BRPI1100468B1

BRPI1100468B1 - production process of a dielectric fluid and its formulation, obtained from vegetable oils

Info

Publication number: BRPI1100468B1
Application number: BRPI1100468-1A
Authority: BR
Inventors: José Osvaldo Beserra Carioca; Francisco Nogueira Castelo Branco; Francisco Alexandre Barros Bernardo; Raimundo Guilherme Campos Corrêa; Paulo Cesar Marques De Carvalho; Rosa Ferreira Araújo De Abreu
Original assignee: Padetec - Parque De Desenvolvimento Tecnológico; Companhia Energética Do Ceará
Priority date: 2008-08-01
Filing date: 2011-02-01
Publication date: 2020-06-30
Also published as: BRPI1100468A2; WO2010012051A2; WO2010012051A3

Abstract

PROCESSO DE PRODUÇÃO DE UM NOVO FLUIDO DIELÉTRICO E SUA FORMULAÇÃO, OBTIDA A PARTIR DE ÓLEOS VEGETAIS. Patente de Invenção de processo de produção de um fluido 5 dielétrico, bem como sua formulação, obtida a partir de uma mistura de óleos vegetais, do tipo triglicerídeos, onde o principal componente é um produto de base, obtido a partir de um derivado do óleo de mamona (Ricinus cummunis L.), resultando em um produto renovável, biodegradável e ecologicamente correto, aplicável em equipamentos lo de distribuição e transmissão elétrica, tais como, transformadores, capacitores ou cabos de linhas de transmissão elétrica; o referido produto se diferenciando pelo fato de utilizar um derivado do óleo de mamona que apresenta uma mistura de ácidos conjugados, o qual ao ser misturado a outros óleos vegetais saturados, diferencia de forma 15 considerável a formulação do dielétrico, que é o principal objeto da presente invenção, sendo que a mistura apresenta uma composição química peculiar, composta por ácidos graxos oléico; ácidos graxos conjugados, além de outros saturados.PRODUCTION PROCESS OF A NEW DIELECTRIC FLUID AND ITS FORMULATION, OBTAINED FROM VEGETABLE OILS. Invention Patent for the production process of a dielectric fluid 5, as well as its formulation, obtained from a mixture of vegetable oils, of the triglyceride type, where the main component is a basic product, obtained from an oil derivative castor bean (Ricinus cummunis L.), resulting in a renewable, biodegradable and ecologically correct product, applicable in electrical distribution and transmission equipment, such as transformers, capacitors or cables of electrical transmission lines; said product differentiating itself by the fact that it uses a derivative of castor oil that presents a mixture of conjugated acids, which when mixed with other saturated vegetable oils, considerably differentiates the formulation of the dielectric, which is the main object of the the present invention, the mixture having a peculiar chemical composition, composed of oleic fatty acids; conjugated fatty acids, in addition to other saturated ones.

Description

PROCESS OF PRODUCTION OF A DIELECTRIC FLUID AND ITS FORMULATION, OBTAINED FROM VEGETABLE OILS

CAMPO DA INVENÇÃOFIELD OF THE INVENTION

[01] Refere-se a presente patente de invenção ao processo de produção de um novo fluido dielétrico, bem como sua formulação, obtida a partir de uma mistura de óleos vegetais, do tipo triglicerídeos, onde o principal componente é um produto de base, obtido a partir de um derivado do óleo de mamona (Ricinus communis L). Este processo resulta em um produto renovável, biodegradável e ecologicamente correto, aplicável em equipamentos de distribuição e transmissão elétrica, tais como, transformadores, capacitores ou cabos de linhas de transmissão elétrica. [01] This invention patent refers to the production process of a new dielectric fluid, as well as its formulation, obtained from a mixture of vegetable oils, of the triglyceride type, where the main component is a basic product, obtained from a castor oil derivative (Ricinus communis L). This process results in a renewable, biodegradable and ecologically correct product, applicable in electrical transmission and distribution equipment, such as transformers, capacitors or cables of electrical transmission lines.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃOBACKGROUND OF THE INVENTION

[02] Embora os óleos vegetais, notadamente os ésteres do glicerol, tenham sido os primeiros a serem utilizados como óleos dielétricos em transformadores nos Estados Unidos da América, por volta do ano de 1885, os óleos derivados do petróleo, quer sejam óleos parafínicos, naftênicos ou misturas destes, têm sido, preferencialmente, utilizados como óleos dielétricos em transformadores de potência, capacitores ou cabos de transmissão, pelas suas boas propriedades dielétricas e a facilidade de produção industrial, o que proporciona o seu baixo custo. Entretanto, eles são hoje considerados indesejáveis do ponto de vista ambiental, devido a sua baixa biodegradabilidade, que é fator preponderante nas situações de derramamentos e/ou vazamentos nos equipamentos elétricos. [02] Although vegetable oils, notably glycerol esters, were the first to be used as dielectric oils in transformers in the United States of America, around 1885, petroleum oils, whether paraffinic oils, naphthenic or mixtures of these, have preferably been used as dielectric oils in power transformers, capacitors or transmission cables, due to their good dielectric properties and the ease of industrial production, which provides their low cost. However, they are now considered undesirable from the environmental point of view, due to their low biodegradability, which is a major factor in situations of spills and / or leaks in electrical equipment.

[03] Os óleos vegetais fazem parte de uma importante classe de produtos do agronegócio, um tipo de agroindústria de reconhecida importância para muitos países, notadamente para países como o Brasil, África, China e índia, que empregam milhares de pessoas em suas áreas rurais. Dentre os vários óleos vegetais produzidos nesses países, o óleo de mamona (Ricinus communis L) evidencia uma composição química peculiar no que diz respeito ao elevado teor de ácido ricinoleico, fato este ainda não levado em consideração em patentes relacionadas com propriedades dielétricas, o que se constitui em uma contribuição notável para a qualidade do dielétrico, objeto da presente patente de invenção. [03] Vegetable oils are part of an important class of agribusiness products, a type of agribusiness of recognized importance for many countries, notably for countries like Brazil, Africa, China and India, which employ thousands of people in their rural areas. . Among the various vegetable oils produced in these countries, castor oil (Ricinus communis L) shows a peculiar chemical composition with regard to the high content of ricinoleic acid, a fact that has not yet been taken into account in patents related to dielectric properties, which it constitutes a notable contribution to the quality of the dielectric, object of the present invention patent.

[04] Historicamente e de acordo com a literatura, a primeira patente que relaciona o uso de óleo vegetal como fluido dielétrico refrigerante foi devida a Elihu Thomson, em 1882, e uma década posterior, isto é, em 1892, a empresa General Electric fez a aplicação do uso de óleos minerais como fluido dielétrico em transformadores (McShane, Patric C.; Vegetable-Oil-based Dieletric Coolants; IEE Industry Applications 15 Magazine; May/June 2002). Na sequência, a patente britânica GB143,193 descreve o uso de agentes oxidantes fortes, tais como permanganato, cromato, bicromato ou ácido crômico para tratar frações de óleo do tipo antraceno isenta de fenol, para a produção de óleo para uso em transformadores. [04] Historically and according to the literature, the first patent relating the use of vegetable oil as a dielectric refrigerant was due to Elihu Thomson, in 1882, and a decade later, that is, in 1892, the company General Electric made the application of the use of mineral oils as a dielectric fluid in transformers (McShane, Patric C .; Vegetable-Oil-based Dieletric Coolants; IEE Industry Applications 15 Magazine; May / June 2002). In the sequence, British patent GB143,193 describes the use of strong oxidizing agents, such as permanganate, chromate, bichromate or chromic acid to treat fractions of phenol-free anthracene oil, for the production of oil for use in transformers.

[05] A patente US1425645 descreve o uso de centrífugas de cesto para desidratar óleos minerais de forma contínua, separando a água completamente do óleo pesado e proporcionando a melhoria das suas propriedades dielétricas. [05] The patent US1425645 describes the use of basket centrifuges to continuously dehydrate mineral oils, separating the water completely from the heavy oil and providing the improvement of its dielectric properties.

[06] A patente US3000807 descreve o uso de mistura de dois tipos de óleos minerais como fluido dielétrico isolante, consistindo de um destilado tratado com ácido e de um destilado hidrorefinado. Este tipo de mistura proporciona testes de oxidação melhores do que cada um dos seus componentes isolados. [06] The US3000807 patent describes the use of a mixture of two types of mineral oils as an insulating dielectric fluid, consisting of an acid-treated distillate and a hydrorefined distillate. This type of mixture provides better oxidation tests than each of its isolated components.

[07] A patente US3095366 descreve um óleo dielétrico que consiste da mistura de uma quantidade substancial de óleo decantado e de óleo lubrificante naftênico, que lhe confere elevada estabilidade elétrica, não exigindo o uso de aditivos dos tipos inibidor de oxidação e de abaixamento do ponto de fluidez. [07] The US3095366 patent describes a dielectric oil that consists of the mixture of a substantial amount of decanted oil and naphthenic lubricating oil, which gives it high electrical stability, without requiring the use of additives such as oxidation inhibitor and point lowering fluidity.

[08] A patente US3406111 descreve um óleo Naftênico destilado do petróleo, tendo temperatura de destilação entre 238-413°C, viscosidade na faixa de 50-65 cSt, na temperatura de 38°C, densidade especifica na faixa de 0,84 a 0,92 e um teor de nitrogênio menor do que 4 ppm, quando sujeito ao teste da dupla oxidação na ausência de aditivos inibidores, devendo ainda exibir um índice de neutralização menor do que 0,25 mg de KOH/g, com a ausência de formação de resíduo em teste de oxidação que durou 96 horas. Ressalte-se que o valor do fator de potência deve ser consistentemente menor do que 2%> durante todo o teste de oxidação. [08] The US3406111 patent describes a naphthenic oil distilled from petroleum, having a distillation temperature between 238-413 ° C, viscosity in the range of 50-65 cSt, at a temperature of 38 ° C, specific density in the range of 0.84 to 0.92 and a nitrogen content less than 4 ppm, when subjected to the double oxidation test in the absence of inhibiting additives, and should also exhibit a neutralization index of less than 0.25 mg KOH / g, with the absence of formation of residue in oxidation test that lasted 96 hours. It should be noted that the power factor value must be consistently less than 2%> throughout the oxidation test.

[09] A patente US3753188 descreve o uso de misturas de óleos do tipo hidrocarbonetos policíclicos como óleos dielétricos, com ponto de fulgor superior a 150°C, os quais apresentam hidrocarbonetos naftênicos policíclicos contendo de dois a cinco anéis e hidrocarbonetos aromáticos policíclicos tendo de dois a quatro anéis, além do fato de que eles devem conter, de cada lado dos respectivos anéis, grupo alquila tendo no máximo quatro átomos de carbono. [09] The US3753188 patent describes the use of mixtures of polycyclic hydrocarbon type oils as dielectric oils, with a flash point above 150 ° C, which contain polycyclic naphthenic hydrocarbons containing from two to five rings and polycyclic aromatic hydrocarbons having two to four rings, in addition to the fact that they must contain, on each side of the respective rings, an alkyl group having a maximum of four carbon atoms.

[010] A patente US4082866 descreve o uso de hidrocarbonetos como fluido dielétrico, relativamente não inflamável e ambientalmente seguro, de peso molecular entre 500 e 700 unidades de peso molecular (HMWH) e temperatura de ignição acima de 200°C. [010] The US4082866 patent describes the use of hydrocarbons as a relatively non-flammable and environmentally safe dielectric fluid, of molecular weight between 500 and 700 molecular weight units (HMWH) and ignition temperature above 200 ° C.

[011] A patente GB370020 descreve o uso de compostos halogenados como fluido dielétrico em substituição aos óleos minerais. [011] The GB370020 patent describes the use of halogenated compounds as a dielectric fluid to replace mineral oils.

[012] O documento GB805772 descreve o uso de derivados halogenados por possuírem melhores propriedades dielétricas que os hidrocarbonetos correspondentes, além de não serem inflamáveis, sendo normalmente utilizados o cloro ou flúor. Os compostos halogenados SF₆, C₃F₈ e C₄F₁₀ são apresentados como produtos de referência, de acordo com as estruturas com fórmula geral do tipo II, conforme apresentados nas figuras 1A, 1B e 1C. Um importante grupo de dielétricos halogenados são do tipo Askarel, que consiste na mistura de compostos bifenílicos policlorados (PCB’s) e triclorobenzeno, tipicamente contendo de 40 a 50% de triclorobenzeno. Os compostos do tipo PCB's, mostrado na figura 2, apresentam uma fórmula geral do tipo III, onde o número de átomos de cloro varia de 1 a 10 unidades por molécula. Na época, estes fluidos foram usados como óleos isolantes em transformadores de alta potência devido as suas elevadas constantes dielétricas. [012] The document GB805772 describes the use of halogenated derivatives because they have better dielectric properties than the corresponding hydrocarbons, besides not being flammable, chlorine or fluorine are normally used. The halogenated compounds SF ₆ , C ₃ F ₈ and C ₄ F ₁₀ are presented as reference products, according to the structures with the general formula of type II, as shown in figures 1A, 1B and 1C. An important group of halogenated dielectrics are of the Askarel type , which consists of a mixture of polychlorinated biphenyl compounds (PCBs) and trichlorobenzene, typically containing 40 to 50% trichlorobenzene. The compounds of type PCB's, shown in figure 2, present a general formula of type III, where the number of chlorine atoms varies from 1 to 10 units per molecule. At the time, these fluids were used as insulating oils in high-power transformers due to their high dielectric constants.

[013] Além disto, os PCB's apresentam perda de potência em baixas temperaturas. Entretanto, o seu uso como fluido dielétrico foi proibido, em face das suas altas toxicidades, consideradas danosas ao meio ambiente. [013] In addition, PCBs experience loss of power at low temperatures. However, its use as a dielectric fluid was prohibited, due to its high toxicities, considered harmful to the environment.

[014] Óleos dielétricos sintéticos representam uma outra grande classe de fluidos utilizados em equipamentos elétricos de distribuição e transmissão de potência, desenvolvidos dentro do contexto de óleos menos inflamáveis. Neste sentido, a patente US5017733 propõe o uso de hidrocarbonetos aromáticos bicíclicos sintéticos (HAB), com fórmula geral do tipo IV, apresentado na figura 3A, em substituição aos PCB’s, onde o grupamento R da fórmula pode representar seis diferentes grupos de compostos, a saber: metil, dimetil, etil, isopropil, ter-butil e ter-amil. As figuras 38, 3C, 3D e 3E ilustram exemplos típicos destes produtos sintéticos, sendo, respectivamente, 1 -fenil-1 -xililetano (PXE), monoisopropilbifenil (MIPB), além da mistura de monobenziltolueno (MBT) e dibenziltolueno (DBT), que são utilizados preferencialmente nos capacitores. Por sua vez, a patente US3696137 usa blocos de copolímeros com segmentos de óxidos de polifenilenos e segmentos de polidimetilsiloxana, que são utilizados como redutores da tensão superficial de fluidos dielétricos, particularmente, dos fluidos do tipo "Askarel", conforme indicado na figura 4, cuja fórmula geral é do tipo V. Esta propriedade faz com que o fluido dielétrico penetre nos interstícios do equipamento, expulsando bolhas de gases e molhando a superfície interna do aparelho com eficiência. Os fluidos dielétricos com base em ésteres sintéticos apresentam boa propriedade isolante e são significativamente mais biodegradáveis que os óleos minerais de alto peso molecular (HMWH). Em particular, este tipo de fluido dielétrico possui excelente estabilidade térmica e boa propriedade dielétrica em baixas temperaturas. Seu alto custo, comparado a outros fluidos dielétricos menos inflamáveis, limita seu uso a transformadores móveis e outros tipos de aplicações específicas. [014] Synthetic dielectric oils represent another large class of fluids used in electrical power distribution and transmission equipment, developed within the context of less flammable oils. In this sense, the patent US5017733 proposes the use of synthetic bicyclic aromatic hydrocarbons (HAB), with a general formula of type IV, presented in figure 3A, replacing the PCB's, where the R group of the formula can represent six different groups of compounds, the namely: methyl, dimethyl, ethyl, isopropyl, ter-butyl and ter-amyl. Figures 38, 3C, 3D and 3E illustrate typical examples of these synthetic products, being, respectively, 1-phenyl-1-xylethylene (PXE), monoisopropylbiphenyl (MIPB), in addition to the mixture of monobenzyltoluene (MBT) and dibenzyltoluene (DBT), that are used preferentially in capacitors. In turn, the US3696137 patent uses copolymer blocks with polyphenylene oxide segments and polydimethylsiloxane segments, which are used as reducers of the surface tension of dielectric fluids, particularly of "Askarel" fluids, as shown in figure 4, whose general formula is type V. This property makes the dielectric fluid penetrate the interstices of the equipment, expelling gas bubbles and efficiently wetting the internal surface of the device. Dielectric fluids based on synthetic esters have good insulating properties and are significantly more biodegradable than high molecular weight mineral oils (HMWH). In particular, this type of dielectric fluid has excellent thermal stability and good dielectric property at low temperatures. Its high cost, compared to other less flammable dielectric fluids, limits its use to mobile transformers and other types of specific applications.

[015] A literatura faz referência a sete diferentes tipos de ésteres sintéticos; quais sejam, diésteres, ftalatos, trimelitatos, piromelitatos, ésteres de ácidos diméricos, polióis e polioleatos. Um exemplo de poliésteres como fluidos dielétricos comerciais é feito a partir de monoácidos ramificados com número de átomos de carbono entre cinco e oito (C₅ - C₈), e o álcool pentaeritritol. A patente US6444626 refere-se a composições de ésteres sintéticos baseadas em misturas de ésteres de poli (neopentilpoliol) e ésteres de um poliol contendo no mínimo dois grupos hidroxilas. Esta combinação de fluidos se mostra adequada para uso como lubrificantes de compressores rotativos de refrigeração. A patente US 5658864 trata do emprego de poliolefinas, compostos biodegradáveis, como fluidos industriais para uso como lubrificantes, fluidos hidráulicos, óleos combustíveis e outros usos semelhantes, com vistas a reduzir o ponto de fluidez e melhorar a estabilidade à oxidação. [015] The literature refers to seven different types of synthetic esters; namely, diesters, phthalates, trimellites, pyromelites, dimeric acid esters, polyols and polyoleates. An example of polyesters as commercial dielectric fluids is made from branched monoacids with a number of carbon atoms between five and eight (C ₅ - C ₈ ), and alcohol pentaerythritol. US6444626 relates to synthetic ester compositions based on mixtures of poly (neopentylpoliol) esters and polyol esters containing at least two hydroxyl groups. This combination of fluids is suitable for use as lubricants for rotary refrigeration compressors. US patent 5658864 deals with the use of polyolefins, biodegradable compounds, as industrial fluids for use as lubricants, hydraulic fluids, fuel oils and other similar uses, in order to reduce the pour point and improve oxidation stability.

[016] A patente US5949017 apresenta um óleo vegetal do tipo triglicerídeo, rico em ácido oleico, cuja composição em ácidos graxos contém no mínimo 75% de ácido oleico, menos de 10% de ácidos graxos di-insaturados, menos de 3%, de ácidos graxos tri-insaturados e menos de 8% de ácidos graxos saturados, possuindo as seguintes propriedades: rigidez dielétrica mínima de 35KV/100mil com espaço entre placas de 2,50 mm; fator de potência menor do que 0,05% a 25°C; acidez menor do que 0,03 mg de KOH/g; condutividade elétrica menor do que 1 pS/m a 25°C; ponto de fulgor de no mínimo 250°C e ponto de fluidez de no mínimo -15°C. São apresentadas composições de óleos triglicerídeos, relativos a vários fluidos dielétricos, bem como, o equipamento elétrico e o processo de preparar os óleos ricos em ácidos oleicos, o teor de aditivos, entre 0,2 e 2,0%, preferencialmente entre 0,5 a 1,0%. Os aditivos utilizados foram da CIBA/GEIGY, da família IRGANOX, IRGAMET, além de polimetacrilato como aditivo para baixar o ponto de fluidez. [016] The US5949017 patent presents a vegetable oil of the triglyceride type, rich in oleic acid, whose fatty acid composition contains at least 75% oleic acid, less than 10% di-unsaturated fatty acids, less than 3%. tri-unsaturated fatty acids and less than 8% saturated fatty acids, having the following properties: minimum dielectric strength of 35KV / 100mil with 2.50 mm gap between plates; power factor less than 0.05% at 25 ° C; acidity less than 0.03 mg KOH / g; electrical conductivity less than 1 pS / m at 25 ° C; flash point of at least 250 ° C and pour point of at least -15 ° C. Compositions of triglyceride oils are presented, relating to various dielectric fluids, as well as, the electrical equipment and the process of preparing oils rich in oleic acids, the content of additives, between 0.2 and 2.0%, preferably between 0, 5 to 1.0%. The additives used were from CIBA / GEIGY, from the family IRGANOX, IRGAMET, in addition to polymethacrylate as an additive to lower the pour point.

[017] A patente US6037537 apresenta um novo tipo de transformador, cujo tanque contém o conjunto: núcleo, enrolamento, fluido dielétrico e antioxidante diluído neste fluido, além de um aditivo para redução do ponto de fluidez, em uma quantidade tal a se ter um espaço de cabeça onde se encontra uma caixa com material absorvedor de oxigênio, contido em material polimérico que sela o material, e que pode, eventualmente, ser realimentado. [017] The US6037537 patent presents a new type of transformer, whose tank contains the whole: core, winding, dielectric fluid and antioxidant diluted in this fluid, in addition to an additive to reduce the pour point, in such an amount to have a head space where there is a box with oxygen-absorbing material, contained in polymeric material that seals the material, and that can eventually be fed back.

[018] O fluido dielétrico é uma mistura de ésteres de óleos vegetais, cujos componentes contém ácidos graxos saturados e insaturados com 14 até 22 átomos de carbono, preferencialmente, óleo de soja, canola e girassol, isoladamente ou em mistura com outros óleos. Com relação ao material absorvedor de oxigênio, a patente US2825651 demonstra que vários tipos de sulfitos metálicos são oxidados a sulfatos na presença de oxigênio. [018] The dielectric fluid is a mixture of esters of vegetable oils, whose components contain saturated and unsaturated fatty acids with 14 to 22 carbon atoms, preferably soybean oil, canola and sunflower, alone or in mixture with other oils. With regard to the oxygen-absorbing material, the patent US2825651 demonstrates that various types of metal sulfites are oxidized to sulfates in the presence of oxygen.

[019] As patentes US5958851 e a US6159913 apresentam fluido dielétrico que é uma mistura de óleos vegetais contendo o óleo de soja como óleo base. Esta mistura se caracteriza pela adição de outros óleos vegetais parcialmente hidrogenados, de tal forma a se obter fluidos dielétricos com alto teor de ácido oleico. O óleo de girassol é o mais recomendado para ser hidrogenado, formando um éster fino com alto teor de ácido oleico. Pode ainda ser usado processo de winterização para remoção dos componentes saturados, melhorando ainda mais as características da mistura como fluido dielétrico, bem como adicionar aditivos antioxidantes, melhoradores do ponto de fluidez e do ponto de fulgor. Por sua vez, a empresa Cargil Incorporated, de Mineapolis, é titular da patente US583303 que descreve um óleo vegetal do tipo triglicerídeo que contém mais de 86% de ácido graxo do tipo oleico e menos de 2,5% de ácido linoleico. Este óleo apresenta como propriedade relevante uma elevada estabilidade oxidativa, o que lhe capacita para uso como fluido de transformador. [019] The patents US5958851 and US6159913 show dielectric fluid which is a mixture of vegetable oils containing soybean oil as the base oil. This mixture is characterized by the addition of other partially hydrogenated vegetable oils, in order to obtain dielectric fluids with a high oleic acid content. Sunflower oil is the most recommended to be hydrogenated, forming a thin ester with a high oleic acid content. A winterization process can also be used to remove saturated components, further improving the characteristics of the mixture as a dielectric fluid, as well as adding antioxidant additives, improving the pour point and the flash point. In turn, the company Cargil Incorporated, from Mineapolis, holds the patent US583303, which describes a vegetable oil of the triglyceride type that contains more than 86% fatty acid of the oleic type and less than 2.5% of linoleic acid. This oil has high oxidative stability as a relevant property, which enables it to be used as a transformer fluid.

[020] O Departamento de Engenharia Elétrica da Universidade de Moratuwa, junto com a empresa Lanka Transformar Ltd, Angulana Sation Road, publicou documento que trata do uso de óleo de coco branqueado, refinado e desodorizado (vácuo a 200°C), como fluido dielétrico. Diferentemente dos óleos vegetais do tipo triglicerídeos com alto teor de ácido oleico, em mistura com soja, os quais apresentam mais de 60% de compostos insaturados, o óleo de coco se caracteriza por possuir apenas 9%. Os óleos com alto teor de instauração, em geral, são fluidos a baixas temperaturas, o que não é verdade para o óleo de coco que se solidifica em torno de 20°C. Inversamente, o maior nível de insaturação proporciona instabilidade química, devido a possibilidade de oxidação e, consequentemente, de formar produtos polares, indesejáveis, uma vez que proporcionam corrente de fuga. Diferentemente, o óleo de coco é mais estável, e, portanto, muito melhor do que o óleo de girassol sob este ponto de vista. O uso de aditivos para baixar o ponto de fluidez não se mostrou efetivo para esta finalidade. Entretanto, o óleo de coco, quando solidificado, manteve sua rigidez dielétrica não reduzida, evidenciando o potencial de sua utilização como fluido dielétrico para as condições existentes naquele país (Sri Lanka). [020] The Department of Electrical Engineering at the University of Moratuwa, together with the company Lanka Transformar Ltd, Angulana Sation Road, published a document that deals with the use of bleached, refined and deodorized coconut oil (vacuum at 200 ° C) as a fluid dielectric. Unlike vegetable oils of the triglyceride type with a high oleic acid content, mixed with soy, which contain more than 60% unsaturated compounds, coconut oil is characterized by having only 9%. Oils with a high installation content, in general, are fluid at low temperatures, which is not true for coconut oil that solidifies at around 20 ° C. Conversely, the higher level of unsaturation provides chemical instability, due to the possibility of oxidation and, consequently, of forming polar, undesirable products, since they provide leakage current. In contrast, coconut oil is more stable, and therefore much better than sunflower oil from this point of view. The use of additives to lower the pour point was not effective for this purpose. However, coconut oil, when solidified, kept its dielectric strength not reduced, showing the potential of its use as a dielectric fluid for the conditions existing in that country (Sri Lanka).

DESCRIÇÃO RESUMIDA DA INVENÇÃOBRIEF DESCRIPTION OF THE INVENTION

[021] A presente invenção se diferencia dos desenvolvimentos propostos pelas demais patentes anteriormente mencionadas pelo fato do seu processo utilizar um derivado do óleo de mamona que apresenta uma variedade de ácidos conjugados, o qual, ao ser misturado com outros óleos vegetais saturados, modifica consideravelmente a formulação do fluido dielétrico, conferindo propriedades excepcionais para uso em transformadores elétricos. Esta mistura apresenta composição química peculiar, composta por ácidos graxos do tipo oleico e de alguns ácidos graxos conjugados, além de outros saturados. [021] The present invention differs from the developments proposed by the other patents previously mentioned in that its process uses a derivative of castor oil that presents a variety of conjugated acids, which, when mixed with other saturated vegetable oils, considerably modifies the formulation of the dielectric fluid, giving exceptional properties for use in electrical transformers. This mixture has a peculiar chemical composition, composed of fatty acids of the oleic type and some conjugated fatty acids, in addition to other saturated ones.

[022] De acordo com o estado da técnica citado, os equipamentos de potência, como transformadores, capacitares e cabos de transmissão, requerem dos fluidos dielétricos o estabelecimento de propriedades, como ponto de fulgor, viscosidade, calor específico, fluidez, rigidez dielétrica e fator de potência, dentro de faixas muito estreitas. Este fato se relaciona diretamente às modificações químicas realizadas na molécula, fórmula geral do tipo I, indicada na figura 5, e, de forma especial, com o alto teor de ácidos graxos conjugados e o baixo valor da quantidade de ácido linoleico. Certamente, é requerido ainda a recuperação dos valores destas propriedades, após o emprego de processos de recuperação destes fluidos, para eliminar componentes indesejáveis que conferem cor, corrente de dissipação e ruptura da tensão elétrica (cargas) em baixos níveis da potência aplicada, isto é, perda da estabilidade elétrica, visando sua reutilização. [022] According to the aforementioned state of the art, power equipment, such as transformers, capacitors and transmission cables, requires dielectric fluids to establish properties, such as flash point, viscosity, specific heat, fluidity, dielectric strength and power factor, within very narrow ranges. This fact is directly related to the chemical modifications made to the molecule, a general formula of type I, indicated in figure 5, and, in a special way, with the high content of conjugated fatty acids and the low value of the amount of linoleic acid. Certainly, the recovery of the values of these properties is still required, after the use of recovery processes of these fluids, to eliminate undesirable components that confer color, dissipation current and rupture of the electrical voltage (loads) at low levels of the applied power, that is , loss of electrical stability, aiming at its reuse.

[023] Convencionalmente, derivados de petróleo, de parafínicos ou de naftênicos têm sido utilizados com objetivo de atender as exigências acima referidas. De forma especial, hidrocarbonetos de elevado peso molecular (HMWH) também têm sido empregados em situações onde elevadas tensões (voltagens) são aplicadas nos transformadores, bem como, nos casos onde são exigidas altas temperaturas de operação, ou ainda, no caso onde a necessidade de manutenção se torna difícil. [023] Conventionally, petroleum, paraffinic or naphthenic derivatives have been used in order to meet the requirements mentioned above. In particular, high molecular weight hydrocarbons (HMWH) have also been used in situations where high voltages (voltages) are applied to transformers, as well as, in cases where high operating temperatures are required, or even in the case where the need maintenance becomes difficult.

[024] Os fluidos sintéticos também têm sido usados como fluidos dielétricos, com a finalidade de balancear propriedades dielétricas e ambientais, e de baixa inflamabilidade. O problema básico destes fluidos é que, sendo eles parcialmente biodegradáveis, causam sérios problemas ambientais para os corpos de água superficiais, ou mesmo para os subterrâneos, devido aos derramamentos ou vazamentos típicos, fato este que limita a aplicabilidade destes óleos, em face das normas e da legislação ambiental hoje em vigor. [024] Synthetic fluids have also been used as dielectric fluids, in order to balance dielectric and environmental properties, and of low flammability. The basic problem with these fluids is that, being partially biodegradable, they cause serious environmental problems for surface water bodies, or even for underground ones, due to typical spills or leaks, a fact that limits the applicability of these oils, in view of the norms and the environmental legislation in force today.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURASBRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES

[025] A figura 1A apresenta a fórmula geral do tipo II do composto halogenado SFe; a figura 1B apresenta a fórmula geral do tipo II do composto halogenado C₃F₈ e a figura 1C apresenta a fórmula geral do tipo II do composto halogenado C₄F₁₀. [025] Figure 1A shows the general type II formula of the halogenated compound SFe; Figure 1B shows the general formula of type II of the halogenated compound C ₃ F ₈ and Figure 1C shows the general formula of type II of the halogenated compound C ₄ F ₁₀ .

[026] A figura 2 apresenta a fórmula geral do tipo III dos compostos do tipo PCB's. [026] Figure 2 shows the general formula of type III of compounds of type PCB's.

[027] A figura 3A apresenta a fórmula geral do tipo IV dos hidrocarbonetos aromáticos bicíclicos sintéticos (HAB). [027] Figure 3A shows the general type IV formula of synthetic bicyclic aromatic hydrocarbons (HAB).

[028] A figura 3B apresenta a fórmula geral do 1 -fenil-1 -xililetano (PXE) utilizado preferencialmente nos capacitores; a figura 3C apresenta a fórmula geral do monoisopropilbifenil (MIPB); a figura 3D e 3E apresentam a mistura de monobenziltolueno (MBT) e dibenziltolueno (DBT), que são utilizados preferencialmente nos capacitores. [028] Figure 3B shows the general formula of 1-phenyl-1-xylethylene (PXE) used preferentially in capacitors; Figure 3C shows the general formula for monoisopropylbiphenyl (MIPB); Figure 3D and 3E show the mixture of monobenzyltoluene (MBT) and dibenzyltoluene (DBT), which are used mainly in capacitors.

[029] A figura 4 apresenta a fórmula geral do tipo V de blocos de copolímeros com segmentos de óxidos de polifenilenos e segmentos de polidimetilsiloxana, que são utilizados como redutores da tensão superficial de fluidos dielétricos, particularmente, dos fluidos do tipo "Askaret". [029] Figure 4 presents the general type V formula of copolymer blocks with polyphenylene oxide segments and polydimethylsiloxane segments, which are used as reducers of the surface tension of dielectric fluids, particularly of "Askaret" fluids .

[030] A figura 5 apresenta a fórmula geral do tipo I, de um derivado de óleo de mamona, onde R₁, R₂ e R₃ são grupos do tipo ácidos graxos saturados, insaturados, incomuns, ou misturas destes. [030] Figure 5 presents the general formula of type I, derived from castor oil, where R ₁ , R ₂ and R ₃ are groups of the type saturated, unsaturated, unusual, or mixtures of these.

[031] A figura 6 apresenta o fluxograma com todas as etapas do processo produtivo do derivado do óleo de mamona e a formulação do óleo dielétrico. [031] Figure 6 shows the flowchart with all the stages of the production process of the castor oil derivative and the formulation of the dielectric oil.

[032] A figura 7 é uma representação gráfica dos resultados de testes de rigidez dielétrica versus número de chaveamentos. [032] Figure 7 is a graphical representation of the results of dielectric strength tests versus number of switches.

DESCRIÇÃO PREFERIDA DA INVENÇÃOPREFERRED DESCRIPTION OF THE INVENTION

[033] O processo da presente invenção emprega, como matéria-prima principal, um derivado do óleo de mamona degomado, clarificado e filtrado. O número de átomos de carbono nestes ácidos graxos, como apresentado na figura 5, é variável, podendo situar-se na faixa de 12 a 22. [033] The process of the present invention employs, as main raw material, a derivative of degummed, clarified and filtered castor oil. The number of carbon atoms in these fatty acids, as shown in figure 5, is variable, and can range from 12 to 22.

[034] A composição percentual média do óleo de mamona utilizado em todos os experimentos que consubstanciam a presente invenção é ácido ricinoléico 89,5%; ácido dihidroxiesteárico 0,7%; ácido palmítico 1,0%; ácido esteárico 1,0%; ácido oleico 3,0%; ácido linoleico 4,2%; ácido linolênico 0,3%; e ácido eicosanóico 0,3%. Estes valores foram obtidos de análises oriundas de um cromatógrafo Shimadzu, acoplado a um espectrofotômetro de massa CGMS, modelo QP 5050, estando em acordo com valores indicados na literatura científica e tecnológica sobre a composição deste óleo. [034] The average percentage composition of castor oil used in all experiments that substantiate the present invention is 89.5% ricinoleic acid; dihydroxy stearic acid 0.7%; 1.0% palmitic acid; 1.0% stearic acid; oleic acid 3.0%; 4.2% linoleic acid; 0.3% linolenic acid; and eicosanoic acid 0.3%. These values were obtained from analyzes derived from a Shimadzu chromatograph, coupled to a CGMS mass spectrophotometer, model QP 5050, being in agreement with values indicated in the scientific and technological literature on the composition of this oil.

[035] A invenção está fundamentada em estudos de modelagem molecular, a qual foi realizada com o objetivo de se avaliar a relação estrutura-propriedade do fluido dielétrico aqui mencionado. Para tanto, utilizou-se uma "workstation" marca DELL, modelo Dimension 4700 Pentium IV, para estudo das propriedades dielétricas. Dependendo da composição química e do número de átomos de carbono dos grupos R₁, R₂ e R3, presentes nas moléculas dos ácidos graxos do triglicerídeo, com fórmula geral do tipo I, mostrada na figura 5, e da natureza das transformações químicas realizadas na estrutura, podem ser obtidas importantes propriedades para o fluido dielétrico, tornando- o assim um fluido isolante ideal, apresentando propriedades notáveis como, por exemplo: alto ponto de fulgor, para permitir baixa volatilidade; boa faixa de viscosidade, para permitir melhor fluidez; alto valor do calor específico, para permitir eficiente troca de calor entre o núcleo do transformador e o meio externo; baixo ponto de fluidez, para permitir escoamento do fluido em baixas temperaturas; além de boa rigidez dielétrica e fator de potência comparável aos melhores óleos isolantes que estão disponíveis no mercado. A presença de um teor de ácido oleico, da ordem de 64%, na composição do fluido dielétrico, com base em óleos do tipo triglicerídeos, tem sido indicada em patentes anteriores como um parâmetro fundamental para se obter um produto com boas propriedades dielétricas. [035] The invention is based on molecular modeling studies, which was carried out with the aim of evaluating the structure-property relationship of the dielectric fluid mentioned here. For this, a DELL workstation, model Dimension 4700 Pentium IV, was used to study the dielectric properties. Depending on the chemical composition and the number of carbon atoms of the groups R ₁ , R ₂ and R3, present in the triglyceride fatty acid molecules, with a general formula of type I, shown in figure 5, and the nature of the chemical transformations carried out in the structure, important properties for the dielectric fluid can be obtained, thus making it an ideal insulating fluid, presenting remarkable properties such as: high flash point, to allow low volatility; good viscosity range, to allow better fluidity; high specific heat value, to allow efficient heat exchange between the transformer core and the external environment; low pour point, to allow fluid flow at low temperatures; in addition to good dielectric strength and power factor comparable to the best insulating oils available on the market. The presence of an oleic acid content, of the order of 64%, in the composition of the dielectric fluid, based on oils of the triglyceride type, has been indicated in previous patents as a fundamental parameter to obtain a product with good dielectric properties.

[036] Para uma melhor compreensão desta invenção, segue uma descrição detalhada do processo produtivo do derivado do óleo de mamona, produto de base da formulação do novo fluido dielétrico. [036] For a better understanding of this invention, follows a detailed description of the production process of the castor oil derivative, basic product of the formulation of the new dielectric fluid.

[037] Todas as etapas relacionadas com a produção do derivado de base e a formulação do óleo dielétrico estão referenciadas na figura 6. [037] All the steps related to the production of the base derivative and the formulation of the dielectric oil are referenced in figure 6.

[038] O óleo de mamona comercial do tipo 1 é estocado em tanque de aço carbono (1), revestido com tinta epóxi, para ser bombeado até um trocador de calor (2), onde é pré-aquecido a temperaturas que podem variar entre 37°C e 250°C, dependendo do tipo de catalisador, seguindo para um reator (4). [038] Type 1 commercial castor oil is stored in a carbon steel tank (1), coated with epoxy paint, to be pumped to a heat exchanger (2), where it is preheated to temperatures that can vary between 37 ° C and 250 ° C, depending on the type of catalyst, going to a reactor (4).

[039] O reator (4) pode operar em sistema de batelada, contínuo ou semi-contínuo, podendo ser dos tipos leito fixo, mistura perfeita ou ainda conjunto de reatores deste tipo operando em cascata. [039] The reactor (4) can operate in batch, continuous or semi-continuous systems, and can be of the fixed bed type, perfect mix or even a set of reactors of this type operating in cascade.

[040] O pré-aquecimento do óleo de mamona e o aquecimento do reator são feitos a partir da troca de calor destes materiais com um fluido do tipo Dowtherm, oriundo de uma caldeira (3), o qual, por sua vez, pode receber calor de uma resistência elétrica ou de combustível de vários tipos (sólido, líquido ou gasoso). O óleo do tipo Dowtherm é apropriado para a troca de calor em uma ampla faixa de temperatura, sem perda significativa por evaporação. [040] The pre-heating of castor oil and the heating of the reactor are made by exchanging the heat of these materials with a fluid of the Dowtherm type, coming from a boiler (3), which, in turn, can receive heat from an electrical resistance or fuel of various types (solid, liquid or gaseous). Dowtherm-type oil is suitable for heat exchange over a wide temperature range, without significant loss through evaporation.

[041] O reator (4) opera acoplado a um condensador (5), com o objetivo de remover a água produzida durante a reação de produção do derivado do óleo de mamona. A reação que se processa no reator (4) pode ser catalisada por meio de ácido sulfúrico concentrado, ácido fosfórico, ácido fosforoso, ou ainda resinas ácidas especiais, que são fornecidas a partir do tanque (6). [041] The reactor (4) operates coupled to a condenser (5), in order to remove the water produced during the production reaction of the castor oil derivative. The reaction that takes place in the reactor (4) can be catalyzed by means of concentrated sulfuric acid, phosphoric acid, phosphorous acid, or even special acid resins, which are supplied from the tank (6).

[042] Os resultados mostram que o uso de resinas ácidas proporciona melhor qualidade do produto derivado, embora a reação possa ser conduzida com excelentes resultados com o uso de ácido sulfúrico concentrado, como demonstrado. [042] The results show that the use of acidic resins provides better quality of the derived product, although the reaction can be conducted with excellent results with the use of concentrated sulfuric acid, as shown.

[043] A temperatura do reator (4) deve situa-se na faixa de 275 a 330°C, visando à produção de um derivado do óleo de mamona com alto grau de insaturação conjugada, de acordo com o tipo de catalisador empregado. O rendimento desta reação é geralmente superior a 90% quando utilizado um reator contínuo do tipo mistura perfeita, operando com capacidade de 5 litros, vazão de saída de aproximadamente 4 L/min. e concentração de catalisador de cerca de 1%, o qual é misturado com o óleo de mamona antes da sua introdução no reator (4). [043] The reactor temperature (4) should be in the range of 275 to 330 ° C, aiming at the production of a castor oil derivative with a high degree of conjugated unsaturation, according to the type of catalyst used. The yield of this reaction is generally greater than 90% when using a continuous reactor of the perfect mixture type, operating with a capacity of 5 liters, output flow of approximately 4 L / min. and a catalyst concentration of about 1%, which is mixed with castor oil before its introduction into the reactor (4).

[044] A reação do produto é contínua, sendo o produto imediatamente refrigerado, por trocador de calor (7), até a temperatura ambiente, aproximadamente de 30°C, garantindo a não decomposição e/ou polimerização do produto da reação. Isto é feito com auxílio de um fluido refrigerante, oriundo da unidade de refrigeração (8), sendo que o produto final da reação deve ser encaminhado ao tanque de produto intermediário (9). Em seguida, o produto é enviado a um equipamento especial de purificação que usa membrana (10) para reduzir o índice de acidez a valores inferiores a 0,03. O produto da reação é então enviado a um tanque (11) onde é estocado. Para a formulação final, o derivado de base, contido no tanque (11), é enviado ao tanque de mistura (12), onde recebe aditivos proveniente do vaso (13) e outros óleos vegetais previamente selecionados do tanque (14), visando conferir propriedades dielétricas e físico-químicas adequadas ao produto final, aqui designado como óleo dielétrico. [044] The reaction of the product is continuous, with the product being immediately cooled, by heat exchanger (7), to room temperature, approximately 30 ° C, ensuring non-decomposition and / or polymerization of the reaction product. This is done with the aid of a refrigerant, from the refrigeration unit (8), and the final product of the reaction must be sent to the intermediate product tank (9). Then, the product is sent to a special purification equipment that uses a membrane (10) to reduce the acidity index to values below 0.03. The reaction product is then sent to a tank (11) where it is stored. For the final formulation, the base derivative, contained in the tank (11), is sent to the mixing tank (12), where it receives additives from the vessel (13) and other vegetable oils previously selected from the tank (14), in order to check dielectric and physico-chemical properties suitable for the final product, here designated as dielectric oil.

[045] Esta mistura apresenta índice de iodo na faixa de 100 a 110 unidades, aproximadamente, quando medida através do método de Wijs. Preferencialmente, utiliza óleo de soja, milho, girassol ou mesmo óleo de pinhão. O uso de óleo de pinhão se reveste de caráter inédito neste tipo de aplicação, jamais utilizado anteriormente. O produto formulado, armazenado no tanque (15), apresentou-se estável e de alta pureza, de acordo com normas internacionais: ASTM D 877 e D 924 e AOCS Cc 10a-25, AOCS Tg 1-64, AOCS Cd 13-60, AOCS TI 5 1a--64, AOCS Tq 1a-64, AOCS Cd 3a--63 e conforme caracterização instrumental realizada através de análise em cromatógrafo gasoso, acoplado a espectrômetro de massa (CGMS), Ressonância Nuclear Magnética (NMR) e infravermelho (IR). Em todos os ensaios que foram realizados, o fluido dielétrico mostrou-se extremamente efetivo e superior aos produtos comerciais. A natureza peculiar do derivado básico do óleo de mamona evita o uso de aditivo para abaixar o ponto de fluidez do fluido dielétrico para temperaturas inferiores -20°C. [045] This mixture has an iodine index in the range of approximately 100 to 110 units, when measured using the Wijs method. Preferably, it uses soybean oil, corn, sunflower or even pine nut oil. The use of pine nut oil is unprecedented in this type of application, never used before. The formulated product, stored in the tank (15), was stable and of high purity, according to international standards: ASTM D 877 and D 924 and AOCS Cc 10a-25, AOCS Tg 1-64, AOCS Cd 13-60 , AOCS TI 5 1a - 64, AOCS Tq 1a-64, AOCS Cd 3a - 63 and according to instrumental characterization performed through gas chromatograph analysis, coupled to mass spectrometer (CGMS), Nuclear Magnetic Resonance (NMR) and infrared (GO). In all tests that were carried out, the dielectric fluid proved to be extremely effective and superior to commercial products. The peculiar nature of the basic derivative of castor oil prevents the use of an additive to lower the pour point of the dielectric fluid to temperatures below -20 ° C.

[046] São apresentados a seguir os resultados de três experimentos exemplificativos, mas não limitativos, realizados ao longo da pesquisa. [046] Below are the results of three exemplary, but not limiting, experiments carried out throughout the research.

[047][047] Experimento 1Experiment 1

[048] Uma quantidade suficiente óleo de mamona industrial, do tipo 1, adquirido de empresa comercial credenciada para realizar este tipo de fornecimento, foi colocado no tanque de estocagem (1) para permitir a operação contínua da planta piloto por cerca de 10 horas. Foram feitas, previamente, análises em duplicata de amostras do óleo, tendo sido observado os mesmos valores médios para as suas propriedades físico-químicas daqueles fornecidos pelo fabricante, como indicado a seguir: índice de iodo = 85 (AOCS, Cd 1 -25); índice de hidroxila máxima = 159 mg de KOH/g (AOCS, Cd 13-60); umidade máxima = 0,3%; teor de ácidos graxos livres máximo = 1,0 (AOCS, Ca 5a - 40); índice de saponificação = 185 mg de KOH/g (AOCS, Cd 3 - 25). [048] A sufficient amount of industrial castor oil, type 1, purchased from a commercial company accredited to carry out this type of supply, was placed in the storage tank (1) to allow the continuous operation of the pilot plant for about 10 hours. Previously, duplicate analyzes of oil samples were performed, having observed the same average values for their physico-chemical properties as those provided by the manufacturer, as shown below: iodine index = 85 (AOCS, Cd 1 -25) ; maximum hydroxyl index = 159 mg KOH / g (AOCS, Cd 13-60); maximum humidity = 0.3%; maximum free fatty acid content = 1.0 (AOCS, Ca 5a - 40); saponification index = 185 mg KOH / g (AOCS, Cd 3 - 25).

[049] A temperatura do óleo armazenado no tanque (1) ficou sempre em torno de 30°C durante toda a operação de produção do derivado do óleo de mamona, a qual teve início com a alimentação deste óleo no trocador de calor (2), que proporcionou um pré-aquecimento do óleo até uma temperatura de aproximadamente 250°C, através da troca de calor com um fluido Dowtherm, aquecido na caldeira (3). Este óleo, por sua vez, alimenta o reator piloto (4), do tipo mistura perfeita (CSTR), que opera à temperatura de 300°C, e está acoplado a um condensador (5), para recolhimento da água gerada durante o processo reacional em questão. Utilizou-se ácido sulfúrico concentrado comercial oriundo do tanque (6) como catalisador numa proporção de 1,5% em peso em relação ao material dentro do reator, visando ajustar o seu índice de iodo para uma faixa de 100-110 (Wij’s ). Esta condição é considerada essencial para permitir uma fluidez em baixa temperatura, da ordem de -20°C. [049] The temperature of the oil stored in the tank (1) was always around 30 ° C during the entire production operation of the castor oil derivative, which started with the feeding of this oil in the heat exchanger (2) , which provided a preheating of the oil to a temperature of approximately 250 ° C, through the exchange of heat with a Dowtherm fluid, heated in the boiler (3). This oil, in turn, feeds the pilot reactor (4), of the perfect mixture type (CSTR), which operates at a temperature of 300 ° C, and is coupled to a condenser (5), to collect the water generated during the process reaction in question. Commercial concentrated sulfuric acid from the tank (6) was used as a catalyst in a proportion of 1.5% by weight in relation to the material inside the reactor, aiming to adjust its iodine index to a range of 100-110 (Wij's). This condition is considered essential to allow a low temperature fluidity, in the order of -20 ° C.

[050] A mistura do catalisador e óleo de mamona é feita previamente à introdução do óleo no reator (4). O fluxo médio de material reagido na saída deste reator foi continuamente avaliado, obtendo-se um valor aproximado de 5,1 L/hora. O derivado do óleo de mamona obtido na corrida foi imediatamente refrigerado através do trocador de calor (7) até a temperatura ambiente (30°C), pela unidade de refrigeração (8), que sempre operou com água a 5°C. Este produto foi encaminhado ao tanque (9), onde foi estocado. Amostras deste óleo de base foram analisadas em duplicatas, tendo sido observado os seguintes valores médios para as suas propriedades: índice de iodo= 135 (AOCS, Cd 1 25); índice de hidroxila máxima = 20 mg de KOH/g (AOCS, Cd 13 25 60); umidade máxima= 0,3%; teor de ácidos graxos livres máxima= 3,0% (AOCS, Cd 3a - 63); índice de saponificação = 182 mg de KOH/g (AOCS TI 1a - 64 ), viscosidade = 90 cP a 40°C. Em seguida, este produto é enviado a um equipamento especial de purificação que utiliza membrana (10) para redução do índice de acidez a valores inferiores a 0,03. O produto assim obtido foi encaminhado ao tanque de estocagem (11) para posterior formulação. O fluido dielétrico, após formulação, apresentou valores para as suas propriedades conforme 5 indicado na Tabela 1, coluna referente ao experimento 1. [050] The catalyst and castor oil are mixed before the oil is introduced into the reactor (4). The average flow of material reacted at the outlet of this reactor was continuously evaluated, obtaining an approximate value of 5.1 L / hour. The castor oil derivative obtained in the race was immediately cooled through the heat exchanger (7) to room temperature (30 ° C), by the refrigeration unit (8), which always operated with water at 5 ° C. This product was sent to the tank (9), where it was stored. Samples of this base oil were analyzed in duplicates, having observed the following average values for its properties: iodine index = 135 (AOCS, Cd 1 25); maximum hydroxyl index = 20 mg KOH / g (AOCS, Cd 13 25 60); maximum humidity = 0.3%; maximum free fatty acid content = 3.0% (AOCS, Cd 3a - 63); saponification index = 182 mg KOH / g (AOCS TI 1a - 64), viscosity = 90 cP at 40 ° C. Then, this product is sent to a special purification equipment that uses a membrane (10) to reduce the acidity index to values below 0.03. The product thus obtained was sent to the storage tank (11) for later formulation. The dielectric fluid, after formulation, showed values for its properties as shown in Table 1, column referring to experiment 1.

[051][051] Experimento 2Experiment 2

[052] Em uma segunda corrida experimental, uma nova quantidade suficiente de óleo de mamona industrial do tipo 1, conforme exemplo anterior, foi colocado no tanque de estocagem (1) para permitir a operação contínua da planta piloto por cerca de 15 horas. As análises em duplicata da amostra deste óleo apresentaram valores médios para suas propriedades físico-químicas, conforme indicado a seguir: índice de iodo = 85 (AOCS, Cd 1-25); índice de hidroxila máxima=159 mg de KOH/g (AOCS, Cd 13-60); umidade máxima=0,3%; teor de ácidos graxos livres máximo=1,0 (AOCS, Ca 5a - 40); índice de saponificação=182 mg de KOH/g (AOCS, Cd 3 - 25). A temperatura do óleo armazenado no tanque (1) ficou sempre em torno de 32°C durante toda a operação de produção do derivado básico do óleo de mamona, a qual teve início com a alimentação deste óleo no trocador de calor (2) para um pré-aquecimento do óleo de mamona até uma temperatura de aproximadamente 250°C através do uso de um óleo Dowtherm aquecido na caldeira (3). Este óleo, por sua vez, alimentou o reator piloto (4), do tipo mistura perfeita (CSTR), que operou a uma temperatura de 300°C, e que está acoplado a um condensador (5), para recolhimento da água gerada durante o processo de produção do derivado do óleo de mamona. [052] In a second experimental run, a sufficient new amount of industrial castor oil of type 1, as in the previous example, was placed in the storage tank (1) to allow the continuous operation of the pilot plant for about 15 hours. The duplicate analyzes of the sample of this oil showed average values for its physical and chemical properties, as indicated below: iodine index = 85 (AOCS, Cd 1-25); maximum hydroxyl index = 159 mg KOH / g (AOCS, Cd 13-60); maximum humidity = 0.3%; maximum free fatty acid content = 1.0 (AOCS, Ca 5a - 40); saponification index = 182 mg KOH / g (AOCS, Cd 3 - 25). The temperature of the oil stored in the tank (1) was always around 32 ° C during the entire production operation of the basic derivative of castor oil, which started with the feeding of this oil in the heat exchanger (2) for a pre-heating of castor oil to a temperature of approximately 250 ° C using a heated Dowtherm oil in the boiler (3). This oil, in turn, fed the pilot reactor (4), of the perfect mixture type (CSTR), which operated at a temperature of 300 ° C, and which is coupled to a condenser (5), to collect the water generated during the production process of the castor oil derivative.

[053] Foi utilizado ácido sulfúrico concentrado comercial, oriundo do tanque (6), como catalisador em uma proporção de 1,5% em peso em relação ao material dentro do reator, visando ajustar o seu índice de iodo para uma faixa de 100-110, valor considerado adequado para permitir uma fluidez no transformador em baixa temperatura (-20°C). [053] Commercial concentrated sulfuric acid from the tank (6) was used as a catalyst in a proportion of 1.5% by weight in relation to the material inside the reactor, aiming to adjust its iodine index to a range of 100- 110, a value considered adequate to allow fluidity in the transformer at low temperature (-20 ° C).

[054] Neste experimento, o fluxo médio de material reagido na saída do reator foi continuamente avaliado, obtendo-se um valor aproximado de 5,3 L/hora. O derivado do óleo de mamona obtido foi refrigerado, através do trocador de calor (7), até a temperatura ambiente (30°C), com auxílio da unidade de refrigeração (8) que operava com água a 5°C. Este produto foi encaminhado até o tanque (9), onde foi estocado. Amostras deste óleo foram analisadas em duplicatas, e observados os seguintes valores médios para suas propriedades: índice de iodo=133 (AOCS, Cd 1-25); índice de hidroxila máxima=18 mg de KOH/g (AOCS, Cd 13 - 60); umidade máxima=0,25%; teor de ácidos graxos livres máximo=3,0% (AOCS, Cd 3a - 63); índice de saponificação = 180 mg de KOH/g (AOCS TI1 a- 64), viscosidade=190 cP a 27,5°C. [054] In this experiment, the average flow of material reacted at the reactor outlet was continuously evaluated, obtaining an approximate value of 5.3 L / hour. The derivative of castor oil obtained was cooled, through the heat exchanger (7), to room temperature (30 ° C), with the aid of the refrigeration unit (8) that operated with water at 5 ° C. This product was sent to the tank (9), where it was stored. Samples of this oil were analyzed in duplicates, and the following average values for their properties were observed: iodine index = 133 (AOCS, Cd 1-25); maximum hydroxyl index = 18 mg KOH / g (AOCS, Cd 13 - 60); maximum humidity = 0.25%; maximum free fatty acid content = 3.0% (AOCS, Cd 3a - 63); saponification index = 180 mg KOH / g (AOCS TI1 a- 64), viscosity = 190 cP at 27.5 ° C.

[055] Em seguida, este produto foi enviado a um equipamento especial de purificação (10) que utiliza membrana para reduzir o índice de acidez a valores inferiores a 0,03, sendo em seguida encaminhado ao tanque (11) para estoque. Para a sua formulação final, o derivado do óleo de mamona foi, em seguida, enviado ao tanque de mistura (12). Neste experimento 2, o produto sofreu aditivação com BHT oriundo do vaso (13), resultando em um fluido dielétrico com propriedades indicadas na Tabela 1, coluna referente ao segundo experimento. A análise dos valores indica um ótimo resultado quando comparado aos valores das propriedades dielétricas com aqueles especificados pelas normas internacionais. [055] Then, this product was sent to a special purification equipment (10) that uses a membrane to reduce the acidity index to values below 0.03, and then sent to the tank (11) for stock. For its final formulation, the castor oil derivative was then sent to the mixing tank (12). In this experiment 2, the product was added with BHT from the vessel (13), resulting in a dielectric fluid with properties indicated in Table 1, column referring to the second experiment. The analysis of the values indicates an excellent result when compared to the values of the dielectric properties with those specified by international standards.

[056][056] Experimento 3Experiment 3

[057] Uma quantidade suficiente de óleo de mamona industrial do tipo 1, adquirido de uma outra empresa comercial credenciada para realizar este tipo de fornecimento, foi colocado no tanque de estocagem (1) para permitir a operação contínua da planta piloto por cerca de 30 horas. Foram feitas, previamente, análises em duplicata de amostra deste óleo, tendo sido observado os mesmos valores médios para suas propriedades físico-químicas, conforme indicado a seguir: índice de iodo= 85 (AOCS, Cd 1-25); índice de hidroxila máxima= 159 mg de KOH/g (AOCS, Cd 13 - 60); umidade máxima = 0,3%; teor de 10 ácidos graxos livres máximo=1,0 (AOCS, Ca 5a - 40); índice de saponificação=182 mg de KOH/g (AOCS, Cd 3 - 25). A temperatura do óleo armazenado no tanque (1) ficou sempre em torno de 30°C durante toda operação de produção do derivado do óleo de mamona, a qual teve início com a alimentação deste óleo no trocador de calor (2), que proporcionou o pré-aquecimento do óleo até uma temperatura de aproximadamente 250°C, através do uso de um óleo Dowtherm aquecido na caldeira (3). Este óleo, por sua vez, alimenta o reator piloto (4), do tipo mistura perfeita (CSTR), que operou a temperatura de 300°C, tendo o mesmo sido acoplado a um condensador (5) para recolhimento da água gerada durante o processo reacional. Utilizou-se ácido sulfúrico concentrado comercial oriundo do tanque (6) como catalisador numa proporção de 1,6% em peso em relação ao material dentro do reator, visando ajustar o índice de iodo para uma faixa de 100-110, valor este considerado adequado para permitir uma fluidez em baixa temperatura da ordem de -20°C. [057] A sufficient amount of industrial type 1 castor oil, purchased from another commercial company accredited to carry out this type of supply, was placed in the storage tank (1) to allow the pilot plant to continue operating for about 30 days. hours. Previously, duplicate analyzes of the sample of this oil were carried out, with the same average values for its physical and chemical properties being observed, as shown below: iodine index = 85 (AOCS, Cd 1-25); maximum hydroxyl index = 159 mg KOH / g (AOCS, Cd 13 - 60); maximum humidity = 0.3%; maximum free fatty acid content = 1.0 (AOCS, Ca 5a - 40); saponification index = 182 mg KOH / g (AOCS, Cd 3 - 25). The temperature of the oil stored in the tank (1) was always around 30 ° C during the entire production operation of the castor oil derivative, which started with the feeding of this oil in the heat exchanger (2), which provided the preheating the oil to a temperature of approximately 250 ° C, using a heated Dowtherm oil in the boiler (3). This oil, in turn, feeds the pilot reactor (4), of the perfect mixture type (CSTR), which operated at a temperature of 300 ° C, having been coupled to a condenser (5) to collect the water generated during the reaction process. Commercial concentrated sulfuric acid from the tank (6) was used as a catalyst in a proportion of 1.6% by weight in relation to the material inside the reactor, aiming to adjust the iodine index to a range of 100-110, a value considered adequate to allow a low temperature fluidity of the order of -20 ° C.

[058] A mistura do catalisador e óleo de mamona foi feita previamente à introdução do óleo no reator (4). O fluxo médio de material reagido na saída do reator foi continuamente avaliado, obtendo-se um valor aproximado de 4,1 L/hora. O produto derivado do óleo de mamona obtido nesta corrida foi imediatamente refrigerado através do trocador de calor (7) até a temperatura ambiente (30°C), por meio da unidade de refrigeração (8) que operou com água a 5°C. Este produto foi encaminhado ao tanque (9), onde foi estocado. Amostras deste óleo foram analisadas em duplicatas, observando os seguintes valores médios para as suas propriedades: índice de iodo= 138 (AOCS, Cd 125); índice de hidroxila máxima = 21 mg de KOH/g (AOCS, Cd 13 60); umidade máxima=0,3%; teor de ácidos graxos livres máximo = 103,0% (AOCS, Cd 3a - 63); índice de saponificação=180 mg de KOH/g (AOCS TI1a- 64), viscosidade=167 cP a 25°C. Em seguida, este produto é enviado a um equipamento especial de purificação (10), que utiliza membrana para reduzir o índice de acidez a valores inferiores a 0,03. O produto assim obtido foi estocado no tanque (11) e a seguir enviado ao tanque de mistura (12) para formulação final. [058] The catalyst and castor oil were mixed before the oil was introduced into the reactor (4). The average flow of material reacted at the reactor outlet was continuously evaluated, obtaining an approximate value of 4.1 L / hour. The product derived from castor oil obtained in this race was immediately cooled through the heat exchanger (7) to room temperature (30 ° C), through the refrigeration unit (8) that operated with water at 5 ° C. This product was sent to the tank (9), where it was stored. Samples of this oil were analyzed in duplicates, observing the following average values for their properties: iodine index = 138 (AOCS, Cd 125); maximum hydroxyl index = 21 mg KOH / g (AOCS, Cd 13 60); maximum humidity = 0.3%; maximum free fatty acid content = 103.0% (AOCS, Cd 3a - 63); saponification index = 180 mg KOH / g (AOCS TI1a- 64), viscosity = 167 cP at 25 ° C. This product is then sent to a special purification equipment (10), which uses a membrane to reduce the acidity index to values below 0.03. The product thus obtained was stored in the tank (11) and then sent to the mixing tank (12) for final formulation.

[059] Neste experimento, o derivado básico do óleo de mamona foi formulado com 4% de óleo de soja refinado e desodorizado, com a finalidade de reduzir os custos de produção do óleo dielétrico, obtendo os seguintes valores para as suas propriedades dielétricas, conforme indicado na Tabela 1, coluna referente ao experimento 3. O processo de produção do derivado básico do óleo de mamona apresentou elevado rendimento reacional, da ordem de 90%, sendo, portanto, um produto estável e de alta pureza, como caracterização instrumental (cromatografia gasosa acoplada a espectrometria de massa, NMR, IR). [059] In this experiment, the basic derivative of castor oil was formulated with 4% refined and deodorized soy oil, in order to reduce the production costs of dielectric oil, obtaining the following values for its dielectric properties, as indicated in Table 1, column referring to experiment 3. The production process of the basic derivative of castor oil showed high reaction yield, of the order of 90%, being, therefore, a stable and high purity product, as instrumental characterization (chromatography gas coupled to mass spectrometry, NMR, IR).

[060] Em todos os ensaios realizados, o derivado básico do óleo de mamona, após formulação adequada, produziu eficiência superior em relação aos atuais produtos comerciais. O experimento proporcionou a obtenção de excelentes propriedades no produto formulado como, por exemplo: uma rigidez dielétrica mínima de 35 KV/100mil, com espaço entre placas de 2,54 mm, um baixo fator de potência, menor que 0,5% a 25°C, acidez menor que 0.03 mg de KOH/g, condutividade elétrica menor que 1 pS/m a 25°C, "flash point" de no mínimo 250°C e ponto de fluidez situado na faixa de -20°C. [060] In all tests carried out, the basic derivative of castor oil, after adequate formulation, produced superior efficiency compared to current commercial products. The experiment provided excellent properties in the formulated product, such as: a minimum dielectric strength of 35 KV / 100mil, with a 2.54 mm gap between plates, a low power factor, less than 0.5% at 25 ° C, acidity less than 0.03 mg KOH / g, electrical conductivity less than 1 pS / m at 25 ° C, flash point of at least 250 ° C and pour point in the range of -20 ° C.

[061] Tabela 1: Propriedades dielétricas verificadas nos experimentos

[061] Table 1: Dielectric properties verified in the experiments

[062] Em todos os experimentos, os testes elétricos específicos para avaliação da capacidade dielétrica, fator de potência e condutividade elétrica do produto formulado foram realizados em aparelho padrão, especialmente utilizados para este tipo de aferição de acordo com as normas internacionais ASTM D 877 e D 924- e AOCS Cc 1 Oa-25, AOCS Tg 1-64, AOCS Cd 13-60, AOCS TI1a- 64, AOCS Tq 1a-64, AOCS Cd 3a-63. [062] In all experiments, the specific electrical tests to assess the dielectric capacity, power factor and electrical conductivity of the formulated product were carried out in a standard device, especially used for this type of measurement in accordance with international standards ASTM D 877 and D 924- and AOCS Cc 1 Oa-25, AOCS Tg 1-64, AOCS Cd 13-60, AOCS TI1a- 64, AOCS Tq 1a-64, AOCS Cd 3a-63.

[063] Na figura 8 são apresentados, por meio de gráfico, os dados sobre a estabilidade do fluido dielétrico no que diz respeito aos testes sequenciados de rigidez dielétrica da amostra do fluido. Por estes dados se verifica que o valor da rigidez dielétrica fica praticamente inalterado após 50 chaveamentos consecutivos. Em síntese, estes dados mostram uma estabilidade do fluido como não apresentada em nenhuma das patentes analisadas. [063] In figure 8, the data on the stability of the dielectric fluid with respect to the sequential tests of dielectric strength of the fluid sample are presented by means of a graph. These data show that the value of the dielectric strength is practically unchanged after 50 consecutive switching. In summary, these data show a fluid stability as not shown in any of the patents analyzed.

[064] A presente invenção foi descrita em termos de sua modalidade preferida, entretanto outras variações e/ou modificações que possam se tornar aparentes para aqueles versados na técnica a partir da presente descrição são também contempladas e definidas de acordo com as reivindicações anexas. [064] The present invention has been described in terms of its preferred modality, however other variations and / or modifications that may become apparent to those skilled in the art from the present description are also contemplated and defined according to the attached claims.

Claims

PRODUCTION PROCESS OF A DIELECTRIC FLUID applicable to equipment such as transformers, capacitors or electrical transmission line cables, characterized by comprising the steps:

a) pre-heating of castor oil (Ricinus communis L.) stored in a tank (1) between 37 ° C and 250 ° C and addition of a catalyst in the concentration between 1.0% to 1.6% by weight in regarding the amount of castor oil to reach an iodine index between 100-110;
b) storage of castor oil in a heated reactor (4) at a temperature between 275 to 330 ° C and extraction of water from the mixture deposited in the reactor (4) by means of a condenser (5);
c) cooling the base derivative obtained to a temperature of 30 ° C;
d) purification of the base derivative through a membrane (10) to reduce the acidity index to values below 0.03;
e) base derivative mixed with vegetable oils.

PROCESS OF PRODUCTION OF A DIELECTRIC FLUID, according to claim 1, characterized in that the catalyst comprises concentrated sulfuric acid, phosphoric acid, phosphoric acid or special acid resins.

PRODUCTION PROCESS OF A DIELECTRIC FLUID, according to claim 1, characterized by the fact that the base derivative is mixed with the BHT additive.

PROCESS OF PRODUCTION OF A DIELECTRIC FLUID, according to claim 1, characterized by the fact that vegetable oils are selected from soybean oil, corn, sunflower or pine nut.

PROCESS OF PRODUCTION OF A DIELECTRIC FLUID, according to claim 1, characterized by the fact that the tank (1) and the reactor (4) are heated by heat exchange with a fluid of the Dowtherm type, coming from a boiler (3) that receives heat from an electrical resistor or from solid, liquid or gaseous fuel.

PROCESS OF PRODUCTION OF A DIELECTRIC FLUID, according to claim 1, characterized by the fact that the reactor (4) operates in a batch, continuous or semi-continuous system, which may be of the fixed bed type, perfect mixture or even a set of reactors of this type operating cascading.

FORMULATION OF A DIELECTRIC FLUID, obtained by the process defined in claim 1, characterized by comprising a castor oil derivative of the formula

, where R1, R2 and R3 are unusual, unsaturated, unsaturated fatty acid groups, or mixtures of these and vegetable oils selected from soybean oil, corn, sunflower or pine nut.

FORMULATION OF A DIELECTRIC FLUID, according to claim 7, characterized by the fact that it has an iodine index between 110-126.2; acidity index between 0.03-0.084%; hydroxyl index between 14.4-20; humidity between 1.8-3.0; Free fatty acid content between 180-189; viscosity at 25 ° C between 157-190 cP; power factor between 0.6-10%; dielectric strength between 48-61.3% and pour point of -24 ° C.