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UNISALESIANO
Centro Universitário Católico Salesiano Auxilium
Curso de Bacharelado em Química
Allan Henrique Polezel Ramalho Correia
Denner Firmino Soares
Juliana Andrade Callejon
Kaiky Cesar Amaro
POTENCIAL DA CINZA PARA PRODUÇÃO DE SABÃO
LINS - SP
2013
UNISALESIANO
Centro UniversitarioCatolico Salesiano Auxilium
Curso de Bacharelado em Química
Allan Henrique Polezel Ramalho Correia
Denner Firmino Soares
Juliana Andrade Callejon
Kaiky Cesar Amaro
POTENCIAL DA CINZA PARA PRODUÇÃO DE SABÃO
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado a
banca examinadora do Centro Universitário Católico
Salesiano Auxilium, curso de Bacharelado em Química
realizado sob a orientação da Professora Terezinha Fiala
Modesto.
LINS - SP
2013
Allan Henrique Polezel Ramalho Correia
Denner Firmino Soares
Juliana Andrade Callejon
Kaiky Cesar Amaro
POTENCIAL DA CINZA PARA PRODUÇÃO DE SABÃO
Trabalho de conclusão de curso, apresentado ao Centro Universitário
Salesiano Auxilium, como requisito obrigatório, para obtenção do título de
Bacharel em Química.
Aprovado em:__________/_______/______.
Banca examinadora:
Professor Orientador:______________________________________________
Titulação:_______________________________________________________
Assinatura:_______________________
1ºProfessor (a):___________________________________________________
Titulação:_______________________________________________________
Assinatura:_______________________
2ºProfessor(a):___________________________________________________
Titulação:_______________________________________________________
Assinatura:________________________
Dedicatória
Dedicamos esse trabalho as pessoas que lutaram diariamente ao nosso
lado, nos transmitindo fé, amor, alegria, determinação e coragem,
proporcionando a realização deste trabalho e a realização de nossos
Sonhos. A conclusão deste curso é uma das varias conquistas que vocês
estiveram presentes.
Agradecimentos
Agradeço aos meus pais Daisy e José que tanto amo, pela educação que me deram, por ter me tratado com carinho e amor e que nunca me deixaram
desistir. A nossa orientadora, pela paciência, e dedicação que contribui com este
trabalho, o meu carinho respeito e admiração. Agradeço a Deus por ter guiado e iluminado meu caminho.
Kaiky
Agradeço primeiramente aos meus pais Manoel e Vanda que apesar das
dificuldades sempre me apoiaram e fizeram com que eu não desistisse.
Ao meu amigo Kaiky Cesar e ao restante do grupo, já que sem eles esse
trabalho não seria concretizado.
Denner
Quero agradecer a todos os que colaboraram comigo para a realização desse
trabalho, aos meus pais, Lourival Callejon e Rosa Maria Andrade Callejon pela
paciência e o carinho dedicados a mim, ao meu marido Joelson Soares Matias
por me aturar e se dedicar com afinco junto comigo me entendendo em
momentos difíceis como este trabalho por ter tido a paciência de entender
quando não tinha como sair com ele, aos meus amigos queridos pela
dedicação e competência com que realizaram comigo esse trabalho, e por fim
mais não menos importante a minha orientadora Terezinha Modesto por ter se
dedicado de corpo e alma para que nosso trabalho fosse concluído com êxito.
Enfim muito obrigado Deus abençoe a todos fiquem com Deus!!!
Juliana
Agradeço a Deus pelo dom da vida, pelo seu amor infinito, sem Ele nada sou.
Agradeço aos meus avós e minha mãe, meus maiores exemplos. Obrigada por
cada incentivo e orientação, pelas orações em meu favor, pela preocupação
para que estivesse sempre andando pelo caminho correto. Agradeço a todos
os professores pela paciência e ensinamentos ao longo do curso, aos amigos
de classe que conquistei e espero levar para a vida toda, e aos meus amigos
que me apoiaram e ouviram todas as minhas historias ao longo do curso
Allan
É muito melhor lançar-se em busca de
conquistas grandiosas, mesmo expondo-
se ao fracasso, do que alinhar-se com os
pobres de espírito, que nem gozam
muito, nem sofrem muito, porque vivem
numa penumbra cinzenta, onde não se
conhecem nem vitória, nem derrota”.
Theodore Roosevelt
Resumo
O sabão é um produto obtido pela reação entre ácido graxo e hidróxido. Sua
descoberta foi ao acaso, resultado da mistura da gordura de animais oferecidos
em sacrifício nos rituais religiosos, com as cinzas das fogueiras. Portanto, o
sabão de cinzas é o primeiro tipo de sabão usado pela humanidade, sendo que
atualmente há uma grande variedade deste produto, que contribuiu para a
saúde e o bem estar da população. A cinza é um resíduo mineral produzido em
grande quantidade pela queima de lenha ou bagaço de cana-de-açucar em
caldeiras industriais. Sua composição é rica em óxidos metálicos, sendo o de
potássio o principal óxido solúvel, sendo assim, esse resíduo é uma ótima fonte
de hidróxido de potássio. O outro resíduo gerado em grande quantidade devido
aos hábitos alimentares atuais é o óleo residual de fritura. O objetivo deste
Trabalho de Conclusão de Curso foi desenvolver um método de produção de
sabão líquido empregado às cinzas residuais de caldeiras como fonte de
hidróxido de potássio e óleo residual de fritura como fonte de ácido graxo. Para
isso, foi feito um sistema para extrair o álcali por lixiviação. O teor de hidróxido
no lixiviado foi determinado por titulometria. O óleo residual foi submetido à
filtragem, desodorização e posterior determinação do índice de saponificação.
O sabão líquido obtido apresentou-se semelhante a detergente. O pH foi
medido direto no produto e ajustado para 6,5-7,5 com ácido bórico. Conclui-se
que a produção de sabão líquido é uma maneira de empregar como matéria
prima, dois resíduos que, se descartados de maneira inadequada, causam
sérios problemas ambientais.
Palavra-chave: Produção de Sabão. Óleo Comestível Residual. Cinzas.
Impactos ambientais.
Abstract
The soap is a product obtained by the reaction between fatty acid and
hydroxide. His discovery was at random, result of mix the fat of animals offered
in sacrifice in religious rituals, with the ashes of the bonfires. Therefore, the
soap of ash is the first type of soap used by humanity, and currently has a wide
variety of this product, contributing to the health and welfare of the population.
The ash is a mineral residue produced in large quantities by the burning of
firewood or bagasse of sugar cane in industrial boilers. His composition is rich
in metallic oxides, being the potassium the main soluble oxide, thus, this
residue is a great source of potassium hydroxide. The other residue generated
in large quantities due to actual eating habits is the residual frying oil. The
objective of this Work End of Course was to develop a method of producing
liquid soap employing residual boiler ash as a source of potassium hydroxide
and residual oil of fritter as source of fatty acid. For this, a system was made to
extract the alkali by leaching. The hydroxide content in the leachate was
determined by titrimetry. The residual oil was subjected to filtration,
deodorization and posterior determination of the saponification index. The liquid
soap obtained showed up like the detergent. The pH was measured direct and
the product and adjusted to 6.5-7.5 with boric acid. It is concluded that the
production of liquid soap is a way to employ as raw material, two residues
which, if discarded improperly, causing serious environmental problems.
Word-key: Soap Production. Residual Eatable Oil. Ashes. Environmental
Polluition.
Lista de Figuras
Figura 1: Reação de Saponificação...........................................................pág. 13
Figura 2: Exemplo de molécula de sabão..................................................pág. 13
Figura 3: Interação da agua com a sujeira................................................pág. 14
Figura 4: Fluxograma simplificado da produção de sabão........................pág. 16
Figura 5: Estrutura geral de um triglicerol .................................................pág. 23
Figura 6: Reação de esterificação.............................................................pág. 24
Figura 7: Processo de limpeza do óleo......................................................pág. 28
Figura 8: Determinação do índice de saponifica........................................pág. 28
Figura 9: Sistema para lixiviamento das cinzas.........................................pág. 30
Figura 10: Titulação da amostra de coada................................................pág. 31
Figura 11:Produção do Sabão em pasta...................................................pág. 33
Figura 12:Produção do Sabão líquido.......................................................pág. 33
Lista de Quadros
Quadro 1: Composição Química das cinzas de cana-de-açúcar e de carvão
vegetal.......................................................................................................pág. 21
Quadro 2: Composição Química das cinzas de carvão vegetal...............pág .22
Tabela 1 : Quantidade de HCl gasto na titulação e concentração de
hidroxila.....................................................................................................pág. 32
Lista de Abreviaturas e Siglas
SABESP: Serviço de Abastecimento de Água do Estado de São Paulo
CONAMA: Conselho Nacional do Meio Ambiente
CETESB: Companhia Ambiental do Estado de São Paulo
ANVISA: Agência Nacional de Vigilância Sanitária
ABNT: Associação Brasileira de Normas Técnicas
SUMÁRIO
Introdução ...........................................................................................................10
1. Sabão ............................................................................................................12
1.1 Origem do sabão ..........................................................................................12
1.2 Reação de Saponificação e Interação com a sujeira ....................................13
1.3 Produção Industrial de Sabão .......................................................................15
2. Obtenção e característica das Cinzas ...........................................................18
2.1 Definição de cinza e sua composição mineral ..............................................18
2.2 Obtenção das cinzas através da cana – de – açúcar ...................................19
2.3 Obtenção das cinzas através da lenha .........................................................19
2.4 Composição da cinza de cana e lenha .........................................................20
3. Óleos e gorduras vegetais .............................................................................23
3.1 Definição de óleos e gorduras ......................................................................23
3.2 Problemas causados ao meio ambiente pelo descarte inadequado do óleo de
fritura .............................................................................................................25
3.3 Reutilização de resíduos de óleos e gorduras ..............................................25
4. Produção artesanal do Sabão de Cinzas ......................................................27
4.1 Como o sabão será preparado .....................................................................27
4.2 Coleta e método de limpeza do óleo ............................................................27
4.3 Determinação do índice de saponificação ....................................................28
4.4 Obtenção da coada e analises das amostras ...............................................30
4.5 Produção de sabão líquido ...........................................................................32
4.6 Discussão dos resultados .............................................................................34
5. Conclusão ......................................................................................................36
6. Referencia Bibliográfica .................................................................................37
1. Introdução
Sabão de cinzas é a designação dada a sabões que em sua composição
foi empregado cinza como fonte de material alcalino. O sabão é um sal obtido
pela reação entre um ácido graxo e o ânion hidróxido e a reação é chamada de
saponificação. Sabões produzidos com hidróxido de sódio adquirem
consistência firme, enquanto que os produzidos com hidróxido de potássio são
macios.
O sabão de cinzas teve sua origem nos rituais religiosos, onde os
animais apresentados em oferendas eram queimados em fogueira. A gordura
desses animais, que é uma fonte de ácido graxo se misturava as cinzas da
lenha da fogueira que é a fonte de material alcalino. Esta mistura formava uma
espécie de barro que escorria para o rio Tibre. Foram as mulheres que ali
lavavam roupas, que perceberam a ação de limpeza desse barro, que logo
passou a ser chamado de sabão, devido ao nome do monte em que
aconteciam os rituais, monte Sapo.
Apesar de ter sido o primeiro tipo de sabão na história da humanidade, o
sabão de cinzas é muito pouco produzido atualmente, geralmente de maneira
artesanal e sem nenhum controle de processo e no produto final. Geralmente é
feito pela mistura da cinza in natura ao material graxo. O processo é demorado
e o produto final carrega toda matéria insolúvel que a cinza contém.
A cinza é o material resultante da queima de material orgânico. Esse
resíduo é produzido em grande quantidade nas caldeiras industriais pela
queima de lenha, carvão vegetal ou bagaço de cana-de-açúcar. Esse resíduo
tem potencial alcalino devido à presença de óxidos solúveis, sendo o óxido de
potássio o mais abundante nas cinzas de cana-de-açúcar. Portanto, o descarte
deste resíduo diretamente no solo fará com que o pH seja elevado. Quanto
maior o volume descartado, maior será o aumento do pH e isso poderá
acarretar em danos ambientais.
Outro resíduo gerado em grande quantidade e com enorme potencial
poluidor, principalmente aos meios aquáticos é o óleo de fritura. Campanhas
são desenvolvidas para incentivar a população a não descartar
11
óleo diretamente na pia, mas encaminhá-lo para empresas que produzem
sabão ou biodiesel.
Esta pesquisa teve o propósito de produzir sabão empregando óleo
residual de fritura como material graxo e cinzas como fonte de hidróxido de
potássio.
O hidróxido de potássio foi extraído das cinzas por um sistema de
lixiviação. O lixiviado foi concentrado por evaporação e o teor de hidróxido foi
determinado por titulação com solução padrão de HCl. O lixiviado concentrado
foi nomeado de coada.
O material graxo foi filtrado em filtro de tecido de algodão e
desodorizado com solução de hipoclorito 1%. Após tratamento do óleo,
determinado o índice de saponificação.
O sabão foi obtido pela mistura do óleo com a coada, sob agitação a frio
por 15 minutos e posterior repouso de 12 horas. O produto formado nesta
etapa foi de aspecto pastoso e arenoso. O sabão líquido foi obtido pela mistura
de 10 gramas da pasta em 60 mL de água destilada e agitação até completa
diluição. O produto final apresentou aspecto semelhante ao detergente líquido.
O pH foi medido diretamente no sabão sem diluição e ajustado para 6,5 a 7,5
com ácido bórico.
Este trabalho se estrutura em 4 capítulos, sendo que o primeiro contém
o histórico do sabão, a segundo aborda dados sobre as cinzas e o terceiro
sobre óleo residual de fritura. O quarto capítulo contém a metodologia
desenvolvida e discussão dos resultados. Por último a conclusão e as
referências
Pode-se afirmar que o sabão de cinzas obtido apresentou ótimo aspecto
é um excelente meio para reaproveitamento de dois resíduos potencialmente
prejudiciais ao meio ambiente.
CAPÍTULO I
1. SABÃO
1.1 Origem do sabão
O sabão é um material sem autoria, surgiu de misturas brutas de
materiais graxos alcalinos. (SHREVE; BRINK JUNIOR, 2008). Por exemplo
relatos bíblicos sugere que os israelitas sabiam que a mistura de cinzas e óleo
produzia uma espécie de pomada. (ARTEBLOG, 2012).
Fabricado no decorrer da historia da humanidade, tendo descobertas de
substancias parecidas com o sabão através da mistura de gordura e cinza,
tendo diversas aplicações, sendo um dos primeiros vestígios em 2.800 A.C,
tendo escritas de água, óleo, canela e álcool marcados em pedra, mas a
evolução da civilização, a queda do império romano e o impacto da sujeira na
saúde publica a fabricação e utilização do sabão passou a ser uma atividade
pelos franceses e os alemães no inicio da idade media. (ARTEBLOG, 2012)
A produção de sabão pelos romanos teve incentivo das crenças, pois os
animais eram sacrificados como oferenda aos deuses no monte sapo, onde a
chuva arrastava a gordura junto com as cinzas das madeiras que formavam um
tipo de barro nas margens do rio Tibre, e as mulheres que ali lavavam suas
roupas puderam perceber que suas roupas saiam mais limpas comparadas
com a lavagem em outros lugares. (MUNDO VERTICAL, 2012).
Como o barro era formado a partir dos resíduos do monte sapo, a
reação foi chamada de saponificação e logo o barro foi chamado de sabão.
Mas foi só no principio do século XIX que o químico francês Chevreul mostrou
que a formação de sabão se tratava de uma reação química, nesta mesma
época Domier conseguiu recuperar a glicerina no processo de saponificação.
(SHREVE; BRINK JUNIOR, 2008).
14
Reação de saponificação e interação com a sujeira
A reação de saponificação consiste pelo fato de os óleos e gorduras
serem triesteres de ácidos graxos, que por sua vez sofrem hidrólise, e a
hidrólise básica produz o glicerol, e o sal de ácido graxo, o sabão. (FRYHLE;
SOLOMONS, 2009). Como mostra a figura 1.
Fonte: Perruzo; Canto, 2003.
Como os sabões são sais, possuem uma ligação iônica e sua molécula
possui cadeia carbônica longa, com isto uma de suas extremidades é hidrófila
polar, e a outra hidrófoba apolar. (SHREVE; BRINK JUNIOR, 2008). Mostrado
na figura 2.
Fonte: Perruzo; Canto, 2003.
Esta propriedade possibilita que o sabão interaja com substâncias
polares e apolares, reduzindo o número de interações entre as moléculas da
substância, juntamente com sua tensão superficial, atribuindo assim o seu
Figura 1: Reação de saponificação
Figura 2: Exemplo da molécula de sabão
15
poder de limpeza.
Como a maioria das sujeiras são substâncias apolares, elas interagem
com a superfície pelas forças de Van der Walls (dipolo induzido/dipolo
induzido), com isto ao adicionar apenas água a superfície suja não seria
eficiente, já que a água é polar e não ocorrem interações suficientes. (PINTO;
ASSIS; CARLOS, 2010). Como mostra a figura 3(a). Ao acrescentar o sabão
na água, como mostra figura 3(b) e 3(c), percebe-se que a parte apolar da
molécula de sabão interage com a sujeira, do mesmo modo que a parte polar
interage com a água, diminuindo as interações da sujeira com a superfície
(ODONE NETO; PINO, 2000).
Já na figura 3(d) a sujeira esta rodeada por moléculas de sabão
formando uma micela, impedindo que a sujeira interaja com a superfície limpa
(PERUZZO; CANTO, 2003) e (ODONE NETO; PINO, 2000). Com isso fica
claro a eficiência do sabão como agente de limpeza
Fonte: (ODONE NETO; PINO, 2000)
Os sabões são produzidos em barra, líquidos e em pó, que são obtidos
em meio à fervura e a refinos (quente), sendo este submetido ao fornecimento
de calor, sendo possível a recuperação da glicerina ou a frio, onde o óleo e
a
d
Figura 3: Interação do sabão com a sujeira: 3a água e sujeira; 3b adição
de sabão; 3c formação das micelas e 3d sujeira envolvida pelo sabão.
c
b
16
gordura são misturados em concentrações adequadas com hidróxido de sódio
em um reator, onde a reação de saponificação ocorre e transferidos para
formas. (PINTO; ASSIS; CARLOS, 2010).
A qualidade do sabão é feita pelo controle da matéria prima de sua
formulação, e as industriais devem seguir as normas da Associação Brasileira
de Normas Técnicas - ABNT: NBR EB 56-1954, que dispõe sobre os tipos de
sabão e as especificações e condições gerais necessárias para sua produção e
NBR 13 903-1997, que especifica o método para determinação de umidade
volátil. A resolução normativa nº1 de 25 de outubro de 1978, dispõe sobre as
normas para definições, classificação e características das composições
atendidas pelos produtos destinados a limpeza de superfícies inanimadas e
embalado de acordo com a RDC ANVISA Nº 13 – 2007.
Onde estas normas impõe que o pH do sabão pode variar entre 6.5 a
10,5 sendo o sabão neutro de pH entre 6,5 a 7,5. O controle do pH é de suma
importância, pois um saneante com pH superior a 11,5 de acordo com a RDC
184/01 deve-se usar luvas e ser tratado como produto corrosivo de classe ll.
Além disto, costuma-se acrescentar alguns reagentes para melhorar a
qualidade do produto, para atender as necessidades do consumidor, por
exemplo, o bicarbonato de sódio ou potássio, que agem como controlador de
pH, trifosfato de sódio para controlar acides. O Bórax e óxido de zinco, que
ajudam na eliminação de odores e o hipoclorito de sódio atuando com
alvejante. Sabões produzidos com hidróxido de sódio são de consistência
firme, enquanto que os produzidos com hidróxido de potássio são macios.
(PINTO; ASSIS; CARLOS, 2010).
1.3 PRODUÇÃO INDUSTRIAL DE SABÃO
De modo geral a produção industrial consiste em hidrolisar a gordura,
separar a glicerina e neutralizar os ácidos graxos com a solução de hidróxido
de sódio.(SHREVE; BRINK JUNIOR, 2008). As indústrias costumam
acrescentar aditivos como corantes, tensotivos, aromatizantes e outros.
(PINTO; ASSIS; CARLOS, 2010).
A gordura ou o óleo, juntos com o hidróxido de sódio, são colocados em
17
um reator, aquecidos a 150 ºC, permanecendo com esta temperatura por
aproximadamente 30 minutos, onde é adicionado cloreto de sódio que ira
auxiliar a separação da mistura em duas partes/fases, sendo a superior o
sabão e a inferior a glicerina e possíveis impurezas. A glicerina é retirada e
acrescenta- se mais hidróxido de sódio e água para garantir a saponificação.
Este processo é repetido varias vezes. (ODONE NETO; PINO, 2000). Alguns
catalisadores são adicionados na primeira etapa, e os aromatizantes e os
corantes após o processo terminado. A figura 4 mostra o processo simplificado
de produção de Sabão.
Figura 4: Fluxograma simplificado da produção de sabão
Óleo, Gordura, Sabão
Água e Soda
Glicerina
Fonte: Os autores
Vale lembrar que os óleos e gorduras usados não são compostos por
um único tipo de acido graxo. (SHREVE; BRINK JUNIOR, 2008). Além disto, a
glicerina depois de separada e purificada pode superar o preço do sabão,
sendo empregada na produção de cosméticos, resinas, explosivos e alimentos.
(PERUZZO; CANTO, 2003) e (ODONE NETO; PINO, 2000).
Na produção de sabão artesanal, o processo é semelhante ao industrial,
porém não há um controle da qualidade. O processo é feito com base em
receitas caseiras, podendo ter um produto final com pH superior a 10,5.
Sabões com pH maior que 10,5 deve ser manipulado com luvas devido a
corrosividade. Além da falta do controle de pH as pessoas manipulam o
hidróxido de sódio sem equipamentos de proteção, podendo sofrer
queimaduras ou provocar acidentes com crianças ou animais.
REATOR
CAPÍTULO II
2. OBTENÇÃO E CARACTERÍSTICA DAS CINZAS
2.1 Definição de cinza e sua composição mineral
Os vegetais precisam de vários nutrientes para o seu desenvolvimento e
crescimento, dentre estes nutrientes destacamos os sais minerais como, por
exemplo, o magnésio que é um componente da molécula de clorofila fazendo
parte de seu pigmento vegetal importante para fotossíntese, o potássio que
além de outras funções é um regulador osmótico necessário a atividade
enzimática e a síntese proteica, sendo um nutriente móvel, pois após absorvido
passa de um órgão a outro da planta, ou seja da raiz as folhas, inclusive para
áreas de armazenagem e crescimento, além disto é um dos nutrientes mais
consumidos pelos agricultores brasileiro ( BONATO, et al, 1988).
Outro mineral importante é o cálcio, encontrado em concentrações
relevantes na parte celular das plantas, juntamente como o silício que é
absorvido pelas raízes na forma neutra como ácido monosilicico (H4SiO4),que
contribui substancialmente para fortalecer a estrutura das plantas, a resistência
ao ataque de pragas e diminui a transpiração (RODRIGUES, et al, 2011).
Podemos destacar também o ferro, manganês, zinco dentre outros
minerais que são extraídos do solo e absorvidos pelas raízes das plantas.
(BONATO, et al, 1988). Porém estes minerais possuem alto ponto de ebulição,
portanto quando os vegetais são queimados, os minerais não são separados, e
sim oxidados ao reagir com o oxigênio, transformando-se em óxidos metálicos
(BROW, LEMAY, 2006).
Com isto podemos definir as cinzas como resíduos inorgânico sólidos
que permanecem após a queima, de uma substância geralmente orgânica
(plantas), constituído principalmente por óxidos metálicos, sendo obtido em
grande escala, nas industrias sucroalcooleiras e nas siderúrgicas, pela queima
20
do bagaço da cana e carvão vegetal ou lenha , respectivamente.
A maior parte das empresas não segue as práticas devidas a este
resíduo, podendo acarretar em um problema ambiental. (PAULA, M.O. et al.
2009).
2.2 Obtenção da cinza através da cana-de-açucar
A indústria sucroalcooleira vem crescendo cada dia mais, sendo o Brasil
um dos principais produtores, cerca de 460 milhões de toneladas de cana
foram produzidas em 2006. (CORDEIRO; FAIRBAIRN; TOLEDO FILHO, 2009).
Da extração do caldo de cana se obtêm como subproduto uma grande
quantidade de bagaço de cana, que é utilizado como combustível em caldeiras
para geração de vapor suficiente para abastecer a fábrica e gerar energia
elétrica, produzindo cerca de 23,5 milhões de toneladas de cinzas do bagaço
da cana por anos. (CORDEIRO; FAIRBAIRN; TOLEDO FILHO, 2009).
Como a cinzas possuem alta alcalinidade devido à presença de
carbonatos, principalmente óxidos de metais alcalinos, que são nutrientes
minerais, e segundo Feitosa e Silva (2009, p 2413), as cinzas de bagaço de
cana se destacaram como eficiente fonte de potássio. Com isso parte das
cinzas produzidas é utilizado como fertilizante para tratar o solo degradado e
ácido.
2.3 OBTENÇÃO DA CINZA ATRAVÉS DA LENHA
A lenha representa 12,9% da oferta de energia no Brasil tendo a mesma
participação da cana de açúcar, sendo comercializados no ano de 2005 cerca
de 75,7 milhões de toneladas de lenha, desta 39,5 milhões foram
transformados em carvão vegetal. (et al Brasil,2006), que posteriormente é
transformado em cinzas.
Como a produção de carvão vegetal é obtida pela destilação a seco das
21
madeiras, suas cinzas tem composição semelhante com a cinza obtida
diretamente da lenha.
Assim como as cinzas da cana as de lenha podem ser utilizadas como
adubo, e material pozolante em cimentos.
Material pozolante é uma substância constituída de material silicoso ou
silico-aluminoso que combinam com hidróxido de cálcio na presença de água a
temperatura ambiente formando compostos estáveis à água e com
propriedades aglomerantes.(CORDEIRO; FAIRBAIRN; TOLEDO FILHO, 2009).
2.4 Composição da cinza de cana e lenha
Segundo Cordeiro, Faibairu, Toledo Filho 2009, a composição química
das cinzas pode variar dependendo do tipo de planta, fertilizante utilizado,
clima, dentre outros, como mostra o trabalho de Darolt, Osak 1991, onde
analisou diferentes porções de cinzas e chegou a obter um teor de 9,2 % de
K2O. Com isto ficou impossível montar uma tabela geral de composição das
cinzas.
Mas para demonstrar a composição química das cinzas proveniente da
cana de açúcar, comparando a composição das cinzas do carvão vegetal,
basta observar o quadro 1.
Com concentrações significativas de óxido de potássio que em meio
aquoso se transforma em hidróxido de potássio (KOH), sendo uma base forte e
importante para a produção de sabão macio, além de provar o porque das
cinzas serem reutilizadas como fertilizantes, já que o fertilizante de potássio é
um dos principais fertilizantes comercializados.
Observa- se também altas concentrações de silício que segundo Zardo
et al 2004 “ materiais silicosos ao reagir em meio aquoso e temperatura
ambiente com o hidróxido de cálcio(Ca(OH)2), haverá a formação de novos
compostos com propriedades aglomerantes e insolúveis em água” com isso as
cinzas podem ser utilizadas como pozolano.Os autores Dorielt e Osoki (1991)
dizem que podemos encontrar nas cinzas carbonatos de potássio, sódio, cálcio
e magnésio além de fosfato de cálcio e magnésio.
22
Tabela 1: Composição Química das cinzas de cana-de-açúcar e de carvão
vegetal
Composição % em massa
cinzas cana de açúcar
% em massa
cinza carvão vegetal
SiO2 83,707 28,46
Fe2O2 6,537 0
Fe2O3 0 1,95
K2O 6,146 2,10
CaO 1,183 39,46
TiO 1,162 0
TiO2 0 0,23
SO3 0,682 1,91
CrO2 0,303 0
Cr2O3 0,094 0
MnO 0,081 0,62
Se2O3 0,040 0
ZnO 0,037 0
V2O5 0,029 0
Al2O3 0 3,96
MgO 0 4,32
Na2O 0 0,12
P2O5 0 1,29
Perdas* 0 15,28
Fonte: Paulo. et al, 2009 e Machado; Osório; Vilela [ s.d.]
Vale lembrar que os fosfatos, carbonatos e hidróxidos em geral
são insolúveis, tendo exceção a família 1 da tabela periódica como fosfatos e
carbonatos e a família 1 e 2 como hidróxidos, e em todos os casos o amônio é
solúvel. O quadro 2 mostra a solubilidade em água dos compostos presentes
na cinza.
23
Quadro 2: Composição Química das cinzas de carvão vegetal
Composto Solubilidade em água
SiO2 Insolúvel
Fe2O2 Insolúvel
Fe2O3 Insolúvel
K2O Solúvel
CaO Solúvel
TiO Insolúvel
TiO2 Insolúvel
SO3 Insolúvel
CrO2 Insolúvel
Cr2O3 Insolúvel
MnO Insolúvel
Se2O3 Insolúvel
ZnO Insolúvel
V2O5 Insolúvel
Al2O3 Insolúvel
MgO Insolúvel
Na2O Solúvel
P2O5 Insolúvel
Fonte: Paulo. et al, 2009 e Machado; Osório; Vilela [ s.d.]
CAPÍTULO lll
3. ÓLEOS E GORDURAS VEGETAIS
3.1 Definição de óleos e gorduras
A cada dia os óleos e gorduras estão ganhando espaço no mundo, já
que as frituras são alimentos práticos e rápidos de serem feito, o que é útil para
satisfazer a sociedade que hoje vive na correria, e com isso cerca de 3 bilhões
de litros de óleo comestível são produzidos por ano no país. (RECICLAGEM,
[s.d.])
O óleo vegetal é um produto extraído das plantas, obtidos através de
suas sementes, com o auxilio de solventes e prensagens, logo após ser
extraído é refinado para eliminar impurezas. (REDA; CARNEIRO, 2007).
Os óleos e as gorduras são substâncias pertencentes ao grupo dos
lipídios. São insolúveis em água, formados principalmente por triacilgliceróis,
como mostra a figura 5, onde R1, R2, e R3 são cadeias carbônicas
pertencentes de um ou diferentes ácidos graxos. (USBERCO; SALVADOR,
1995).
Fonte: Reda; Carneiro, 2007.
Figura 5: Estrutura geral de um triglicerol
26
Os triacilglicerois são ésteres formados pela reação do glicerol e ácidos
graxos. Tal reação é denominada reação de esterificação. Essa reação ocorre
quando um ácido reage com um álcool, produzindo ester e água, pois ocorre
uma interação dos grupos hidroxila(OH), devido as pontes de hidrogênio, que
facilita a saída de moléculas de água. Como se trata de um trialcool, a água é
formada pelo OH do álcool e o hidrogênio do grupo OH do acido graxo, como
mostra a figura 6.
A diferença entre o óleo e a gordura vegetal está na saturação da cadeia
carbônica, sendo que os óleos possuem de uma a quatro insaturações,
expressando assim menor ponto de fusão, portanto mantém a forma líquida em
temperatura ambiente, e a gordura é constituída de ácidos graxos saturados
sendo sólida em temperatura ambiente. Tanto nos óleos como nas gorduras os
ácidos graxos que os constituem possuem cadeia carbônica de 16 a 18
carbonos. (REDA; CARNEIRO, 2007).
Fonte: http://www.brasilescola.com/quimica/o-que-sao-triglicerideos.htm
Os óleos utilizados em frituras não podem ser utilizados infinitas vezes,
pois no processo de fritura, o óleo sofre alterações como escurecimento,
aumento de viscosidade, formação de espuma e alterações de aroma e sabor,
não se conseguindo produzir alimentos de qualidade, e com isso é necessário
o seu descarte, que muitas vezes é feito de qualquer maneira, poluindo rios e
solos. (KRUGER; DORURADO; NASCIMENTO, 2009).
Figura 6: Reação de Esterificação
27
3.2 Problemas causados ao meio ambiente pelo descarte inadequado
do óleo de fritura
O volume de óleos residuais descartados em rios e lagos no Brasil é de
200 milhões de litros por mês, segundo a Ecóleo - Associação Brasileira para
Sensibilização, Coleta e Reciclagem de Resíduos de óleo comestível. Estudos
mostram que cada litro de óleo polui 25.000 litros de água, tornando-se assim
um dos maiores poluentes do meio aquático. (RECICLAGEM, [s.d.]).
Os óleos e gorduras residuais de fritura por serem pouco solúveis em
água e menos densos que ela, quando despejados diretamente na pia, tende a
formar um filme na superfície das águas dos rios que recebem esse esgoto
sem tratamento prévio. Esse filme age como uma camada isolante, dificultando
a oxigenação da água e a passagem da luz do sol, e com isso dificulta os
processos biológico que requerem o oxigênio e a fotossíntese das algas e
plantas aquáticas. (VELOSO et al, 2012).
A falta de oxigênio na agua pode contribuir para o efeito estufa, pois
algumas bactérias presentes na água dos rios e lagos em meio anaeróbio pode
produzir o gás metano. Além da poluição dos corpos d água, ocasiona
entupimento das paredes das tubulações residuais de esgoto. (FERREIRA;
RABELO, 2008).
No solo o óleo impede a absorção da água tornando-o infértil e com isso
facilita a ocorrência de alagamentos e enchentes. (FERREIRA; RABELO,
2008).
3.3 REUTILIZAÇÃO DE RESÍDUOS DE ÓLEOS E GORDURAS
O reaproveitamento dos resíduos de óleos e gorduras só é possível, se a
população geradora do resíduo descarta-los de forma correta. Para isso,
algumas ações governamentais ou pela sociedade são movidas visando
incentivar a população a essa pratica.
Em 2007 o secretário do meio ambiente do estado de São Paulo, junto
28
com o secretário da educação realizou um projeto nas escolas públicas para
reutilização do óleo usado, com o objetivo de conscientizar a comunidade da
importância do correto destino desse resíduo. (PINTO; ASSIS; CARLOS,
2010).
No estado de São Paulo a lei Estadual nº12. 047 de 21 de setembro de
2008, instituiu um programa para reciclagem de óleos e gorduras.
Outro exemplo de conscientização esta na cidade de Promissão-SP
onde os jovens integrados na legião mirim de Promissão fazem uma coleta
semanal de óleo usado nos bairros da cidade, arrecadando cerca de 250 litros
de óleo por semana, onde este óleo é vendido e o lucro é convertido na
melhoria da qualidade de vida dos jovens através da entidade.
Além dos projetos de incentivo junto a população, as lanchonetes e
restaurantes devem ter caixas retentoras de gordura, pois a CETESB-
Companhia Ambiental do Estado de São Paulo inspeciona esses
estabelecimentos. Se for constatado irregularidades dentro dos padrões do
Conselho Nacional do Meio Ambiente (CONAMA) o estabelecimento pode ser
autuado por estar cometendo crime ambiental. (PINTO; ASSIS; CARLOS,
2010).
CAPÍTULO IV
4. PRODUÇÃO ARTESANAL DO SABÃO DE CINZAS
4.1 Como o sabão será preparado
Este trabalho tem como objetivo produzir sabão liquido a partir de óleo
comestível residual e cinzas, com o controle de matérias primas e pH do
produto final.
O controle da matéria prima foi feito a principio pela filtragem do óleo,
limpeza e determinação do índice de saponificação. O lixiviado foi titulado para
determinar o teor de hidróxidos extraídos. Para controle do produto final foi
medido o pH onde o ideal é que esteja entre 6,5 a 7,5.
4.2 Coleta e método de limpeza do óleo
Para a produção do sabão líquido foi feita a coleta do óleo comestível
residual de lanchonetes no comércio do município de Promissão-SP.
Este material graxo foi filtrado em tecido de algodão para remoção de resíduos
sólidos, depois de filtrado o material foi limpo.
A limpeza do óleo proporciona a remoção de impurezas solúveis em
água, como os temperos utilizados na fabricação do alimento, desodorização e
clareamento. Esta operação é feita misturando o óleo com uma solução de
hipoclorito de sódio a 1% a quente, sempre com uma proporção de 3litros de
óleo para um litro de solução de hipoclorito de sódio, deixando essa mistura em
repouso durante uma hora para completa separação da fase oleosa da aquosa.
A figura 7 mostra o processo de limpeza do óleo.
31
Figura 7: Processo de limpeza do óleo
Fonte: Os autores
4.3 Determinação do índice de saponificação
O índice de saponificação permite calcular a proporção de óleo e
hidróxido, para produção de sabão de modo que não aja excesso,
principalmente de hidróxido, pois pode acarretar em um produto final com o pH
elevado.
Para determinação do índice de saponificação foi aquecido em sistema
de refluxo por 30 minutos 1 grama de óleo com 50mL de solução álcoolica de
KOH na concentração 0,25mol.L.
Figura 8: Determinação do índice de saponificação
Fonte: Os autores
Após o aquecimento a mistura foi resfriada e titulado com uma solução
32
de HCl à 0,253 mol/L, utilizando como indicador do ponto final da titulação a
fenolftaleína. Da mesma maneira foi titulado o branco.
A titulação da mistura de KOH e óleo após o processo de refluxo permite
descobrir o excesso de hidróxido que não reagiu com o óleo na mistura, onde
foi gasto 23,9 mL da solução de HCl à 0,253 mol/L, já para o branco gastou-se
38 mL na titulação, que permitirá calcular a quantidade de KOH adicionado a
mistura.
Usando os volumes e a concentração do HCl gasto nas titulações e a
equação da reação do HCl e KOH, obtêm se a massa de KOH que reagiu com
1 grama de óleo e com isso a proporção de hidróxido e óleo.
Inicialmente vamos calcular a massa de KOH no branco, para isso antes
devemos determinar a massa de HCl gasto na titulação do branco, utilizando o
volume gasto na titulação, concentração molar e a massa molar, de acordo
com a equação 1, onde m é a massa de HCl em gramas, C é a concentração
molar do ácido, M é a massa molar do HCl e V é o volume em litros gasto na
titulação.
mHCl= C. M. V
mHCl= 0,253. 36,4. 0,038 Equação 1
mHCl= 0,3499 gramas
Agora a equação da reação, mostra que a proporção molar entra KOH e
HCl é de 1: 1, portanto para cada 36,4 gramas de HCl é necessário
56,1gramas de KOH, e com uma simples regra de 3 calcula-se a massa total
de KOH no branco. Substituindo a massa de HCl na equação 2 têm se a massa
de KOH.
HCl + KOH KCl + H2O
36,4 g 56,1 g (2)
0,3499 g x
X= 0,5393 g de KOH total
De maneira idêntica as equações 1 e 2, calcula-se a massa de KOH em
33
excesso na mistura, onde se encontra uma massa de 0,3392 gramas. A
diferença da massa obtida no branco, com a massa em excesso obtêm-se a
massa consumida na saponificação de 1 grama de óleo conforme a equação 3.
mKOH= (mKOH total – mKOH excesso)
mKOH= 0,5393 – 0,3392 (3)
mKOH= 0,2001 g
Substituindo a massa de KOH encontrada na equação 3 têm se o índice
de saponificação.
Índice de saponificação = mKOH /m de óleo (4)
Índice de saponificação = 0,2001 gramas/ 1g de óleo.
4.4 Obtenção da coada e análise das amostras
Para a extração da alcalinidade da cinza, ela foi peneirada em uma
peneira comercial e foi montado um sistema de cascata para que a cinzas
fossem lixiviadas como mostra a figura 9.
Figura 9: Sistema para lixiviamento das cinzas
Fonte: Os autores
Pesou-se 1 kg de cinza e misturou-se em 800 ml de água destilada que
foram distribuídos nos 5 potes do sistema proposto. Três horas foram
34
esperadas para coletar 56 ml de solução, mediu- se o pH e 56 ml de água
destilada foram adicionados ao primeiro pote, este procedimento foi repetido
por 5 vezes já que na quinta vez o pH obtido foi de 10,8.
Para dar continuidade na extração foram retirados os 2 primeiros potes
subindo os demais para as posições superiores e acrescentando mais 2 potes
novos, repetindo adição de água e o intervalo de três horas. Solução final
obtivemos 1 litro de solução utilizando 3,650 kg de cinza, com pH final de 12,8.
Nesta solução popularmente chamada de coada foi determinado o teor
de alcalinidade por volumetria de neutralização, empregando-se uma solução
padrão de HCl 0,1mol/L como titulante e 10 ml da amostra (coada),
fenolftaleína e alaranjado de metila como indicadores. A amostra foi analisada
em triplicata.
As amostras contendo fenolftaleína como indicador foram tituladas até
observar mudança na coloração de rosa para incolor (v1), logo após adiciona-
se o indicador alaranjado de metila e a titulação foi reiniciada até observarmos
a alteração na cor de amarelo para salmão (v2).
Figura 10: Titulação da amostra de coada
Fonte: Os autores
Para a determinação da alcalinidade, ou seja, os íons [OH-] e [CO32-],
empregou-se a seguinte fórmula:
[ HCl ] x VHCl = [Amostra] x V amostra
Sendo que para determinação do volume de titulante para determinar a
concentração do [ OH ] foi empregado a fórmula a seguir:
35
VHCl = V1 – V2
E para a concentração do [CO32-]:
VHCl= 2 x V2
Os resultados obtidos estão expressos na tabela 1:
Tabela 1: Quantidade de HCl gasto na titulação e concentração de
hidroxila
v1mL v2 mL OH mol/L
95 57,8 0,372
94,8 58,4 0,364
94,9 58 0,369
média 94,9 58,1 0,368
Fonte: Os autores
4.5 Produção de sabão líquido
Sabendo-se que o índice de saponificação é de 0,2 g de KOH/ 1g de
óleo e a concentração de OH obtida na coada foi de 0,37 mol/L dispondo-se da
utilização da regra de 3, pode-se calcular a quantidade de sabão que poderia
ser feita utilizando um litro da coada.
56,1 M 1 mol 0,2 g 1 g de óleo
x 0,37 mol 20 g x
x = 20,76 gramas x = 100 g
Portanto 1litro de coada contêm 20 gramas de hidróxido que reage com
100 gramas de óleo. O óleo filtrado e limpo foi pesado e separado em um
Becker, a coada foi concentrada por evaporação até que se obtivesse uma
solução a 40 %.
A solução foi resfriada e misturada ao óleo em uma chapa de
36
aquecimento, somente com agitação ligada durante 15 minutos como mostra a
figura 11.
Figura 11: Produção do sabão em pasta
Fonte: Os autores
Após agitação foi deixado em repouso por 12 horas. O sabão ficou com
um aspecto pastoso e arenoso. Para obtenção do sabão liquido foram pesadas
10 gramas dessa pasta e misturado com 60 ml de água destilada na chapa de
aquecimento com a rotação ligada até completa diluição do sabão,
transformando-se em um sabão líquido muito parecido com o detergente neutro
como mostra a figura 12.
Figura 12: Produção do sabão liquido
Fonte: Os autores
Para o controle do pH deste produto final foi medido o pH e mantido na
faixa de 6,5 a 7,5 utilizando acido bórico.
4.6 Discussão dos Resultados
37
A limpeza do óleo promoveu seu clareamento resultando num material
de cor marrom escura para o amarelo isso ocorre, pois toda matéria orgânica
oriunda de alimentos fritos nesse óleo foram eliminados, porém ao final do
processo de limpeza percebeu-se um cheiro bem suave de óleo velho, que foi
ocultado no final da produção do sabão pela adição de aromatizantes.
O índice de saponificação do óleo permitiu encontrar a proporção de
hidróxido e óleo, e assim padronizar a solução de coada bem como determinar
o quanto deverá ser concentrada e o quanto de óleo utilizar, para que não
houvesse excesso de nem uma das partes acarretando em um produto final
dentro dos padrões.
A alcalinidade das cinzas está associada à presença de carbonatos e
principalmente de óxidos metálicos em sua composição gerados pela queima
da madeira e neste caso foi o eucalipto, e apesar da composição da cinza ser
variada e com diversos compostos os únicos solúveis são os óxidos e
carbonatos de potássio e sódio.
Quando a cinza é lixiviada os óxidos solúveis são convertidos a
hidróxidos como mostra a equação 5 e 6, os carbonatos se solubilizam gerando
um extrato alcalino.
K2O(s) + H2O(l) 2KOH(aq) (5)
Na2O(s) + H2O(l) 2NaOH(aq) (6)
Para determinação da alcalinidade da cinza fez-se necessário uma
titulação ácida, onde o volume de titulante HCl gasto V1 utilizando-se o
indicador fenolftaleína que muda de coloração com pH 8 foi consumida pelos
íons hidroxila e carbonatos, para se transformar em bicarbonato como mostra a
equação 7 e 8.
OH- (aq) + H+ (aq) H2O(l) (7)
CO32- (aq) + H+ (aq) HCO3(aq) (8)
Já o volume gasto em V2 utilizando o alaranjado de metila, está
vinculado aos íons bicarbonato que foram gerados na primeira etapa reacional
(v1), e agora são convertidos a ácido carbônico de acordo com a equação 9.
38
H CO32- (aq) + H+ (aq) H2CO3 (9)
Os cálculos para produção de sabão foram todos utilizando o KOH como
material álcali já que os sais de potássio são utilizados como fertilizantes sendo
consumido pelas plantas e estando presente em quantidade muito superior que
o sódio na cinza.
O controle quantitativo da matéria prima propôs uma produção de sabão
mais rápida que a produção de sabão de cinza artesanal sem adição de soda
caustica, pois segundo o trabalho de PINHEIRO e GIORDAN, 2010 que
acompanhou um grupo de mulheres do interior de Minas Gerais, produtoras de
sabão de cinza onde o tempo de produção pode chegar a duas semanas.
Este mesmo trabalho fala que as mulheres não seguem uma receita
especificando as quantidades de cinzas, coada e gordura, o que pode acarretar
na demora na produção do sabão, não se faz adição da soda caustica, pois
segundo as produtoras do sabão artesanal, este sabão não poderia ser
utilizado para lavar a pele, isso ocorre pelo descontrole no manuseio da soda
caustica e da matéria prima originado um sabão de pH elevado.
Outro trabalho apresentado por LISBOA, 2009 que demonstra a
produção artesanal de sabão de cinza, com complemento de soda caustica,
que além de não controlar a matéria prima, no final do processo obtém-se um
sabão de cor escura e aspecto desagradável aos olhos da sociedade moderna.
Conclusão
O produto obtido pelo processo desenvolvido nesta pesquisa mostra que
a utilização de cinzas para a produção de sabão, é um ótimo emprego deste
resíduo e do óleo de fritura. O sabão obtido apresentou características
agradáveis, semelhante ao detergente líquido.
No processo de produção desenvolvido neste trabalho, foi empregado
3,650 Kg de cinza para se obter 20g de hidróxido de potássio. Essa quantidade
de hidróxido pode ser utilizado para saponificar 100g de óleo.
Considerando que a matéria prima utilizada para a produção de sabão
de cinza não tenha valor comercial e são geradas em grande quantidade, o
processo de desenvolvimento deste sabão pode ser apropriado para se
transformar em um processo industrial.
A cinza não foi totalmente empregada no processo restando ainda como
resíduo os óxidos insolúveis, porém, o material solúvel extraído, diminui seu
potencial alcalinizante que é o principal fator a ser considerado para o descarte
deste resíduo, quando em grande quantidade.
O emprego de algumas análises de controle de qualidade da matéria-
prima para a produção de sabão garante a qualidade do produto final, evita
desperdícios e faz com que a produção realizada seja eficaz.
Novos testes poderão ser feitos empregando cinzas oriundas do outros
materiais, para comparar o rendimento em hidróxido e assim, saber qual cinza
tem maior potencial alcalino. Há de se considerar também a necessidade de
uma melhora na eficácia do processo de extração, porém, o objetivo deste
trabalho foi o de obtenção do sabão. Sendo assim, os ajustes no processo
ficam para uma nova pesquisa.
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