1, Maria Wilma Nunes Cordeiro Carvalho



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Caracterização de óleos vegetais para transformadores elétricos

Krsthianna Palitot dos Santos Leite1, Maria Wilma Nunes Cordeiro Carvalho 2

Resumo

Este trabalho teve como objetivo determinar as características físico-químicas e elétricas dos óleos vegetais comerciais de origem regional: soja, milho e algodão e verificar qual destes oferece vantagens em relação ao óleo mineral. As propriedades analisadas foram: Cor, densidade, viscosidade, rigidez dielétrica, perdas dielétricas,estabilidade à oxidação,enxofre corrosivo, teor de água, índice de acidez total e estabilidade termo-oxidativa. A estabilidade termo-oxidativa é um dos aspectos mais críticos na maioria das aplicações dos óleos isolantes, o foco principal do trabalho foi a realização de um estudo cinético da oxidação dos óleos. Verificou-se que os óleos vegetais analisados apresentam vantagem em relação ao óleo mineral no que diz respeito à não produção de borra.



Palavras-chave: transformadores elétricos, óleo vegetal, características físico-químicas e elétricas.
CHARACTERIZATION OF VEGETABLE OILS FOR ELECTRIC TRANSFORMERS
ABSTRACT

This work aimed to determine the physicochemical characteristics of the commercial vegetal oils of regional origin: soy, corn and cotton, and verify which of those has advantages over the mineral oil. The properties that were analyzed were: color, density, viscosity, dielectric strength, oxidation stability, corrosive sulfur, water percentage, total index of acidity and thermooxidative stability. The thermooxidative stability is one of the most critical aspects in most of applications of insulating oils. The work focuses mainly on the realization of a kinetic study of the oils oxidation. The vegetal oils analyzed presented an advantage over the mineral oil, regarding to the absence of sediment production.



Keywords: electrical transformers, vegetal oil, electrical and physicochemical characteristics.

INTRODUÇÃO

Transmissão de energia elétrica é o processo de transportar energia entre dois pontos. O transporte é realizado através de um sistema com linhas de transmissão de alta potência e equipamentos destinados a gerar, transmitir e distribuir a energia elétrica. Equipamentos fundamentais neste tipo de sistema são os transformadores elétricos e estão presentes em todo o percurso desde a usina até o consumidor, ou seja, podem estar nas usinas para elevação da tensão e posterior transmissão em grandes distâncias ou para rebaixamento próximo aos grandes centros de consumo urbano (ABNT,1993). A maior durabilidade e o funcionamento adequado destes aparelhos dependem de um eficiente sistema de isolamento e refrigeração, os quais são realizados por fluidos (óleos minerais) com propriedades tais como alta constante dielétrica e elevada estabilidade térmica. O óleo mineral, produzido por destilação do petróleo é, até o momento, o líquido mais utilizado como dielétrico, em transformadores, além desta função, o óleo desempenha o papel protetor do isolamento sólido, possuindo ainda propriedades de extinção do arco elétrico. É sabido da existência de limitadas reservas de petróleo e das crescentes preocupações ambientais, levantadas, por exemplo, pela presença de componentes aromáticos nos óleos minerais, além da sua muito baixa biodegradabilidade. Portanto é de suma importância para o setor elétrico a busca de alternativas para substituição do óleo mineral, derivado do petróleo, por fluidos biodegradáveis e renováveis. É nesse contexto que surge o óleo vegetal isolante como promissor candidato por ser um produto agrícola, ou seja, pode-se produzir sem quaisquer limitações, é de fácil biodegradabilidade, além de não serem tóxicos, ou seja não apresentam qualquer problema ambiental associado ao seu derrame, ao contrário dos óleos minerais (MARTINS, 2008). Os óleos vegetais pertencem a um grupo de compostos orgânicos chamados ésteres, produzidos pela união entre um ácido e um álcool. Devido esta composição química peculiar os óleos tornam-se altamente valiosos para fins industriais, sendo muito utilizados nas indústrias farmacêuticas, cosméticas, energéticas, químicas e de tintas. De acordo com dados da CPFL Energia, o óleo vegetal permite ampliar a potência do transformador, que passa a comportar mais kVA por quilo e ajuda a diminuir as falhas técnicas, além de ser decomposto no meio ambiente em apenas 45 dias, enquanto o mineral leva 15 anos para ser totalmente degradado.


MATERIAL E MÉTODOS
Este trabalho foi desenvolvido no Laboratório de Catálise da Unidade acadêmica de Engenharia Química no Centro de Ciências e Tecnologia da Universidade Federal de Campina Grande – PB.
Material
Óleos vegetais de soja, milho e algodão .
Densidade
A determinação da densidade dos óleos a 20ºC foi realizada através do método da picnometria. Os experimentos foram realizados em triplicata.
Procedimento para obtenção da viscosidade Cinemática
A viscosidade cinemática dos óleos foi determinada utilizando viscosímetro capilar Cannon-Fenske (Figura 1), imerso em banho com temperatura controlada. Esta determinação consistiu em avaliar o tempo que um volume fixo de líquido levou para escoar entre dois pontos fixos do capilar do viscosímetro calibrado, sob ação da gravidade. A viscosidade cinemática nada mais é que o produto desse tempo pela constante de calibração do viscosímetro. O ensaio de viscosidade foi realizado nas três temperaturas recomendadas pela NBR 15422 (20, 40 e 100ºC).


Figura 1. Viscosímetro capilar Cannon Fenske

Índice de Acidez
Para a determinação do índice de acidez dos óleos foi adotada a metodologia descrita por Moretto & Fett (1998) que utiliza como titulante solução de hidróxido de sódio.

Neutralização do Óleo Vegetal

Os óleos vegetais objetos deste estudo, apresentaram acidez superior ao limite estabelecido pela NBR 15422. Após esta constatação procedeu-se a neutralização de 1L de cada amostra de óleo vegetal através do tratamento com solução de hidróxido de sódio.

A neutralização dos óleos vegetais foi procedida de acordo com metodologia descrita por Moretto & Fett (1998). De acordo estes autores, as condições da neutralização dependem do percentual de ácidos graxos livres presentes no óleo, sendo assim, fazem recomendações a respeito dos níveis de concentração de solução alcalina a ser usada durante o processo de neutralização.

O óleo foi colocado num Becker (figura 2.a) e esperou-se o aquecimento do mesmo entre 90 e 95ºC, então adicionou-se a solução quente de hidróxido de sódio em água (3%) , sob agitação. A razão em volume de solução-óleo foi de 1:10. A mistura permaneceu por 30 minutos sob aquecimento cuidadosamente para manter a temperatura constante. Ao término deste tempo a solução foi deixada em repouso por cerca de três horas para separação de sabão e borra. A retirada da borra foi feita utilizando funil de decantação,após isto, iniciou-se a lavagem do óleo com água destilada, respeitando um intervalo de aproximadamente 30 minutos entre cada adição de água (Figura 2.b), intercalando água morna com água fria. A remoção de sabão e hidróxidos remanescentes foi confirmada usando gotas de fenolftaleína como indicador na fase removida após lavagem. Quando não mais se visualizou coloração rosa naquela fase, foi encerrado este processo de lavagem do óleo e submetendo-o à secagem em estufa por cerca de 3 horas a 100ºC.



Caracterizações físico-químicas e dielétricas foram realizadas, novamente, a fim de verificar se o processo de neutralização modificou as características iniciais dos óleos.


Figuras 2.a e 2.b. (2.a) aquecimento da solução; (2.b)Separação da borra

Determinação de Enxofre
A presença de compostos de enxofre corrosivos nos óleos foi verificada realizando o procedimento descrito pela NBR 10505 em triplicata.

Foram colocados 200 mL de óleo em frascos de vidro borossilicato de boca esmerilhada nos quais se depositou uma fita de cobre (25 mm x 6 mm) previamente polida e seca. Em seguida, fez-se borbulhar sob o óleo o gás nitrogênio numa vazão de pelo menos 1L/min durante 10 min. Transcorrido este tempo os frascos foram fechados e levados à estufa a 150ºC durante 48 horas. Depois disto os frascos foram retirados da estufa e as fitas de cobre foram removidas com uma pinça. Cada óleo foi classificado como corrosivo ou não corrosivo quando as três fitas de cobre apresentavam colorações semelhantes, e comprando-as com a tabela de cores da ASTM D1275.



Teor de Água
O teor de água das amostras foi verificado pelo método de Karl Fischer, usando o Titulador Water Content Measuring Test Equipment Aquameter KFM 3000 da Baur S.A., seguindo critérios recomendados pela NBR 10710. Esta norma recomenda que as análises sejam efetuadas em duplicata e para verificação da repetibilidade deve-se usar o seguinte critério:
As determinações em duplicata efetuadas por um operador devem ser consideradas suspeitas, com um nível de confiança de 95%, se diferirem por mais de 0,60. ppm, onde x é a média das determinações duplicadas” (ABNT NBR 10710).
Neste trabalho para cada amostra de óleo a análise foi repetida por três vezes e ao final fez-se a média das leituras, não deixando de verificar se o critério supra citado era satisfeito.
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