Propriedades termofísicas do biodiesel : medição da velocidade ultrassonora e respetiva correlação com o número de cetano

Abstract

O biodiesel, definido geralmente como os ésteres metílicos de ácidos gordos (FAME, do inglês Fatty acid methyl esters), de óleos vegetais ou gorduras animais, é uma alternativa ao diesel convencional, proveniente do petróleo e está a ser aceite por um número cada vez maior de países. As propriedades dos ácidos gordos que compõem o biodiesel determinam as propriedades do combustível. Assim sendo, o estudo da relação entre as propriedades do biodiesel e a sua composição em termos de ésteres metílicos é muito importante. A velocidade ultrassonora é um parâmetro acústico importante que pode ser relacionado com o número de cetano, as emissões de NOx (óxidos de nitrogénio) provenientes da combustão e a composição dos ésteres metílicos presentes no biodiesel. Assim, o principal objetivo deste trabalho é efetuar medidas de velocidade ultrassonora nos ésteres metílicos puros e em algumas amostras de biodiesel sintético. No método experimental foi usada uma célula acústica cilíndrica. A célula é previamente cheia com a amostra do líquido que se pretende estudar e de seguida, através do uso de dois transdutores acústicos (um usado como emissor da onda e outro como recetor) os ultrassons vão percorrer o líquido. Os sinais são encaminhados para um osciloscópio digital que permite transferir os dados obtidos para um computador onde são processados por forma a determinar a velocidade ultrassonora. De seguida foi realizada uma calibração da célula usando três líquidos padrão, água Mili-Q, tolueno (pureza de 99%) e 1,4 – butanediol (pureza de 99%). A calibração foi obtida com desvio padrão, σu, de 1.285 m.s-1 , e um desvio médio absoluto, AAD%, de 0.070. De seguida foram realizada medidas de velocidade ultrassonora em seis ésteres metílicos e cinco amostras de biodiesel numa gama de temperaturas de 288.15K a 253.15K. Os resultados evidenciaram uma diminuição da velocidade do relacionada com um aumento da temperatura. Foram de seguida estabelecidas correlações entre o número de cetano e a velocidade ultrassonora com um desvio padrão, σCN, na ordem da unidade e com um coeficiente de correlação múltipla, R, tipicamente de 0.999.

Biodiesel, also known as the mono-alkyl esters of vegetable oils or animal fats, is an “alternative” to conventional petroleum diesel fuel (petro diesel) and is becoming accepted in a growing number of countries. The properties of fatty esters composing biodiesel determine the overall properties of the fuel. Thus the knowledge of the relationship between the biodiesel properties and its composition in fatty acid methyl esters (FAME) is of great importance. Speed of sound is an important acoustical parameter that can be related to the cetane number, the NOx emissions in diesel engines or to the composition of fatty acid methyl esters in the biodiesel. Therefore, the primary goal with this work aimed to measure the ultrasound propagation speed for FAME and for some synthetic biodiesels. A cylindrical cell was used for the experimental testing. The cell was previously filled with the liquid samples, and then an ultrasound signal was propagated over them, using two ultrasonic transducers. One of them working as emitter and the other one as receiver. The, collected signals were displayed in a digital oscilloscope and transferred to a computer for processing. The calibration of the cell was performed by using three reference fluids, Mili-Q water, toluene (99% of purity) and 1,4 – butanediol (99% of purity). The standard deviation, σu, obtained was 1.285 m.s-1 and the average absolute deviation, AAD%, was 0.070. Then the measurement of speed of sound for six pure FAME and five biodiesel fuels at atmospheric pressure and temperatures from 288.15K to 253.15K was done. The results evinced that the speed of sound decreases with an increment of the temperature. Correlations were established between the cetane number and speed of sound, typically with a standard deviation, σCN, of 1, and a multiple correlation coefficient, R, typically 0.999.