LÍQUIDOS ISOLANTES ELÉTRICOS

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MARCELO JOSÉ GARCIA 
 
 
 
 
 
 
LÍQUIDOS ISOLANTES ELÉTRICOS 
Estudo comparativo das características físico-químicas, elétricas e aplicativas dos líquidos 
isolantes elétricos, minerais e sintéticos para uso em transformadores de potência 
 
 
 
Monografia apresentada ao Curso de Pós-
Graduação em Transformadores de Potência, 
convênio FURB/WEG, Departamento de 
Engenharia Elétrica, Centro de Ciências 
Tecnológicas, Universidade Regional de Blumenau, 
como requisito parcial à obtenção do título de 
Especialista em Transformadores de Potência. 
 
Orientador: Prof. Dr Eng. Eduardo Deschamps 
 
BLUMENAU 
2001
ii 
 
TERMO DE APROVAÇÃO 
 
LÍQUIDOS ISOLANTES ELÉTRICOS 
Estudo comparativo das características físico-químicas, elétricas e aplicativas dos líquidos 
isolantes elétricos, minerais e sintéticos para uso em transformadores de potência 
 
 
Monografia aprovada com conceito A como requisito parcial para a obtenção do título de 
Especialista em Transformadores de Potência, Centro de Ciências Tecnológicas, 
Universidade Regional de Blumenau – FURB, pela Banca Examinadora formada pelos 
professores: 
 
Orientador: Prof. Eng. Dr. Eduardo Deschamps 
Centro de Ciências Tecnológicas 
 
Ms. Elisabeth Okada 
Laboratório Químico WEG 
 
Ms. Kátia Elisa de Castro 
Laboratório Químico WEG 
 
 
 
 
 
Blumenau, 25 de julho de 2001. 
iii 
 
DEDICATÓRIA 
 
 
 
 
 
 
 
 
 “Dedico este trabalho, a minha mãe Adelina, meu pai José, e principalmente, minha 
esposa Rosana, pelo apoio e incentivo dados, e por serem as razões do meu viver, e minhas 
maiores alegrias”. 
iv 
 
AGRADECIMENTOS 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Agradeço a todos que direta ou indiretamente, me ajudaram na elaboração deste trabalho, 
fornecendo informações sobre o presente conteúdo, em especial ao pessoal do LACTEC-Instituto 
de Tecnologia para o Desenvolvimento, na pessoa do Sr. Romeu Granato. 
 Agradeço à FURB, especialmente, ao Prof. Dr. Eng. Eduardo Deschamps, orientador 
deste trabalho, o qual contribuiu consideravelemente para este trabalho. 
Agradeço ainda, à WEG pelo oportunidade disponibilizada para promover o crescimento 
profissional e de conhecimento. 
 Agradeço também a Deus, pela força de vontade de vencer que tem me dado, para que eu 
possa continuar, nesta dura jornada. 
v 
 
EPÍGRAFE 
 
 
 
 
 
 
 
 
“O tempo se perde, em grande parte, quando não se faz nada; quando a mente divaga ou 
não pensa. Tempo que se perde é vida estéril, que não merece sequer a honra de ser recordada.” 
 
 
 “Como as montanhas, o homem guarda dentro de si riquezas ignoradas, que haverá de 
descobrir e utilizar se quiser alcançar os elevados fins destinados à sua existência.” 
 
 
 “O esforço é vida: é um constante provar a capacidade de produzir, de fazer, de realizar.” 
 
 
 González Pecotche 
vi 
 
SUMÁRIO 
TERMO DE APROVAÇÃO ........................................................................................................ ii 
DEDICATÓRIA ........................................................................................................................... iii 
AGRADECIMENTOS ................................................................................................................. iv 
EPÍGRAFE .................................................................................................................................... v 
SUMÁRIO ..................................................................................................................................... vi 
LISTA DE FIGURAS .................................................................................................................... x 
LISTA DE TABELAS .................................................................................................................. xi 
RESUMO ...................................................................................................................................... xii 
INTRODUÇÃO ............................................................................................................................. 1 
LÍQUIDOS ISOLANTES ELÉTRICOS PARA TRANSFORMADORES ............................. 3 
1 ESTUDO DAS PROPRIEDADES DOS LÍQUIDOS ISOLANTES .................................. 3 
1.1 PROPRIEDADES FÍSICAS................................................................................................ 4 
1.1.1 Massa volúmica (densidade volumétrica) ................................................................... 4 
1.1.2 Condutividade térmica ................................................................................................. 5 
1.1.3 Viscosidade cinemática ............................................................................................... 6 
1.1.4 Ponto de escoamento (ponto de fluidez)...................................................................... 9 
1.1.5 Ponto de fulgor .......................................................................................................... 10 
1.1.6 Ponto de inflamação .................................................................................................. 11 
1.1.7 Ponto de auto-ignição ................................................................................................ 12 
1.2 PROPRIEDADES QÚIMICAS ......................................................................................... 12 
1.2.1 Índice de neutralização (índice de acidez) ................................................................. 12 
1.2.2 Tensão interfacial ...................................................................................................... 14 
1.2.3 Teor de água .............................................................................................................. 16 
1.2.4 Estabilidade à oxidação ............................................................................................. 23 
1.2.5 Tendência à absorção de gases .................................................................................. 29 
1.2.6 Teste de cloretos e sulfatos inorgânicos .................................................................... 30 
1.2.7 Teste de enxofre corrosivo ........................................................................................ 30 
vii 
 
1.2.8 Coloração ................................................................................................................... 31 
1.2.9 Índice de refração ...................................................................................................... 32 
1.3 PROPRIEDADES ELÉTRICAS........................................................................................ 32 
1.3.1 Rigidez dielétrica ....................................................................................................... 32 
1.3.2 Perdas dielétricas (fator de potência)......................................................................... 34 
1.3.3 Resistividade volumétrica.......................................................................................... 38 
1.4 INFLUÊNCIAS E VARIÁVEIS DAS CARACTERÍSTICAS .............................................. 39 
1.4.1 Relação entre tg  e a resistividade ........................................................................... 39 
1.4.2 Influência da água na rigidez dielétrica ..................................................................... 40 
1.4.3 Influência de partículas sólidas na rigidez dielétrica ................................................. 42 
1.4.4 Influência da temperatura na viscosidade .................................................................. 43 
1.4.5 Influência da temperatura naabsorção de água pelo dielétrico ................................. 44 
1.4.6 Efeito da freqüência na tg  ....................................................................................... 45 
1.4.7 Influência da intensidade do campo elétrico na tg  ................................................. 46 
1.4.8 Interesse da medida da tg  e fatores influentes ........................................................ 47 
1.4.9 Reatividade do dielétrico líquido com os materiais internos do transformador ........ 49 
2 CARACTERÍSTICAS E ESTRUTURA DE UM LÍQUIDO ISOLANTE IDEAL ........ 50 
3 ESTRUTURA DOS LÍQUIDOS ISOLANTES DISPONÍVEIS NO MERCADO .......... 54 
3.1 ÓLEO MINERAL ISOLANTE .......................................................................................... 54 
3.1.1 Óleo isolante mineral de origem naftênica (tipo A) .................................................. 56 
3.1.2 Óleo isolante mineral de origem parafínica (tipo B) ................................................. 58 
3.2 ÓLEO MINERAL DE ALTO PESO MOLECULAR (R-TEMP) ....................................... 58 
3.2.1 Substituição do óleo mineral comum pelo óleo de alto ponto de fulgor ................... 59 
3.2.2 Ensaios elétricos realizados ....................................................................................... 60 
3.3 SILICONE ........................................................................................................................ 60 
3.4 ASCAREL ......................................................................................................................... 62 
3.5 ÉSTERES ORGÂNICOS ................................................................................................... 64 
3.6 FLÚOR-CARBONO (FREON) ......................................................................................... 66 
3.7 NOVOS TIPOS DE LÍQUIDOS ISOLANTES .................................................................. 68 
3.7.1 Tetraclorobenziltolueno (Ugilec) .............................................................................. 68 
3.7.2 Tetracloroetileno ........................................................................................................ 68 
3.8 COMPARATIVO GERAL DAS CARACTERÍSTICAS APRESENTADAS ........................ 68 
4 USO DAS CARACTERÍSTICAS PARA AVALIAÇÃO DO ÓLEO .............................. 71 
4.1 LÍQUIDOS ISOLANTES NOVOS .................................................................................... 71 
4.1.1 Ensaios comuns no recebimento (óleo mineral) ........................................................ 71 
4.1.2 Rejeição de líquidos isolantes.................................................................................... 72 
viii 
 
4.1.3 Ensaios especiais (fluídos de segurança) ................................................................... 72 
4.2 LÍQUIDOS ISOLANTES EM OPERAÇÃO ...................................................................... 72 
4.2.1 Condições imediatas de isolamento, presença de água e contaminantes .................. 73 
4.2.2 Aquecimento e/ou curto-circuito interno ................................................................... 73 
4.2.3 Envelhecimento precoce ............................................................................................ 73 
4.2.4 Prevenção de envelhecimento ................................................................................... 73 
5 CRITÉRIOS PARA ESCOLHA DO TIPO DE LÍQUIDO ISOLANTE ......................... 74 
5.1 ASPECTOS TÉCNICOS ................................................................................................... 74 
5.1.1 Desempenho térmico ................................................................................................. 74 
5.1.2 Limites de temperatura .............................................................................................. 75 
5.1.3 Estabilidade térmica .................................................................................................. 76 
5.1.4 Estabilidade à oxidação ............................................................................................. 76 
5.1.5 Tendência à absorção de gases .................................................................................. 77 
5.1.6 Desempenho elétrico ................................................................................................. 77 
5.1.7 Desempenho funcional (desempenho global)............................................................ 77 
5.2 ASPECTOS DE SEGURANÇA ........................................................................................ 78 
5.3 ASPECTOS AMBIENTAIS ............................................................................................... 79 
5.4 ASPECTOS PRÁTICOS ................................................................................................... 80 
5.4.1 Restrição quanto ao uso ............................................................................................. 80 
5.4.2 Uso mais freqüente .................................................................................................... 80 
5.4.3 Miscividade ............................................................................................................... 81 
5.4.4 Manutenção preventiva.............................................................................................. 81 
5.4.5 Manutenção preditiva ................................................................................................ 82 
5.4.6 Tratamento e recuperação de óleos minerais isolantes .............................................. 83 
5.5 ASPECTOS ECONÔMICOS ............................................................................................ 84 
5.5.1 Custo .......................................................................................................................... 84 
5.5.2 Relação custo-benefício ............................................................................................. 84 
5.5.3 Fornecedores .............................................................................................................. 85 
5.5.4 Disponibilidade no mercado ...................................................................................... 85 
5.6 APLICAÇÕES .................................................................................................................. 86 
5.6.1 Local de instalação do transformador ........................................................................ 86 
5.6.2 Limitação pela classe de tensão ................................................................................. 86 
5.7 CONSIDERAÇÕES DE PROJETO DO TRANSFORMADOR ........................................ 86 
5.7.1 Sistemas de resfriamento ........................................................................................... 87 
5.7.2 Espaçadores das bobinas ........................................................................................... 87 
5.7.3 Construção da parte ativa (núcleo e bobinas) ............................................................ 87 
5.7.4 Construção do tanque ................................................................................................ 87 
5.8 COMPARATIVO FINAL DE DESEMPENHO ................................................................ 88 
5.9 GUIA DE SITUAÇÕES PRÁTICAS ................................................................................. 89 
ix 
 
6 TENDÊNCIAS ...................................................................................................................... 90 
6.1 NOVOS MATERIAIS ........................................................................................................ 90 
6.2 TRANSFORMADOR SECO ............................................................................................. 90 
CONCLUSÃO ..............................................................................................................................91 
BIBLIOGRAFIA RECOMENDADA ........................................................................................ 93 
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ...................................................................................... 95 
x 
 
LISTA DE FIGURAS 
Figura 1: Variação da viscosidade V, de óleos novos com a temperatura T ................................... 7 
Figura 2: Teor de Água saturante S, em óleo novo em função da temperatura T ......................... 17 
Figura 3: Solubilidade de Água S, em Óleo Isolante novo em função da temperatura ................. 17 
Figura 4: Teor em água W, de um óleo isolante novo em função da umidade relativa do ar Ha, 
 em equilíbrio para várias temperaturas  ................................................................................ 19 
Figura 5: Teor em água W, de um óleo novo em função da pressão parcial de vapor de água p, 
para várias temperaturas ......................................................................................................... 22 
Figura 6: Esquema de cadeia de reações de envelhecimento dos óleos isolantes ......................... 26 
Figura 7: Diagrama vetorial das correntes num condensador com perdas ................................... 35 
Figura 8: Relação entre a resistividade  e a tg  nos óleos isolantes ........................................... 40 
Figura 9: Rigidez dielétrica E, de um óleo isolante novo em função de seu teor de água W ....... 42 
Figura 10: Relação entre a tg  e a temperatura de medida , para vários óleo isolantes ............. 44 
Figura 11: Variação da tg  de óleos isolantes com a freqüência f, do campo aplicado ............... 45 
Figura 12: Evolução do valor da tg  em óleos isolantes com o tempo t, decorrido entre a 
introdução do óleo na célula e o isolante da medida .............................................................. 48 
Figura 13: Estrutura do tetraclorobenziltolueno ............................................................................ 51 
Figura 14: Estrutura do poli(dimetilbenzilsiloxano) ..................................................................... 52 
Figura 15: Estrutura de parafinas ou alcanos................................................................................. 54 
Figura 16: Estrutura de naftenos ou ciclo-alcanos........................................................................ 55 
Figura 17: Estrutura de aromáticos ............................................................................................... 55 
Figura 18: Estrutura do óleo mineral de alto peso molecular (R-temp) ........................................ 59 
Figura 19: Estrutura do silicone.................................................................................................... 62 
Figura 20: Estrutura de um PCB ................................................................................................... 63 
Figura 21: Estrutura de um policlorobenzeno ............................................................................... 63 
Figura 22: Estrutura de um éster orgânico derivado do pentaeritrol ............................................. 65 
Figura 23: Éster alifático ............................................................................................................... 66 
Figura 24: Éster aromático ............................................................................................................ 66 
xi 
 
LISTA DE TABELAS 
Tabela 1: Valores típicos de massa volúmica .................................................................................. 5 
Tabela 2: Valores típicos de condutividade térmica ........................................................................ 6 
Tabela 3: Valores típicos de viscosidade ......................................................................................... 8 
Tabela 4: Valores típicos de ponto de escoamento ......................................................................... 9 
Tabela 5: Valores típicos de ponto de fulgor ................................................................................. 11 
Tabela 6: Valores típicos de ponto de inflamação ......................................................................... 11 
Tabela 7: Valores típicos de ponto de auto-ignição ...................................................................... 12 
Tabela 8: Valores típicos de índice de neutralização .................................................................... 14 
Tabela 9: Valores típicos de tensão interfacial .............................................................................. 16 
Tabela 10: Valores típicos de K e X .............................................................................................. 20 
Tabela 13: Escala de tendência à absorção de gases ..................................................................... 30 
Tabela 14: Padrão de cores segundo a ABNT .............................................................................. 31 
Tabela 15: Valores típicos de índice de refração ........................................................................... 32 
Tabela 16: Valores típicos de rigidez dielétrica ............................................................................ 33 
Tabela 17: Valores típicos de fator de dissipação de perdas dielétricas ........................................ 38 
Tabela 18: Valores típicos de resistividade volumétrica ............................................................... 39 
Tabela 19: Comparativo de características de líquidos isolantes disponíveis X novos................ 53 
Tabela 20 : Características típicas dos líquidos isolantes disponíveis............. Erro! Indicador não 
definido. 
Tabela 21 : Características típicas e compostos de flúor-carbono................................................. 67 
Tabela 22: Comparativo geral das características apresentadas .................................................... 69 
Tabela 23: Valores orientativos de preço de líquidos isolantes..................................................... 84 
Tabela 24: Comparativo final de desempenho dos líquidos isolantes ........................................... 88 
Tabela 25: Situações práticas para uso de líquidos isolantes elétricos .......................................... 89 
xii 
 
RESUMO 
 
 
 
 
Os transformadores sofrem um razoável aquecimento devido às perdas, geradas no seu 
interior, que precisam ser dissipadas; por outro lado o transformador precisa de um isolante 
dielétrico, para se conseguir diminuir distâncias elétricas internas. E o elemento que tem estas 
duas importantes funções, é o líquido isolante elétrico. Percebendo-se a importância deste, no 
desempenho funcional do transformador, pode-se dizer que o líquido isolante tem influência 
direta sobre a vida útil do transformador. Devido a esta importância, tem-se estudado muito sobre 
as características dos mesmos. Assim, neste trabalho, serão analisadas e avaliadas todas estas 
características e propriedades dos líquidos isolantes elétricos, bem como seus fatores influentes. 
Após o estudo destas características, serão apresentadas algumas sugestões de critérios de escolha 
dos líquidos isolantes. Há muitos anos, desde que se iniciou a fabricação de transformadores, vem 
sendo utilizado o óleo mineral, que é largamente o mais utilizado, e apresenta ótimas 
características de desempenho funcional. Com o passar dos anos, foram sendo desenvolvidos 
líquidos isolantes especiais, principalmente os fluídos de segurança. Chegou a ser bastante 
utilizado, no passado, o ascarel, que hoje em dia tem proibida a sua fabricação e utilização em 
transformadores novos. Surgiu também o flúor-carbono (freon), que também encontra-se 
proibido. Ambos foram proibidos porproblemas de ordem ambiental, pois são considerados 
extremamente tóxicos. Surgiram, ainda, outros líquidos, mais recentemente, que serão vistos, 
adiante, os aspectos envolvidos. E tem-se a certeza que, em breve ter-se-á outros tipos de líquidos 
isolantes disponíveis, que ainda serão desenvolvidos. 
 
1 
INTRODUÇÃO 
 
 
Nos equipamentos elétricos em que se observa a geração de calor devido às perdas 
elétricas e/ou naqueles onde existe a possibilidade de formação de arco voltáico entre os 
condutores que apresentam uma diferença de potencial, torna-se necessária a presença de um 
meio com características apropriadas para isolar e dissipar o calor gerado no interior do 
equipamento. Os dielétricos líquidos para uso em transformadores devem possuir: baixo fator de 
dissipação dielétrica, baixa viscosidade – para permitir uma fácil circulação, baixo ponto de 
solidificação, elevado ponto de inflamação – ou mesmo não inflamável, pequena constante 
dielétrica, pequena atividade química, baixo custo, entre outras. 
O limitado número de tipos de dielétricos líquidos disponíveis no mercado é devido, 
principalmente, à dificuldade de reunir todas estas características num único produto, não 
atendendo uma ou outra característica no grau desejado – como é o caso dos óleos minerais 
isolantes que possuem um ponto de inflamabilidade relativamente baixo. Além dos óleos 
minerais isolantes, são também encontrados no mercado os fluídos de silicone e o óleo parafínico 
de alto peso molecular (RTEmp). Um outro tipo também conhecido é o ascarel, entretanto, a sua 
comercialização e uso foram proibidos a partir de janeiro de 1981. 
Estes dielétricos líquidos não são usados totalmente puros, isso porque a redução do grau 
de contaminação abaixo de determinado limite, além de ser inviável, também não pode ser 
conseguido com os meios disponíveis nos ciclos normais de produção. Mesmo quase puros, os 
dielétricos líquidos atingem valores desejados em suas características, satisfazendo, desta forma, 
as exigências impostas para dielétricos a serem usados em transformadores. Por serem produtos 
bastante suscetíveis a contaminações, deve-se tomar todo cuidado possível para se evitar estas 
ocorrências, pois por menor que seja, serão observadas graves modificações nos valores das suas 
características. Os principais meios de contaminação dos dielétricos líquidos utilizados em 
2 
transformadores são: pela introdução de partículas, água ou produtos que afetam negativamente 
nas suas características; por formação de produtos contaminantes na interação com os materiais 
construtivos, e por produtos formados pelo processo normal de envelhecimento do dielétrico 
líquido. 
Desta forma, neste estudo, serão apresentadas as principais características físico-químicas 
que interessam no desempenho geral dos líquidos isolantes novos, além das características de 
desempenho elétrico. Nesta apresentação detalhada das características, será buscado um razoável 
entendimento quanto ao comportamento destas características, bem como fatores que influenciam 
nas mesmas. Quanto aos líquidos isolantes em uso serão feitos apenas alguns comentários. A 
seguir, será visto o comportamento desta características estudadas para cada tipo de líquido 
isolante disponível no mercado. Serão apresentados também o que existe de líquidos novos, 
alguns deles que estão sendo desenvolvidos, outros em fase de avaliação prática do desempenho. 
Este trabalho tem por objetivo, fornecer subsídios para que, um profissional que trabalha 
com especificação do tipo de líquido isolante elétrico a ser utilizado, faça a escolha mais 
adequada, levando-se em conta aspectos de características físico-químicas e desempenho elétrico, 
além de fatores como grau de segurança requerido pela instalação, custo do líquido isolante 
elétrico, aspectos ambientais, aspectos de fornecimento, facilidades de manutenção, entre outros. 
Para que seja atingido o objetivo deste trabalho de pesquisa, este será dividido em duas 
partes: na primeira parte, serão analisadas com bastante detalhes as características e propriedades 
dos líquidos isolantes, de forma geral; em seguida considerações sobre os líquidos isolantes 
elétricos disponíveis no mercado, através de uma revisão bibliográfica. Na segunda parte, serão 
sugeridos pelo autor deste trabalho, alguns critérios que podem ser utilizados para a escolha do 
líquido isolante elétrico, tanto técnicos como práticos, aplicativos, considerações de mercado, 
entre outros aspectos importantes. 
3 
LÍQUIDOS ISOLANTES ELÉTRICOS PARA TRANSFORMADORES 
Estudo comparativo das características físico-químicas, elétricas e aplicativas dos líquidos 
isolantes elétricos, minerais e sintéticos para uso em transformadores de potência 
 
Então para facilitar o entendimento, será feita uma divisão por itens. No primeiro, será 
realizado um estudo teórico isolado das propriedades dos líquidos isolantes; no segundo item, as 
características e estrutura de um líquido isolante ideal, uma espécie de exercício teórico; no 
terceiro item, a estrutura dos líquidos isolantes disponíveis no mercado; serão citados também o 
que existe de líquidos novos, sendo desenvolvidos; no quarto item, será dado um apanhado geral 
sobre o uso das características para avaliação do estado do óleo, seria uma espécie de catálogo de 
consulta para quem trabalha com manutenção; no quinto item, serão sugeridos critérios para 
escolha do tipo de líquido isolante, abordando desde aspectos técnicos, econômicos, práticos, até 
critérios de projeto e questões ambientais. 
1 ESTUDO DAS PROPRIEDADES DOS LÍQUIDOS ISOLANTES 
As principais funções requeridas pelos líquidos isolantes para transformadores, são: 
a) isolação: o aspecto mais importante, não esta essencialmente, na isolação das tensões 
nominais, pois o próprio verniz ou recobrimento dos condutores, junto com os espaçadores 
inter-espiras e inter-bobinas já seriam suficientes para tal. Desta forma a função de isolação, é 
importante nas situações de surtos atmosféricos e de surtos de manobra, razão pela qual a 
rigidez dielétrica do líquido isolante aos impulsos deve ser adequada às condições existentes 
em serviço. Sendo que a característica de isolação é a mais importante de todas. 
b) refrigeração: para que seja possível dissipar o calor gerado no interior dos enrolamentos e do 
núcleo do transformador, para o meio externo, pela circulação do líquido isolante por entre os 
canais de circulação e também pelos dispositivos dissipadores (radiadores). 
c) estabilidade à oxidação: para que o líquido isolante não sofra a ação das elevadas 
temperaturas, presença de oxigênio, contato com vários materiais de construção interna do 
4 
transformador, influência das diversas reações químicas (polimerização, condensação, 
rupturas de cadeia), e conseqüente, envelhecimento precoce. 
Um óleo isolante é especificado por um conjunto de características que têm por fim, 
identificar o produto (características físico-químicas gerais), e descrever o seu comportamento 
em serviço (características funcionais), isto é, as suas características como dielétrico e 
refrigerante. Desta forma, para simplificar, estas características serão divididas da seguinte 
maneira: propriedades físicas, químicas e elétricas. 
1.1 PROPRIEDADES FÍSICAS 
A seguir, serão detalhadas as características próprias do líquido isolante, como a massa 
volúmica, que vem a ser uma característica visível, e por vezes serve apenas para conhecimento, 
e uso grosseiro, por exemplo, no cálculo da massa total do líquido isolante. Uma avaliação das 
características de refrigeração ou troca térmica dos líquidos isolantes pode ser realizada através 
de propriedades físicas, tais como condutividadee viscosidade. Serão abordados ainda, questões 
de temperaturas de serviço do transformador, que influencia no ponto de escoamento do fluído; 
características de segurança, que influenciam em características de ponto de fulgor, inflamação e 
auto-ignição. 
1.1.1 Massa volúmica (densidade volumétrica) 
A massa volúmica de um óleo isolante não deve ultrapassar um valor máximo para evitar 
que a baixas temperaturas o gelo formado por água eventualmente presente no transformador 
possa subir no seio do óleo (por virtude da impulsão sofrida por parte deste) indo alojar-se em 
zonas sob tensão [1]. Este aspecto é particularmente importante em transformadores de medida, 
que operam à temperatura ambiente. 
Os hidrocarbonetos são menos densos que a água (à mesma temperatura) aumentando a 
sua massa volúmica com o número de átomos de carbono crescente (dentro de cada tipo de 
5 
hidrocarbonetos). Para igual número de átomos de carbono os naftênicos são mais densos que os 
parafínicos. 
O conhecimento da massa volúmica dos óleos isolantes tem por vezes interesse comercial, 
já que não é raro o fornecimento ser feito em unidades de volume e a faturação em unidades de 
massa. O procedimento deste ensaio está descrito na norma da ABNT NBR-1748. 
Por outro lado, esta característica poderá ter ainda outro interesse técnico, se bem que 
apenas grosseiro, para verificação da regularidade de fornecimentos. Também costuma ser usado 
para identificar o tipo de óleo, no caso de óleos minerais, se é de base naftênica (tipo A) ou base 
parafínica (tipo B). 
Tabela 1: Valores típicos de massa volúmica 
 
LÍQUIDO 
ISOLANTE 
MASSA VOLÚMICA 
A 25ºC 
Óleo mineral A 0,861 a 0,900 
Óleo mineral B 0,860 
R-Temp 0,87 
Ascarel 1,55 
Silicone 0,96 
Éster 0,98 
1.1.2 Condutividade térmica 
Trata-se da medida da capacidade de um material transmitir calor. É através dos líquidos 
isolantes que o calor gerado pelo transformador, no interior das bobinas e núcleo, é dissipado 
para o meio ambiente. A transferência de calor se dá através das vibrações moleculares e, 
portanto, quanto mais polar o fluído, mais rígida será sua estrutura líquida, dificultando a 
condutividade térmica. 
6 
Sendo a polaridade elétrica do óleo mineral nula e a do silicone e dos ésteres sintéticos 
praticamente desprezíveis, estes fluídos apresentam condutividade térmica baixa. Esta, porém, 
ainda é elevada se comparada à do ascarel, que possui uma polaridade relativamente alta. 
Esta característica não é um fator limitante, mas deve ser considerada no projeto do 
equipamento. 
Tabela 2: Valores típicos de condutividade térmica 
 
Líquido Condutividade térmica 
(W/(m°C) a 25°C) 
Condutividade térmica [10] 
(cal/(seg cm2°C)/cm a 25°C) 
Óleo mineral 0,13 2,9 . 10-4 
R-Temp 0,13 3,0 . 10-4 
Ascarel 0,09 2,8 . 10-4 
Silicone 0,14 3,6 . 10-4 
Éster 0,15 --- 
1.1.3 Viscosidade cinemática 
Exige-se de um óleo isolante para transformadores que a sua viscosidade não ultrapasse 
um certo valor máximo, para que a sua circulação se dê ainda em boas condições mesmo a baixas 
temperaturas, de modo a garantir uma boa evacuação do calor produzido pelas perdas no 
transformador. 
A viscosidade varia em função do peso molecular e da interação molecular nos líquidos 
isolantes; portanto, quanto maior o tamanho das moléculas e maior sua polaridade, maior será sua 
viscosidade. (Note-se que esta regra é muito grosseira, pois não leva em conta a isometria). Um 
líquido isolante adequado deve permitir uma fácil convecção do óleo no interior do 
transformador, a fim de facilitar a troca térmica do mesmo com o meio ambiente. 
Na prática não se podem, no entanto, produzir óleos com viscosidades arbitrariamente 
baixas, posto que a introdução de hidrocarbonetos de baixas massas moleculares iria afetar 
7 
desfavoravelmente outras características (como por exemplo, ponto de inflamação, estabilidade à 
oxidação, etc.) 
Nos países de climas frios é costume as especificações contemplarem óleos especialmente 
fluídos, particularmente para utilização em disjuntores e transformadores de medida, isto é, 
equipamentos em que o óleo se encontra praticamente à temperatura ambiente. 
A viscosidade dos óleos é uma grandeza que depende fortemente da temperatura, sendo a 
correspondente lei da variação extremamente complexa: designando por V a viscosidade 
cinemática (em cSt) e T a temperatura absoluta (em K), a lei de variação V-T é uma reta [1] 
quando representada num diagrama de coordenadas proporcionais a: 
y = ar sh ln V (1.1) 
x = log T V (1.2) 
 
A – Limite superior para óleos de classe I segundo CEI 
B ... G –Diversos óleos do mercado 
Figura 1: Variação da viscosidade V, de óleos novos com a temperatura T 
( Fonte: [1] ) 
8 
Medidas laboratoriais feitas pelo EFACEC, renomado laboratório de pesquisas da área, 
localizado em Portugal, sobre vários óleos isolantes do mercado confirmam este fato e mostram 
que, para os diversos óleos a inclinação das “retas V-T” é aproximadamente constante. (ver 
figura 1) 
 Assim se compreende que a viscosidade de um líquido isolante seja sempre especificada a 
pelo menos duas temperaturas diferentes. 
É freqüente as normas especificadoras contemplarem várias classes de óleos [1] que se 
distinguem justamente pelos valores de viscosidade, o que por seu turno acarreta diferenças 
noutras características, em particular ponto de inflamação e ponto de escoamento. 
 A viscosidade do óleo mineral é a mais baixa de todos o fluídos, seguida do éster, do R-
temp e do silicone. A viscosidade do ascarel pode ser modificada através da adição de um 
solvente como o triclorobenzeno. 
A baixa viscosidade do óleo mineral, aliada à condutividade térmica próxima à dos outros 
líquidos, permite que menor volume de óleo seja utilizado para a refrigeração de equipamentos, 
tornando-os mais compactos e, portanto, mais baratos [3]. 
Os valores mais críticos de viscosidade são do R-Temp, do ascarel e do silicone. Neste 
caso, o projeto do transformador deve prever maior área de troca térmica. 
Tabela 3: Valores típicos de viscosidade 
 
LÍQUIDO ISOLANTE VISCOSIDADE 
(cSt) a 40°C 
VISCOSIDADE 
(cSt) a 100°C 
Óleo mineral 11 3 
R-Temp 140 14 
Ascarel Ver obs. abaixo Ver obs. abaixo 
Silicone 40 17 
Éster 33 6 
9 
OBS.: Para o ascarel, por não ser possível aquecê-lo, usa-se a viscosidade somente a 
25ºC, que tem como um valor típico 15 cSt. 
1.1.4 Ponto de escoamento (ponto de fluidez) 
Como já citado anteriormente, os óleos isolantes não são compostos puros, e por isso não 
apresentam um ponto de solidificação bem definido. Define-se assim outra grandeza, o ponto de 
escoamento, que é a temperatura mais alta em que, em determinadas condições, uma amostra de 
óleo deixa de escorrer. Esse ponto corresponde aproximadamente à temperatura a que se começa 
a verificar a primeira formação de sólidos. A presença de tais sólidos pode ter influência 
desvantajosa sobre as propriedades isolantes (rigidez dielétrica, fator de perdas dielétricas) do 
produto, pelo que interessa que os óleos apresentem um baixo ponto de escoamento, 
particularmente nas utilizações em que o óleo esteja praticamente à temperatura ambiente 
(transformadores de medida e disjuntores). Além disso, o ponto de escoamento dá uma indicação 
da temperatura abaixo da qual já não é possível remover o óleo do recipiente em que se encontra 
por simples escoamento. 
Também esta característica não é independente da viscosidade: em princípio, quanto mais 
fluído é um óleo menor é o seu ponto de escoamento. 
 
Tabela 4: Valores típicos de ponto de escoamentoLÍQUIDO ISOLANTE PONTO DE 
ESCOAMENTO (°C) 
Óleo mineral A -39 
Óleo mineral B -12 
R-Temp -24 [9] 
Ascarel Ver obs. Abaixo 
Silicone -50 [10] 
10 
 
 OBS.: Para o ascarel o ponto de escoamento pode variar de –14 a –44ºC, dependendo da 
composição química do mesmo. 
1.1.5 Ponto de fulgor 
O ponto de fulgor indica a concentração de compostos leves presentes no líquido isolante. 
Esta propriedade está relacionada com o peso molecular e com os elementos químicos 
constituintes da molécula. É a menor temperatura na qual se observa o aparecimento de uma 
faísca instantânea, durante o aquecimento do líquido isolante, quando submetido a uma chama. 
Seu método de ensaio está definido pela norma da ABNT NBR-11341. 
O óleo mineral apresenta o menor ponto de fulgor entre os líquidos utilizados em 
transformadores, pois possui o menor peso molecular e é formado basicamente por carbono e 
hidrogênio, que propiciam a reação de combustão. O R-Temp também é formado basicamente 
por carbono e hidrogênio, porém seu peso molecular é maior que o óleo mineral, o que lhe 
confere um valor de ponto de fulgor mais elevado. O silicone e o éster possuem peso molecular 
inferior ao do R-Temp, porém possuem menor quantidade de carbono na molécula, além de 
apresentarem outros elementos que não permitem reações de combustão, conferindo-lhes um 
elevado ponto de fulgor. O ascarel não apresenta ponto de fulgor, pois tanto o triclorobenzeno 
como as policlorobifenilas não são inflamáveis. 
Todos os líquidos citados, com exceção do óleo mineral isolante, possuem alto ponto de 
fulgor, o que possibilita o uso em instalações abrigadas, onde os riscos de incêndio e explosão 
devem ser minimizados. Por isso, são denominados de fluídos de segurança. 
11 
Tabela 5: Valores típicos de ponto de fulgor 
 
LÍQUIDO ISOLANTE PONTO DE FULGOR (°C) 
Óleo mineral 140 
R-Temp 284 
Ascarel Ver obs. abaixo 
Silicone 300 
Éster 250 
1.1.6 Ponto de inflamação 
É a menor temperatura na qual se observa a queima do líquido isolante durante, no 
mínimo, cinco segundos. Por razões de segurança, o ponto de inflamação dos óleos não deverá 
situar-se abaixo de um valor mínimo. Além disso, é uma medida grosseira para a volatilidade do 
óleo (isto é, a pressão de vapor), já que o ponto de inflamação é tanto maior quanto menos volátil 
for o óleo. Esta característica não é totalmente independente da viscosidade. Em geral, quanto 
menos viscoso for um óleo menor será o seu ponto de inflamação e vice-versa [3]. 
 
Tabela 6: Valores típicos de ponto de inflamação 
 
LÍQUIDO ISOLANTE PONTO DE INFLAMAÇÃO (°C) 
Óleo mineral 160 
R-Temp 312 
Ascarel Ver obs. abaixo 
Silicone 340 
 
. 
12 
1.1.7 Ponto de auto-ignição 
É a menor temperatura na qual se observa a queima do líquido isolante apenas devido ao 
aquecimento do mesmo, sem a presença de fogo algum [10]. 
Tabela 7: Valores típicos de ponto de auto-ignição 
 
LÍQUIDO ISOLANTE PONTO DE AUTO-IGNIÇÃO (°C) 
Óleo mineral 332 
R-Temp 540 
Ascarel Ver obs. abaixo 
Silicone 430 
OBS.: Não é possível de se determinar os pontos de fulgor, inflamação e auto-ignição do 
ascarel, pois este, não queima, porém o processo de aquecimento produz gases tóxicos e nocivos. 
1.2 PROPRIEDADES QÚIMICAS 
 
Através de propriedades químicas, tais como índice de neutralização, tensão interfacial, 
teor de água, estabilidade à oxidação e tendência à absorção de gases, pode-se avaliar a 
estabilidade química dos líquidos. Serão abordadas também algumas outras características mais 
simples, de uso mais grosseiro, que vêm a ser os testes de cloretos e sulfatos inorgânicos e 
enxofre corrosivo, coloração e índice de refração que vão dar uma idéia mais geral da qualidade 
do líquido isolante, portanto, não podendo serem determinantes, sendo usados apenas como 
orientativos. 
1.2.1 Índice de neutralização (índice de acidez) 
O índice de neutralização determina a concentração de compostos de caráter ácido 
presentes no líquido isolante, proveniente de contaminação ou da decomposição do óleo durante 
sua utilização. Esses compostos, a partir de certa concentração, são indesejáveis, pois reagem 
13 
com materiais de construção do transformador, principalmente com o papel e a madeira 
(isolamentos sólidos) e ainda polimerizam-se, formando borra. Esta, ao se depositar sobre a parte 
ativa ou nos trocadores de calor, dificulta a transferência de calor para o meio ambiente, 
diminuindo a vida útil dos transformadores [3]. 
Os ácidos constituem justamente um tipo de substância cuja presença é apenas tolerada 
em muito pequenas quantidades – a acidez normalmente admitida nas especificações para óleos 
isolantes novos corresponde a cerca de 1 e 2 moléculas de ácido por cada 10 “moléculas de 
óleos”, o que corresponde aproximadamente ao limite de detecção dos métodos vulgares de 
determinação de acidez de óleos minerais. 
A presença de ácidos nos líquidos isolantes é indesejada pois se trata de substâncias de 
atividade química relativamente elevada. A sua presença pode provocar o ataque aos diversos 
materiais de construção utilizados nos transformadores, em particular os metais, com conseqüente 
formação de produtos que podem piorar consideravelmente as características dielétricas do óleo, 
que por sua vez são já afetadas pela simples presença de substâncias ácidas. 
Em princípio os ácidos que poderão estar presentes num óleo mineral novo são de duas 
origens: ácidos orgânicos, quer provenientes já do petróleo bruto, quer formados durante certos 
processos de refinação, e ácidos inorgânicos resultantes de uma deficiente eliminação própria dos 
processos de refinação (segundo os processos tradicionais de refinação há uma fase em que o 
óleo é tratado com ácido sulfúrico). 
Assim se compreende que certas normas, especialmente as mais antigas, especifiquem 
dois valores máximos para a acidez: a acidez inorgânica, que deve ser nula (por vezes assinalada 
pela abreviatura SAN, “strong acid number”) e a acidez total que compreende pois o conjunto 
dos ácidos orgânicos e inorgânicos (por vezes assinalada pela abreviatura TAN, “total acid 
number”). 
Hoje em dia já não se especifica normalmente uma acidez inorgânica; por outro lado 
especifica-se um valor suficientemente baixo para a acidez total que, de acordo com a 
14 
experiência, garante uma acidez inorgânica nula. Nos óleos em serviço a acidez é essencialmente 
devida à presença de ácidos formados por envelhecimento. 
O índice de acidez é considerado crítico acima de 0,30 mgKOH/g de óleo, e deste valor 
em diante, cresce de modo exponencial sendo necessária a substituição ou a regeneração do óleo. 
No óleo novo e em boas condições, obtém-se índice de acidez menor que 0,03 mgKOH/g de óleo 
[11]. O procedimento de ensaio está definido pela norma da ABNT MB-101. 
Tabela 8: Valores típicos de índice de neutralização 
 
 
LÍQUIDO ISOLANTE 
ÍNDICE DE 
NEUTRALIZAÇÃO 
mgKOH/g de óleo 
Óleo mineral 0,01 
R-Temp 0,005 
Ascarel 0,01 
Silicone 0,01 
Éster 0,01 
1.2.2 Tensão interfacial 
É a medida da força necessária para que um anel plano de platina rompa a interface 
formada entre água e óleo. A tensão interfacial indica a presença de moléculas hidrofílicas no 
líquido isolante, oriundas de sua deterioração, e contaminantes polares solúveis (produtos 
intermediários de oxidação). 
A presença de substâncias polares, mesmo em pequenas quantidades, é em princípio, 
indesejável, quer porque elas podem imediatamente deteriorar as propriedades dielétricas do óleo 
isolante, quer porque são normalmente substâncias quimicamente ativas que vão acelerar o 
envelhecimento do óleo (que por seu turno,leva à formação de mais produtos polares). 
15 
A medida de tensão interfacial no sistema água-óleo tem conta justamente das substâncias 
polares dissolvidas no óleo. Tais substâncias tendem à concentrar-se na interface água-óleo e 
quanto maior for esta concentração, menor é o valor de tensão interfacial. Claro que neste 
fenômeno intervém igualmente os ácidos eventualmente presentes no óleo, avaliados pela medida 
de acidez, além de quaisquer outras substâncias polares [5]. 
Nos óleos novos o valor da tensão interfacial é pois uma medida para a pureza do óleo e 
portanto para avaliar se houve adequada remoção de contaminantes, em particular subprodutos de 
refinação. 
Nem todas as normas especificadoras para óleos isolantes novos impõem um valor 
mínimo para a tensão interfacial. Quando há imposição é normalmente especificado o valor 
mínimo de 40 mN/m (as normas canadenses [1] especificam 35 mN/m). Para óleo novo devem 
ser encontrados valores acima de 40mN/m. Para óleo em serviço, valores abaixo de 20mN/m já 
devem ser monitorados em conjunto com os demais ensaios [11]. O ensaio está padronizado pela 
norma da ABNT NBR-6234. 
Os hidrocarbonetos são do ponto de vista dielétrico, substâncias essencialmente apolares, 
isto é, as suas moléculas apresentam um momento bipolar baixo ou mesmo nulo. 
O óleo mineral e o R-Temp devem ser acompanhados sistematicamente, pois a tensão 
interfacial indica a presença de produtos intermediários de oxidação, podendo indicar também 
contaminação ou incompatibilidade com algum material de construção do equipamento. 
16 
Tabela 9: Valores típicos de tensão interfacial 
 
 
LÍQUIDO ISOLANTE 
TENSÃO 
INTERFACIAL 
(dinas/cm) 
Óleo mineral 40 
R-Temp 38 
Ascarel Ver obs. abaixo 
Silicone idem 
Éster idem 
OBS.: Não faz sentido determinar a tensão interfacial do ascarel, do silicone ou do éster, 
pois sendo polares, os mesmos apresentam grande interação com a água. 
1.2.3 Teor de água 
O teor de água é a medida direta da quantidade de água dissolvida no óleo isolante, em 
miligramas de água por quilograma de óleo (partes por milhão em peso – ppm). A umidade pode 
afetar as características elétricas dos líquidos isolantes, tornando-os impróprios para a utilização 
no transformador, bem como provocar a degradação do isolamento sólido celulósico (papel, 
papelão, madeira). Este ensaio é realizado em laboratório, e o processo mais utilizado é o método 
de determinação de água Karl Fischer Coulométrico [4]. O ensaio está padronizado pela norma 
da ABNT NBR-10710. 
A solubilidade da água nos líquidos isolantes está relacionada com a estrutura química 
destes. O óleo mineral e o R-Temp contêm moléculas apolares e, portanto, pouca afinidade com a 
água. O silicone, o éster e o ascarel apresentam elementos químicos polares em suas estruturas, o 
que aumenta a solubilidade da água nestes líquidos. 
 
17 
 
Figura 2: Teor de Água saturante S, em óleo novo em função da temperatura T 
( Fonte: [1] ) 
 
Figura 3: Solubilidade de Água S, em Óleo Isolante novo em função da temperatura 
( Fonte: [1] ) 
18 
A água pode encontrar-se nos óleos isolantes novos sob três formas distintas: 
 em solução; 
 em emulsão; 
 em dispersão grosseira. 
A solubilidade máxima de água em óleo isolante varia com a temperatura (figura 3), 
sendo da ordem de 50 ppm à temperatura ambiente (23°C). Representado por S a solubilidade da 
água no óleo e por T a temperatura absoluta, a experiência mostra que a lei de variação de log S 
com 1/T é linear (figura 2). 
Colocando um óleo isolante novo em contato com a atmosfera com um certo teor de 
umidade, estabelece-se para a água (sob forma de vapor) um equilíbrio de partição entre duas 
fases. Na literatura encontram-se opiniões controversas e sobretudo aparentemente confusas 
sobre as leis que regem este equilíbrio. 
Designado por W, o teor em água de um líquido isolante novo em equilíbrio com uma 
atmosfera de umidade relativa Ha, vários autores aceitam e retomam as retas experimentalmente 
obtidas por Kaufmann [1] relacionando aquelas duas grandezas (figura 4). 
 
19 
 
Figura 4: Teor em água W, de um óleo isolante novo em função da umidade relativa do ar 
Ha, em equilíbrio para várias temperaturas  
( Fonte: [1] ) 
Se for atendido que a umidade relativa da atmosfera é definida por: 
 
 
em que P representa a pressão de vapor de água atual existente na atmosfera e P0 a 
tensão máxima de vapor de água à mesma temperatura, vê-se que as retas (da figura 4) não são 
mais do que a expressão da lei de Henry: 
lpkW . 
em que k é um parâmetro que depende da temperatura. 
Este resultado, foi, de resto, conhecido posteriormente por via experimental por outros 
autores, tendo-se posto em evidência que apenas é válido para óleos isolantes no estado novo, 
sendo no entanto verificado para óleos com composições químicas muito diversas, mesmo no que 
(1.3) 
(1.4) 
0p
pH a 
20 
diz respeito ao seu teor em carbonatos aromáticos (a solubilidade da água num óleo é tanto maior 
quanto este teor – os óleos isolantes correntemente utilizados apresentam, no entanto, diferenças 
entre teores em carbonos aromáticos que não são suficientemente grandes para manifestarem 
variações significativas nas respectivas solubilidades de água). Estranhamente porém, certos 
autores, apesar de aceitarem os resultados expressos na figura 4, consideram que o equilíbrio do 
vapor de água entre a fase gasosa e a fase líquida não obedece à lei de Henry mas sim a uma lei 
do tipo [1]: 
W = K.px 
em que K é um parâmetro que depende apenas da temperatura e X é um coeficiente cujo 
valor está compreendido entre 0 e 1. Outros autores por seu turno, encontraram 
experimentalmente resultados diferentes dos expressos na figura 4, que efetivamente se 
manifestam de acordo com a expressão acima, se bem que nenhuma indicação seja dada acerca 
da dependência de K da temperatura. No quadro abaixo, reúnem-se os valores de K e X que se 
encontram na literatura. 
Tabela 10: Valores típicos de K e X 
 
K X Referência 
3,35 0,615 [13] 
5,5 0,73 [14] 
Por outro lado, parece que o fato geralmente reconhecido que, quando tem-se um óleo 
isolante em presença de uma atmosfera úmida, a uma dada temperatura (a mesma para as duas 
fases), o equilíbrio entre as duas fases se estabelece de modo a haver igualdade entre a umidade 
relativa do ar, Ha, e a umidade relativa do óleo, H0 – razão entre o teor de água atual, W, e o fator 
saturante (solubilidade, S) à mesma temperatura. 
Noutros tem-se, o equilíbrio estabelece-se para: 
H0 = Ha , substituindo Ha pela equação (1.3), vem: 
 e 
0P
PH a  S
WH 0
(1.5) 
(1.6) 
21 
 
donde se deduz que: 
que mais uma vez é a expressão da lei de Henry. 
A figura 5 representa graficamente esta lei para diversos valores de temperatura, não 
sendo mais do que uma forma alternativa da figura 4. Naturalmente que a lei de Henry só é válida 
enquanto a água está sob a forma de vapor, isto é, até os valores dos teores de água saturantes. 
Por isso, na figura 5 as retas terminam em pontos cujas ordenadas são os valores da solubilidade 
da água no óleo à temperatura considerada e cujas abcissas são consequentemente os valores da 
tensão máxima de vapor de água à mesma temperatura. 
Para teores de água no óleo superiores aos teores saturantes, isto é, superiores ao valor da 
solubilidade máxima à temperatura considerada, a quantidade de água excedente relativamente ao 
teor saturante já não está em solução podendo estar sob a forma de emulsão (partículas de água 
de dimensões entre 10-6 e 10-9 m). Esta situação ocorre normalmente quandose arrefece um óleo 
que foi saturado de água a uma temperatura mais elevada. Nestas condições, as gotículas de água 
que se formam, sendo de pequenas dimensões, não chegam a depositar-se em conseqüência das 
forças de tensão superficial e da viscosidade do óleo, pelo que se mantém o estado de emulsão, 
situa-se na ordem da grandeza de 300 a 400 ppm [1]. Para teores de água superiores, a água 
encontra-se já sob a forma de dispersão grosseira, pelo que se deposita rapidamente no fundo do 
recipiente que contém o óleo. São considerados valores orientativos máximos aceitos para 
serviços contínuos [11]: 
 40 ppm para equipamentos com tensão até 72,5 kV 
 35 ppm para equipamentos com tensão  72,5 kV e < 242 kV 
 25 ppm para equipamentos com tensão  242 kV 
 
P
P
SW
0
 (1.7) 
22 
 
Figura 5: Teor em água W, de um óleo novo em função da pressão parcial de vapor de 
água p, para várias temperaturas 
( Fonte: [1] ) 
Tabela 11: Valores típicos de teor de água 
 
LÍQUIDO ISOLANTE TEOR DE ÁGUA (ppm) 
Óleo mineral 35 
R-Temp 15 
Ascarel 30 
Silicone 50 
Éster 40 
23 
1.2.4 Estabilidade à oxidação 
Quando em serviço nos transformadores de potência, os óleos isolantes encontram-se 
sujeitos à influência de vários fatores, tais como temperatura relativamente elevada, presença de 
oxigênio, contato com vários materiais de construção. Estes fatores vão provocar uma oxidação 
do óleo, resultando uma diversidade de produtos indesejáveis. 
A estabilidade à oxidação é indicada para se determinar a resistência à degradação dos 
líquidos isolantes na presença de oxigênio, sendo a velocidade da reação de oxidação 
proporcional à variação da temperatura. Além de reações de oxidação, dão-se ainda reações de 
polimerização, condensação, rupturas de cadeia, etc. Quando se fala em oxidação dos óleos, 
subentende-se normalmente o conjunto destes fenômenos, a que freqüentemente se chama 
também envelhecimento. 
Numa fase de oxidação pouco adiantada formam-se produtos que são solúveis no óleo 
quente, mas pouco solúveis no óleo frio. No seu circuito de circulação, natural ou forçada, 
destinado a fazer a evacuação do calor resultante das perdas no seio do transformador, o óleo 
passa em zonas mais frias (radiadores). Aí pode haver precipitação dos produtos de oxidação 
pouco solúveis, do que resulta, com o tempo, uma diminuição sensível de seção do circuito de 
circulação do óleo. Daqui advém uma menor irradiação de calor e portanto uma temperatura de 
funcionamento mais elevada, que por seu turno vai acelerar ainda mais o envelhecimento não só 
do óleo como também dos restantes materiais isolantes, principalmente os materiais celulósicos 
(papelão e madeiras). 
Podem também formar-se produtos de óxidos sólidos insolúveis no óleo mesmo quente, 
que vão se depositar em vários pontos do transformador, em particular nos estreitos canais das 
bobinas. Assim, vai ser dificultada a circulação do óleo nesses canais onde passará a haver um 
sobreaquecimento do que pode acabar por resultar num rápido envelhecimento dos isolantes 
sólidos envolvidos. O conjunto daqueles produtos sólidos que precipitam nos vários pontos do 
24 
transformador, em cuja composição contém sabões metálicos, e é correntemente conhecido por 
lamas. 
Por outro lado, durante os fenômenos de envelhecimento, além das lamas formam-se 
muitos outros produtos quimicamente mais ativos que os hidrocarbonetos originais, que por seu 
turno vão acelerar ainda mais o envelhecimento. Sente-se assim que a oxidação de um óleo 
isolante é um fenômeno de avalanche, isto é, a sua progressão, inicialmente lenta, dá-se a um 
ritmo cada vez maior. 
A estabilidade dos óleos isolantes à oxidação depende grandemente da sua estrutura. 
Assim, com base em investigações feitas com várias misturas conhecidas de hidrocarbonetos do 
tipo dos que se encontram nos óleos isolantes, é possível traçar as seguintes linhas gerais [1]: 
a) Os hidrocarbonetos aromáticos sem cadeias laterais são pouco ou nada sensíveis à oxidação. 
Se entre os anéis aromáticos for introduzido um carbono alifático, a sua resistência à oxidação 
vem diminuída. Quanto mais complicada e assimétrica for a estrutura, menor será a 
estabilidade. Os produtos de oxidação incluem uma maioria de produtos de polimerização 
relativamente aos produtos ácidos. Os hidrocarbonetos aromáticos com cadeias laterais são 
tanto menos estáveis à oxidação quanto maior o número e comprimento dessas cadeias. A 
oxidação começa por se dar nas cadeias laterais originando produtos ácidos. Os produtos de 
polimerização e condensação formam-se em pequena quantidade; 
b) Os hidrocarbonetos naftênicos são tanto mais sensíveis à oxidação quanto maior a sua massa 
molecular, o número e comprimento das cadeias laterais. Neste caso, porém, a oxidação 
inicia-se não nas cadeias laterais mas sim no anel, normalmente no átomo de carbono onde se 
liga a cadeia lateral. Os principais produtos de oxidação são ácidos livres e ésteres. 
c) Nos hidrocarbonetos parafínicos a estabilidade à oxidação depende do número de carbonos 
terciários, visto estes serem os mais facilmente oxidáveis. 
O mecanismo do envelhecimento de um óleo isolante é bastante complexo. Aceita-se hoje 
em dia que os fenômenos começam pela formação de um hidro-peróxido resultante de fixação de 
oxigênio por um radical livre. Tal radical não é mais do que o resultado da separação de um 
25 
átomo de hidrogênio de uma molécula de hidrocarboneto. Admite-se que a formação de radicais 
livres seja fomentada pela ação catalítica dos metais, especialmente cobre, presentes no 
transformador. 
A partir dos hidroperóxidos, que são intermediários instáveis, forma-se toda a gama de 
produtos de oxidação [1], conforme esquematizado na figura 6. 
Além dos graves inconvenientes já apontados – formação de lamas com conseqüente 
deficiência na circulação do óleo e formação de produtos quimicamente ativos que aceleram o 
envelhecimento do óleo – o envelhecimento do óleo, conforme figura 6 acarreta uma 
multiplicidade de outros problemas, como por exemplo: 
 A formação de produtos de condensação e polimerização pode aumentar a viscosidade do 
óleo, o que dificulta a sua circulação; 
 A oxidação dá origem à formação de ácidos e muitos outros produtos mais ou menos polares 
que, sendo quimicamente ativos, exercem a sua ação prejudicial sobre os restantes materiais de 
construção. A presença desses produtos de oxidação provoca um aumento de acidez e tg  do 
óleo e uma diminuição da sua tensão interfacial e ainda um aumento da aptidão para dissolver 
água com eventual conseqüente diminuição da rigidez dielétrica (note-se que, contrariamente à 
idéia geralmente expandida, a rigidez dielétrica de um óleo mineral não diminui pelo efeito do 
envelhecimento em si). 
26 
 
Figura 6: Esquema de cadeia de reações de envelhecimento dos óleos isolantes 
( Fonte: [1] ) 
Nota-se assim, a importância que tem para a vida de um transformador, uma boa 
estabilidade à oxidação do óleo isolante. A este propósito convém abrir um parêntesis para referir 
brevemente os meios que há para aumentar a estabilidade à oxidação dos óleos isolantes. De 
acordo com o exposto, um processo consiste em fazer refinação do óleo de tal maneira que sejam 
removidos os hidrocarbonetos mais sensíveis à oxidação. Se bem que os produtores de óleos 
isolantes façam todos os esforços neste sentido, a resolução por esta via não é simples, quer pela 
complexidade da estrutura dos óleos, quer por isso nem sempre ser compatível com outras 
exigências como, por exemplo, viscosidade, ponto de escoamento, etc. 
Outro processo consiste em adicionar ao óleo isolante produtos estranhos cuja finalidadeseja exatamente aumentar a estabilidade à oxidação. Estes aditivos podem ser adicionados pelo 
27 
fabricante, que é o mais comum para óleos novos, bem como podem ser adicionados nos 
reservatórios, entretanto isto sendo feito pelo fornecedor garante uma melhor homogeneidade. No 
caso de líquidos em serviço, é comum os mesmos serem aditivados quando do tratamento 
preventivo que é feito no mesmo, sendo isto feito por empresas de serviços especializadas nisso. 
É costume classificar tais aditivos anti-oxidantes, genericamente designados por inibidores de 
oxidação, em quatro categorias [1]: 
a) Substâncias passivadoras de catálise, que formam a superfície dos metais catalisadores uma 
película que a eles adere física e quimicamente, de modo a afastá-los do processo. Este 
método não evita, a oxidação não catalítica. 
b) Substâncias desativantes de catálise, que diminuem ou anulam a atividade catalítica dos 
metais, transformando-os em complexos organometálicos. Tal como no caso anterior, não há 
bloqueio da oxidação não catalítica. 
c) Inibidores de oxidação (propriamente ditos), que reagem com os primeiros elementos da 
cadeia de reações de oxidação (figura 6), convertendo-os em moléculas inativas. 
Naturalmente que tais aditivos se consomem com o tempo. 
d) Anti-oxidantes indiretos, que são substâncias em si sem ação direta sobre a inibição da 
oxidação, mas se transformam em anti-oxidantes de um dos tipos anteriores uma vez que se 
inicie o processo de oxidação. 
Os anti-oxidantes mais utilizados são os do terceiro tipo, os inibidores de oxidação 
propriamente ditos. Trata-se normalmente de derivados do fenol ou de animais. O mais utilizado 
é o 2,6-di-terc-butil-paracresol correntemente conhecido por DBPC ou BHT (abreviatura de 
“butylated hidroxytoluene”) ou ainda por uma designação comercial como Topanol, Ionol, 
Paranox, Dalpac, Impruvol, Vianol. 
O uso de óleos isolantes inibidos tem sido encarado com bastante ceticismo, quer por 
parte de fabricantes de transformadores, quer por parte dos exploradores, especialmente na 
Europa. Assim se explica que a na maioria das normas especificadoras para óleos isolantes novos 
se declare expressamente dizerem respeito exclusivamente a óleos não inibidos. Nos Estados 
28 
Unidos já está mais vulgarizado o uso de óleos inibidos, tendo sido recentemente publicada uma 
norma correspondente. As exigências que se põem a tais óleos são em tudo iguais às relativas aos 
óleos não inibidos, exceção feita à estabilidade à oxidação. 
Em Portugal tem-se verificado igualmente uma oposição formal à inibição de óleos 
isolantes por parte de fabricantes de transformadores de potência. 
Dada a importância com que se reveste a característica de estabilidade à oxidação de um 
óleo isolante (como do resto as características de envelhecimento de qualquer material isolante), 
sempre houve a preocupação de no laboratório e em tempo relativamente reduzido realizar 
ensaios que permitam avaliar, pelo menos em termos comparativos, a estabilidade à oxidação dos 
óleos isolantes. Através dos tempos têm sido preconizados e utilizados vários métodos de ensaio, 
de diferente grau de elaboração. 
Atualmente o método seguido universalmente, na avaliação de óleos não inibidos é o 
preconizado pela Comissão Eletrotécnica Internacional. Consiste essencialmente em, durante 
cerca de uma semana, fazer borbulhar uma corrente de oxigênio através de uma amostra de óleo 
contendo cobre metálico e mantida à temperatura de 100°C. Todos os parâmetros são 
exigentemente fixados. Sobre o óleo resultante determina-se a acidez e o teor de substâncias 
sólidas formadas. O ensaio é extremamente delicado e apesar da aparente rigorosa definição dos 
vários passos do método de ensaio, admitem-se tolerâncias relativamente amplas nos resultados. 
A estabilidade à oxidação dos líquidos isolantes é crescente à medida que suas estruturas 
possuam ligações químicas mais fortes, conforme ordem: éster, óleo mineral, R-temp, silicone, 
ascarel. Uma grande estabilidade à oxidação é requerida a fim de maximizar a vida em serviço do 
fluído e, consequentemente, do transformador, através da minimização de formação de ácidos e 
borra. 
29 
Tabela 12: Escala de estabilidade à oxidação 
 
LÍQUIDO ISOLANTE ESTABILIDADE À OXIDAÇÃO 
Ascarel Alta 
Silicone 
R-temp Aumenta 
Óleo mineral 
Éster Baixa 
1.2.5 Tendência à absorção de gases 
Falhas em equipamentos podem ser causadas por descargas em bolhas de gás. Em 
equipamentos hermeticamente selados é necessária a utilização de um líquido absorvedor de 
gases, pois, caso contrário, a pressão interna torna-se maior que a externa, danificando o 
transformador. A propriedade de absorver gases é própria dos compostos aromáticos, como o 
ascarel e os ésteres aromáticos, adequados para utilização em capacitores, por exemplo, onde a 
característica de absorção de gases é de extrema importância [5]. 
O ponto de anilina é a característica que nos indica, de modo comparativo, o conteúdo 
aromático de um óleo isolante. Sabendo-se que a capacidade de absorção de gases pelo óleo 
isolante está diretamente ligado ao seu teor de núcleos aromáticos, o ponto de anilina é também 
um indicativo da qualidade do óleo, e deve estar dentro da faixa de valores preestabelecidos pela 
norma NBR 5356. Os valores do ponto de anilina serão sempre expressos em graus celsius (°C), 
que é a temperatura na qual uma mistura de partes iguais de anilina e óleo isolante tornam-se 
miscíveis. Os métodos de ensaio padronizados são: ASTM-D611 e ABNT MB-299 [3]. 
O óleo mineral, que contém na sua composição compostos aromáticos, pode absorver 
gases, enquanto o R-Temp e o silicone não possuem compostos aromáticos em sua composição; 
portanto somente liberam gases. Principalmente nos óleos parafínicos, um conteúdo de 
aromáticos abaixo do mínimo fixado por norma, pode permitir a formação de bolhas de gás no 
30 
interior e canais da parte ativa e enrolamentos, e permitir possivelmente a formação de arco entre 
os enrolamentos [7]. 
Tabela 13: Escala de tendência à absorção de gases 
 
LÍQUIDO ISOLANTE TENDÊNCIA À 
ABSORÇÃO DE GASES 
Óleo mineral A Absorve 
Óleo mineral B Libera 
R-Temp Libera 
Ascarel Absorve 
Silicone Libera 
Éster Absorve 
1.2.6 Teste de cloretos e sulfatos inorgânicos 
A determinação dos teores de cloretos e sulfatos é importante para detectar a presença 
destes elementos contaminantes que conferem ao dielétrico o caráter corrosivo. Os dielétricos 
líquidos não deverão conter estes íons, pois são corrosivos, e consequentemente, prejudiciais ao 
equipamento. São determinados pelos métodos: ASTM-D-878 e ABNT MB-901 [4]. 
1.2.7 Teste de enxofre corrosivo 
A presença ou não de enxofre corrosivo no óleo isolante também é um indicativo de 
qualidade do dielétrico. Na verdade determina se o enxofre presente é ou não corrosivo. Os óleos 
isolantes normalmente contém enxofre em sua composição, e estes devem apresentar-se 
combinados com os radicais hidrocarbônicos sob a forma de compostos sulfurosos instáveis 
atuarão como corrosivos frente aos metais que entrarem em contato com o óleo isolante. Os 
métodos para determinação são: ASTM-D-1275 e ABNT MB-899 [4]. 
31 
1.2.8 Coloração 
Esta característica pode ser usada para indicar o grau de refinação do líquido isolante, 
presença de elementos contaminantes ou deterioração provocada por produtos resultantes de 
envelhecimento. A análise desta característica pode nos dar uma idéia a respeito do nível de 
contaminação do líquido isolante, podendo apresentar, principalmente, partículas sólidas, e outros 
elementos indesejáveis, que por sua vez, em geral, contribuem para a alteração da cor do mesmo. 
Tendo-seuma cor padrão para cada tipo de líquido isolante novo, a presença de partículas sólidas 
indesejáveis irá provocar um escurecimento da mesma. 
Para líquidos isolantes de transformadores em serviço, um rápido crescimento ou alto 
valor da cor indicam deterioração e/ou contaminação do óleo. Os métodos previstos são: ABNT 
MB-351 e ASTM D1500. A determinação da cor, expressa em valor numérico, é obtida pela 
comparação de padrões, com a cor da luz transmitida através da amostra. A cor ideal para um 
líquido isolante é a mais próxima possível do número 1 e nos líquidos novos observa-se este 
padrão de cor [2]. 
Tabela 14: Padrão de cores segundo a ABNT 
Número da cor Cor padrão 
1 Lírio 
1 1/2 Creme claro 
2 Amarelo pálido 
2 1/2 Cidra pálido extra 
3 Cidra pálido 
3 1/2 Laranja pálido extra 
4 Laranja pálido 
4 1/2 Vermelho descorado 
5 Vermelho claro 
6 Vermelho escuro 
7 Vinho 
8 Marrom 
32 
1.2.9 Índice de refração 
Esta característica varia com a natureza e quantidade de contaminantes dissolvidos. Como 
o índice de refração de uma substância é a somatória dos índices de refração de cada um dos seus 
componentes, é possível estimar a variação da composição ou grau de contaminação do óleo 
usado, comparada ao padrão estabelecido para cada tipo de óleo. 
O índice de refração permite também, através do método da triangulação (ASTM-D-2140) 
determinar o teor dos compostos de carbono típicos no óleo, possibilitando sua classificação 
quanto a sua origem naftênica, ou parafínica, em função da porcentagem de aromáticos, 
naftênicos e parafínicos existentes [2]. 
 
Tabela 15: Valores típicos de índice de refração 
 
LÍQUIDO ISOLANTE ÌNDICE DE 
REFRAÇÃO 
Óleo mineral A 1,485 a 1,500 
Óleo mineral B 1,469 a 1,478 
Ascarel -- 
Silicone 1,402 
R-Temp -- 
1.3 PROPRIEDADES ELÉTRICAS 
A eficiência de isolamento pode ser avaliada através de algumas propriedades elétricas, 
tais como: rigidez dielétrica, perdas dielétricas e resistividade volumétrica. 
1.3.1 Rigidez dielétrica 
Está relativamente expandida a idéia da avaliação da qualidade de um óleo isolante 
através do valor de sua rigidez dielétrica. Esta idéia só é parcialmente correta, posto que a rigidez 
33 
dielétrica de um óleo isolante não constitui uma característica intrínseca, sendo antes determinada 
pelo seu estado de poluição (dependendo ainda do método de medida, isto é, forma de 
afastamento dos eletrodos, modo de aplicação de tensão, etc.). 
Com efeito, a rigidez dielétrica dos líquidos isolantes sem impurezas parece ser 
extremamente elevada, tendo-se já conseguido medir valores da ordem dos 400 kV/mm, valor 
que ainda não parece ser o limite superior. Na prática corrente, porém, os valores máximos 
atingidos são muitos inferiores, sendo costume considerar-se satisfatório um óleo isolante que 
apresente valores de rigidez dielétrica de 20 a 25 kV/mm. O método padronizado pela ABNT está 
descrito na norma NBR-6869. 
A rigidez dielétrica mede a capacidade de um líquido isolante resistir ao impacto elétrico 
sem falhar. Baixos valores indicam a presença de agentes contaminantes como água, impurezas, 
fibra celulósica, partículas metálicas ou condutoras no óleo. Sua determinação é importante para 
verificar a função isolante do fluído [11]. 
 25 kV para equipamentos com tensão até 72,5 kV 
 30 kV para equipamentos com tensão  72,5 kV e < 242 kV 
Os principais fatores que influenciam a rigidez dielétrica dos óleos isolantes são a 
presença de água e de partículas sólidas. 
 
Tabela 16: Valores típicos de rigidez dielétrica 
 
LÍQUIDO ISOLANTE RIGIDEZ 
DIELÉTRICA (kV) 
Óleo mineral 30 
Ascarel 40 
Silicone 35 
R-Temp 43 
34 
1.3.2 Perdas dielétricas (fator de potência) 
Supondo-se que constituí-se um condensador com um determinado dielétrico e ao qual 
aplica-se uma tensão alternada senoidal U. Se o dielétrico fosse perfeito, resultaria uma corrente 
alternada senoidal que estaria defasada de exatamente /2 rad. Na realidade, a corrente I está 
defasada de menos de /2 rad, o que num diagrama vetorial pode ser um representação como a 
figura 7 [1]. 
É uma medida da tangente do ângulo de fase (ou cosseno de seu complemento), entre 
tensão e corrente ao aplicar-se uma diferença de potencial (d.d.p.) pré-determinada a dois 
eletrodos entre os quais é colocado o líquido isolante. 
As perdas dielétricas indicam a presença de compostos polares ou polarizáveis sob ação 
de um campo magnético, bem como partículas no líquido isolante provenientes de contaminação 
ou degradação. É uma medida da qualidade do líquido e pode ser utilizada para seu 
acompanhamento em serviço. 
As perdas dielétricas são função da polaridade do fluído. O ascarel apresenta maiores 
perdas dielétricas, pois a molécula possui uma estrutura com polaridade resultante não nula. Esse 
fato deve ser considerado no projeto do equipamento. 
É costume representar por  o ângulo formado pelo vetor I com o vetor U e por  - ângulo 
de perdas dielétricas – o seu complementar. 
Para efeitos de tratamento analítico, pode-se decompor o vetor I segundo duas direções 
perpendiculares, dando origem ao vetor Ia, que representa a corrente ativa, em fase com a tensão 
aplicada, e ao vetor Ir, a corrente reativa, em quadratura.. 
O fator de potência de um óleo novo e em boas condições é de 0,05% ou menor, a 25°C. 
No óleo usado, o fator de potência até 0,5% a 25°C é considerado admissível, de 0,5% a 2% a 
25°C , o óleo deve ser analisado detalhadamente para determinar as causas desta elevação. 
 
35 
 
 
Figura 7: Diagrama vetorial das correntes num condensador com perdas 
( Fonte: [1] ) 
Designa-se por fator de dissipação dielétrica a tangente do ângulo de perdas dielétricas , 
que é igual à razão entre a potência ativa Pa dissipada no dielétrico e a potência reativa Pr posta 
em jogo: 
Esta grandeza é uma característica intensiva do material dielétrico utilizado, sendo 
portanto independente das suas dimensões. Indica a presença de compostos polares ou 
polarizáveis, como a água, bem como partículas no líquido isolante provenientes de 
contaminação ou degradação, como carbono e outras partículas estranhas ao mesmo. É uma 
medida da qualidade do líquido e pode ser utilizada para acompanhamento do mesmo em serviço. 
É costume definir-se ainda o fator de potência como sendo a razão entre a energia ativa 
dissipada do condensador – no modelo apresentado concentrada na resistência R – e a energia 
total (ativa e reativa) fornecida ao condensador – produto da tensão eficaz aplicada pela corrente 
eficaz total resultante. Facilmente se demonstra que esse fator é expresso por sen  (=cos ). 
r
a
r
a
I
I
P
Ptg  (1.8) 
36 
Como para um bom isolante o ângulo  é pequeno, o fator de potência é praticamente igual ao 
fator de dissipação dielétrica. 
Percebe-se pois que o fator de dissipação dielétrica de um material, correntemente 
designado por tg , é uma medida de qualidade do dielétrico: quanto mais baixo for, mais ele se 
aproxima da condição de dielétrico ideal e menores são as perdas. 
Num óleo isolante as perdas dielétricas são determinadas essencialmente por fenômenos 
de condução e polarização. Com efeito, em qualquer dielétrico, exceto o vácuo perfeito, há 
deslocamento de cargas elétricas quando a ele se aplica um campo elétrico constante. A carga 
deslocada pode cobrir apenas um pequena distância, fenômeno conhecido por polarização, ou 
pode atravessar completamente o material, constituindo assim a condução. 
A condução nos dielétricos líquidos é em princípio determinada pela presença de três 
classes de partículas: 
a) alguns elétrons livres, libertados, por exemplo,