As imagens feitas no MEV mostram a degradação superficial que ocorre nas amostras. Foram feitas imagens das amostras envelhecidas em estufa e no WOM. a) Imagens amostra BL: Figura 48 – Amostra BL nova com 350X de ampliação. Na Figura 49 referente à amostras BL, depois de 14 dias de envelhecimento em estufa há indícios da formação de pequenas fissuras. Figura 49 – Amostra BL 14 dias de envelhecimento em estufa com 350X de ampliação. Na Figura 50 com 45 dias de envelhecimento em estufa é possível visualizar fissuras maiores e mais profundas, além de buracos na superfície do polímero. Figura 50 - Amostra BL 45 dias de envelhecimento em estufa com 350X de ampliação. Nos ensaios de envelhecimento por WOM a superfície da amostra foi mais afetada, com 1000 h (~42 dias) de exposição, como pode ser visto na Figura 51. Há um aumento no número de fissuras mostrando que esse material é fotossensível. Figura 51 - Amostra BL 1000 h (~42 dias) de envelhecimento em WOM com 500X de ampliação. b) Imagens amostra BM: Na Figura 52 é apresentada a imagem da amostra BM nova. Percebe-se um acúmulo de material não identificado na superfície da amostra. Figura 52 – Imagem da amostra BM nova com 350X de ampliação. Na Figura 53, é possível ver com ampliações maiores microfissuras no material mesmo sendo novo. Figura 53 - Imagem da amostra BM nova com 5000X de ampliação. Na Figura 54 são apresentadas as amostras envelhecidas em estufa 14 dias, nas quais é possível ver a formação de fissuras. Figura 54 – Amostra BM 14 dias de envelhecimento em estufa com 350X de ampliação. Na Figura 55, com envelhecimento de 45 dias, observa-se aumento no tamanho e quantidade de fissuras, porém são em menor número que das amostras BL. . Figura 55 - Amostra BM 45 dias de envelhecimento em estufa com 350X de ampliação. Na Figura 56 é apresentado o resultado de 1000 h (~42 dias) no WOM. Observa-se um aumento na quantidade de fissuras, mostrando foto sensibilidade a radiação UV. Figura 56 - A amostra BM 1000 h (~42 dias) de envelhecimento em WOM com 300X de ampliação. c) Imagens amostra CA e CI: Não foram usadas as imagens do polietileno pelo fato de não apresentarem mudanças significativas de análise em suas superfícies em relação ao envelhecimento efetuado. 5.9 PROPRIEDADES ELÉTRICAS. Nesse capítulo serão usados os resultados dos ensaios elétricos somente como comparação às propriedades mecânicas. Os valores registrados e os gráficos da corrente de fuga em função da tensão elétrica aplicada em cada amostra, se encontram no apêndice A. Para comparar a redução das propriedades mecânicas em relação as propriedades elétricas, mais especificamente o isolamento elétrico, foram feitos gráficos que correlacionam o alongamento na ruptura em unidades de porcentagem, em função da corrente elétrica de fuga em unidades de mA. As avaliações foram realizadas em campo elétrico AC e DC. A escolha da propriedade de alongamento para comparação com o isolamento elétrico está relacionada com o fato dessa propriedade ser utilizada pelas concessionárias para avaliação dos equipamentos no recebimento dos mesmos. Outro fator levado em conta foi a forma como são utilizados esses equipamentos em campo, visto que a maioria deles são submetidos a diversas tensões mecânicas quando utilizados em suas funções. As análises se baseiam nos valores das amostras novas e com 45 dias de envelhecimento para as três temperaturas analisadas e para o envelhecimento por WOM. Para estabelecer uma correlação com a degradação mecânica e a redução no isolamento elétrico dos materiais foram estabelecidos limites aceitáveis de redução de ambas as propriedades. O valor limite de corrente elétrica de fuga foi estipulado em 16mA, valor esse utilizado atualmente nos ensaios realizados pelas concessionárias. O limite de redução no alongamento foi estipulado em 30% em comparação com o alongamento original, essa porcentagem é encontrada como parâmetro em outros tipos de ensaios mecânicos utilizados pelas concessionárias de energia elétrica. Da Figura 57 até a Figura 60 são apresentados os resultados das amostras analisadas através de tensão DC e envelhecidas por 45 dias em 70°C, 90°C, 110°C e WOM respectivamente. Observa-se nestes gráficos uma tendência à corrente elétrica de fuga aumentar com o tempo de envelhecimento, independente da forma do campo elétrico aplicado. A amostra BM foi à única que apresentou corrente de fuga elevada, em alguns casos essa amostra seria reprovada para utilização pela concessionária. Figura 57 – Relação entre redução do alongamento á ruptura e corrente elétrica de fuga (DC) para as amostras envelhecidas por 45 dias em 70°C. Figura 58 – Relação entre redução do alongamento á ruptura e corrente elétrica de fuga (DC) para as amostras envelhecidas por 45 dias em 90°C. Figura 59 – Relação entre redução do alongamento á ruptura e corrente elétrica de fuga (DC) para as amostras envelhecidas por 45 dias em 110°C. Figura 60 – Relação entre redução do alongamento á ruptura e corrente elétrica de fuga (DC) para as amostras envelhecidas por 40 dias em WOM. Foram avaliados também os ensaios em AC nas mesmas amostras apresentadas anteriormente, sendo que os gráficos são apresentados da Figura 61 até a Figura 64. A tensão AC, diferente da DC, possui uma frequência que altera a forma de condução elétrica nos materiais analisados, essa alteração vai trazer valores diferentes de corrente de fuga. Porem o aumento da conrrente de fuga em relação ao envelhecimento acelerado é semelhante ao encontrado utilizando tensão DC. Figura 61 – Relação entre redução do alongamento á ruptura e corrente elétrica de fuga (AC) para as amostras envelhecidas por 45 dias em estufa a 70°C. Figura 62 – Relação entre redução do alongamento á ruptura e corrente elétrica de fuga (AC) para as amostras envelhecidas por 45 dias em estufa a 90°C. Figura 63 – Relação entre redução do alongamento á ruptura e corrente elétrica de fuga (AC) para as amostras envelhecidas por 45 dias em estufa a 110°C. Figura 64 – Relação entre redução do alongamento á ruptura e corrente elétrica de fuga (AC) para as amostras envelhecidas por 1000 h (~42 dias) por WOM. Em todos os materiais, seja com aplicação de tensão AC ou DC, a degradação das propriedades mecânicas acontece muito mais cedo que as alterações nas propriedades elétricas, com exceção da amostra BM onde em alguns casos as propriedades elétricas chegaram ao limite estipulado antes das propriedades mecânicas. 6 COMENTÁRIOS FINAIS A amostra BL possui maior quantidade de material polimérico, conseqüentemente seu isolamento será melhor, porem o material polimérico degrada mais rápido quando analisamos as propriedades mecânicas, o que foi observado. No caso da amostra BM a grande quantidade de cargas auxilia na preservação da propriedade mecânica, porem com a degradação da amostra tem-se uma redução maior do isolamento elétrico, devido a grande quantidade de negro de carbono. Os resultados dos ensaios mecânicos do envelhecimento por WOM mostraram que as amostras BL e CI são menos resistentes a UV se comparadas às amostras BM e CA. O envelhecimento por UV e a termo oxidação foi estudado em separados, mas na prática eles acontecem ao mesmo tempo, aumentando a degradação final dos materiais. O ensaio de inchamento da amostra BL indicou uma concorrência entre dois processos degradativos, a quebra e o entrecruzamento de cadeias. Os dois processos podem ocorrer simultaneamente, porem o processo predominante é determinado por variáveis como tempo de exposição e temperatura. A amostra BM se mostrou estável no ensaio de inchamento, impossibilitando avaliação. Na análise de dureza da amostra BM observou-se tendência de aumento constante com o tempo de envelhecimento dessa propriedade. Na amostra BL pode-se observar uma redução e posteriormente um aumento súbito na dureza após certo tempo em estufa, podendo indicar que os aditivos que protegem o polímero contra oxidação foram consumidos. As amostras CA e CI não apresentaram variação significativa na dureza. Com a equação de Ahrrenius foi possível verificar a energia de ativação para o processo de degradação termo oxidativo da amostra BL, e também fazer uma estimativa de vida útil do material. Os valores encontrados foram próximos do que é aceito na literatura. Foi possível visualizar através dos resultados dos ensaios elétricos apresentados no capitulo 5 sub capítulo 4, que muitas vezes os materiais têm suas propriedades mecânicas comprometidas antes de suas propriedades elétricas. O envelhecimento termo oxidativo e UV tem um efeito direto na quebra de cadeias poliméricas e mudanças na estrutura do polímero, dessa forma as alterações nas propriedades mecânicas serão mais pronunciadas que nas elétricas, uma vez que a primeira depende fortemente do peso molecular, do teor de ramificações, da estrutura morfológica e da orientação [64]. Esses resultados justificam maior atenção para as condições mecânicas dos equipamentos de segurança, os quais atualmente só são verificados através das propriedades elétricas. Com os resultados dessa dissertação é possível dar suporte inicial para criação de ensaios normatizados com o intuito de verificar as propriedades mecânicas dos equipamentos utilizados pelas equipes de linha viva. Porem ainda se faz necessário um exame mais detalhado para a redação de normas de ensaios e valores que digam com segurança o tempo de vida dos equipamentos para o uso em Linha Viva. 7 CONCLUSÃO No envelhecimento por WOM foi mostrado que as amostras BL e CI são menos resistentes a UV se comparadas às amostras BM e CA. O ensaio de inchamento indicou uma concorrência entre dois processos degradativos, a quebra e o entrecruzamento de cadeias. Os resultados de DTMA evidenciaram através do fator de perda e do módulo de perda a degradação dos materiais analisados. Através dos resultados dos ensaios elétricos foi mostrado que os materiais analisados têm suas propriedades mecânicas comprometidas antes da perda de isolamento elétrico. Esses resultados justificam maior atenção para as condições mecânicas dos equipamentos de segurança. Com os resultados dessa dissertação é possível dar suporte inicial para criação de ensaios normatizados periódicos não destrutivos. 8 TRABALHOS FUTUROS A conclusão desse trabalho abre perspectiva para novos estudos mais detalhados das propriedades mecânicas dos equipamentos de proteção utilizados pelas equipes de linha viva, dentre esses estudos pode-se sugerir: Utilização de temperaturas para envelhecimento mais próximas da temperatura de utilização dos equipamentos, obtendo assim correlações mais realísticas. A dificuldade em se executar isso está no longo tempo necessário para que seja observada a redução nas propriedades mecânicas em temperaturas mais baixas; Estimativa da vida útil dos equipamentos através de modelos teóricos de envelhecimento usando outras propriedades mecânicas e elétricas além da redução no alongamento; Realizar ensaios que envolvam sinergismo entre os possíveis métodos de envelhecimento acelerado; Comparação da eficácia dos modelos teóricos e de envelhecimento artificial acelerado na previsão da vida útil dos equipamentos de proteção em relação ao envelhecimento real; Desenvolvimento de ensaios que possam avaliar as condições mecânicas dos equipamentos, por meio de ensaios não destrutivos dos equipamentos. Por meio de ensaios não destrutivos acompanhar o envelhecimento real dos equipamentos em situação de aplicação em campo. REFERÊNCIAS 1. AMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS. ASTM D178 - Standard Specification for Rubber Insulating Matting. ASTM. 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Polymer APÊNDICE Na Figura 65 e na Figura 66 têm-se os resultados da corrente elétrica de fuga em função da tensão AC e DC, respectivamente, para a amostra BL. (a) (b) (c) (d) Figura 65 – Corrente elétrica de fuga em função da tensão elétrica AC aplicada nas amostras BL. (a) Envelhecimento em estufa 70°. (b) Envelhecimento em estufa 90°. (c) Envelhecimento em estufa 110°. (a) (b) (c) (d) Figura 66 – Corrente elétrica de fuga em função da tensão elétrica DC aplicada nas amostras BL. (a) Envelhecimento em estufa 70°. (b) Envelhecimento em estufa 90°. (c) Envelhecimento em estufa 110°. (d) Envelhecimento por UV em WOM.. Na Figura 67 e na Figura 68 são apresentados os resultados da corrente elétrica de fuga em função da tensão AC e DC, respectivamente, para a amostra BM. Observa-se para essa amostra valores altos para corrente de fuga, em alguns casos valores que reprovariam o material em ensaios elétricos feitos pelas concessionárias. (a) (b) (c) (d) Figura 67 – Corrente elétrica de fuga em função da tensão elétrica AC aplicada nas amostras BM. (a) Envelhecimento em estufa 70°. (b) Envelhecimento em estufa 90°. (c) Envelhecimento em estufa 110°. (d) Envelhecimento por UV em WOM. (a) (b) (c) (d) Figura 68 – Corrente elétrica de fuga em função da tensão elétrica DC aplicada nas amostras BM. (a) Envelhecimento em estufa 70°. (b) Envelhecimento em estufa 90°. (c) Envelhecimento em estufa 110°. (d) Envelhecimento por UV em WOM. Na Figura 69 e na Figura 70 é apresentado os resultados da corrente elétrica de fuga em função da tensão AC e DC, respectivamente, para a amostra CA. (a) (b) (c) (d) Figura 69 – Corrente elétrica de fuga em função da tensão elétrica AC aplicada nas amostras CA. (a) Envelhecimento em estufa 70°. (b) Envelhecimento em estufa 90°. (c) Envelhecimento em estufa 110°. (d) Envelhecimento por UV em WOM. (a) (b) (c) (d) Figura 70 – Corrente elétrica de fuga em função da tensão elétrica DC aplicada nas amostras CA. (a) Envelhecimento em estufa 70°. (b) Envelhecimento em estufa 90°. (c) Envelhecimento em estufa 110°. (d) Envelhecimento por UV em WOM. Na Figura 71 e na Figura 72 são apresentados os resultados da corrente elétrica de fuga em função da tensão AC e DC, respectivamente, para a amostra CI. (a) (b) (c) (d) Figura 71 – Corrente elétrica de fuga em função da tensão elétrica AC aplicada nas amostras CI. (a) Envelhecimento em estufa 70°. (b) Envelhecimento em estufa 90°. (c) Envelhecimento em estufa 110°. (d) Envelhecimento por UV em WOM. (a) (b) (c) (d) Figura 72 – Corrente elétricade fuga em função da tensão elétrica DC aplicada nas amostras CI. (a) Envelhecimento em estufa 70°. No documento I EMILIO MERINO DE PAZ JUNIOR AVALIAÇÃO DA DEGRADAÇÃO EM EQUIPAMENTOS DE PROTEÇÃO UTILIZADOS NA MANUTENÇÃO DE REDES DE ENERGIA ELÉTRICA ENERGIZADAS (páginas 93-120)
