AVALIAÇÃO DE UM MOTOR DO CICLO DIESEL OPERANDO COM ÓLEO DE DENDÊ
PARA SUPRIMENTO ENERGÉTICO EM COMUNIDADES RURAIS
Ednildo Andrade Torres
Universidade Federal da Bahia/Escola Politécnica/DEQ/Laboratório de Energia
Rua Aristides Novis, 2 Federação – Salvador – Bahia
71-336-1288 ramal 125 fax 71 247-3410 [email protected]
RESUMO
Este artigo faz uma análise sobre a
implantação da cultura do dendezeiro, Elaeis
Guineensis, no Brasil, com particularidade para o
Estado da Bahia, mostrando o atual estágio da
tecnologia de beneficamente, os diversos tipos de
indústrias existentes, e uma avaliação técnica de um
motor de combustão interna, ciclo diesel, operando
com óleo de dendê na forma in natura como
combustível. Analisa também o comportamento da
potência desenvolvida e o consumo específico para o
motor operando com 50, 75 e 100% da carga
nominal em função da rotação.
ABSTRACT
This article makes an analysis on the implantation of
the culture of the palm, Elaeis Guineensis, in Brazil,
with particularitity for the State of the Bahia,
showing the current period of training of the
technology of beneficially, the diverse types of
existing industries, and an evaluation technique of an
engine of internal combustion, from diesel’s cycle,
operating with oil of palm in the form in natura as
fuel. It also analyzes the behavior of the developed
power and the specific consumption for the engine
operating with 50, 75 and 100% of the ate load in
function of the rotation.
INTRODUÇÃO
Conhecido no Brasil como dendezeiro, a
palma africana ou palma aceitera, cujo nome
científico é Elaeis Guineensis, é originária da África,
e foi introduzido no Brasil no período colonial, pelos
escravos africanos. As sementes foram plantadas no
litoral e recôncavo baiano, onde encontrou as
condições de solo e clima para o seu
desenvolvimento. Durante séculos, a cultura era
somente para atender as necessidades da culinária
regional, nesse período, a produção era
essencialmente artesanal.
O aumento crescente do consumo do azeite
de dendê, não foi acompanhada pelo o da produção
devido ao processo rudimentar de processamento. O
aumento da demanda provocou a evolução do
processo de extração, passando do antigo pilão para
o roldão acionado por animal e em seguida,
motorizado. A parti da década de 50, com o
processo de industrialização do Brasil, a demanda
aumentou sendo necessário o desenvolvimento do
processo industrial.
Posteriormente,
foram
introduzidas
sementes de qualidade genética melhorada, do
híbrido “tenera”, e inicia o plantio de grandes área
com tecnologias modernas capitaneadas por
empresas privadas.
Atualmente existe uma capacidade ociosa
da industria maior que 50%. A falta dos frutos para
atender as necessidades da indústria, na Bahia, darse, basicamente, por dois motivos: inicialmente, os
dendezais existentes ainda são em grande parte
povoado com plantas de baixa produtividade; e em
segundo lugar; o preço baixo do produto.
Apesar das grandes empresas possuírem
suas próprias plantações, estas não atendem as
necessidades para a plena produção industrial, sendo
obrigadas adquirirem a matéria-prima junto aos
pequenos produtores.
A cultura da palmácea tem grandes
vantagens entre as quais cita-se: a capacidade de
geração de empregos; geração decentralizada de
energia preservação do ecossistema; melhoria da
distribuição de renda; desenvolvimento sustentável,
entre outros.
Entre as plantas oleaginosas a cultura do
dendê é de maior produtividade com um rendimento
de 4 a 6 toneladas de óleo/ha.
Na região amazônica, o principal produtor é
o Estado do Pará, que iniciou o cultivo no final da
década de 60, sendo hoje o principal produtor do
país.
O Brasil é atualmente o terceiro produtor de
óleo de palma da América latina, onde destacam-se a
Colômbia em primeiro e o Equador no segundo
lugar.
A participação do Brasil na produção
mundial de óleo de palma foi de apenas 0,53%, em
1998, segundo a dados da Oil World, e a Bahia a
segunda produtora do país.
Além do óleo de palma, seu principal
produto, ainda pode-se extrair o óleo palmiste
oriundo da amêndoa, tendo um subproduto, a torta
que se destina a ração animal.
No processamento dos frutos de dendê são
produzidos resíduos sólidos que podem gerar
energia térmica ou elétrica para a própria unidade
industrial ou para uso nas comunidades rurais.
Este trabalho é uma tentativa do
aproveitamento do óleo de palma para geração de
energia mecânica e ou elétrica sendo o combustível
utilizado na sua forma in natura, em um motor do
ciclo diesel, sendo o óleo apenas filtrado para
eliminar partículas em suspensão.
PRÓ-DENDÊ X INDUSTRIALIZAÇÃO
O Programa Pró-dendê foi constituído pelo
Governo do Estado da Bahia, pelo Decreto 3.270 de
07/12/1989, para tornar o Estado o primeiro
produtor nacional . A meta era plantar 50 mil
hectares na década de 90 e mais 50 mil até o ano de
2010. Além da parte agrícola, estava prevista a
instalação de 120 micro usinas de processamento
com capacidade de 1,0 tonelada de óleo por hora e
outras cinco com capacidade de 30 mil t de óleo/h
[TORRES E. A . et all. ,1984. TORRES E. A . et all,
1992.
De
acordo
com
as
estimativas
[ALCOFORADO F. et alli, 1990, SANTOS A . O . e
SOUZA R. C., 1984].
3, 4], a renda per capita da população rural
seria elevada, sendo uma alavanca para o
desenvolvimento regional com um custo de
investimento de aproximadamente 4.000,00 US$ por
emprego gerado, aplicados durante os 20 anos. Além
da produção do dendê seriam cultivadas lavouras de
subsistência como feijão, arroz, mandioca, milho,
frutas etc., especialmente durante os primeiros anos
da implantação da cultura definitiva.
Por outro lado, no atual processo de
desenvolvimento industrial da Bahia, foi anunciada a
recente instalação do Complexo Ford, e estima-se
um investimento da ordem de US$1,3 bilhão para
gerar cerca de 55.000 empregos, segundo as
estimativas mais otimista. Se essas premissas
acontecerem a contento ter-se-á um investimento per
capito de 23.600US$/emprego gerado. Mas ainda é
mais grave se considerado o investimento do Pólo
Petroquímico do Nordeste, em Camaçari, Bahia,
segundo [ALCOFORADO F. et alli, 1990] o valor
atual seria estimado em US$6,5 bilhões para gerar
segundo as estimativas mais atuais de 20.000
empregos (5.000 diretos e 15.000 indiretos), então o
investimento per capita seria o eqüivalente a
325.000,00 US$/emprego gerado.
Fica evidente que o investimento que não
foi realizado no Pró-Dendê, só agravou a situação
sócio-econômica do Brasil, em particular no Estado
da Bahia. A efetivação do programa além de trazer
benefícios para o homem do campo e as cidades de
pequeno e médios porte, iria contribuir de forma
decisivas para a região com a melhoria da renda e
ajudar na diminuição do desmatamento e a
substituição dos campos degradados, portanto, uma
política de desenvolvimento sustentável com geração
de empregos, riquezas e energia descentralizada .
PROCESSAMENTO DO DENDÊ
O dendê desponta como uma alternativa ao
desenvolvimento sustentável para a região sul da
Bahia e para parte da Amazônia. A cultura é de ciclo
de vida longa (25 a 30 anos) e para a variedade
tenera é de alta produtividade, 25 t de cachos de
frutos por hectare ano, eqüivalendo a cerca de 4 a 6
t/óleo.ha.ano. Esse volume é cerca de dez vezes
maior que o extraído da soja, o dobro do coco,
quatro vezes mais que o produzido pela cultura do
amendoim. A produção dos cachos acontece durante
todo o ano, mas, aumenta nos meses de novembro a
maio. A cultura adapta-se em clima úmido com altos
índices pluviométricos (acima de 1.200 mm/ano),
solos pobres e de alta insolação (mais que
1.800h/ano).
Nas regiões escolhidas para o cultivo do
dendê existia no passado mata atlântica e pelo
processo de devastação a floresta fora dizimada. O
cultivo pode estabelecer uma cobertura arbórea,
protegendo os solos contra a lixiviação, erosão,
convivendo com plantações de menor porte durante
a fase inicial e contribuindo com o balaço hídrico e
climatológico e no processo da fotossíntese.
Clarificação – O óleo bruto que sai da
etapa anterior, deverá ser processado separando o
óleo de palma da borra. Esta separação é realizada
com o aquecimento do óleo bruto com vapor de
baixa pressão.
DENDÊDIESEL
A Palmácea inicia a produção a partir do 4º
ano e atinge o estado adulto após o 7º ano com plena
produção até a sua eliminação após ao 30º ano.
Após a crise do petróleo na década de
setenta, o Governo Federal criou o Pró-álcool e o
país adotou como substitutivo para a gasolina.
Portanto, para motores do ciclo Otto tinha-se
encontrado a alternativa energética. Mas para o óleo
díesel não acontecera uma ação similar, porém,
várias experiências foram tentadas. Inicialmente, os
testes foram com misturas de óleos vegetais com
álcool em proporções variadas [ SANTOS A . O . e
SOUZA R. C., 1984]
Após o corte, os cachos têm que serem
imediatamente transportados e processados, antes de
24 horas, para não acidificar e perder qualidade.
Na atividade industrial as etapas do
processamento são:
Esterilização – O cacho do dendê após o
corte e transporte é cozido a temperatura de 100ºC e
baixa pressão do vapor;
Debulhamento – Depois de cozido o fruto
é separado do cacho com um debulhador mecânico
acionado por um motor de combustão interna ou
elétrico;
A Segunda tentativa foi a obtenção de um
éster pelo processo de transesterificação ou pelo
craqueamento catalítico.
Digestão – Tem a finalidade o
esmagamento da polpa, sem afetar a semente ou o
óleo de palma.
No primeiro processo é modificada a
estrutura molecular do óleo, gerando um éster com
desempenho semelhante ao óleo diesel. A França é
uma das pioneiras juntamente com a Bélgica na
década de 40 e, posteriormente, o CTA – Centro
Tecnológico da Aeronáutica, trabalhou com ésteres
Prensagem ou Extração – O produto
obtido da digestão ou seja, amêndoas e polpa é
submetido numa pressa hidráulica de onde sai o óleo
Cachos do Estoque
Resíduos 2+2
1
Água
Vapor
Esterilizador
Caldeira
Tanque de
Armazenador
2
Condensado
4
8
Debulhador
Resíduos 1
Prensa Hidráulica
7
Vapor
3
M
M
5
Óleo
Bruto
Digestor
M
Condensado
Resíduos 2
6
Figura 01 - Fluxograma simplificado do processamento do óleo de palma
de palma e os resíduos (fibras e amêndoas).
processando a partir do óleo de soja e algodão.
O craqueamento catalítico é um processo
que gera um hidrocarboneto quando o óleo vegetal
em presença de um catalisador específico recebe um
tratamento térmico entre 400 e 500ºC [MARETIC,
V., 1984.[6] OLIVEIRA H. P., 1986].
Em ambos os processos o rendimento do
óleo varia entre 70 e 80%. A geração do resíduo
diminui a rentabilidade e dificulta a viabilidade
econômica.
No final da década de oitenta e
posteriormente nos anos noventa surgiram motores
que operavam com multi-óleos, porém, com custos
elevados. O passo seguinte seria tentar viabilizar um
motor que operasse com o óleo na forma in natura.
Nesse sentido existiam informações que alguns
motores do ciclo diesel operam em países produtores
do óleo de palma da África. Sendo assim o passo
seguinte foi tentar operar um motor de pequeno
porte que atendesse a uma família ou a uma pequena
comunidade rural.
Na Bahia existem cerca de 600 mil
propriedades rurais, das quais cerca 15% são
eletrificadas. Esta situação pode aumentar a
migração de populações sem ou com pouca
escolaridade para as grandes cidades aumentando a
pressão social.
REALIZAÇÃO DOS TESTES
O estudo foi realizado com um motor do
ciclo diesel, da marca Agrale model M-80,
apropriado para a zona rural, especialmente para ser
acoplado em pequenos geradores elétricos ou para
geração de energia mecânica para implementos
agrícolas.
Foi utilizado um dinamômetro da marca
Shenck, com controle eletrônico. O procedimento
dos testes com o motor foi mantê-lo com rotação
constante, com cargas variando em 50% 75% e
100%.
COMBUSTÍVEL
O combustível utilizado foi óleo de palma
adquirido no mercado baiano, sendo apenas filtrado.
Na tabela 01 são apresentadas
características do óleo de palma e outros.
as
CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS DO MOTOR
TESTADO
O motor utilizado para os testes foi da
marca Agrale modelo M80, refrigeração a ar, 4
tempos, 1 cilindro vertical, diâmetro do pistão 80
mm, curso de pistão 100 mm, 503 cm3 de cilindrada,
7CV, partida manual, injeção indireta, e taxa de
compressão 1:20. O gráfico 01 mostra a potência
(kW ou CV) versus rotação (rpm), fornecido pelo
fabricante
DINAMÔMETRO
O Dinamômetro utilizado no teste foi da
Marca Schenck, modelo 210, com controle
eletrônico, com medidas de rotação, temperatura,
pressão, consumo e potência.
PROCEDIMENTO DOS TESTES
Todos os testes realizados com o motor
M80 foi utilizando o óleo de dendê com combustível
único. Nos testes foi adotado a rotação constante
(n=cte), para ter estabilidade no conjunto ensaiado.
A potência do motor variou de 100, 75 e 50% da
potência máxima. A rotação do motor foi testada
TABELA 01 - Tabela 01 Características dos óleos vegetais.
Características
Dendê
Diesel
Algodão
Amendoim
(5)
(1)
(2)
(3)
PCS kJ/kg
40.708 45.343
38.958
39.372
Enxofre (%)
0,5 a 1
0,03
0,01
Peso Específica
0,8
0,9181
0,9139
(20ºC)
Ponto de Fulgor
260
308
316
(ºC)
Viscosidade(ST
39,6
35,65
39,30
37,8ºC)
Relação H/C
0,153
0,143
0,154
0,154
Fonte MELO E. E. de S.M. e GUIMARÃES M. F, 1984.
Babaçu
(4)
37.974
0,02
0,9187
Mamona
(6)
37.429
0,02
0,9602
Soja
(7)
39.489
0,02
0,9205
238
295
318
30,18
285,5
34,11
0,163
0,146
0,150
para os padrões indicado pelo fabricante, até
2400rpm.
Os
principais
parâmetros
monitorados
máxima indicada pelo fabricante, iste deveu-se pelo
fato do motor não ser novo assim como também os
dados do fabricante é para o motor operando com
óleo diesel.
foram:
Rotação do motor; Torque; Consumo de
combustível; Temperatura dos gases de escape;
Temperatura do Cabeçote; Potência; Temperatura do
ar de refrigeração, Nível e coloração do Óleo
lubrificante; Gases de Escape e Vibração.
RESULTADOS
Por limitação de espaço foram apresentados
apenas os gráficos de rotação em função do consumo
específico e potência fornecida pelo motor.
Para o motor operando com 50% da carga
os valores são mostrados no gráfico 02. Verifica-se
que a potência medida variou de 2 a 3,53 CV e o
consumo especifico de 0,271 a 0,303 kg/CV.h. Para
o motor operando com 75% da sua carga nominal os
valores são apresentados no gráfico 03. Verifica-se
que a potência medida variou de 3,14 a 5,14 CV e o
consumo especifico de 0,247 a 0,259 kg/CV.h. .
Para o motor operando com 100% da sua carga
nominal os valores são apresentados no gráfico 04.
Verifica-se que a potência medida variou de 4,19 a
6,74 CV e o consumo especifico de 0,235 a 0,272
kg/CV.h. No teste o motor não atingiu a potência
As temperaturas também foram medidas e
para o motor operando com 50% da carga, no
cabeçote variou de 104 a 109ºC e os gases de escape
variou de 191 a 250ºC. As temperaturas medidas
para o motor operando com 75% da carga, no
cabeçote variou de 118 a 126ºC e os gases de escape
variou de 236 a 318ºC. As temperaturas medidas e
para o motor operando com 100% da carga, no
cabeçote variou de 112 a 136ºC e os gases de escape
variou de 318 a 411ºC.
ANÁLISE DOS RESULTADOS E
CONCLUSÃO
Para o motor operando com carga máxima
verificou-se um diferença de potência de 5 a 15%
quando operado com óleo de dendê, com relação ao
óleo diesel. Entretanto, apesar da diminuição da
potência ainda é uma vantagem operação desta
máquina numa propriedade rural onde não dispõe de
energia elétrica com fornecimento garantido pela
concessionária. Outro fator importante a ser
observado é o fato da fonte energética ser produzida
na própria propriedade rural.
Se implantada a cultura do dendê iria
contribui
de
maneira
decisiva
para
o
desenvolvimento sustentável para a região. Pois
Gráfico 04- Motor com 100% da Carga
8
0,4
Potência(CV)
7
Consumo
Específico(kg/CV.h
6
5
4
0,3
3
2
0,25
1
0
1000
1200
1400
1600
1800
Rotação (rpm)
2000
2200
2400
0,2
1000
1200
1400
2
0,3
1,5
0,25
Potência(CV)
Consumo Específico(kg/CV.h)
1400
1600
1800
Rotação (rmp)
2200
2400
0,4
6
Potência
Consume Específico
0,35
Consumo Específico
(kg/CV.h)
0,35
Potência (CV)
3
2,5
Consumo Específico
(kg/CV.h)
Potência (CV)
7
1200
2000
8
0,4
4
0
1000
1800
Gráfico 03 - Motor com 75% da Carga
3,5
1
1600
Rotação (rmp)
Gráfico 02 - Motor com 50% da Carga
0,5
0,35
Consumo Específico
(kg/CV.h)
Potência (CV)
Potência ((CV)
Gráfico 01 - Motor 100% com Diesel
8,00
7,00
6,00
5,00
4,00
3,00
2,00
1,00
0,00
5
0,3
4
3
0,25
2
1
2000
2200
0,2
2400
0
1000
0,2
1200
1400
1600
1800
Rotação (rmp)
2000
2200
2400
além da produção de produtos agrícolas seria gerada
a energia na própria região. Entretanto, isto não
significa que a concessionária de energia elétrica não
possa contribuir energizando a região.
Ampliar os testes com máquinas maiores
será certamente um fator importante para identificar
a viabilidade do uso do óleo de dendê na forma in
natura em motores de combustão interna do ciclo
diesel.
PALAVRAS CHAVES:
Motor de combustão interna, óleo de dendê,
Energia alternativa, Energia renovável.
AGRADECIMENTOS
O autor agradece a FEP – Fundação Escola
Politécnica, o CEPED – Centro de Pesquisas e
Desenvolvimento do Estado da Bahia, ao Eng.
Ernesto Paulo Cencin, e os alunos de engenharia
mecânica da UFBA, que contribuíram para a
realização do projeto.
REFERÊNCIAS
[1] TORRES E. A . et all. La micro planta
en la agroindustria de palma aceiteira - La
experiencia Brasileña, IIIª mesa redonda da FAO Belém - 1984.
[2] TORRES E. A . et all. Pulsating
combustion of palm oil fruit bark - FUEL vol. 71
march 1992.
[3] ALCOFORADO F. et alli, Relatório
sobre a Implantação da Cultura do Dendê na
Bahia, Salvador 1990.
[4] SANTOS A . O . e SOUZA R. C. Óleos
vegetais em substituição ao óleo diesel como
combustível, III Congresso Brasileiro de Energia,
Rio de Janeiro, 1984.
[5] MARETIC, V. Aceite de diesel se
aceite palma: viabilidade e tecnologia. IIIª mesa
redonda da FAO - Belém - 1984.
[6] OLIVEIRA H. P. Micro Usina para
Extração de Óleo de Dendê, CEPED Informe
Técnico Número 17, Camaçari, 1986.
[7] MELO E. E. de S.M. e GUIMARÃES
M. F. Reflexões sobre a utilização do óleo de
mamona em substituição ao óleo diesel, Secretaria
de Minas e Energia da Bahia, Salvador, 1984.
[8] FUNDAÇÃO CPE A Indústria de
óleos vegetais e Rações na Bahia, Série Estudos e
Pesquisas 07, Centro de Projetos e Estudos – CPE,
Salvador, 1988.
[9] CENBIO Noticia Mistura álcooldiesel: um projeto viável Ano 1 nº 4 1998.
[1]0 CENBIO Noticia Óleo de Palma, a matéria
prima do século XXI, Ano 2 n