obtenção de biodiesel a partir de Óleo residual de fritura

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INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DO RIO GRANDE DO SUL, CAMPUS PORTO ALEGRE CURSO TÉCNICO EM QUÍMICA RAFAELA RUBIM LUCAS SCHERER GOMES OBTENÇÃO DE BIODIESEL A PARTIR DE ÓLEO DE FRITURA. ANÁLISES FÍSICO-QUÍMICAS COMPARATIVAS ENTRE O BIODIESEL SINTETIZADO E O COMERCIAL DE ÓLEO DE SOJA Orientadores: Rossana Angélica Schenato Carlos Alberto Piccinini

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 Produzir biodiesel a partir de óleo residual de fritura através do uso de metanol e etanol, como álcoois reagentes; Determinar os parâmetros físico-químicos: densidade relativa, índice de acidez e ponto de fulgor, empregando metodologia alternativa aos ensaios dispostos nas normas técnicas de especificação dos parâmetros de qualidade do biodiesel. (ASTM e NBR definidas na fundamentação teórica); Comparar o biodiesel produzido a partir do óleo residual de fritura com o biodiesel do óleo de soja comercial a ser adquirido, no que se refere aos parâmetros físico-químicos citados acima. As quais basear-se-ão nas especificações técnicas dadas pela Agência Nacional do Petróleo (ANP) conforme regulamento técnico nº 4/2012.(BRASIL,2012) Utilizar a técnica de cromatografia gasosa para comprovar a fabricação de biodiesel.

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INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAO, CINCIA E TECNOLOGIA DO RIO GRANDE DO SUL, CAMPUS PORTO ALEGRE

INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAO, CINCIA E TECNOLOGIA DO RIO GRANDE DO SUL, CAMPUS PORTO ALEGRE

CURSO TCNICO EM QUMICA

Rafaela rubim

Lucas scherer gomes

OBTENO DE BIODIESEL A PARTIR DE LEO DE FRITURA. AnliseS FSICO-QUMICAS comparativaS ENTRE O BIODIESEL SINTETIZADO E O comercial de LEO DE sojaOrientadores:

Rossana Anglica Schenato

Carlos Alberto Piccinini

Porto Alegre,2014SUMRIO61 Introduo

72 Justificativa

83 Objetivos

83.1 Objetivo geral

83.2 Objetivos especficos

94 Fundamentao Terica

94.1 Combustveis fsseis

104.2 Biocombustveis

104.2.1 Etanol

114.2.2 Biodiesel

114.3 Benefcios proporcionados pelo uso de biodiesel

124.4 Sntese de biodiesel

144.5 Separaes Cromatogrficas

154.5.1 Cromatografia em camada delgada

164.5.2 Cromatografia Gasosa

164.5.3 Detectores de ionizao em chama

174.6 Anlises fsico-qumicas do biodiesel

174.6.1 Determinao da densidade relativa

184.6.2 Determinao do ndice de acidez

194.6.3 Determinao do ponto de fulgor

205 METODOLOGIA

205.1 Obteno da amostra de biodiesel de soja comercial

205.2 Obteno do leo residual da fritura de alimentos

205.3 Limpeza e preparo do leo residual da fritura de alimentos

215.4 Determinao do ndice de acidez do leo residual de fritura de alimentos

215.5 Sntese do biodiesel baseada na metodologia 1

245.6 Sntese do biodiesel baseado na metodologia 2

275.7 Anlises fsico-qumicas

275.7.1 Ponto de fulgor

285.7.2 Determinao da densidade relativa

295.7.3 Determinao do ndice de acidez

305.8 Cromatografia gasosa de alta resoluo (CGAR)

316 RESULTADOS E DISCUSSES

316.1 Ponto de fulgor

316.2 Determinao da densidade relativa

326.3 Determinao do ndice de acidez

326.4 Comparao entre os cromatogramas do biodiesel de etanol ,metanol e comercial(feito de metanol)

356.5 Biodiesel de etanol

387. CONCLUSO

NDICE DE FIGURAS

13Figura 1: Transesterificao para a formao de biodiesel.

14Figura 2: Mecanismo de transesterificao para a formao dos biodieseis de metanol e de etanol.

16Figura 3: Esquema que demonstra o funcionamento de um cromatografo gasoso. (SKOOG et al, 2005).

21Figura 4: Balo de reao conectado a um condensador de refluxo contendo leo residual de fritura e etxido de sdio.

22Figura 5: Placa cromatogrfica delgada (vidro recoberta com slica). Primeira mancha esquerda, leo residual de fritura. Manchas seguintes, o produto da reao (o biodiesel de etanol).

23Figura 6: Biodiesel de etanol no evaporador rotatrio.

23Figura 7: Biodiesel de etanol e glicerina em repouso, em funil de separao

24Figura 8: esquerda, biodiesel de etanol aps a primeira lavagem (com as solues de HCl 0,5%, NaCl saturada e H2O destilada); No centro biodiesel em fases distintas, aps repouso durante a primeira noite; direita, biodiesel em fases distintas aps segunda lavagem (com as mesmas solues) e repouso durante a segunda noite.

24Figura 9: Filtrao do biodiesel de etanol para retirada do sulfato de sdio anidro.

25Figura 10: Balo de reao utilizado na transesterificao contendo leo residual de fritura. Adio de hidrxido de potssio dissolvido em metanol.

25Figura 11: Placa de CCD. Puno de biodiesel comercial (a) e biodiesel de metanol (b) e (c).

26Figura 12: esquerda: Biodiesel de metanol no evaporador rotatrio para eliminar resqucios do lcool; direita : Biodiesel de metanol em repouso no funil de separao aps sair do evaporador rotatrio

26Figura 13: esquerda: biodiesel de metanol em fases distintas aps sair do evaporador rotatrio; direita: biodiesel de metanol aps a lavagem com as solues

27Figura 14: Filtrao do biodiesel de metanol com sulfato de sdio anidro.

28Figura 15: Aparato montado para medir o ponto de fulgor dos biodieseis, utilizando um termopar para o controle de temperatura e um isqueiro para acionar a chama. direita, aps o ponto de fulgor alcanado, biodiesel em chamas.

28Figura 16: Medida das massas dos biodieseis para o clculo da densidade( esquerda, biodiesel comercial; no meio, biodiesel de metanol; direita, biodiesel de etanol).

29Figura 17: Titulao em trs vias para determinao do ndice de acidez dos biodieseis.

31Figura 18: Biodiesel atingindo a combusto completa ao ultrapassar o ponto de fulgor.

33Figura 19: Cromatograma 1 (biodieseis de metanol e de etanol em superposio).

33Figura 20: Cromatograma 2 (biodieseis de metanol e de etanol em superposio).

34Figura 21: Cromatograma 3 (biodieseis de metanol e de etanol em superposio).

36Figura 22: Biodiesel de etanol aps centrifugao.

1 IntroduoNos ltimos anos, devido acentuada preocupao com o meio ambiente, surgiu a necessidade de uma nova reflexo sobre maneiras mais coerentes de explorao dos recursos naturais. Um dos problemas que prejudica o meio ambiente e contribui para a sua degradao a poluio causada por veculos e indstrias que utilizam, como fonte de energia, combustveis de origem fssil. Quando em combusto, esses liberam CO2, xidos de enxofre (SOx) e de nitrognio (NOx), bem como materiais particulados, que contribuem para a degradao do meio ambiente. (DIONYSIO, 2009).Como forma de diminuir a ao desses agentes poluidores e garantir que a fonte de energia seja limpa, os combustveis de origem fssil vm sendo gradualmente substitudos por combustveis oriundos de fontes renovveis - os biocombustveis. Na queima dos biocombustveis, h a liberao de CO2,que pode ser absorvido pelas plantas, no processo de fotossntese, constituindo assim o ciclo de carbono. (Coletti, 2005).Uma das formas de se adquirir matria-prima para a produo do biodiesel atravs do leo ou da gordura de origem vegetal ou animal. Para obter esse biocombustvel, necessria a reao transesterificao de um lcool com o triacilglicerdeo, produzindo, assim, biodiesel e glicerina (esta ltima, utilizada pelas indstrias de alimentos e de cosmticos). Alm do leo virgem extrado de sementes de oleaginosas, pode-se utilizar leo residual da fritura de alimentos para a obteno do biodiesel. Essa estratgia evita a queima de um leo vegetal, que poderia ser utilizado como alimento, e propicia o benefcio do descarte correto de leos residuais. Dessa forma, contribui para reduo em 88% do volume desses jogados incorretamente no ambiente, e o seu reaproveitamento como matria prima para a gerao de energia em indstrias e veculos. (CASTELLANELLI, 2007).

2 JustificativaA literatura cientfica est repleta de trabalhos que abordam a produo de biocombustveis, tais como o biodiesel, sendo isso um reflexo da atual preocupao com o meio ambiente. Em 2007, conforme estudo do IBP/COPPE/COPPEAD, do custo total do biodiesel, 68% representam aquisio do leo vegetal, 3% so relativos ao custo do transporte em escala, 29% restantes so custos da compra de insumos (lcool e catalisador), custos de produo de biodiesel (energia e mo de obra) e custos de impostos. Em outro estudo, Guabiroba e Dagosto (2011) mostraram que o custo de produo do biodiesel, feito a partir do leo residual da fritura de alimentos, ficou 35% abaixo do obtido a partir do leo virgem, incluindo todas as despesas de logstica com a coleta do leo residual.

De acordo com Dib (2010), uma anlise comparativa entre as propriedades fsico-qumicas de ambos os biodieseis (um produzido a partir do leo residual e o outro, do leo virgem) indica que seus parmetros de qualidade so similares. Desta forma, o uso do leo residual de fritura para a sntese de biodiesel torna contra-indicado o uso do leo vegetal virgem para o mesmo fim. Esse ltimo comumente utilizado como alimento e queim-lo, significa desperdcio. Ainda, quanto ao leo residual de fritura, esse se torna um poluente, quando descartado de forma incorreta no ambiente. Com base na legislao vigente, Res. CONAMA 430/11 art.16, 1 litro de leo polui 20.000 litros de gua.(BRASIL , 2011). E, apesar de haver postos para o recolhimento do leo usado, grande parte da populao no se preocupa em buscar essa alternativa de descarte. Por essa razo, pertinente um estudo comparativo entre o biodiesel sintetizado a partir do leo virgem de soja e o biodiesel obtido a partir do leo de soja residual de fritura. Esse estudo permite agregar conhecimento sobre fontes renovveis de energia. 3 Objetivos3.1 Objetivo geralProduzir biodiesel a partir do leo residual de fritura. Avaliar alguns de seus parmetros fsico-qumicos e comparar aos do biodiesel comercial, esse ltimo ser adquirido e tambm avaliado3.2 Objetivos especficos Produzir biodiesel a partir de leo residual de fritura atravs do uso de metanol e etanol, como lcoois reagentes; Determinar os parmetros fsico-qumicos: densidade relativa, ndice de acidez e ponto de fulgor, empregando metodologia alternativa aos ensaios dispostos nas normas tcnicas de especificao dos parmetros de qualidade do biodiesel. (ASTM e NBR definidas na fundamentao terica); Comparar o biodiesel produzido a partir do leo residual de fritura com o biodiesel do leo de soja comercial a ser adquirido, no que se refere aos parmetros fsico-qumicos citados acima. As quais basear-se-o nas especificaes tcnicas dadas pela Agncia Nacional do Petrleo (ANP) conforme regulamento tcnico n 4/2012.(BRASIL,2012) Utilizar a tcnica de cromatografia gasosa para comprovar a fabricao de biodiesel.4 Fundamentao TericaNeste tpico, sero discutidos aspectos relacionados aos combustveis fsseis, aos biocombustveis e aos mtodos de ensaio para as anlises dos parmetros fsico-qumicos.

4.1 Combustveis fsseisCombustvel fssil um grupo de substncias que contm compostos de carbono. formado pela decomposio de animais, vegetais e microrganismos que sofreram transformaes complexas e foram fossilizados ao longo de milhares de anos. Os principais combustveis fsseis so: o carvo mineral, o petrleo e o gs natural, que so responsveis pela gerao de energia no processo de combusto. (SCHALCH, 2011).

Combustveis de origem fssil so limitados e no renovveis, pois levaram milhares de anos para serem formados pela decomposio da matria orgnica. A queima desse tipo de combustvel libera para o meio ambiente uma grande quantidade de gases e partculas poluentes, so: xidos de enxofre (SOx) e de nitrognio (NOx), dixido de carbono(CO2) e monxido de carbono(CO), esses, responsveis pela chuva cida e pelo aquecimento global, pequenas quantidades de metais txicos e material particulado. (GONALVES, 2009).

A queima de combustveis de origem fssil uma prtica utilizada desde meados do sculo XVIII, perodo em que se deu a primeira Revoluo Industrial. Naquela poca, ainda no havia sido inventado o automvel, no entanto, a queima desses compostos de carbono j comeava a ser realizada. Com o incio da Revoluo Industrial, as fbricas passaram a trabalhar utilizando mquinas movidas a vapor. Para o funcionamento das mesmas era necessrio que houvesse uma fonte potente de energia, e com isso a queima dos compostos de carbono, como o carvo mineral, passou a ser explorada. Desde ento, o desenvolvimento econmico voltado para a produo foi progredindo e junto a ele os problemas ambientais. (BBC Brasil).

4.2 BiocombustveisNa tentativa de diminuir a degradao do meio ambiente e os poluentes gerados pela queima de combustveis fsseis (CO, SOx, NOx, material particulado, dentre outros contaminantes como clcio e magnsio), surgiu a necessidade do uso de uma energia limpa, proveniente de biocombustveis. A vantagem de sua utilizao est na reduo de at 43% de CO2 ,39% de hidrocarbonetos e 13% de Nox, reduo das emisses de enxofre e compostos aromticos txicos(como o benzeno),pois o biodiesel no contm esse contaminante (CASTELLANELLI, 2007).Segundo a Lei n 12.490, artigo 6, XXIV, define-se biocombustvel como:Substncia derivada de biomassa renovvel, tal como biodiesel, etanol e outras substncias estabelecidas em regulamento da ANP, que pode ser empregada diretamente ou mediante alteraes em motores a combusto interna ou para outro tipo de gerao de energia, podendo substituir parcial ou totalmente combustveis de origem fssil. (BRASIL, 2011).Os biocombustveis podem ser utilizados em veculos automotores de forma integral ou misturado aos combustveis fsseis. No Brasil, so utilizados dois principais: o etanol, proveniente do bagao da cana-de-acar, que pode ser misturado gasolina; e o biodiesel, oriundo de leos vegetais, que pode ser misturado ao diesel. (CHAGAS, 2012).4.2.1 EtanolTambm conhecido por lcool etlico, o etanol (C2H5OH), uma substncia incolor, inflamvel e voltil. Possui cheiro caracterstico e 100% solvel em gua, seu ponto de ebulio de 78,4C e seu ponto de fuso, muito baixo, de -114,3C. Sua aplicao bastante ampla e pode ser empregado como solvente na fabricao de tintas, lacas, vernizes e perfumes, como combustvel, como desinfetante, como produto de partida para sntese orgnica (por oxidao, origina acetaldedo e cido actico, por desidratao, forma ter dietlico). (DIONYSIO, 2011). No Brasil, o etanol anidro (isento de gua) produzido em ampla escala para misturar gasolina com a inteno de reduzir os poluentes gerados durante sua queima. Alm desta aplicao, o etanol anidro usado para a sntese de biodiesel. (FERRARI, 2005).4.2.2 BiodieselSegundo a Lei n 11.097, artigo 4, XXIV de 13 de janeiro de 2005, podemos definir biodiesel como:

Combustvel derivado de biomassa renovvel para uso em motores a combusto interna ou, conforme regulamento, para outro tipo de gerao de energia, que possa substituir parcial ou totalmente combustveis de origem fssil. (Brasil b, 2005). As fontes renovveis das quais derivam o biodiesel so de origem vegetal e animal. No Brasil, a produo do biodiesel comumente feita a partir de leo vegetal, seja o leo virgem ou o leo residual da fritura de alimentos. Essa preferncia pela biomassa de origem vegetal d-se, principalmente, pelo vasto plantio, no pas, de vegetais com sementes de oleaginosas. Os leos mais utilizados na produo do biodiesel so extrados de sementes como amendoim, dend, canola, girassol, mamona, algodo e soja. Enquanto que para a produo do biodiesel de origem animal, utiliza-se o sebo bovino ou a gordura suna. (DIB, 2010).O biodiesel pode ser utilizado em substituio ao leo diesel, seja em percentuais adicionados ou de forma integral. Esse biocombustvel empregado nos motores combusto de transportes rodovirios e aquavirios e, tambm, nos motores utilizados para gerao de energia eltrica. (SEBRAE, 2008).

4.3 Benefcios proporcionados pelo uso de biodieselNa composio qumica do biodiesel, h ausncia de enxofre, logo na queima desse combustvel a emisso de SOx zero, diferentemente do diesel, combustvel do tipo fssil que libera xidos de enxofre, quando queimado. Para reduzir o impacto ambiental quanto liberao destes durante a queima, so adicionados percentuais de biodiesel ao diesel. Conforme a quantidade de biodiesel adicionado ao diesel, a emisso de SOx reduzida na mesma proporo. (CARVALHO, 2012).O CO gerado pela combusto incompleta do combustvel de origem fssil extremamente txico, podendo ocasionar danos irreversveis ao organismo do homem. Na queima do biodiesel, esse fato no ocorre, pois a presena de tomos de oxignio na molcula do biodiesel proporciona um maior rendimento da reao de combusto, diminuindo a produo de CO e CO2. A queima de combustveis fsseis tambm produz hidrocarbonetos (HC). Estes so gerados pela combusto incompleta de combustveis fsseis. Quando a adio de biodiesel feita ao diesel, uma maior quantidade de HC reagem, devido composio da molcula de biodiesel. O mesmo ocorre para a emisso dos xidos de nitrognio na queima do combustvel de origem fssil misturado com o biodiesel. (DIB, 2010)O material particulado constitudo por partculas de carbono, provenientes da combusto incompleta do diesel. Quando h a adio de biodiesel, a reao mais eficaz, produzindo menor quantidade de particulados. No diesel ainda h hidrocarbonetos policclicos aromticos (HPA) e hidrocarbonetos policclicos aromticos nitrados (NHPA), que tambm podem ser gerados em pequenas quantidades durante a combusto do biodiesel. Comparando a quantidade emitida pelo diesel, a emisso de HPA e NHPA pelo biodiesel insignificante. (GAUER, 2012).4.4 Sntese de biodieselO biodiesel uma mistura de alquilsteres de cadeia linear e sua sntese se d pela transesterificao de lipdios (triacilglicerdeos) com lcoois de cadeia curta. Para uma reao de transesterificao com maior rendimento, utiliza-se excesso de lcool em relao ao triacilglicerdeo. Esta reao tem como subproduto o glicerol, que um composto orgnico pertencente funo lcool. Esse um subproduto que pode ser utilizado como matria prima para a formao de variados produtos, tais como sabes e cosmticos. A reao transesterificao de lipdios realizada na presena de catalisadores cidos, bsicos ou enzimticos. (GERIS, 2007)Entre os lcoois utilizados na transesterificao do biodiesel, os mais comuns so o metanol (lcool metlico) e o etanol (lcool etlico). O metanol aplicado em ampla escala na indstria, pois mais reativo e no requer condies de altas temperaturas e longo tempo de reao. No entanto, apesar de ser mais eficiente, esse lcool altamente txico. O uso do etanol para a transesterificao mais interessante, pois esse renovvel e menos txico do que o metanol, alm de sua produo ser consolidada no Brasil. A utilizao de etanol produz um biodiesel com maior nmero de cetanos e maior lubrificidade. A desvantagem em relao ao seu uso reside no fato desse reter glicerol, dificultando a separao biodiesel/glicerina. Para o uso do mesmo na sntese de biodiesel, requer a utilizao de etanol anidro. (QUINTELLA, 2009).A figura abaixo, mostra o esquema de reao para a transesterificao de um triacilglicerdeo com um lcool, na presena de catalisador bsico.

Figura 1: Transesterificao para a formao de biodiesel.O mecanismo dessa reao est baseado na substituio nucleoflica carbonila (adio/eliminao carbonila) do triacilglicerdeo (Figura 2). Inicialmente (etapa 1), a base remove o prton cido do lcool (pKa 16) para formar o alcoxido de sdio e gua (pKa = 15,7). A constante de equilbrio para essa etapa de reao pequena e o nion ser gerado em pequena quantidade. Entretanto, assim que formado, esse consumido na etapa seguinte (etapa 2) e o equilbrio da reao vai sendo deslocado para a direita, de acordo com o princpio de Le Chatelier. O nion alcxido, assim que formado, ataca o stio eletroflico (o carbono da carbonila) do triacilglicerdeo e, por sucessivas etapas de reao, ocorre a eliminao de glicerol e a regenerao do catalisador (nion hidrxido).

Figura 2: Mecanismo de transesterificao para a formao dos biodieseis de metanol e de etanol.4.5 Separaes CromatogrficasA cromatografia engloba um diversificado e importante grupo de mtodos que permitem ao cientista separar componentes semelhantes de misturas complexas, os quais seriam impossveis por outros meios. Em todas as separaes cromatogrficas, a amostra transportada por uma fase mvel, que pode ser um lquido, gs ou um fludosupercrtico. A fase mvel ento forada a fluir atravs de uma fase estacionria imiscvel fixa, colocada na coluna ou em uma superfcie slida. As duas fases so escolhidas de modo que os componentes da amostra se distribuam entre as fases mvel e estacionria em vrios graus. (SKOOG et al, 2005).4.5.1 Cromatografia em camada delgada

A cromatografia em camada delgada (CCD) uma tcnica desenvolvida que consiste na separao dos componentes de uma mistura atravs da migrao diferencial desses sobre uma camada delgada e adsorvente, retida sobre uma superfcie limpa (geralmente placas de vidro ou de alumnio). O grande desenvolvimento dessa tcnica consequncia das mltiplas vantagens que ela oferece, tais como fcil compreenso e execuo, separaes em breve espao de tempo, versatilidade, grande repetitividade e baixo custo.

Pode ser usada de forma analtica ou preparativa, cuja escala depende da espessura da camada adsorvente e da quantidade de amostra a ser analisada. O processo de separao est fundamentado, principalmente, no fenmeno de adsoro.

Os adsorventes mais utilizados para a CCD so slica (SiO2) e alumina (Al2O3), mas ainda h ainda a terra diatomcea, a celulose e a poliamida, entre outros. No entanto, para que o adsorvente se fixe superfcie plana de uma placa cromatogrfica necessria a presena de um aglutinante, gesso ou talco. As placas cromatogrficas podem ser confeccionadas manualmente ou podem ser pr-fabricadas de marcas conhecidas, como Merck, Macherey-Nagel, Whatman, etc. Porm, as pr-fabricadas tm superfcie mais homognea e mais uniforme, permitindo que os valores de Rf (fator de reteno)sejam mais reprodutveis. (COLLINS, 2006).4.5.2 Cromatografia Gasosa

Na cromatografia gasosa (GC), a amostra vaporizada e injetada no topo de uma coluna cromatogrfica. (Figura 3) A eluio feita por fluxo de um gs inerte que atua como fase mvel. Ao contrrio dos outros tipos de cromatografia, a fase mvel no interage com as molculas do analito. Sua nica funo transportar o analito atravs da coluna. (SKOOG et al,2005).

Figura 3: Esquema que demonstra o funcionamento de um cromatografo gasoso. (SKOOG et al, 2005).4.5.3 Detectores de ionizao em chamaO detector de ionizao em chama (DIC) o mais empregado em aplicaes da cromatografia gasosa em geral. A maioria dos compostos orgnicos produz ons e eltrons quando pirolizados temperatura de uma chama ar/hidrognio. O efluente da coluna dirigido para uma pequena chama de ar/hidrognio, a deteco envolve o monitoramento da corrente produzida pela coleta desses portadores de carga. Poucas centenas de volts so aplicadas entre a ponta do queimador e um eletrodo, localizado acima da chama, serve para coletar os ons e eltrons. A corrente resultante (~10-12 A) medida com um picoampermetro. (SKOOG et al, 2005).4.6 Anlises fsico-qumicas do biodieselAnlises fsico-qumicas, baseadas nos padres de qualidades, so necessrias para certificar qualidade ao biodiesel. Os teores de contaminantes so especificados para que no venham a prejudicar a qualidade do combustvel durante a queima, o desempenho e a integridade do motor, bem como a segurana no transporte e no manuseio. Citam-se algumas anlises fsico-qumicas a serem realizadas neste projeto: determinao da densidade relativa, ponto de fulgor e ndice de acidez.

4.6.1 Determinao da densidade relativaA densidade relativa a relao entre a massa especfica do volume de uma substncia, a uma dada temperatura, e a massa especfica de gua a um volume igual, para uma temperatura de referncia. Em outras palavras, a densidade relativa a razo entre a densidade de uma substncia e a densidade de um dado material de referncia, como a gua. Enquanto a densidade relativa adimensional, a massa especfica dos slidos e lquidos expressa em quilograma por metro cbico (kg.m-3).

A densidade do biodiesel est diretamente ligada a sua estrutura molecular. Quanto maior o comprimento da cadeia carbnica do alquilster, maior sua densidade, no entanto, esse valor diminui quando maior for o nmero de insaturaes presentes na molcula. A presena de impurezas tambm pode influenciar na densidade do biodiesel como a presena de lcool ou de substncias adulterantes. Tal propriedade exerce grande influncia na circulao e injeo do combustvel.Segundo a norma regulamentadora da NBR, a faixa de valores esperados para a massa especfica deve estar entre 850 e 900 kg.m-3 (densidade relativa em relao gua 850 e 900) (LOBO, 2009). Como mtodo alternativo para o encontrado na norma NBR 7148, a determinao da densidade ser realizada baseando-se no mtodo picnomtrico com bales volumtricos de 5 mL, que envolve medidas de massa. 4.6.2 Determinao do ndice de acidezEste parmetro serve como indicador da capacidade potencial do combustvel em causar a corroso em peas metlicas, tanto no motor quanto no tanque de armazenamento. As normas que se referem a esse teste, estabelecem limites mximos de acidez de 0,5 mg de KOH por grama de biocombustvel. O mtodo recomendado pela NBR 14448 utiliza a titulao potenciomtrica para a determinao do ndice de acidez.

Segundo GERIS, para a sntese de biodiesel com leos de fritura que possuam ndice de acidez maior que 1,9%, a literatura indica empregar catlise cida. Entretanto, para leos com menores ndices de acidez, recomenda-se o uso de catlise bsica. Como alternativa ao ensaio empregado pela EM 14104, ser utilizado como referncia o Manual de Procedimentos, captulo IV, do Instituto Adolfo Lutz, no qual utiliza a titulao da amostra com soluo padro de hidrxido de potssio.Para o clculo do ndice de acidez utiliza-se a seguinte frmula:

Onde A o volume (em L) da soluo titulante para a titulao da amostra, B o volume (em L) da soluo titulante para a titulao do ensaio em branco, C a concentrao, em mol L-1, da soluo titulante, e m a massa da amostra, em gramas.

4.6.3 Determinao do ponto de fulgor

O ponto de fulgor a temperatura mnima em que ocorre a liberao de vapor suficiente para ocasionar a combusto. Esse parmetro de extrema importncia em relao segurana no armazenamento e no transporte do combustvel. O ponto de fulgor de um biodiesel puro de aproximadamente 170 C, porm qualquer quantidade adicionada de lcool a transesterificao pode alterar este valor.

Quanto aos valores de ponto de fulgor permitidos para o biodiesel, a norma ASTM D6751 (mtodo analtico ASTM D93) a mais restritiva dos trs parmetros de qualidade de biodiesel que esto sendo analisados, fixando um valor mnimo de 130C. (LOBO, 2009).Como alternativa ao mtodo ASTM D93 o grupo montar um aparato que permite esquentar o leo em um cadinho de porcelana sob um bico de Bunsen, acompanhando o acrscimo de temperatura com um termopar ligado a um multmetro.5 METODOLOGIAA metodologia aplicada sntese do biodiesel oriundo do leo de fritura baseou-se na dissertao de mestrado Produo de biodiesel a partir do leo residual de fritura comercial. Estudo de caso: Guaratuba, litoral paranaense, de Paulo Christoff (2007), sendo denominada a partir daqui como metodologia 1, e no artigo Reao de Transesterificao para Aulas Prticas de Qumica Orgnica, de Geris et al (2007), denominada a partir daqui como metodologia 2. Para as anlises fsico-qumicas, foram realizadas metodologias alternativas s normas tcnicas especificadas na fundamentao terica. 5.1 Obteno da amostra de biodiesel de soja comercialForam doados, pela empresa Bianchini S.A., 2 L de amostra de biodiesel de metanol com leo de soja virgem.5.2 Obteno do leo residual da fritura de alimentosForam doados 2 L de leo residual de fritura por restaurante da regio metropolitana de Porto Alegre.5.3 Limpeza e preparo do leo residual da fritura de alimentosO leo residual adquirido foi filtrado, para que todas as partculas em suspenso fossem removidas. Utilizou-se um funil de filtrao simples preenchido com algodo.5.4 Determinao do ndice de acidez do leo residual de fritura de alimentosPreviamente sntese do biodiesel, determinou-se o ndice de acidez do leo residual de fritura, atravs do mtodo de anlise clssico de titulao. Empregou-se como titulante hidrxido de potssio 0,05 mol.L-1. Nesse caso, o ndice de acidez do leo de fritura apresentou-se menor que 1,9%, sendo recomendado o uso de catlise bsica.5.5 Sntese do biodiesel baseada na metodologia 1Em um balo de fundo chato de 500 mL, munido de um condensador de refluxo, colocou-se 100 mL de leo residual de fritura previamente purificado. O sistema foi aquecido entre 40 e 55C, durante 1 h, sob agitao magntica constante.

A seguir, com o auxlio de um funil simples, adicionou-se a soluo de 0,7 g de hidrxido de sdio em 75 mL de etanol 99,9 % (Figura 4).

Figura 4: Balo de reao conectado a um condensador de refluxo contendo leo residual de fritura e etxido de sdio.A mistura reacional foi mantida em refluxo por mais 1 h sendo acompanhada por cromatografia em camada delgada (Figura 5).

Aps, resqucios de etanol foram removidos em evaporador rotatrio (Figura 6) e o contedo transferido para um funil de separao (Figura 7). O sistema foi deixado em repouso durante a noite para a separao das fases glicerol e biodiesel.

Figura 6: Biodiesel de etanol no evaporador rotatrio.

Figura 7: Biodiesel de etanol e glicerina em repouso, em funil de separaoA separao de fases no ocorreu, no entanto, procederam-se s lavagens com 20 mL de cido clordrico 0,5% (v/v), 20 mL de soluo saturada de cloreto de sdio e 20 mL de gua destilada. Ao agitar a mistura, criou-se emulso e, para que ocorresse a separao das fases, deixou-se o sistema em repouso durante a noite. A seguir, lavou-se novamente com a mesma seqncia de solues acima e deixou-se o sistema por mais uma noite em repouso (Figura 8).

Figura 8: esquerda, biodiesel de etanol aps a primeira lavagem (com as solues de HCl 0,5%, NaCl saturada e H2O destilada); No centro biodiesel em fases distintas, aps repouso durante a primeira noite; direita, biodiesel em fases distintas aps segunda lavagem (com as mesmas solues) e repouso durante a segunda noite.A seguir, verificou-se o pH do biodiesel o qual estava neutro. Adicionou-se sulfato de sdio anidro e procedeu-se filtrao.

Figura 9: Filtrao do biodiesel de etanol para retirada do sulfato de sdio anidro.5.6 Sntese do biodiesel baseado na metodologia 2Em um balo de fundo chato de 500 mL, munido de condensador de refluxo, colocou-se 100 mL de leo residual de fritura previamente purificado. Deixou-se o sistema sob agitao e aquecimento, de 45 C a 55C. A seguir, adicionou-se a soluo de 1,5 g de hidrxido de potssio em 35 mL de metanol (Figura 10).

Figura 10: Balo de reao utilizado na transesterificao contendo leo residual de fritura. Adio de hidrxido de potssio dissolvido em metanol.A mistura reacional foi deixada sob aquecimento e agitao por 10 min. Aps, retirou-se uma alquota da reao para cromatografia em camada delgada (Figura 11).

a b cConfirmada a converso de reagente em produto, levou-se o balo ao evaporador rotatrio. Aps, transferiu-se o contedo do balo para um funil de separao, deixando o sistema em repouso para a separao das fases (mais densa - glicerol, menos densa - biodiesel). (Figura 12).

Figura 12: esquerda: Biodiesel de metanol no evaporador rotatrio para eliminar resqucios do lcool; direita : Biodiesel de metanol em repouso no funil de separao aps sair do evaporador rotatrioAps 30 minutos removeu-se o glicerol. A fase contendo o biodiesel foi lavada com 20 mL de cido clordrico 0,5% (v/v), 20 mL de soluo saturada de cloreto de sdio e 20 mL de gua destilada. Procedeu-se lavagem com gua, at a alterao na cor da fase do biodiesel para lquido lmpido e amarelo. (Figura 13).

Figura 13: esquerda: biodiesel de metanol em fases distintas aps sair do evaporador rotatrio; direita: biodiesel de metanol aps a lavagem com as soluesA remoo completa do catalisador (KOH) foi observada pelo pH. Adicionou-se sulfato de sdio anidro ao biodiesel e filtrou-se. (Figura 14)

Figura 14: Filtrao do biodiesel de metanol com sulfato de sdio anidro.5.7 Anlises fsico-qumicas5.7.1 Ponto de fulgorUm cadinho de porcelana, contendo o biodiesel, foi aquecido em bico de Bunsen, tendo como suporte um trip e um tringulo de porcelana com arame. A temperatura foi medida por um termopar tipo K, imerso no biodiesel e ligado a um multmetro. Acima de 150C, comeou-se a controlar a temperatura, regulando a chama do bico de Bunsen. Um isqueiro comum foi utilizado para produzir a chama para medir o ponto de fulgor. A cada incremento de 1C na temperatura, o isqueiro era acionado para provocar a chama. Assim que se observou o primeiro sinal de inflamabilidade (chama com durao menor que 1 s), anotou-se a temperatura indicada pelo multmetro (figura 15).Para cada um dos biodieseis, seguiu-se o procedimento acima.

Figura 15: Aparato montado para medir o ponto de fulgor dos biodieseis, utilizando um termopar para o controle de temperatura e um isqueiro para acionar a chama. direita, aps o ponto de fulgor alcanado, biodiesel em chamas.5.7.2 Determinao da densidade relativaPesou-se um balo volumtrico de 5 mL vazio, com tampa, em uma balana analtica. Em seguida, o mesmo foi avolumado com o biodiesel e pesou-se novamente. Este procedimento foi feito em triplicata para cada biodiesel. Foram anotadas as massas e calculada as densidades.

Figura 16: Medida das massas dos biodieseis para o clculo da densidade( esquerda, biodiesel comercial; no meio, biodiesel de metanol; direita, biodiesel de etanol).5.7.3 Determinao do ndice de acidezPesou-se aproximadamente 5 g de biodiesel em erlenmeyer de 250 mL e dissolveu-se com 50 mL de uma mistura recm preparada de ter etlico-etanol 1:1. Adicionou-se 3 gotas do indicador fenolftalena e titulou-se com a soluo de KOH 0,0044 ( 0,0014) mol.L-1, padronizada anteriormente com biftalato de potssio, at colorao rsea persistente por 15 s. Procedeu-se em triplicata para cada biodiesel.

Figura 17: Titulao em trs vias para determinao do ndice de acidez dos biodieseis.5.8 Cromatografia gasosa de alta resoluo (CGAR)

Os biodieseis sintetizados foram analisados por cromatografia gasosa de alta resoluo, em cromatgrafo Shimadzu (GC 2010) com detector de ionizao de chama no laboratrio de combustveis da UFRGS. Para tanto, alquotas de 300 L de biodiesel foram diludas em n-hexano, em vials de 1 mL. Injetou-se 0,5 L de cada biodiesel, separadamente.

Os parmetros de injeo empregados foram os seguintes:

a) Temperatura do injetor: 250C;

b) Temperatura do detector (FID): 300C;

c) Taxa de aquecimento: 50 C / 2 min;

d) Rampa de aquecimento: at 100C, 5C / min e 100 a 300C, 30C / min;

e) Presso constante de 77 kPa e gs de arraste N2;

f) Modo de injeo: auto sampler split 1:50;

g) Coluna utilizada: DB-5 de 30 m x 0,25 mm x 0,25 m de filme.

6 RESULTADOS E DISCUSSES

6.1 Ponto de fulgorO ponto de fulgor para o biodiesel etanol foi de 170C. Para o biodiesel de metanol foi de 185C. Para o biodiesel comercial feito com leo de soja virgem foi de 185C.

Todos ficaram acima do valor mnimo de 120C conforme o regulamento tcnico ANP n 4/2012.

Em torno de 5 C acima do ponto de fulgor atingiu-se a combusto completa do biodiesel, conforme figura abaixo.

Figura 18: Biodiesel atingindo a combusto completa ao ultrapassar o ponto de fulgor.6.2 Determinao da densidade relativaPara o biodiesel de metanol determinou-se a densidade de 0,868 g.mL-1. Para o biodiesel de etanol determinou-se a densidade de 0,880 g.mL-1. Para o biodiesel de leo de soja virgem determinou-se a densidade de 0,865 g.mL-1 .Todas as medidas em triplicata.Nas trs amostras a densidade relativa ficou dentro da faixa do regulamento da ANP de 0,85 e 0,9 g/cm.

6.3 Determinao do ndice de acidezPara o biodiesel de metanol os volumes gastos em cada titulao foram 20,80 mL, 20,30 mL e 21,70 mL, respectivamente. Sendo as massas de biodiesel pesadas iguais a 5 g. Com isso determinou-se um ndice de acidez igual a 0,1033 mg KOH, conforme a frmula especificada na fundamentao terica.Para o biodiesel de etanol os volumes gastos em cada titulao foram, 30,90 mL, 30,50 mL e 30,70 mL respectivamente. Sendo as massas de biodiesel pesadas iguais a 5 g. Com isso determinou-se um ndice de acidez igual a 0,1515 mg KOH.

Para o biodiesel de leo de soja virgem os volumes gastos em cada titulao foram, 13,80 mL, 13,10 mL e 13,50 mL respectivamente. Sendo que todas as massas de biodiesel pesadas foram iguais a 5 g. Com isso determinou-se um ndice de acidez igual a 0,0665 mg KOH.

Tanto para o biodiesel feito a partir de etanol como para o de metanol os valores desse parmetro esto dentro da faixa do regulamento da ANP de 0,5 %. Para o biodiesel comercial feito a partir de leo de soja virgem o ndice de acidez ficou quase 8x abaixo do mximo permitido, indicando uma pequena quantidade de cidos graxos livres. Propriedade esta, relacionada ao envelhecimento do combustvel.

6.4 Comparao entre os cromatogramas do biodiesel de etanol ,metanol e comercial(feito de metanol)A partir das anlises cromatogrficas, observa-se semelhana entre os biodieseis de metanol (o obtido pelo grupo e o comercial adquirido): os picos de cores azul e rosa representam os biodieseis comercial e sintetizado, respectivamente. Percebe-se a coincidncia entre os tempos de reteno para os dois biodieseis. (Figuras 19 e 20)

Figura 19: Cromatograma 1 (biodieseis de metanol e de etanol em superposio).

Figura 20: Cromatograma 2 (biodieseis de metanol e de etanol em superposio).No entanto, observa-se que o biodiesel de etanol diferente em relao aos demais, de metanol. Nesse caso, no h coincidncia entre os picos de maiores intensidades (Figura 19).Os leos minerais e as gorduras so compostos por triacilglicerdeos. Por sua vez, esses so oriundos de diferentes cidos graxos, cujas cadeias carbnicas no so necessariamente iguais. No que se refere ao leo de soja, esse composto por cinco principais cidos graxos: o cido linolico (49-56%), o cido olico (17-26%), o cido palmtico (9,9-12,2%), o cido linolnico (5,5-9,5%) e o cido esterico (3-5,4%). (ZAGONEL, 2000).No entanto, a reao de transesterificao do leo de soja, empregando metanol ou etanol, mantm constante, no biodiesel (transster), a proporo relativa entre esses cidos graxos. Com isso, deduz-se, a partir do cromatograma 1 (Figura 19), a existncia de trs transsteres metanlicos e trs transsteres etanlicos, oriundos de seus respectivos cidos graxos mais abundantes. Conforme o cromatograma 3 (figura 21), os tempos de reteno equivalentes podem indicar a presena do triacilglicerdeo comum a ambos os biodieseis (aos de metanol e ao de etanol).

Figura 21: Cromatograma 3 (biodieseis de metanol e de etanol em superposio).6.5 Biodiesel de etanolA obteno do biodiesel de etanol, a partir da transesterificao do leo residual de fritura, no permitiu a separao das fases transster/glicerina. Neste caso, a glicerina ficou dispersa no biodiesel, impossibilitando a sua separao pelos procedimentos usuais de laboratrio.

Para que ocorra essa reao de transesterifcao, necessrio que nion hidrxido (catalisador da reao) remova o prton cido do etanol anidro, formando o nion etxido que, por sua vez, atacar o stio eletroflico (carbono carbonlico) do triacilglicerdeo, formando biodiesel e diglicerdeo (Etapa 2, Figura 2). Rinaldi et al (2007), demonstra que uma reao com apenas 0,50% (m/m) de catalisador gerou uma mistura com a pior separao de fases, mesmo contendo pouco sabo, devido a altas quantidades de mono e diglicerdeos presentes na mistura, os quais atuam tambm como surfactante (neste caso, no-inico), que estabilizam a emulso biodiesel/glicerol, dificultando a separao de fases.Sugere-se que os cidos graxos presentes no leo de fritura tenham reagido com o catalisador alcalino, formando sabo. Esse estava em emulso com o biodiesel. A presena de sabo na mistura reacional estabiliza a emulso biodiesel/glicerol, j que o sabo atua como surfactante inico. Para fins de comprovao, esse sabo foi separado por centrifugao, utilizando centrfuga Biofugi Stratos em 5000 rpm, por 10 min.

Figura 22: Biodiesel de etanol aps centrifugao.Um dos motivos que na alcolise alcalina de leos vegetais, temperaturas de reao acima de 60C tendem a acelerar a saponificao do triacilglicerdeo pelo catalisador alcalino, antes da completa alcolise. (DIB, 2010). Isso fcil de entender, considerando que o nion hidrxido tambm pode atuar como nuclefilo e atacar o carbono da carbonila do triacilglicerdeo, seguindo os mesmos passos do mecanismo da figura 2 e produzindo o cido graxo, que reage com o nion OH-, formando sabo.Reaes de transesterificao de leos de fritura com metanol, etanol, n-propanol, isopropanol, n-butanol e 2-etoxietanol, em meios cido e bsico, foram investigadas por Nye (1983) apud Costa Neto et al (2000). O maior rendimento de biodiesel foi obtido com metanol em meio alcalino, utilizando hidrxido de potssio como catalisador.

Conforme Lima (2008), deve ser realizado um planejamento fatorial fracionado para a determinao das variveis (temperatura, razo molar etanol:leo, tipo e quantidade de catalisador e tempo de reao) de maior influncia na converso do triacilglicerdeo no biodiesel. Segundo o autor, o uso de hidrxido de sdio produz uma mistura homognea e pastosa de transster e glicerol, aps a destilao do etanol. Devido a isso, o mesmo escolheu hidrxido de potssio como catalisador para suas reaes. A partir disso, seus resultados mostraram que, se utilizada uma quantidade de KOH de 1,3 % m/m, em relao ao leo residual de fritura, temperatura de reao de 30C, razo molar etanol: leo de 8:1, tempo de reao de 50 minutos, a converso e o rendimento do transster obtido foi adequado.Ainda, no trabalho desenvolvido por DIB (2010), foram realizadas trs metodologias diferentes para a reao de transesterificao de um triacilglicerdeo, em etanol. Nessas, tambm se observou dificuldade de separao das fases biodiesel/glicerol. Aps diversas lavagens com gua e secagem em estufa (105 C, 2h), houve a separao do biodiesel/glicerol. No entanto, o autor discute que a qualidade desse biodiesel pode ficar prejudicada, pois a remoo da gua residual das lavagens requer aquecimento e isso pode ocasionar a hidrlise do transster.7. CONCLUSO

O processo de obteno do biodiesel demonstrado nesse trabalho apresentou resultados satisfatrios apenas para o biodiesel de metanol. Para a transesterificao de um triacilglicerdeo, o metanol apresenta maior reatividade e a reao produz melhor rendimento. Pelo fato de ser mais polar, o metanol no permite que a glicerina se disperse no biodiesel. Nesse caso, produz-se melhor separao das fases biodiesel/glicerol.

Os parmetros fsico-qumicos ponto de fulgor, densidade relativa e ndice de acidez, analisados para os trs biodieseis, ficaram dentro dos valores ideais, conforme o Regulamento Tcnico ANP n 4/2012, que estabelece as especificaes do biodiesel nacional ou importado, produzido e comercializado em territrio nacional. de suma importncia que essas especificaes mnimas de qualidade sejam atendidas, o que, alm de preservar a integridade dos veculos automotores, tambm atenderia aos padres internacionais do produto.Deve-se considerar que o biodiesel, alm de contribuir com a reduo das emisses de alguns gases txicos ao meio ambiente, melhora a lubrificao e em alguns casos a potncia dos motores dos veculos, em virtude dos altos ndices de cetano. Sua produo em escala industrial ainda poderia representar um destino ambientalmente correto para leos de fritura.

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Figura SEQ Figura \* ARABIC 11: Placa de CCD. Puno de biodiesel comercial (a) e biodiesel de metanol (b) e (c).

MeOH

EtOH

Comercial

MeOH

EtOH

Comercial

MeOH

EtOH

Comercial

triacilglicerdeoa

IBP: Instituto Brasileiro de Petrleo, Gs e Biocombustvel; COPPE: Coordenao dos Programas de Ps-Graduao em Engenharia; COPPEAD: Centro de Ensino e Estudos Avanados em Gerncia de Negcios da UFRJ

ASTM International, originalmente conhecida como American Society for Testing and Materials, um rgo estadunidense de normalizao. A ASTM desenvolve e publica normas tcnicas para uma ampla gama de materiais, produtos, sistemas e servios.

A massa especfica de uma substncia a razo entre a sua massa e o seu volume ocupado, a uma dada temperatura de referncia. A massa especfica absoluta uma propriedade especfica, isto , cada substncia pura tem uma massa especfica prpria que a identifica e a diferencia de outras substncias.

ndice de polaridade de Snyder (um dos parmetros que permite comparar polaridades de solventes: 6,6 para o metanol e 5,2 para o etanol.

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