1, Maria Wilma Nunes Cordeiro Carvalho



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Rigidez Dielétrica
Neste teste o óleo foi submetido a uma tensão elétrica sob condições prescritas no método de ensaio NBR 6869, exceto pelo fato de que o aumento da tensão foi 30kV/min (partindo do zero até o valor que produz a ruptura). Segundo esta norma, o aumento da tensão deveria ser 3kV/min, no entanto o equipamento usado, o Fully Automatic Insulating Oil Tester DTA 100 E da Baur S.A., não dispunha desta opção.

Foram realizados cinco ou dez ensaios consecutivos, para cada vez que a célula era cheia com óleo, o número de ensaios dependia da validade dos resultados, que era verificada usando critérios de consistência estatística:

Para que o ensaio seja considerado válido, com um desvio padrão não muito elevado, a diferença entre o valor máximo e mínimo multiplicado por três não deve ser superior ao valor mais próximo do valor mínimo das cinco determinações” (ABNT NBR 6869).

Se este princípio fosse satisfeito a rigidez dielétrica da amostra era determinada calculando a média aritmética dos cinco ensaios. Senão, era efetuado um enchimento adicional procedendo mais cinco ensaios. Sendo assim, a rigidez dielétrica da amostra era determinada calculando a média aritmética dos dez ensaios obtidos.


Fator de Perdas
O fator de perdas foi determinado usando o Sistema Automático para a Medida do Fator de Dissipação e Resistividade DTL da Baur S.A.. A norma usada como referência para este ensaio foi a ASTM D924, na qual se baseou a ABNT para publicar a NBR 12133.

Após completar a primeira medição a célula foi esvaziada e novamente preenchida com uma segunda alíquota do óleo a ser testado. Para validar o ensaio, a norma NBR 12133 recomenda que seja usado o seguinte critério:


Se a diferença entre os dois resultados for igual ou menor que 0,0001+10% do mais alto dos dois valores, não é necessário realizar mais ensaios, e o fator de perdas da amostra deve ser considerado como a média dos dois resultados. Caso contrário encher a célula e procede uma terceira medição” (ABNT NBR 12133).
A norma NBR 12133 adverte ainda que se a diferença entre o terceiro e o primeiro ou segundo resultados não se encontrar dentro dos limites acima especificados, deve-se desconsiderar os resultados, limpar a célula e proceder novos testes até que dois resultados de uma mesma amostra se enquadrem dentro dos limites acima previstos.
Estabilidade à Oxidação
Uma vez que um teste de verificação da estabilidade a oxidação para fluidos isolantes elétricos vegetais ainda não foi desenvolvido, o ensaio ASTM D2440 para óleos minerais foi escolhido. Sendo assim, cada amostra de óleo não neutralizado foi submetida a teste de oxidação acelerada, baseando-se neste teste.

Para evitar interferência da umidade, a corrente de alimentação de ar foi previamente seca ao passar por uma coluna contendo sílica conforme o diagrama ilustrado na figura 3. Em seguida, o ar (fluxo de 10L/h) foi borbulhado sob 50 mL de amostra de óleo não neutralizado e aquecida a 110°C por um período de 72 horas na presença de um fio de cobre de 30 cm enrolado em formato helicoidal, servindo de catalisador. Transcorridas às 72 horas de reação, uma amostra do óleo foi retirada do sistema e determinou-se o teor de borra e o índice de acidez. Estes são os únicos parâmetros avaliados no ensaio ASTM D2440.







Figura 3. Diagrama do processo de envelhecimento acelerado dos óleos
RESULTADOS E DISCUSSÃO
Aspecto Visual

O aspecto visual foi o primeiro item a ser observado nas amostras de óleos (vegetal/mineral) . Segundo a norma NBR 15422, o óleo vegetal isolante deve ser límpido, claro e não deve apresentar materiais em suspensão. Pode-se observar o aspecto visual dos óleos (vegetal/mineral) nas figuras respectivamente.



Na Figura 4 pode ser observado o aspecto visual das amostras dos óleos vegetais e mineral.


Figura 4. Aspecto visual dos óleos: (a)soja, (b) milho, (c) algodão (d) mineral
Índice de Acidez
Os óleos vegetais comestíveis apresentaram acidez superior ao limite estabelecido pela NBR 15422, que é 0,06 mgKOH/g. Em função disto, foram realizados experimentos de neutralização dos óleos para deixá-los no nível de acidez recomendado. Os índices de acidez dos óleos antes e após a neutralização (caracterizados por N) podem ser examinados na Tabela 1.
TABELA 1:

Índices de acidez dos óleos antes e após neutralização (N)



Tipo de Óleo

Índice de acidez

(mg KOH/g)

Valor Limite NBR 15422

0,06

Algodão

0,14±0,00

Algodão (N)

0,05±0,00

Milho

0,22±0,00

Milho (N)

0,03±0,00

Soja

0,20±0,01

Soja (N)

0,03±0,00

Densidade e Viscosidade
Os resultados das análises de densidade e viscosidade dos óleos estão listados na Tabela 2.
TABELA 2

Propriedades físico-químicas dos óleos



Tipo de Óleo

*Densidade Relativa

Viscosidade (cSt)

T=20ºC

T=40ºC

T=100ºC

Valor Limite NBR 15442

0,96 máximo

150 máximo

50 máximo

15 máximo

Algodão

0,9228±0,02

73,26±0,48

35,21±0,01

8,63±0,02

Algodão (N)

0,9207±0,00

66,81±0,09

33,98±0,09

8,04±0,00

Milho

0,9228±0,00

70,82±0,22

34,90±0,01

8,39±0,05

Milho (N)

0,9221±0,00

74,95±0,13

34,80±0,06

8,35±0,05

Soja

0,9202±0,03

66,67±0,29

32,18±0,01

8,21±0,00

Soja (N)

0,9239±0,00

67,99±0,27

31,60±0,00

8,27±0,02

Mineral

0,8797±0,01

20,9±0,00

9,35±0,01

2,74±0,00

* densidade óleo a 20ºC em relação à água pura a 4ºC
Analisando os resultados apresentados na Tabela 2 pode-se verificar que as viscosidades dos óleos vegetais são, mais que três vezes, superiores àquelas apresentadas pelo óleo mineral. As densidades também são superiores a do óleo mineral. Estas duas propriedades são muito importantes do ponto de vista da transferência de calor; seja por convecção natural em pequenos transformadores ou por convecção forçada em unidades maiores que dispõem de sistema de bombeamento de óleo. Valores de densidade e viscosidade altos podem inibir a capacidade de dissipação de calor levando o equipamento a sobrecargas de temperatura.

Em função das densidades e viscosidades superiores àquelas apresentadas pelo óleo mineral, o uso de óleos vegetais como isolante para equipamentos elétricos pode requerer mudanças no design e no sistema de bombeamento do fluido. É fato que, quanto maior a densidade do óleo, maior será a massa necessária para o preenchimento do equipamento e, além disso, menor a eficiência no arrefecimento em comparação com óleo mineral.


Determinação de Enxofre
Após o teste que avaliou a presença de enxofre corrosivo, foi verificado que não ocorreu mudança na coloração dos óleos, indicando que não houve oxidação durante o ensaio. A classificação das fitas de cobre foi feita de acordo com a tabela de cores da ASTM D1275.

Os óleos vegetais testados foram classificados como não corrosivos. Na Figura 5 pode-se verificar que as fitas de cobre apresentaram coloração dourada. Já o óleo mineral regenerado apresentou comportamento corrosivo.



De modo geral, os óleos minerais novos apresentam comportamento não corrosivo quando testado sob as condições deste ensaio. Considerando tal característica, podemos supor que o óleo mineral testado adquiriu comportamento corrosivo após desgaste durante serviço.


Figura 5. Fitas de cobre após ensaio de enxofre

Resultados desta análise devem ser avaliados com cautela, pois diversos transformadores no país apresentaram falhas, supostamente devidas enxofre corrosivo, mesmo tendo passado em testes dessa natureza.

Este ensaio é qualitativo e não deve ser considerado conclusivo para a presença ou não de compostos de enxofre. É interessante aliar este resultado a outras técnicas, como por exemplo, a Fluorescência de Raios-X para uma maior confiabilidade.
Características Dielétricas e Teor de Água dos Óleos
Na Tabela 3 foram listados os resultados de teor de água, umidade relativa, rigidez dielétrica e fator de perdas para os óleos originais e neutralizados. Não foi possível averiguar a umidade dos óleos neutralizados devido a avarias no equipamento.
TABELA 3

Características dielétricas e teor de água dos óleos



Óleo

Teor de água (ppm)

*Umidade Relativa (%)

Rigidez Dielétrica (kV)

Fator de Perdas a 100°C (%)

Valor Limite NBR 15442

200

-

30 mínimo

4,0 máximo

Algodão

843±8

84,3±0,8

19,03±4,82

3,10±0,09

Algodão(N)

-

-

19,54±1,67

3,07±0,04

Milho

864±2

86,4±0,2

16,96±2,06

2,42±0,01

Milho (N)

-

-

49,27±2,83

1,90±0,03

Soja

849±2

84,9±0,2

21,14±2,10

5,23±0,21

Soja (N)

-

-

25,34±2,28

2,63±0,05

Mineral

50±3

90,9±0,3

12,06±1,18

3,13±0,16

As amostras de óleos vegetais apresentaram teor de água absoluto de aproximadamente 800 ppm, por outro lado o óleo mineral apresentou, cerca de 50 ppm. Diversos autores (FOFANA, et al, 2002; AMANULLAH et al.; 2005) tem reportado resultados semelhantes.

As três espécies de óleos vegetais não neutralizados apresentaram baixa rigidez dielétrica, não satisfazendo ao mínimo aceitável especificado na NBR 15422 para sistemas de isolamento elétrico, que é 30kV. Este fato pode estar relacionado ao elevado teor de água, para níveis de isolação elétrica, apresentados pelos óleos. O máximo teor de água recomendado pela norma acima citada é 200 ppm.

Os óleos de algodão e soja apresentaram as menores umidades relativas e, também, as os melhores valores de rigidez dielétrica.

O óleo mineral também apresentou baixa rigidez dielétrica. Como se trata de um óleo usado, essa característica pode estar relacionada tanto à umidade relativa alta, quanto à produtos da deterioração gerados durante serviço.

A presença de umidade é um aspecto que merece atenção, pois acelera a reação com a celulose do papel isolante, conduzindo-o à degradação. Além disso, também ocorrerá diminuição da eficiência impregnação do óleo no papel isolante, levando a uma diminuição do ciclo de vida do sistema de isolamento. Dessa forma, o teor de água apresentado pelos óleos vegetais comestíveis é um parâmetro que precisa ser melhorado para o funcionamento seguro do equipamento que utilize líquido dielétrico à base de óleo vegetal.

O fator de perdas máximo especificado pela NBR 15422 nas condições ensaiadas é 4,0%. Como pode ser visto na Tabela 3, o óleo de soja comercial não atendeu este requisito, indicando a presença de umidade e outros produtos de deterioração do óleo.

Estabilidade à Oxidação
Efetuou-se ensaios de envelhecimento acelerado a 110°C que teve como objetivo averiguar a estabilidade oxidativa da espécies de óleos selecionadas. Após os ensaios de envelhecimento foram realizadas caracterizações, a fim de indicar a tendência a oxidação mais lenta ou mais rápida do óleo em estudo. É muito importante observar que este ensaio não guarda nenhuma relação com o processo real de oxidação do isolante no transformador. Trata-se apenas de uma medida da qualidade de fabricação do produto e indica uma tendência à oxidação mais rápida ou mais lenta.

O óleos vegetais sofreram alteração na sua coloração original após o aquecimento contínuo em fluxo de ar (figura 6), eles escureceram ligeiramente, já o óleo mineral apresentou coloração marrom-avermelhada, quase preto.




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