Avaliação espectroscópica, cromatográfica e quimiométrica da degradação de óleos isolantes de transformador

• Ano de defesa: 2022
• Autor(a) principal: BARBOSA, Nathália Vieira
• Orientador(a): SILVA, Flávio Soares
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Federal de Itajubá
• Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação: Doutorado - Multicêntrico em Química de Minas Gerais
• Departamento: IRN - Instituto de Recursos Naturais
• País: Brasil
• Palavras-chave em Português: Descargas parciais; Degradação; PCA; Carta Q; Carta T2 de Hotelling
• Área do conhecimento CNPq: CNPQ::CIÊNCIAS EXATAS E DA TERRA::QUÍMICA
• Link de acesso: https://repositorio.unifei.edu.br/jspui/handle/123456789/3341

Preocupação com questões ambientais, necessidade de instalações empregando fluidos dielétricos de segurança e busca por novas metodologias de manutenção de fluidos de máquinas elétricas de potência empregando tecnologia ambientalmente amigável estão cada vez mais pronunciadas. Embora as características e as variações das propriedades físico-químicas e elétricas dos óleos isolantes sejam bem consolidadas, menos atenção tem sido dada ao nível molecular para entender a natureza dos processos de envelhecimento térmico e elétrico desses fluidos. Assim, o objetivo deste trabalho foi desenvolver um método rápido, simples e ambientalmente seguro para avaliar e monitorar a qualidade do óleo vegetal isolante (OVI) por meio das cartas de controle multivariadas e espectroscopia na região do infravermelho com Transformada de Fourier (FTIR), além de avaliar a evolução de compostos químicos formados durante a degradação do OVI submetido a estresses elétrico e térmico, comparando com o óleo mineral isolante (OMI). Visando simular o ambiente interno de um transformador antes e após a energização, amostras de OVI e OMI foram mantidas em contato com papel e cobre e submetidas a processos de envelhecimentos elétrico e térmico acelerados, nos quais as amostras foram submetidas a descargas disruptivas (de 10 a 1000 descargas) e aquecimento a 130 °C por até 1080 horas, respectivamente. Posteriormente, a composição dos fluidos antes e após tratamentos elétrico e térmico, foi estudada por meio das técnicas de cromatografia a gás acoplada a espectrometria de massas (GC-MS) e espectroscopia FTIR e avaliação do número de acidez total, viscosidade e densidade das amostras. Os resultados obtidos demonstraram que a carta de controle desenvolvida foi capaz de identificar amostras de OVI em níveis de oxidação fora dos padrões de qualidade aceitáveis para fluidos vegetais isolantes em transformadores; e que novos compostos foram formados, devido ao processo de degradação dos óleos mineral e vegetal, sob as condições estudadas. Descargas parciais contribuem para a degradação dos óleos, sendo que esse efeito foi mais pronunciado no OVI; e o fator que mais influencia a degradação desses fluidos é o aquecimento. Papel isolante atua de forma a retardar o envelhecimento dos óleos mineral e vegetal, enquanto o cobre apresentou ação como catalisador da oxidação dos fluidos. A degradação do antioxidante 2,6-di-terc-butil-p-cresol (DBPC) do OMI é dependente do aquecimento, enquanto os antioxidantes tocoferol, estigmasterol e sitosterol do OVI degradaram até mesmo nos sistemas que não foram submetidos ao aquecimento. Os valores de viscosidade e acidez dos óleos aumentaram, demonstrando a degradação nas condições estudadas, sendo que esse efeito foi mais pronunciado no OVI. Dessa forma, a potencialidade da espectroscopia FTIR em conjunto com a estratégia das cartas de controle como ferramenta rápida e simples para monitoramento da qualidade de fluidos isolantes, permitindo guiar o plano de manutenção de transformadores, foi demonstrada. Os resultados contribuem para estudos realizados sobre fluidos isolantes e para as companhias envolvidas na geração de energia, visto que com os resultados obtidos poderá prever o tempo de envelhecimento dos óleos, assim como fazer propostas para aumentar a vida útil dos mesmos e para promover de forma segura a substituição do fluido isolante do tipo mineral dos transformadores pelos óleos vegetais, por serem ambientalmente mais viáveis e possuírem propriedades dielétricas equivalentes aos OMIs.