PROVEGAM - IMPLANTAÇÃO E TESTES DE UMA UNIDADE DE DEMONSTRAÇÃO DE UTILIZAÇÃO ENERGÉTICA DE ÓLEO VEGETAL PROJETO

PROVEGAM - IMPLANTAÇÃO E TESTES DE UMA UNIDADE DE

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1. RESUMO

O Projeto PROVEGAM, “Implantação e teste de uma unidade de

demonstração de utilização energética de óleos vegetais” tem como objetivo

instalar e testar em condições operacionais de campo, o funcionamento de um motor diesel convencional, adaptado para operar com óleo de palma in natura na comunidade Vila Soledade, município de Moju, PA. A Vila Soledade é uma comunidade isolada com, aproximadamente, 1500 habitantes, a 140 Km da sede municipal via terrestre, mais 30 minutos de barco.

A energia elétrica desta comunidade era gerada, anteriormente, por um gerador a diesel convencional, ineficiente tecnicamente, por causar falhas no fornecimento, e economicamente por necessitar a importação do combustível. O projeto PROVEGAM ao ser implantado na comunidade em 2003, instalou um novo grupo gerador, marca MWM TD229, fabricado no Brasil e adaptado com kit de conversão para operar com óleo de palma “in natura”, funcionando durante 6 horas/dia (1/3 da carga) ligado à rede de distribuição, totalizando 3,3MWh ao mês. A utilização do óleo de palma se justifica por ser produzido na região e não necessitar de importação.

A operação é iniciada e finalizada com óleo diesel, visando desobstruir possíveis resíduos depositados no interior do motor. O kit de conversão, inicialmente instalado, revelou alguns problemas devido aos valores de temperatura insuficientes para diminuir a viscosidade do óleo vegetal. Este problema foi resolvido mediante a adoção de um sistema de conversão complementar. Atualmente, o grupo gerador está funcionando perfeitamente na comunidade e já conta com mais de 1200 horas de teste.

Um dos grandes benefícios sociais trazidos pelo projeto foi o início das aulas do ensino médio noturno, freqüentado por toda a comunidade, a substituição do gerador antigo, eliminando as falhas técnicas do sistema, e a ampliação da oferta de energia, com ganhos referentes à aquisição de eletrodomésticos pela população.

Ao final do projeto serão apresentadas todas as modificações necessárias a serem feitas no motor e no kit de conversão. Os resultados deste projeto, até o estágio atual, confirmaram as premissas concebidas, e este modelo de geração de energia elétrica já é recomendado para ser replicado em outras comunidades da região Amazônica. Esse projeto é financiado pela FINEP, convênio nº 23.01.0646.00

2. ABSTRACT

The Project PROVEGAM “Implantation and test of a unit demonstration of

energetic utilization of vegetal oil”, has the objective to install and test in

operational conditions of field, the functioning of a conventional diesel engine, adapted to operate with palm oil “in natura” in the community of Vila Soledade, city of Mojú, Pará State. The Vila Soledade is an isolated community that has, approximately, 1500 inhabitants. It’s located at one hundred and forty kilometers from the city hall by car (and more 30 minutes by boat), and it also has a direct access by boat, through River Moju which is an eight hour trip.

The electric energy of this community was previously generated, by a conventional diesel engine, technically inefficient, for causing imperfections in the supply, and economically inefficient for using imported fuel. During the Provegam project in 2003, in the community of Vila Soledade, a new generating group, MWM TD229, manufactured in Brazil was installed and adapted with a conversion kit to operate with in natura palm oil, working 6 hours per day (1/3 of the load) on the distribution net, totalizing 3,3MWh in a month. The use of the palm oil justifies itself for being produced in the region, which means that it doens’t have to be imported.

The operation begins and finishes with diesel oil, in order to clean possible residues deposited in the interior of the engine. The conversion kit, initially installed, showed some problems due to insufficient values of temperature to diminish the viscosity of the vegetal oil. This problem was solved by using a complementary conversion system. Currently, the generating group is working perfectly in the community and it already has more than 1200 hours of testing.

One of the great social benefits brought by the project was the beginning of fifth grade classes at nigth, attended by all the community, the substitution of the old generator, has brought other benefits, such as the elimination of technic failures of the system and the increase in the energy supply with beneffits, related to the acquisition of electric appliances by the population.

All the necessary modifications to be done to the engine and to the conersion kit will be presented at the end of the project. The results of this project, so far, have confirmed the conceived premises, and this electric model of generating energy is alredy recommended to be implemented in other communities in the Amazon region. The project is financed by the FINEP, accord no. 23.01.0646.00.

3. INTRODUÇÃO

O suprimento de energia elétrica para comunidades isoladas é uma forma de proporcionar melhorias nas suas condições de vida, de inserção social e de exercício da cidadania. O suprimento energético feito a partir do aproveitamento dos recursos naturais locais, proporciona o emprego e a qualificação de mão-de-obra local, a fixação do homem ao campo, a valorização da biodiversidade local, em suma, o desenvolvimento sustentável.

A região amazônica brasileira apresenta baixo índice de eletrificação rural, reflexo do modelo tradicional de fornecimento de eletricidade, adotado no Brasil, baseado na geração de grandes blocos de energia conectada à rede de distribuição.

O modelo de eletrificação rural na Amazônia é predominantemente baseado em sistemas isolados de diesel-geradores, solução esta que tem se revelado pouco satisfatória, na medida em que a aquisição e o transporte de óleo diesel para as populações isoladas tem um alto custo financeiro no contexto da região. Como resultado, existem espalhados pelo interior da região amazônica uma grande quantidade de grupos diesel-geradores desativados devido à falta de combustível. A dificuldade de suprimento de energia elétrica não permite que atividades econômicas organizadas e potencialmente geradoras de emprego e renda sobrevivem no interior da Amazônia.

As condições de isolamento e dispersão dessas comunidades impõem soluções específicas e individualizadas de suprimento energético baseadas na valorização de recursos naturais localmente disponíveis e levando em consideração as limitações tecnológicas existentes.

Em matéria de substituição do óleo diesel, os óleos vegetais in natura apresentam-se como uma alternativa natural com potencial de produção que permite a geração de energia a custos comparáveis com a geração por combustíveis fósseis.

Justifica-se então um estudo para a utilização do óleo vegetal “in natura” como combustível, já que a região dispõe de uma enorme diversidade de plantas oleaginosas nativas e de condições climáticas favoráveis para a prática de projetos agro-energéticos a base de óleos vegetais.

É nesta base que foi concebido o PROVEGAM, considerando a vocação da região para a produção de óleo de dendê e a possibilidade desta produção assumir um caráter familiar.

A utilização de óleos vegetais in natura, em diesel-geradores convencionais, no entanto, exige providências tecnológicas específicas, sob pena de inviabilizar a longevidade do motor e de onerar os custos de manutenção.

4. UTILIZAÇÃO ENERGÉTICA DE ÓLEOS VEGETAIS

Estudos para utilização do óleo vegetal como combustível em motores diesel tiveram início no começo do século XX. O Próprio Rudolf Diesel defendeu a viabilidade técnica de uso de óleo vegetais nos motores de ignição por compressão e a possibilidade deste uso vir a contribuir para o desenvolvimento da agricultura dos lugares onde existam condições para tal (SILVA 1997). Entretanto, com descoberta de recursos fósseis, considerados infinitos, e o desenvolvimento da indústria petroquímica tornando-os baratos, as pesquisas não

foram adiante. Somente com a crise do petróleo, na década de 70, foi que começou em todo o mundo, o interesse de tornar o óleo vegetal um possível substituto para o óleo diesel.

A utilização do óleo vegetal “in natura” como combustível é indicado no caso das comunidades isoladas, como as do norte do país, onde grandes usinas hidrelétricas e instalação de linhas de transmissão são impraticáveis, sua eletrificação é feita através da utilização de diesel-geradores. Devido aos altos custos de derivados do petróleo e do seu transporte, o custo da energia elétrica torna-se proibitivo, prejudicando o desenvolvimento da região devido à falta de energia elétrica contínua e confiável. Sendo assim, a utilização de óleos vegetais in natura produzidos localmente. O Brasil dispõe de uma enorme diversidade de plantas oleaginosas nativas e de condições climáticas favoráveis para se tornar um grande produtor de combustíveis à base de óleos vegetais.

A maior motivação no passado foi à vulnerabilidade do suprimento seguro dos combustíveis líquidos no setor de transporte. Hoje, o óleo vegetal como combustível tornou-se o líder do todos os projetos não alimentícios (SILVA, 1997) utilizando o solo para a produção de energia. Das vantagens ambientais no uso energético de óleos vegetais em motores, destacam-se a baixa emissão de SO2 (responsável pela chuva ácida) e a recuperação de áreas degradadas pela implantação de florestas de oleaginosas e o balanço de carbono emitido que provoca o efeito estufa.

Hoje, entretanto, aspectos ambientais sobre a produção local, aliados à necessidade de eletrificação de comunidades isoladas, bem como a geração de empregos, permitindo a fixação do homem no campo, tornam-se os principais fatores.

4.1 UTILIZAÇÃO DE ÓLEO DE DENDÊ

Dentre as espécies cultiváveis na região amazônica, o dendê, “Elaeis

guineensis”, espécie de origem africana perfeitamente adaptada às condições

edafoclimáticas da Amazônia, apresenta a vantagem de ter alta produtividade de óleo (3 a 5 toneladas por hectare) e de fornecer adicionalmente o óleo de palmiste (0,4 t/ha) e outros subprodutos aplicáveis como ração animal, adubos, etc.

Sendo pouco exigente em qualidade de solo, a cultura extensiva do dendê apresenta diversos benefícios como recuperação de solos degradados, sua extração é dominada pelos moradores dessas regiões, não necessitando de uma estrutura tecnológica de alto grau de complexidade, além de proporcionar o seqüestro de CO2, possibilitando sua inserção no quadro do Mecanismo de Desenvolvimento Limpo do Protocolo de Quioto.

5. O PROVEGAM

O Projeto PROVEGAM, “Implantação e teste de uma unidade de

demonstração de utilização energética de óleos vegetais”, convênio

FINEP/CT-ENERG 23.01.0646.00 é uma parceria entre o CENBIO – Centro Nacional de Referência em Biomassa, o BUN – Biomass Users Network do Brasil, a EMBRAPA – Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária, a Agropalma, a Prefeitura do município de Moju e a COPPE da Universidade Federal do Rio de Janeiro. Na sua primeira fase contou com a parceria da Ong Namazônia.

O local escolhido para a implantação do projeto foi a Vila Soledade, pertencente ao Município de Moju no Estado do Pará. A comunidade Vila Soledade tem aproximadamente 1500 habitantes e localiza-se a 140 Km da sede municipal via terrestre, mais 30 minutos de barco.

5.1.ASPECTOS TÉCNICOS

Antes de ser enviado para a Vila Soledade, o novo grupo gerador foi equipado com um kit de conversão de combustível desenvolvido pela empresa alemã BioCar, que foi instalado com o acompanhamento da equipe técnica alemã que veio ao Brasil para este fim.

O Grupo gerador equipado com o kit alemão, foi testado nas dependências da EMBRAPA e também na própria comunidade.

Figura 1 – Vila Soledade, Moju

O mesmo apresentou deficiência na admissão do óleo na bomba injetora na temperatura exigida para a queima, havendo perdas de calor em várias áreas do kit, principalmente na área do filtro e na área da resistência de entrada da bomba. Em pouco tempo, verificou-se perda de potência do motor e entupimentos nas válvulas solenóides de controle e direcionamento de fluxo do sistema conversor.

Os valores de temperatura ajustados pela BioCar não foram suficientes para diminuir a viscosidade do óleo vegetal a ponto de possibilitar o monitoramento do consumo de óleo de dendê, através do medidor de consumo de combustível. A viscosidade do óleo nestas condições provocou perda de carga no equipamento a ponto de causar restrição no fluxo de combustível e conseqüente perda de potência no motor; além disso, as temperaturas de aquecimento do óleo vegetal utilizadas (65 oC), estão abaixo daquelas que proporcionam uma otimização do desempenho do motor operando com óleo de dendê, ou seja 85 a 90 oC.

O fato de que o óleo de dendê apresentava 2 fases distintas, na temperatura ambiente, a saber uma mais sólida, estearina e outra liquida, oleina, obrigava um bom e conveniente aquecimento no tanque de combustível antes de ser admitido no motor. Mesmo que o motor funcionasse com óleo Diesel por ocasião do inicio e término da operação diária do Diesel-gerador, a fase mais densa do óleo de dendê se solidificava em determinados pontos.

Deve-se ressaltar que integrando o kit da Biocar, foi instalado um sistema de transferência de combustível com pré-filtragem do óleo vegetal, bem como um tanque de pré-aquecimento por intermédio da água de resfriamento do motor complementado também por resistência elétrica (2x1500w), sendo ainda instalado

um filtro tipo “Y” com a finalidade de prevenir entupimentos, a montante do filtro de 25 microns da Biocar. Todos esses dispositivos, no entanto, não evitaram os constantes entupimentos com conseqüentes perdas de potência e paradas do Diesel-gerador.

Assim sendo, decidiu-se pelo desenvolvimento de um dispositivo (kit) apropriado para permitir o uso do óleo de dendê no Diesel-gerador. A tarefa do projeto e construção do equipamento foi atribuída ao Laboratório de Máquinas Térmicas da COPPE cujo funcionamento é descrito a seguir:

Inicialmente aquece-se o óleo de dendê a temperaturas em torno de 600 C no tambor para que o mesmo possa ser convenientemente aspirado e pressurizado pela bomba, sendo filtrado pelo filtro, antes de ser admitido no tanque de pré-aquecimento. Este tanque possui uma serpentina na qual circula a água de resfriamento do motor, trocando calor e aquecendo o óleo de dendê a aproximadamente 750 C. Existe também a opção do óleo ser aquecido neste tanque por intermédio da resistência elétrica, no inicio do funcionamento do Diesel-gerador.

Figura 2 – Grupo gerador em testes

O óleo de dendê , após passar pela válvula de 3 vias é admitido no tanque de conversão, onde deve ser aquecido até a temperatura indicada para uma boa combustão ao ser admitido no motor (85 a 90º C).

Após a construção do kit realizou-se uma viagem a Vila Soledade, quando foi instalado o novo kit no motor, que passou assim a operar satisfatoriamente.

Durante a operação, a temperatura do óleo de dendê na saída do tanque de pré-aquecimento foi mantida entre 70 e 75º C.

Fluxograma do Kit desenvolvido pelo LMT p/ conversão de Motor Diesel para Oleo Vegetal

1 2 3 4 5 ₆ 7 8 LEGENDA 1. Tambor (Dende) 2. Bomba 3. Filtro 4. Tanque (Dende) 5. Tanque (Diesel) 6. Valvula 3 vias 7. Reserv. Mistura 8. Motor Diesel

O Diesel-gerador funcionou convenientemente com ótimo desempenho e potência, atendendo a todas as cargas a que foi submetido.

Foi efetuada a troca do óleo lubrificante com 200 horas de funcionamento e retirada uma amostra que foi enviada para análise na TEXACO, cujo resultado apresentou ainda características aceitáveis para permanecer em uso.

Durante o todo o período de operação do equipamento, foi preenchida uma planilha diária com o registro das características operacionais do diesel-gerador.

Com 500 horas de funcionamento os bicos injetores apresentaram excessiva formação de depósitos, e foram substituídos. Já com 750 horas de funcionamento, a Labodiesel, uma empresa especialista em bicos e bombas injetoras, removeu os bicos injetores, cabeçotes do motor e bomba injetora. No recondicionamento da bomba injetora foram substituídos os êmbolos e as válvulas de retenção, todos com 750 h de operação. Os demais componentes do Grupo Gerador estavam em perfeitas condições para continuar a operando com óleo vegetal.

Figura 3 – Desmontagem do motor

Dados estão sendo coletados diariamente pelo operador residente e planilhas com a temperatura de admissão do óleo vegetal, temperatura dos gases de admissão e exaustão, temperatura do óleo do carter, pressão de admissão serão analisadas pelo Laboratório de Máquinas Térmicas da COPPE. E ao final do projeto serão apresentadas todas as modificações necessárias a serem feitas no motor e no kit de conversão.

5.2 ASPECTOS SOCIOECONÔMICOS

As propostas de atendimento energético devem incluir, tanto quanto possível, as comunidades locais no processo de produção de energia e devem ser instrumentos adicionais para a promoção do desenvolvimento regional, associando vantagens ambientais, econômicas e sociais, à produção de combustíveis para a geração de eletricidade.

No aspecto socioeconômico percebe-se claramente a melhoria das condições de vida da comunidade com a aquisição pela maioria das famílias de eletrodomésticos, equipamentos eletroeletrônicos, como conjuntos de som, videocassetes e aparelhos de TV, que hoje estão presentes em 80% das residências com energia elétrica da comunidade.

O projeto possibilitou também o investimento de certos moradores em máquinas de processamento do açaí, principal base alimentar das comunidades rurais paraenses, que aí são beneficiados e comercializados. Das 7 máquinas de processamento de açaí registradas no último levantamento socioeconômico realizado pelo CENBIO na comunidade, 4 foram introduzidas após a implantação do PROVEGAM. Salienta-se também a ampliação do números de “freezers” para refrigeração e comercialização de sucos de fruta para venda e utilização de máquinas de costura para prestação de serviços.

Outro benefício foi o início das aulas do curso noturno na escola municipal existente na comunidade, que abre a perspectiva para ampliação do atendimento educativo a comunidade, inclusive a alfabetização de adultos.

6. RESULTADOS ALCANÇADOS

Os resultados deste projeto, até o estágio atual, confirmaram as premissas concebidas, e este modelo de geração de energia elétrica já foi aprovado pelo Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico – CNPq, para um novo projeto em outra comunidade do município de Moju, sendo indicado para replicação em outras comunidades da região Amazônica.

Os testes e o acompanhamento diário do motor revelaram que o sistema utilizado opera em condições de normalidade, não obstante as melhorias que ainda estão previstas.

Além disso foi possível verificar nas diversas visitas a campo que o a rede elétrica funciona em perfeitas condições e fornece energia elétrica de boa qualidade a todas as residências.

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Guiné Bissau na Perspectiva do Desenvolvimento Sustentável”, Tese de M.Sc.,

USP, São Paulo, SP, Brasil, 1997.

4° Relatório do projeto PROVEGAM. LMT – Laboratório de Máquinas Térmicas do Rio de Janeiro –Universidade Federal do Rio de Janeiro.