Universidade Federal de Santa Catarina
Departamento de Engenharia Elétrica
Laboratório de Materiais Elétricos – EEL 7051
Professor Clóvis Antônio Petry
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Experiência 04
Rigidez Dielétrica de Óleo Mineral
Fábio P. Bauer
Tiago Natan A Veiga
Florianópolis, junho de 2006.
Sumário
1. Objetivos ........................................................................................................ 3
2. Introdução ...................................................................................................... 4
3. Óleos Isolantes............................................................................................... 5
4. Ensaio de Laboratório .................................................................................... 6
4.1 Materiais Utilizados................................................................................... 6
4.2 Determinação da Rigidez Dielétrica do Óleo Isolante............................... 7
5. Critérios de Avaliação Estatística ................................................................... 8
5.1 Critério 1 ................................................................................................... 8
5.2 Critério 2 ................................................................................................... 9
6. Conclusões................................................................................................... 10
7. Referências Bibliográficas ............................................................................ 11
1. Objetivos
► Avaliar as condições de uso de um óleo isolante usando um teste de rotina
com eletrodos de disco;
► Obter respostas dos critérios de consistência estatística.
2. Introdução
O óleo mineral, parafina líquida, petrolato líquido pesado, óleo branco ou
vaselina líquida é um produto secundário derivado da destilação do petróleo no
processo de produção da gasolina. É um óleo transparente, incolor e
quimicamente quase inerte. É um produto de baixo custo, produzido em
grandes quantidades. Existe óleo mineral de grau técnico e de grau medicinal.
Tem diversas aplicações, como óleo de transformação; para transporte e
armazenagem de metais alcalinos (evitando a reação destes com a humidade
atmosférica), etc.
Por serem usados nos equipamentos elétricos, como transformadores e
outros,
os
óleos
isolantes
também
devem
ter
suas
propriedades
constantemente avaliadas. As análises realizadas são fundamentais para
prolongar a vida útil do equipamento elétrico, evitando com isso a interrupção
do fornecimento de energia. Por meio de análises físico-químicas controla-se a
qualidade do óleo e por métodos cromatográficos pode-se detectar a existência
de falha nos equipamentos.
Nesse ensaio de Laboratório, será avaliada a condição de uso de um
óleo isolante mineral. Os ensaios dessa experiência seguem as normas
estabelecidas na NBR 6869:1989. Basicamente, tais normas estabelecem que
para a verificação da rigidez dielétrica do óleo, deve-se submetê-lo a uma
tensão elétrica e determinar o valor de tensão para o qual ocorre uma descarga
de corrente entre os terminais de eletrodos da amostra de óleo.
Paralelamente à realização do ensaio, uma avaliação de caráter
estatístico também é realizada com base em dois critérios: o primeiro, com
base nas razões entre o desvio padrão e a média dos valores medidos; o outro
como base na comparação entre os valores obtidos.
3. Óleos Isolantes
O óleo isolante é, em grande parte dos casos, um óleo mineral, isto é,
composto de hidrocarbonetos derivados de petróleo. Para aplicações em
equipamentos elétricos são, em geral, empregados dois tipos de óleo mineral
isolante:
naftênicos
e
parafínicos.
O óleo mineral isolante em serviço está continuamente deteriorando-se
devido às reações de oxidação, que podem ser aceleradas pela presença de
compostos metálicos, oxigênio, alto teor de água e calor excessivo. Tais
alterações podem levar ao comprometimento do equipamento. Como
conseqüência, podem ocorrer mudanças de cor no óleo, formação de
compostos ácidos e num estágio mais avançado da oxidação, precipitação de
borra. Essas mudanças nas características devem ser acompanhadas por
análises físico-químicas periódicas. A metodologia recomendada está descrita
na NBR-10576, cujo título é “Guia para acompanhamento de óleo mineral
isolante
de
equipamentos
elétricos”.
Os
ensaios
para
avaliação
do
desempenho do óleo indicados por essa norma, assim como a metodologia
que deve ser usada, são os apresentados na Tabela 3.1 que inclui breve
explicação
sobre
a
importância
de
cada
determinação.
A amostragem de óleos isolantes deve seguir os procedimentos
indicados nas normas NBR-7070 e NBR-8840. Abaixo, ainda na Tabela 3.1,
são mostrados os diversos métodos de verificação de algumas grandezas
inerentes aos óleos minerais.
Ensaio
Método
ensaio comparativo com padrões de
cores; não é um ensaio crítico, mas útil
na avaliação sobre o estado de oxidação
do óleo isolante
Cor
Densidade
Descrição
NBR 7148
ensaio empregado para classificar o óleo
isolante como naftênico ou parafínico,
também pode ser usado para verificação
de mudanças marcantes no óleo isolante
Tensão
(*)
interfacial
NBR 6234
ensaio empregado para avaliar se a
presença de contaminantes polares e/ou
produtos de oxidação do óleo isolante
ainda permitem seu uso
Teor de água
(*)
(ppm)
NBR 10710
ensaio empregado para determinar a
concentração de água dissolvida no óleo
Índice de
(*)
neutralização
NBR 14248
ensaio empregado para quantificar a
presença de contaminantes polares
ácidos, normalmente produtos de
oxidação do óleo isolante
Rigidez
(*)
dielétrica
NBR 6869
ensaio usado para avaliar a capacidade
do óleo isolante de suportar tensões
elétricas sem falhar; usualmente, este
parâmetro é influenciado pela presença
de partículas e/ou água no óleo isolante
Fator de
dissipação a
100ºC
NBR 12133
ensaio empregado como indicativo de
contaminantes solúveis no óleo isolante;
deve ser avaliado como comparativo em
relação aos resultados anteriores
Tabela 3.1-Ensaio de Grandezas de um óleo mineral. O ensaio relevante para esse
relatório é o NBR 6869. Fonte: OLEOS SOLANTES:
http://www.quimica.com.br/revista/qd382/oleos3.htm
(*)
testes usados como referencial para indicar o momento em que se deve
regenerar ou substituir o óleo.
4. Ensaio de Laboratório
Nas próximas seções, será descrito o método conhecido com Análise
por eletrodos de Disco. O oléo testado possui rigidez dielétrica nominal de
aproximadamente 25 KV. Esse dado foi previamente fornecido, servindo de
referência para comparação com os valores medidos.
4.1 Materiais Utilizados
► 1 Ensaiador Portátil de Rigidez Dielétrica para Óleo Isolante. Fabricante:
ELEN, modelo E-40, 220 V, 60-Hz;
► 1 termômetro digital KITLER.
4.2 Determinação da Rigidez Dielétrica do Óleo Isolante
O procedimento utilizado para determinação da rigidez do óleo consiste
em um teste de rotina, ou seja, um teste que deve ser realizado com alguma
periodicidade visando à substituição do óleo caso algumas de suas
propriedades estejam foras do padrão.
No caso do teste utilizado, lançara-se mão de células de ensaio com
eletrodos de disco (Figura.4.2.1). Os eletrodos foram previamente limpos com
solvente e papel de soda seco e a distância entre eles foi ajustada para 2,5mm.
O frasco que contém a amostra de óleo foi suavemente agitado para que as
eventuais partículas suspensas no líquido pudessem ficar em suspensão. A
temperatura de 24,4 0 C foi obtida do termômetro digital.
Antes do ensaio, o líquido foi mantido em repouso entre 2 e 3 minutos
para que as bolhas de ar pudessem ser expelidas.
Figura 4.2.1-Célula de ensaio com eletrodo de disco usada no experimento
Fonte: PETRY, C.A.:”Rigidez Dielétrica de Óleo Mineral”.
Entre uma medição e outra, o óleo deve ficar em repouso por 1 minuto.
O Ensaiador de Rigidez Dielétrica ELEN possui um botão girante que aumenta
a magnitude do campo elétrico aplicado nos terminais dos eletrodos da célula.
O botão deve ser rotacionado com velocidade constante. Junto ao instrumento,
tem-se ainda um leitor analógico do valor do campo correspondente ao giro do
botão. O mecanismo de leitura do Ensaiador dispara um pequeno estalo
quando a rigidez do dielétrico entre os eletrodos é rompida. Com isso o valor
do campo elétrico é lido no medidor analógico.
No total, 5 medidas da rigidez foram obtidas com o Ensaiador de Rigidez
Dielétrica. Essas medidas são mostradas nas Tabelas 4.2.1 e 4.2.2:
Características do Ensaio
Valor Nominal da rigidez
Método Utilizado
dielétrica
25 KV
Eletrodos de Disco
Tipo de Teste
Ensaio de Rotina
Espaçamento entre os
Temperatura
eletrodos
ambiente [0C]
2,5 mm
24,4
Tabela 4.2.1 – Especificações do ensaio
Resultados Obtidos
Rigidez Dielétrica
( x  x) 2
[KV]
[KV]2
1
30,0
0,64
2
29,0
0,04
3
31,0
3,24
4
26,0
10,24
5
30,0
0,64
Teste
Média( x ) 29,2 Soma
5
 ( x  x)
2
14,8
i 1
Tabela 4.2.2 – Resultados das Medições
5. Critérios de Avaliação Estatística
Para avaliar as medidas obtidas na seção 4.2, é necessário fazer uma
verificação de natureza estatística. Serão avaliados dois critérios, descritos a
seguir.
5.1 Critério 1
Citando [1]:
“É dado pela razão entre o desvio padrão e a média dos 5
valores individuais. Se essa relação for maior do que 0,1 é
provável que o desvio padrão das 5 medidas seja excessivo e
portanto, o erro provável da média também o seja. Neste caso,
não podem ser tiradas conclusões sobre a rigidez dielétrica do
óleo.”
Onde:
• x = média das 5 tensões de ruptura;
• xi = tensão de ruptura obtida na medida;
• s = desvio padrão.
O desvio padrão s das medidas de Rigidez Dielétrica da Tabela 4.2.2 é
s = 1,92 KV. Como
s 1,92

 0,066  0,1 , então pelo critério 1 as medidas são
x 29,2
consistentes.
5.2 Critério 2
Citando [1]:
“Subtrair o valor mínimo encontrado para a tensão de ruptura
do valor máximo obtido e multiplicar o resultado por 3. Se o
produto for maior do que o segundo menor valor da tensão de
ruptura, é provável que o desvio padrão seja excessivo.”
Usando os dados da Tabela 4.2.2. temos que:
( x máx  x mín ).3  (31,0  26,0).3  15 KV
Como 29 KV é o segundo menor valor da tensão de ruptura e 15KV <
29 KV, conclui-se que pelo critério 2, as medidas também são consistentes.
6. Conclusões
Os óleos minerais isolantes são líquidos que possuem muitas aplicações
na indústria. Seria natural supor que seu uso adequado estaria ligado às
normas de ensaio propostas pela NBR. O desenvolvimento do presente ensaio
para a Rigidez do Óleo Isolante contribuiu de maneira positiva para o correto
entendimento das condições de uso do óleo.
As medidas obtidas nas tabelas estão inevitavelmente contaminadas
com algum tipo de erro, principalmente as medidas das tensões de ruptura,
pois elas possuem, além do erro de medida do ensaiador, erros associados à
interferência humana. É bom lembrar que o mostrador para a leitura das
tensões é analógico, com isso erros de paralaxe estão presentes bem como a
menor precisão de um instrumento analógico em comparação a um digital.
Mesmo assim, ambos os critérios de consistência estatística aprovaram
os valores das medidas, o que permite concluir que o desvio padrão das
medidas está dentro do limite tolerável.
Por fim, enfatiza-se na importância dos testes de rotina na indústria.
Sem uma certa regularidade deles, produtos como o óleo mineral de isolação
podem
ter
suas
características
alteradas
e
assim
conseqüências
desagradáveis possuem grande probabilidade de ocorrência, tanto para um
usuário leigo como para um engenheiro de materiais.
7. Referências Bibliográficas
[1] PETRY, C.A.:”Rigidez Dielétrica de Óleo Mineral”. Disponível em: .<
http://www.inep.ufsc.br/~petry/Materiais_EEL_7051/Experiencia04.pdf
>.
Acesso em 25 jun.2006;
[2]
WIKIPÉDIA:
“Óleo
Mineral”.
Disponível
em.<
http://pt.wikipedia.org/wiki/%C3%93leo_mineral>. Acesso em 25 jun. 2006.
[3] ÓLEOS ISOLANTES.”Métodos Analíticos para lubrificantes e
isolantes”.
Disponível
em:
.<http://www.quimica.com.br/revista/qd382/oleos3.htm>. Acesso em 25 jun.
2006.