tereza Cristina Souza de
Rocha Filho, Geraldo Narciso da
Barros, Ivoneide de Carvalho Lopes
Correia, José de Castro
Rocha Filho, Geraldo Narciso da
Barros, Ivoneide de Carvalho Lopes
Correia, José de Castro
Pós-Graduação
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Universidade Federal do Amazonas
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Resumo
O pinhão manso é uma espécie vegetal que fornece grande quantidade de óleo e por
sua toxidade não pode ser usado na alimentação humana, podendo se transformar em uma
alternativa promissora na produção de Biodiesel. Esta Tese teve a finalidade de realizar um
estudo analítico, térmico e energético do óleo extraído da espécie oleaginosa pinhão manso
(Jatropha curcas L.), cultivada no Estado do Amazonas, assim como dos co-produtos, tais
como, cascas do fruto, cascas da semente e torta, presentes na cadeia produtiva de
biocombustíveis. Para atingir o objetivo proposto, as atividades experimentais foram iniciadas
com a coleta dos frutos na plantação localizada em Itacoatiara-AM. Foram feitas seis coletas
em diferentes meses e todas as amostras foram submetidas à caracterização física avaliando o
tamanho e a massa para todas as partes do fruto. Em seguida realizou-se o processo de
obtenção do óleo, utilizando dois métodos, a extração mecânica e a extração com solvente
(Método Soxhlet). A extração com solvente foi realizada para todas as amostras coletadas e o
melhor rendimento obtido foi de 50,21%, apesar de ter obtido bons resultados em todas as
extrações (43-48%). O processo mecânico foi realizado apenas com o lote da safra de 2010
apresentando um rendimento satisfatório (33,14%). Posteriormente, o óleo extraído foi
caracterizado por diversos parâmetros físico-químicos. A estabilidade oxidativa por Rancimat
foi realizada para o óleo do pinhão manso ficando em torno de 12 horas, um valor
considerado satisfatório quando comparado com outras espécies. O perfil de ácidos graxos foi
analisado por cromatografia gasosa, o qual indicou a presença de altas concentrações dos
ácidos oléico e linoléico. Os ácidos palmítico, esteárico, araquídico e palmitoléico também
foram detectados, porém em concentrações menores. A avaliação do potencial térmico e
energético foi realizada para o óleo e os co-produtos utilizando as técnicas de TG/DTA,
análise imediata e PCS. Os resultados da análise térmica dos óleos, obtidos via extração
química e mecânica, indicaram uma temperatura de estabilidade térmica em torno de 180C e
217C, respectivamente. Na avaliação energética dos co-produtos realizada pela análise
imediata houve destaque para o teor de materiais voláteis, que apresentou valores elevados
(65-78%), o que caracteriza um combustível mais fácil e rapidamente queimado durante o
processo de combustão. Os resultados do PCS para os óleos obtidos apresentaram valores
elevados (34-39 MJ/kg) e próximos ao diesel. Para os co-produtos, os resultados ficaram entre
17 e 21 MJ/kg, próximos e até superiores aos valores reportados na literatura para outros
resíduos agrícolas mostrando, portanto grande aplicabilidade para utilização em processos de
geração de energia. Por fim foram realizadas reações com o óleo de pinhão manso para obter
biocombustíveis através da transesterificação metílica e etílica e do craqueamento térmico. Os
resultados da transesterificação mostraram-se excelentes, com rendimentos acima de 90%,
entretanto a avaliação físico-química mostrou que apenas o Biodiesel metílico ficou em
conformidade com a Resolução 14/2011 da ANP. O Bio-óleo obteve um rendimento
satisfatório (75%).
Abstract
The Jatropha curcas L. is a vegetable species that supplies great amount of oil, but due to its
toxicity cannot be used to feed human beings. It is a promising alternative for Biodiesel
production. This Thesis had the purpose of perform analytic, thermal and energy studies for
the oil extracted from oleaginous species Jatropha curcas L., cultivated in the State of
Amazonas. The study was also done for byproducts such as fruit peels, seed peels and the
cake originated by biofuel productive chain. To reach the proposed objective, the
experimental activities were started with the sampling of the whole fruits in a plantation
located in Itacoatiara city-Amazonas. Six independent samplings were done in different
months and all the samples were submitted to physical characterization to evaluate size and
weight for all parts of the fruit. The process to obtain the oil was done by two methods:
mechanical extraction and chemical extraction (Soxhlet system). The chemical extraction was
performed for all available samples and the best efficiency was the 50.21%, although all the
extractions have presented good results (43-48%). The mechanical process was just
performed for the 2010 crop presenting a satisfactory efficiency (33.14%). Then, the oil
extracted by the two processes was characterized by several physical-chemical parameters.
The oxidative stability by Rancimat was measured for the oils and the result was around 12
hours, this value is considered satisfactory when compared with other species. The fatty acid
profile was analyzed by gas chromatography, which indicated the presence of higher
concentrations of oleic and linoleic acids. The palmitic, stearic, arachidic and palmitoleic
acids were also detected, however in smaller concentrations. The evaluation for thermal and
energy potential was done for the oil and byproducts using TG/DTA, immediate analysis and
superior heat power techniques. The results of thermal analysis for the oils obtained by
chemical and mechanical extraction indicated thermal stability temperature about 180 and
217°C, respectively. Energy evaluation for byproducts was done by immediate analysis and
high values for volatile materials were found (65-78%). These values characterize a fuel that
can be easy and quickly burned during the combustion process. The results of PCS for the
obtained oils presented high values (34-39 MJ/kg), which are close to the ones measured for
diesel. For the byproducts, the results were between 17 and 21 MJ/kg, close and even
superiors to the literature values for other agricultural residues showing, therefore, great
applicability for use in energy generation processes. Finally, reactions with the Jatropha
curcas L. oil were made to obtain biofuels through the methylic and ethylic transesterification
and thermal cracking. The results for transesterification process were excellent, with
efficiency above 90%, however, the physical-chemical evaluation showed that the methylic
Biodiesel was the only one in conformity with the Resolution 14/2011 from ANP. A
satisfactory efficiency of 75% was obtained for bio-oil.
Descrição
Palavras-chave
Termo controlado
Pinhão manso; Extração de óleo; Co-produtos; Caracterização físico-química; Avaliação térmica e energética; Transesterificação; Craqueamento térmico; Jatropha curcas L.; Oil extraction; Byproducts; Physical-chemical characterization; Thermal and energy evaluation; thermal cracking
Objetivos de Desenvolvimento Sustentável (ODS)
Citação
SOUZA, Cristiane Daliassi Ramos de. Estudo analítico, térmico e energético do pinhão manso (Jatropha Curcas l.) como matéria-prima para a produção de biocombustíveis. 2012. 122 f. Tese (Doutorado em Química) - Universidade Federal do Amazonas, Manaus, 2012.
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