Como o gel de sílica desempenha o papel de agente higroscópico no sistema de ventilação do transformador

O Papel do Gel de Silica nos Sistemas Respiratórios dos Transformadores

O gel de sílica (Silica Gel) é um adsorvente comumente usado com excelentes propriedades higroscópicas, amplamente aplicado em equipamentos elétricos para secagem e prevenção de umidade. Nos sistemas respiratórios dos transformadores, o gel de sílica tem como principal função absorver a umidade do ar que entra no tanque do transformador, impedindo que a água entre no óleo e nos materiais de isolamento, protegendo assim o desempenho do isolamento do transformador.

1. Princípio de Funcionamento do Gel de Sílica

• Mecanismo de Adsorção: O gel de sílica possui uma grande quantidade de microporos em sua superfície, que podem adsorver moléculas de água do ar. À medida que o ar passa pelo respirador do transformador, a umidade é absorvida pelo gel de sílica, permitindo que o ar seco entre no tanque.

• Reversibilidade: O processo de adsorção do gel de sílica é reversível. Quando ele fica saturado de umidade, pode ser regenerado por aquecimento, liberando a água absorvida e restaurando sua capacidade higroscópica. Isso permite que o gel de sílica seja reutilizado, estendendo sua vida útil.

2. Aplicação do Gel de Sílica nos Sistemas Respiratórios dos Transformadores

Respirador: Os transformadores geralmente são equipados com um respirador (também conhecido como respirador dessecante) que conecta o tanque de óleo à atmosfera. Dentro do respirador, o gel de sílica filtra o ar que entra, garantindo que apenas o ar seco entre no tanque. Conforme a temperatura interna do transformador muda, a pressão dentro do tanque também flutua, causando troca de gases entre o tanque e o ambiente externo. O gel de sílica no respirador adsorve a umidade do ar, impedindo que o ar úmido entre no tanque.

Sistema de Vedação: Em alguns transformadores, o gel de sílica também é usado como dessecante no sistema de vedação para evitar que a umidade entre no tanque através de áreas mal vedadas.

Consequências de um Controle de Umidade Inadequado

Se o controle de umidade em um transformador for inadequado, a umidade pode entrar no tanque e se dissolver no óleo do transformador ou depositar-se nos materiais de isolamento, levando a uma série de problemas que podem afetar severamente o desempenho e a vida útil do transformador. Abaixo estão as principais consequências de um controle de umidade inadequado:

1. Degradation do Desempenho do Isolamento

• Impacto nos Materiais de Isolamento: A umidade reduz a resistência dielétrica tanto do óleo do transformador quanto dos materiais de isolamento sólidos (como papel e fibra). À medida que o teor de umidade aumenta, a constante dielétrica dos materiais de isolamento aumenta e a tensão de ruptura diminui, tornando mais prováveis descargas parciais ou curtos-circuitos.

• Envelhecimento Acelerado: A umidade também acelera o processo de envelhecimento dos materiais de isolamento, encurtando a vida útil do transformador. Em condições de alta temperatura, a umidade pode se combinar com produtos de oxidação no óleo para formar substâncias ácidas, corroendo ainda mais os materiais de isolamento.

2. Deterioração da Qualidade do Óleo

• Excesso de Umidade no Óleo: Quando a umidade entra no óleo do transformador, altera as propriedades físicas e químicas do óleo. A umidade promove reações de oxidação no óleo, gerando substâncias ácidas e precipitados, que reduzem a capacidade antioxidante e a eficiência de resfriamento do óleo.

• Transferência de Calor Comprometida: A umidade reduz a condutividade térmica do óleo, afetando a dissipação de calor do transformador. Isso pode levar a temperaturas de operação mais altas, acelerando o envelhecimento e o dano dos materiais de isolamento.

3. Descargas Parciais e Falhas por Arco

• Descargas Parciais: A umidade reduz a tensão de ruptura do óleo, especialmente em transformadores de alta tensão, aumentando a probabilidade de descargas parciais. As descargas parciais não apenas danificam os materiais de isolamento, mas também podem levar a falhas por arco, causando paradas súbitas do transformador.

• Falhas por Arco: A entrada excessiva de umidade pode resultar em falhas por arco, potencialmente levando a incêndios ou explosões, representando riscos significativos de segurança para o sistema de energia.

4. Corrosão do Núcleo e das Bobinas

• Corrosão de Componentes Metálicos: A umidade que entra no tanque do transformador pode entrar em contato com componentes metálicos, como o núcleo e as bobinas, causando corrosão. Este efeito é acelerado quando o óleo contém substâncias ácidas, enfraquecendo a resistência mecânica dos componentes metálicos e afetando a operação normal do transformador.

• Deformação das Bobinas: A umidade pode causar o amolecimento ou inchaço das camadas de isolamento das bobinas, levando à deformação das bobinas ou a curtos-circuitos. Em casos graves, as bobinas podem precisar ser substituídas, aumentando os custos de manutenção.

5. Impacto na Confiança do Transformador

• Paradas Frequentes: Devido ao desempenho degradado do isolamento, à qualidade deteriorada do óleo e a outros problemas, o transformador pode experimentar falhas frequentes, exigindo paradas para manutenção, o que pode afetar a estabilidade e a confiabilidade do sistema de energia.

• Vida Útil Reduzida: O controle de umidade inadequado a longo prazo pode acelerar o envelhecimento do transformador, encurtando sua vida útil e aumentando os custos de manutenção e substituição.

Garantindo um Controle Efetivo de Umidade

Para garantir um controle efetivo de umidade e evitar os problemas mencionados, as seguintes medidas são necessárias:

• Inspeção Regular da Condição do Gel de Sílica: O gel de sílica muda de cor (geralmente de azul para rosa) quando absorve umidade. Deve ser substituído ou regenerado prontamente quando fica saturado para manter sua capacidade higroscópica.

• Manter a Ventilação do Respirador: Garanta que o respirador permaneça desobstruído, permitindo que o ar passe pelo gel de sílica para a devida secagem. Evite obstruções que possam impedir a passagem do ar.

• Fortalecer a Vedação: Inspeção regular do sistema de vedação do transformador para garantir que o tanque esteja bem vedado, evitando que a umidade entre por áreas mal vedadas.

• Monitorar o Teor de Umidade no Óleo: Amostrar e analisar periodicamente o teor de umidade no óleo do transformador para detectar precocemente um controle de umidade inadequado e tomar medidas corretivas.

• Instalar Equipamentos de Dessicante: Para transformadores grandes ou aqueles operando em ambientes úmidos, considere instalar equipamentos de dessicante (como geradores de ar seco) para melhorar o controle de umidade.

Resumo

O gel de sílica desempenha um papel crucial nos sistemas respiratórios dos transformadores, absorvendo efetivamente a umidade do ar que entra no tanque, protegendo o desempenho do isolamento e a qualidade do óleo do transformador. Se o controle de umidade for inadequado, a umidade pode entrar no tanque, levando a uma série de problemas, como degradação do desempenho do isolamento, deterioração da qualidade do óleo, descargas parciais, corrosão de componentes metálicos e redução da confiabilidade e vida útil do transformador. Portanto, garantir a boa condição do gel de sílica e implementar medidas efetivas de controle de umidade são essenciais para manter a operação segura e estável dos transformadores.