BRPI0804705A2 - fluidos vegetais isolantes e seu processo de obtenção - Google Patents

Abstract

FLUIDOS VEGETAIS ISOLANTES E SEU PROCESSO DE OBTENçãO, descreve-se a presente patente de invenção como fluidos vegetais isolantes e seu processo de obtenção que, de acordo com as suas características, propicia a produção de fluidos vegetais à base de óleos vegetais, preferencialmente óleos vegetais de milho, nabo forrageiro, buriti, pinhão manso, mamona e babaçu, aplicáveis como fluidos isolantes em equipamentos elétricos, como transformadores de distribuição e de potência, reguladores de tensão, disjuntores e chaves a óleo, com vistas a possibilitar de forma otimizada a obtenção de uma composição química por meio de um processo de obtenção, compreendendo óleos vegetais, preferencialmente óleos de milho, nabo forrageiro, buriti, pinhão manso, mamona e babaçu, adequadamente tratados, misturados ou não entre si, e possuindo um ou mais aditivos específicos.

Description

"FLUIDOS VEGETAIS ISOLANTES E SEU PROCESSO DE OBTENÇÃO"

Refere-se a presente patente de invenção a fluidos isolantes, maisespecificamente a fluidos vegetais isolantes e seu processo de obtenção que, deacordo com as suas características gerais, possui como princípio básico propiciar aprodução de fluidos dielétricos à base de óleos vegetais, preferencialmente óleosvegetais de milho, nabo forrageiro, buriti, pinhão manso, mamona e babaçu,aplicáveis como fluidos isolantes em equipamentos elétricos, como transformadoresde distribuição e de potência, reguladores de tensão, disjuntores e chaves a óleo,com vistas a possibilitar de formà otimizada a obtenção de uma composiçãoquímica por meio de um processo de obtenção, compreendendo óleos vegetais,preferencialmente óleos de milho, nabo forrageiro, buriti, pinhão manso, mamona ebabaçu, adequadamente tratados, misturados ou não entre si, e possuindo um oumais aditivos específicos e, tendo como base, fluidos vegetais isolantes comresistência, durabilidade e versatilidade adequados a aplicação a que se destinam.

Com formulações e etapas de produção específicas, características de praticidadeno manuseio e nas aplicações para melhor adaptação e segurança dos usuários, decustos acessíveis e, devido às suas características gerais, facilmente adaptável auma vasta gama de óleos vegetais, transformadores, reguladores, disjuntor.es echaves a óleo.

Atualmente, com as enormes dificuldades de fornecimento de óleosminerais isolantes (OMI) pelo mundo, aliada a necessidade de fluidosbiodegradáveis e com alto ponto de combustão, fontes alternativas aos óleosminerais isolantes têm sido constantemente procuradas e ofertadas, principalmentepara o setor elétrico.

Na década de noventa uma classe de fluidos isolantes obtidadiretamente a partir do óleo vegetal foi desenvolvida para uso em transformadores,sendo os mesmos denominados de fluidos ecologicamente corretos devidoprincipalmente a sua característica biodegradável e renovável. Além disso, estesfluidos preenchem todos os requisitos de um fluido isolante de alta temperatura,pois os ésteres de ácidos graxos (óleo vegetal) apresentam altos pontos decombustão, o que os torna menos inflamáveis em comparação aos óleos mineraisisolantes, aumentando a segurança ao incêndio.

Cabe ressaltar, que o óleo vegetal é formado por moléculas deacilgliceróis, que são originárias da condensação entre ácidos graxos e o glicerol(tri-álcool), formando ésteres de ácidos graxos. Assim, estes compostos sãoclassificados em mono, di ou triacilgliceróis, dependendo se uma, duas ou trêsmoléculas de ácido graxo se associam covalentemente ao glicerol, respectivamente,formando ésteres de ácido graxo. É importante salientar ainda que os triacilgliceróispodem ser formados por ácidos graxos iguais ou diferentes entre si, dependendo daorigem da matéria prima, e podem ser classificados em saturados ou insaturadosquando da ausência ou presença de ligações duplas, respectivamente, na cadeia dosgrupos acilas (R).

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Devido à natureza química, os ésteres apresentam grande afinidadecom a água. Esta propriedade contribui para o aumento da vida útil da isolaçãosólida em transformadores. Resultados de estudos de envelhecimento acelerado emlaboratório mostraram que o papel Kraft isolante tem sua vida estendida napresença de óleos de base vegetal em comparação aos transformadores isoladoscom óleo mineral. A água, quando presente no óleo vegetal, é consumida noprocesso de hidrólise do triacilglicerol gerando ácidos graxos livres de cadeialonga. Este mecanismo de hidrólise favorece o deslocamento de mais moléculas deágua do papel isolante para o fluido vegetal isolante, para manter o equilíbrioquímico, ou seja, este deslocamento das moléculas de água promove de uma formaindireta, a secagem do papel Kraft isolante. Adicionalmente, os compostos ácidosgraxos livres, formados a partir da hidrólise do triacilglicerol, podem reagir com ashidroxilas da celulose do papel Kraft isolante, via reação de esterificação,impedindo a degradação da celulose por estes sítios ativos evitando, dessa forma, adegradação precoce da isolação sólida.

Por serem isentos de compostos de enxofre, não existem riscos defalhas de equipamentos elétricos isolados a óleo vegetal devido ao enxofrecorrosivo, fato corriqueiramente ocorrido em equipamentos isolados com óleosminerais isolantes contendo compostos desta natureza, como dodecil benzildisulfeto ou DBDS.

Os fluidos isolantes obtidos a partir de ésteres naturais apresentamexcelente desempenho dielétrico. A rigidez dielétrica é da mesma magnitude que ado óleo mineral isolante, do silicone e de fluidos à base de hidrocarbonetosdesenvolvidos para aplicações em altas temperaturas.

A normatização dos óleos vegetais isolantes no Brasil iniciou-se emnovembro de 2006 por meio da norma ABNT NBR 15422 que trata daEspecificação de óleo vegetal isolante novo, sendo que, a mesma foi elaborada combase na norma ASTM D6871-03 e no estudo da força tarefa FT-02 - GT D 1.01 -CIGRÉ, responsável pela definição dos ensaios de aceitação deste novo fluido. Osóleos vegetais isolantes novos quando ensaiados segundo os métodos indicados nanorma ABNT NBR 15422 devem apresentar as características e os valores limitesespecificados na Tabela 1 abaixo, características e valores de referência para o óleovegetal isolante novo (ABNT NBR 15422, 2006). Ou seja, para ser usado comofluido isolante, o óleo vegetal deve apresentar características mínimas, quecorrespondem as descritas nesta tabela, e para ser aceito como óleo vegetal isolante,o fluido deve atender obrigatoriamente a todas as características mínimas, com seusrespectivos valores limites, descritas na mesma tabela.

Analisando os limites estipulados na norma ABNT NBR 15422, deuma forma geral, todos os óleos vegetais, com exceção de poucos, como o óleo demamona, apresentam naturalmente viscosidades inferiores a 50 cSt a 40 0C; sãonaturalmente isentos de enxofre e de bifenilas policloradas (PCB) e apresentamnaturalmente pontos de combustão superiores a 300 0C. Desta forma, os parâmetrosque precisam ser ajustados para transformar um óleo vegetal em um fluido isolantesão: teor de água, fator de perdas dielétricas, índice de neutralização, rigidezdielétrica e ponto de fluidez, este último se necessário, pois a necessidade de ajustedependerá da temperatura do local e/ou região aonde o óleo permanecerá estocado.Se o óleo vegetal apresentar uma viscosidade superior a 50 cSt, a 40 0C, como é ocaso do óleo de mamona, o ajuste da viscosidade para adequar este fluido ao valorlimite da norma ABNT NBR 15422 pode ser feito, por exemplo, pela simplesmistura com óleos que apresentam viscosidades inferiores, em quantidadessuficientes para gerar uma mistura final com viscosidade inferior a 50 cSt, a 40 0C.

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A aplicação de óleos vegetais isolantes para transformadores no Brasilteve início por volta do ano de dois mil, sendo que atualmente são comercializadossomente dois produtos, com os nomes fantasia de Envirotemp FR3 e Biotemp,sendo que, o fluido Envirotemp FR3 da empresa Cooper Power Systems éproduzido a partir do óleo de soja e possui a patente de invenção brasileira PI96120975 e o Biotemp da empresa ABB é produzido a partir do óleo de girassolcontendo um alto teor de ácido oléico, superior a oitenta por cento, e possui apatente de invenção americana US 5,949,017. O Biotemp possui viscosidade eponto de fluidez superiores ao Envirotemp FR3, no entanto, a característica quediferencia muito bem os dois fluidos é o ensaio de estabilidade à oxidação. Adeterminação da estabilidade à oxidação pelo método da bomba rotatória forneceum tempo de aproximadamente sete minutos para o Envirotemp FR3 e deaproximadamente cento e dez minutos para o Biotemp. Pelo conhecido método doRANCIMAT, o Envirotemp FR3 apresenta, a 130 0C, um período de indução deaproximadamente três horas e o Biotemp de aproximadamente vinte e oito horas.

Duas concessionárias brasileiras de energia elétrica estão realizandotestes utilizando o óleo vegetal isolante em equipamentos elétricos de potência. ACompanhia Energética de Minas Gerais (CEMIG) colocou em operação o primeirotransformador do mundo que funciona totalmente a óleo vegetal. O transformadorfoi desenvolvido em parceria com o fabricante de equipamentos ABB e utiliza oóleo vegetal Biotemp também para as buchas de alta tensão, que isolamexternamente os controladores de energização do aparelho, assim como os cabos deentrada da energia, com tensão elevada. O mesmo o óleo vegetal isolante é utilizadona chave comutadora, responsável pela regulação dos níveis de tensão entreguepelo equipamento aos consumidores. Este equipamento está em operação desdeagosto de dois mil e seis para consumidores de baixa e média tensão. A CEMIGtambém instalou em maio de dois mil e sete dois transformadores com óleo vegetalBiotemp para atendimento à iluminação pública e a consumidores.

As Centrais Elétricas do Norte (ELETRONORTE) e a filial brasileirada estatal francesa AREVA desenvolveram em conjunto, o primeiro reator à basede óleo vegetal do mundo, sendo este equipamento isolado com o fluidoEnvirotemp FR3. Antes disso, somente alguns transformadores com classes detensão inferiores usavam este tipo de óleo no Brasil e no mundo.

A Companhia Paranaense de Energia - COPEL, também colocou emoperação esta nova tecnologia usando o óleo vegetal isolante Envirotemp FR3 emtransformadores de distribuição operando confinados em câmaras especiais.Atualmente, é conhecida uma restrita variedade de publicaçõesrelacionada diretamente a óleos vegetais isolantes, assim como alguns poucospedidos de patentes e patentes concedidas. Desta forma, descrevem-seresumidamente as estas patentes encontradas nas buscas realizadas nos bancos depatentes, entre as quais:

- A patente americana US 4,437,082 contempla um sistema instaladodiretamente no transformador, compreendendo dois reservatórios em série, externosao tanque, para tratar (degaseificar, secar e filtrar) continuamente o líquidodielétrico constituído por óleo mineral, silicone e hidrocarbonetos de alta massamolar. O meio usado para degaseificar o fluido compreende uma membrana depermeação de material polimérico, por onde passam os gases de baixa massa molarcomo hidrogênio, monóxido de carbono e dióxido de carbono visando reduzir oconteúdo de gás contaminante no fluido dielétrico. O material filtrante preferidopara secar o líquido dielétrico compreende uma resina dessecante comercial HCR-W2. Para a função filtrar, visando à remoção de partículas, é citado o uso de vidroporoso, argilas de filtração ou resinas granulares empacotadas. Desta forma, apatente citada não se enquadra como estado da técnica do presente processo depatente, pois o processo reivindicado não requer o uso de membranas e os materiaispara secar e filtrar o fluido dielétrico vegetal são de natureza química diferente.

-A patente americana US 4,536,331 descreve a obtenção de umfluido dielétrico, para uso em capacitores, a partir do óleo de soja refinado, combaixo teor de acidez e com ponto de fulgor em torno de 325 0C. Este óleo éaditivado com um antioxidante, o BHA (2 e 3 terc-butil-4-hidroxianisol), naconcentração de 0,05 a 10% em peso e com um composto absorvedor de peróxidose hidrogênio na concentração de 0,1 a 50% em volume. Como compostosadsorvedores de hidrogênio e peróxido são citadas as classes de deceno, dodeceno,tetradeceno e hexadeceno. Não é feita menção ao nível de acidez aceitável; àspropriedades físico-químicas para o óleo de soja refinado utilizado como matériaprima na produção do óleo vegetal isolante; ao processo de tratamento utilizadopara transformar o óleo vegetal de soja em fluido isolante; e as características doproduto final obtido, o óleo vegetal isolante. Desta forma, a patente citada não seenquadra como estado da técnica do presente processo de patente.

- A patente japonesa JP 61042816 compreende um óleo vegetalisolante, obtido a partir dos óleos de algodão, soja, canola ou mamona, misturadoscom 20% ou mais de um éster alifático dibásico, que é um aditivo usado para baixaro ponto de fluidez do óleo, tendo a mistura final um baixo ponto de fluidez. Nãosão mencionados parâmetros de qualidade e/ou de obtenção para os óleos vegetaisisolantes requisitados nessa patente. Desta forma, a patente citada não se enquadracomo estado da técnica do presente processo de patente.

- A patente americana US 4,806,276 descreve o desenvolvimento deum aditivo composto por um flúor-surfactante não iônico e um hidrocarbonetohalogenado que pode ser adicionado a qualquer óleo de transformador, inclusiveóleo vegetal, para aumentar a vida útil do óleo bem como acentuar parâmetrosoperacionais do equipamento. Não é feita menção ao tipo, a natureza química e aqualidade do óleo vegetal que supostamente poderia ser usado em transformadores.Desta forma, a patente citada não se enquadra como estado da técnica do presenteprocesso de patente.

- A patente americana US 5,451,334 descreve a produção de umfluido lubrificante, hidráulico, ambientalmente correto a partir dos óleos de soja ede canola purificados; de um éster (agente abaixador do ponto de solidificação) e deum antioxidante (selecionado de um grupo de antioxidantes), na concentração de0,5 a 5% em peso. Desta forma, a patente citada não se enquadra como estado datécnica do presente processo de patente, pois apesar de ser obtido a partir de óleosvegetais, o produto desenvolvido, óleo lubrificante, tem aditivos, funções epropriedades diferentes de um fluido isolante.

- A patente americana US 5,949,017 contempla um transformadorcontendo um fluido isolante constituído por pelo menos 75% de um ácido graxocom alto teor de ácido oléico composto por pelo menos 75% de ácido oléico,menos que 10% de um ácido graxo di-insaturado (C16-C22), menos que 3% de umácido graxo tri-insaturado (C16-C22) e menos que 8% de um ácido graxo saturado(C16-C22); e 0,1 - 3% de um aditivo antioxidante, sendo o fluido isolantecaracterizado pelas seguintes propriedades: rigidez dielétrica de pelo menos 35KV/100 mil gap, um fator de dissipação menor que 0,05% a 25 0C, uma acidezmenor que 0,03 mg KOH/g e uma condutividade elétrica menor que lpS/m a 25 0C.

Preferencialmente, um fluido dielétrico contendo a seguinte composição: pelomenos 75% de ácido oléico, menos que 10% de ácido linoléico, menos que 3% deácido linolênico, menos que 4% de ácido esteárico e menos que 4% de ácidopalmítico. O fluido dielétrico é composto por um aditivo depressor do ponto defluidez, polimetracrilato; menos de 1% de um aditivo desativador de cobre, umderivado benzotriazol; até 25% de um óleo mineral, éster sintético, hidrocarbonetosintético ou mistura destes. Ou seja, o fluido requisitado nesta patente não é cempor cento formado por óleo vegetal. Ainda segundo a patente, os óleos vegetais comalto teor de oléico podem ser adquiridos de fornecedores de óleos refinados,branqueados e desodorizados (RBD), que precisam então ser purificados paraadequar suas propriedades a de um fluido isolante. O processo de purificação doóleo RBD requerido na patente, usa o tratamento com argilas, que envolveessencialmente o processo de branqueamento usando uma argila neutra. Cerca de10% em peso da argila é misturado com o RBD por pelo menos cerca de 20minutos. O óleo é preferencialmente aquecido a 60 - 80 0C e o sistemapreferencialmente mantido sob agitação. Na seqüência, as partículas de argila sãoremovidas por filtração em filtro prensa, contendo filtros de papel de tamanho deporo de 1 - 5 mu.m. A pureza do fluido é monitorada pela condutividade elétrica,acidez e fator de dissipação. Os autores comentam que outra forma de conduzir apurificação consiste na percolação do RBD por uma coluna preenchida com aargila, entretanto, o processo de agitação seria mais eficiente que o da percolação. Épreferido o uso da argila Atapulgita neutra tipicamente com tamanho de poro de30/60 mesh. A argila é preferencialmente misturada com o óleo quente, sendo amistura agitada por vários minutos, após a argila é separada por filtração, comfiltros sintéticos ou de papel. Desta forma, a patente citada não se enquadra comoestado da técnica do presente processo de patente, pois no presente processo depatente o aquecimento do óleo, no tratamento final com materiais adsorventesseletivos, é evitado para que seja mantida sua completa integridade e estabilidade àoxidação.

- A patente americana US 6,159,913 descreve a produção de óleovegetal isolante a partir da reação química de hidrogenação do óleo de soja. Após ahidrogenação o óleo é submetido a um processo de winterização para melhorar suaspropriedades dielétricas. Aditivos abaixadores de viscosidade são sugeridos, bemcomo aditivos antioxidantes. Prevê também o uso do óleo de soja com alto teor deácido oléico. Desta forma, a patente citada não se enquadra como estado da técnicado presente processo de patente.

- Na patente americana US 6,280,659 foi concedido um método deprodução de um óleo vegetal isolante, sendo este método constituído das seguintesetapas: aquisição de um óleo vegetal ou mistura de óleos contendo altos teores deácido oléico e consistindo essencialmente de um óleo vegetal ou uma mistura deóleos tendo um número de iodo inferior ou igual a 86, preferencialmente menor ouigual a 82; aquecimento do óleo ou mistura de óleos a temperatura entre cerca de 80a 100 0C; purificação do óleo ou mistura de óleos aquecidos para remover todos oscontaminantes polares, ácidos graxos livres e material particulado para produzir umóleo vegetal purificado, onde a etapa de purificação compreende a mistura do óleocom uma mistura de argila e alumina ativada com posterior passagem do óleo porum filtro para retirar a argila e a alumina; degassificação do óleo vegetal purificadopara remover a umidade e gases; e estabilização do óleo vegetal com inibidores deoxidação. O óleo vegetal é selecionado de um grupo consistindo de óleos com altograu de saturação (alto teor de ácido oléico) como os de girassol, canola, mamona,meadowform e jojoba; óleos vegetais altamente insaturados como os de milho,oliva, amendoium, sesame, coco e soja, são indesejáveis, e somente podem serutilizados se o grau de saturação destes óleos for aumentado, para aumentar suaestabilidade e resistência à oxidação. O método para aumentar o grau de saturaçãodestes óleos é o da hidrogenação ou a modificação genética. Adição depassivadores metálicos e de agentes quelantes também é mencionada. O métodopreferido de purificação compreende o aquecimento do óleo vegetal a 90 0C; suamistura com um ou mais adsorventes por 70 minutos sob agitação mecânicacontínua; remoção do adsorvente com filtros com tamanho de poro menor que 5microns; o óleo é então passado por um degaseificador do tipo termo vácuo. Destaforma, a patente citada não se enquadra como estado da técnica do presenteprocesso de patente, pois no presente processo de patente a degaseificação é feitapela utilização de agentes adsorventes, evitando assim o aquecimento do óleo ou aaplicação de pressões reduzidas, como é o caso de uma termo-vácuo.

- Na patente americana US 6,184,459 foi concedido um transformadoronde o líquido dielétrico é composto essencialmente por um produto naturalcomestível, consistindo de um óleo vegetal e um agente químico seqüestrador deoxigênio, onde o óleo vegetal tem uma viscosidade entre 2 a 15 cSt a 100 0C emenor que 110 cSt a 40 0C. O fluido dielétrico pode ser formado por um ou pormais óleos vegetais, e conter um aditivo abaixador de ponto de fluidez, um aditivoantioxidante e um aditivo antimicrobiano, preferencialmente os óleos de soja,girassol, canola, algodão, oliva, açafroa, jojoba, lesquerella e veronia são citados.

Todos com pontos de combustão superiores a 300 0C. Os óleos preferidosapresentam viscosidades entre 2 a 15 cSt a 100 0C e menor que 110 cSt a 40 0C ecapacidade calorífica maior que 0,3 cal/gm/°C. Quanto ao processo de produção dosfluidos dielétricos, cada óleo vegetal deve ser processado para remover a umidadeexcessiva a níveis inferiores a 10% do nível de saturação; para removerparticulados e outros contaminantes, de forma similar às práticas tradicionalmenteutilizadas para o tratamento de óleos minerais isolantes. Os óleos bases tratados sãomisturados para encontrar a composição desejada. A esta mistura de óleos sãoadicionados aditivos antioxidantes, antimicrobianos e depressores do ponto defluidez para melhorar propriedades chaves da mistura. Uma vez que os materiaisforam uniformemente misturados o produto é preferencialmente estocado emsistemas selados ou tanques para uso posterior. Quanto a remoção de partículas oucontaminantes sólidos, é feita menção a sua importância e que, esta remoçãopoderia ser feita pelo uso de meios filtrantes capazes de remover materialparticulado menor que 5 microns. Mas, não são exemplificados tipos de materiaisque poderiam ser utilizados como meio filtrando ou citadas características químicasou físico-químicas destes, e nem características elétricas dos produtos finaisobtidos. Desta forma, a patente citada não se enquadra como estado da técnica dopresente processo de patente.

- Na patente americana US 6,352,655 foi concedido um fluidodielétrico para uso em equipamentos elétricos composto essencialmente de umamistura de óleos vegetais (de grau alimentício), com uma viscosidade entre 2 a 15cSt a 100 0C e< 110 cSt a 40 0C e uma composição redutora de oxidação (um oumais compostos sequestrantes de oxigênio, selecionados de um grupo definido napatente. O fluido dielétrico apresenta ponto de combustão maior que 300 0C e calorespecífico maior que 0,3 cal/g.°C. O fluido dielétrico contém um ou maisantioxidantes; um ou mais agentes antimicrobianos; um ou mais depressores doponto de fluidez. Óleos vegetais adequados, específicos, representativos para uso nainvenção incluem os óleos de mamona, algodão, milho, amendoim, crambe, jojoba,lesquerella, linhaça, oliva, palma, canola, açafroa, girassol, soja e veronia. Napatente não é especificado o tratamento que deverá ser dado ao óleo vegetalcomestível para transformá-lo em fluido isolante. Além disso, todos os óleosvegetais citados se enquadram, naturalmente, na faixa de viscosidade mencionada eo ponto de combustão dos óleos vegetais é, em geral, naturalmente superior a300 0C. A única modificação que os autores fizeram consistiu na adição de umaditivo antioxidante, antimicrobiano e de um abaixador de ponto de fluidez. Destaforma, a patente citada não se enquadra como estado da técnica do presenteprocesso de patente.

- A patente americana US 6,340,658 descreve a obtenção de óleosvegetais isolantes a partir de um óleo base selecionado de um grupo de óleosparcialmente hidrogenados, que apresentam maior teor de ácido oléico em relaçãoaos óleos normais, da mistura destes óleos, ou de um óleo de soja ou de milho comalto teor de ácido oléico, obtido de sementes geneticamente selecionadas oumanipuladas. Ao óleo base é adicionado um aditivo antioxidante e um aditivoredutor de viscosidade (éster derivado dos óleos de palma e coco, e um álcool). Oóleo base pode ser winterizado, para remover compostos de cristalização e assimmelhorar o ponto de fluidez. O óleo base produzido apresenta a seguintecomposição química: ácido palmítico (7,4 - 10,2%); ácido esteárico (4,3 - 6,2%),ácido oléico (35 - 48%); linoléico (34-54%) e linolênico (3,5 - 8%). Desta forma, apatente citada não se enquadra como estado da técnica do presente processo depatente.

- A US americana 6,645,404 requer um fluido isolante com a mesmacomposição descrita na patente americana US 5,949,017 e um processo depurificação do óleo RBD igual ao descrito na patente americana US 5,949,017.Desta forma, a patente citada não se enquadra como estado da técnica do presenteprocesso de patente.

- A patente japonesa JP 60100409 descreve o uso de dispositivosinstalados diretamente no transformador, internos ao tanque na parte superior doequipamento acima do nível do fluido isolante, constituídos por materiaisadsorventes de oxigênio, como pó de ferro, por exemplo, para adsorver o oxigêniodissolvido no fluido dielétrico visando à extensão da vida útil deste. Não sãoespecificados os tipos ou naturezas dos fluidos dielétricos a serem beneficiadoscom este sistema. Desta forma, a patente citada não se enquadra como estado datécnica do presente processo de patente.

- Na patente americana US 6,905,638 é requerido um óleo basecomposto por um ou mais de um óleo vegetal com viscosidade de 2 a 15 cSt a 1000C e < 110 cSt a 40 0C5 sendo um ou mais óleos compostos por um óleo com altoteor de ácido oléico, acrescido de um aditivo antioxidante, um aditivo redutor doponto de fluidez e um aditivo antimicrobiano. O óleo base é caracterizado porapresentar rigidez dielétrica de no mínimo 30 kV, ponto de combustão superior a300 0C e ponto de fluidez entre -15 e 25 0C. Nesta patente não é feita menção aotratamento aplicado para transformar os óleos vegetais em fluidos isolantes. Alémdisso, todos os óleos vegetais se enquadram, naturalmente, na faixa de viscosidademencionada e o ponto de combustão dos óleos vegetais em geral é superior a 3000C. A única modificação que os autores fizeram consistiu na adição de um aditivoantioxidante, antimicrobiano e de abaixador de ponto de fluidez. Mas não sãomencionados resultados quantitativos sobre as melhorias promovidas nestaspropriedades após a adição desses aditivos. Desta forma, a patente citada não seenquadra como estado da técnica do presente processo de patente.

- A patente WO 2007/126207 descreve a obtenção de óleos vegetaisisolantes a partir da reação química de esterificação de uma mistura de óleosvegetais (óleo de soja, 40 a 50%, com óleo de canola, 50 a 60%), com álcool etílico.

A reação química é conduzida entre 140 - 170 0C, por 3-4 horas, na presença deum catalisador (aluminosilicato). A adição de aditivos antioxidantes para melhorara estabilidade à oxidação dos ésteres obtidos é indicada. Desta forma, a patentecitada não se enquadra como estado da técnica do presente processo de patente.

- A patente americana 0069,188 no que tange a transformar os óleosde palma e de soja em fluidos isolantes sugere a conversão dos triacilgliceróis emésteres por meio de uma reação química de esterificação destes óleos com alcoóisalifáticos ou ramificados, tipo Ci - C5 ou C6 - Ci4. Para purificar os ésteres obtidosna reação, os autores sugerem um processo de purificação constituído pelasseguintes etapas: remoção do excesso de álcool; separação da fase composta pelaglicerina; remoção de contaminantes inorgânicos; neutralização; lavagem comágua; destilação; tratamento com argila (argila ativada ou alumina ativada) ouadsorventes inorgânicos e degaseificação. O tratamento com argila ou adsorventesinorgânicos é feito por contato (mistura), entre 20 - 160 0C, por 10 minutos a 10horas, sob pressão atmosférica, reduzida ou atmosfera inerte. Para o processo dedegaseificação os autores sugerem a destilação, sob pressão reduzida, entre 20 -160 0C, por 10 minutos a 10 horas. Convém comentar que para remoção da águapor destilação certamente o óleo deve ser aquecido, o que pode afetar a estabilidadeà oxidação do produto final. Desta forma, a patente citada não se enquadra comoestado da técnica do presente processo de patente.

- A patente brasileira PI 9612097-5 reivindica um transformadorcompreendendo um fluido dielétrico isolante em seu interior, o dito fluido dielétricoconsistindo essencialmente de um óleo vegetal e um antioxidante, caracterizadopelo fato de que o dito óleo vegetal apresenta uma viscosidade de 2 a 5 cSt a 100 0Ce de menos que 110 cSt a 40 0C e de que o fluido dielétrico é biodegradável. O óleovegetal é selecionado a partir de um grupo que consiste dos óleos de soja, girassol,canola, algodão, oliva, açafroa, jojaba, lesquerella e veronia. Além do aditivoantioxidante é prevista a adição de um aditivo antimicrobiano e de um aditivodepressor do ponto de fluidez. Todos os óleos vegetais citados se enquadram,naturalmente, na faixa de viscosidade mencionada e o ponto de combustão dosóleos vegetais em geral é superior a 300 0C. A única modificação que os autoresfizeram consistiu na adição de um aditivo antioxidante, antimicrobiano e deabaixador de ponto de fluidez. Não é feita menção na patente ao processo deobtenção do óleo vegetal isolante e as características elétricas (rigidez dielétrica eperdas dielétricas) dos fluidos vegetais isolantes obtidos. As perdas dielétricas, porexemplo, são as medidas das perdas em um líquido isolante quando este ésubmetido a um campo elétrico alternado. Para um fluido dielétrico novo, comoóleo mineral ou vegetal isolante, este valor está relacionado com a qualidade doproduto e, quanto mais baixo for este valor, mais este se aproxima da condição dedielétrico ideal e, conseqüentemente, as perdas são menores. Os óleos vegetaisisolantes novos têm, normalmente, perdas dielétricas mais altas do que o óleomineral isolante, especialmente em temperaturas mais elevadas. A rigidez dielétricamede a capacidade de um líquido isolante resistir ao impacto elétrico sem falhar.

Para óleos isolantes novos, é um indicativo das condições de manuseio, transporte earmazenagem, a que foi submetido o óleo. Pode, ainda, avaliar o processo desecagem a que o óleo foi submetido. A rigidez dielétrica do óleo vegetal isolantenovo é da mesma magnitude que a do óleo mineral isolante. Desta forma, a patentecitada não se enquadra como estado da técnica do presente processo de patente.

- A patente brasileira PI 0414872-0 requisita um fluido dielétricocompreendendo um hidrocarboneto líquido misturado com um composto à base deéster (ésteres naturais, ésteres sintéticos e suas misturas); no qual o composto a basede éster é derivado de um éster natural selecionado dentre o grupo que consiste dosóleos de soja, girassol, canola, milho, amendoim, óleos de sementes de algodão,meadofoam, ou suas versões de alto teor oléico e suas misturas; no qual o compostoa base de éster é um éster sintético selecionado dentre o grupo que consiste dediésteres, ésteres de poliol e suas misturas; no qual os ésteres de poliol sãoselecionados dentre o grupo que consiste de glicol de neopentil, trimetilolpropano,pentaeritritol, dipentaeritritol e suas misturas. O teor de éster misturado aohidrocarboneto líquido é inferior a 50% em peso em relação ao peso total do fluido.Desta forma, a patente citada não se enquadra como estado da técnica do presenteprocesso de patente.

A patente em apreço caracteriza-se por reunir componentes eprocessos em uma concepção diferenciada, a qual atenderá as diversas exigênciasque a natureza da utilização demanda, ou seja, um fluido vegetal isolante baseadoem óleos vegetais para aplicação em equipamentos elétricos. Concepção esta quegarante um fluido vegetal isolante de grande eficiência, resistência, durabilidade,aplicabilidade, funcionalidade, versatilidade, rendimento, precisão e segurança emrazão das excelentes qualidades técnicas agregadas, o que proporciona vantagens emelhoras nos processos de obtenção e aplicação de fluidos vegetais isolantes e,cujas características gerais diferem das demais formas e modelos de fluidosvegetais isolantes amplamente conhecidos pelo atual estado da técnica.

A presente patente consiste no emprego de fluidos vegetais isolantes eseu processo de obtenção, formado por um conjunto de soluções físico-químicascorretamente incorporadas, compondo um processo de obtenção e composiçõesquímicas próprias e específicas baseadas em óleos vegetais, preferencialmenteóleos vegetais de milho, nabo forrageiro, buriti, pinhão manso, mamona e babaçuadequadamente tratados, misturados ou não entre si, contendo um ou mais aditivosespecíficos e compreende as etapas de especificação da matéria-prima usada naprodução dos fluidos isolantes, tratamento da matéria-prima disponível no mercadovisando adequar suas características físico-químicas e dielétricas às característicasde um fluido dielétrico vegetal, estabilização dos óleos vegetais isolantes de milho,nabo forrageiro, buriti, pinhão manso, mamona e babaçu tratados e preparo defluidos isolantes a partir da mistura dos óleos vegetais de milho, nabo forrageiro,buriti, pinhão manso, mamona e babaçu após tratamento e aditivação, de modo aviabilizar a obtenção de fluidos vegetais isolantes completos e seguros aplicáveiscomo fluido isolante em equipamentos elétricos, como transformadores dedistribuição e de potência, reguladores de tensão, disjuntores e chaves a óleo, sendoespecialmente projetado para estes fins.

Os presentes fluidos vegetais isolantes e seu processo de obtençãobaseiam-se na aplicação de componentes e processos em uma concepçãodiferenciada sem, no entanto, atingir um alto grau de sofisticação ecomplexibilidade, tornando possível solucionar alguns dos principaisinconvenientes das demais formas e modelos conhecidos pelo atual estado datécnica e empregados comumente na obtenção de fluidos vegetais isolantes.

Os objetivos, vantagens e demais características importantes dapatente de invenção em apreço poderão ser mais facilmente compreendidas quandolidas em conjunto com as etapas de produção e as composições descritas noprocesso de obtenção.

A presente patente de invenção de "Fluidos Vegetais Isolantes e seuProcesso de Obtenção", é compreendida por composições químicas de um fluidovegetal isolante contendo óleos vegetais, preferencialmente óleos vegetais de milho,nabo forrageiro, buriti, pinhão manso, mamona e babaçu como matérias-primasadequadamente tratadas, misturadas ou não entre si, e um ou mais aditivosespecíficos; e um processo de obtenção contendo etapas de especificação damatéria-prima para produção dos fluidos isolantes, tratamento da matéria primadisponível como adequação das características físico-químicas e dielétricas às deum fluido dielétrico vegetal, estabilização dos óleos vegetais isolantes tratados epreparo de fluidos isolantes a partir da mistura dos óleos vegetais após tratamento eaditivação.

A etapa de especificação da matéria-prima adquirida consiste emespecificar a matéria-prima, óleos vegetais de milho, nabo forrageiro, buriti, pinhãomanso, mamona e babaçu, encontrados no mercado, com as características físico-químicas típicas descritas na Tabela 2 abaixo, características físico-químicas damatéria prima adquirida do mercado, para utilização na produção dos fluidosdielétricos vegetais, sendo que, variações nestas características são possíveis emfunção da qualidade do processo de refino adotado pelos fabricantes dos óleos.

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Comparando as características físico-químicas, como índice deneutralização e as características elétricas, como fator de perdas dielétricas a 25 0C,dos óleos citados na Tabela 2 com os valores limites de um óleo vegetal isolantenovo, mostrados na Tabela 1, é possível observar que estes parâmetros estão foradas especificações mínimas exigidas na norma ABNT NBR 15422 para fluidoisolante novo, ou seja, da forma que foram adquiridos, estes óleos vegetais nãopodem ser usados como fluidos isolantes sem antes passar por um tratamentoadequado. Para serem usados como fluidos isolantes, os óleos vegetaisespecificados na Tabela 2, precisam ser tratados para adequar suas características àsdescritas na Tabela 1.

A etapa de tratamento da matéria-prima disponível no mercadovisando adequar suas características físico-químicas e dielétricas às característicasde um fluido dielétrico de base vegetal (Tabela 1) depende diretamente dascaracterísticas físico-químicas das matérias-primas adquiridas, óleos de milho, naboforrageiro, buriti, pinhão manso, mamona e babaçu, de modo que pode ser aplicadoum pré-tratamento químico seguido de tratamento físico, uma modificação químicaseguido de tratamento físico e um tratamento físico somente, sendo que, em todosestes tratamentos, independente do tipo e da natureza da matéria-prima, sãoutilizados materiais adsorventes seletivos que conferem ao óleo vegetal a qualidadefinal necessária para que este atenda aos requisitos mínimos de um fluido dielétrico.

O material adsorvente utilizado no tratamento da matéria primaconsiste de um material sólido poroso com micro, meso e macroporos de 2,8 à200 A0 e área superficial interna entre 100 e 3000 m /g, de modo a adsorverseletivamente moléculas cujo tamanho permite sua entrada nos canais. Dessa forma,só podem ingressar ou sair do espaço intracristalino do material adsorvente aquelasmoléculas cujas dimensões são inferiores a certo valor crítico, que varia de ummaterial adsorvente base a outro. Como materiais adsorventes selecionaram-seprodutos pertencentes a um grupo definido por óxidos metálicos, sulfetos metálicos,cloretos metálicos, aluminossilicatos zeolíticos, dióxidos de silício suportado,resinas de troca iônica, carvões ativados e argila mineral. Dependendo da naturezaquímica do material adsorvente e do contaminante a ser removido do fluidodielétrico vegetal, o material adsorvente é previamente modificado em laboratóriosegundo estratégias variadas de forma a melhorar substancialmente sua atividade eseletividade de adsorção, sendo que, a modificação do material adsorvente basepode ser feita, por exemplo, pela introdução de metais de transição. Estes materiaisadsorventes seletivos são dosados e acondicionados em dispositivos tipo coluna depercolação, perfeitamente interligados entre si, pelos quais a matéria-prima écirculada até atingir as propriedades requisitadas. A qualidade do óleo vegetal emtratamento com os materiais adsorventes seletivos é monitorada continuamentetendo como base os métodos descritos na Tabela 1, sendo que o óleo vegetal deveser tratado tantas vezes quantas sejam necessárias para atingir a qualidade finaldesejada ao produto.

Cabe ressaltar que, a eficiência dos materiais adsorventes utilizadosdeve-se: a grande área superficial e capacidade de adsorção; propriedades deadsorção que variam num amplo espectro desde altamente hidrofóbicas a altamentehidrofílicas; uma estrutura que permite a criação de sítios ativos, tais como sítiosácidos, cuja força e concentração podem ser controladas de acordo com a aplicaçãodesejada; tamanho de canais e cavidades compatíveis com a maioria das moléculasdas matérias-primas usadas na produção do óleo vegetal isolante; e uma complexarede de canais que lhes confere diferentes tipos de seletividade, tais comoseletividade de reagente, de produto e de estado de transição, sendo que, estaseletividade foi usada para direcionar a qualidade final do fluido dielétrico vegetal àbase dos óleos de milho, nabo forrageiro, buriti, pinhão manso, mamona e babaçu.

O pré-tratamento químico seguido do tratamento físico da matéria-prima disponível no mercado é utilizado para adequar o índice de acidez, porexemplo, ao valor limite estipulado na Tabela 1. O tratamento químico consiste noaquecimento do óleo até no máximo 80 °C, sob agitação por pelo menos 30minutos, na presença de 1% (m/m) de ácido fosfórico 85% e 3% (m/m) de águadestilada. Em seguida, a mistura é resfriada e centrifugada por pelo menos 40minutos, sendo o sobrenadante coletado para posterior neutralização. Paraneutralização deste sobrenadante, é adicionada uma solução de hidróxido de sódio15% (m/m), sendo a mistura mantida sob agitação por pelo menos 30 minutos. Amistura é transferida para um funil de separação para promover a separação defases. Após essa separação, a fase oleosa neutralizada é centrifugada, sendo lavada,na seqüência, com água destilada fervente, obtendo-se ao final do procedimento umóleo vegetal base pré-tratado. O óleo vegetal base pré-tratado é submetido a umprocesso de filtração a frio conhecido como winterização para remover ácidosgraxos cristalizáveis e assim, melhorar o ponto de fluidez do óleo base. Após, oóleo base pré-tratado é tratado com materiais adsorventes seletivos para promover adegaseificação, retirar contaminantes polares, produtos de oxidação e reduzir o teorde umidade para concentrações iguais ou inferiores a 200ppm, ou seja, emcompleto atendimento a todas as características e valores de referência para o óleovegetal isolante novo descritos na ABNT NBR 15422, 2006.

O processo de tratamento com os materiais adsorventes seletivos érealizado com o óleo frio e pode ser realizado pelo método de contato ou pelométodo de percolação, preferencialmente através do método de percolação. Pelométodo de contato, para cada 1 litro de óleo vegetal tratado é utilizado até 10% domaterial adsorvente seletivo, sob agitação constante durante no máximo 6 horas, atemperatura ambiente. Pelo método da percolação, os materiais adsorventesseletivos utilizados são dosados e acondicionados em dispositivos tipo coluna,interligados entre si, pelos quais o óleo base, não aquecido, é circulado até atingiras propriedades requisitadas.

Na Tabela 3 abaixo, mostra-se as características do óleo de pinhãomanso antes e após pré-tratamento químico seguido do tratamento físico com aaplicação dos materiais adsorventes seletivos. Comparando estes valoresapresentados com as especificações mínimas para óleo vegetal isolante novoespecificados na Tabela 1, conclui-se que o óleo de pinhão manso tratado por esteprocedimento está plenamente apto a ser aplicado como fluido isolante em umavasta gama de equipamentos elétricos, como transformadores de distribuição,transformadores de potência, reguladores de tensão, disjuntores e chaves a óleo.

Os outros óleos de milho, nabo forrageiro, buriti e pinhão manso, comexceção dos óleos de mamona e babaçu, após a aplicação desse tratamentoespecífico atendem plenamente as características e valores de referência para o óleovegetal isolante novo especificados na Tabela 1. O óleo de mamona não atende aorequisito de viscosidade, sendo seu uso puro contra indicado e limitado a misturascom os demais óleos vegetais, sendo que, a forma indicada para se reduzir aviscosidade do óleo de mamona é a modificação química da matéria-prima ou amistura com os demais óleos vegetais de milho, nabo forrageiro, buriti, pinhãomanso e babaçu. O óleo de babaçu não atende ao requisito de índice de fluidez,sendo sua aplicação indicada somente após adição de um aditivo depressor doponto de fluidez ou em mistura direta com os demais óleos vegetais.<table>table see original document page 22</column></row><table>

A modificação química da matéria-prima, seguida do tratamentofísico, é realizada visando diminuir a viscosidade da matéria-prima, óleos vegetaisde milho, nabo forrageiro, buriti, pinhão manso, mamona e babaçu, disponíveis nomercado e seu índice de fluidez, e consiste na reação química dos triacilgliceróiscom álcool metílico ou metanol e etílico ou etanol. Para realizar a modificaçãoquímica, a matéria-prima deve possuir baixo teor de ácidos graxos livres (acidezinferior a 2 mg KOH/g de óleo), teor de água inferior a 0,5 mg/Kg e o álcoolutilizado deve possuir uma baixa quantidade de água (anidro c/ pureza acima de99,5%). Em se tratando de matérias-primas com teores de umidade superiores a0,5% é necessário primeiro remover esta umidade pelo uso de materiais adsorventesseletivos para esta finalidade. Em se tratando de matérias-primas com índices deacidez superiores a 2 mg KOH/g de óleo, por exemplo, é preferível aplicarpreviamente a esta matéria-prima o pré-tratamento químico.

A reação química com o álcool metílico ou etílico é realizada emmeio alcalino. Para realizar a reação, adiciona-se, sob agitação, ao óleo nãoaquecido, uma solução do álcool contendo o catalisador. O meio reacionalpermanece sob agitação por, no mínimo, uma hora. Após a reação, a solução finalobtida, contendo os ésteres metílicos ou etílicos, o glicerol, catalisador e o metanolem excesso, é destilada a 80 0C sob pressão reduzida, para promover a evaporaçãodo álcool e facilitar a separação de fases entre os ésteres e o glicerol. Após adestilação, a solução permanece em repouso para promover a separação de fases,sendo a fase inferior constituída majoritariamente por glicerol e a fase superior,mais clara, pelos ésteres não purificados, sendo coletada para posterior purificação.

A purificação dos ésteres é realizada pelo uso de materiaisadsorventes seletivos, pelo método de contato ou percolação, preferivelmentepercolação. Pelo método de contato é misturado no mínimo 3% (massa/volume) deum ou mais material adsorvente seletivo, sob agitação constante, durante pelomenos 30 minutos, a temperatura ambiente. Em seguida a mistura é filtrada e re-filtrada para separar o material adsorvente do óleo quimicamente modificado. Parao método da percolação, os adsorventes seletivos utilizados são dosados eacondicionados em dispositivos tipo coluna, interligados entre si, pelos quais o óleobase, não aquecido, é circulado até atingir as propriedades requisitadas.

Na Tabela 4 abaixo, é apresentado o teor parcial de ésteres metílicosobtido pela reação de transesterificação dos óleos de milho, nabo forrageiro, buriti,pinhão manso, mamona e babaçu com metanol.

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Na tabela 5 abaixo, a densidade e a viscosidade dos ésteres metílicos,obtidos a partir da reação química dos óleos de milho, nabo forrageiro, buriti,pinhão manso, mamona e babaçu com metanol, estão ilustrados. É recomendada aadição destes ésteres aos óleos de milho, nabo forrageiro, buriti, pinhão manso,mamona e babaçu, previamente tratados pelos métodos de pré-tratamento químicoda matéria-prima seguido de tratamento físico e tratamento físico da matéria-prima,para diminuir a viscosidade e o ponto de fluidez do produto final, por exemplo.

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O tratamento físico dos óleos de milho, nabo forrageiro, buriti, pinhãomanso, mamona e babaçu é aplicado diretamente à matéria-prima adquirida, paraadequar as características elétricas, como rigidez dielétrica e fator de perdasdielétricas, as especificadas para fluidos dielétricos vegetais, e também pararemover os gases dissolvidos e reduzir o teor de água para concentrações iguais ouinferiores a 200 ppm.

O tratamento físico consiste no tratamento do óleo vegetal com osadsorventes seletivos e realizado pelo método de contato ou percolação,preferencialmente o de percolação. Pelo método de contato, são adicionados àmatéria-prima os materiais adsorventes seletivos, em torno de 1 - 10 % (m/m),sendo a mistura resultante mantida sob agitação por pelo menos uma hora, atemperatura ambiente. Na seqüência, a mistura é filtrada e refiltrada por meio desistemas filtrantes apropriados e adequadamente dispostos. Pelo método dapercolação, os adsorventes seletivos são dosados e acondicionados em dispositivostipo coluna, interligados entre si, pelos quais a matéria prima, não aquecida, écirculada até atingir as propriedades requisitadas. O óleo é percolado pelas colunastantas vezes quantas forem necessárias para adequar suas características ascaracterísticas mínimas.

Na Tabela 6 abaixo, características típicas para os óleos de milho eburiti após tratamento físico pelo método da percolação usando materiaisadsorventes seletivos, estão ilustradas. Os óleos nabo forrageiro e pinhão manso,exceto os óleos de mamona e de babaçu, após aplicação do tratamento físico comadsorventes adequados, atenderam a todas as especificações mínimas, sendorecomenda sua aplicação como fluido dielétrico em equipamentos elétricos. O óleode mamona não atendeu ao requisito de viscosidade, sendo seu uso puro contraindicado e limitado a misturas com os outros óleos. A forma indicada para reduzir aviscosidade do óleo de mamona é a modificação química reportada na modificaçãoquímica da matéria-prima seguido do tratamento físico ou a mistura com os outrosóleos de milho, nabo forrageiro, buriti, pinhão manso e babaçu, conforme relatadono preparo de fluidos isolantes a partir da mistura destes óleos. O óleo de babaçunão atendeu ao requisito de índice de fluidez, sendo seu uso indicado somente apósadição de um aditivo depressor do ponto de fluidez conforme estabilização de óleosvegetais isolantes ou em mistura com outros óleos conforme preparo de fluidoisolantes a partir da mistura destes óleos.

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A estabilização dos óleos vegetais isolantes de milho, nabo forrageiro,buriti, pinhão manso, mamona e babaçu tratados não é definida na norma ABNTNBR 15422, mas para a aplicação a que se destinam, equipamentos elétricos comotransformadores de distribuição e de potência, reguladores de tensão, disjuntores echaves a óleo, os fluidos isolantes vegetais além de atender aos requisitos mínimosestipulados nesta norma, devem apresentar uma boa estabilidade à oxidação.

Para aumentar a estabilidade à oxidação dos fluidos isolantes obtidosa partir dos óleos vegetais isolantes de milho, nabo forrageiro, buriti, pinhão manso,mamona e babaçu, devem ser adicionados a estes óleos aditivos antioxidantes,isolados ou misturados entre si, na concentração total de 0,05 a 0,5% (m/v). Comoaditivos antioxidantes pode-se ter o BHA (butilhidroxianisol), BHT(butilhidroxitolueno), TBHQ (butilhidroquinonaterciária), alfa- e beta-tocoferol,bainox plus, 2,6 di-terc- butilfenol, mono-terc butilfenol, tri-terc butilfenol, 2-mercaptol benzimidazol, 2-mercaptol benzimidazol, gaiato de propila, BioExtend30, IONOX 100, IRGANOX L-57 e o IRGANOX L-109. Aditivos desativadores demetais como IRGAMET-30 e ácido fosfórico na concentração de 0,01 a 0,2 %também devem ser adicionados.

Um método que pode ser usado para avaliar a eficiência dos aditivosadicionados aos óleos vegetais é o do RANCIMAT, que é baseado em medidas decondutividade. Este método é utilizado e difundido no setor alimentício paraestimar o período de permanência de óleos e gorduras vegetais em prateleira. Oprocedimento normatizado pode ser encontrado na norma PrEN 14112:2000. Estatécnica baseia-se no monitoramento da condutividade de uma amostra de óleoaquecida em um banho termostatizado, com borbulhamento de oxigênio. A medidaque a amostra é degradada são formados ácidos voláteis de baixa massa molar quesão carreados para o frasco contendo água destilada e um eletrodo decondutividade. Assim, a condutividade aumenta continuamente até que, em umdeterminado tempo (período de indução) ocorre um aumento brusco nesteparâmetro. Este aumento brusco pode ser facilmente identificado pelo gráfico decondutividade versus tempo e, corresponde ao tempo que a amostra resiste àdegradação acelerada, nas condições experimentais utilizadas.

Na Tabela 7 abaixo, exemplos de períodos de indução para os óleosde milho e de buriti, após tratamento físico da matéria-prima e estabilização comaditivos adequados, estão mostrados. Para efeito comparativo, o fluido comercialEnvirotemp FR3 apresenta um período de indução de aproximadamente 3,3 horasquando ensaiado nas mesmas condições dos óleos de milho e de buriti tratados, queapresentaram períodos de indução de 19 e 27 horas, respectivamente.

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Na Tabela 8 abaixo, características típicas para o fluido dielétricovegetal obtido a partir dos óleos de milho e pinhão manso após tratamento físico damatéria-prima e aditivação a partir da estabilização destes, estão apresentadas.

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O preparo de fluidos isolantes a partir da mistura dos óleos vegetaisde milho, nabo forrageiro, buriti, pinhão manso, mamona e babaçu após tratamentoda matéria-prima disponível no mercado e aditivação para estabilização dos óleosvegetais isolantes adequados possibilita que estes óleos devidamente tratados, pelométodo proposto nesta patente, podem ser misturados entre si, desde que a misturafinal resultante atenda aos limites mínimos estipulados na norma ABNT NBR15422.

O óleo de milho, após tratamento físico e aditivação adequada,admitiu até 27 % (m/m) de óleo de mamona previamente submetido ao tratamentofísico, por exemplo, conforme mostrado na Tabela 9, efeito da adição do óleo demamona previamente tratado (tratamento físico) ao óleo de milho previamentetratado (tratamento físico), seguido da etapa de aditivação.

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Por tudo que foi exposto, trata-se a presente invenção de umacomposição química que será muito bem recebida, pelos usuários de fluidosisolantes para equipamentos elétricos, como transformadores de distribuição e depotência, reguladores de tensão, disjuntores e chaves a óleo, pois o presente fluidovegetal isolante e seu processo de obtenção apresentam inúmeras vantagens, taiscomo: grande segurança, confiabilidade e agilidade na obtenção e na aplicação;grande rendimento e performance na sua obtenção e aplicação em virtude de suaconcepção geral; resistência e durabilidade adequados a aplicação a que sedestinam; prática e segura aplicação como fluido isolante; perfeita e diretaadaptação aos mais diversos tipos de equipamentos elétricos, como transformadoresde distribuição e de potência, reguladores de tensão, disjuntores e chaves a óleo queutilizam fluidos dielétricos em geral; facilmente biodegradável e renovável;excelente manuseio em todas as etapas de obtenção e aplicação; baseado noconceito de ecologicamente correto; engloba todos os requisitos de um fluidoisolante de alta temperatura; alto ponto de combustão; e a certeza de se ter umproduto e um processo de obtenção que atendam plenamente as normas elegislações inerentes, assim como as condições básicas necessárias a sua aplicação.

Todos estes atributos permitem classificar este fluido vegetal isolantee seu processo de obtenção, como um produto totalmente versátil, eficiente, seguroe ecológico para ser aplicado como fluido isolante em uma vasta gama deequipamentos elétricos, como transformadores de distribuição e de potência,reguladores de tensão, disjuntores e chaves a óleo, sendo ainda de grande facilidadede obtenção e aplicação, aliada a sua performance e excelentes característicasgerais; contudo as composições e quantidades podem variar diretamente de acordocom as necessidades gerais de cada aplicação.

Claims (17)

1.)"FLUIDOS VEGETAIS ISOLANTES E SEU PROCESSO DE OBTENÇÃO",caracterizado por ser compreendido por composições químicas de um fluido vegetalisolante contendo óleos vegetais, preferencialmente óleos vegetais de milho, naboforrageiro, buriti, pinhão manso, mamona e babaçu como matérias-primasadequadamente tratadas, misturadas ou não entre si, e um ou mais aditivosespecíficos; e um processo de obtenção contendo etapas de especificação da matériaprima para produção dos fluidos isolantes, tratamento da matéria prima disponívelcomo adequação das características físico-químicas e dielétricas às de um fluidodielétrico vegetal, estabilização dos óleos vegetais isolantes tratados e preparo defluidos isolantes a partir da mistura dos óleos vegetais após tratamento e aditivação.

2.)"FLUIDOS VEGETAIS ISOLANTES E SEU PROCESSO DE OBTENÇÃO",de acordo com a reivindicação 1 e caracterizado por a etapa de especificação damatéria-prima adquirida consistir em especificar a matéria-prima óleos vegetais demilho, nabo forrageiro, buriti, pinhão manso, mamona e babaçu encontrados nomercado comparando suas características físico-químicas com as característicastípicas dos fluidos dielétricos vegetais, de modo a comparar principalmente o índicede acidez ou de neutralização e as características elétricas, como fator de perdasdielétricas a 25 0C, destes óleos vegetais com os valores limites de um óleo vegetalisolante novo especificado nas normas para aplicação como fluidos isolantes, ouseja, determinar o tratamento adequado se necessário.

3.)"FLUIDOS VEGETAIS ISOLANTES E SEU PROCESSO DE OBTENÇÃO",de acordo com a reivindicação 1 e caracterizado por o material adsorvente utilizadono tratamento da matéria prima consistir de um material sólido poroso com micro,meso e macroporos de 2,8 à 200 A0 e área superficial interna entre 100 e 3000 m2/gque adsorve seletivamente moléculas cujo tamanho entre nos canais, sendo que,dependendo da natureza química do material adsorvente e do contaminante a serremovido do fluido dielétrico vegetal, o material adsorvente é previamentemodificado em laboratório segundo estratégias variadas como melhora substancialde sua atividade e seletividade de adsorção e com a qualidade do óleo vegetal emtratamento com os materiais adsorventes seletivos monitorada continuamente e oóleo vegetal tratado tantas vezes quantas necessárias para atingir a qualidade finaldesejada.

4.)"FLUIDOS VEGETAIS ISOLANTES E SEU PROCESSO DE OBTENÇÃO",de acordo com a reivindicação 3 e caracterizado por os materiais adsorventes seremóxidos metálicos, sulfetos metálicos, cloretos metálicos, aluminossilicatoszeolíticos, dióxidos de silício suportado, resinas de troca iônica, carvões ativados eargila mineral, dosados e acondicionados em dispositivos, tipo coluna depercolação, interligados entre si, pelos quais a matéria-prima é circulada até atingiras propriedades requisitadas.

5.)"FLUIDOS VEGETAIS ISOLANTES E SEU PROCESSO DE OBTENÇÃO",de acordo com as reivindicações 3 e 4 e caracterizado por a modificação do materialadsorvente base ser feita pela introdução de metais de transição.

6.)"FLUIDOS VEGETAIS ISOLANTES E SEU PROCESSO DE OBTENÇÃO",de acordo com a reivindicação 1 e caracterizado por o pré-tratamento químicoseguido do tratamento físico da matéria-prima disponível no mercado para adequaro índice de acidez ao valor limite, sendo que o tratamento químico consiste noaquecimento do óleo até no máximo 80 °C, sob agitação por pelo menos 30 minutos,na presença de 1% (m/m) de ácido fosfórico 85% e 3% (m/m) de água destilada; emseguida, a mistura é resfriada e centrifugada por pelo menos 40 minutos, sendo osobrenadante coletado para posterior neutralização; para neutralização dosobrenadante, é adicionada uma solução de hidróxido de sódio 15% (m/m), sendo amistura mantida sob agitação por pelo menos 30 minutos e posteriormentetransferida para um funil de separação para promover a separação de fases; apósessa separação, a fase oleosa neutralizada é centrifugada, sendo lavada, naseqüência, com água destilada fervente, obtendo-se ao final um óleo vegetal basepré-tratado; na seqüência, o óleo vegetal base pré-tratado é submetido a um processode fíltração a frio (winterização) para remover ácidos graxos cristalizáveis e assim,melhorar o ponto de fluidez do óleo base; após, o óleo base pré-tratado é tratadocom materiais adsorventes seletivos para promover a degaseificação, retirarcontaminantes polares, produtos de oxidação e reduzir o teor de umidade paraconcentrações iguais ou inferiores a 200 ppm; e sendo que, o processo de tratamentocom os materiais adsorventes seletivos é realizado com o óleo frio pelos métodos decontato ou de percolação, preferencialmente o de percolação.

7.)"FLUIDOS VEGETAIS ISOLANTES E SEU PROCESSO DE OBTENÇÃO",de acordo com a reivindicação 6 e caracterizado por o método de contato, para cada 1 litro de óleo vegetal tratado é utilizado até 10% do material adsorvente seletivo,sob agitação constante durante no máximo 6 horas, a temperatura ambiente.

8.) "FLUIDOS VEGETAIS ISOLANTES E SEU PROCESSO DE OBTENÇÃO",de acordo com a reivindicação 6 e caracterizado por o método da percolação, osmateriais adsorventes seletivos utilizados são dosados e acondicionados emdispositivo tipo coluna, interligados entre si, pelos quais o óleo base, não aquecido,é circulado até atingir as propriedades requisitadas.

9.) "FLUIDOS VEGETAIS ISOLANTES E SEU PROCESSO DE OBTENÇÃO",de acordo com a reivindicação 1 e caracterizado por a modificação química damatéria-prima seguida do tratamento físico ser realizado visando diminuir aviscosidade da matéria-prima, óleos vegetais de milho, nabo forrageiro, buriti,pinhão manso, mamona e babaçu, disponíveis no mercado, e seu índice de fluidez, econsistir na reação química dos triacilgliceróis com álcool metílico ou metanol eetílico ou etanol, sendo que, para realizar a modificação química, a matéria-primadeve possuir baixo teor de ácidos graxos livres (acidez inferior a 2 mg KOH/g deóleo), teor de água inferior a 0,5 mg/kg e o álcool utilizado deve possuir uma baixaquantidade de água (anidro c/ pureza acima de 99,5%) e, em se tratando dematérias-primas com teores de umidade superiores a 0,5%, é necessário primeiroremover esta umidade pelo uso de materiais adsorventes seletivos para estafinalidade e, em se tratando de matérias-primas com índices de acidez superiores a 2 mg KOH/g de óleo, é preferível aplicar previamente a esta matéria-prima o pré-tratamento químico; sendo que, a reação química com o álcool metílico ou etílico érealizada em meio alcalino e inicia-se adicionando-se, sob agitação, ao óleo nãoaquecido (temperatura ambiente), uma solução do álcool contendo o catalisador; omeio reacional permanece sob agitação por, no mínimo, uma hora; após a reação, asolução final obtida, contendo os ésteres metílicos ou etílicos, o glicerol, catalisadore o metanol em excesso, é destilada a 80 0C sob pressão reduzida, para promover aevaporação do álcool e facilitar a separação de fases entre os ésteres e o glicerol;após a destilação, a solução permanece em repouso para promover a separação defases, sendo a fase inferior constituída majoritariamente por glicerol e a fasesuperior, mais clara, pelos ésteres não purificados, com a mesma coletada paraposterior purificação; sendo que, esta purificação dos ésteres é realizada pelo uso demateriais adsorventes seletivos, pelo método de contato ou percolação,preferi velmente percolação.

10.)"FLUIDOS VEGETAIS ISOLANTES E SEU PROCESSO DE OBTENÇÃO",de acordo com a reivindicação 9 e caracterizado por para realizar o método decontato é misturado no mínimo 3% (massa/volume) de um ou mais materialadsorvente seletivo, sob agitação constante, durante pelo menos 30 minutos, atemperatura ambiente; e em seguida a mistura é filtrada e re-filtrada para separar omaterial adsorvente do óleo quimicamente modificado.

11.)"FLUIDOS VEGETAIS ISOLANTES E SEU PROCESSO DE OBTENÇÃO",de acordo com a reivindicação 9 e caracterizado por o método da percolação, osadsorventes seletivos utilizados são dosados e acondicionados em dispositivos tipocoluna, interligados entre si, pelos quais o óleo base, não aquecido, é circulado atéatingir as propriedades requisitadas.

12.)"FLUIDOS VEGETAIS ISOLANTES E SEU PROCESSO DE OBTENÇÃO",de acordo com a reivindicação 1 e caracterizado por o tratamento físico dos óleos demilho, nabo forrageiro, buriti, pinhão manso, mamona e babaçu ser aplicadodiretamente à matéria-prima adquirida, adequando-se as características elétricas,como rigidez dielétrica e fator de perdas dielétricas, as especificadas para fluidosdielétricos vegetais, e remover os gases dissolvidos e reduzir o teor de água paraconcentrações iguais ou inferiores a 200 ppm; sendo que, o tratamento físicoconsiste no tratamento do óleo vegetal corn os adsorventes seletivos, realizado pelométodo de contato ou pelo método de percolação.

13.)"FLUID0S VEGETAIS ISOLANTES E SEU PROCESSO DE OBTENÇÃO",de acordo com a reivindicação 12 e caracterizado por no método de contato seradicionados a matéria-prima os materiais adsorventes seletivos, em torno de-1 - 10 % (m/m), sendo a mistura resultante mantida sob agitação por pelo menosuma hora, a temperatura ambiente; e na seqüência, a mistura é filtrada e refiltradapor meio de sistemas filtrantes apropriados e adequadamente dispostos.

14.)"FLUIDOS VEGETAIS ISOLANTES E SEU PROCESSO DE OBTENÇÃO",de acordo com a reivindicação 12 e caracterizado por no método da percolação, osadsorventes seletivos serem dosados e acondicionados em dispositivos tipo coluna,interligados entre si, pelos quais a matéria prima, não aquecida, é circulada atéatingir as propriedades requisitadas, sendo que, o óleo é percolado pelas colunastantas vezes quantas forem necessárias para adequar suas características ascaracterísticas mínimas.

15.)"FLUIDOS VEGETAIS ISOLANTES E SEU PROCESSO DE OBTENÇÃO",de acordo com a reivindicação 1 e caracterizado por o aumento da estabilidade àoxidação dos fluidos isolantes obtidos a partir dos óleos vegetais isolantes de milho,nabo forrageiro, buriti, pinhão manso, mamona e babaçu ser realizado a partir doadicionamento a estes óleos de aditivos antioxidantes, isolados ou misturados entresi, na concentração total de 0,05 a 0,5% (m/v); sendo que, aditivos desativadores demetais como IRGAMET-30 e ácido fosfórico na concentração de 0,01 a 0,2 %também são adicionados.

16.)"FLUIDOS VEGETAIS ISOLANTES E SEU PROCESSO DE OBTENÇÃO",de acordo com a reivindicação 15 e caracterizado por se enquadrarem na classe deaditivos antioxidantes o BHA (butilhidroxianisol), BHT (butilhidroxitolueno),TBHQ (butilhidroquinonaterciária), alfa- e beta-tocoferol, bainox plus, 2,6 di-terc-butilfenol, mono-terc butilfenol, tri-terc butilfenol, 2-mercaptol benzimidazol, 2-mercaptol benzimidazol, gaiato de propila, BioExtend 30, IONOX 100, IRGANOXL-57 e o IRGANOX L-109.

17.)"FLUIDOS VEGETAIS ISOLANTES E SEU PROCESSO DE OBTENÇÃO",de acordo com a reivindicação 1 e caracterizado por os óleos vegetais de milho,nabo forrageiro, buriti, pinhão manso, mamona e babaçu devidamente tratados,conforme tratamento da matéria-prima disponível no mercado, serem misturadosentre si, desde que a mistura final resultante atenda aos limites mínimos definidos nanorma.