AGLEISON RAMOS OMIDO MONITORAMENTO DA … · Neste trabalho verificamos o potencial das técnicas de absorção UV-Vis e de fluorescência para o monitoramento da degradação do

AGLEISON RAMOS OMIDO

MONITORAMENTO DA DEGRADAO TRMICA DE LEO

MINERAL ISOLANTE DE TRANSFORMADOR UTILIZANDO

ESPECTROSCOPIA DE ABSORO E FLUORESCNCIA UV-Vis.

Ilha Solteira SP

2014

AGLEISON RAMOS OMIDO

MONITORAMENTO DA DEGRADAO TRMICA DE LEO

MINERAL ISOLANTE DE TRANSFORMADOR UTILIZANDO

ESPECTROSCOPIA DE ABSORO E FLUORESCNCIA UV-Vis.

Ilha Solteira SP

2014

Trabalho apresentado ao Programa de Ps-graduao em Engenharia Eltrica da Faculdade de Engenharia - UNESP - Campus de Ilha Solteira para obteno do ttulo de doutor em Engenharia Eltrica. rea de conhecimento: Automao.

Orientador: Prof. Dr. Aparecido Augusto de Carvalho

minha esposa Telma Eliane Vieira Omido,

A Thais, Mariana e Gabriel,

Ao Clayton e Bill.

Aos meus pais:

Reginaldo Omido

e

Abigail Mazarelo Ramos Omido

Dedico.

Aos meus irmos:

Agnaldo, Cleidson e Jnior,

minha famlia,

Aos meus amigos

Ofereo.

Se um dia a razo te pedir para desistir e o

corao te mandar lutar, lute, pois no a

razo que bate para voc viver.

Cello Menezes

AGRADECIMENTOS

Agradeo a todos que me apoiaram durante o doutorado. Em primeiro lugar a

DEUS, pois Dele que tiramos fora quando necessitamos.

minha esposa Telma Eliane Vieira Omido, que durante todo o tempo esteve ao

meu lado e ajudou a formar uma linda famlia me dando trs joias raras: Thais, Mariana e

Gabriel.

Aos meus pais, Reginaldo Omido e Abigail Mazarelo Ramos Omido, de quem

herdei valores que o tempo no apaga.

Ao saudoso professor Mauro Henrique de Paula, orientador durante o mestrado e

parte desse doutorado. Perdi esse amigo com quem muito aprendi de forma prematura, mas

que me uniu a um grupo de pessoas to valorosas quanto ele. Um cientista, um gnio, uma

dessas pessoas que voc encontra poucas vezes na vida.

Ao meu orientador, professor Aparecido Augusto de Carvalho, por acreditar em

mim e ser esse porto seguro que encontrei em Ilha Solteira. Mais que um professor, amigo,

que mesmo com o pouco contato aprendi a respeitar e reconhecer como a pessoa evoluda

que e que busca sempre uma palavra de incentivo e um gesto de apoio.

Ao professor Samuel Leite Oliveira, responsvel direto por este ttulo. No momento

em que tudo parecia perdido, quando o doutorado tornava-se inatingvel, sua presena,

orientao e colaborao reacenderam a chama, tornando o sonho novamente possvel. Sua

viso, disponibilidade, experincia e conhecimento foram fundamentais para o sucesso

deste trabalho. Agradeo tambm a sua esposa Luciana, pela convivncia, pacincia e

desprendimento ao abrir mo da companhia de seu esposo durante todo o tempo em que

necessitei de sua ajuda.

Ao meu irmo Cleidson Ramos Omido, guerreiro, companheiro, e que, com a graa

de Deus e a ajuda de todos os envolvidos em meu trabalho, tambm termina esta etapa que

iniciamos juntos ele realmente merece. Viagens, estudos, noites em claro, tudo serviu de

incentivo e fortalecimento da relao. cunhada Rosa, sua esposa, que tambm nos

acompanhou desde o tempo de mestrado. So mais de doze anos de acolhida e partilha.

Ao professor Claudio Kitano, que tambm foi envolvido em nosso trabalho e cujas

sugestes, palavras de incentivo e auxlio com as equaes durante a fase de estudos

especiais foram fundamentais. Uma mente brilhante com quem tive a honra de conviver.

Ao amigo doutorando em qumica Keurison Magalhes, pela ajuda com os

equipamentos no laboratrio, anlise inicial dos dados e orientao na conduo das

medidas executadas na UFGD em Dourados - MS.

Aos professores do Programa de Ps Graduao em Engenharia Eltrica da

Universidade Estadual Paulista Jlio de Mesquita Filho UNESP Campus de Ilha

Solteira, Carlos Roberto Minussi e Ricardo Tokio Higuti pelo perodo de convivncia

durante o programa.

Aos professores Anderson Caires, Herbert e Rozanna da UFGD pela

disponibilizao dos equipamentos para medies realizadas na cidade de Dourados - MS.

Aos companheiros de laboratrio Ricardo Shiraishi, Silvano, Luis Felipe, Juliete,

Fagner e Thamyres pelo ambiente de trabalho que, mesmo srio, no deixava de apresentar

momentos descontrados.

Ao tcnico William Falco do Departamento de Fsica da UFGD pela ateno e

companheirismo durante o perodo em que utilizei os laboratrios desse departamento.

RESUMO

Neste trabalho verificamos o potencial das tcnicas de absoro UV-Vis e de

fluorescncia para o monitoramento da degradao do leo mineral isolante (OMI),

utilizado em transformadores em funo do seu aquecimento. Foram realizadas medies e

anlise de mapas de contorno (excitao emisso) de amostras de leo mineral isolante

novo e regenerado no diludas e diludas em hexano aps aquecimento sistemtico das

mesmas e retorno temperatura ambiente. Tambm foram obtidos espectros de absoro

das amostras diludas. As medies citadas foram realizadas para monitorar a degradao

de amostras no diludas de leos minerais isolantes novos e regenerados, de forma a

verificar a aplicabilidade das tcnicas sem um preparo inicial das amostras. Os resultados

mostraram que os valores de absoro e fluorescncia sofrem mudanas sistemticas a

partir de cerca de 150C, temperatura na qual a degradao do leo se torna mais

pronunciada. Foram observados comportamentos similares de absoro e fluorescncia,

tanto para o leo novo quanto para o regenerado, o que indica que esta tcnica ptica

simples pode ser usada para o monitoramento contnuo da qualidade do leo,

independentemente da sua fonte. Os possveis mecanismos responsveis pelas alteraes

tambm so discutidos, tal como o efeito da geometria da configurao experimental das

medies de fluorescncia. Os resultados fornecem informaes para o desenvolvimento

de dispositivos portteis, simples e de custo potencialmente baixo, capazes de verificar a

qualidade do leo mineral isolante em laboratrios e ambientes remotos sem a necessidade

de qualquer preparao prvia da amostra.

Palavras-chave: leo Mineral Isolante, Transformadores Eltricos, Absoro UV-Vis,

Fluorescncia.

ABSTRACT

In this study we verify the potential of the UV-Vis absorption and fluorescence

techniques to monitor the degradation of the insulating mineral oil (IMO) used in

transformers depending on their heating. Measurement and analysis of contour maps

(excitation - emission) were taken from samples of new and regenerated insulating mineral

oils diluted and undiluted in hexane after systematically heating and bringing them back to

room temperature. Absorption spectra were also obtained from diluted samples. The

mentioned measurements were performed to monitor the degradation of new and

regenerated insulating mineral oil undiluted samples in order to verify the applicability of

the techniques without prior sample preparation. The results showed that the values of

absorption and fluorescence underwent systematic changes starting at about 150 C,

temperature at which oil degradation becomes more pronounced. Similar absorption and

fluorescence behaviors for both new and regenerated oils were observed, indicating that

this simple optical approach may be used for continuous monitoring of oil quality,

regardless of its source. The possible mechanisms responsible for the changes are also

discussed, and the effect of the geometry of the experimental setup of the fluorescence

measurements was investigated as well. The results provide the basis for the development

of portable, simple and potentially inexpensive devices, able to check the insulating

mineral oil quality in laboratories and remote environments without the need of any prior

preparation of the sample.

Keywords: Insulating Mineral Oil, Power Transformers, UV-Vis Absorption,

Fluorescence.

LISTA DE ILUSTRAES

Figura 1: Comparao das caractersticas de transformadores a leo e a seco. .................. 27

Figura 2: (a) Carcaa do transformador. (b) O leo isolante. (c) e (d) Isolamento papel

Kraft e Presspahn. .................................................................................................... 28

Figura 3: Esquema de refrigerao do transformador por conveco. ............................... 29

Figura 4: Classificao dos hidrocarbonetos. .................................................................... 37

Figura 5: Variao de propriedades fsico-qumicas de acordo com o grupo de

hidrocarbonetos. ....................................................................................................... 38

Figura 6: Transio de estado provocada pela absoro de um quantum de energia

(fton). ..................................................................................................................... 50

Figura 7: Processo de excitao e desexcitao de uma partcula. ..................................... 51

Figura 8: Ente geomtrico para determinao da lei de Lambert-Beer. ............................. 52

Figura 9: Representao esquemtica de nveis de energia de excitao eletrnica. .......... 56

Figura 10: Exemplos de transio * para ligao dupla isolada, dieno e trieno. ....... 59

Figura 11: Sistemas massa-mola. ..................................................................................... 60

Figura 12: Modos de vibrao de uma molcula. .............................................................. 63

Figura 13: Diagrama de blocos de um espectrofotmetro FTIR. ....................................... 64

Figura 14: Esquema de funcionamento do interfermetro de Michelson. .......................... 65

Figura 15: Interferograma obtido para uma radiao policromtica. ................................. 66

Figura 16: Esquema de uma clula de Refletncia Total Atenuada. .................................. 67

Figura 17: tomo absorvendo e emitindo radiao eletromagntica. ................................ 68

Figura 18: Spin eletrnico dos estados fundamental, singleto e tripleto. ........................... 69

Figura 19: Diagrama de Jablonski. ................................................................................... 70

Figura 20: Esquema representativo de emisso e espalhamento de radiao em uma

amostra. ................................................................................................................... 72

Figura 21: Exemplo de diagramas gerados a partir de uma matriz de excitao-emisso

com viso tridimensional (inferior) e mapa de contorno (superior). .......................... 72

Figura 22: Mecanismo correspondente ao efeito de filtro interno. (a) efeito de filtro

interno primrio (PIFE) e (b) efeito de filtro interno secundrio (SIFE). ................... 75

Figura 23: Representao das formas de desexcitao de uma partcula. .......................... 76

Figura 24: Diagrama de blocos de um fluormetro. ........................................................... 79

Figura 25: Exemplo de cubeta utilizada nas medies de fluorescncia. ........................... 80

Figura 26: Esquema de funcionamento de uma fotomultiplicadora. .................................. 81

Figura 27: Diagrama de blocos com o delineamento experimental. .................................. 82

Figura 28: Diagrama de aquecimento das amostras em funo do tempo. ......................... 84

Figura 29: Amostras de leo novo e regenerado aps o tratamento trmico. ..................... 84

Figura 30: (a) Forno. (b) leo isolante. (c) Armazenamento das amostras. ....................... 85

Figura 31: Espectrmetro utilizado nas medies de absoro no infravermelho. ............. 85

Figura 32: Acessrio para medies com ATR. ................................................................ 86

Figura 33: Espectrofotmetro Cary 50 da Varian.............................................................. 87

Figura 34: (a) Esquema do aparato experimental das medies de absoro. (b) Viso da

cubeta durante a medio. ........................................................................................ 88

Figura 35: (a) Espectrofluormetro. (b) Suporte da cubeta no aparelho. ............................ 89

Figura 36: (a) Esquema do aparato experimental das medies de fluorescncia. (b)

Vista superior da cubeta durante a medio. ............................................................. 90

Figura 37: Posies A, B, C e D para excitao e coleta da fluorescncia. ........................ 90

Figura 38: Espectro de absoro no infravermelho para amostras de leo mineral

isolante novo sem adio de celulose e gua. ............................................................ 93

Figura 39: Espectro de absoro no infravermelho para amostras de leo mineral

isolante regenerado sem adio de celulose e gua. .................................................. 94

Figura 40: Espectro de absoro IR do leo mineral isolante novo sem adio de

celulose e gua. Os detalhes destacam as bandas associadas ao estiramento C C

dos aromticos. As setas mostram o sentido do crescimento da temperatura de

tratamento. ............................................................................................................... 95


celulose e gua. Os detalhes destacam as bandas associadas ao estiramento C H

dos compostos alifticos. As setas indicam o aumento da temperatura de

tratamento trmico. .................................................................................................. 96


celulose e gua: estiramento C O dos alcois (~1150 cm-1), estiramento C O

dos cidos carboxlicos (~ 1310 cm-1) e estiramento C C do anel aromtico de

fenis (~1600 cm-1). As setas mostram o sentido do crescimento da temperatura de

tratamento. ............................................................................................................... 97

Figura 43: Espectro de absoro IR para o leo regenerado sem adio de celulose e

gua destacando as diferentes regies espectrais. As setas mostram o sentido do

crescimento da temperatura de tratamento. ............................................................... 98

Figura 44: ndice de acidez das amostras de leo novo e regenerado em funo da

temperatura de tratamento trmico.......................................................................... 100

Figura 45: Espectro de absoro do hexano grau HPLC. ................................................ 101

Figura 46: Espectros de absoro de amostras diludas de leo mineral isolante novo:

sem adio de celulose e gua (a), contendo celulose (b) e contendo celulose e

gua (c). As setas mostram o sentido do crescimento da temperatura de

tratamento. ............................................................................................................. 102

Figura 47: Espectros de absoro de amostras diludas de leo mineral isolante

regenerado: sem adio de celulose e gua (a), contendo celulose (b) e contendo

celulose e gua (c). As setas mostram o sentido do crescimento da temperatura de

tratamento. ............................................................................................................. 102

Figura 48: Mapa de contorno de excitao-emisso de amostra no diluda de leo novo

sem adio de celulose e gua. ............................................................................... 104

Figura 49: Mapas de contorno de excitao-emisso do leo mineral isolante novo sem

adio de celulose e gua em funo da temperatura............................................... 106

Figura 50: Mapas de contorno de excitao-emisso do leo mineral isolante novo

contendo celulose em funo da temperatura. ......................................................... 107

Figura 51: Mapas de contorno de excitao-emisso do leo mineral isolante novo

contendo celulose e gua em funo da temperatura. .............................................. 108

Figura 52: Espectros de emisso dos leos novo sem adio de celulose e gua (N),

contendo celulose (NC) e contendo celulose e gua (NCA), com excitao em 365

nm em funo da temperatura de tratamento trmico. As setas mostram o sentido

do crescimento da temperatura de tratamento. ........................................................ 109

Figura 53: Intensidade de fluorescncia normalizada com excitao em 365 nm. ........... 110

Figura 54: Razo das intensidades de fluorescncia com excitao em 365 nm. ............. 111






Figura 57: Razo das intensidades de fluorescncia normalizadas em 425 nm/415 nm

com excitao em 385 nm. ..................................................................................... 113

Figura 58: Mapas de contorno de excitao-emisso para as amostras de leo mineral

isolante novo sem adio de celulose e gua no degradadas e a 210 C para regio

de excitao entre 440 e 500 nm. ............................................................................ 114






Figura 61: Razo das intensidades de fluorescncia normalizadas em 456 nm/490 nm

com excitao em 450 nm. ..................................................................................... 116

Figura 62: Espectros de fluorescncia das amostras de leos novos sem adio de

celulose e gua (N), contendo celulose (NC) e contendo celulose e gua (NCA)

com comprimento de onda de excitao igual a 380 nm. As setas mostram o

sentido do crescimento da temperatura de tratamento. ............................................ 117

Figura 63: Intensidade de fluorescncia do leo novo em 405 nm (a), 425 nm (b) e razo

entre essas intensidades (c) com comprimento de onda de excitao igual a 380

nm. ......................................................................................................................... 118

Figura 64: Mapa de contorno de excitao-emisso para amostra no diluda de leo

regenerado sem adio de celulose e gua. ............................................................. 119

Figura 65: Mapas de contorno de excitao-emisso do leo mineral isolante regenerado

sem adio de celulose e gua em funo da temperatura. ...................................... 121


contendo celulose em funo da temperatura. ......................................................... 122


contendo celulose e gua em funo da temperatura. .............................................. 123

Figura 68: Espectros de fluorescncia do leo regenerado sem adio de celulose e gua

em funo da temperatura de degradao, com excitao em 390 nm e 455nm. As

setas mostram o sentido do crescimento da temperatura de tratamento. .................. 124

Figura 69: Intensidade de fluorescncia em (a) 415 nm e (b) 450nm em funo da

temperatura de tratamento das amostras de leo regenerado com excitao em 390

nm. ......................................................................................................................... 125

Figura 70: Intensidade de fluorescncia em (a) 460 nm e (b) 490 nm em funo da

temperatura de tratamento das amostras de leo regenerado com excitao em 450

nm. ......................................................................................................................... 125

Figura 71: Espectros de fluorescncia para amostras de leos regenerados sem adio de

celulose e gua (R), contendo celulose (RC) e contendo celulose e gua (RCA)

com comprimento de excitao em 380 nm. As setas mostram o sentido do

crescimento da temperatura de tratamento. ............................................................. 126

Figura 72: Intensidades de fluorescncia normalizadas dos leos regenerado com

comprimento de onda de emisso em 456 nm (a) e 468 nm (b) e razo entre essas

intensidades (c) obtidas com comprimento de excitao igual a 380 nm. ................ 127

Figura 73: Mapa de contorno de excitao-emisso do hexano grau HPLC. ................... 128

Figura 74: Mapa de contorno de excitao-emisso de amostra de leo novo diludo sem

adio de celulose e gua........................................................................................ 129

Figura 75: Mapas de contorno de excitao-emisso para amostras de leo novo sem

adio de celulose e gua diludas em hexano grau HPLC. ..................................... 130

Figura 76: Mapas de contorno de excitao-emisso para amostras de leo novo

contendo celulose diludas em hexano grau HPLC. ................................................ 131

Figura 77: Mapas de contorno de excitao-emisso para amostras de leo novo

contendo celulose e gua diludas em hexano grau HPLC. ...................................... 132

Figura 78: Espectros de fluorescncia com comprimento de onda de excitao em 280

nm para amostras diludas de leos novo sem adio de celulose e gua (N),

contendo celulose (NC) e contendo celulose e gua (NCA). As setas mostram o

sentido do crescimento da temperatura de tratamento. ............................................ 133

Figura 79: Intensidade de fluorescncia de amostras diludas de leo novo sem adio

de celulose e gua, com comprimento de onda de emisso em 315 nm (a), em 325

nm (b) e razo entre as intensidades (c), utilizando comprimento de excitao de

280 nm. .................................................................................................................. 134

Figura 80: Mapa de contorno de excitao-emisso do leo regenerado sem adio de

celulose e gua diludo em hexano grau HPLC. ...................................................... 135

Figura 81: Mapa de contorno de excitao-emisso: das amostras de leos novo sem

diluio (a) e diluda (b); das amostras de leos regenerados sem diluio (c) e

diluda (d) no submetidas ao tratamento trmico. .................................................. 136

Figura 82: Mapas de contorno de excitao-emisso para amostras diludas em hexano

grau HPLC de leo regenerado sem adio de celulose e gua. ............................... 137


grau HPLC de leo regenerado contendo celulose. ................................................. 138


grau HPLC de leo regenerado contendo celulose e gua. ...................................... 139

Figura 85: Espectros de fluorescncia para amostras de leos regenerados sem adio de

celulose e gua diludas (R), contendo celulose (RC) e contendo celulose e gua

(RCA), com excitao em 280 nm. As setas mostram o sentido do crescimento da

temperatura de tratamento. ..................................................................................... 140

Figura 86: Intensidade de fluorescncia do leo regenerado com comprimento de onda

de emisso em 315 nm (a), intensidade de fluorescncia com comprimento de onda

de emisso em 325 nm (b) e razo entre as intensidades de fluorescncia (c), com

comprimento de excitao igual a 280 nm. ............................................................. 141

Figura 87: Espectro de absoro leo novo no diludo, sem adio de celulose e gua

(a) e grfico da absorbncia em 380 nm em funo da temperatura de aquecimento

(b). A seta indica a direo de aumento da temperatura de aquecimento. ................ 142

Figura 88: Espectro de absoro leo regenerado no diludo, sem adio de celulose e

gua (a) e grfico da absorbncia em 380 nm em funo da temperatura de

aquecimento (b). A seta indica a direo de aumento da temperatura de

aquecimento. .......................................................................................................... 143

Figura 89: Esquema de anlise do efeito do filtro interno nas medies de fluorescncia.144

Figura 90: Espectros de fluorescncia do leo novo sem adio de celulose e gua

obtidos: (a) com excitao no centro e coleta de fluorescncia no centro da cubeta ,

(b) com excitao no centro e coleta de fluorescncia na borda da cubeta, (c) com

excitao na borda e coleta de fluorescncia no centro da cubeta e (d) com

excitao a borda e coleta de fluorescncia na borda da cubeta. As setas indicam o

sentido do aumento da temperatura de aquecimento. .............................................. 146

Figura 91: Razo das intensidades de fluorescncia em 438 e 490 nm do leo novo

como uma funo da temperatura de aquecimento: (a) com excitao no centro e

coleta de fluorescncia no centro da cubeta, (b) com excitao no centro e coleta de

fluorescncia na borda da cubeta, (c) com excitao na borda e coleta de

fluorescncia no centro da cubeta e (d) com excitao a borda e coleta de

fluorescncia na borda da cubeta. ........................................................................... 148

Figura 92: Espectros de fluorescncia do leo regenerado sem adio de celulose e gua

obtidos: (a) com excitao no centro e coleta de fluorescncia no centro da cubeta,

(b) com excitao no centro e coleta de fluorescncia na borda da cubeta, (c) com

excitao na borda e coleta de fluorescncia no centro da cubeta e (d) com

excitao na borda e coleta de fluorescncia na borda da cubeta. As setas indicam o

sentido do aumento da temperatura de aquecimento. .............................................. 150

Figura 93: Razo das intensidades de fluorescncia em 438 e 490 nm do leo

regenerado como uma funo da temperatura de aquecimento: (a) com excitao

no centro e coleta de fluorescncia no centro da cubeta, (b) com excitao no

centro e coleta de fluorescncia na borda da cubeta, (c) com excitao na borda e

coleta de fluorescncia no centro da cubeta e (d) com excitao na borda e coleta

de fluorescncia na borda da cubeta. ....................................................................... 150

Figura 94: (a) Espectros de fluorescncia do leo isolante novo sem adio de celulose e

gua sob excitao de 380 nm e com excitao e coleta de fluorescncia no centro

da cubeta. (b) Razo das intensidades de fluorescncia de 438 e 490 nm como uma

funo da temperatura de aquecimento. A seta indica a direo de aumento da

temperatura de aquecimento. .................................................................................. 153

Figura 95: Espectros de fluorescncia do leo isolante novo contendo celulose (a) e leo

novo contendo celulose e gua (b), sob excitao em 380 nm e excitao e coleta

de fluorescncia no centro da cubeta. ...................................................................... 155

Figura 96: (a) Espectros de fluorescncia do leo isolante regenerado sem adio de

celulose e gua com excitao de 380 nm e excitao e coleta de fluorescncia no

centro da cubeta. (b) Razo das intensidades de fluorescncia de 438 e 490 nm

como uma funo da temperatura de aquecimento. A seta indica a direo de

aumento da temperatura de aquecimento. ............................................................... 156

Figura 97: Componentes bsicos de um prottipo de dispositivo para monitoramento da

degradao trmica do leo mineral isolante utilizado em transformadores. ............ 159

LISTA DE TABELAS

Tabela 1: Reao em cadeia da degradao do leo mineral isolante. ............................... 40

Tabela 2: Hidroperxido de origem e produtos de oxidao. ............................................ 41

Tabela 3: Mtodos espectroscpicos e sua faixa de operao. ........................................... 49

Tabela 4: Ilustrao de transies eletrnicas envolvendo eltrons n, e . ...................... 58

Tabela 5: Escala de tempo dos processos envolvidos na transio de eltrons. ................. 71

Tabela 6: Solventes comuns e seus comprimentos de onda limite. .................................... 73

Tabela 7: Valores do ndice de acidez para amostras de leo mineral novo e regenerado

sem adio de celulose e gua submetidas ao tratamento trmico. ............................ 99

Tabela 8: Identificao e funo dos componentes do prottipo do dispositivo de

monitoramento do leo mineral isolante utilizado em transformadores. .................. 159

LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS

ABNT Associao Brasileira de Normas Tcnicas

ANP Agncia Nacional de Petrleo

ASTM American Society for Testing and Materials

ATR Refletncia Total Atenuada

cps Ciclos por Segundo

DBPC 2-6 Ditercirio Butil Para Cresol

ddp Diferena de Potencial

DGA Anlise de Gases Dissolvidos

EC Converso Externa

EEM Matriz de Excitao-Emisso

f.e.m. Fora Eletromotriz

FER Taxa de Fluorescncia Intrnseca

FIR Infravermelho Longnquo

FTIR Espectroscopia de Absoro por Transformada de Fourier

HOMO Orbital Molecular Mais Alto Ocupado

HPLC Cromatografia a Lquido de Alto Desempenho

IC Converso Interna

ICP-OES Espectroscopia de Emisso Atmica por Plasma Acoplado Indutivamente

IEC Comisso Eletrotcnica Internacional

IFE Efeito de Filtro Interno

ISC Cruzamento Entre Sistemas

IV Infravermelho

KBr Brometo de Potssio

KOH Hidrxido de Potssio

LaFeO3 Ferrita de Lantnio

LED Diodo Emissor de Luz

LUMO Orbital Molecular Mais Baixo Ocupado

MIR Infravermelho Mdio

m/m Massa/massa

m/V Massa/Volume

ML/SPA Regresso Linear Mltipla com Sucessiva Projeo de Algoritmo

N Amostra de leo Novo Sem Adio de Celulose e gua

NBR Denominao de Norma da Associao Brasileira de Normas Tcnicas

NC Amostra de leo Novo Contendo Celulose

NCA Amostra de leo Novo Contendo Celulose e gua

NIR Infravermelho Prximo

OMI leo Mineral Isolante

PA-ACS Para Anlise American Chemical Society

PIFE Efeito de Filtro Interno Primrio

R Amostra de leo Regenerado Sem Adio de Celulose e gua

RC Amostra de leo Regenerado Contendo Celulose

RCA Amostra de leo Regenerado Contendo Celulose e gua

SIFE Efeito de Filtro Interno Secundrio

UV-Vis Ultravioleta e Visvel

LISTA DE SMBOLOS

Fora eletromotriz induzida Nmero de partculas

Nmero de espiras da bobina Superfcie infinitesimal

Variao de fluxo magntico Intensidade infinitesimal de radiao

Intervalo de tempo Nmero infinitesimal de partculas

Tenso eltrica Volume

Corrente eltrica Concentrao

Relao de transformao Coeficiente de absoro molar

Potncia aparente Absorbncia

c Velocidade da radiao luz Fora

Comprimento de onda Massa

Frequncia Acelerao

Nmero de onda Constante elstica

Energia do estado Deslocamento

Constante de Planck Massa reduzida

Intensidade da radiao ngulo de incidncia

Espessura da amostra Rendimento quntico de fluorescncia

rea de seco transversal .. ndice de acidez

Espessura infinitesimal Fator de correo da soluo de NaOH

SUMRIO

1 INTRODUO GERAL ................................................................................................ 27

1.1 INTRODUO ..................................................................................................... 27

1.2 ESTADO DA ARTE ............................................................................................... 29

1.3 OBJETIVOS .......................................................................................................... 33

1.3.1 Objetivo geral .................................................................................................. 33

1.3.2 Objetivos especficos ....................................................................................... 33

1.4 ORGANIZAO DOS CAPTULOS .................................................................... 34

2 FUNDAMENTAO TERICA .................................................................................. 35

2.1 TRANSFORMADORES ELTRICOS .................................................................. 35

2.2 ISOLAMENTO ELTRICO E DISSIPAO TRMICA ...................................... 36

2.3 LEO MINERAL ISOLANTE ............................................................................... 36

2.3.1 Composio ..................................................................................................... 36

2.3.2 Caractersticas do leo mineral isolante ........................................................... 37

2.3.3 Mecanismos de oxidao do leo mineral isolante ........................................... 39

2.3.4 Recondicionamento e regenerao do leo mineral isolante ............................. 41

2.3.5 Ensaios para o leo mineral isolante (ARAJO, 1999; GUIMARES, 2006;

COMPANHIA ENERGTICA DE SO PAULO - CESP, 2010) ............................ 43

2.4. ESPECTROSCOPIA MOLECULAR .................................................................... 48

2.4.1 Introduo ....................................................................................................... 48

2.4.2 Absoro de radiao eletromagntica. ............................................................ 49

2.4.3 Princpios da espectroscopia de absoro Lei de Lambert-Beer ..................... 51

2.4.4 Fatores que influenciam as transies eletrnicas ............................................. 55

2.4.5 A importncia da conjugao ........................................................................... 57

2.5 ESPECTROSCOPIA DE ABSORO NO INFRAVERMELHO .......................... 59

2.5.1 Introduo ....................................................................................................... 59

2.5.2 Lei de Hooke e a absoro de radiao: ........................................................... 60

2.5.3 Modos de vibrao molecular. ......................................................................... 62

2.5.4 Espectrofotmetros .......................................................................................... 64

2.5.5 Instrumentao ................................................................................................ 64

2.6 ESPECTROSCOPIA DE FLUORESCNCIA UV-VIS .......................................... 67

2.6.1 Introduo ....................................................................................................... 67

2.6.2 Fotoluminescncia ........................................................................................... 68

2.6.3 Medidas espectrais. .......................................................................................... 73

2.6.4 Instrumentao ................................................................................................ 78

3 MATERIAIS E MTODOS ........................................................................................... 82

3.1 DELINEAMENTO EXPERIMENTAL .................................................................. 82

3.2 OBTENO E PREPARO DAS AMOSTRAS ....................................................... 83

3.3 APARATO PARA VERIFICAO DA EFICINCIA DO PROCEDIMENTO

DE DEGRADAO TRMICA.................................................................................. 85

3.3.1 Espectroscopia de absoro no infravermelho .................................................. 85

3.3.2 Medies do ndice de acidez .......................................................................... 86

3.4 ESPECTROSCOPIA DE ABSORO UV-VIS (AMOSTRAS DILUDAS) ................. 87

3.5 ESPECTROSCOPIA DE ABSORO UV-VIS (AMOSTRAS NO DILUDAS) .......... 88

3.6 ESPECTROSCOPIA DE FLUORESCNCIA MOLECULAR ............................... 88

3.7 ESPECTROSCOPIA DE FLUORESCNCIA MOLECULAR INDUZIDA COM

LED UV ....................................................................................................................... 89

4 RESULTADOS E DISCUSSO ..................................................................................... 92

4.1 INTRODUO ..................................................................................................... 92

4.2 VERIFICAO DA EFICINCIA DO PROCEDIMENTO DE DEGRADAO

TRMICA ................................................................................................................... 92

4.2.1 Espectroscopia de absoro no infravermelho .................................................. 92

4.2.1 Medidas do ndice de acidez. ........................................................................... 99

4.3 ESTUDO DA DEGRADAO DO LEO MINERAL ISOLANTE

UTILIZANDO PTICA APLICADA. ....................................................................... 100

4.3.1 Espectroscopia de absoro UV-VIS (Amostras diludas) .............................. 100

4.3.2 Espectroscopia de fluorescncia molecular .................................................... 104

4.4 BASES DE UM SISTEMA PORTTIL PARA AVALIAO DA

DEGRADAO TRMICA DO LEO MINERAL ISOLANTE .............................. 141

4.4.1 Espectroscopia de absoro UV-VIS ............................................................. 141

4.4.2 Influncia da posio de excitao e coleta da radiao nos espectros de

fluorescncia .......................................................................................................... 144

4.4.3 Espectroscopia de fluorescncia molecular induzida com LED UV ............... 152

5 CONCLUSES ............................................................................................................. 157

5.1 PERSPECTIVAS PARA TRABALHO FUTUROS .............................................. 159

REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS ............................................................................ 161

27

1 INTRODUO GERAL

1.1 INTRODUO

O uso da energia eltrica em regies distantes do local de produo s possvel pela

utilizao do transformador eltrico, cuja principal caracterstica a transformao de tenso,

impedncia e corrente eltrica entre seus acessos de entrada e sada. Ainda que os avanos

tecnolgicos propiciem a mudana e evoluo dos equipamentos utilizados pelo homem, at

os dias de hoje os transformadores mantm as caractersticas do prottipo apresentado por

Michael Faraday em 1831, ou seja, baseado na bobina de induo de Faraday

(COMPANHIA ENERGTICA DE SO PAULO - CESP, 2010).

O perfeito funcionamento desses equipamentos fundamental para o fornecimento de

energia eltrica com qualidade. As concessionrias de energia necessitam, ento, de

equipamentos confiveis, de maneira a proporcionar segurana e evitar prejuzos financeiros

aos usurios, j que a retirada de um ou mais desses equipamentos acarreta transtornos tanto

na linha de produo da energia quanto no consumo.

Os transformadores podem ser construdos com isolamento a leo ou a seco cujas

principais caractersticas podem ser visualizadas na Figura 1. Independentemente do tipo, a

manuteno necessria e muito importante.

Figura 1: Comparao das caractersticas de transformadores a leo e a seco.

Fonte: WEG Equipamentos Eltricos S.A. Transformadores (Manual).

28

Existem trs tcnicas de manuteno que podem ser utilizadas para os

transformadores: corretiva que deve ser evitada, pois executada quando o equipamento

falha e, como consequncia, ocorre a interrupo do fornecimento de energia; preventiva

que uma tcnica baseada na interveno em equipamentos, corrigindo preventivamente

situaes ou componentes nos quais a deteriorao ou o desgaste so previamente conhecidos;

preditiva que a mais moderna tcnica de manuteno atualmente em uso e que consiste em

acompanhar, periodicamente, as caractersticas e propriedades dos diversos componentes de

um sistema e proceder a uma interveno quando verificado que o mesmo se encontra na

iminncia de falhar. A Figura 2 mostra detalhes do transformador a leo.

Figura 2: (a) Carcaa do transformador. (b) O leo isolante. (c) e (d) Isolamento papel Kraft e

Presspahn.

Fonte: Do prprio autor.

Os transformadores eltricos, quando em operao, apresentam vrios parmetros

indicativos de normalidade de funcionamento. Um dos principais o estado da isolao

interna do conjunto leo papel isolante. O leo mineral isolante (OMI) proporciona

29

isolamento e refrigerao e est em contato com todos os elementos do equipamento como

mostra a Figura 3. Alteraes nos parmetros fsicos e/ou qumicos do mesmo podem indicar

uma falha iminente do aparelho.

Fonte: WEG Equipamentos Eltricos S.A. Transformadores (Manual)

1.2 ESTADO DA ARTE

H mais de um sculo, o conjunto papel-leo tem sido utilizado como material de

isolao. Em um transformador, possvel encontrar aproximadamente 12 kg de celulose

(papel, carto, etc.) imersos e 40 kg de leo mineral isolante (GODINHO, OLIVEIRA E

SENA, 2010; VRSALJKO, HARAMIJA, HADZI-SKERLEV, 2012). Entretanto, o

envelhecimento do sistema provoca quebra de cadeias de celulose que o fragilizam. Alguns

estudos utilizam o leo apenas como veculo para anlise do envelhecimento do papel

isolante.

Testes regulamentados so utilizados para verificao do grau de envelhecimento do

sistema isolante de transformadores, ou trafos. Os mtodos de ensaio para leo isolante

constam na norma NBR- 10576 - leo mineral isolante de equipamentos eltricos - Diretrizes

para superviso e manuteno e no Regulamento Tcnico ANP N 4/2008, anexo Resoluo

ANP N 36 de 05/12/2008 (COMPANHIA ENERGTICA DE SO PAULO - CESP, 2010).

Esses testes apresentam o inconveniente de, em sua maioria, serem efetuados em

laboratrios, o que exige coleta e transporte de amostras para locais onde so efetuadas as

anlises, demandando custo financeiro e consumo de tempo. Vrias tcnicas vm sendo

testadas na expectativa de se desenvolver um dispositivo por meio do qual se possam realizar

diagnsticos em locais remotos, com confiabilidade e baixo custo. Muitos desses dispositivos

Figura 3: Esquema de refrigerao do transformador por conveco.

30

se baseiam na deteco de alguns produtos da degradao que so caractersticas de materiais

especficos, os chamados marcadores (VRSALJKO, HARAMIJA, HADZI-SKERLEV,

2012).

A cromatografia gasosa foi proposta por Tamura R. et al. (1981) na dcada de 80 para

a medio do nvel de xido de carbono dissolvido no leo isolante, indicativo de degradao

do papel isolante. A limitao do mtodo est na possibilidade de o xido de carbono ser

produto tanto da oxidao do leo quanto da degradao do papel. Alm disto, aps a

desgaseificao do equipamento, ou aps a regenerao do leo, os xidos de carbono so

removidos e o papel isolante, apesar de degradado, no apresenta mais esse marcador.

A cromatografia lquida tambm foi apresentada na tentativa de monitoramento de

degradao do sistema, j que a mesma permite verificar a presena de compostos de furano,

um composto orgnico que est diretamente ligado degradao do papel. Apesar de a

correspondncia dos compostos de furano com o grau de viscosidade do leo ter sido

verificada em amostras de laboratrios, isso no foi verificado a contento em amostras de

leos reais (CHEIM ET AL., 2012; CONSEIL INTERNATIONAL DES GRANDS

RSEAUX LECTRIQUES. COMIT D'TUDES, 2012).

Em 2004, em sua tese de doutorado, Silva (2004) apresentou um prottipo de sensor

capacitivo para medir teor de gua em leo (outro marcador), com sensibilidade para

determinar concentraes abaixo de 0,1% (em volume) de gua em leo (nvel tolerado por

norma de 40 ppm). Em 2001, houve o desenvolvimento de uma metodologia com o objetivo

de medir a quantidade de gua em leo atravs de tcnicas ultrassnicas (HIGUTI, 2001).

Um micro sensor capacitivo para a determinao de umidade foi implementado em

2003 (LEE E LEE, 2003). E em 2004, foram desenvolvidos dois sensores de umidade, sendo

um construdo com material compsito nano cristalino constitudo de LaFeO3, e o outro, com

resina de acrlico com polmero quaternrio (WANG et al., 2004).

A presena de fenol em leo de transformador outro marcador indicativo de

iminncia de falha e sua origem est relacionada com a degradao do papel isolante.

Bosworth et al. (2003) apresentaram dois sensores para medio de fenol em leo de

transformador. O mtodo apresentado tem potencial para o monitoramento do fenol nos

transformadores in-situ.

Outro parmetro importante utilizado para avaliar a degradao do sistema a tenso

interfacial do leo. Foi utilizada a anlise de imagens digitais de amostras de leo que foram

tratadas e analisadas em uma escala de cinza j que, apesar de os leos degradados tenderem a

escurecer, as primeiras mudanas so imperceptveis visualmente. A anlise destas imagens,

31

aps calibrao, foi relacionada com medidas efetuadas com um tensimetro, obtendo

resultados com erros entre -14% e 16%, aceitveis pela empresa de energia eltrica da regio

onde foi desenvolvida a pesquisa (GODINHO, OLIVEIRA E SENA, 2010). Em 2012 um

pesquisador patenteou um sensor que utiliza um elemento semicondutor para medir a

concentrao de hidrognio no leo isolante. Esse dispositivo foi construdo de maneira que

pode ser instalado no transformador em operao (HERZ, 2012).

Como dito, alguns produtos de degradao so caractersticos de materiais especficos.

Fenis e cresis so marcadores para a degradao de resinas fenlicas presentes no verniz

das bobinas. Foi confirmado que fenol, m-cresol e o-cresol no esto presentes em leos

novos e sua presena pode estar indicando a degradao do sistema isolante. A cromatografia

a lquido de alto desempenho (HPLC do ingls High Performance Liquid Cromatograph)

foi utilizada para a determinao de fenol, m-cresol e o-cresol em leo de transformador

(VRSALJKO, HARAMIJA, HADZI-SKERLEV, 2012).

Metanol e etanol tambm podem ser utilizados como marcadores da degradao do

conjunto papel-leo, apesar da dificuldade de sua deteco devida complexa composio do

leo isolante. Jalbert et al, (2012) apresentou um procedimento que utiliza um mostrador

esttico associado a um cromatgrafo de fase gasosa equipado com um espectrmetro de

massa para a deteco de metanol e etanol em leo isolante. Esse mtodo permite monitorar a

degradao do papel isolante sem a necessidade de retirada de linha do equipamento.

Chatterjee et al. (2013) desenvolveram um dispositivo porttil de diagnstico online

para medir a temperatura e a concentrao de alguns dos gases dissolvidos no leo do

transformador, utilizando um sensor no invasivo baseado em nanopartculas de xido de

zinco. O uso de nanopartculas aumenta a sensibilidade, reduz o tempo de resposta e

miniaturiza o sensor. Dados de cinco gases diferentes foram utilizados para monitorar as

condies do equipamento. O dispositivo desenvolvido utiliza a tcnica da anlise de gases

dissolvidos (DGA do ingls Dissolved Gas Analysis). O sensor foi desenvolvido para ser

acoplado ao equipamento com vlvulas que controlam a vazo do leo para entrada e sada do

mesmo. No intervalo de tempo em que o leo fica no dispositivo, feita a leitura das

concentraes dos gases.

Tcnicas pticas tambm foram relatadas na literatura para anlise da degradao de

leos, como o trabalho apresentado por Arregui et al. (2003) que realizaram um estudo sobre

a sensibilidade ptica de quatro diferentes hidrogis, em relao umidade, para a fabricao

de sensores de umidade baseados em fibra ptica.

32

Em 2006, a fluorescncia sincronizada foi utilizada para identificao de leos

isolantes, associada com tratamento quimiomtrico dos dados (ABBAS et al., 2006). Tambm

nesse ano, o mesmo mtodo ptico foi utilizado para monitorar a degradao do leo isolante

comparando-se os resultados obtidos com medidas no infravermelho (DEEPA, SARATHI E

MISHRA, 2006). Um detector utilizando espectroscopia de fluorescncia apresentado por

Ossia et al. (2008), em 2008, como dispositivo para monitorar a degradao do leo

hidrulico, aplicando um conceito definido como razo de fluorescncia intrnseca (FER do

ingls Fluorescence Emission Ratio). Segundo os testes apresentados, a tcnica mostrou-se

suficiente para monitorar a degradao do leo hidrulico.

A variao do ndice de refrao do leo foi o indicador utilizado por pesquisadores

para o desenvolvimento de um sensor de fibra ptica trabalhando no infravermelho prximo

para acompanhamento in situ da formao de etileno, metano, propano e butano no leo

isolante evitando, assim, o risco de exploso do equipamento (BENOUNIS et al., 2008).

A espectrometria de infravermelho prximo (NIR do ingls Near Infrared

Spectroscopy) tambm foi utilizada em 2011 para determinao da tenso interfacial e

densidade relativa dos leos isolantes (PONTES et al., 2011). A avaliao de cinco estratgias

diferentes de regresso apontou para a regresso linear mltipla com sucessiva projeo de

algoritmo (MLR/SPA do ingls Multiple Linear Regression/Successive Projections

Algorithm) como melhor mtodo de modelagem.

A perda da rigidez dieltrica do sistema isolante em transformadores pode ser

provocada tambm pela presena de cobre, tanto no leo quanto no papel isolante. Outros

estudiosos apresentaram um mtodo de determinao do cobre que melhora o limite de

deteco utilizando micro-ondas (BRUZZONITI et al., 2012). A tcnica aplicada foi

Espectrometria de Emisso Atmica por Plasma Acoplado Indutivamente (ICP-OES do

ingls Inductively Coupled Plasma Optical Emission Spectrometry).

Em 2011, a espectroscopia de fluorescncia foi utilizada para medir a fluorescncia em

leos minerais brutos diludos em Nujol. O diferencial adotado foi a utilizao de um

solvente no voltil nas medies (STEFFENS et al., 2011). No ano de 2013 um grupo de

pesquisadores reportou a aplicao de vrias tcnicas, sendo algumas pticas, para identificar

compostos indicativos do envelhecimento do papel isolante presentes no leo isolante,

utilizando leos coletados de transformadores com idades de uso diferentes (OKABE, UETA

E TSUBOI, 2013). A tcnica de espectroscopia no ultravioleta e visvel (UV Vis do ingls

Ultraviolet-Visible) associada com lgica Fuzzy para analisar o aumento da concentrao de

furano no leo mineral tambm foi reportada nesse ano (ABU-SIADA, LAI E ISLAM, 2012).

33

Neste trabalho, realizamos um criterioso estudo do processo de degradao do leo

mineral isolante aps aquecimento sistemtico. Buscamos entender o que acontece com o

material, como a absorbncia e fluorescncia do mesmo se comportam com a progressiva

degradao. Amostras diludas foram utilizadas para a compreenso do fenmeno e, em

seguida, amostras no diludas foram analisadas com a finalidade de usarmos o efeito para

propormos um dispositivo de monitoramento.

1.3 OBJETIVOS

1.3.1 Objetivo geral

Avaliar o potencial das tcnicas de espectroscopia de absoro e fluorescncia UV

Vis para investigar a degradao induzida termicamente de leos minerais isolantes utilizados

em transformadores e equipamentos eltricos. Verificar como a absoro e a fluorescncia

desse material se alteram medida que o mesmo vai se degradando em virtude de tratamento

trmico.

1.3.2 Objetivos especficos

a) Investigar o efeito da termo oxidao induzida nos leos minerais isolantes, novos e

regenerados puros, com adio de celulose e com adio de celulose e gua nas amostras por

meio de diferentes tcnicas pticas.

b) Avaliar o potencial das tcnicas de absoro UV Vis e de fluorescncia com anlise de

mapas de contorno (excitao emisso), para o monitoramento da degradao do leo

mineral isolante (OMI) utilizado em transformadores, em funo do seu aquecimento.

c) Avaliar a degradao de leos minerais isolantes, novos e regenerados, provocada por

aquecimento, utilizando absoro UV Vis e fluorescncia induzida por um diodo emissor de

luz LED (do ingls Light Emitting Diode).

34

d) Fornecer informaes para a aplicao de tcnicas pticas em dispositivos portteis para

serem utilizados no monitoramento da degradao trmica do OMI tanto em ambientes

remotos quanto em laboratrios.

1.4 ORGANIZAO DOS CAPTULOS

Este trabalho foi organizado em cinco captulos. No captulo 1, apresentamos a

relevncia do tema, abordando a necessidade de pesquisa na rea escolhida, com uma reviso

bibliogrfica na qual so apresentados trabalhos relacionados com o tema da pesquisa

desenvolvida. Ao final do captulo, um escopo, delimitando o campo desta pesquisa,

apresentado.

No captulo 2, trazemos a fundamentao terica, na qual o equipamento detentor das

atenes deste trabalho, o transformador, apresentado. O sistema isolante desse

equipamento contm nosso elemento de estudo, o leo Mineral Isolante (OMI). Ainda nesse

captulo, discusses tericas sobre esse material so tambm realizadas. As tcnicas pticas

de espectroscopia moleculares utilizadas so fundamentadas, sendo abordados conceitos

tericos de espectroscopia de absoro na regio do infravermelho, e, de absoro e

fluorescncia nas regies do ultravioleta e visvel (UV Vis).

No captulo 3 trazemos a descrio dos trabalhos realizados com o delineamento do

experimento, a rotina do preparo das amostras e detalhes dos equipamentos com os quais

foram realizadas as medies.

No captulo 4, mostramos os resultados obtidos e realizamos a discusso dos mesmos.

No captulo 5 apresentamos as concluses e mostramos a perspectiva de trabalhos futuros.

35

2 FUNDAMENTAO TERICA

2.1 TRANSFORMADORES ELTRICOS

O centro consumidor de energia eltrica encontra-se, geralmente, afastado das usinas

produtoras, gerando a necessidade de transmisso dessa energia. Logo, coexistem pequenos e

grandes fluxos de energia em um sistema de gerao, transmisso e distribuio.

As perdas oriundas do transporte dessa energia por longas distncias podem ser

minimizadas com a elevao da tenso. Essa elevao de tenso necessria obtida com o uso

de transformadores ou trafos.

O transformador definido pela Associao Brasileira de Normas Tcnicas (ABNT),

como um dispositivo que, por meio de induo eletromagntica, transfere energia eltrica de

um ou mais circuitos (primrio) para outro ou outros circuitos (secundrio), usando a mesma

frequncia, mas, geralmente, com tenses e intensidades de correntes diferentes.

(SAMBAQUI, 2008).

Os transformadores so constitudos, basicamente, de acessrios complementares e

uma parte responsvel pela transformao, que composta de um ncleo ferromagntico e

bobinas (enrolamento primrio e secundrio).

As bobinas so constitudas de fios de cobre isolados com esmalte ou papel, e, o

ncleo, construdo com lminas de material ferromagntico que reduzem a relutncia

magntica, contendo em sua composio silcio, que reduz a perda por variao de

temperatura e histerese no ferro (NEVES, 1999). As lminas que constituem o ncleo so

prensadas isoladamente entre si de modo a evitar as correntes parasitas.

Os acessrios complementares contam com o tanque; buchas, que permitem a

passagem de condutores para o meio externo; radiadores, que auxiliam na refrigerao do

sistema; comutador, que permite variar o nmero de espiras dos enrolamentos de alta tenso e

placa de identificao, que contm todas as informaes caractersticas do equipamento

(NEVES, 1999).

36

2.2 ISOLAMENTO ELTRICO E DISSIPAO TRMICA

A partir de 1890, com a elevao das tenses e potncias dos transformadores, foi

necessrio o desenvolvimento de um isolante capaz de fornecer maior isolao interna e

tambm maior dissipao do calor gerado no ncleo e nos enrolamentos. A escolha desse

material no seria fcil, j que elevada condutividade eltrica normalmente acompanhada de

alta condutividade trmica (COMPANHIA ENERGTICA DE SO PAULO - CESP , 2010).

Seria necessrio o desenvolvimento de um material que apresentasse baixa

condutividade eltrica, de modo a isolar os componentes em carga do equipamento, e alta

condutividade trmica, capaz de conduzir e dissipar o calor gerado no ncleo do equipamento,

proveniente da perda de energia nos fios de cobre, por histerese e devido a correntes parasitas.

Aproveitando-se do fenmeno trmico da conveco, foi desenvolvido, a partir do

petrleo, um isolante lquido que at hoje vem sendo aperfeioado de maneira a atender as

necessidades de refrigerao trmica e isolamento eltrico: o leo mineral isolante (OMI).

Esse lquido associado com o papel isolante representa, considerando-se a relao custo-

benefcio, o melhor sistema dieltrico conhecido para a aplicao pretendida.

Amplamente utilizado, o OMI apresenta o problema do descarte aps seu perodo de

vida til. Mtodos de reaproveitamento do produto (recondicionamento e regenerao) foram

desenvolvidos (THOMAZ et al., 2005). Tambm existe no mercado o leo isolante de origem

vegetal, mas cujo custo financeiro ainda inviabiliza sua aplicao em larga escala.

2.3 LEO MINERAL ISOLANTE

2.3.1 Composio

Como produto derivado do petrleo, o OMI formado basicamente por tomos de

carbono e hidrognio (hidrocarboneto). Apesar dessa aparente simplicidade, as propriedades

fsico-qumicas dos hidrocarbonetos sofrem sensveis alteraes, tanto quando se altera a

forma de ligao dos tomos de carbono, quanto quando se altera o nmero de tomos de

hidrognio e carbono da molcula.

Dizemos que o hidrocarboneto saturado quando na cadeia carbonada s existem

ligaes covalentes simples. Se existirem ligaes covalentes duplas ou triplas entre os

tomos de carbono, trata-se de um hidrocarboneto insaturado.

37

Os hidrocarbonetos dividem-se em dois grandes grupos, como se pode observar na

Figura 4: os alifticos, que podem ser de cadeias cclicas (fechadas) ou acclicas (abertas) e

que no possuem anis benznicos em sua composio, e, os aromticos, que so aqueles que

possuem em sua composio pelo menos um anel benznico, ou anel aromtico (C6H6).

Figura 4: Classificao dos hidrocarbonetos.

Fonte: Do prprio autor.

Na indstria petrolfera os hidrocarbonetos saturados de cadeia aberta so conhecidos

como parafinas, enquanto os saturados de cadeia fechada so chamados naftenos. Os

hidrocarbonetos no saturados de cadeia aberta so conhecidos como oleofnicos e os alcinos,

como acetilnicos. Esses dois ltimos so indesejveis no leo isolante sendo eliminados no

refino (COMPANHIA ENERGTICA DE SO PAULO - CESP, 2010).

2.3.2 Caractersticas do leo mineral isolante

Uma vez que o leo entra em contato com os elementos que compem o

transformador, sua composio deve ser quimicamente pouco ativa. Com isto, opta-se pelos

hidrocarbonetos saturados (parafnicos e naftnicos). Contudo, compostos aromticos so

Alcanos1 ligao simples

CnH2n+2

Alcenos1 ligao dupla

CnH2n

Alcinos1 ligao tripla

CnH2n-2

Ciclo - alcanosLigaes simples

CnH2n

Ciclo - alcenos1 Ligao dupla

CnH2n-2

Ciclo - alcinos1 ligao tripla

Cadeia aberta Cadeia fechada

ALIFTICOS AROMTICOS

HIDROCARBONETOS

Alcadienos2 ligaes duplas

38

adicionados buscando aumentar a estabilidade trmica do leo, conferindo-lhe melhor

desempenho e maior vida til (COMPANHIA ENERGTICA DE SO PAULO - CESP,

2010). Portanto, as propriedades fsico-qumicas do leo isolante sero dadas por uma mdia

ponderada das propriedades das substncias que o compe, quais sejam os hidrocarbonetos

parafnicos, naftnicos e aromticos.

Na Figura 5, verificamos algumas propriedades dessas substncias, de maneira a

justificar a opo pela proporo de hidrocarbonetos adotada na composio qumica do leo

isolante utilizado nos transformadores.

Figura 5: Variao de propriedades fsico-qumicas de acordo com o grupo de

hidrocarbonetos.

Fonte: Dados dispostos pelo autor retirados de (CESP, 2010).

O leo isolante deve, com o auxlio do papel, isolar os componentes submetidos

diferena de potencial (ddp) e dissipar o calor interno, impedindo a degradao. Ele no pode

ter baixa rigidez dieltrica, formar borras, sedimentos, deixar de circular convectivamente a

baixas temperaturas, atacar materiais do transformador, ter baixo ponto de combusto nem

acumular umidade (COMPANHIA ENERGTICA DE SO PAULO - CESP, 2010).

Ficou comprovado, atravs do uso e aplicao de leos isolantes em equipamentos

eletromecnicos por mais de 5 dcadas de operao, que a composio ideal do leo isolante

de 12% de aromticos, 36% de parafinas e 52% de naftnicos (COMPANHIA ENERGTICA

DE SO PAULO - CESP, 2010).

Com o uso, o leo isolante pode sofrer alteraes indesejveis em algumas

propriedades fsico-qumicas, sendo ento necessrio efetuar um tratamento adequado para

que o mesmo apresente condies prximas s iniciais, de maneira que possa ser reutilizado.

Se ocorrer contaminao por gua e/ou impurezas slidas, que diminuem a capacidade de

isolamento do leo, sem alterar a sua composio qumica, basta efetuar uma secagem e uma

filtrao. Este processo chamado recondicionamento do leo, sendo esta a manuteno

Parafnicos

Naftnicos

Aromticos

Ponto de ebulioPoder de solvncia

DensidadeSolubilidade da gua no leo

SaturaoOxidao/Envelhecimento

Ponto defluidezFormao de gases

Aromticos

Naftnicos

Parafnicos

39

mais comum que se efetua no leo isolante. Se ocorrer oxidao do leo, ou seja, alterao em

sua composio qumica, o simples recondicionamento no resolver o problema.

necessrio efetuar tratamento qumico do leo para restituir-lhe parte das propriedades

naturais. Este tratamento poder ser uma nova extrao por solvente seletivo ou, o que mais

comum, o contato com argila especial, a chamada terra fuller (COMPANHIA

ENERGTICA DE SO PAULO - CESP, 2010). O tratamento com argila objetiva a

regenerao do leo e propicia a eliminao dos produtos da oxidao por filtragem,

absoro (fator principal) e atividades catalticas por parte da terra fuller (PILUSKI E

HOTZA, 2008).

O grau de oxidao do leo avaliado por ensaios fsico-qumicos que procuram a

presena de indicadores de oxidao tais como presena de gua, resduos ou lama, alta perda

dieltrica e acidez, alm de baixos valores de tenso interfacial e rigidez dieltrica. A

oxidao forma cidos, borras, gua e outras impurezas que afetam as propriedades dieltricas

do leo. Ela caracterizada por valores baixos de tenso interfacial e altos de acidez, j que os

demais indicadores citados podem sofrer alterao com a diminuio da capacidade de

isolao do leo, por exemplo, atravs de contaminao de partculas slidas e umidade,

mesmo sem ocorrncia de oxidao.

Para resistir oxidao, tanto o leo envelhecido regenerado, ou mesmo o leo novo,

porm com baixo teor de aromticos, so acrescidos de inibidores (antioxidantes). Os

processos de regenerao devolvem ao leo todas as suas propriedades fsico-qumicas

desejadas, exceto a estabilidade a oxidao, por isso a necessidade de adicionar inibidores ao

leo (COMPANHIA ENERGTICA DE SO PAULO - CESP, 2010).

2.3.3 Mecanismos de oxidao do leo mineral isolante

Durante a utilizao do leo mineral isolante, o processo normal de envelhecimento

provocado pelas reaes de oxidao acelerado devido presena de elementos

catalisadores, tais como gua, oxignio, calor, cobre e outros compostos metlicos

(LIPSTEIN E SHAKNOVICH, 1970). Como consequncia, os leos tm suas propriedades

dieltricas afetadas, h formao de cidos, alterao na cor e, em casos extremos,

precipitao de borra.

Existe uma diferena entre o leo contaminado e o leo deteriorado. O primeiro

apresenta substncias que no fazem parte de sua composio, tais como gua, partculas

40

slidas, etc. O segundo aquele que apresenta produtos oriundos da oxidao (ROCHA,

2007).

O leo mineral sofre o processo de degradao em trs etapas distintas. Primeiro

formam-se perxidos instveis quimicamente que liberam oxignio e reagem com o papel

isolante formando compostos oxi-celulsicos. A segunda etapa caracterizada pela formao

de gases, e, a ltima etapa consiste na formao de borra que, normalmente, consiste em uma

substncia resinosa que surge da polimerizao a partir de cidos e outros compostos (SILVA

et al., 2001).

A seguir, na Tabela 1, mostramos o mecanismo de peroxidao, a primeira das trs

etapas do processo de degradao do leo, que comanda a oxidao dos hidrocarbonetos.

Tabela 1: Reao em cadeia da degradao do leo mineral isolante.

Etapa Descrio Reao

1 Formao de radical

livre

2 Formao de radical

perxido

3 Formao de

hidroperxido

4

Transformao de

radical hidroperxido

em radical perxido

Fonte: Dados dispostos pelo autor.

As etapas apresentadas na Tabela 1 formam uma reao em cadeia. Para uma

temperatura constante, a velocidade dessa reao cresce exponencialmente com o tempo.

Muitos produtos da oxidao so formados aps os hidroperxidos. A tabela 2 mostra que,

dependendo da espcie de hidroperxido de origem, o produto formado diferente

(LIPSTEIN E SHAKNOVICH, 1970).

R HO2

R*

R* + O2 R O O*

R O O* + R H R O O H + R*

ROOH + O2 ROO* + *OH

41

Tabela 2: Hidroperxido de origem e produtos de oxidao.

Hidroperxido de origem Produto Estrutura

Primrio Aldedo e

cido

Secundrio Cetona e cido

Tercirio lcool e

cetona


Os produtos intermedirios da oxidao (lcoois, aldedos e cetonas) formam cidos

carboxlicos na presena de oxignio (LIPSTEIN E SHAKNOVICH, 1970). Colaborando

com o processo de degradao, o aumento da acidez do leo ataca os constituintes do

equipamento, o que contribui para a formao de radicais livres. Forma-se gua, que contribui

para o processo de deteriorao. Finalmente, a reao de vrias molculas leva formao de

um composto com massa molecular elevada, higroscpica, insolvel e com caractersticas

cidas a borra (MILASH, 1984).

2.3.4 Recondicionamento e regenerao do leo mineral isolante

O recondicionamento consiste em retirar, por processos fsicos, certos contaminantes

que podem comprometer o equipamento, tais como slidos em suspenso, gua dissolvida

e/ou livre, ar e outros gases dissolvidos atravs da circulao do mesmo em uma mquina

purificadora (COMPANHIA ENERGTICA DE SO PAULO - CESP, 2010). Esta mquina

R CH2 OOH

R C

O

H+ H2O

R C

O

OH

+ H2

CH OOHR

R

C

O

RR

+ H2O

R C

O

OH+ RH

R C OOH

R

R

R C COOH + O*

R

R

C

O

RR

+ R OH

42

deve possuir dispositivos de filtragem e de aquecimento, alm de uma cmara de vcuo para

executar a desgaseificao e secagem do leo.

Esse recondicionamento pode ser realizado em purificadoras mveis ou fixas. No

primeiro caso, leva-se a purificadora at o local de instalao do transformador e o leo pode

ser recondicionado por bombeamento direto para a purificadora, retornando em seguida ao

trafo, ou, pode ser retirado do mesmo, acondicionado em um tanque para receber o

recondicionamento e, em seguida, retornar ao transformador. No segundo caso, a carga de

leo a ser tratada transportada at o local de instalao da purificadora, recebe o

recondicionamento e retorna ao local de utilizao.

A regenerao o processo responsvel pela retirada de produtos de oxidao e

contaminantes cidos ou coloidais, de maneira a garantir a total eliminao desses

contaminantes, tornando o leo usado em condies de reutilizao (COMPANHIA

ENERGTICA DE SO PAULO - CESP, 2010).

A regenerao pode ser dividida em dois grupos:

I. Processo fsico-qumico de regenerao:

Processo que se baseia na propriedade que um slido apresenta de reter em sua

superfcie fina camadas de coloides, vapores, solutos, gases e lquidos a adsoro. Essa

propriedade pode ser inerente ao material ou obtida aps tratamento especfico.

So utilizados como materiais adsorventes no tratamento do leo mineral isolante as

terras fuller materiais terrosos com propriedades adsorventes naturais, bentonita fraco

adsorvente e atapulgita, alm da bauxita ativada que adquire propriedades adsorventes aps

tratamento e carvo ativado que resduo da destilao destrutiva de ossos e certos vegetais

(COMPANHIA ENERGTICA DE SO PAULO - CESP, 2010).

A adsoro pode ser feita por contato ou percolao. No processo de adsoro por

contato, tritura-se o adsorvente que ento misturado ao leo, sendo essa mistura aquecida e

agitada. Nesse processo, as impurezas so adsorvidas pelo adsorvente que, na sequncia,

eliminado do leo por um processo complementar de recondicionamento.

A adsoro por percolao consiste em filtrar o leo atravs de um material

adsorvente. Essa percolao pode ser por gravidade ou presso. Na percolao por gravidade

o material passa por trs tanques instalados em nveis diferentes, sendo a inicial (mais alta)

com o leo a tratar, o intermedirio, com o material adsorvente, e, o ltimo (mais baixo), para

reservao do leo tratado. O leo se movimenta entre os tanques por foras gravitacionais. O

processo de percolao por presso se diferencia do anterior por utilizar uma presso positiva

43

para fazer o leo circular dentro do sistema (COMPANHIA ENERGTICA DE SO

PAULO - CESP, 2010).

II. Processo qumico de regenerao;

Consiste em uma operao qumica suficiente para remover as impurezas no

removveis por qualquer outro processo de tratamento. Algumas impurezas reagem com

certos reagentes qumicos e formam substncias que, sendo insolveis em leo e em gua ou

solveis em gua, podem ser eliminados por centrifugao e decantao. Caso as substncias

formadas sejam solveis em leo, devem receber tratamento qumico adequado para se

enquadrarem na condio anterior.

Para a realizao do processo qumico de regenerao, trs reagentes podem ser

utilizados: silicato de sdio, fosfato trissdico e cido sulfrico, sendo o ltimo evitado por

questes ambientais. O processo qumico de regenerao no pode ser realizado isoladamente.

Ele necessita de tratamento complementar de regenerao por adsoro e operaes de

recondicionamento (COMPANHIA ENERGTICA DE SO PAULO - CESP, 2010).

Aps processos de regenerao o leo mineral isolante apresenta resistncia

oxidao mais baixa que os leos novos. Tal fato tem origem na deteriorao ocorrida durante

o tempo de utilizao, e tambm, por perda de antioxidantes naturais durante o processo de

regenerao. Para contornar esse problema, leos regenerados recebem, na proporo de 3%

em volume, adio do produto 2-6 ditercirio-butil-para-cresol, o DBPC, que um excelente

antioxidante e no interfere nas caractersticas dieltricas do leo (COMPANHIA

ENERGTICA DE SO PAULO - CESP, 2010).

2.3.5 Ensaios para o leo mineral isolante (ARAJO, 1999; GUIMARES, 2006;

(COMPANHIA ENERGTICA DE SO PAULO - CESP, 2010)

Para atestar as qualidades do leo, so utilizados ensaios cujos mtodos constam na

norma NBR-10576 - leo mineral isolante de equipamentos eltricos - Diretrizes para

superviso e manuteno e no Regulamento Tcnico ANP N 4/2008, anexo Resoluo

ANP N 36 de 05/12/2008.

A Associao Brasileira de Normas Tcnicas ABNT apresenta valores de referncia

para a verificao das caractersticas do leo atravs de mtodos especficos, que so

apresentados juntos s caractersticas consideradas. So empregadas as NBR (Normas

44

Brasileiras Registradas), IEC que se referem s normas brasileiras que possuem

compatibilidade com as diretrizes criadas pela Comisso Eletrotcnica Internacional (IEC

do ingls International Electrotechnical Commission). Tambm podem ser utilizados mtodos

padronizados pela ASTM (do ingls American Society for Testing and Materials).

i) Ensaios fsicos.

a) Cor: Reflete a pureza do produto. Variaes na cor so um indicativo rpido e de razovel

preciso do estado de envelhecimento ou oxidao do leo. O resultado obtido por

comparao com cores padro e expresso em um nmero na faixa de 0,5 a 8.

Mtodo ABNT NBR e NBR/IEC: 14483.

Limite: mximo 1,0.

b) Inspeo visual: Permite a otimizao nas anlises laboratoriais quanto frequncia de

execuo, pois se trata de uma determinao rpida, no campo, das condies aproximadas de

oxidao ou contaminao do leo isolante.

Mtodo ABNT NBR e NBR/IEC: visual.

Limite: Deve ser claro, lmpido e isento de impurezas.

c) Ponto de fulgor: Permite avaliar a inflamabilidade do leo. um indicativo da volatilidade

do leo e tambm permite determinar a contaminao por materiais inflamveis, estando

associado, ento, segurana no armazenamento. definido como a menor temperatura, sob

condies controladas, na qual o produto se vaporiza em volume suficiente para, junto com o

ar, formar uma mistura capaz de inflamar-se momentaneamente quando se aplica uma chama

piloto sobre a mesma.


Limite: mnimo de 140 oC.

d) Tenso interfacial: um indicativo claro e preciso do estado de degradao do leo usando

o conceito de contaminao do leo por substncias polares.


Limite: mnimo de 40 mN/m a 25 oC.

e) Ponto de fluidez: Para estabelecermos o desempenho nas condies de uso em que o leo

submetido a baixas temperaturas ou em climas frios, necessrio o conhecimento da

45

temperatura mnima segura para operao de equipamentos eletromecnicos o ponto de

fluidez do leo. Ele definido como a menor temperatura na qual o leo lubrificante flui

quando sujeito a resfriamento sob condies controladas de teste.


Limite: -39 oC para leo isolante tipo A e -12 oC para leo isolante tipo B.

f) Densidade: Propriedade determinada com auxlio de instrumentos chamados densmetros,

auxilia na caracterizao do leo quanto composio da cadeia carbnica. Juntamente com

os ensaios de viscosidade e ndice de refrao, determina relativamente a qualidade do

produto.


Limite: mximo de 861,0 a 900,0 Kg/m para leo isolante tipo A e 860,00 Kg/m para leo

isolante tipo B.

g) Viscosidade: a resistncia de um fluido ao escoamento. Para este ensaio utilizado o

viscosmetro de tubos capilares. O seu conhecimento extremamente importante para se

equacionar, quando do projeto, a circulao do fluido nos equipamentos. O conhecimento da

sensibilidade da viscosidade temperatura importante nos leos lubrificantes. Geralmente,

desejvel uma pequena alterao de viscosidade com a temperatura. Esta grandeza est

relacionada tambm com a capacidade de transferncia de calor do leo.


Limite: mximo na temperatura de 20 oC de 25,0 mm/s (centistokes cSt). Para

temperatura de 40 oC o limite mximo 12,0 mm/s e na temperatura de 100 oC, o valor

mximo admitido 3,0 mm/s.

h) ndice de Refrao: possvel, com este ensaio, determinar a presena de contaminantes

no leo atravs de comparao de resultados antes e depois, ou mesmo identificar uma

carga de leo, porm sem quantizar os contaminantes e/ou componentes.

uma caracterstica sem requisitos normativos, de carter informativo em relao ao

lote analisado.

46

ii) Ensaios eltricos.

a) Rigidez dieltrica: O menor valor de tenso eltrica capaz de formar um arco voltaico no

leo, sob condies determinadas de ensaio recebe o nome de rigidez dieltrica. o mais

difundido ensaio para leo isolante, e indica a contaminao por gua ou partculas slidas

condutoras.

Mtodo ABNT NBR e NBR/IEC: Para eletrodo de disco 6869; Para eletrodo de calota

601560.

Limite: Mnimo de 30 KV para eletrodo de disco e 42 KV para eletrodo de calota.

b) Tendncia evoluo de gases: caracterstica que mede a tendncia de um leo absorver ou

desprender gases (normalmente o hidrognio), sob determinadas condies controladas de

teste. Um valor positivo indica desprendimento de gases, enquanto um valor negativo

significa absoro de gases, importante para a operao segura do equipamento.

Mtodo ASTM: D 2300.

Limite: Deve-se anotar a tendncia em L/min.

c) Perdas dieltricas: Teoricamente, os testes de rigidez dieltrica deveriam apresentar

resultados iguais aos de perdas dieltricas. No entanto, na prtica, a sensibilidade do ensaio de

rigidez dieltrica no suficiente para detectar as perdas dieltricas no seu incio, quando se

deseja acompanhar sua evoluo.


Limite: mximo na temperatura de 25 oC de 0,05%. Para temperatura de 90 oC o limite

mximo 0,40% e na temperatura de 100 oC, o valor mximo admitido 0,50%.

iii) Ensaios qumicos.

a) Carbono aromtico: Utilizando resultados de ensaios padronizados de viscosidade,

densidade e ndice de refrao, podemos determinar a composio da cadeia carbnica que

atribuem as propriedades ao OMI. Proporciona-se informao suficiente para chegarmos ao

percentual, em peso, dos tomos de carbono combinados em cadeias parafnicas, anis

naftnicos e anis benznicos.

Mtodo ASTM: D 2140.

Limite: Anotar o valor em % da massa total.

47

b) Cloretos e sulfatos inorgnicos: O surgimento de ons dissolvidos pode afetar a qualidade

do leo, piorando sua condio dieltrica e tornando-o corrosivo. A norma indica que o OMI

deve ser livre de cloretos e sulfatos inorgnicos.


Limite: ausente.

c) ndice de acidez: O fenmeno da degradao ou oxidao sofrido pelo leo devido

operao em temperaturas superiores ambiente provoca um aumento no seu teor de cidos.

O acompanhamento da acidez de um leo permite realizar inferncias sobre sua qualidade:

uma medida da quantidade de substncias cidas presentes no leo e indica a eficincia do

processo de neutralizao dos resduos cidos resultantes do tratamento do leo. O resultado

expresso em mg KOH/g.


Limite: mximo de 0,03 mg KOH/g.

d) Teor de inibidor de oxidao: Para os leos regenerados, os inibidores de oxidao passam

a ter importncia fundamental, j que o processo de regenerao restitui ao leo todas as

propriedades perdidas, com exceo da estabilidade oxidao. Os inibidores de oxidao

normalmente empregados so o 2,6 diterciario-butil-paracresol (DBPC) e o 2,6 diterciario-

butil-fenol (DBP).

Mtodo ABNT NBR e NBR/IEC: 12134 A.

Limite: Para leo no inibido no detectvel. Para leo inibido, o valor mximo admitido

de 0,33% em massa.

e) Estabilidade Oxidao: Aplica-se um conjunto de provas em uma amostra de leo (novo

ou regenerado), submetida a um envelhecimento acelerado em laboratrio e extrapolam-se os

resultados para se obter valores correspondentes ao envelhecimento natural nas condies

reais de operao. Indica a capacidade de resistncia oxidao do leo quando submetido a

longos perodos de estocagem ou condies dinmicas de uso e define a vida til do leo. O

resultado expresso em aumento do ndice de acidez total (mg KOH/g) e formao de borra.


Limite: Para o ndice de acidez total, aumento de no mximo 0,40 mg KOH/g e para a

formao de borra, o limite 0,10% em massa.

48

f) Enxofre corrosivo: O petrleo bruto, origem do leo isolante, apresenta em sua

composio, alm de hidrocarbonetos, pequena frao de enxofre, nitrognio e oxignio.

Esses elementos so polares e, portanto, no desejveis no leo isolante. Por ser um teste

qualitativo, como resultado, obtemos apenas corrosivo e no corrosivo.


Limite: No corrosivo.

g) Teor de gua: A presena de gua no leo acelera o processo de degradao. Essa gua

pode vir como subproduto de reaes qumicas ou por fontes externas. Testes devem ser

executados de forma a detectar a contaminao por gua em limites acima do estabelecidos

em norma, pois sua presena est relacionada a perdas nas propriedades dieltricas.

Mtodo ABNT NBR e NBR/IEC: 10710 B.

Limite: Mximo de 35,0 mg H2O/Kg.

2.4. ESPECTROSCOPIA MOLECULAR

2.4.1 Introduo

A primeira anlise da luz refletida a partir de um slido ou lquido feita pelo olho

humano, que, pode-se dizer, faz o papel de um detector. Mesmo que percebamos a luz branca

como homognea e uniforme, ela , na verdade, composta de uma mistura de comprimentos

de onda que vo do ultravioleta at o infravermelho. Alm das radiaes citadas, uma srie de

outras podem ser encontradas na natureza. So radiaes constitudas pela oscilao de

campos eletromagnticos que se movem com a mesma velocidade, quando se encontram no

mesmo meio, e que diferem por suas frequncias e comprimentos de onda. Esse conjunto de

campos eletromagnticos constitui o chamado espectro eletromagntico. A luz visvel

apenas uma frao desse espectro, sendo que sua composio pode ser observada por meio de

experimentos simples, tais como incidir em um prisma um estreito feixe de luz branca, ou,

ainda, observar a formao do arco ris quando a luz solar atravessa gotas dgua.

A espectroscopia molecular o estudo da interao entre a radiao eletromagntica e

a matria. Diferentes tcnicas de espectroscopia tm sido desenvolvidas, dependendo da

49

regio do espectro utilizada para excitao da substncia. A Tabela 3 apresenta alguns desses

mtodos.

Tabela 3: Mtodos espectroscpicos e sua faixa de operao.

Fonte: Disponvel em http://www.cursosavante.com.br/cursos/curso547/conteudo7893.pdf. Acesso em

10/08/2013.

2.4.2 Absoro de radiao eletromagntica.

A absoro de uma quantidade discreta de energia o processo fundamental na

espectroscopia de absoro, embora seja diferente o efeito da absoro nas regies

ultravioleta, visvel e infravermelho. A energia da radiao eletromagntica que provoca uma

transio de um estado de menor energia (E1) para um estado de maior energia (E2) deve ser

exatamente igual diferena de energia entre os estados envolvidos.

A Figura 6 mostra a transio de estado provocada pela absoro de um quantum de

energia (fton) com energia , onde h a constante de Planck e sua frequncia.

Absoro de

microondas0,75 375 mm 13 a 0,03Rotao de molculas

Ressonncia Magntica

Nuclear0,6 10 m 1,7 x 10

-2 a 1 x 10

-3Spin de ncleos em um

campomagntico

Absoro, emisso e

fluorescncia no UV-Vis180 780 nm 5 x 10

4 a 1,3 x 10

4Eltrons ligados

Absoro no IV e

espalhamento Raman0,78 300 m 1,3 x 10

4 a 33

Rotao/vibrao de

molculas

Absoro, emisso,

fluorescncia e difrao

de raios-x

0,1 100 Eltrons internos

Absoro de ultravioleta

de vcuo10 180 nm 1 x 10

6 a 5 x 10

4Eltrons ligados

Emisso de raios gama 0,005 1,4 Nuclear

Tipo de transio

quntica

Tipo de

espectroscopia

Faixa de comprimento

de onda usual

Faixa de nmero de

onda usual, cm-1

50

Figura 6: Transio de estado provocada pela absoro de um quantum de energia (fton).


Logo:

= = =

(1)

onde e so as energias dos estados envolvidos na transio, a energia da radiao

eletromagntica que est sendo absorvida, a constante de Planck (6,624 . 10-27 erg.s-1),

a frequncia da luz incidente em Hz, a velocidade da luz (2,998 . 1010 cm.s-1) e o

comprimento de onda em cm.

Essa equao indica que, quanto maior a frequncia, maior a energia e menor o

comprimento de onda. medida que avanamos das micro-ondas em direo ao

infravermelho, ultravioleta e raios csmicos, estamos gradualmente nos movendo para regies

de energia mais alta.

Para a investigao da matria, podem ser utilizadas todas as regies do espectro

eletromagntico. Em nosso trabalho, analisaremos apenas as absores nas regies do

infravermelho mdio, visvel e ultravioleta.

A espectroscopia de absoro UV Vis aplicada ao estudo de compostos orgnicos

estuda as transies envolvendo nveis de energia eletrnicos associados a orbitais ligantes e

antiligantes * (PAVIA, LAMPMAN E KRIZ, 2010).

A espectroscopia no infravermelho se basei

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AGLEISON RAMOS OMIDO MONITORAMENTO DA … · Neste trabalho verificamos o potencial das técnicas de absorção UV-Vis e de fluorescência para o monitoramento da degradação do