Fabio_Tiago_Rigidez dieletrica

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Universidade Federal de Santa Catarina
Departamento de Engenharia Elétrica
Laboratório de Materiais Elétricos – EEL 7051 
Professor Clóvis Antônio Petry
__________________________________________________________________
Experiência 04
Rigidez Dielétrica de Óleo Mineral
Fábio P. Bauer
Tiago Natan A Veiga
Florianópolis, junho de 2006.
Sumário
1. Objetivos ........................................................................................................ 3
2. Introdução ...................................................................................................... 4
3. Óleos Isolantes............................................................................................... 5
4. Ensaio de Laboratório .................................................................................... 6
4.1 Materiais Utilizados................................................................................... 6
4.2 Determinação da Rigidez Dielétrica do Óleo Isolante............................... 7
5. Critérios de Avaliação Estatística ................................................................... 8
5.1 Critério 1 ................................................................................................... 8
5.2 Critério 2 ................................................................................................... 9
6. Conclusões................................................................................................... 10
7. Referências Bibliográficas ............................................................................ 11
1. Objetivos
► Avaliar as condições de uso de um óleo isolante usando um teste de rotina 
com eletrodos de disco;
► Obter respostas dos critérios de consistência estatística.
2. Introdução
O óleo mineral, parafina líquida, petrolato líquido pesado, óleo branco ou 
vaselina líquida é um produto secundário derivado da destilação do petróleo no 
processo de produção da gasolina. É um óleo transparente, incolor e 
quimicamente quase inerte. É um produto de baixo custo, produzido em 
grandes quantidades. Existe óleo mineral de grau técnico e de grau medicinal. 
Tem diversas aplicações, como óleo de transformação; para transporte e 
armazenagem de metais alcalinos (evitando a reação destes com a humidade
atmosférica), etc.
Por serem usados nos equipamentos elétricos, como transformadores e 
outros, os óleos isolantes também devem ter suas propriedades 
constantemente avaliadas. As análises realizadas são fundamentais para 
prolongar a vida útil do equipamento elétrico, evitando com isso a interrupção 
do fornecimento de energia. Por meio de análises físico-químicas controla-se a 
qualidade do óleo e por métodos cromatográficos pode-se detectar a existência 
de falha nos equipamentos.
Nesse ensaio de Laboratório, será avaliada a condição de uso de um 
óleo isolante mineral. Os ensaios dessa experiência seguem as normas 
estabelecidas na NBR 6869:1989. Basicamente, tais normas estabelecem que 
para a verificação da rigidez dielétrica do óleo, deve-se submetê-lo a uma 
tensão elétrica e determinar o valor de tensão para o qual ocorre uma descarga 
de corrente entre os terminais de eletrodos da amostra de óleo.
Paralelamente à realização do ensaio, uma avaliação de caráter 
estatístico também é realizada com base em dois critérios: o primeiro, com 
base nas razões entre o desvio padrão e a média dos valores medidos; o outro 
como base na comparação entre os valores obtidos.
3. Óleos Isolantes
O óleo isolante é, em grande parte dos casos, um óleo mineral, isto é, 
composto de hidrocarbonetos derivados de petróleo. Para aplicações em 
equipamentos elétricos são, em geral, empregados dois tipos de óleo mineral 
isolante: naftênicos e parafínicos.
 O óleo mineral isolante em serviço está continuamente deteriorando-se 
devido às reações de oxidação, que podem ser aceleradas pela presença de 
compostos metálicos, oxigênio, alto teor de água e calor excessivo. Tais 
alterações podem levar ao comprometimento do equipamento. Como 
conseqüência, podem ocorrer mudanças de cor no óleo, formação de 
compostos ácidos e num estágio mais avançado da oxidação, precipitação de 
borra. Essas mudanças nas características devem ser acompanhadas por 
análises físico-químicas periódicas. A metodologia recomendada está descrita 
na NBR-10576, cujo título é “Guia para acompanhamento de óleo mineral 
isolante de equipamentos elétricos”. Os ensaios para avaliação do 
desempenho do óleo indicados por essa norma, assim como a metodologia 
que deve ser usada, são os apresentados na Tabela 3.1 que inclui breve 
explicação sobre a importância de cada determinação.
 A amostragem de óleos isolantes deve seguir os procedimentos 
indicados nas normas NBR-7070 e NBR-8840. Abaixo, ainda na Tabela 3.1, 
são mostrados os diversos métodos de verificação de algumas grandezas 
inerentes aos óleos minerais.
Ensaio Método Descrição
Cor
ensaio comparativo com padrões de 
cores; não é um ensaio crítico, mas útil 
na avaliação sobre o estado de oxidação 
do óleo isolante
Densidade
NBR -
7148
ensaio empregado para classificar o óleo 
isolante como naftênico ou parafínico, 
também pode ser usado para verificação 
de mudanças marcantes no óleo isolante
Tensão
interfacial (*)
NBR -
6234
ensaio empregado para avaliar se a 
presença de contaminantes polares e/ou 
produtos de oxidação do óleo isolante 
ainda permitem seu uso
Teor de água
(ppm) (*)
NBR -
10710
ensaio empregado para determinar a 
concentração de água dissolvida no óleo
Índice de
neutralização(*)
NBR -
14248
ensaio empregado para quantificar a 
presença de contaminantes polares 
ácidos, normalmente produtos de 
oxidação do óleo isolante
Rigidez
dielétrica (*)
NBR -
6869
ensaio usado para avaliar a capacidade 
do óleo isolante de suportar tensões 
elétricas sem falhar; usualmente, este 
parâmetro é influenciado pela presença 
de partículas e/ou água no óleo isolante
Fator de
dissipação a
100ºC
NBR -
12133
ensaio empregado como indicativo de 
contaminantes solúveis no óleo isolante; 
deve ser avaliado como comparativo em 
relação aos resultados anteriores
Tabela 3.1-Ensaio de Grandezas de um óleo mineral. O ensaio relevante para esse 
relatório é o NBR 6869. Fonte: OLEOS SOLANTES: 
http://www.quimica.com.br/revista/qd382/oleos3.htm
(*) testes usados como referencial para indicar o momento em que se deve 
regenerar ou substituir o óleo.
4. Ensaio de Laboratório
Nas próximas seções, será descrito o método conhecido com Análise 
por eletrodos de Disco. O oléo testado possui rigidez dielétrica nominal de 
aproximadamente 25 KV. Esse dado foi previamente fornecido, servindo de 
referência para comparação com os valores medidos.
4.1 Materiais Utilizados
► 1 Ensaiador Portátil de Rigidez Dielétrica para Óleo Isolante. Fabricante: 
ELEN, modelo E-40, 220 V, 60-Hz;
► 1 termômetro digital KITLER.
4.2 Determinação da Rigidez Dielétrica do Óleo Isolante
O procedimento utilizado para determinação da rigidez do óleo consiste 
em um teste de rotina, ou seja, um teste que deve ser realizado com alguma 
periodicidade visando à substituição do óleo caso algumas de suas 
propriedades estejam foras do padrão.
No caso do teste utilizado, lançara-se mão de células de ensaio com 
eletrodos de disco (Figura.4.2.1). Os eletrodos foram previamente limpos com 
solvente e papel de soda seco e a distância entre eles foi ajustada para 2,5mm. 
O frasco que contém a amostra de óleo foi suavemente agitado para que as 
eventuais partículas suspensas no líquido pudessem ficar em suspensão. A 
temperatura de 24,4 0 C foi obtida do termômetro digital.
Antes do ensaio, olíquido foi mantido em repouso entre 2 e 3 minutos 
para que as bolhas de ar pudessem ser expelidas.
Figura 4.2.1-Célula de ensaio com eletrodo de disco usada no experimento
Fonte: PETRY, C.A.:”Rigidez Dielétrica de Óleo Mineral”.
Entre uma medição e outra, o óleo deve ficar em repouso por 1 minuto. 
O Ensaiador de Rigidez Dielétrica ELEN possui um botão girante que aumenta
a magnitude do campo elétrico aplicado nos terminais dos eletrodos da célula. 
O botão deve ser rotacionado com velocidade constante. Junto ao instrumento, 
tem-se ainda um leitor analógico do valor do campo correspondente ao giro do 
botão. O mecanismo de leitura do Ensaiador dispara um pequeno estalo 
quando a rigidez do dielétrico entre os eletrodos é rompida. Com isso o valor 
do campo elétrico é lido no medidor analógico.
No total, 5 medidas da rigidez foram obtidas com o Ensaiador de Rigidez 
Dielétrica. Essas medidas são mostradas nas Tabelas 4.2.1 e 4.2.2:
Características do Ensaio
Valor Nominal da rigidez 
dielétrica
Método Utilizado
25 KV Eletrodos de Disco
Tipo de Teste
Espaçamento entre os 
eletrodos
Temperatura 
ambiente [0C]
Ensaio de Rotina 2,5 mm 24,4
Tabela 4.2.1 – Especificações do ensaio
Resultados Obtidos
Teste
Rigidez Dielétrica
[KV]
2)( xx 
[KV]2
1 30,0 0,64
2 29,0 0,04
3 31,0 3,24
4 26,0 10,24
5 30,0 0,64
Média( x ) 29,2 Soma 


5
1
2)(
i
xx 14,8
Tabela 4.2.2 – Resultados das Medições
5. Critérios de Avaliação Estatística
Para avaliar as medidas obtidas na seção 4.2, é necessário fazer uma 
verificação de natureza estatística. Serão avaliados dois critérios, descritos a 
seguir.
5.1 Critério 1
Citando [1]:
“É dado pela razão entre o desvio padrão e a média dos 5 
valores individuais. Se essa relação for maior do que 0,1 é 
provável que o desvio padrão das 5 medidas seja excessivo e
portanto, o erro provável da média também o seja. Neste caso, 
não podem ser tiradas conclusões sobre a rigidez dielétrica do 
óleo.”
Onde:
• x = média das 5 tensões de ruptura;
• xi = tensão de ruptura obtida na medida; 
• s = desvio padrão.
O desvio padrão s das medidas de Rigidez Dielétrica da Tabela 4.2.2 é 
s = 1,92 KV. Como 1,0066,0
2,29
92,1 
x
s
, então pelo critério 1 as medidas são 
consistentes.
5.2 Critério 2
Citando [1]:
“Subtrair o valor mínimo encontrado para a tensão de ruptura 
do valor máximo obtido e multiplicar o resultado por 3. Se o 
produto for maior do que o segundo menor valor da tensão de 
ruptura, é provável que o desvio padrão seja excessivo.”
Usando os dados da Tabela 4.2.2. temos que:
KVxx mínmáx 153).0,260,31(3).( 
Como 29 KV é o segundo menor valor da tensão de ruptura e 15KV < 
29 KV, conclui-se que pelo critério 2, as medidas também são consistentes.
6. Conclusões
Os óleos minerais isolantes são líquidos que possuem muitas aplicações 
na indústria. Seria natural supor que seu uso adequado estaria ligado às 
normas de ensaio propostas pela NBR. O desenvolvimento do presente ensaio 
para a Rigidez do Óleo Isolante contribuiu de maneira positiva para o correto 
entendimento das condições de uso do óleo.
As medidas obtidas nas tabelas estão inevitavelmente contaminadas 
com algum tipo de erro, principalmente as medidas das tensões de ruptura, 
pois elas possuem, além do erro de medida do ensaiador, erros associados à 
interferência humana. É bom lembrar que o mostrador para a leitura das 
tensões é analógico, com isso erros de paralaxe estão presentes bem como a 
menor precisão de um instrumento analógico em comparação a um digital.
Mesmo assim, ambos os critérios de consistência estatística aprovaram 
os valores das medidas, o que permite concluir que o desvio padrão das 
medidas está dentro do limite tolerável.
Por fim, enfatiza-se na importância dos testes de rotina na indústria. 
Sem uma certa regularidade deles, produtos como o óleo mineral de isolação 
podem ter suas características alteradas e assim conseqüências 
desagradáveis possuem grande probabilidade de ocorrência, tanto para um 
usuário leigo como para um engenheiro de materiais.
7. Referências Bibliográficas
[1] PETRY, C.A.:”Rigidez Dielétrica de Óleo Mineral”. Disponível em: .<
http://www.inep.ufsc.br/~petry/Materiais_EEL_7051/Experiencia04.pdf >. 
Acesso em 25 jun.2006;
[2] WIKIPÉDIA: “Óleo Mineral”. Disponível em.< 
http://pt.wikipedia.org/wiki/%C3%93leo_mineral>. Acesso em 25 jun. 2006.
[3] ÓLEOS ISOLANTES.”Métodos Analíticos para lubrificantes e 
isolantes”. Disponível em: 
.<http://www.quimica.com.br/revista/qd382/oleos3.htm>. Acesso em 25 jun. 
2006.