Relatório Final projeto FAPERJ - Conversão de Motores Estacionários para utilização de Óleo de Cozinha como Biocombustível

Relatório

Do

Projeto

Conversão de Motores Estacionários

Setembro de 2010

Introdução - Demonstrando o total comprometimento do Governo do Estado com a nova equação educação ambiental + energias renováveis = economia sustentável que envolve o desenvolvimento de pesquisas de novas fontes de biocombustíveis em alternativa ao biodiesel, a FAPERJ - Fundação Carlos Chagas Filho de Amparo à Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro aprovou neste mês de setembro de 2010 fomentos para que as empresas Felicíssimo e Ramires Consultoria e Lamers Project Management iniciem o desenvolvimento de Processo e Equipamento destinado ao aproveitamento de Biomassas Líquidas Residuais (gorduras vegetais e animais) em seu uso como biocombustível administrado ao diesel convencional em motores estacionários.

As pesquisas em fase já avançadas e iniciadas a cerca de 3 (três) anos pelo Dr. Peter Wilhelmus Henricus Lamers em colaboração direta com o Instituto Fraünhofer na Alemanha adotou o processo com enzimas como rota para o desenvolvimento de biocombustíveis de 2ª geração e agora ganha um novo fôlego com os recursos advindos da FAPERJ e são um seguimento do projeto de Reaproveitamento de Biomassas Líquidas iniciado em novembro de 2009 com o apoio da instituição, o qual desenvolveu as condições iniciais com seleção e organização dos grupos de produção em 5 (cinco) municípios estratégicos do RJ e implantou mini usinas de tratamento e purificação do óleo de cozinha usado em Valença, Barra do Piraí e Rio Bonito e a 1ª usina de Beneficiamento de Óleo Vegetal Residual no Estado do RJ no município de Resende.

Neste mês de setembro deu-se continuidade a construção da 2ª Usina de Beneficiamento de Óleo Vegetal Residual do Estado, localizada no bairro do Salgueiro, município de São Gonçalo próxima ao aterro sanitário de Itaoca e que servirá de planta piloto para a realização dos testes deste novo projeto.

As empresas Felicíssimo e Ramires e LPM do Brasil estão realizando neste projeto parcerias com o INT - Instituto Nacional de Tecnologia do Estado do Rio de Janeiro para realização das análises e testes com o novo biocombustível e com a LOCASTROM - Locação de Grupos Geradores, empresa que está se instalando nas proximidades do Novo Complexo Petroquímico da Petrobrás no município de Itaboraí, RJ, o qual disponibilizará o equipamento para a conversão do primeiro motor.

Como contrapartida neste projeto, o Dr. Peter Lamers realizou visita à empresa Elsbett na Europa, a qual detém tecnologia de conversão de motores para o uso de biocombustíveis à base de óleos vegetais usados para a transferência de tecnologia para o Brasil e no mês de outubro devem-se iniciar os trabalhos de conversão do 1º motor com a supervisão do engº daquela empresa, o qual deverá permanecer por cerca de 1 semana no Brasil para a realização da adaptação do kit de conversão adquirido à Elsbett.

RELATÓRIO ANALÍTICO DE VALIDAÇÃO DAS MINI USINAS LPM OC200 E LPM OC350A

I – OBJETIVO DESTE RELATORIO ANALITICO

O objetivo deste relatório analítico é a validação das mini usinas de purificação de óleo vegetal usado LPM OC200 e LPM OC350A, que foram instaladas na Prefeitura de Rio Bonito e na empresa Óleo Local em Barra de Pirai respectivamente.

II – DETALHAMENTO DO ENSAIO:

                 Foram recebidas três amostras de óleo residual alimentar, uma proveniente de Rio Bonito e duas de Barra do Piraí, que foram numeradas como amostra 1 e 2. A amostra de Barra de Piraí nº 1 foi obtida a partir de um resíduo oleoso menos saturado em relação à amostra de nº2. Ambas em frascos plásticos de 1,5 L apresentando formação de precipitados de coloração amarelado á Temperatura ambiente.

            Como as três amostras apresentavam cada uma duas fases distintas; uma fase mais insaturada a temperatura ambiente e outra fase contendo gordura.   Teve-se a necessidade de fazer os procedimentos analíticos em três etapas procurando avaliar cada fase individualmente, dentro das técnicas acessíveis de separação e incluindo a avaliação do todo, ou seja, da amostra homogeneizada.           

            Como primeiro passo, as amostras passaram por um processo de homogeneização e então, retiradas alíquotas de 6 g para avaliação do percentual de água e substâncias voláteis usando uma balança de umidade com parâmetros de temperatura de 110 ºC por um tempo de 60 minutos.  As análises foram realizadas em triplicatas observando para efeito do resultado a média obtida.  Também se retirou alíquotas de 10 ml para análises de sedimentos e água usando para medição uma centrifuga com rotação de 4000 RPM por 30 minutos.  As análises foram realizadas em duplicata considerando para efeito de resultado o valor médio encontrado.

            No segundo momento, esperaram-se em média 12 horas para decantação da fase mais pesada. A amostra de Rio Bonito teve decantação consideravelmente rápida à temperatura ambiente na qual foi possível analisar a parte superior (sobrenadante) e inferior (precipitados) quanto ao percentual de água e sedimentos utilizando os mesmos parâmetros descritos acima. No entanto, as duas amostras de Barra do Piraí apresentaram uma decantação muito discreta no decorrer de 12 horas necessitando de um aquecimento em banho Maria a uma temperatura de 50 ºC por aproximadamente 40 minutos para que ocorresse uma decantação significativa possibilitando a separação das fases para análise individual.

RESULTADO ANALÍTICO DE AMOSTRAS DE ÓLEO RESIDUAL BENEFICIADO DE ORIGEM ALIMENTAR.

RELATÓRIO DE ENSAIO

Solicitante: Peter Lamers

Endereço: Campos dos Goytacazes - RJ

Cidade: Campos dos Goytacazes – RJ

Objetivo da análise: Ensaios físicos.

Matriz: Óleo residual beneficiado de origem alimentar

Data de recebimento: 20/07/10

DADOS DA COLETA:

Coletado por: Interessado

 Identificação: 1 amostra de Rio Bonito e 2 amostras de Barra de Piraí (1 e 2).

RESULTADOS INICIAIS ANTES DO BENEFICIAMENTO:

Produto antes do beneficiamento
Análises	Rio Bonito	Barra do Pirai 1	Barra do Piraí 2
Teor Água e voláteis %	2,2	26	20
Sedimentos %	2,2	4	8

RESULTADOS APÓS 1ª DECANTAÇÃO NA USINA

Amostra sobrenadante + precipitados homogeneizados
Análises	Rio Bonito	Barra do Pirai 1	Barra do Piraí 2
Teor Água e voláteis %	0,64	1,0	1,18
Gorduras e Saturados %	4	18	24
Sedimentos e água %	<1.0	1,5	1,5

RESULTADOS APÓS BI DECANTAÇÃO:

Parte superior (sobrenadante)
Análises	Rio Bonito	Barra do Pirai 1	Barra do Piraí 2
Teor Água e voláteis %	0,32	0,30	0,44
Sedimentos e água %	<1.0	< 1.0	<1,0

Parte inferior (precipitado)
Análises	Rio Bonito	Barra do Pirai 1	Barra do Piraí 2
Teor Água e voláteis %	3,55	2,1	1,82
Sedimentos e água %	5	3	3

IV – COMENTARIOS E CONCLUSÕES

IV – I Validação mini usina LPM OC200

            Podemos constatar pela analise dos dados da usina de Rio Bonito que foi oferecido neste caso um óleo vegetal cru com um teor relativamente baixo de água e voláteis, e uma carga razoável de impurezas. A origem do óleo era predominante de domicílios e com pouca participação de restaurantes. Isto explica o baixo teor de água no produto inicial e um baixo teor de saturados (4%).

            Pelos resultados podemos ver que a usina neste caso consegue adequar o produto à especificação para uso como matéria prima para biodiesel e sabão somente, com uma passagem pelo processo de beneficiamento.  O teor de água e voláteis caiu de 2,2% para 0,64% e o valor de água + sedimentos caiu de 2,2% para menor de que 1%.  O resultado da bi decantação com somente uma passagem pelo processo de beneficiamento da usina, o que faz parte da tecnologia LPM, é ainda melhor: 0,32% para água e voláteis e menos do que 1% para água e sedimentos.  Neste processo, a água e os sedimentos são transferidos para a fase gordurosa, que ficou com uma porcentagem de 3,55% de água e voláteis e 5% de água e sedimentos. 

Conclusão

            A mini usina LPM OC200 mostrou a capacidade de adequar o óleo vegetal usado (neste caso a mistura de ambos as fases saturado e insaturado) aos padrões exigidos para a produção de matéria prima a ser usada na fabricação de biodiesel e sabão com uma simples passagem (decantação simples) pela usina.

Usando a sistema de bi-decantação, com 1 (uma) passagem pela usina, para alcançar uma separação melhor da fase saturada da insaturada, o produto final (a fase insaturada) fica rigorosamente dentro das especificações.  Neste caso, a água, a fase gordurosa e os sedimentos finos que passaram pelo filtro concentram no precipitado. No caso de uma baixa concentração da fase saturada do óleo cru, pode acontecer que a fase gordurosa necessite de uma segunda passagem pelo processo de beneficiamento da mini usina para colocar a fase gordurosa nas especificações. 

IV – II Validação mini usina LPM OC350A

            Podemos ver pela analise dos dados da usina de Barra de Pirai que foi oferecido neste caso um óleo vegetal cru com um teor altíssimo de água e voláteis e uma carga altíssima de impurezas e saturados. A origem do óleo era exclusivamente de restaurantes. Isto explica o alto teor de água (20%) no produto inicial. Também pode se constatar um alto teor de saturados (8%).

Pelos resultados podemos ver que a usina em caso extremo operacional consegue adequar o produto somente com uma passagem pelo processo de beneficiamento da usina dentro da especificação para uso como matéria prima para biodiesel e sabão.  O teor de água e voláteis caiu de 26% para 1% e o valor de água + sedimentos caiu de 4% para menos de que 1%.  O resultado da bi-decantação, com somente uma passagem pelo processo da usina, o que faz parte da tecnologia LPM, obtém se um resultado ainda melhor: 0,30% para água e voláteis e menos do que 1% para água e sedimentos.  Neste processo, a água e os sedimentos são transferidos para a fase gordurosa, que ficou com um porcentagem de 2,1% de água e voláteis e 3% de água e sedimentos. 

Conclusão

A mini usina LPM OC350A mostrou a capacidade de enquadrar o óleo vegetal usado (neste caso à mistura de ambos as fases saturado e insaturado) aos padrões exigidos para a produção de matéria prima a ser usada na fabricação de biodiesel e sabão com uma simples passagem (decantação simples) pelo processo de beneficiamento da usina mesmo em condições extremas de teor de água, sedimentos e saturados.

Usando o sistema de bi-decantação, com 1 (uma) passagem pelo processo de beneficiamento da usina, para alcançar uma separação melhor entre as fases saturada e insaturada, o produto final (a fase insaturada) fica rigorosamente enquadrado nas especificações.  Neste caso, a água, a fase gordurosa e os sedimentos finos que passaram pelo filtro concentram no precipitado. No entanto, seria necessário em algumas circunstâncias, reconduzir a fase gordurosa ao processo para que então possa ser enquadrada nas especificações.

27 de Julho 2010

Lucinei Vidal

Laborante credenciada

CRQ: 03421838

Análise do INT – Instituto Nacional de Tecnologia da amostra do Óleo Vegetal Residual coletado e tratado na Usina mod. LPM OC350A da Lamers Equipamentos Industriais em Barra do Piraí/RJ.

Esta amostra foi feito para conhecer até aonde esta miniusina consegue purificar o óleo de cozinha coletado utilizando um filtro de 100 mícron. O objetivo desta máquina é produzir uma qualidade que atenda às normas de empresas de biodiesel ou para queima direto em caldeiras. Nestas duas aplicações, a utilização como matéria prima para fabricantes de biodiesel é o mais critico de ser alcançado.

Os resultados da amostra retirada da miniusina com um filtro de 100 mícron se encontram na primeira coluna. Como se pode verificar, a contaminação é 1111 PPM, o que é muito baixo em comparação com as exigências da Petrobrás. O teor de água é 0,62%, o que é também dentro das especificações da Petrobrás e bem embaixo da especificação da ANP para BPF, o que é de 2%.

A segunda coluna está mostrando um teste laboratorial que está simulando o processo do destilador da LPM a vácuo. A LPM vai testar este processo nas próximas semanas e oferecer amostras para o INT de novo. O objetivo final é chegar aos valores conforme o DIN51605, o que é representado nas últimas duas colunas. Este produto pode se usar diretamente em motores diesel adaptados para o uso de óleo vegetal direto.

A Lamers Equipamentos Industriais vai realizar agora um teste de otimização com o modelo LPM OC350A com uma segunda filtragem. Com isto a contaminação vai cair significativamente mais ainda.

Conclusão:

A amostra indica que o produto produzido com a usina LPM OC350A atende às especificações para o uso em caldeiras seguindo a especificação da ANP para o óleo BPF e para o uso como matéria prima seguindo a especificação da Petrobrás.

MÊS DE OUTUBRO

Após reunião do Profº Peter Lamers no INT – Instituto Nacional de Tecnologia foram preparadas 3 (três) novas amostras e decidido remover a água em todas as amostras com vácuo. As amostras foram entregues junto com uma amostra da água de lavagem para que os técnicos do INT tivessem uma idéia do que é removido.

end_of_the_skype_highlightingAmostra 1.

Esta amostra passou pela miniusina LPM OC 350A em Barra do Piraí.

Foram executadas as seguintes tarefas:

Aquecimento até 55 graus Celsius.

Decantação de água e particulados durante 15 minutos.

Filtração com 50 mícron.

Decantação durante 12 horas.

Filtração com 5 mícron.

Evaporação com vácuo durante 30 minutos

Amostra 2.

Esta amostra passou pela miniusina LPM OC 350A em Barra do Piraí.

Foram executadas as seguintes tarefas:

Aquecimento até 55 graus Celsius.

Decantação de água e particulados durante 15 minutos.

Filtração com 50 mícron.

Decantação durante 12 horas.

Filtração com 5 mícron.

Lavagem com água quente.

Decantação de água de lavagem.

Evaporação com vácuo durante 30 minutos

Amostra 3.

Esta amostra passou pela miniusina LPM OC 350A em Barra do Piraí.

Foram executadas as seguintes tarefas:

Aquecimento até 55 graus Celsius.

Decantação de água e particulados durante 15 minutos.

Filtração com 50 mícron.

Decantação durante 12 horas.

Filtração com 5 mícron.

Lavagem com água quente.

Decantação de água de lavagem.

Centrifugação

Evaporação com vácuo durante 30 minutos

 Medições a serem efetuadas nesta etapa:

Amostra 1, 2 e 3.

Medir:

Resíduo de carbono (micro método) (%m/m)  ASTM D4530

Contaminação (mg/kg)  EM ISSO 12662

Número de acidez (mgKOH/g)  ASTM D664

Teor de água (%m/m)  ASTM D6304

CONVERSAO DO GERADOR DA LOCASTROM

Neste dia 28/10/2010 teve inicio a conversão do primeiro motor a diesel do grupo gerador da Empresa Locastrom Grupos Geradores para verificação da viabilidade técnica da utilização de óleo vegetal usado em motores estacionários ale da Locastrom o projeto conta com o apoio da Lamers Equipamentos Industriais, empresa responsável pela transferência de tecnologia da Europa para o Brasil.

O Diretor e Engenheiro da Lamers Equipamentos, Dr. Peter W. H. Lamers realizou vista técnica em agosto a Alemanha e Holanda para conhecer a tecnologia, estabelecendo convenio de cooperação com a empresa Elsbett, detentora do conhecimento técnico e do equipamento para conversão

O projeto apoiado pela FAPERJ custeou a aquisição do kit de conversão da Elsbett e da vinda do engenheiro especialista Dr. Jacquel Esselink para realizar a conversão.

A empresa Locastrom Grupos Geradores que esta se transferindo para o município de Itaboraí, visando atender a demanda do COMPERJ, cedeu um gerador ao projeto e dois técnicos para acompanhamento dos trabalhos de conversão do motor. Outras empresas demonstraram interesse em participar do projeto com contrapartidas. Foram convidados para uma demonstração no dia 1/11 o SENAI e o Diretor da empresa LEXPRESS de transportes de valores no RJ.

As analises realizadas ate o momento no INT – Instituto Nacional de Tecnologia no RJ sobre a qualidade do óleo vegetal usado tratado e purificado nas mini usinas da LPM do Brasil são extremamente favoráveis a sua utilização criando excelentes condições para o desenvolvimento do projeto atual de “conversão de motores estacionários”.

Segundo parecer do INT, A tecnologia da LPM do Brasil de purificação e tratamento do óleo de cozinha consegue estabilizar a acidez, eliminar em sua quase totalidade a água e reduzir sensivelmente a presença de particulados restando algum aperfeiçoamento no processo para alcançar o padrão de norma DIM, o que deve ser realizado o mais breve possível.

Conversão de um motor diesel para óleo vegetal concluída em testes experimentais.

No dia 30 de Outubro foi concluída a conversão de um grupo motor gerador de eletricidade para óleo vegetal dentro do programa de testes e experimentos planejados no projeto.

Com este evento foi realizada a transferência de tecnologia de conversão de motores diesel para o uso de óleos vegetais para o Brasil prevista na 1ª fase do cronograma.

O motor gerador, disponibilizado pela empresa Locastrom, sediada no bairro de Jacarepaguá, Rio de Janeiro, consiste de um motor MWM 4.10 TCA Turbo Aftercooler de 108 CV de potência. O motor tem quatro cilindros em linha com uma cilindrada total de 4,3 litros. O sistema de injeção é mecânico, modelo AS2000 da Bosch, o que faz um conjunto favorável à conversão para óleo vegetal. Este modelo de bomba injetora da Bosch é do tipo injeção em linha. A taxa de compressão do motor é 16,3:1.

O processo de desenvolvimento e transferência da tecnologia foi realizado pela empresa Lamers Equipamentos Industriais (www.lpmdobrasil.webs.com) consultora do projeto.

Para a conversão foi usada a tecnologia da Elsbett Holanda, empresa conhecida no mercado internacional pelo trabalho em motores diesel, utilizando óleos vegetais. A tecnologia é bem comprovada na Europa sendo convertidos mais do que 30.000 motores.  O interesse por esta tecnologia aumentou muito nos últimos anos nos mercados de energia limpa, especialmente após a falta de apoio dos governos Europeus ao produtor de biodiesel.  

Normalmente o óleo vegetal usado na Europa é de canola ou girassol. No experimento no Rio de Janeiro vamos usar inicialmente óleo de soja o que é uma novidade para o uso da tecnologia Européia.

O objetivo do projeto é transferir a tecnologia de conversão para o Brasil, usando combustíveis vegetais locais sem a necessidade de produzir biodiesel. Numa segunda instancia o projeto quer usar os óleos residuais purificados usando a tecnologia da mini usina da LPM do Brasil, disponibilizadas no projeto FAPERJ anterior.

Para os motores convertidos utilizarem óleo vegetal reciclado, o produto tem que obedecer às normas européias DIN de utilização como combustível direto em motores diesel.   

A conversão do motor gerador da Locastrom levou três dias de trabalho. O projeto escolheu esta empresa pela capacidade profissional da oficina que ela tem para poder receber a tecnologia, e o fato que ela é equipada com as facilidades de testes de carga dos motores na oficina.

Nos próximos meses o motor gerador convertido vai ficar dentre da empresa Locastrom para gerar a energia própria e realizar os testes necessários para alcançar os objetivos do projeto.

O motor gerador foi testado no fim da conversão utilizando várias cargas de uns 30% da capacidade do motor até plena carga, utilizando diesel e óleo de soja, observando o comportamento do motor. Ficou comprovado que o motor não perde potência alguma em plena carga usando óleo vegetal puro. Neste sentido o uso de óleo vegetal tem a preferência em comparação com biodiesel ou misturas de biodiesel e diesel, combustíveis que fazem perder a potência do motor.

Acima os vídeos de depoimento da Locastrom Grupos Geradores e do moto gerador em funcionamento de + de 1000 horas