Characterization of biodiesels produced from mixtures of vegetable oils

Abstract

Nos últimos anos o biodiesel tem recebido uma atenção notável devido à sua capacidade de substituir os combustíveis fósseis. É considerado um amigo do ambiente, devido às suas imensas vantagens. Este biocombustível é obtido a partir de recursos renováveis, portanto é considerado biodegradável, CO2-neutro, nãotóxico e reduz significativamente as emissões gasosas com efeito de estufa. É composto por uma mistura de ésteres mono alquílicos obtidos a partir de óleos vegetais, tais como, o óleo de soja, óleo de jatropha, óleo de colza, óleo de palma, óleo de girassol ou a partir de outras fontes como a gordura animal (sebo, banha), restos de óleo e gorduras de cozinha. O processo mais comum para a sua produção é através de uma reacção de transesterificação, onde o óleo vegetal reage com um álcool de cadeia curta na presença de um catalisador. Devido às suas propriedades muito semelhantes ao diesel, são mutuamente miscíveis e assim podem ser misturados em qualquer proporção em ordem a melhorar as suas qualidades. O conhecimento das suas propriedades termofísicas como a densidade e viscosidade, que são afectadas pela temperatura, são muito importantes para a indústria automóvel. Contudo, o biodiesel apresenta algumas desvantagens como elevada densidade, viscosidade, ponto de turvação e escoamento/fluxação em comparação com diesel fuel. O seu comportamento a baixas temperaturas limita a sua aplicação em climas frios, sendo que este comportamento é influenciado pelas matérias-primas e álcool utilizado no processo de produção. Os biodieseis obtidos a partir de óleos com grande teor de ácidos gordos saturados induzem a um pior desempenho a baixas temperaturas, visto que são compostos sólidos a temperaturas mais baixas. Neste trabalho, misturas binárias e ternárias de biodiesel de soja, colza e palma, e diesel fuel foram preparadas e medidas as suas viscosidades dinâmicas e densidade em função da temperatura. Para prever as densidades e viscosidades a partir dos compostos puros são utilizadas regras de mistura. O comportamento a baixas temperaturas dos três biodieseis foi estudado. Onde a composição da fase líquida e sólida e a fracção de sólidos a temperaturas abaixo do ponto de turvação foram analisadas. Aplicou-se um modelo termodinâmico para descrever estes sistemas multifásicos e outros sistemas idênticos. Duas versões do modelo preditivo UNIQUAC, juntamente com uma abordagem que assume uma completa miscibilidade dos componentes na fase sólida, são avaliados em relação aos dados de equilíbrio de fases experimentais medidos.

ABSTRACT: In recent years, biodiesel has received a notable attention due its ability to replace fossil fuels. It is considered an environmental friendly due their vast advantages. This biofuel is obtained from renewable resources, so it is considered biodegradable, CO2- neutral, non-toxic and significantly reduces the greenhouse gas emissions. It is composed by a mixture of mono alkyl esters obtained from vegetable oil, such as, soybean oil, jatropha oil, rapeseed oil, palm oil, sunflower oil or from other sources like animal fat (beef tallow, lard), waste cooking oil and grasses. The most common process for its production is by a transesterification reaction, where the vegetable oil reacts with a short chain alcohol in presence of a catalyst. Due to its properties very similar to diesel fuel, they are mutually miscible and so can be mixed in any proportion in order to improve its qualities. The knowledge of its thermophysical properties like density and viscosity, which are affected by temperature, is very import for automotive industries. However, biodiesel present some disadvantages like higher viscosity, density, cloud and pour point compared with diesel fuel. Its behaviour at low-temperature limiting its application in cold climate and these behaviour is influenced by raw materials and the alcohol used in production process. The biodiesel obtained from oils with a major level in saturated fatty acids esters induce a worse behaviour at low temperatures, since they are solid compounds at lower temperatures. In this work, binary and ternary blends of biodiesel of soybean, rapeseed and palm, and diesel fuel were prepared and its dynamic viscosities and densities were measured in function of temperature. Mixing rules are used for predicting the densities and viscosities from pure compounds. The low temperature behaviour of three biodiesel was studied. The liquid and solid phase compositions and solid fraction at temperatures below the cloud point were analyzed. A thermodynamic model was applied to describe these multiphase systems and other similar systems. Two versions of the predictive UNIQUAC model along with an approach that assuming complete immiscibility of the compounds in the solid phase are evaluated against the experimental phase equilibrium data measured.