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How to cite this paperAn. 5. Enc. Energ. Meio Rural 2004
Implantação e testes de utilização de óleo vegetal como combustível para diesel geradores em comunidades isoladas da Amazônia
Profª. Drª. Suani Teixeira CoelhoI; M. Sc. Orlando Cristiano da SilvaII; M. Sc. Sílvia Maria Stortini González VelázquezIII; Geog. Maria Beatriz C.A. MonteiroIV; Carlos Eduardo Grassi SilottoV
ICentro Nacional de Referência em Biomassa - Secretária Executiva
IICentro Nacional de Referência em Biomassa - Coordenador de Projeto
IIICentro Nacional de Referência em Biomassa- Coordenadora Técnica
IVCentro Nacional de Referência em Biomassa- Geógrafa
VCentro Nacional de Referência em Biomassa - Estagiário de Engenharia Mecânica
RESUMO
O projeto PROVEGAM "Implantação e testes de uma unidade de demonstração de utilização energética de óleo vegetal", testou em condições operacionais de campo, o funcionamento de um diesel gerador, adaptado para utilizar óleo de dendê "in natura" como combustível, na comunidade Vila Soledade, localizada no município de Moju, Pará. A vila Soledade é uma comunidade isolada que possui aproximadamente 700 habitantes e é localizada a 100 km da prefeitura municipal, mais 30 minutos de barco.
Anteriormente ao projeto, a energia elétrica dessa comunidade era gerada por um grupo gerador a diesel, obsoleto e muito caro para ser operado pela comunidade, já que o óleo diesel chegava à comunidade com um alto preço, por ser trazido de fora.
O projeto PROVEGAM instalou e testou o funcionamento de um grupo gerador MWM, modelo TD229, brasileiro, adaptado com um kit conversor para que o mesmo possa operar com óleo de dendê "in natura" durante 6 horas por dia.
Devido à alta viscosidade do óleo de dendê, foi necessário aquecer o óleo vegetal antes do mesmo ser injetado no motor. A operação é iniciada e finalizada com óleo diesel para aquecer o óleo de vegetal e limpar o sistema de possíveis resíduos. O utilização do óleo dendê se justifica por ser produzido na região, o que significa que não precisa ser trazido de outro local.
Atualmente, o grupo gerador está operando na comunidade durante 5 horas diárias com óleo de dendê, e uma hora com óleo diesel e já conta com mais de 1600 horas de teste.
Os resultados até o momento confirmaram as premissas concebidas, e esse modelo de geração de energia elétrica já é recomendado para ser implantado em outras comunidades da região amazônica.
Palavras-chave: Óleo vegetal, desenvolvimento sustentável, comunidades isoladas, grupo gerador.
ABSTRACT
The project PROVEGAM "Implantation and test of a unit demonstration of energetic utilization of vegetable oil", tested 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 Moju, Pará State. The Vila Soledade is an isolated community that has, approximately, 700 inhabitants and it's located at one hundred kilometers from the city hall by car and more 30 minutes by boat.
The electric energy of this community was previously generated, by a conventional diesel engine, obsolete and very expensive to the community, because the fuel price and the transport of the diesel oil from the city to the community.
The Provegam project, installed an electric generation group, MWM TD229, manufactured in Brazil, adapted with a conversion kit to operate with "in natura" palm oil, working 6 hours per day.
Because of the viscosity of the palm oil and its combustion point, it was necessary to heat the vegetable oil before its injection into the engine. The operation begins and finishes with diesel oil, in order to heat the palm oil and to clean possible residues deposited in the interior of the engine. The use of the palm oil justifies itself for being produced in the region, which means that it doesn't have to be imported.
Currently, the generating group is working in the community during 5 hours per day with palm oil, and 1 hour per day with diesel oil and it already has more than 1600 hours of testing.
The results of this project, so far, have confirmed the conceived premises, and this electric model of generating energy is already recommended to be implemented in other communities in the Amazon region.
1. Introdução
A região amazônica brasileira apresenta o mais baixo índice de eletrificação rural do país, reflexo do modelo tradicional de fornecimento de eletricidade adotado no Brasil, baseado na geração de grandes blocos de energia conectados à rede de distribuição. Seu modelo de eletrificação rural é composto predominantemente por sistemas isolados com diesel-geradores, solução esta que tem se revelado pouco satisfatória, na medida em que a aquisição e o transporte de óleo diesel para as localidades isoladas, assim como a manutenção dos equipamentos, 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 e manutenção.
No âmbito da 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.
A dificuldade de suprimento de energia elétrica não permite que atividades econômicas organizadas e potencialmente geradoras de emprego e renda sobrevivam no interior da Amazônia. O suprimento de energia elétrica para comunidades isoladas é então uma das formas de se proporcionar melhorias nas condições de vida da população e inserção social, mediante a possibilidade de criação de meios produtivos nestes locais.
O suprimento energético feito a partir do aproveitamento dos recursos naturais locais proporciona a criação de empregos e a qualificação de mão-de-obra local, a fixação do homem ao campo e a valorização da biodiversidade local.
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 devem levar em consideração as limitações tecnológicas existentes.
É nesta base que foi concebido o PROVEGAM, considerando a vocação da região amazônica 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. Por isso, a implantação de uma unidade de testes tem seus resultados apresentados neste trabalho.
2. Utilização de óleos vegetais para fins energéticos
A utilização do óleo vegetal "in natura" como combustível é indicado no caso das comunidades isoladas, onde as grandes usinas hidrelétricas ou a instalação de linhas de transmissão são impraticáveis. Assim, a utilização de óleos vegetais in natura produzidos localmente tornou-se uma alternativa, na medida em que novas tecnologias permitiram sua viabilidade técnica.
O Brasil dispõe de uma enorme diversidade de plantas oleaginosas, tanto nativas como exóticas bem adaptadas, e de condições climáticas favoráveis para se tornar um grande produtor de combustíveis à base de óleos vegetais.
A maior motivação no passado foi a vulnerabilidade do suprimento seguro dos combustíveis líquidos no setor de transporte. Hoje, o óleo vegetal como combustível tornou-se o líder de todos os projetos não alimentícios (SILVA, 1997)[1] utilizando o solo para a produção de energia.
Das vantagens ambientais no uso energético de óleos vegetais em motores, destacam-se a ausência de emissão de SO2 (responsável pela chuva ácida), a recuperação de áreas degradadas pelo reflorestamento com espécies oleaginosas, a contenção da erosão e o balanço de carbono seqüestrado.
Hoje, entretanto, aspectos como a possibilidade de produção local, aliados à necessidade de eletrificação de comunidades isoladas, bem como a geração de empregos, permitindo a fixação do homem no campo, também tornaram-se os principais fatores.
2.1 Utilização do óleo de dendê
Dentre as espécies cultiváveis na região amazônica, o dendê, "Elaeis guineensis", espécie exótica, de origem africana, perfeitamente adaptada às condições edafoclimáticas da Amazônia, apresenta a vantagem de ter alta produtividade de óleo (3 a 5 toneladas de óleo por hectare) e de fornecer adicionalmente o óleo de palmiste (0,4 t/ha) e outros subprodutos aplicáveis como ração animal, adubos, etc.
O dendezeiro tem vida útil de 20 a 30 anos, fornecendo frutos para obtenção do óleo. Sendo pouco exigente em qualidade de solo, a cultura extensiva do dendê apresenta diversos benefícios como recuperação de solos degradados; a facilidade de extração dos frutos, dominada pelos moradores da região; além de proporcionar o seqüestro de CO2, possibilitando sua inserção no quadro do Mecanismo de Desenvolvimento Limpo do Protocolo de Quioto.
3. O Projeto 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.
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, 700 habitantes e localiza-se a 140km da sede municipal por via terrestre, além de 30 minutos de barco.
3.1 Aspectos Técnicos do Projeto
O sistema é composto por um motor diesel marca MWM, modelo TD229-EC6 de 6 cilindros em linha, 5.8 litros, com 137cv de potência em emergência, resfriado por radiador e sistema de injeção mecânico BOSCH. O motor é acoplado a um gerador da marca WEG, trifásico, especial para cargas deformantes com regulador de tensão e atualmente se encontra instalado na Vila Soledade (Figura 1).
O Grupo Gerador foi equipado com um kit de conversão permitindo que o motor queime óleo de dendê "in natura". Esse kit foi elaborado pela COPPE e consiste em aquecer o óleo de dendê até a temperatura ideal (entre 85 e 90 ºC) para que o mesmo seja propriamente admitido pela bomba injetora do motor.
A primeira fase de testes foi realizada na Embrapa Belém (Figura 2) com o objetivo de avaliar preliminarmente a utilização do óleo de dendê no sistema.
Durante os testes na Embrapa foi utilizado um kit conversor importado da Alemanha. Algumas variáveis tais como, rotação do motor, consumo de combustível, ar de admissão, gases de escape, óleo lubrificante, água de arrefecimento, além das emissões dos gases de exaustão e opacidade foram monitoradas. Constatou-se que o kit alemão não era capaz de aquecer o óleo vegetal suficientemente, prejudicando a admissão do óleo na bomba injetora, com perdas de calor em várias áreas do kit, principalmente na área do filtro e na área da resistência de entrada da bomba. Estes valores inferiores de temperatura ajustados pelo kit alemão 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, que é de 85 a 90 ºC.
O fato do óleo de dendê apresentar duas fases distintas, uma a temperatura ambiente, mais sólida, estearina e outra líquida, a oleina, obrigava um bom e conveniente aquecimento do óleo no tanque de combustível antes de ser admitido no motor. Mesmo com a utilização de óleo diesel no início e término da operação, a fase mais densa do óleo de dendê se solidificava em determinados pontos.
Integrando o kit alemão 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 mícron 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.
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).
Durante a operação, a temperatura do óleo de dendê na saída do tanque de pré-aquecimento foi mantida entre 70 e 75º C.
Com o kit conversor adaptado, 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 cujo resultado apresentou ainda características aceitáveis para permanecer em uso.
Com 500 horas de funcionamento os bicos injetores apresentaram excessiva formação de depósitos, e foram substituídos. Já com 750 horas de funcionamento, removeu-se os bicos injetores, cabeçotes do motor e bomba injetora (Figura 4). 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.
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 cárter, pressão de admissão serão analisadas pelo Laboratório de Máquinas Térmicas da COPPE. Ao final do projeto serão apresentadas todas as modificações necessárias a serem feitas no motor e no kit de conversão.
4. Resultados
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 percebeu-se clara melhoria nas condições de vida da comunidade com a aquisição, pela maioria das famílias, de lâmpadas, eletrodomésticos e equipamentos eletromecânicos que hoje estão presentes em 80% das residências com energia elétrica da comunidade como pode ser constatado nas figuras 05 e 06.
A disponibilidade de energia contínua e de boa qualidade possibilitou o investimento dos moradores em máquinas de processamento do açaí, uma das principais bases da alimentação das comunidades rurais paraenses, que aí são beneficiados e comercializados. Das 7 máquinas de processamento de açaí registradas no levantamento socioeconômico realizado pelo CENBIO em fevereiro de 2004 na comunidade, 4 foram compradas após a implantação do PROVEGAM. Além das máquinas de processamento de açaí os moradores também adquiriram "freezers" e geladeiras, que aumentaram de 17 para 25 e de 4 para 15 respectivamente, utilizados para refrigeração e comercialização de produtos regionais como sucos de fruta, peixes e cupuaçu, além dos alimentos das próprias famílias. Dentre as mulheres também há utilização de máquinas de costura para prestação de serviços.
Outro benefício trazido pela disponibilidade de energia 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.
Dentre as vantagens ambientais observou-se que com a implantação de um sistema de geração de energia elétrica utilizando óleo vegetal "in natura" em substituição ao diesel diminuiu-se a necessidade de importação deste combustível de origem fóssil, que vem de Belém, e tem um alto custo devido a dificuldade de transporte. O óleo vegetal "in natura" é um recurso presente no local, renovável e extremamente viável para ser utilizado como combustível em comunidades isoladas.
Após o término do projeto, a comunidade será capaz de produzir o seu próprio óleo vegetal gerando empregos para uma parte da comunidade, dando continuidade a geração de energia. Isso porque na Vila Soledade existe um projeto de cultivo do dendezeiro em sistema de agricultura familiar que contempla 100 famílias, que irá frutificar pela primeira vez em dezembro de 2004, gerando os frutos necessários para o abastecimento do motor com óleo vegetal. Cada família é responsável por 10 hectares, o que totaliza 1000ha. Cada hectare de terra gera, aproximadamente, 4 ton de óleo/ano. Para abastecer o motor durante 6 horas diárias, utilizando kit conversor, são necessários 10 litros de diesel e 55 litros de óleo de dendê, o que totaliza 18000 kg de óleo de dendê/ano. Sendo assim, serão necessários 4,5ha para o abastecimento do motor, o que representa uma pequena parte dos 1000ha cultivados pelas famílias.
O fornecimento de energia elétrica aliado ao sistema de agricultura familiar, podem alavancar o pequeno comércio da Vila e proporcionar agregação de valor a seus produtos locais, sem a evasão de recursos financeiros para a compra do combustível para o gerador. Com disponibilidade de energia é possível processar os produtos regionais como o próprio dendê, o açaí, a mandioca, o cupuaçu e artigos correlatos. Ao agregar valor a essas matérias-primas a rentabilidade e as vantagens produtivas são maiores, fixando o homem no campo e proporcionando melhorias nas condições de vida, além da geração de energia como um fim em si neste cenário.
A sustentabilidade do projeto e seu sistema de funcionamento podem ser observados na figura 07.
Além disso, criou um modelo que permite operacionalizar qualquer grupo gerador desativado e abandonado ou implantar novos grupos geradores em comunidades isoladas, utilizando óleos vegetais produzidos localmente.
Durante todo o período de testes do sistema foram colhidos dados a respeito das emissões, do desempenho, do desgaste do sistema e da qualidade da energia fornecida (interrupções no fornecimento e nível de satisfação da população). Com os dados pode-se comprovar que as emissões provenientes da combustão do óleo de dendê, analisadas pela COPPE/UFRJ, foram equivalentes ou menores que as provenientes da combustão do dendê. As emissões de dióxidos de carbono (CO2) e oxigênio (O2) mostraram uma similaridade de comportamento com o motor operando com óleo diesel e de dendê. Já as emissões de NOx mostram o aumento das emissões desse gás com o aumento da carga, observou-se também que com o motor operando com diesel os índices de emissões desse gás foram os mais altos. No caso do óleo de dendê a combustão se processa no período de expansão, diminuindo a emissão de NOx em relação ao diesel (Figura 08).
A análise das emissões de monóxido de carbono (CO) mostrou que em cargas baixas a emissão de CO é maior com o motor operando com óleo de dendê em relação ao óleo diesel. Entretanto, o aumento da temperatura do ar de admissão favorece a vaporização do combustível melhorando a combustão e tornando os níveis de emissão de CO similares para o diesel e o dendê (LMT, 2003)[3].
Um aspecto muito importante dos resultados de emissão é a ausência de óxidos de enxofre nos gases de exaustão da combustão do óleo de dendê.
A instalação de um modelo de geração de energia a partir de um mecanismo mais limpo e renovável cria a perspectiva de construção de um modelo ambientalmente mais correto que garanta um sistema de geração economicamente viável que é referência para novas iniciativas.
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.
Quanto a qualidade da energia fornecida, a maioria dos moradores entrevistados no levantamento socioeconômico mostrou-se muito satisfeito com o projeto e reconheceu grandes mudanças após sua implantação tanto no aspecto do aumento da disponibilidade de horas com energia como no aspecto qualidade, já que não há interrupções no período de fornecimento. 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.
5. CONCLUSÕES
O Projeto PROVEGAM foi concebido com o objetivo principal de criar e testar um novo modelo descentralizado de geração de energia elétrica para comunidades isoladas que têm condições de cultivar, em sistema de agricultura familiar, espécies oleaginosas que possam fornecer óleo vegetal para combustão em diesel geradores comuns.
Neste projeto foi contemplada uma comunidade da região amazônica, no estado do Pará, que tinha disponibilidade de cultivo do dendezeiro e conseqüente fornecimento de óleo de dendê.
Os resultados deste projeto confirmaram as premissas concebidas de elaboração de um novo modelo de geração de energia elétrica para comunidades isoladas na amazônica. Os testes na Embrapa e na comunidade, que totalizaram mais de 1800 horas, provaram a viabilidade técnica da combustão do óleo de dendê "in natura" em motores de ciclo diesel. Os custos de operação e manutenção são mais altos do que o custo de operação o grupo gerador com óleo diesel porém, a utilização do óleo vegetal permanece viável nos locais em que o diesel enfrenta dificuldades e transporte e que a população pode produzir seu próprio combustível.
A possibilidade da utilização de energia elétrica sem interrupções, gerada diariamente pelo grupo gerador operando com óleo de dendê, proporcionou para a população um aumento de renda, já que a mesma pode usufruir equipamentos, que antes eram inviáveis de serem utilizados devido a falta de energia elétrica.
Este modelo de geração de energia elétrica utilizando óleos vegetais, já foi aprovado pelo Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq, para sua replicação em outra comunidade do município de Moju, sendo indicado para replicação em outras comunidades da região Amazônica, contribuindo para a universalização do acesso a energia.
Referências
[1]SILVA, O. C. Análise do Aproveitamento Econômico e Energético do Óleo de Palma na Guiné Bissau na Perspectiva do Desenvolvimento Sustentável, Dissertação de mestrado apresentada ao Instituto de Eletrotécnica e Energia da Universidade de São Paulo, São Paulo,1997
[2]CENBIO - Centro Nacional de Referência em Biomassa. Projeto PROVEGAM, Relatório de viagem, 2003.
[3]LMT - Laboratório de Máquinas Térmicas da Universidade Federal do Rio de Janeiro - 4° Relatório do projeto PROVEGAM, Rio de Janeiro, 2003.