Submitted by Isaac Francisco de Souza Dias (isaac.souzadias@ufpe.br) on 2016-02-26T16:52:01Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) DISSERTAÇÃO Allan de Almeida Albuquerque.pdf: 3136502 bytes, checksum: e5a04c4e3576e4fde131f91026168f6b (MD5) / Made available in DSpace on 2016-02-26T16:52:01Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) DISSERTAÇÃO Allan de Almeida Albuquerque.pdf: 3136502 bytes, checksum: e5a04c4e3576e4fde131f91026168f6b (MD5) Previous issue date: 2015-02-25 / PRH-28/ANP / Devido a preocupações ambientais, o possível esgotamento das reservas de petróleo e o crescimento da demanda por combustíveis em todos os aspectos da vida dos seres humanos, têm-se incentivado as pesquisas em novas alternativas de fontes energéticas. Dentre essas, o biodiesel se enquadra como fonte promissora e sustentável. Sua produção é, normalmente, realizada pela reação de transesterificação, em que se necessita de um óleo vegetal, gordura animal ou óleo e gordura residual (OGR) para reagir com um álcool de cadeia curta em presença de catalisador. No entanto, os OGRs são mais eficientemente transformados em biodiesel através de uma etapa inicial de pré-tratamento com catalisador ácido na chamada reação de esterificação, para posteriormente ser empregada a transesterificação da carga tratada. Isso ocorre porque os OGRs, tais como alguns óleos de fritura usados, apresentam altos teores de ácidos graxos livres (AGLs). A presença destes dificulta a busca por altos rendimentos em biodiesel pelo método usual, devido à ocorrência das reações competitivas de saponificação dos AGLs e de hidrólise dos triacilgliceróis (TAGs). Porém, o emprego do processo convencional aplicado a esses compostos graxos pode encarecer a ideia, visto que apesar de usar uma matéria-prima mais barata, esse apresenta em compensação necessidade de incorporar mais equipamentos à planta de produção. Assim, visando superar esses desafios foi proposto um processo alternativo baseado na aplicação do processo de desacidificação via extração líquido-líquido a essas matérias-primas graxas. Logo, o objetivo deste trabalho foi avaliar a viabilidade do processo alternativo de produção de biodiesel a partir de OGRs frente ao método convencional com auxílio do software Aspen®. Para a simulação dos processos propriamente dita foi necessário, inicialmente, definir os componentes, avaliar e estimar suas propriedades termofísicas, definir os modelos cinéticos e termodinâmicos. Duas cinéticas de esterificação foram consideradas, sendo uma relativa à reação em presença de TAGs e a outra em ausência, pertencentes aos processos convencional e alternativo, respectivamente. Para a transesterificação a mesma cinética foi empregada para ambos os processos. O modelo termodinâmico Non-Random Two-Liquid (NRTL) foi empregado devido à existência de componentes polares. A simulação do processo convencional apresentou pequenas diferenças estruturais em comparação aos existentes na literatura. Nesse processo dois casos foram considerados, sendo válidos para razões molares (RMs) metanol/AGLs de 60:1 e 19:8, conforme a cinética apresentada e a recomendação da literatura para o teor de AGLs entre 15 e 25% (em massa), respectivamente. No processo alternativo foi realizada a separação dos AGLs do óleo com emprego do metanol como solvente para, posteriormente, as cargas sofrerem as reações de esterificação e transesterificação. Além dessa etapa adicional, diferentemente do processo convencional não foi necessário realizar a lavagem com glicerol, de modo que o número dos principais equipamentos foi equalizado entre os processos. Ambos se apresentaram viáveis tecnicamente mediante a especificação de projeto definida (99,65% em massa) e economicamente a partir do segundo ano de operação. Todavia, o processo alternativo mostrou ser mais viável economicamente baseado na análise econômica utilizada. / Due to environmental concerns, the possible depletion of oil reserves and the growing demand for fuels in all aspects of the life of mankind, it has been encouraged research into new alternative energy sources. Among these, biodiesel fits as a promising and sustainable source. Its production is normally carried out by transesterification, where it is required a vegetable oil, animal fat or residual oil and fat (ROF) to react with a short-chain alcohol in the presence of a catalyst. However, ROF are more efficiently processed into biodiesel through an initial step of pre-treatment with an acid catalyst in the so called esterification reaction followed by transesterification reaction of treated feed. This occurs because ROF, such as some used waste frying oils (WFO) have high levels of free fatty acids (FFA). The presence of these complicates the search for high yields of biodiesel in the usual way due to the occurrence of competing reactions of FFA saponification and triacylglycerols (TAG) hydrolysis. However, the use of conventional process applied to these fatty compounds can endear the idea, since despite using a cheaper raw material, this presents in return need to incorporate more equipment to the production plant. Thus, aiming to overcome these challenges, it was proposed an alternative process based on the application of desacidification process via liquid-liquid extraction of these raw materials greases. Therefore, the main aim of this study was to evaluate the feasibility of the alternative process of biodiesel production from ROF compared to the conventional method using the Aspen® software. For the simulation of the processes it was first necessary to define the components, evaluate and estimate their thermophysical properties, define the kinetic and thermodynamic models. Two esterification kinetics were considered, where one occurs in TAGs presence and another in absence belonging to conventional and alternative processes, respectively. For transesterification reaction it was considered the same kinetic for both processes. The Non-Random Two-Liquid (NRTL) thermodynamic model was employed due the existence of polar components. The simulation of the conventional process showed few structural differences compared to others existents in the literature. In this process, two cases were considered, which are valid for molar ratios (MR) methanol/FFA of 60:1 and 19,8:1, according to the kinetic applied and literature recommendation for the FFA range of 15-25% (weight), respectively. In the alternative process was carried out the FFA separation from the oil using methanol as the solvent, where later, the feeds followed for the esterification and transesterification reactions. In this additional equipment, unlike the conventional process, it was not necessary to perform glycerol washing, so that the number of main equipment was equal between the processes. Moreover, both processes were technically feasible considering a product specification of 99.65 wt%. In addition, they are also economically feasible from the second year of operation. However, the alternative process showed to be more economically feasible compared to the conventional one based on the applied economic analysis.

O município de São Paulo detém uma grande quantidade de fontes produtoras de óleos e gorduras residuais, que são aproximadamente 13.000 estabelecimentos. O potencial poluidor desses resíduos é imenso, faz-se necessário um programa funcional, sustentável e integrado de coleta e destinação correta para o óleo e a gordura descartados. Nesse sentido, a geografia, como ciência da sociedade e da natureza utiliza-se de diferentes métodos, técnicas e metodologias para avaliar os problemas e auxiliar na criação de propostas que visem minimizar os impactos ambientais causados pelo inadequado descarte dos resíduos. O objetivo desse trabalho é avaliar como é realizado o descarte do óleo residual de fritura na cidade de São Paulo e dar sugestões para a geração de uma política pública integrada de identificação dos focos geradores, coleta e destinação adequada desses resíduos. O descarte de óleos e gorduras residuais em locais inapropriados, prática comumente utilizada por estabelecimentos comerciais, pode causar inúmeros impactos prejudiciais ao meio ambiente, impactos estes que vão desde poluição dos mananciais e solos até obstrução e entupimentos de redes coletoras de esgoto, ocasionando gastos desnecessários ao setor público. O aumento do número de estabelecimentos geradores de óleo residual de fritura na cidade de São Paulo gera também uma maior pressão sobre os sistemas de coleta de esgoto, pois a prática do descarte incorreto desses resíduos é muito comum e causa sérios problemas de entupimento e mau cheiro. Assim, esta pesquisa busca, através do uso de geotecnologias para análise do uso da terra, avaliar como se deu o processo de ocupação urbana ao longo dos anos, e identificar as áreas onde ocorreu um maior crescimento do número de estabelecimentos geradores de gordura residual. Este trabalho pretende contribuir para a conscientização da população, empresários, empreendedores e gestores públicos quanto à problemática do descarte incorreto de óleos e gorduras residuais, criando uma cultura positiva, capaz de envolver a todos esses agentes, levando a uma política sustentável sobre esse assunto. Após um levantamento das políticas vigentes no município de São Paulo, relacionadas com os óleos residuais, verificou-se que existe apenas uma norma que regulamenta a coleta e o rerrefino de lubrificantes para máquinas em geral. A lei foi estabelecida pelo CONAMA (Conselho Nacional do Meio Ambiente) Lei nº 6.938 de 31 de Agosto de 1981 e regulamentada pelo Decreto nº 99.274 de 06 de Julho de 1990, propiciando a criação de uma rede regulamentada de iniciativa particular visando o rerrefino desses resíduos. Iniciativas como as da cidade de São Francisco (EUA), voltadas especificamente para os óleos e gorduras residuais de fritura, poderiam ser adotadas facilmente no município de São Paulo, exigiria apenas um esforço conjunto entre secretarias e a adoção de um sistema de informações geográfica (SIG), no qual fossem carregadas as bases necessárias para determinar os pontos produtores de óleo residual e o volume de descarte de cada estabelecimento. Com o cruzamento dessas informações seria possível determinar os pontos mais críticos do município, por onde o trabalho de coleta deveria ser iniciado, passando a atender todo o território ao longo da implantação do projeto. A adoção de políticas como essas beneficiam todos os munícipes, além de melhorar a qualidade ambiental das áreas urbanas, evitando, assim, gastos excessivos com a manutenção das tubulações, transtornos para os cidadãos, agravamento de problemas de saúde pública, como as pragas urbanas e criando, mecanismos necessários para uma cidade sustentável. / The municipality of São Paulo holds a lot of producing sources of residual oils and fats, which are approximately 13,000 establishments. The pollution potential of this waste is immense; it is necessary a functional program, sustainable and integrated to the collection and proper disposal for oil and fat discarded. In this sense, geography, as a science of society and nature makes use of different methods, techniques and methodologies to assess the problems and assist in the creation of proposals to minimize environmental impacts caused by improper disposal of waste. The aim of this work is to evaluate how it is done the disposal of residual frying oil in Sao Paulo and give suggestions for the creation of an integrated public policy to identify the generators outbreaks, collection and proper disposal of such waste. The disposal of residual oil and fat in the wrong places, a common practice used by commercial establishments, can cause a lot of harmful impacts to the environment, ranging from water and soil pollution to obstruction and clogging of sewage systems, causing unnecessary expenses the public sector. The increase of residual frying oil generators in Sao Paulo also generates greater pressure on the sewage collection systems, because the incorrect disposal practice of this waste is very common and cause serious clogging problems and bad smell. Thus, this research aims, through the use of geo-technologies for analysis of land use, evaluate how was the process of urban settlement over the years, and identify areas where there was a greater increase in the number of generators establishments residual fat. This work aims to contribute to public awareness, businessmen, entrepreneurs and public officials about the problem of incorrect disposal of residual oil and fat, creating a positive culture, able to involve all these agents, leading to a sustainable policy on the subject. After a survey of existing policies in the São Paulo municipality, related whit residual oils, it was found that there is only one norm that regulates the collection and re-refining of lubricants for machines in general. The law was established by CONAMA (National Environment Council) Law No. 6938 of August 31 of 1981 and regulated by Decree No. 99.274 of July 6 of 1990, allowing the creation of a regulated network of private initiative aimed the re-refining of such wastes. Initiatives such as the city of San Francisco (USA), geared specifically to the residual oil and fat frying, easily could be adopted in São Paulo, would require only a joint effort between departments and the adoption of a geographic information system (GIS), in which were charged the necessary basis to determine the producers points of residual oil and the volume of each establishment. With the crossing of this information would be possible to determine the most critical points of the municipality, where the collection work should be started, starting to serve the entire territory along the project implementation. The adoption of policies like these benefit all citizens, and improve the environmental quality of urban areas, thus avoiding excessive spending on the maintenance of pipes, inconvenience to citizens, worsening public health problems, such as urban pests and creating mechanisms for a sustainable city.

O município de São Paulo detém uma grande quantidade de fontes produtoras de óleos e gorduras residuais, que são aproximadamente 13.000 estabelecimentos. O potencial poluidor desses resíduos é imenso, faz-se necessário um programa funcional, sustentável e integrado de coleta e destinação correta para o óleo e a gordura descartados. Nesse sentido, a geografia, como ciência da sociedade e da natureza utiliza-se de diferentes métodos, técnicas e metodologias para avaliar os problemas e auxiliar na criação de propostas que visem minimizar os impactos ambientais causados pelo inadequado descarte dos resíduos. O objetivo desse trabalho é avaliar como é realizado o descarte do óleo residual de fritura na cidade de São Paulo e dar sugestões para a geração de uma política pública integrada de identificação dos focos geradores, coleta e destinação adequada desses resíduos. O descarte de óleos e gorduras residuais em locais inapropriados, prática comumente utilizada por estabelecimentos comerciais, pode causar inúmeros impactos prejudiciais ao meio ambiente, impactos estes que vão desde poluição dos mananciais e solos até obstrução e entupimentos de redes coletoras de esgoto, ocasionando gastos desnecessários ao setor público. O aumento do número de estabelecimentos geradores de óleo residual de fritura na cidade de São Paulo gera também uma maior pressão sobre os sistemas de coleta de esgoto, pois a prática do descarte incorreto desses resíduos é muito comum e causa sérios problemas de entupimento e mau cheiro. Assim, esta pesquisa busca, através do uso de geotecnologias para análise do uso da terra, avaliar como se deu o processo de ocupação urbana ao longo dos anos, e identificar as áreas onde ocorreu um maior crescimento do número de estabelecimentos geradores de gordura residual. Este trabalho pretende contribuir para a conscientização da população, empresários, empreendedores e gestores públicos quanto à problemática do descarte incorreto de óleos e gorduras residuais, criando uma cultura positiva, capaz de envolver a todos esses agentes, levando a uma política sustentável sobre esse assunto. Após um levantamento das políticas vigentes no município de São Paulo, relacionadas com os óleos residuais, verificou-se que existe apenas uma norma que regulamenta a coleta e o rerrefino de lubrificantes para máquinas em geral. A lei foi estabelecida pelo CONAMA (Conselho Nacional do Meio Ambiente) Lei nº 6.938 de 31 de Agosto de 1981 e regulamentada pelo Decreto nº 99.274 de 06 de Julho de 1990, propiciando a criação de uma rede regulamentada de iniciativa particular visando o rerrefino desses resíduos. Iniciativas como as da cidade de São Francisco (EUA), voltadas especificamente para os óleos e gorduras residuais de fritura, poderiam ser adotadas facilmente no município de São Paulo, exigiria apenas um esforço conjunto entre secretarias e a adoção de um sistema de informações geográfica (SIG), no qual fossem carregadas as bases necessárias para determinar os pontos produtores de óleo residual e o volume de descarte de cada estabelecimento. Com o cruzamento dessas informações seria possível determinar os pontos mais críticos do município, por onde o trabalho de coleta deveria ser iniciado, passando a atender todo o território ao longo da implantação do projeto. A adoção de políticas como essas beneficiam todos os munícipes, além de melhorar a qualidade ambiental das áreas urbanas, evitando, assim, gastos excessivos com a manutenção das tubulações, transtornos para os cidadãos, agravamento de problemas de saúde pública, como as pragas urbanas e criando, mecanismos necessários para uma cidade sustentável. / The municipality of São Paulo holds a lot of producing sources of residual oils and fats, which are approximately 13,000 establishments. The pollution potential of this waste is immense; it is necessary a functional program, sustainable and integrated to the collection and proper disposal for oil and fat discarded. In this sense, geography, as a science of society and nature makes use of different methods, techniques and methodologies to assess the problems and assist in the creation of proposals to minimize environmental impacts caused by improper disposal of waste. The aim of this work is to evaluate how it is done the disposal of residual frying oil in Sao Paulo and give suggestions for the creation of an integrated public policy to identify the generators outbreaks, collection and proper disposal of such waste. The disposal of residual oil and fat in the wrong places, a common practice used by commercial establishments, can cause a lot of harmful impacts to the environment, ranging from water and soil pollution to obstruction and clogging of sewage systems, causing unnecessary expenses the public sector. The increase of residual frying oil generators in Sao Paulo also generates greater pressure on the sewage collection systems, because the incorrect disposal practice of this waste is very common and cause serious clogging problems and bad smell. Thus, this research aims, through the use of geo-technologies for analysis of land use, evaluate how was the process of urban settlement over the years, and identify areas where there was a greater increase in the number of generators establishments residual fat. This work aims to contribute to public awareness, businessmen, entrepreneurs and public officials about the problem of incorrect disposal of residual oil and fat, creating a positive culture, able to involve all these agents, leading to a sustainable policy on the subject. After a survey of existing policies in the São Paulo municipality, related whit residual oils, it was found that there is only one norm that regulates the collection and re-refining of lubricants for machines in general. The law was established by CONAMA (National Environment Council) Law No. 6938 of August 31 of 1981 and regulated by Decree No. 99.274 of July 6 of 1990, allowing the creation of a regulated network of private initiative aimed the re-refining of such wastes. Initiatives such as the city of San Francisco (USA), geared specifically to the residual oil and fat frying, easily could be adopted in São Paulo, would require only a joint effort between departments and the adoption of a geographic information system (GIS), in which were charged the necessary basis to determine the producers points of residual oil and the volume of each establishment. With the crossing of this information would be possible to determine the most critical points of the municipality, where the collection work should be started, starting to serve the entire territory along the project implementation. The adoption of policies like these benefit all citizens, and improve the environmental quality of urban areas, thus avoiding excessive spending on the maintenance of pipes, inconvenience to citizens, worsening public health problems, such as urban pests and creating mechanisms for a sustainable city.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Biodiesel is classified biodegradable fuel derived from renewable sources such as vegetable oils, pure or not and animal fats, in the presence of an alcohol (methane/alcohol) and catalyst (base, acid or enzyme), through the process of Transesterification. Between the various raw materials of triglyceride used in biodiesel production, little has given attention to the residual oil (OGR) from domestic and industrial disposal after its use in cooking food processes. However, show gains, economic and environmental technicians with the use of biodiesel production residue, reducing considerably the costs of raw materials, which represent almost 80% of the total cost of production when used soybean oil, making himself impossible economically for small biodiesel production units. These observations emerged from the purpose of this research, which aims to assess the economic and environmental viability of biodiesel production in a small industrial unit, employing residual oils and fats (OGR) as raw material. For support of this investigation, a field research in a small biodiesel production unit installed in the Park of exhibitions of the tobacco growers Association of Brazil-AFUBRA for biodiesel production. As a tool for determining, the methodology used economic activity-based costing (ABC). With processing has been found that the small biodiesel production unit presented 97.6% yield, being produced 612 liters of biofuel with conversion rate at 99% esters for Molar ration Methanol/oil 4:1 and 3% of sodium Methoxide as catalyst. Under the economic point of view, the final cost of a liter of biodiesel production, without taxes, was 0.82 R$ (82 cents) of whom 46.8% corresponds to the contribution of the processing and 43.2% with purchase of raw material. Through the ABC methodology it was noted that one of the six activities the process consumes resources is Transesterification, followed by preparation of raw materials, purification. Already the activity with less representation on the cost of processing for biodiesel production was heating the raw material. Between these environmental benefits with the implementation and operation of small production units quotes not to use drinking water to step current purification of biodiesel, and the reuse of this highly polluting waste, thus avoiding the contamination of rivers, lakes and the blocking of sewer networks. Such initiatives support the development of new alternatives linked to the renewable economy, seeking to transform the unsustainability in sustainability. / O biodiesel é classificado como combustível biodegradável derivado de fontes renováveis como óleos vegetais puros ou não e também gorduras animais, na presença de um álcool (metano/álcool) e catalisador (base, ácido ou enzima), através do processo de transesterificação. Entre as diversas matérias-primas de triglicerídeo utilizadas na produção de biodiesel, pouco se tem dado atenção ao óleo residual (OGR) oriundo do descarte doméstico e industrial após sua utilização em processos de cozimento dos alimentos. No entanto, evidenciam-se ganhos técnicos, econômicos e ambientais com a utilização deste resíduo para produção de biodiesel, diminuindo consideravelmente os custos de matéria-prima, que até então, representam praticamente 80% do custo total de produção quando utilizado óleo de soja, tonando-se inviável economicamente para pequenas unidades produtoras de biodiesel. Destas observações emergiu o objetivo desta pesquisa, que tem por finalidade avaliar a viabilidade econômica e ambiental da produção de biodiesel em uma pequena unidade industrial, empregando óleos e gorduras residuais (OGR) como matéria-prima. Para sustentação desta averiguação, foi realizada uma pesquisa de campo em uma pequena unidade de produção de biodiesel instalada no parque de exposições da Associação dos Fumicultores do Brasil - AFUBRA para produção de biodiesel. Como ferramenta para determinação econômica utilizou-se a metodologia Custeio Baseado em Atividades (ABC). Com o processamento foi possível constatar que a pequena unidade de produção de biodiesel apresentou rendimento de 97,6% em massa, sendo produzidos 612 litros do biocombustível com taxa de conversão em ésteres de 99% para Razão Molar Metanol/Óleo de 4:1 e 3% de Metilato de Sódio como catalisador. Sob o ponto vista econômico, o custo final de produção de um litro de biodiesel, sem impostos, ficou em R$ 0,82 (oitenta e dois centavos de real) dos quais 46,8% corresponde a contribuição do processamento e 43,2% com aquisição de matéria prima. Através da metodologia ABC constatou-se que dentre as seis atividades do processo a que mais consome recursos é a de transesterificação, seguida pela preparação da matéria prima, purificação. Já a atividade com menor representatividade no custo de processamento para produção de biodiesel foi o aquecimento da matéria prima. Entre os benefícios ambientais com a implantação e funcionamento das pequenas unidades de produção cita-se a não utilização de água potável para a etapa de purificação da corrente de biodiesel, e a reutilização desse resíduo altamente poluidor, evitando-se a contaminação de rios, lagos e a obstrução de redes de esgoto. Tais iniciativas corroboram com o desenvolvimento de novas alternativas ligadas à economia renovável, buscando transformar a insustentabilidade em sustentabilidade.