18.ago safira 11.30_278_cteep
Transcript of 18.ago safira 11.30_278_cteep
1
ESTUDO COMPARATIVO DO ENVELHECIMENTO QUÍMICO ACELERADO DE PAPEL KRAFT TERMOESTABILIZADO E CONVENCIONAL
Mariana Gaivão Portella*, Vitoldo Swinka Filho, Guilherme Cunha da Silva, Douglas Antônio Batista, Cleberson Santos Ribeiro, Daiane Cristina
Sabec, Guilherme Barrachina Stocco (LACTEC)
Mario Carlos Andreoli, Érick Amaral Campos (CTEEP)
00:00
2
ESTRUTURA DA APRESENTAÇÃO
00:00
3
ESTRUTURA DA APRESENTAÇÃO
• Introdução– Contextualização– Objetivo do Trabalho
• Parte Experimental– Envelhecimento Térmico– Caracterização dos Materiais– Metodologias Analíticas Aplicadas
• Resultados e Discussão– Caracterização dos Materiais– Resultados Analíticos do Envelhecimento
• Conclusões• Agradecimentos
00:00
4
INTRODUÇÃO
•Contextualização•Objetivo do Trabalho
00:00
5
INTRODUÇÃO
• Energia Elétrica– Uma das mais utilizadas pela humanidade– Brasil: 106,3 mil MW (2009)¹
• Avanços tecnológicos e desenvolvimento de pesquisas²– Dependência da sociedade moderna– Diminuição na ocorrência de falhas do sistema
• Transformador de Potência³– Transmissão e distribuição de energia– Principais partes: Sistema de Isolamento
1. ANEEL 2010; 2. SCARDAZZI 2007; 3. BATISTA 2005, TULIO 2008, MILASH 1984.
00:00
6
INTRODUÇÃO
Transformadores são máquinas elétricas estáticas¹, responsáveis pela transferência de energia entre circuitos², constituídas por:
• núcleo de aço silício;• bobinas de fios de cobre,
revestidas de papel isolante;
• tanque isolado por OMI;• estrutura de montagem da
parte ativa.• Principal: sistema de
isolamento³.
1. FERNANDES 1988; 2. DERVOS et al. 2005; 3. BATISTA et al. 2005, MILASH 1984; 4. MYERS et al. 1982
00:00
7
INTRODUÇÃO
Transformador de Potência
Má operação
Longo tempo de utilização
Desgaste dos Materiais¹• Elevadas Temperaturas• Descargas Elétricas• Esforço Mecânico• Umidade Indesejável• Exposição ao Oxigênio
Comprometimento da Isolação Sólida e Líquida²
1. TULIO 2008; MAK et al. 1995
00:00
8
INTRODUÇÃO
DEGRADAÇÃO DO OMI DEGRADAÇÃO DO PAPEL
• Deterioração das propriedades isolantes¹
• Aceleração do processo de degradação da celulose do isolamento sólido²
• Formação de borra ácida, com deposição nas partes ativas do equipamento, dificultando a transferência de calor³
• Redução do Grau de Polimerização da Celulose4
• Diminuição da Resistência Mecânica5
• Formação de substâncias em OMI4
– Gases: H2, CH4, C2H4, CO e CO2
– Água– Compostos Furânicos: 2-FAL,
5-HMF, 2-FOL, 5-MF, 2-ACF.
1. TULIO 2008, OLIVEIRA et al. 2005; 2. LIPSTEIN et al. 1970, FROTA 1985;3. MAK et al. 1995; 4. MARTINS 2007; 5. MARTINS 2007, ZIRBES et al. 2005
00:00
9
INTRODUÇÃO
Papel Kraft Termoestabilizado– Estrutura semelhante ao Papel Convencional¹
• 90% de celulose e hemicelulose• 7 a 8% lignina• quantidades residuais de pentosanas²
– Modificação química para retardar a degradação térmica³
• reações ou adição de estabilizantes• operação a 65°C e aumento de carga do equipamento
em 12%
– Viabilização do uso dependente do estudo de seu envelhecimento térmico³
• estudo da cinética da formação de indicadores da degradação do material em OMI
1. BATISTA et al. 2007; 2. http://isoletri.com/transf_oleo.aspx?lang=pt , acesso em 05/10/2010;2. 3. STORELLI 20_;
00:00
10
OBJETIVO
Avaliar a oxidação e formação de CF do papel isolante termoestabilizado, em comparação com o papel isolante convencional, a partir da utilização
de metodologias de ensaio indiretas no OMI, baseadas nas técnicas de HPLC, paralelamente à
degradação do isolamento sólido.
00:00
11
PARTE EXPERIMENTAL
•Envelhecimento Térmico•Caracterização dos Materiais•Metodologias Analíticas Aplicadas
00:00
12
ENVELHECIMENTO TÉRMICO
Simulação do estresse térmico de um transformador¹
• Estudo em escala laboratorial• 111 sistemas contendo OMI /
Cobre / Papel Isolante– Kraft Convencional– Kraft Termoestabilizado
• Secagem prévia dos materiais e borbulhamento de N2 em OMI
• Estufas a 100 e 125°C• Monitoramento de 0 a 240 dias
1. TULIO 2008; BATISTA 2005.
00:00
13
CARACTERIZAÇÃO DOS MATERIAIS
ÓLEO MINERAL ISOLANTE PAPEL ISOLANTE
PETROBRÁS AV-60-IN OMI tipo A (base naftênica) Caracterização - Regulamento
Técnico ANP n° 4/2008¹
Papel Termoestabilizado 0,075 mm
Papel Convencional 0,100 mm Caracterização – Umidade IV,
FTIR e MEV²
1. ANP n° 36/2008; 2. SAMISTRADO et al. 2009, QUADROS 2006
00:00
14
METODOLOGIAS ANALÍTICAS
•Amostras de OMI armazenadas em frascos âmbar com tampa; amostras de papel armazenadas em sacos plásticos, ao abrigo da luz.•Laboratórios em condições controladas de temperatura e umidade relativa do ar (25°C e 55%)
Ensaio Normatização Equipamento
Compostos Furânicos - OMI
Cromatografia Líquida
NBR 15349/ 2006¹HPLC + UV
Carbamate Analysis C18
Grau de Polimerização – Papel Kraft
EnsaioViscosimétric
o
NBR IEC 60450/ 2009²
--
1. ABNT 2006; 2. ABNT 2009
00:00
15
RESULTADOS
•Caracterização dos Materiais•Resultados Analíticos do Envelhecimento•Correlação CF em OMI e Degradação do Papel
00:00
16
CARACTERIZAÇÃO DO OMI
Material de boa qualidade e em acordo com o padrão para óleo novo estabelecido pela ANP¹
Ensaio Resultado
Aspecto Visual Claro e Límpido
Índice de Neutralização 0,01 mg KOH. g-1 óleo
Teor de Água 15 ppm
Perdas Dielétricas a 90°C 0,20%
Tensão Interfacial 51,1 dina. cm-1
Composição Carbônica Ca = 2% Cn = 58% Cp = 40%
DBPC 0,30%
Enxofre Corrosivo Não Corrosivo
RESULTADOS
1. ANP n° 36 2008.
00:00
17
CARACTERIZAÇÃO DO PAPEL ISOLANTE - FTIR
•Identificação dos grupos funcionais constituintes da celulose de ambos os tipos de papel•Não foi possível notar modificações químicas decorrentes da termoestabilização
5000 4000 3000 2000 1000
0,00
0,02
0,04
0,06 Papel Convencional Papel Termoestabilizado
Abs
orbâ
ncia
Numero de Onda (cm-1)
00:00
18
CARACTERIZAÇÃO DO PAPEL ISOLANTE - MEV•Imagens gerais do papel Kraft isolante com ampliação de 150 vezes•Imagens das fibras do papel Kraft isolante com ampliação de 1000 vezes
Papel TermoestabilizadoPapel ConvencionalPapel TermoestabilizadoPapel Convencional
00:00
19
ENVELHECIMENTO TÉRMICO E CORRELAÇÃOEstudo a 100 °C
•Para ambos os materiais, a diminuição do GP está diretamente relacionada à formação de CF•Papel Convencional: altos valores justificados devido à alta degradação – representativos, para equipamentos, são os primeiros 50 dias.
200
400
600
800
50 100 150 200 250
200
400
600
Comp
ostos
furân
icos (
mg/L)
GP
Grau
de Po
limeri
zaça
o a 10
0 °C
(u.a.)
Papel Termoestabilizado
Tempo (dias)
Papel Convencional
-0,5
0,0
0,5
2-FAL 5-HMF 2-FOL
0
40
80
120
200
400
600
800
50 100 150 200 250100
200
300
Comp
ostos
furân
icos (
mg/L)
GP
Grau
de Po
limeri
zaça
o a 12
5 °C
(u.a.)
Papel Termoestabilizado
Tempo (dias)
Papel Convencional
-0,50
-0,25
0,00
0,25
0,50
2-FAL 5-HMF 2-FOL
0
40
80
120
160
Estudo a 125 °C
• Papel Convencional: altos valores justificados devido à alta degradação – representativos, para equipamentos, são os primeiros 25 dias.
• Papel Termoestabilizado: formação de 2-FOL constante, mas composto de baixa estabilidade térmica.
00:00
20
CONCLUSÕES
00:00
21
CONCLUSÃO
Papel Kraft Convencional• Diminuição do GP rápida e abrupta• Formação de 2-FAL em comportamento padrão, com
aumento de sua concentração ao longo do envelhecimento
• Resultados semelhantes aos obtidos no histórico dos equipamentos, especialmente para os primeiros 50 dias do estudo a 100°C
• Curvas de 5-HMF em padrão ondulatório, confirmando a formação do produto durante as reações em cadeia do 2-FAL
00:00
22
CONCLUSÃO
Papel Kraft Termoestabilizado• Degradação do papel apresentou comportamento mais
lento e gradual• Não apresentou a formação de 2-FAL e 5-HMF, apesar
da diminuição significativa do GP do papel isolante• Detecção de picos individuais com tempo de retenção e
espectro coincidentes com o padrão de referência 2-FOL, ao longo do envelhecimento térmico.
• Proposta de utilização do composto como auxiliar na manutenção preventiva de equipamentos elétricos, visando aproximar a previsão da qualidade do isolamento sólido.
00:00
23
AGRADECIMENTOS
00:00
24
AGRADECIMENTOS