Artigo Científico - ANALISE DE ÓLEO ATRAVÉS DO TRIÂNGULO DE DUVALL

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A Engenharia transformando ideias em soluções inteligentes 
Anais do 2° COEN - Congresso de Engenharias - Universidade Federal de São João del-Rei - MG 
Anais do XII CONEMI - Congresso Nacional de Engenharia Mecânica e Industrial 
ANALISE DE ÓLEO ATRAVÉS DO TRIÂNGULO DE DUVALL 
 
Anélio da Costa Ribeiro Neto (1) (anelioneto@yahoo.com.br), Thiago Eustáquio Ferreira (1) 
(thiagoeustaquio@yahoo.com.br), Jorge Nei Brito (2) (brito@ufsj.edu.br) 
 
(1) Universidade Federal de São João del Rei (UFSJ), Departamento de Engenharia Elétrica. 
(2) Universidade Federal de São João del Rei (UFSJ), Departamento de Engenharia Mecânica. 
 
RESUMO: Neste trabalho apresentam-se os resultados da análise de óleo de um 
transformador Siemens através do Triângulo de Duvall, técnica preditiva que consiste em 
fazer a análise quantitativa e identificação qualitativa dos gases encontrados nas amostras 
de óleos isolantes coletados de um transformador. As concentrações dos gases metano 
(CH4), acetileno (C2H2) etano (C2H6) e etileno (C2H4) são obtidas de acordo com as normas 
IEC 60599:1999 e IEEE std C57.104-1991. De acordo com essas normas pode-se relacionar 
a formação de um determinado gás com um tipo de falha e/ou relacionar um tipo de falha 
com sua temperatura e energia. O objetivo principal é detectar possíveis não conformidades 
existentes nas amostras de óleo. A coleta da amostra de óleo é feita sem paralização da 
produção e com o equipamento em pleno funcionamento. Devido à confiabilidade dos 
resultados tem sido amplamente aplicado no meio industrial. Os resultados apresentados 
neste trabalho comprovam a eficiência da técnica. 
 
PALAVRAS-CHAVE: Manutenção Preditiva, Triângulo de Duvall, Análise de Óleo. 
 
ANALYSIS OF OIL THROUGH THE TRIANGLE OF DUVALL 
 
ABSTRACT: This paper presents the results of analysis of a transformer oil Siemens by 
Triangle of Duvall, a predictive technique which consists in the qualitative identification and 
quantitative analysis of gases in samples of insulating oil collected from a transformer. The 
concentrations of methane (CH4), acetylene (C2H2) ethane (C2H6) and ethylene (C2H4) are 
obtained in accordance with IEC 60599:1999 and IEEE Std C57.104-1991. According to 
these standards can relate the formation of a gas with a type of failure and / or relate one 
type of failure with its temperature and energy. The main goal is to detect potential 
nonconformities existing on oil samples. Sample collection is made without oil production 
stoppage and the equipment in good working order. Due to the reliability of the results has 
been widely applied in industry. The results presented in this study demonstrated the efficacy 
of the technique. 
 
KEYWORDS: Predictive Maintenance, Triangle Duvall, Oil Analysis. 
 
1. INTRODUÇÃO 
 
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São João del-Rei, Minas Gerais, 02 a 05 de Outubro de 2012 
 
 
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Com uma economia de mercados globalizada a concorrência entre as indústrias 
aumenta a cada dia. Isto leva a uma constante busca na diminuição dos custos dos produtos 
associada ao aumento da qualidade. Consequentemente, as máquinas passam a trabalhar de 
forma ininterrupta e submetidas a grandes velocidades. Com esse alto grau de produtividade, 
qualquer parada não programada (manutenção corretiva não planejada) causa grandes 
prejuízos. Portanto, uma melhoria no uso das técnicas de manutenção adequadas torna-se 
imprescindível. Conhecer as existentes, aprimorá-las e desenvolver novas tecnologias 
significam uma manutenção de melhor qualidade e, consequentemente, com menos tempo de 
horas paradas. 
A missão da manutenção, nos tempos atuais, é garantir a disponibilidade da função 
dos equipamentos e instalações quando demandado pelo sistema de produção com 
confiabilidade, segurança e preservando o meio-ambiente ao menor custo. 
O desenvolvimento da função manutenção deve aliar o aprimoramento de técnicas e 
métodos de gerenciamento que promovam a diminuição da probabilidade de falhas 
antecipando-se a sua ocorrência, com a importância relativa ao tratamento das falhas 
ocasionais remanescentes. Esta transformação abrange não só o desenvolvimento de novas 
tecnologias de monitoramento e reparo para os ativos industriais em geral, como novos 
modelos de aporte de capital no desempenho das atividades de manutenção. 
A contribuição da manutenção dentro de um sistema produtivo pode ser resumida 
como a maior disponibilidade confiável da planta industrial ao menor custo. O que por sua 
vez, como esses próprios autores alertam, resume-se em quanto maior esta disponibilidade 
menor a demanda de serviços e, consequentemente, de custo, favorecendo o crescimento da 
produtividade da função manutenção. 
Frente ao objetivo de um departamento de manutenção, a correlação da manutenção 
com a rentabilidade da empresa é evidenciada na capacidade de produção e no custo 
operacional dos equipamentos, que deve procurar atingir o equilíbrio entre estes dois efeitos. 
Do ponto de vista técnico, a evolução da manutenção pode ser caracterizada em três gerações 
distintas. 
A primeira geração abrange os primórdios da mecanização dos meios de produção até 
o período que antecede a Segunda Guerra Mundial. Neste período, a demanda não tornava 
significativos os períodos de indisponibilidade para recuperação das falhas. A manutenção era 
basicamente corretiva. Realizavam-se pequenas ações sistemáticas de conservação, tais como 
limpeza e lubrificações. 
Contudo, com o advento da segunda grande guerra iniciou-se uma nova fase na 
manutenção, influenciada pelo aumento da demanda, é a segunda geração da manutenção. 
Com a escassez de mão-de-obra industrial, a indústria passou a depender muito mais das 
 
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máquinas da linha de produção. O tempo de paralisação passou a ser mais considerado, 
surgindo à necessidade de evitar-se a ocorrência da falha com a introdução da manutenção 
preventiva. 
A partir da década de setenta, surgiu a terceira geração da manutenção. Os efeitos das 
mudanças nos processos industriais foram mais intensos. Nele, registra-se a presença da 
mecanização crescente. Registra-se também o surgimento da automação advinda do 
desenvolvimento da microinformática. Consequentemente, as expectativas acerca do 
desempenho dos equipamentos envolvidos no processo produtivo e os efeitos das falhas na 
produção, também aumentaram. 
Ainda é comum certa confusão quanto à nomenclatura utilizada para definir os tipos 
de manutenção. Os nomes podem até variar, mas o conceito deve estar bem compreendido. A 
conceituação, conforme mostrado a seguir, permite a escolha do tipo mais conveniente para 
um determinado equipamento, instalação ou sistema. 
"As técnicas de manutenção industrial, na maioria das empresas são divididas em três 
subgrupos: manutenção corretiva, preventiva e preditiva; conhecer e aplicar estas técnicas 
podem ser um diferencial de uma empresa." (KARDEC,2004) 
 
1.1. Manutenção Corretiva 
 
 Trata-se da atuação para correção da falha ou do desempenho menor que o esperado. 
A Manutenção Corretiva pode ser dividida em duas classes: Corretiva Não Planejada e 
Corretiva Planejada. 
Manutenção Corretiva Não Planejada corrige a falha de maneira aleatória, ou seja, 
é a correção da falha ou desempenho menor queo esperado após a ocorrência do fato. Esse 
tipo de manutenção implica em altos custos, pois causa perdas de produção e a extensão dos 
danos aos equipamentos é maior. Quando só existe corretiva, a manutenção é comandada 
pelos equipamentos, o que torna a manutenção reativa. 
Manutenção Corretiva Planejada é a correção que se faz em função de um 
acompanhamento preditivo, detectivo ou até pela decisão gerencial de se operar até a falha. 
Esse tipo de manutenção é planejado. Tudo que é planejado representa economia, mais 
segurança e agilidade. 
 
1.2. Manutenção Preventiva 
 
Trata-se da atuação realizada para deduzir ou evitar falha ou queda no desempenho, 
obedecendo a um planejamento baseado em intervalos definidos de tempo, também chamado 
de preventiva sistemática. 
 
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Um dos segredos de uma boa prevenção está na determinação dos intervalos de tempo. 
Como, na dúvida, tem-se a tendência de ser mais conservador, o intervalo normalmente é 
menor que o necessário, o que implica em paradas e troca de peças desnecessárias. 
A Manutenção Preventiva tem grande aplicação em instalações/equipamentos cuja 
falha pode provocar catástrofes ou riscos ao meio ambiente, sistemas complexos e/ou de 
operação contínua ou ainda em locais onde não é possível fazer inspeção preditiva e ou 
detectiva. 
 
1.3. Manutenção Preditiva 
 
Trata-se de um conjunto de atividades de acompanhamento das variáveis ou 
parâmetros que indicam o desempenho dos equipamentos, de modo sistemático, visando 
definir a necessidade ou não de intervenção. 
Permite que os equipamentos operem por mais tempo e a intervenção ocorra com base 
em dados e informações. Quando a intervenção (fruto do acompanhamento preditivo) é 
realizada, estará ocorrendo uma Manutenção Corretiva Planejada. 
A prática da Manutenção Preditiva reduzirá significativamente o número de 
manutenções corretivas e preventivas. A seguir têm-se os principais benefícios da 
Manutenção Preditiva. 
� Eliminação das trocas de componentes e das intervenções preventivas 
desnecessárias. 
� Diminuição dos custos e prazos das intervenções, através do conhecimento 
antecipado dos defeitos a serem corrigidos. 
� Aumento da segurança operacional e disponibilidade dos equipamentos, com 
redução dos riscos de acidentes e interrupções inesperadas de produção. 
� Redução das quebras de equipamentos em operação, que provocam danos 
secundários em muitos componentes. 
De uma maneira geral, a aplicação de programas de Manutenção Preditiva em 
indústrias de processo resulta em reduções da ordem de 2/3 nos prejuízos com paradas 
inesperadas de produção e 1/3 nos gastos com a manutenção. 
 A Manutenção Preditiva em transformadores é de extrema importância para a 
confiabilidade da empresa. Explosões em transformadores podem acarretar em grandes perdas 
materiais e de pessoal. 
 
 
 
 
 
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2. FONTES GERADORAS DE GASES NOS TRANSFORMADORES 
 
 O óleo e a celulose são utilizados tanto para isolamento quanto refrigeração. Estão 
presentes na estrutura interna do transformador e pode descrever e apontar algumas anomalias 
presente no comportamento do transformador. Na Figura 1 tem-se o sistema simplificado de 
isolação e/ou refrigeração de um transformador. 
 
 
FIGURA 1. Sistema de isolação e/ou refrigeração de um transformador. 
 
2.1. Óleos Isolantes 
 
Os óleos isolantes (óleo mineral) possuem grandes moléculas formadas por 
hidrocarbonetos. Obtidos a partir do refino do petróleo, são fluidos estáveis, até certas 
temperaturas, possuindo propriedades isolantes. 
Suas principais funções são: garantir o isolamento elétrico, extinguir descargas 
elétricas parciais e arcos elétricos e servir como meio de troca térmica para a refrigeração do 
equipamento. 
Quando sujeitos a grandes temperaturas dá-se a quebra de algumas moléculas. A 
recombinação destas moléculas ocasiona o surgimento de alguns gases tais como: oxigênio 
(O2), hidrogênio (H2), etileno (C2H4), etano (C2H6), metano (CH4) e acetileno (C2H2). Esses 
gases permanecem dissolvidos e são de simples identificação. 
 
2.2. Celulose 
 
 O papel utilizado como isolador, entre bobinas, é composto por celulose. Quando 
submetido a temperaturas inferiores às admissíveis em óleos isolantes, também se quebra e se 
 
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rearranjam. Por essa razão surgem em maior quantidade e concentração de monóxido de 
carbono (CO), de dióxido de carbono (CO2) e de água, assim como de hidrogênio e metano. 
 
2.3. Comutadores 
 
 A presença de comutadores (chaves) de amplitude, defasamento e (ou) manobras 
elétricas, estão associadas a formações de arcos elétricas, que levam ao aparecimento de 
gases, principalmente acetileno e do hidrogênio. 
Outro problema que é o Coking, ou seja, a deposição de carbono nos contactos, 
aumentado assim a sua resistência. Isto ocasiona um aumento da temperatura e, 
consequentemente, a formação de gases tais como: metano (CH4), etano (C2H6) e etileno 
(C2H4). Valores elevados destes gases podem significar necessidade de troca dos contatos dos 
comutadores. 
 
3. TRIÂNGULO DE DUVALL 
 
O Triângulo de Duvall é a técnica que consiste em fazer a análise quantitativa e 
identificação qualitativa dos gases encontrados nas amostras de óleos isolantes coletados de 
um transformador. 
As concentrações dos gases metano (CH4), acetileno (C2H2) etano (C2H6) e etileno 
(C2H4) são obtidas de acordo com as normas IEC 60599:1999 e IEEE std C57.104-1991. De 
acordo com essas normas pode-se relacionar a formação de um determinado gás com um tipo 
de falha e/ou relacionar um tipo de falha com sua temperatura e energia. 
As falhas são divididas de acordo com suas características apresentadas a seguir. 
- Descargas parciais: É a descarga elétrica que liga parcialmente um caminho 
condutor no óleo de isolamento entre os condutores. O efeito coroa é uma das formas deste 
tipo de falha, devido a pouca energia, ocorre somente à formação de hidrogênio. 
 
- Descargas: É caracterizada pela formação de um caminho seguido da passagem de 
um arco elétrico. Quando submetidos a descargas de pequena intensidade ocorre à formação 
de hidrogênio, algum acetileno (C2H2) e etileno (C2H4), enquanto que a formação de metano 
(CH4) diminui. Este tipo de falha provoca a formação de carbono (CO) devido à 
carbonificação do papel. Descargas de altas intensidades se caracterizam pela formação de 
acetileno (C2H2) no óleo do transformador. Pequenas quantidades de acetileno (C2H2) já são 
consideradas extremamente perigosas ao funcionamento normal do transformador pois pode 
sinalizar uma possível fusão do metal das extremidades. 
 
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- Falhas Térmicas: Mudanças bruscas na temperatura do transformador devido a 
falhas no arrefecimento, refrigeração ou passagem de corrente excessiva, nas partes metálicas 
e nos isolamentos, acarretam a formação de hidrogênio e metano (CH4). Um aumento na 
concentração de etileno (C2H4) proporcional a elevação da temperatura. Também ocasionam a 
formação de carbono (CO) devido ao aquecimento e queima do papel. 
A razão entre as concentrações dos gases presentes nas amostras de óleos apresentam 
valores, que são associados a respectivas falhas. Destaca-se que estes são valores apenas de 
referência. Já os valores de limites são estabelecidos em função do tipo de transformador. Na 
Tabela 1 tem-se a relação falha/concentrações de gases. 
 
TABELA 1. Relação falha/concentrações de gases. 
DIAGNÓSTICO C2H2/ C2H4 CH4/ H2 C2H4/ C2H6 
Descargas parciais qq < 0,1 < 0,2 
Descargas de baixa energia > 1 0,1 - 0,5 > 1 
Descargas de elevada energia 0,6 - 2,5 0,1 - 1 > 2 
Falha térmica (t<300º) qq qq <1 
Falha térmica (300º<t<700º) < 0,1 > 1 1 - 4 
Falha térmica (t>700º) < 0,2 > 1 > 4 
 
É importante salientar que a analise dos gases dissolvidos, encontrados nas amostras 
de óleo de transformadores, não é uma ciência ou técnica absoluta. Os valores podem ser 
usados como um "alarme". Para o perfeito diagnóstico sugere-se o uso de outras técnicas 
preditivas, além do pleno conhecimento do transformador e da experiência do profissional 
que executa as análises. 
 
4. CASO PRÁTICO: ANALISE DE ÓLEO ATRAVÉS DO TRIÂNGULO DE DUVALL 
 
 Para a realização do procedimento de análise de óleo através do Triângulo de Duvall, 
incialmente é necessário coletar uma amostragem do óleo. Essa amostrada é coletada através 
do ponto de purga de óleo do transformador com o equipamento em operação, através da 
equipe técnica da empresa Teknotrafo, também responsável pela análise físico-químico e a 
cromatografia do óleo. 
Nas Figuras 2, 3, 4 e 5 tem-se a sequência de retirada do óleo do transformador. Na 
Figura 6 tem-se o resultado do ensaio cromatográfico. Como se pode observar a ocorrência de 
acetileno (C2H2) que é considerado anomalia. Foi sugerido uma nova amostragem para 
avaliação da taxa de crescimento dos gases. 
 
 
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FIGURA 2. Ponto de purga de óleo do transformador. 
 
 
FIGURA 3. Retira-se um pouco do óleo em um balde. 
 
 
FIGURA 4. Aplique um pouco de resistência e sugue o óleo. 
 
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FIGURA 5. Vede a seringa para não haver contaminação. 
 
 
FIGURA 6. Relatório de analise de óleo físico-química (Cromatografia). 
 
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 Com a utilização do procedimento de análise dos valores dos gases acetileno (C2H2), 
etileno (C2H4) e metano (CH4), através do triângulo de Duvall, são constatados um problema 
no equipamento muito sério que é a ocorrência de arco-elétrico. 
 A seguir tem-se uma explicação simples, mas prática, da análise do Triângulo Duvall. 
Depois de realizada a análise de óleo do transformador é retirada os valores de acetileno, 
etileno e metano do relatório. Com os valores encontrados é necessário achar a porcentagem 
de cada um no total de todos. Feito o cálculo de porcentagem coloca-se o valor de acordo com 
o código de falha mostrado na Figura 7. A seguir traça-se as retas para achar o ponto de 
intersecção determinando assim o problema de acordo com a região determinada pelo 
Triângulo de Duvall, conforme mostrado na Figura 8. 
 
FIGURA 7. Triângulo de Duvall com respectivo código de falhas. 
 
 
FIGURA 8. Resultado da falha correspondente a porcentagens dos gases analisados. 
530 = 28,2% 
427 = 22,7% 
921 = 49,1% 
 
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5. CONSIDERAÇÕES FINAIS 
 
Neste trabalho apresentou-se os resultados da análise de óleo de um transformador 
Siemens através do Triângulo de Duvall, técnica preditiva que consiste em fazer a análise 
quantitativa e identificação qualitativa dos gases encontrados nas amostras de óleos isolantes 
coletados de um transformador. 
As concentrações dos gases metano (CH4), acetileno (C2H2) etano (C2H6) e etileno 
(C2H4) foram obtidas de acordo com as normas IEC 60599:1999 e IEEE std C57.104-1991. 
De acordo com essas normas pode-se relacionar a formação de um determinado gás com um 
tipo de falha e/ou relacionar um tipo de falha com sua temperatura e energia. 
Os resultados apresentados mostram que foi possível detectar as não conformidades 
existentes nas amostras de óleo. evido à confiabilidade dos resultados tem sido amplamente 
aplicado no meio industrial. 
 
REFERÊNCIAS 
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉNICAS. NBR10 - Segurança em 
instalações e serviços em eletricidade 
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉNICAS. NBR7190 - Projeto de 
estruturas de madeira. Rio de Janeiro, ABNT, 1997. 
KARDEC, Alan e NASCIF, Júlio - Manutenção Função Estratégica, Editora Qualitymark, 
Rio de Janeiro, 1999. 
http://www.mtaev.com.br/download/mnt2.pdf, MANUTENÇÃO PREDITIVA: Benefícios 
e lucratividade; Márcio Tadeu de Almeida; D.Eng. Professor da Escola Federal de Engenharia 
de Itajubá. Consultor em Monitoramento de Máquinas pela MTA. Itajubá - MG 
http://paginas.fe.up.pt/~ee01167/DGA.htm