WO2010044648A1 - Aceite vegetal de alta pureza dieléctrico, método para obtención y su aplicación en un aparato eléctrico - Google Patents

Aceite vegetal de alta pureza dieléctrico, método para obtención y su aplicación en un aparato eléctrico Download PDF

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Definitions

  • the present invention is related to vegetable oils and more particularly to a vegetable oil of high dielectric purity, free of antioxidants and / or external additives, a method for obtaining it and its application in electrical appliances.
  • Figure 1 illustrates a block diagram of a Long-Mix Modified Caustic Refining process (RBD) according to the state of the art.
  • the method includes each of its stages as well as its entrances and exits.
  • free of antioxidant and / or external additive means, in the context of the present description, that no natural or synthetic substance or compound capable of retarding, preventing or inhibiting the oxidation of another substance or compound has been added to the composition Original of the raw vegetable oil to be processed, neither this substance or compound is added during the refining of the raw vegetable oil and neither is added and nor is it required to add to the final composition of the high purity vegetable oil obtained according to the invention, since this oil Vegetable alone has non-oxidative characteristics that make it feasible to use in electrical appliances.
  • the oil is distilled with steam entrainment at a vacuum of 2 to 3 mm Hg of absolute pressure and at 265 0 C.
  • the volatile compounds in these conditions are removed from the oil and thermal decomposition of the carotenes also decreases, reducing the reddish color. of refined, neutralized and bleached soybean vegetable oil.
  • vegetable oil of high dielectric purity, free of antioxidants and / or external additives obtained according to the present invention has the specific physical properties shown in Table 3, which have been determined mostly by test methods of Ia Society American for Material Testing known by its acronym in English as ASTM. These specific physical properties make the oil of the invention especially suitable for use as a dielectric fluid and refrigerant of electrical appliances.
  • the dielectric vegetable oil composition of the present invention is free of antioxidants and / or external compounds, however it has oxidation stability characteristics suitable for application as an insulating and cooling fluid.
  • Laboratory tests showed that the dielectric vegetable oil of the present invention exhibits oxidation stability values similar to those of a vegetable oil commercial currently used in electrical transformers and used in its composition synthetic additives to improve its oxidative stability. The tests were developed following the procedures of ASTM D 2440, and the results are shown in Table 4.

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Abstract

Un aceite vegetal de alta pureza dieléctrico - libre de antioxidantes y/o aditivos externos para ser usado en equipos eléctricos tal como transformadores, como elemento aislante y medio de enfriamiento y un método para su obtención en el cual, el aceite vegetal de alta pureza dieléctrico - se obtiene mediante Ia optimización de las etapas de blanqueo - y desodorización - del proceso de Refinación - conocido como Refinación Cáustica Modificada Long-Mix (RBD).

Description

ACEITE VEGETAL DE ALTA PUREZA DIELÉCTRICO, MÉTODO PARA OBTENCIÓN Y SU APLICACIÓN EN UN APARATO ELÉCTRICO
CAMPO TÉCNICO DE LA INVENCIÓN
La presente invención está relacionada con aceites vegetales y más particularmente con un aceite vegetal de alta pureza dieléctrico, libre de antioxidantes y/o aditivos externos, un método para su obtención y su aplicación en aparatos eléctricos.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
En Ia actualidad, Ia industria eléctrica utiliza una variedad de fluidos dieléctricos, por ejemplo, aceites minerales, derivados del petróleo, fluidos de silicona y aceites de hidrocarburos sintéticos utilizados en transformadores, cables de transmisión y condensadores. Ejemplos de tales fluidos incluyen los descritos en las patentes estadounidenses US-4,082,866, US-4,206,066, US- 4,621,302 US-5,017,733, US-5,250,750 y US-5,336,847. Estos fluidos presentan buenas características dieléctricas, sin embargo presentan debilidades importantes en Io referente a cuestiones ecológicas. La principal desventaja de dichos fluidos radica en que debido a su composición química (compuestos de alto peso molecular), resultan ser no biodegradables. En años recientes, las industrias eléctricas enfrentan el reto de cumplir con nuevas regulaciones ambientales y gubernamentales, las cuales exigen ofrecer productos "verdes", es decir, productos que sean amigables con el medio ambiente. Esta tendencia ambientalista ha propiciado Ia necesidad de modificar procesos y cambiar componentes en productos con el objetivo de cumplir con estas nuevas regulaciones y poder ofrecer productos ecológicos.
La solución se ha centrado en Ia elaboración de diversos tipos de fluidos dieléctricos a partir de aceites vegetales de semillas comestibles. Diversas semillas han sido probadas, entre las cuales se encuentran el girasol, Ia cañóla, Ia linaza, Ia soya, el algodón, el cártamo, el maíz y Ia oliva. Ejemplos de soluciones actuales de aceites vegetales empleados como fluidos dieléctricos, los encontramos descritos en los siguientes documentos de patente GB-609133, CA-2204273, US-5,766,517, US-5,949,017, US- 5,958,851 , US-6,037,537, US-6, 159,913, US-6, 184,459, US-6,207,626, US- 6,245,726, US-6,274,067, US-6,280,659, US-6,312,623, US-6,340,658, US- 6,347,033, US-6,352,655, US-6,398,986, US-6,485,659, US-6,645,404, US- 6,726,857, US-6,905,638 y US-7,048,875 y en las siguientes publicaciones de solicitudes de patente US-2002049145, US-2005040375, US-2006030499, WO-2007029724 y MX-PA06002862.
La idea de usar aceites vegetales basados en semillas comestibles como medios aislantes y de enfriamiento en aparatos eléctricos, no es del todo nueva. Anteriormente dichos aceites eran considerados no aptos para emplearse como fluidos dieléctricos debido principalmente a Ia deficiente resistencia a Ia oxidación que estos presentan en comparación a los fluidos dieléctricos sintéticos. La naturaleza de los compuestos presentes en los aceites vegetales, hacen que en presencia del oxígeno, Ia reacción oxidativa se acelere propiciando el proceso de polimerización, y como resultado, Ia disminución de las propiedades del fluido. Además, este tipo de aceites tienen una cierta conductividad eléctrica, que aumenta conforme avanza el deterioro por reacciones de oxidación, polimerización, e hidrólisis. Este aumento se debe al incremento de compuestos polares formados por las reacciones de deterioro de los aceites vegetales comestibles.
Por ejemplo, el uso de aceite de Soya (Glycine max) como medio aislante y de enfriamiento en aparatos eléctricos ha sido muy limitado debido a su falta de estabilidad a Ia oxidación, resultado de Ia gran cantidad de ácidos grasos poli-insaturados que contiene.
Por otro lado, los aceites vegetales para consumo humano, no tienen Ia capacidad dieléctrica suficiente para poder ser usados en equipos eléctricos como elementos aislantes y medio de enfriamiento, debido a Ia presencia de compuestos polares, que para el uso doméstico no es necesario eliminar completamente.
Cabe mencionar que los aceites vegetales son principalmente mezclas naturales de triacilgliceroles conocidos también como triglicéridos. Los triglicéridos en los aceites vegetales se encuentran acompañados de otros compuestos como tocoferoles, esteróles y esteres de esteróles así como de otros compuestos e impurezas como fosfátidos, ácidos grasos libres, clorofilas, trazas metálicas, compuestos de oxidación, etc. Químicamente los triglicéridos son el resultado de Ia reacción de esterificación de ácidos grasos con Ia glicerina. Los grupos acilo o ácidos grasos de triacilglicerol pueden ser similares, diferentes, o uno distinto de los otros dos. Los ácidos grasos pueden ser saturados cuando no tienen enlaces dobles, monoinsaturados cuando en su configuración tienen un enlace doble y poliinsaturados, cuando tienen dos o más enlaces dobles.
Actualmente se ha demostrado que por medio de Ia modificación de algunos procesos de elaboración del aceite, tal como Ia hidrogenación, o por medio de Ia incorporación de antioxidantes y/o aditivos sintéticos que sean capaces de retardar, prevenir o inhibir Ia oxidación, se puede mejorar Ia estabilidad a Ia oxidación de los aceites vegetales, haciendo factible su utilización en equipos eléctricos. Sin embargo, desde Ia perspectiva de biodegradación, no es conveniente agregar antioxidantes y/o aditivos sintéticos. Como se ha dicho, los aceites dieléctricos vegetales que han sido desarrollados, incorporan compuestos antioxidantes y/o aditivos sintéticos para compensar su pobre estabilidad a Ia oxidación. De igual manera, algunos compuestos son también agregados buscando mejorar el punto de escurrimiento, que es Ia temperatura más baja Ia cual el aceite puede fluir. Los mencionados aceites vegetales son considerados biodegradables, sin embargo, debido a Ia composición química de los antioxidantes y/o aditivos incorporados, su capacidad de biodegradación se ve deteriorada.
Asimismo, es sabido que diversos antioxidantes y/o aditivos sintéticos utilizados actualmente en los aceites vegetales presentan características tóxicas, representando esto un riesgo para el personal que maneja el producto, así como para el medio ambiente en caso de un derrame del fluido.
Algunos de estos compuestos incluyen el hidroxianisol butilado (BHA) y el butilhidroxitolueno (BHT), entre otros.
De todos los componentes del aceite vegetal, los tocoferoles son antioxidantes naturales que es conveniente que permanezcan en el aceite, mientras que existen otros compuestos o impurezas que se deben disminuir drásticamente o retirar del aceite para hacerlo apto para aplicaciones industriales. Lo anterior se puede obtener mediante un proceso de purificación conocido como Refinación.
El proceso de refinación es capaz de eliminar más compuestos e impurezas de Io que normalmente se elimina cambiando los parámetros de operación, siendo este el camino que se sigue para mejorar Ia calidad del aceite vegetal comestible obtenido, removiendo un porcentaje de los compuestos e impurezas que acompañan a los triglicéridos que son Ia causa de su baja capacidad dieléctrica, todo esto, sin cambiar los ácidos grasos que están eterificados a Ia glicerina. La limitación del proceso de refinación antes mencionada, ha sido gradualmente superada conforme el proceso ha sido estudiado, gracias a Io cual, se ha podido establecer con más claridad, qué compuestos o impurezas actúan como prooxidantes y qué compuestos y en qué cantidades actúan como antioxidantes, por Io que actualmente es posible ajustar las variables del proceso de refinación para obtener una buena estabilidad oxidativa con el menor costo posible.
En comparación, muchos procesos conocidos para obtener fluidos similares usan como materia prima precisamente aceites RBD (refinados, blanqueados y desodorizados) obtenidos mediante el proceso de refinación RBD y Io someten a etapas adicionales para poder obtener un aceite dieléctrico adecuado que pueda ser usado como elemento aislante y medio de enfriamiento.
Por ejemplo, las patentes estadounidenses US-5,949,017, US- 6,274,067, US-6,312,623, US-6,645,404 y US-7,048,875 describen aceites vegetales de alto contenido de ácido oleico y métodos para Ia obtención de estos aceites vegetales que tienen propiedades dieléctricas adecuadas para usarse como fluidos aislantes y de enfriamiento. Los procesos descritos en dichas patentes usan como materia prima un aceite RBD, y Io someten a un proceso de purificación adicional parecido al blanqueo con el objeto de disminuir o retirar del aceite los materiales polares, que son los que hacen que el aceite sea inadecuado como fluido dieléctrico, pero aun así hacen uso de antioxidantes y/o aditivos sintéticos para lograr Ia estabilidad a Ia oxidación. En base a las limitantes descritas, es evidente Ia necesidad de contar con un aceite vegetal de alta pureza dieléctrico que pueda prescindir del uso de antioxidantes y/o aditivos externos en su composición, y que por ende tenga un mayor grado de biodegradación, que pueda ser obtenido por un método RBD modificado, y que cumpla con ciertas propiedades físicas específicas necesarias para poder ser usado como fluido dieléctrico.
Mediante dicho método RBD modificado, es posible obtener un aceite vegetal de alta pureza dieléctrico a un costo mínimo y sin Ia necesidad de efectuar cambios drásticos a los procesos de producción RBD de aceite para consumo doméstico actualmente en funcionamiento.
Adicionalmente, Ia presente invención también proporciona un aparato eléctrico que utiliza dicho aceite vegetal de alta pureza dieléctrico que pueda prescindir del uso de antioxidantes y/o aditivos externos en su composición.
OBJETIVOS DE LA INVENCIÓN En vista de Io anteriormente descrito y con el propósito de dar solución a las limitantes encontradas, es objeto de Ia invención ofrecer un aceite vegetal de alta pureza dieléctrico, libre de antioxidantes y/o aditivos externos, compuesto de 17.7 % a 28.5 % en peso de ácido graso monoinsaturado; de 49.8 % a 57.1 % en peso de ácido graso diinstaurado; de 5.5 % a 9.5 % en peso de ácido graso triinsaturado; y de 12.7 % a 18.7 % en peso de ácido graso saturado; y que tiene las propiedades de rigidez dieléctrica de 50 kV a 80 kV (separación de 2 mm); constante dieléctrica menor a 2.6 a 25 0C; y factor de disipación de 0.05 % a 0.2 % a 25 0C.
Es también objeto de Ia invención, ofrecer un método para obtener un aceite vegetal dieléctrico de alta pureza basado en un proceso de Refinación Cáustica Modificada Long-Mix (RBD) consistente de las etapas de desgomado, neutralización, blanqueo y desodorización, el método presenta pasos adicionales en Ia etapa de neutralización y Ia etapa de blanqueo o en Ia etapa de blanqueo o entre Ia etapa de blanqueo y Ia etapa de desodorización, que consisten en remover las trazas de metales y jabón remanentes del aceite vegetal refinado y neutralizado; someter el aceite vegetal refinado neutralizado y filtrado a una segunda etapa de blanqueo; y ajustar Ia temperatura de destilación con arrastre a vapor en Ia etapa de desodorización a un máximo de 265 0C por un máximo de 20 minutos para que Ia producción de ácidos grasos Trans no interfieran con Ia temperatura de vertido y para obtener un aceite vegetal dieléctrico de alta pureza final.
Finalmente, es objeto de Ia invención ofrecer un aparato eléctrico que emplea un aceite vegetal de alta pureza dieléctrico, libre de antioxidantes y/o aditivos externos, compuesto de 17.7 % a 28.5 % en peso de ácido graso monoinsaturado; de 49.8 % a 57.1 % en peso de ácido graso diinstaurado; de
5.5 % a 9.5 % en peso de ácido graso triinsaturado; y de 12.7 % a 18.7 % en peso de ácido graso saturado; y con propiedades de rigidez dieléctrica de 50 kV a 80 kV (separación de 2 mm); constante dieléctrica menor a 2.6 a 25 0C; y factor de disipación de 0.05 % a 0.2 % a 25 0C.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
Los detalles característicos de Ia invención se describen en los siguientes párrafos en conjunto con las figuras que Io acompañan, los cuales tienen el propósito de definir al invento pero sin limitar el alcance de éste.
Figura 1 ilustra un diagrama de bloques de un proceso de Refinación Cáustica Modificada Long-Mix (RBD) de acuerdo al estado de Ia técnica. El método incluye cada una de sus etapas así como sus entradas y salidas.
Figura 2 ilustra un diagrama de bloques de un método para obtener un aceite vegetal de alta pureza dieléctrico, libre de antioxidantes y/o aditivos externos de acuerdo al invento. El método se representa bajo un proceso de Refinación Cáustica Modificada Long-Mix (RBD) que incluye cada una de sus etapas así como sus entradas y salidas de conformidad con Ia presente invención. DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN
En vista de Ia necesidad de contar con un aceite vegetal de alta pureza dieléctrico, libre de antioxidantes y/o aditivos externos y apto para poder ser usado en aparatos eléctricos como elemento aislante y medio de enfriamiento, los inventores desarrollaron un método para obtener un aceite vegetal de soya de alta pureza con propiedades dieléctricas adecuadas para usarse en trasformadores eléctricos como fluido aislante (dieléctrico), manteniendo sus características de biodegradabilidad y grado alimenticio, que comprende optimizar las etapas de blanqueado y desodorización del proceso de Refinación conocido entre los técnicos de aceites como Refinación Cáustica Modificada Long-Mix (RBD) cuyo objetivo es producir aceites para consumo humano, usando como materia prima aceite crudo de soya tradicional.
El término "libre de antioxidante y/o aditivo externo" significa, bajo el contexto de Ia presente descripción, que no se ha agregado sustancia o compuesto natural o sintético capaz de retardar, prevenir o inhibir Ia oxidación de otra sustancia o compuesto a Ia composición original del aceite vegetal crudo a ser procesado, ni esta sustancia o compuesto se agrega durante Ia refinación del aceite vegetal crudo y ni se agrega y ni se requiere agregar a Ia composición final del aceite vegetal de alta pureza obtenido conforme al invento, pues este aceite vegetal por sí solo, presenta características no oxidativas que Io hacen factible de utilizar en aparatos eléctricos.
En general, el método para obtener un aceite vegetal refinado, cuyo detalle en particular se describe más adelante, comprende las siguientes etapas: desgomado, que comprende Ia separación de los fosfolípidos hidratables o gomas con agua desmineralizada, dejando solo los fosfolípidos no hidratables; neutralización, de los ácidos grasos libres en el aceite y remoción de fosfolípidos no hidratables; blanqueo, que comprende Ia remoción de clorofilas, compuestos coloreados y compuestos de oxidación en el aceite así como restos de jabón y trazas metálicas; y desodorización, remoción de materiales volátiles productos de Ia oxidación del aceite y blanqueo térmico de los carotenos.
El método para Ia obtención de un aceite vegetal de alta pureza dieléctrico con propiedades dieléctricas apto para poder ser usado en aparatos eléctricos, por ejemplo, transformadores, como elemento aislante y medio de enfriamiento, será ahora descrito a detalle haciendo referencia al proceso de Refinación Cáustica Modificada Long-Mix (RBD) de acuerdo al invento representado en Ia Figura 2, haciendo alusión al proceso de Refinación Cáustica Modificada Long-Mix (RBD) del estado de Ia técnica representado en Ia Figura 1 a fin de resaltar las diferencias entre ambos procesos, para Io cual se emplea como materia prima aceite vegetal de soya crudo tradicional, en donde dicho proceso de Refinación Cáustica Modificada Long-Mix (RBD) de acuerdo al invento comprende las etapas de: Desgomado (E)
La primera operación del refinado de los aceites vegetales como Ia soya, es Ia separación de los fosfolípidos hidratables por medio de un tratamiento con agua desmineralizada a 65 0C, dispersando el agua en el aceite y teniendo un tiempo de reacción de alrededor de 20 minutos. Posteriormente, aprovechando Ia diferencia de densidad entre Ia fase pesada que es en Ia que están los fosfolípidos, y Ia fase liviana que es donde está el aceite, las fases son separadas por medio de una centrífuga, quedando los fosfolípidos no hidratables disueltos en el aceite. Entradas a Ia etapa de desgomado: agua desmineralizada y aceite vegetal de soya crudo 1.
Salidas de Ia etapa de desgomado: aceite vegetal de soya crudo desgomado, lecitinas (gomas o fosfolípidos) y agua 2. Neutralización (R) La primera etapa de Ia neutralización es Ia conversión de los fosfolípidos no hidratables en hidratables, para poder posteriormente hidratarlos y separarlos por diferencia de peso del aceite. Esta reacción se realiza a 35 0C con una solución de ácido fosfórico que se dispersa por medio de un mezclador de alto esfuerzo cortante, en el aceite vegetal de soya crudo desgomado, dándole un tiempo de reacción de una hora.
La neutralización de los ácidos grasos libres se realiza utilizando una solución de sosa cáustica formando jabones. Esta primera etapa se realiza a 35 0C, y con un tiempo de contacto de 20 minutos.
La forma de hacer reaccionar Ia sosa cáustica en solución (fase acuosa) y los ácidos grasos libres a neutralizar disueltos en el aceite vegetal de soya crudo desgomado (fase lípido) es formando una emulsión por medio de un mezclador de alto esfuerzo cortante (pequeñas gotas de solución acuosa en el aceite) de agua / aceite. Esto permite tener una gran área de contacto entre los reactantes y así lograr una reacción más selectiva disminuyendo el ataque sobre los triglicéridos (aceite neutro), evitando de esta manera Ia formación de di-glicéridos y mono-glicéridos que posteriormente interfieren con las propiedades dieléctricas del aceite debido a Ia polaridad de estas moléculas. El producto de esta reacción (reacción de saponificación) es un jabón, que es separado del aceite vegetal de soya crudo desgomado junto con los fosfolípidos que fueron hidratados con el agua de Ia solución de los reactivos por medio de Ia centrifugación de dicha mezcla a 700C. Entradas a Ia etapa de neutralización: aceite vegetal de soya crudo desgomado, lecitinas (gomas o fosfolípidos) 2, solución de ácido fosfórico, solución de sosa cáustica 2a.
Salidas de Ia etapa de neutralización: jabón, fosfolípidos, aceite vegetal de soya desgomado y neutralizado 3. Blanqueo (B)
Se lleva a cabo poniendo en contacto el aceite con uno a varios adsorbentes en un tanque al vacío. Son mezclados estos adsorbentes proporcionalmente al aceite que se requiere tratar. Este porcentaje de adsorbentes será agregado a Ia corriente de aceite que se está procesando y en un tanque se Ie dará el tiempo de residencia de aproximadamente entre 90 y 110 0C. A través del proceso de adsorción química las impurezas como jabón clorofilas y trazas metálicas quedan retenidas en los adsorbentes, siendo posteriormente separados los adsorbentes junto con las impurezas asimiladas, del aceite por filtración de Ia suspensión. El fenómeno de Ia adsorción se considera adsorción física, cuando el aumento de concentración de las impurezas en el adsorbente está basada en Ia fuerzas de Van Der Waals y son normalmente débiles. Por otra parte se considera adsorción química cuando Ia adsorción depende de las fuerzas de atracción químicas entre Ia superficie del sólido y del soluto por medio de enlaces iónicos o covalentes.
Se considera en el caso del blanqueo de aceites que los dos mecanismos de adsorción actúan juntos, Ia adsorción física y Ia adsorción química. Este mecanismo de adsorción química crea una capa uní-molecular en Ia superficie disponible del reactivo, y las fuerzas de Van Der Waals adicionan otras capas de moléculas dependiendo de Ia concentración de impurezas en el aceite.
Entradas a Ia etapa de blanqueo: aceite vegetal de soya desgomado y neutralizado 3, adsorbentes 4. Salidas de Ia etapa de blanqueo: adsorbentes usados, aceite vegetal de soya refinado, neutralizado y blanqueado 5.
Desodorización (D)
En el proceso de desodorización los compuestos que se relacionan con el olor y el sabor, al igual que algunos cuerpos colorantes son eliminados en esta etapa. El resultado es un aceite suave y sin olor que tendrá una larga vida si se almacena adecuadamente. El aceite vegetal de soya desgomado, neutralizado y blanqueado es filtrado y precalentado previo a una deaereación. El mismo recipiente en donde se realizará Ia deaereación del aceite representa el volumen de los lotes para permitir un flujo semi-contínuo.
Al tiempo que el aceite pasa por un desodorizador, el oxígeno que está en contacto con el aceite es eliminado al mantener una presión muy baja.
Posteriormente, el aceite se destila con arrastre de vapor a un vacío de 2 a 3 mm de Hg de presión absoluta y a 265 0C. Los compuestos volátiles en estas condiciones son removidos del aceite ocurriendo además una descomposición térmica de los carotenos disminuyendo Ia coloración rojiza del aceite vegetal de soya refinado, neutralizado y blanqueado.
En esta etapa del proceso debido a Ia alta temperatura con que se debe tratar el aceite vegetal de soya refinado, neutralizado y blanqueado, existe el riesgo de modificar Ia configuración geométrica de los enlaces dobles de los ácidos grasos, pasando de Ia configuración natural de Cis a Ia configuración Trans.
Cuando los enlaces dobles de los ácidos grasos de los triglicéridos empiezan a formar estos ácidos grasos, su comportamiento se empieza a acercar al de los ácidos saturados, aumentando su punto de fusión. Esto puede originar una disminución de Ia temperatura de vertido, al iniciar Ia cristalización a una temperatura más elevada comparado con un aceite libre de ácidos grasos Trans.
Posteriormente se realiza una filtración con un medio de filtrante de 0.2 mieras absolutas para segregar trazas de partículas de mayor tamaño, tales como tierras de blanqueo, polímeros, etc., que actúan como promotores oxidantes del aceite. Al mismo tiempo el aceite es enviado a su almacenamiento. Entradas a Ia etapa de desodorización: aceite vegetal de soya refinado, neutralizado y blanqueado 5.
Salidas de Ia etapa de desodorización: ácidos grasos destilados, aceite vegetal de soya refinado, neutralizado, blanqueado y desodorizado 7, de aquí en adelante denominado aceite vegetal de soya de alta pureza.
En base a Io descrito, el método de Ia presente invención, en una modalidad de realización, comprende el efectuar las siguientes modificaciones al proceso arriba mencionado:
Someter el aceite vegetal de soya refinado neutralizado y filtrado (9) proveniente de una primera etapa de blanqueo (B) a una segunda etapa de blanqueo (C) en Ia cual se calienta el aceite entre 90 y 110 0C; para luego ponerlo en contacto con una tierra de blanqueo, para remover las clorofilas y productos de oxidación presentes en el aceite por medio de adsorción química, quedando estos retenidos en Ia tierra de blanqueo y obteniéndose un aceite vegetal de soya refinado, neutralizado y blanqueado (10).
La segunda etapa es realizada por lotes y cada lote se forma por un ciclo de filtración, que termina cuando los contenidos de impurezas en el aceite vegetal de soya desgomado, neutralizado y blanqueado alcancen los valores mostrados en Tabla 1 utilizando los métodos oficiales de Ia Sociedad Americana de Químicos en Aceite, conocida por sus siglas en inglés como AOCS.
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Tabla 1
Este contenido de impurezas garantiza que el aceite tenga propiedades dieléctricas adecuadas para poder ser usado en aparatos eléctricos como elemento aislante y medio de enfriamiento. Después se somete al aceite vegetal de soya refinado, neutralizado y blanqueado (10) a Ia etapa de desodorización (D), en donde Ia temperatura de destilación con arrastre a vapor se ajusta a un máximo de 265 0C por un máximo de 20 minutos para que Ia producción de ácidos grasos Trans no interfieran con Ia temperatura de vertido.
Gracias a que se somete el aceite a una segunda etapa de blanqueo, al inicio del ciclo se obtiene un aceite con una remoción equivalente al haber empleado un porcentaje de adsorbentes muy alto y conforme pase el tiempo las impurezas depositadas en los adsorbentes disminuirán su capacidad, hasta llegar a Ia remoción mínima para cumplir con los parámetros establecidos. La cantidad relativa de adsorbentes respecto a las impurezas a remover es mucho mayor que en el método tradicional que incluye una sola etapa de blanqueo, Io que permite una remoción inicial mayor en el inicio del ciclo, que en el método tradicional donde Ia corriente de aceite es solamente mezclada con una cantidad proporcional de adsorbente, para posteriormente separar los sólidos con las impurezas asimiladas, por filtración.
El adsorbente usado en las etapas de blanqueo retiene una cantidad de aceite del orden del 30% al 40% Io que ocasiona un costo adicional. Por Io que si se deseara aumentar el nivel de remoción en el método tradicional se debería aumentar Ia cantidad de adsorbente, por Io que se incurriría en el aumento de costo del adsorbente utilizado y de Ia cantidad de aceite retenido, para obtener aceites con las características dieléctricas adecuadas.
Finalmente después de Ia etapa de desodorización (D) se obtiene un aceite vegetal de soya de alta pureza con propiedades dieléctricas (11) que incluye las cantidades de impurezas mostradas en Tabla 2 e identificadas con los métodos de Ia AOCS:
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Tabla 2
Así mismo Ia composición en términos de componentes de ácido graso del aceite vegetal de alta pureza dieléctrico, libre de antioxidantes y/o aditivos externos obtenido conforme a Ia invención es como sigue: de 17.7 % a 28.5 % de ácido oleico; de 49.8 % a 57.1 % de ácido linoleico; de 5.5 % a 9.5 % de ácido linolénico; de 9.7 % a 13.3 % de ácido palmítico; y de 3.0 % a 5.4 % de ácido esteárico.
Estos componentes de ácido graso comprenden cadenas de carbono que varían de 16 a 22 átomos de carbono. Si Ia cadena de carbono no tiene enlace dobles, es saturada y se designa Cn:0; las cadenas con un enlace doble son monoinsaturadas y se designan Cn: 1; con dos enlaces dobles son diinstaurados y se designan Cn:2 y con tres enlaces dobles son triinsaturado y se designan Cn:3; en donde n es el número de átomos de carbono. En base a
Io anterior, el ácido oleico es un ácido graso monoinsaturado C18:1 , el ácido linoleico es un ácido diinsaturado C18:2, el ácido linolénico es un ácido graso triinsaturado C18:3, el ácido palmítico es un ácido graso saturado C16:0 y el ácido esteárico es un ácido graso saturado C18:0.
Por otro lado, el aceite vegetal de alta pureza dieléctrico, libre de antioxidantes y/o aditivos externos obtenido conforme a Ia presente invención tiene las propiedades físicas específicas mostradas en Tabla 3, las cuales han sido determinados en su mayoría por métodos de prueba de Ia Sociedad Americana para Prueba de Materiales conocida por sus siglas en inglés como ASTM. Estas propiedades físicas específicas hacen al aceite del invento especialmente adecuado para su uso como fluido dieléctrico y refrigerante de aparatos eléctricos.
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Tabla 3
La composición de aceite vegetal dieléctrico de Ia presente invención se encuentra libre de antioxidantes y/o compuestos externos, sin embargo presenta características de estabilidad a Ia oxidación adecuadas para su aplicación como fluido aislante y de enfriamiento. Pruebas de laboratorio demostraron que el aceite vegetal dieléctrico de Ia presente invención exhibe valores de estabilidad a Ia oxidación similares a las de un aceite vegetal comercial actualmente utilizado en transformadores eléctricos y que utiliza en su composición aditivos sintéticos para mejorar su estabilidad oxidativa. Las pruebas fueron desarrolladas siguiendo los procedimientos de Ia norma ASTM D 2440, y los resultados son mostrados en Tabla 4.
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Tabla 4
Ambos aceites vegetales dieléctricos exhiben características similares en cuanto a Ia estabilidad a Ia oxidación, aún y cuando el aceite vegetal de Ia presente invención se encuentra libre de antioxidantes y/o compuestos externos ya sean naturales o sintéticos. Las características oxidativas del aceite vegetal dieléctrico de Ia presente invención son obtenidas por medio de modificaciones al proceso de elaboración del aceite, a diferencia de los aceites vegetales comerciales que actualmente se utilizan en los transformadores eléctricos. La composición del aceite vegetal de alta pureza dieléctrico y libre de antioxidantes y/o aditivos externos descrito en Ia presente invención cumple con las especificaciones y requerimientos actuales para los fluidos dieléctricos de tipo vegetal, por Io que es factible su aplicación aparatos eléctricos, incluyendo transformadores eléctricos, condensadores o cables de transmisión. A diferencia de los aceites dieléctricos vegetales actuales, a los cuales se les incorporan compuestos sintéticos, esta invención presenta una composición libre de antioxidantes y/o aditivos externos ya sean naturales, sintéticos o mezclas de los mismos en su formulación, obteniendo las características finales mediante una innovación al proceso RBD. El resultado es un aceite vegetal dieléctrico completamente natural, altamente biodegradable y poco flamable, características tales que permiten reducir al máximo un impacto negativo hacia el medio ambiente por posibles accidentes de derrame del fluido, generación de desechos tóxicos y riesgos de incendios.
Deberá finalmente entenderse que el aceite vegetal de alta pureza dieléctrico y libre de antioxidantes y/o aditivos externos y método para su obtención de Ia presente invención, no se limitan a Ia modalidad descrita anteriormente y que los expertos en el ramo quedarán capacitados, por las enseñanzas que aqui se establecen, para efectuar cambios en el aceite vegetal de alta pureza con propiedades dieléctricas y libre de antioxidantes y/o aditivos externos y método para su obtención de Ia presente invención, cuyo alcance quedará establecido exclusivamente por las siguientes reivindicaciones:

Claims

REIVINDICACIONES
1. Un aceite vegetal de alta pureza dieléctrico que comprende: de 17.7 % a 28.5 % en peso de ácido graso monoinsaturado; de 49.8 % a 57.1 % en peso de ácido graso diinstaurado; de 5.5 % a 9.5 % en peso de ácido graso triinsaturado; y de 12.7 % a 18.7 % en peso de ácido graso saturado; en donde el aceite se caracteriza por estar libre de antioxidantes y/o aditivos externos y comprender las propiedades de: una rigidez dieléctrica de 50 kV a 80 kV a una separación de 2 mm; una constante dieléctrica menor a 2.6 a 25 0C; y un factor de disipación de 0.05 % a 0.2 % a 25 0C.
2. El aceite vegetal de alta pureza dieléctrico de conformidad con Ia reivindicación 1 , caracterizado por ser aceite de soya.
3. El aceite vegetal de alta pureza dieléctrico de conformidad con Ia reivindicación 1 , caracterizado porque Ia rigidez dieléctrica es de 50 kV a 60 kV a una separación de 2 mm.
4. El aceite vegetal de alta pureza dieléctrico de conformidad con Ia reivindicación 1 , caracterizado porque el factor de disipación es de 0.08 % a 0.15 % a 25 0 C.
5. El aceite vegetal de alta pureza dieléctrico de conformidad con Ia reivindicación 1 , caracterizado además por comprender las propiedades de: una temperatura de escurrimiento de -21 0C a -10 0C; una viscosidad cinemática menor a 35 cST a 40 0C y menor a 7 cST a 1000C; una temperatura de flamabilidad de al menos 3300C; una temperatura de ignición de al menos 350 0C; yun número de acidez de 0.02 a 0.06 mg KOH/g.
6. El aceite vegetal de alta pureza dieléctrico de conformidad con Ia reivindicación 5, caracterizado porque Ia temperatura de escurriemiento es de -150 C a -10 0 C.
7. El aceite vegetal de alta pureza dieléctrico de conformidad con Ia reivindicación 1 , caracterizado además por comprender: menos de 0.03 % en peso de ácidos grasos libres; 0 ppm de jabón; menos de 8 ppm de trazas metálicas mencionadas en Ia Tabla 2; menos de 5 ppb de clorofila "a"; y menos de 200 ppm de humedad.
8. El aceite vegetal de alta pureza dieléctrico de conformidad con Ia reivindicación 7, caracterizado porque las trazas metálicas comprenden: menos de 3 ppm de fósforo; menos de 1 ppm de calcio; menos de 1 ppm de magnesio; menos de 1 ppm de cobre; menos de 1 ppm de fierro; y menos de 1 ppm de sodio.
9. El aceite vegetal de alta pureza dieléctrico de conformidad con Ia reivindicación 1 , caracterizado porque tiene una estabilidad a Ia oxidación con generación de lodos entre 70 % y 80% por el método ASTM D 2440.
10. El aceite vegetal de alta pureza dieléctrico de conformidad con Ia reivindicación 1 , caracterizado además porque comprende: 0.0 meq/kg de índice de peróxido; menos de 1 % en peso de componentes polares; y menos de 0.4 % en peso de dienos conjugados.
11. El aceite vegetal dieléctrico de conformidad con Ia reivindicación 1 , caracterizado por tener un índice de refracción de 1.466 a 1.488.
12. El aceite vegetal dieléctrico de conformidad con Ia reivindicación 1 , caracterizado por comprender: de 17.7 % a 28.5 % en peso de ácido oleico; de 49.8 % a 57.1 % en peso de ácido linoleico; de 5.5 % a 9.5 % en peso de ácido linolénico; de 9.7 % a 13.3 % en peso de ácido palmítico; y de 3.0 % a 5.4 % en peso de ácido esteárico.
13. Un método para obtener un aceite vegetal dieléctrico de alta pureza basado en un proceso de Refinación Cáustica Modificada Long-Mix (RBD) consistente de las etapas de desgomado, neutralización , blanqueo y desodorización , el método se caracteriza por comprender los pasos de: someter el aceite vegetal refinado neutralizado y filtrado a una segunda etapa de blanqueo ; y ajustar Ia temperatura de destilación con arrastre a vapor en Ia etapa de desodorización a un máximo de 265 0C por un máximo de 20 minutos para que Ia producción de ácidos grasos Trans no interfieran con Ia temperatura de vertido y para obtener un aceite vegetal dieléctrico de alta pureza final .
14. El método de conformidad con Ia reivindicación 13, caracterizado porque el paso de someter el aceite vegetal refinado neutralizado y filtrado a una segunda etapa de blanqueo comprende los pasos de: calentar el aceite vegetal refinado neutralizado y filtrado manteniendo Ia temperatura entre 90 y 110 ° C ; poner en contacto a dicho aceite vegetal refinado neutralizado y filtrado con tierras de blanqueo, para remover las clorofilas y productos de oxidación presentes en el aceite por medio de adsorción química, quedando estos retenidos en Ia tierra de blanqueo y obteniéndose un aceite vegetal refinado, neutralizado y blanqueado en donde dicha segunda etapa de blanqueo es realizada por lotes y cada lote se forma por un ciclo de filtración, que termina en el momento que Ia mezcla de todo el aceite vegetal obtenido en dicho ciclo alcanza un contenido de impurezas de menos de 0.05 % en peso de ácidos grasos libres, 0 ppm de jabón, 0 ppb de clorofila "a", menos de 0.1 ppm de fósforo, menos de
0.1 ppm de calcio y menos de 0.1 ppm de magnesio.
15. El método de conformidad con Ia reivindicación 13, caracterizado porque el aceite vegetal de alta pureza dieléctrico obtenido - comprende: de 17.7 % a 28.5 % en peso de ácido graso monoinsaturado; de 49.8 % a 57.1 % en peso de ácido graso diinstaurado; de 5.5 % a 9.5 % en peso de ácido graso triinsaturado; y de 12.7 % a 18.7 % en peso de ácido graso saturado; en donde el aceite está libre de antioxidantes y/o aditivos externos y tiene las propiedades de: una rigidez dieléctrica de 50 kV a 80 kV a una separación de 2 mm; una constante dieléctrica menor a 2.6 a 250C; y un factor de disipación de 0.05 % a 0.2 % a 25 0C.
16. El método de conformidad con Ia reivindicación 15, caracterizado porque Ia rigidez dieléctrica es de 50 kV a 60 kV a una separación de 2 mm.
17. El método de conformidad con Ia reivindicación 15, caracterizado porque el factor de disipación es de 0.08 % a 0.15 % a 25 ° C.
18. El método de conformidad con Ia reivindicación 13, caracterizado porque el aceite vegetal de alta pureza dieléctrico es de soya.
19. El método de conformidad con Ia reivindicación13, caracterizado porque el aceite vegetal de alta pureza dieléctrico obtenido además comprende las propiedades de: una temperatura de escurrimiento de -21 0C a -100C; una viscosidad cinemática menor a 35 cST a 40 0C y menor a 7 cST a 1000C; una temperatura de flamabilidad de al menos 330 0C; una temperatura de ignición de al menos 350 0C; y un número de acidez de 0.02 a 0.06 mg KOH/g.
20. El método de conformidad con Ia reivindicación 13, caracterizado porque el aceite vegetal de alta pureza dieléctrico obtenido además comprende: menos de 0.03 % en peso de ácidos grasos libres;
0 ppm de jabón; menos de 8 ppm de trazas metálicas mencionadas en Ia Tabla 2; menos de 5 ppb de clorofila "a"; y menos de 200 ppm de humedad.
21. El método de conformidad con Ia reivindicación 20, caracterizado porque las trazas metálicas comprenden: menos de 3 ppm de fósforo; menos de 1 ppm de calcio; menos de 1 ppm de magnesio; menos de 1 ppm de cobre; menos de 1 ppm de fierro; y menos de 1 ppm de sodio.
22. El método de conformidad con Ia reivindicación 13, caracterizado porque el aceite vegetal de alta pureza dieléctrico obtenido tiene una estabilidad a Ia oxidación con generación de lodos entre 70 % y 80% por el método ASTM D 2440.
23. El método de conformidad con Ia reivindicación 13, caracterizado porque el aceite vegetal de alta pureza dieléctrico obtenido además comprende:
0.0 meq/kg de índice de peróxido; menos de 1 % en peso de componentes polares; y menos de 0.4 % en peso de dienos conjugados.
24. El método de conformidad con Ia reivindicación 13, caracterizado porque el aceite vegetal dieléctrico tiene un índice de refracción de 1.466 a 1.488.
25. El método de conformidad con Ia reivindicación 13, caracterizado porque el aceite vegetal dieléctrico (11) comprende: de 17.7 % a 28.5 % en peso de ácido oleico; de 49.8 % a 57.1 % en peso de ácido linoleico; de 5.5 % a 9.5 % en peso de ácido linolénico; de 9.7 % a 13.3 % en peso de ácido palmítico; y de 3.0 % a 5.4 % en peso de ácido esteárico.
26.Un aparato eléctrico caracterizado por incluir un aceite vegetal de alta pureza dieléctrico que comprende: de 17.7 % a 28.5 % en peso de ácido graso monoinsaturado; de 49.8 % a 57.1 % en peso de ácido graso diinstaurado; de 5.5 % a 9.5 % en peso de ácido graso triinsaturado; y de 12.7 % a 18.7 % en peso de ácido graso saturado; en donde el aceite se encuentra libre de antioxidantes y/o aditivos externos y comprende las propiedades de: una rigidez dieléctrica de 50 kV a 80 kV a una separación de 2 mm; una constante dieléctrica menor a 2.6 a 250C; y un factor de disipación de 0.05 % a 0.2 % a 25 0C.
27. El aparato eléctrico de conformidad con Ia reivindicación 26, caracterizado porque el aceite vegetal de alta pureza dieléctrico es aceite de soya.
28. El aparato eléctrico de conformidad con Ia reivindicación 26, caracterizado porque Ia rigidez dieléctrica es de 50 kV a 60 kV a una separación de 2 mm.
29. El aparato eléctrico de conformidad con Ia reivindicación 26, caracterizado porque el factor de disipación es de 0.08 % a 0.15 % a 25
0 C.
30. El aparato eléctrico de conformidad con Ia reivindicación 26, caracterizado porque el aceite vegetal de alta pureza dieléctrico además comprende las propiedades de: una temperatura de escurrimiento de -21 0C a -100C; una viscosidad cinemática menor a 35 cST a 40 0C y menor a 7 cST a 1000C; una temperatura de flamabilidad de al menos 3300C; una temperatura de ignición de al menos 3500C; y un número de acidez de 0.02 a 0.06 mg KOH/g.
31. El aparato eléctrico de conformidad con Ia reivindicación 26, caracterizado porque el aceite vegetal de alta pureza dieléctrico además comprende: menos de 0.03 % en peso de ácidos grasos libres; O ppm de jabón; menos de 8 ppm de trazas metálicas mencionadas en Ia Tabla 2; menos de 5 ppb de clorofila "a"; y menos de 200 ppm de humedad.
32. El aparato eléctrico de conformidad con Ia reivindicación 31 , caracterizado porque las trazas metálicas comprenden: menos de 3 ppm de fósforo; menos de 1 ppm de calcio; menos de 1 ppm de magnesio; menos de 1 ppm de cobre; menos de 1 ppm de fierro; y menos de 1 ppm de sodio.
33. El aparato eléctrico de conformidad con Ia reivindicación 26, caracterizado porque el aceite vegetal de alta pureza dieléctrico tiene una estabilidad con generación de lodos entre 70 % y 80% por el método ASTM D 2440.
34. El aparato eléctrico de conformidad con Ia reivindicación 26, caracterizado porque el aceite vegetal de alta pureza dieléctrico además comprende:
0.0 meq/kg de índice de peróxido; menos de 1 % en peso de componentes polares; y menos de 0.4 % en peso de dienos conjugados.
35. El aparato eléctrico de conformidad con Ia reivindicación 26, caracterizado porque el aceite vegetal dieléctrico tiene un índice de refracción de 1.466 a 1.488.
36. El aparato eléctrico de conformidad con Ia reivindicación 26, caracterizado porque el aceite vegetal dieléctrico comprende: de 17.7 % a 28.5 % en peso de ácido oleico; de 49.8 % a 57.1 % en peso de ácido linoleico; de 5.5 % a 9.5 % en peso de ácido linolénico; de 9.7 % a 13.3 % en peso de ácido palmítico; y de 3.0 % a 5.4 % en peso de ácido esteárico.
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