Correlação empírica para massa específica de biodiesel de fontes diversas e suas misturas com o diesel

Paulo Gabriel Ferreira de Azevedo , Ivan Costa da Silva , Cláudia Teresa Teles Farias e Luiz Antonio Pimentel Cavalcanti

Resumo
Diante dos problemas ambientais e econômicos causados pelo uso excessivo de combustíveis de origem petrolífera, o biodiesel se mostra uma alternativa viável para uso em motores que operam no ciclo diesel. Para tal aplicação, o conhecimento das propriedades fluidodinâmicas desse combustível, como a massa específica, é indispensável, já que as mesmas estão diretamente relacionadas com o desempenho do motor. O presente trabalho teve por objetivo avaliar um modelo de regressão linear com o intuito de predizer a massa específica dos biodiesel de algodão (B100-A), soja (B100-S) e sebo bovino (B100-SB), bem como suas misturas com diesel petróleo (misturas BX). Tais misturas foram formuladas com base gravimétrica com percentuais de biodiesel na mistura de 5%, 10%, 20%, 30%, 40% e 50% (m/m) e foram avaliadas a massa específica dos combustíveis na faixa de temperatura de 293,15 K a 363,15 K em intervalos de 10 K. Com base nos dados experimentais de massa específica dos biodiesel avaliados e suas misturas com o diesel, provenientes da literatura, foram construídos gráficos tridimensionais que relacionam a massa específica em função da temperatura e fração de biodiesel presente na mistura em cada caso, verificou-se que os dados experimentais poderiam ser ajustados a um plano, desta forma, obteve-se um modelo para a essa propriedade, sendo que os parâmetros para cada tipo de biodiesel foram estabelecidos pelo software Matlab, utilizando o aplicativo Curve Fitting. Os ajustes dos parâmetros do modelo apresentaram desvio percentual máximo de 0,15%, no caso do B100-S, e coeficiente de determinação (R²) mínimo de 0,9994, também para o B100-S. Ao avaliar os dados pelo método qui-quadrado, foi observado que o modelo proposto representa satisfatoriamente os dados avaliados, podendo este ser utilizado para predizer os valores de massa específica do biodiesel e misturas com o diesel de petróleo para o intervalo de temperatura estudado.

Palavras-chave
Biodiesel; Modelos preditivos; Massa específica.

Abstract
Empirical correlation for specific mass of biodiesel from different sources and their mixtures with diesel. In view of the economics and environmental issues caused by the excessive use of fossil fuels, biodiesel proves to be a viable alternative for applications in diesel engines. For this end, the knowledge of the fluid dynamic properties of this fuel, such as the specific mass, is essential, since they are directly related to the engine's performance. This work aimed to evaluate a linear regression model in order to predict the specific mass of biodiesel from cotton (B100-A), soy (B100-S) and beef tallow (B100-SB), as well as their mixtures with diesel oil (BX mixtures). Such mixtures were formulated on a gravimetric basis, with percentages of biodiesel in the blends of 5%, 10%, 20%, 30%, 40% and 50% (m/m) and the specific mass of fuels in the temperature range of 293.15 K to 363.15 K were evaluated, at 10 K intervals. Based on experimental data of specific mass, from the literature, of the mentioned types of biodiesel, three-dimensional graphs were plotted relating specific mass as a function of temperature and fraction of biodiesel present in the mixture, it was noted that the empirical data could be adjusted in a plane, a model was fitted for this property, and the parameters were calculated in the Matlab software, using the Curve Fitting application. The model parameters fitted showed a maximum relative error and the minimum determination coefficient (R²) of 0.15% and 0.994, respectively, both for B100-S. Evaluating the results by the Chi-square method, it was observed that the proposed model represents satisfactorily the experimental datas, being able to predict the specific mass values of biodiesel and their blend with diesel, in studied temperature intervals.

Keywords
Biodiesel; Predictive models; Specific weight.

DOI
10.21438/rbgas(2020)071617

Texto completo
PDF

Referências
Cavalcanti, L. A. P. Modelos de regressão aplicados para predição das propriedades físicas das misturas do biodiesel de sebo bovino com o diesel. CIATEC-UPF, v. 8, n. 2, p. 22-33, 2016.

Cavalcanti, L. A. P. Reologia e melhoramento das propriedades de escoamento a frio de biodiesel e suas misturas BX. Recife: Universidade Federal de Pernambuco, 2013. (Tese de doutorado).

Gabriel, R.; Vieira, W. T.; Soletti, J. I.; Ribeiro, L. M. O.; Carvalho, S. H. V. Empirical modeling of different viscosity and density behavior of biodiesel from chichá (Sterculia striata) with diesel versus temperature variation. Journal of King Saud University - Science, v. 32, n. 1, p. 628-635, 2020. https://doi.org/10.1016/j.jksus.2018.08.009

Gülüm, M.; Bilgin, A. Measurements and empirical correlations in predicting biodiesel-diesel blends' viscosity and density. Fuel, v. 199, p. 567-577, 2017. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2017.03.001

Kavaneli, I. P.; Atzemi, M.; Lois, E. Predicting the viscosity of diesel/biodiesel blends. Fuel, v. 199, p. 248-263, 2017. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2017.02.077

Martins, F.; Felgueiras, C.; Smitková, M. Fossil fuel energy consumption in European countries. Energy Procedia, v. 153, p. 107-111, 2018. https://doi.org/10.1016/j.egypro.2018.10.050

Pham, M. T.; Hoang, A. T.; Le, A. T.; Tawaha, A. R. M. S. A.; Dong, V. H.; Le, V. V. Measurements and prediction of the density and viscosity of biodiesel blends. International Journal of Technology, v. 5, p. 1015-1026, 2018.

Prieto, N. M. C. T.; Ferreira, A. G. M.; Portugal, A. T. G.; Moreira, R. J.; Santos, J. B. Correlation and prediction of biodiesel density for extended ranges of temperature and pressure. Fuel, v. 141, p. 23-38, 2015. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2014.09.113

Ramirez-Verduzco, L. F. Density and viscosity of biodiesel as a function of temperature: Empirical models. Renewable and Sustainable Energy Reviews, v. 19, p. 652-665, 2013. https://doi.org/10.1016/j.rser.2012.11.022


 

ISSN 2359-1412