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

18

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.]

24

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).

29

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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