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Papel Kraft
L. M. Ardjomand, 991984-8
Resumo - Este documento explica o que é o papel Kraft e como
este é fabricado. Apresenta também qual a utilização deste
material e como sua qualidade pode ser aferida.
Palavras-chave— papel, Kraft, dielétrico, isolante, transformador
I. PROCESSO DE FABRICAÇÃO
O papel isolante Kraft é feito geralmente de sulfato de polpa de madeira obtida de coníferas ou outras árvores de madeira macia. [1]
O primeiro passo do processo consiste em remover certos
componentes da madeira a ser utilizada, principalmente pentoses e lignina. Pentoses são carboidratos complexos que, ao
sofrerem hidrólise, se transformam em açúcar. A lignina é um
polímero de estrutura amorfa que funciona como uma cola,
mantendo unidas as fibras de celulose. Esse material é obtido
fervendo, sob pressão, partículas de madeira misturadas a
uma solução de sulfeto de sódio.
O material restante (do qual apenas 5% é material sólido) é
agitado em um tambor composto por uma parte fixa e outra
móvel, ambas equipadas com lâminas. Quando a parte móvel
gira, as lâminas cortam as fibras presentes na mistura. Essa
parte é a mais crítica do processo, sendo necessário um controle preciso das concentrações de cada ingrediente da mistura e do tempo durante a qual esta ficará submetida à ação
das lâminas. O tempo durante a qual a mistura é agitada depende do tipo e da qualidade do papel a ser produzido.
Quanto mais tempo a mistura permanecer no agitador, maior
será a capacidade do papel pronto de absorver umidade.
Uma folha de papel contínua é formada em uma máquina
chamada Fourdrinier, onde a mistura é primeiro diluída até
que a concentração de água chegue a 98%.
Em seguida a mistura passa por um filtro, para remover impurezas e através de ímãs, para remover partículas metálicas.
Depois atravessa um coador, onde fibras indesejáveis são
retidas.
A mistura é jogada em uma tela que se move lateralmente
para induzir um agrupamento das fibras. Parte da água é retirada com o auxílio de caixa de sucção sob esta tela. O restante da água é retirada passando a mistura entre rolos e, por
fim, por uma série de tambores aquecidos a vapor, até que a
umidade presente no papel tenha sido reduzida para 4 a 6%.
II. PROPRIEDADES
Papéis de celulose isolantes não tratados têm constante
dielétrica pouco melhor que o ar e fatores de perda dielétrica
que aumentam bastante com o aumento da freqüência, além
de absorver umidade com muita facilidade. [1]
Para que se tornem isolantes úteis, estes papéis são tratados ou combinados com outros materiais isolantes. Exemplos
de tratamentos realizados incluem, para aplicações em baixa
tensão, impregnar ou revestir o papel com resinas e vernizes
e, para aplicações em alta tensão, impregnar o papel com
dielétricos líquidos. Um papel, quando impregnado com óleo
mineral pode ser sua constante dielétrica aumentada quase 6
vezes. O papel e o óleo são secados a uma temperatura de
115oC e pressão absoluta de 0,02 torr por 16 horas antes de
serem misturados. A secagem do papel e o óleo é essencial
para a produção de um papel de boa qualidade, pois este
processo faz com que a umidade presente no papel ceda lugar ao líquido dielétrico.
III. QUALIDADE DO PAPEL
A qualidade do papel Kraft deve ser avaliada logo após
sua produção e também durante seu uso, para determinar se
o envelhecimento do papel comprometeu suas características. Por exemplo, mesmo depois de colocado dentro de um
transformador o papel pode ser testado, injetando-se substâncias químicas dentro do aparelho, para que se possa
saber se o tempo comprometeu suas características isolantes. [1]
A qualidade do papel é estabelecida levando-se em conta,
principalmente, três parâmetros:
•
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Grau de polimerização: Determinação do número
médio de anéis de glicose que constituem a molécula polimérica de celulose. [4]
Acidez e alcalinidade: Determinação da acidez ou
alcalinidade de um extrato diluído de papel isolante.
Uma amostra do papel é batida com água, mantida a
95oC, dentro de um tubo de Erlenmeyer. A mistura
de papel e água é filtrada e colocada em um aparelho medidor de pH. [2]
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Figura 1: preparação do papel para que este tenha seu pH
medido [2]
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•
•
Teste de tração: Estabelece a quantidade de energia
que pode ser absorvida por uma amostra de papel
até que a mesma se rompa. [2]
Concentração de compostos furânicos: Compostos
furânicos são substâncias geradas a partir do envelhecimento de materiais celulósicos. O aumento
da concentração do 2-furaldeído, por exemplo, é
utilizado como indicador do envelhecimento do papel isolante. [4]
Unidade relativa da superfície isolante (URSI): A
URSI é determinada colocando-se o papel isolante
em contato com algum gás altamente higroscópico,
normalmente nitrogênio. Determinando-se o ponto
de orvalho do nitrogênio em contato com o papel,
pode-se determinar a umidade relativa da superfície
deste. [4]
IV. UTILIZAÇÃO
Geralmente o papel Kraft é utilizado na fabricação de embalagens, no entanto, neste caso, não são necessárias preocupações para melhorar suas qualidades dielétricas. Na indústria
elétrica, o papel é utilizado na fabricação da capas para cabos, bobinas, capacitores, espaçadores para transformadores
e equipamentos girantes. [1]
Figura 2: detalhe do núcleo de um transformador [3]
V. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
[1] W. Tillar Shugg, Handbook of Electrical and Electronic Insula ting Materials, 2 nd Edition, New York: Institute of Electrical and
Electronics Engineers, 1995, p. 321.
[2] Standard Test Method for Sampling and Testing Untreated Paper
used for Electrical Insulation, ASTM Standard D202-92, Nov.
1992.
[3] MYERS, S. D., KELLY, J. J., PARRISH, R. H. A guide to
transformer maintenance. Ohio: Transformer Maintenance Institute. s. a. 830p.
[4] DARVENIZA. M., SAHA, T. K., HILL, D. J. T. et . al. Studies
of the insulation in aged power transformers Part 2 - Fundamental electrical and chemical considerations properties. In: International Conference on Properties of Dielectric Materials, 3,
Tokyo, Japan. 1991. Proceedings, Tokyo, 1991. p. 11201123.